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

Программа составлена таким образом, что при неоднознач­ ной идентификации ЭВМ перечисляет всех возможных кандида­ тов и тогда требуется привлечение дополнительных сведений для окончательного решения. Проверяется также возможность появления отдельных пиков за счет вторичных процессов (пиков утечки, суммирования, рентгеновское излучение). Оставшиеся неидентифицированные слабые пики сравниваются с энергиями малоинтенсивных переходов (хранятся во вспомогательном за­ поминающем устройстве) радиоизотопов, наличие которых в

пуск

Чтение входных данных: условия облучения и измерения. Точное или-»- приблизительное положение пиков

Ф

Определение энергии пиков

I

Установление возможных компонентов источника. Проверка генетически связанных радиоизотопов

Ф

Расчет чувствительности для принятых условий анализа

Выдача списка обнаруженных радио­ изотопов

Чтение вспомогательных данных:

у-переходы слабой интенсивности Отбор малоинтенсивных пиков обнаруженных радио­

изотопов и случаев неоднозначной идентификации Выдача списка обнаруженных радио­

изотопов, Г1/2, способы образования

Выдача данных о радиоизотопах, энер­ г и и у-переходов, энергии пиков

Выдача списка неидентифицированных пиков

i

СТОП

Рис. 51. Схема качественной идентификации пиков с помощью ЭВМ.

185

источнике уже установлено по данным основного запоминаю­ щего устройства.

Наконец, результаты идентификации выдаются в виде выход­ ных данных, которые перечисляют обнаруженные пики, их энер­ гии и радиоизотопы, к которым они отнесены. Отдельно отме­ чаются неидентифицированные пики. Схема идентификации пи­ ков с помощью ЭВМ показана на рис. 51.

Полная обработка у-спектров на ЭВМ. Применение ЭВМ до­ пускает полную автоматизацию процесса обработки полученных данных с выдачей на выходе требуемой аналитической инфор­ мации. Полная программа обработки имеющихся данных ис­ пользует отдельные элементарные операции, которые были рас­ смотрены выше. Дополнительно включаются сведения об усло­ виях анализа и необходимые операции с ними. Поскольку про­ цесс накопления данных и их обработка могут быть разделены во времени, то иногда на ЭВМ обсчитывают одновременно ре­ зультаты многих определений.

Программа полностью автоматической обработки результа­ тов активационного анализа включает следующие основные ста-

СТОП

Рис. 52. Схема обработки на ЭВМ результатов аналитических определений.

186

дик: 1) качественный анализ спектров; 2) расчет площадей пиков; 3) расчет содержания обнаруженных элементов; 4) выда­ чу окончательных данных о содержании элементов в исследуе­ мой пробе. Примером того, как такая программа реализуется на практике, может служить работа Дамса и др. [219] по опре­ делению содержания элементов в аэрозолях атмосферы.

При отборе проб воздух прокачивают через специальный фильтр. После -облучения тепловыми нейтронами реактора из­ меряется у-спектр фильтра на Ge(Li) -спектрометре. Результаты измерений фиксируются на магнитной ленте, которая впослед­ ствии вводится в считывающее устройство ЭВМ. На одной ленте записываются данные до 100 определений, обработка которых по заданной программе выполняется отдельно (рис. 52). Дли­ тельность расчетов 100 спектров, зарегистрированных с по­ мощью 4096-канального анализатора, не превышает 1 ч.

§ 7. Применение у-спектрометрического метода для инструментального активационного анализа

Широкое внедрение у-спектрометрии в практику активаци­ онного анализа дало исключительно плодотворные результаты, которые нашли свое выражение в разнообразных аналитических методах, рассчитанных на определение одного или нескольких

В зависимости от длительности высвечивания возбужденных уровней или периодов полураспада радиоизотопов, которые слу­ жат основой для аналитического определения, появляются не­ которые особенности в методике инструментального у-спектро- метрического активационного анализа. По этому признаку мож­ но выделить следующие случаи анализа: 1) но мгновенному из­ лучению; 2) по очень короткоживущим изотопам; 3) по короткожнвущим изотопам; 4) по средне- и долгоживущим изотопам. Надо заметить, что перечисленные варианты существенно раз­ личаются не только по методике анализа, но и по своим анали­ тическим характеристикам.

Анализ по мгновенному у-излученшо

В процессе многих ядерных взаимодействий происходит испускание характеристического у-излучения, длительность вы­ свечивания которого очень мала (менее 10-9 сек). Понятно, что его регистрация возможна только при одновременном облучении

187

пробы потоком активирующего излучения. Однако при этом тре­ буется исключить возможность воздействия активирующего из­ лучения на детектор у-излучения. Наиболее просто это условие можно выполнить при облучении заряженными частицами, ко­ торые легко поглощаются веществом анализируемой пробы. До­ стоинства анализа по мгновенному излучению состоят в быстро­ те получения аналитических результатов и возможности опреде­ ления элементов, которые не дают радиоизотопов с благоприят­ ными аналитическими характеристиками.

