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

работе была отмечена перспективность метода, особенно для определения легких элементов, в связи со специфичным харак­

экзоэнергетическими. Поэтому пороги реакций связаны преиму­ щественно с кулоновским барьером, а сечения реакций довольно высоки. Под воздействием 3Не протекают разнообразные ядер­ ные реакции: (3Не, п), (3Не, р), (3Не, 2п), (3Не, а), (3Не, 2а) и т. д. Как правило, при этом образуются нейтронодефицитные радиоизотопы.

Облучение а-частицами. Для а-частиц сравнительно неболь­ шой энергии (4—20 Мэе) характерны реакции типа (а, п), (а, р) и (а, у). С ростом энергии становятся возможными более

ядерных реакций с участием а-частиц эндоэнергетические. Про­ дукты реакции (а, р), как правило, стабильны, в то время как реакция (а, п) часто дает радиоизотопы.

§ 4. Применение активационного анализа на заряженных частицах

Не пытаясь дать полный обзор по применению заряженных частиц в аналитических целях, отметим только основные тен­ денции, которые определяют развитие этого метода. Активация заряженными частицами, получаемыми с помощью современ­ ных ускорителей, допускает разработку аналитических методик для весьма широкого круга элементов. Тем не менее основные усилия аналитиков, развивающих этот метод, направлены преж­ де всего на разработку методов определения легких элементов, преимущественно на очень низком уровне концентраций.

Эта проблема имеет большое практическое значение. Изве­ стно, что нейтронный и фотоактивационный методы не дают ее полного решения, тогда как активационный анализ на заряжен­ ных частицах как раз наиболее благоприятен для определения именно легких элементов [26]. При этом важную роль играет ряд моментов. Здесь и возможность выбора удобного канала ядерной реакции, и благоприятные характеристики схем распа­ да продуктов активации. Пороги ядерных реакций на легких элементах низки, поэтому, ограничив энергию заряженных ча­ стиц-, можно избежать активации средних и тяжелых элемен­ тов. Сечения многих реакций достаточно велики.

Исследованию ядерных реакций различных заряженных ча­ стиц с легкими элементами посвящен ряд работ [175—177]. Особенно большое внимание было уделено методу активации с помощью ядер 3Не [162, 164, 174]. Оценка чувствительности ак­ тивационного анализа на заряженных частицах показала, что

145

Глава

4

СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО АКТИВАЦИОННОГО АНАЛИЗА

§ 1. Методы инструментального активационного анализа

Облучение анализируемой пробы вызывает сложный спектр вторичного излучения (мгновенного или задержанного). Изуче­ ние качественного состава, энергетического распределения и не­ которых других характеристик этого излучения дает ключ к идентификации ядерной реакции или радиоизотопа. Эти данные в сочетании с параметрами активирующего излучения (тип, энергия) позволяют установить элемент, ответственный за появ­ ление в исследуемом спектре излучения определенного типа и энергии. Интенсивность этого излучения дает необходимую ко­ личественную информацию.

Методы анализа, основанные целиком на физических средст­ вах дискриминации, идентификации и количественного определе­ ния по вторичному излучению облученных элементов, объединя­ ются под общим названием «инструментальный активационный анализ». В свою очередь, последний довольно четко распадается на две группы. Одну из них составляют методы, связанные с регистрацией энергетического распределения определенного вида излучения; их удобнее обозначить как «спектрометрический ин­ струментальный активационный анализ». Другая группа вклю­ чает несколько разнородных методов, для которых введено условное название «специальные методы инструментального активационного анализа» (см. гл. 8). Часть этих методов при­ годна только для определения единичных элементов, а другая чаще всего используется для повышения избирательности спек­ трометрического метода.

Спектрометрия ионизирующего излучения и прежде всего у-излучения — наиболее гибкий и универсальный метод инстру­ ментального активационного анализа. Возможности спектро­ метрического метода определяются как свойствами ионизирую­ щего излучения, так и параметрами регистрирующей установки.

