Файл: Кузнецов, Р. А. Активационный анализ.pdf

Чтобы установить связь между показаниями регулирующей системы и энергией тормозного излучения, часто требуется ка­ либровка шкалы энергий по порогам фотоядерных реакций. Порог определяют либо по появлению нейтронов, освобождае­ мых в результате реакции (у, п), либо путем регистрации на­ веденной активности. Для калибровочных опытов используют ядерные реакции, пороги которых с высокой точностью опре­ делены из масс-спектрометрических измерений и данных по ^-распаду.

§ 2. Взаимодействие жесткого у-излучения с веществом

Взаимодействие у-квантов с веществом сильно отличается от взаимодействия тепловых нейтронов. Наиболее важным с точки зрения активационного анализа является значительно более слабое взаимодействие у-квантов с ядерными частицами. Это приводит к малым величинам сечений фотоядерных реакций и соответственно к более низкой общей чувствительности фотоактивационного анализа. Другое важное отличие — пороговый характер всех фотоядерных реакций. Возбуждение ядер проис­

модействие у-квантов с электронами, вследствие чего при про­ хождении через вещество пучок у-квантов ослабляется главным образом за счет взаимодействия с электронными оболочками атомов. В общем жесткое у-излучение обладает высокой про­ никающей способностью, поэтому можно облучать значитель­ ные по массе пробы без заметного ослабления потока у-квантов.

При взаимодействии у-квантов с атомными ядрами возмо­ жен целый ряд процессов: возбуждение более высоких уровней

выраженный резонансный характер. В области резонанса се­ чение, начиная с пороговой энергии, быстро растет о увеличе­ нием энергии у-квантов до некоторого максимального значения и затем снова падает (рис. 28). Резонансное взаимодействие наблюдается при энергии у-квантов 10—20 Мэе. Резонансная энергия Ет, при которой наблюдается максимальное сечение, закономерно уменьшается с ростом массового числа

Ширина резонансных кривых очень велика и находится в пределах 6—12 Мэе; по этой причине явление получило наз­ вание гигантского резонанса. В последнее время обнаружено, что у ряда ядер кривая возбуждения в области гигантского резонанса имеет тонкую структуру и состоит из нескольких пиков.

116

/

Теории, которая правильно объясняла бы все имеющиеся факты в области фотоядерных реакций, пока не существует. Первым приближением в этом направлении явилась модель, которая объясняет гигантский резонанс коллективными движе­ ниями в ядре протонов относительно нейтронов. Однако с по­ мощью такой простой модели удалось объяснить далеко не все

имеют много меньшие величины сечений. Это связано с необ­ ходимостью преодоления потенциального барьера, что умень­ шает вероятность протекания реакции и требует дополнитель­ ных затрат энергии. Влияние потенциального барьера возра­ стает с ростом заряда ядра. По этой причине для реакции (у, p)i которая в области легких ядер имеет примерно такие же сечения и пороги, как и реакция (у, п), в области тяжелых ядер ■ей свойственны уже много меньшие сечения и более высокие пороги.

Реакция (у, /) с относительно низким значением пороговой энергии и достаточно высоким сечением протекает только на очень ограниченном числе ядер (U, Th и т. д.).

Активность радиоизотопа, образовавшегося по фотоядерной реакции под воздействием моноэнергетического излучения, мо­

а (Е у) — сечение реакции при энергии Еу.

117

Однако при облучении тормозным излучением в связи с его сплошным характером и резонансным ходом кривых возбуж­ дения фотоядерных реакций уравнение активации принимает вид

спектральное распределение потока квантов, приходящихся на единичный интервал энергии при мощности излучения 1 р.

Интеграл в уравнении (5.3) не поддается точному анали­ тическому решению. А. М. Якобсон [126] показал, что при ап­ проксимации функции Ф0(А, Амане) линейной зависимостью и при условии, что спектр тормозного излучения охватывает прак­ тически всю резонансную кривую, можно прийти к следующему выражению:

сечение реакции.

Другой подход состоит в численном интегрировании [127]. Для этого рассматриваемую область энергии разбивают на ряд интервалов (обычно по 1 Мэе). Путем расчета получают спектр тормозного излучения в этой области. Используя имеющиеся данные или принимая разумные предположения о форме кривой возбуждения ядерной реакции, в каждом интервале получают произведение средней плотности потока на среднее сечение и проводят суммирование по всем интервалам. Расчет выходов фотоядерных реакций указанным методом дал согласие с экс­ периментальными значениями в пределах ±40% , за исключе­ нием С, О, N и F, где расхождение оказалось много больше. Для получения лучшего согласия нужно более точно знать спектр тормозного излучения в условиях эксперимента и кри­ вую возбуждения рассматриваемой фотоядерной реакции.

Точное определение последней представляет сложную зада­

118

пия в стандартных условиях. Применительно к рассматривае­ мому случаю выход определяется выражением

E nop

Согласно уравнению (5.5), выход реакции представляет собой количество взаимодействий, которое происходит в еди­

нице количества вещества под воздействием единичной дозы облучения. Для радиоизотопа выход равен

119

мерно возрастает от легких ядер к тяжелым на четыре порядка (от 103 до 107). Заниженные зна­

120