Облучение заряженными частицами. Метод регистрации мгновенного у-излучения при облучении заряженными части­ цами во многом аналогичен методу спектроскопии мгновенных заряженных частиц (см. § 1 этой главы) с тем отличием, что высокая проникающая способность и изотропия у-излучения по­ зволяют значительно упростить методику анализа. Энергия испускаемого моноэнергетического у-излучения зависит от энер­ гетического баланса ядерной реакции и способа распада состав­ ного ядра и в предельном случае достигает весьма высокой ве­ личины (для реакции 7Li (р, у)8Ве £ v=17,6 Мэе)'. Выход мгно­ венного у-излучения в реакциях заряженных частиц высок, но спектр излучения часто сложен.

Успешные аналитические определения путем регистрации мгновенного у-излучения возможны при небольшой энергии за­ ряженных частиц (не выше 2—5 Мэе), так как с их ростом силь­ но увеличивается выход нейтронов, что значительно осложняет проблему защиты детектора. При низкой энергии активирую­ щего излучения возможно определение только легких элементов е тонких слоях вещества. Предел обнаружения лежит несколь­ ко выше, чем в случае спектроскопии мгновенных заряженных частиц, из-за более высокого фона детектора, взаимных помех со стороны у-излучения разных реакций и влияния вторичного и рассеянного излучения. При использовании ускорителя предел обнаружения находится на уровне около 10-4 % и редко опу­ скается ниже [220]. Наиболее обстоятельно исследованы воз­ можности метода при облучении протонами с энергией 0,5 Мэе [221]. Весьма полезные сведения могут быть получены с прото­ нами резонансных энергий [222].

Рассмотрим некоторые практические примеры использования

[223] использовали протоны с энергией 1,4 Мэе. Кусочки стекла (1,8X1,8X0,3 см) облучали протонами при токе пучка 1 мка и регистрировали у-излучение с энергией б—7 Мэе с помощью сцинтилляционного счетчика. Эталоном служил NaF, так как он имеет примерно ту же самую тормозную способность, что и материал пробы. Помех со стороны других элементов, входящих в состав опалового стекла, замечено не было. Измеренная кон­ центрация фтора в пробах была порядка 3%.

188

И. X. Лемберг и др. [181] проводили определения по реак­ ции l80 (а, пy)21Ne (£v =350 кэв). Анализируемую пробу нано­ сили в виде тонкого слоя на медную пластинку, покрытую нике­ лем. Облучение а-частицами с энергией 4,6 Мэе (источник — циклотрон) длительностью 5—10 мин при токе пучка 10~8 а и измерении мгновенного у-излучения сцинтилляционным спек­ трометром обеспечивает чувствительность примерно 2 -10-9 г.

Регистрация мгновенного у-излучения при облучении а-ча- стицами 238Ри (10 мкюри) была использована для определения изотопного состава Li и В [180]. Этот метод с изотопными источниками a -излучения оказался полезен также при анализе некоторых руд на В, Be и F [158].

Облучение нейтронами. Под действием нейтронов мгновен­ ное у-излучение возникает в процессах радиационного захвата медленных нейтронов и неупругого рассеяния быстрых нейтро­ нов [224]. Источниками нейтронов при определениях по мгно­ венному излучению могут служить нейтронные генераторы, не­ которые типы радиоизотопных источников и пучки нейтронов, выведенные из активной зоны реакторов.- При этом должна быть обеспечена защита детектора как от первичного нейтрон­ ного излучения источника, так и от сопутствующего ему пер­ вичного и вторичного у-излучения. Вообще проблема снижения уровня фона детектора при регистрации мгновенного у-излуче- ния представляет сложную задачу и часто высокий уровень ме­ шающей активности оказывает сильное влияние на аналитиче­ ские характеристики метода (чувствительность, правильность и точность).

Поскольку сечения реакций (п, у) выше, чем реакций не­ упругого рассеяния, то первый метод, как правило, демонстри­ рует более высокую чувствительность, и поэтому исследованию возможностей именно этого метода было уделено основное внимание [225, 226]. Энергия возбуждения ядра в результате реакции (п, у) практически равна энергии связи захваченного нейтрона и, следовательно, в большинстве случаев составляет 6—8 Мэе. При распаде возбужденного уровня обычно испу­ скается сложный спектр у-излучения, энергетический интервал которого заключен между 0,01—10 Мэе. Сложность спектра, т. е. количество испускаемых при распаде у-линий, имеет тен­ денцию к возрастанию при переходе от легких к тяжелым эле­ ментам. У последних нередки случаи, когда распад возбужден­ ных состояний дает до 10—25 у-линий разной энергии и интен­ сивности [70]. Сложность получающихся спектров предопреде­ ляет необходимость применения детекторов высокого разре­ шения.

В первых исследованиях для регистрации у-излучения радиа­ ционного захвата использовались магнитные спектрометры, но они обладают низкой эффективностью. Значительный толчок развитию этого направления дало появление Ge(Li)-детекторов

189