Из большого разнообразия методов спектрометрии ионизи­ рующего излучения [183, 184] наибольшее значение для актива­ ционного анализа приобрели системы, работающие на принципе преобразования энергии исследуемого излучения в последова­ тельность электрических импульсов с последующим анализом по­ лучающегося амплитудного распределения. Для аналитических

147

целей наиболее важны следующие параметры спектрометров: форма амплитудного распределения, линейность энергетической шкалы, временное и энергетическое разрешение и другие.

Если с помощью многоканального спектрометра измерить

моноэнергетическое излучение какого-либо радиоизотопа, то на его выходе будет получено не­

Как правило, предел разрешению спектрометра кладет ста­ тистический характер процессов, происходящих в детекторе при преобразовании энергии излучения в импульсе напряжения (то­ ка). В отдельных случаях становится заметным влияние шумов электронных устройств. Разрешение спектрометра зависит от энергии регистрируемого излучения и улучшается с ростом последней согласно приблизительному соотношению £ 1/2 =а +

+ Ь/ Еизл, где а и b — постоянные величины, характерные для данного спектрометра.

Реакция спектрометра на моноэнергетическое излучение, ко­ торая выражается на выходе в виде амплитудного распределе­ ния, прежде всего обусловливается характером взаимодействия излучения с веществом детектора. Определенное влияние на получающееся амплитудное распределение оказывают парамет­ ры детектора, конструкционные особенности спектрометра, фор­ ма и толщина источника, интенсивность и состав сопутствующе­ го излучения и некоторые другие факторы. От правильного уче­ та всех факторов зависят надежность оценки возможностей проведения анализа в данной экспериментальной ситуации, а также точность качественной и количественной интерпретации полученных данных.

148

В активационном анализе наиболее важную роль играет спектроскопия у-излучения, значительно реже прибегают к спектроскопии заряженных частиц. Причины этого станут оче­ видны из дальнейшего текста. Имеются также единичные при­ меры спектрометрии нейтронов по времени пролета [185]. Из имеющихся приборов для спектрометрических измерений наи­ большее распространение получили сцинтилляционные и полу­ проводниковые спектрометры.

Для определения энергии неизвестных линий спектрометр должен быть прокалиброван по излучателям с известной энер­ гией. Калибровочные графики обычно имеют хорошую линей­ ность, хотя иногда отмечаются небольшие нарушения линейно­ сти чаще всего аппаратурного происхождения.

§ 2. Спектрометрия тяжелых заряженных частиц

Среди радиоизотопов, образующихся при различных спосо­ бах активации, лишь изредка появляются а-излучатели. Спек­ троскопия a -излучения, которая в настоящее время преимуще­ ственно выполняется с помощью поверхностно-барьерных детек­ торов, требует приготовления достаточно тонкого источника. Поэтому а-спектрометрическому измерению обязательно долж­ но предшествовать радиохимическое выделение с нанесением выделенного препарата на подходящую подложку в виде тон­ кого слоя. Очень часто для этого применяют электрохимическое осаждение. Возможно, конечно, применение инструментального варианта, но количество вещества и толщина слоя анализируе­ мой пробы должны быть малы. Из-за редкого появления а-излучателей в продуктах активации их определение на фоне J3- и у-излучения можно успешно осуществлять, не прибегая к спектрометрическим измерениям. Примером такого случая мо­ жет служить определение Bi по дочернему 210Ро в некоторых рудах [121].

Однако определение отношения 231Pa/238U оказалось удоб­ ным проводить путем облучения пробы тепловыми нейтронами

(при этом происходит реакция 231Ра(я, у)232Ра —-—v232U) с по-

1,3 дня

следующим, химическим выделением урана, электрохимическим осаждением препарата и измерением а-спектра. Искомое отно­ шение после соответствующей калибровки определяется из отно­

а-частиц), испускаемых в ходе ядерных реакций. Хотя облуче­ ние возможно различными видами излучения, но предпочтение пока отдается заряженным частицам. Для таких определений типичной является система, схематично представленная на

149