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

чаще всего служит радиоизотоп 1;!4Sb, а для регистрации потока нейтронов — пропорциональные борные или сцинтилляционные счетчики. Получающаяся чувствительность довольно высока и при активности источника 100 мюори и массе пробы 100 г до­ стигает 1—2-10_4%. В целом метод очень прост, быстр и дает хорошую точность. Элементы с большими сечениями поглощения тепловых нейтронов (Cd, В и др.) затрудняют анализ. Приме­ нение кадмиевого фильтра позволяет полностью устранить влия­ ние этих элементов, но за счет некоторой потери чувствитель­ ности (на 20—30%). Подробное описание фотонейтронного ме­ тода определения можно найти в работах [142, 143).

Предпринимаются попытки использозагь для фотонейтронных определений электронные ускорители [144]. Это позволяет повысить чувствительность и обеспечить большую безопасность работы. Однако возникают проблемы, связанные со стабиль­ ностью интенсивности и энергии излучения.

Фотовозбуждение изомерных уровней

Под воздействием достаточно жестких фотонов некоторые ядра по реакции А (у, у') А* переходят в метастабильное со­ стояние с достаточно большим периодом полураспада. Боль­ шинство изомерных уровней имеют энергию в интервале 0,1-4- -4-1 Мэе. Однако известно, что прямое возбуждение изомерных уровней электромагнитным излучением не происходит. Поэтому ядро должно быть возбуждено до более высокого энергетиче­ ского уровня, при высвечивании которого уже возможен ча­ стичный или полный переход на изомерный уровень. Распад изомера совершается путем у-перехода, который часто сильно конвертирован. Всего имеется около 40 стабильных изотопов, принадлежащих 30 элементам, у которых период полураспада изомерных состояний превышает 0,5 сек [131].

Кривые возбуждения реакций (у, у') тоже показывают резонансный характер, причем максимум приходится на об­ ласть энергий вблизи порога реакции (у, п ) . В области гигант­ ского резонанса сечения реакций (у, у') имеют крайне малую величину, но при энергии порядка 20 Мэе появляется второй

.максимум.

При облучении у-квантами с энергией ниже порога основных фотоядерных реакций метод фотоактивационного анализа, ос­ нованный на возбуждении изомерных уровней, вследствие не­ большого числа активирующихся элементов и больших различий схем распада изомеров весьма специфичен и может быть осно­ вой быстрых и надежных инструментальных методик анализа различных проб. Ограничения этого метода обусловлены ма­ лыми величинами сечений реакций (у, у'), которые имеют

125

значения порядка 10-31—10~32 см2, и малым выходом у-излу- чения изомеров из-за конверсии. Это приводит к низкой чув­ ствительности анализа (табл. 11).

Та блица 11

Чувствительность метода фотовозбуждения, мг

условиях обусловливает необходимость использования наиболее эффективного метода регистрации у-излучения изомеров для достижения наивысшей чувствительности. Поэтому измеренияобычно выполняют с помощью сцинтилляционных кристаллов с колодцем. Предельная чувствительность анализа, котораяможет быть достигнута с мощным ускорителем при энергии излучения вблизи порога реакции (у, п), составляет примерно 10-7—10~8 г. Такая чувствительность при анализе реальных' проб еще не достигнута, и в опубликованных исследованиях, метод фотовозбуждения преимущественно используется дляопределения макрокомпонентов (более 0,1%).

Можно отметить, что при облучении бериллия излучением ускорителя получается источник нейтронов с достаточно высо­ кой плотностью потока. При этом оказывается, что облучениемногих элементов этими нейтронами из-за высоких сечений реакции (п, у) дает на два-три порядка более высокую чувст­ вительность определения, чем в случае фотовозбуждения изо­ мерных уровней [81]. Это обстоятельство приводит к другому ограничению метода фотовозбуждения, так как при энергии у-излучепия выше 2,2 Мэе возможно появление помех от про-

1.27

г

дуктов реакции (п, у), если исследуемые пробы содержат Be или воду.

