Файл: Автоматизация обогатительных фабрик..pdf

ных оболочек атомов фотоэлектроны. Возбужденные атомы, воз­ вращаясь в основное состояние, испускают вторичные характери­ стические лучи флуоресценции. Длину волны фотонов характери­ стического излучения определяют по формуле

Для различных серий коэффициент W выхода лучей флуоресцен­ ции, определяемый как отношение числа атомов, испустивших вторичный спектр, к числу атомов, возбужденных первичными лучами, зависит от атомного номера Z. Для наиболее интенсивной А'-серии (до 80%) зависимость W от Z хорошо описывается полуэмпирической формулой

Формула положена в основу определения содержания полезных элементов по рассматриваемому методу.

Интенсивность вторичного характеристического излучения зави­ сит не только от интенсивности возбуждающих лучей, но и от их энергии. Зависимость интенсивности вторичного излучения I от соотношения энергии возбуждающих и вторичных квантов для точечных источника и приемника излучений и при значительной толщине образца может быть выражена формулой

где К — коэффициент, зависящий от интенсивности первичногоизлучения, геометрии измерения жZ\ Ех — энергия возбуждающего излучения; Е 2 — энергия вторичного излучения; ср, ф — углы между направлениями распространения первичного и вторичного излучений и поверхностью образца; Sq — скачок поглощения д-уровня.

Как видно из формулы, для получения максимальной чувстви­ тельности метода необходимо, чтобы энергия первичного излучения источника была как можно ближе к энергии вторичного излучения.

Экспериментальная часть работы по использованию рассматри­ ваемого метода проведена авторами (определение содержания железа в рудах и концентратах) на Магнитогорском металлургическом комбинате.

Наиболее подходящим источником для возбуждения атомов же­ леза был признан излучатель вторичного у-излучения с ^-активным

85.

излучателем тритием (Етах = 19 кэВ), сорбированным цирко­ ниевой фольгой. Спектр возникающего тормозного излучения такого источника имеет пологий максимум в области 7 кэВ.

Проведенные исследования показали, что при измерениях воз­ никают ошибки вследствие изменения состояния поверхности пробы, гранулометрической характеристики, влажности и сопутствующих примесей. Так, интенсивность шероховатой поверхности уменьша­ лась почти на 10% по сравнению с гладкой поверхностью. Интен­ сивность характеристического излучения линейно зависит от про­ центного содержания определяемого элемента в пробе только при определенных условиях. На форму зависимости влияет атомный подтер Z определяемого эледтеита, а также наличие других эледтеитов в смеси.

Метод, основанный на издтерении плотности распределения нейт­ ронов, замедленных в среде, называют н е й т р о н - н е й т р о н -

ны дт м е т о д о м. В связи с тем, что результаты издтерений с подтощыо этого дтетода в значительной степени зависят от содержания водорода и сильнопоглощающих элементов, его применяют для определения влажности пород и содержания в них элементов с большим сечениедт поглощения нейтронов. В СССР впервые этот дтетод был придтенен в 1957 г. В. И. Барановьш и В. К. Христиановым для определения в породах сильнопоглощающих элементов, таких, как бор.

Метод, основанный на издгерении у-излучения радиационного захвата, возникающего в среде под действиедт нейтронов, называют

не й т р о н н ы д ! у - дт е т о д о дт. В СССР впервые этот метод был применен сотрудникадш ГЕОХИ АН СССР в 1958 г. при определе­ нии содержания бора в поверхностных отложениях. Нейтронный у-метод дает воздюжность оценить содержание хлора в этих отложе­ ниях (по у-излучению радиационного захвата). Эта оценка позволяет вводить поправку в данные нейтрон-нейтрониого дтетода и точнее ■определять содержание бора в отложениях.

Метод, основанный на измерении наведенной (3- и у-активности

под действием нейтронов, называют м е т о д о м н а в е д е н н о й а к т и в н о с т и . Он идтеет наибольшие перспективы при издтерении содержания в породах следующих элементов: дтеди, марганца, индия, алюминия, натрия, хлора, кобальта, бродш, серебра, иода, золота и редких зедюль. Присутствие в породе нескольких перечис­ ленных элементов будет приводить к искажению результатов опреде­ ления какого-либо одного эледтента.

Метод, основанный на издтерении плотности распределения фото­ нейтронов, возникающих при облучении руд потоком у-излучения, называют у - н е й т р о н н ы м м е т о д о м . Этот метод придтеняют для измерения содержания бериллия в рудах.

Имеется ряд работ, показывающих принципиальную воздюж­ ность использования наведенной «-частицами искусственной радио­ активности для количественного анализа руд и продуктов обогаще­ ния. В работах показана воздюжность использования для этих целей

■ 86

a-излучения полоыия-210. Методы анализа с помощью а-излучения обладают той особенностью, что определение ведется в весьма незна­ чительном поверхностном слое (до 20 мк). Таким образом, этот метод представляет интерес для изучения поверхностных физико-химиче­ ских явлений, имеющих большое значение в процессе обогащения.

А к т и в а ц и о н н ы й а н а л и з основан на ядерных реак­ циях, которые приводят к возникновению радиоактивных изотопов, под воздействием потока нейтронов. Анализируемую пробу подвер­ гают облучению нейтронами. В результате ядерных реакций ядра атомов определяемого элемента становятся радиоактивными с соот­ ветствующим периодом полураспада. По интенсивности и виду энер­ гии излучения наведенной радиоактивности определяют состав пробы. Промышленностью выпускаются три типа сс-нейтронных источ­ ников: полоний-бериллиевые, радий-бериллиевые и плутоний-берил- лиевые. В смеси, помещенной в латунный цилиндр диаметром 20— 25 мм высотой 20—40 мм, протекает ядерная реакция

2Не4 + 4Ве3 = 6С12 -+- „п1.

