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

важные для археологии и истории выводы о технологии изго­ товления различных изделий, об экономике, торговых связях, источниках сырья и т. д.

Широко применяется активационный анализ и в криминали­ стике [22]. Исследование незначительных материальных следов, обнаруженных на месте преступления, может представить убе­ дительные доказательства в пользу наличия или отсутствия при­ частности подозреваемых к преступлению. Активационным мето­ дом можно проверить предположение об отравлении некоторыми веществами, разоблачить подделку и провести ряд других ис­ следований.

Намечаются широкие перспективы применения активацион­ ных методов в сфере материального производства. Здесь круг

.аналитических проблем, в решение которых они могут внести существенный вклад, весьма обширен и простирается от поиска полезных ископаемых до оперативного контроля за качеством готового продукта. При этом наибольшее значение имеют такие параметры метода, как возможность проведения инструменталь­ ных и экспрессных определений. Естественно, что аналитическое оборудование, предназначенное для работы в производственных условиях, должно быть'достаточно простым и надежным [23, 24]. По этой причине основными источниками активирующего излу­ чения являются относительно недорогие радиоизотопные источ­ ники и нейтронные генераторы. Из-за более слабой интенсив­ ности этих источников область аналитических концентраций не

Для многих случаев индустриального применения были раз­ работаны весьма быстрые и экономичные методики, роль кото­ рых особенно велика при массовом анализе проб близкого со­ става. Так, в геологии активационные методы анализа горных пород и руд позволяют ускорить поиск полезных ископаемых. Их значение велико и для горнообогатительной, металлургиче­ ской и некоторых других отраслей производства.

Причем аналитические определения могут производиться как обычным способом отбора проб с последующей обработкой в аналитической лаборатории, так и непосредственно на ленте конвейера, в трубопроводе, на месте залегания и т. д. Возможен также дистанционный автоматический активационный анализ внутри геологической скважины, на морском дне и даже на по­ верхности других планет [25].

Если говорить об анализе методом отбора проб,, то наиболее ярким примером может служить активационное определение кислорода в продуктах металлургического производства. Анализ здесь требует всего нескольких минут, в то же время он обеспе­ чивает достаточно высокую чувствительность и надежность определения [26]. Анализ на конвейере или в потоке может быть успешно использован для оперативного управления технологи­ ческим процессом [24].

13

Глава

2

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АКТИВАЦИОННОГО АНАЛИЗА

§ 1. Ядерные реакции

Активационный анализ основан на ядерных взаимодействиях, поэтому при выполнении анализа исследуемую пробу облучают потоком ядерных частиц или квантов с достаточной энергией. В результате взаимодействия активирующего излучения с яд­ рами элементов возможно протекание различных процессов, которые приводят к изменению состояния облучаемых ядер. Изменение может произойти в составе нуклонов и (или) в энер­

гетическом состоянии ядра.

Ядерные взаимодействия имеют квантовомеханическую при­ роду. Это создает значительные трудности в развитии строгой теории ядерных взаимодействий, и пока для их описания ис­ пользуют различные упрощенные модели, которые более или менее удовлетворительно отражают течение ядерных процессов и допускают приближенный расчет различных параметров ядер­ ных взаимодействий [33, 34]. Однако для аналитических приме­ нений точное знание механизма ядерных процессов не обяза­ тельно, а все необходимые параметры определяются экспери­

ментально.

Для общего представления отметим модель составного ядра, механизм прямого взаимодействия и кулоновское возбуждение. Модель составного ядра исходит из предположения, что процесс ядерного взаимодействия состоит из двух независимых стадии: 1) поглощения бомбардирующей частицы и распределения ее энергии между нуклонами ядра; 2) испускания частицы (иногда нескольких), которая уносит значительную долю избыточной энергии. Время жизни составного ядра (К)-18—10-14^сек) значи­ тельно превышает интервал времени, необходимый бомбарди­ рующей частице для прохождения ядра (К)-20—10~23 сек).

Образовавшееся конечное ядро часто оказывается в возбуж­ денном состоянии и переходит в основное состояние путем ис­ пускания одного или нескольких у^вантов. Длительность этой

•стадии составляет К)-12—К)-11 сек. Последовательность про­ цессов в модели составного ядра можно представить так:

I

В + V

15

где А и В — исходный и конечный продукты ядерного взаимо­ действия; а и Ь— бомбардирующая и испускаемая частицы; С* — составное ядро и В* — возбужденное состояние конечного ядра. По механизму составного ядра протекает большинство ядерных взаимодействий, используемых в аналитических целях.

В прямом взаимодействии бомбардирующая частица пере­ дает одному или нескольким нуклонам энергию, достаточную для оставления ядра. Сама бомбардирующая частица тоже может покинуть ядро, но уже с меньшей энергией. После пря­ мого взаимодействия конечное ядро часто остается в возбуж­ денном состоянии.

Кулоновское возбуждение ядра происходит при прохождении заряженной частицы в непосредственной близости от ядра. Вероятность такого процесса очень мала, и поэтому он не пред­ ставляет какого-либо существенного значения для аналитиче­ ских применений.

Протекающие ядерные реакции обычно записывают в сокра­ щенной форме. Например, для реакции (2.1) это будет А (а, Ь) В. Как видно, в такой записи фиксируются только исход­ ное и конечное ядра, бомбардирующая и испускаемая частицы. Испускание у-излучения обычно не отмечается, правда, реак­ ция радиационного захвата нейтрона (п, у) составляет исклю­ чение.

Исходный продукт в уравнении (2.1) представляет собой стабильное ядро определенного изотопа, которое характери­ зуется соответствующими значениями Z (заряд) и М (массовое число). В качестве бомбардирующих частиц используются ней­ троны, протоны, а-частицы, дейтроны, ядра 3Н и 3Не, а также у-кванты.

Далеко не всегда взаимодействие ядер типа А с потоком бомбардирующих частиц а протекает только одним способом. Возможны взаимодействия, которые могут идти несколькими

На протекание ядерных процессов накладывают определен­ ные ограничения законы сохранения, которые позволяют также установить четкую взаимосвязь между исходным и конечным состояниями. Для рассматриваемой проблемы наиболее сущест­ венным представляется закон сохранения электрического за­ ряда, числа нуклонов и энергии [33].

16

Если какой-либо из каналов приводит к образованию радио­ активного изотопа, то соответствующее сечение обозначается

о

18