Гамма-активационный метод

В этом методе аналитические определения проводятся по излучению радиоизотопов, образующихся по фотоядерным ре­ акциям с пороговой энергией выше 6 Мэе. Чаще всего облуче­ ние проводят при энергии тормозного излучения 20—30 Мэе, но иногда верхний предел достигает 70 Мэе. Для повышения избирательности определения часто приходится соответствую­

мание и претерпел интенсивное развитие. Проделана большая работа по исследованию общих характеристик метода — изуче­ нию наиболее перспективных фотоядерных реакций, оценке чув­ ствительности определения элементов, рассмотрению факторов, определяющих избирательность и точность метода.

Так, Ока и др. [125, 128] провели широкие исследования про­ дуктов фотоактивации элементов тормозным излучением линей­ ного ускорителя на 20 Мэе. Аналогичные исследования, но при

на 35 Мэе выполнено Дебруном и Альбером [147]. Лутц [127] расчетным путем оценил удельные активности элементов для энергий 25, 30 и 35 Мэе. Подробное исследование аналитиче­ ских возможностей бетатрона с внутрикамерным облучением выполнил Р. А. Кузнецов [137, 148, 149].

Каталог сцинтилляционных спектров у-излучения радиоизо­ топов, образующихся под действием тормозного излучения с энергией 30 Мэе, подготовлен Бейкером и др. [150]. Точные данные по энергии этих радиоизотопов суммированы в [151, 152]. Анализ накопленных данных показывает, что при энергии тормозного излучения выше 20 Мэе большая часть элементов периодической системы активируется достаточно хорошо. В их число входят такие важные элементы, как О, N, С и др. Со­ ответствующие оценки приводят к выводу, что для многих элементов чувствительность может достигать 10'7—10-8 %. Наименее благоприятен у-активационный метод для следую­ щих элементов: Н, Li, Be, В, La, Dy, Lu, Bi.

§ 5. Основные области применения фотоактивационного анализа

К середине 1970 г. по фотоактивационному анализу было опубликовано около 200 работ [153], что свидетельствует о мед­ ленном развитии метода. Как показали недавние исследования,

328

фотоактивационный метод имеет достаточно хорошие аналити­ ческие характеристики и может быть полезен при решении многих проблем анализа. Поэтому основная причина отстава­ ния этого направления, видимо, связана с отсутствием простых в управлении, надежных в работе, относительно недорогих, но достаточно мощных ускорителей.

Гамма-активационный метод, несомненно, занимает веду­ щее место в фотоактивационном анализе, что обусловлено ши­ роким кругом определяемых элементов и более высокой чув­ ствительностью. Именно этот метод находит преимущественное применение в области малых концентраций. Конечно, по срав­ нению с активационным анализом на тепловых нейтронах ре­ актора у-активационный анализ имеет несколько меньшую предельную чувствительность. Однако, по оценке Лутца [153], по количеству элементов, для которых чувствительность пре­

Гамма-активационный анализ в противоположность тепловым нейтронам позволяет успешно определять некоторые элементы (С, N, О и др.). К тому же при действии жесткого у-излучения значительно слабее проявляются эффекты, связанные с ослаб­ лением активирующего излучения веществом пробы.

Конечно, при у-активации возникают свои специфические трудности. В частности, при определении малых компонентов гораздо более существенной может оказаться проблема интер­ ферирующих ядерных реакций. Это объясняется не только тем, что фотоядерные реакции могут протекать по нескольким ка­ налам, но и тем, что это излучение всегда сопровождается потоком нейтронов, возникающих в реакциях (у, п ) . Однако проблема интерферирующих реакций в у-активационном анализе еще не получила глубокой разработки.

По своему составу образующиеся при фотоактивации радио­ изотопы значительно отличаются от продуктов облучения тепло­ выми нейтронами. Среди них преобладают позитронноактивные радиоизотопы, часто с близкими схемами распада. Это обстоя­ тельство в определенной степени затрудняет применение инст­ рументального метода, и поэтому в случае у-активационного определения малых компонентов чаш,е приходится прибегать к радиохимическому разделению.

Применение фотоактивационного анализа в настоящее время идет по двум основным направлениям. Одно из них связано с разработкой методик анализа некоторых легких элементов и прежде всего О, С и N [153]. Основные усилия исследователей здесь направлены на достижение по возможности наибольшей чувствительности определения этих элементов в различных ма-