Поток нейтронов этих источников составляет 106—3 •107 нейтронов/с_ Основными параметрами нейтронных источников являются выход, энергия и угловое распределение нейтронов.

При ядерной реакции образуются быстрые нейтроны. В то же время в большинстве случаев при активационном анализе требуются медленные нейтроны. Поэтому источники нейтронов окружают замедлителем, в котором быстрые нейтроны в результате столкнове­ ния с ядрами замедляются, превращаясь в медленные или тепловые нейтроны.

При облучении исследуемой пробы наряду с определяемым эле­ ментом могут активироваться другие элементы, находящиеся в пробе. Это мешает количественному анализу. Поэтому для селективного' определения анализируемого элемента используют различные приемы:

1. Различие в периодах полураспада анализируемого элемента и наполнителей. Если периоды полураспада наполнителей значи­ тельно больше, чем периоды полураспада анализируемого элемента,, то измеренная доля активности наполнителей при малом времени активации и счета импульсов будет незначительна по сравнению с активностью определяемого элемента. Наоборот, если период, полураспада мешающих элементов мал, то следует после активации выдерживать пробу некоторое время, соответствующее почти пол­ ному распаду короткоживущих элементов наполнителя, а затем измерять импульсы.

2. Если анализируемый элемент после наведенной активности излучает [3-частицы или у-кванты, имеющие энергию, отличающуюся от энергии частиц, излучаемых наполнителем, то, применив фильтрыпоглотители, можно с помощью спектрометрической аппаратуры: селективно определить содержание анализируемого элемента.

87

химического активационного метода анализа, является большая продолжительность его. Однако в последние годы разработаны экспрессные методы анализа на некоторые элементы (AI-28, V-52, Са-49, Co-60, Mg-28 и т. д.), позволяющие определять содержание элементов в пробах в течение 2—10 мин.

При активационном анализе чаще всего применяют метод у- спектрометрии, при которой энергия у-квантов определяется по положению пика фотоэлектронов.

Блок-схема сцинтилляционного у-спектрометра с одним кристал­ лом Nal(Tl) показана на рис. 73. Прибор состоит из источника у-излучения И, фотоумножителя ФЭУ со сцинтиллятором, катод­ ного повторителя КП, линейного усилителя УС. Усиленные им­ пульсы анализируются по амплитуде амплитудным анализатором АА и регистрируются счетным устройством ПС. Однокристальный у-спектрометр отличается высокой эффективностью регистрации. Однако при сложном спектре вследствие наложения фотоэффектов, комптоновских эффектов и эффектов образования пар при энергии

Метод активационного анализа с успехом применяется для опре­ деления марганца в рудах, в которых нет элементов с сечением реакции большим, чем у марганца (Мп-56) с периодом полураспада 12,56 ч. Продолжительность анализа 6 мин. Точность анализа соста­ вляет ±0,5% при содержании марганца в продуктах от 23 до 56%. В качестве эталона может быть использован кварц с различным содер­ жанием марганца. Ванадий,обычно содержащийся в железных рудах, определяют по реакции (п, у) на медленных нейтронах. При этом ■образуется радиоактивный изотоп Y-52 с периодом полураспада

-88

3,7 мин, Вольфрам определяют с применением полоний-бериллиевого' источника, дающего поток примерно 107 нейтронов в 1 с. При облу­ чении образуется W-187 с периодом полураспада 24,1 ч.

ние годы как в лабораториях, так и в промышленности стали при­ менять портативный генератор нейтронов для активационного ана­ лиза, который представляет собой низковольтный ускоритель. При бомбардировке ионами дейтерия мишени, насыщенной тритием, по реакции Н? (d, п) Не4 при ускоряющем напряжении 100—150 кВ [45] в генераторе возникают быстрые нейтроны с энергией порядка 14 МэВ. Сечение реакции Н? (d, л.)Не4 при энергии 100—200 кэВ настолько велико, что для образования интенсивного потока нейтро­ нов достаточно иметь напряжение примерно такое, как в рентгенов­ ской трубке, При энергии 200 кэВ выход нейтронов достигает 104 нейтронов в 1 с на 1 мкА дейтронного тока.

Возникающие при указанной реакции радиоактивные изотопы обладают специфическими ядерными характеристиками и позволяют идентифицировать и определять содержание того или иного элемента-- Так как при активации многих веществ возникают быстро распада­ ющиеся изотопы, анализ можно проводить в течение нескольких минут,

Широкое применение быстрых нейтронов при активационном анализе обусловлено устранением эффекта самоэкранирования, вызы­ вающего значительные погрешности при анализе с использованием тепловых нейтронов.

Нейтроны с энергией приблизительно 14 МэВ, возникающие при реакции H 3(d, л)Не4, используют для определения кремния и магния в горных породах. Определение кремния производят по реакции Si28 (л, р)А128 с применением сцинтилляционного счетчика для реги­ страции у-излучения с энергией 1,78 МэВ и интегрального амплитуд­ ного дискриминатора при пороге 1,4 МэВ. Активация продолжается 1 мин. Наведенная активность регистрируется по истечении минут­ ной выдержки. Благодаря этому исключается регистрация N16 (период полураспада которого 7,3 с), возникающего при активации кислорода, присутствующего в пробе. Средняя ошибка составляет 2,6%. Ошибка, вызванная активностью кальция, магния и железа, не превышает 2%.

для определения содержания ки слорода применяются только гене раторы.

Изотоп N16, образующийся в результате указанной реакции, имеет период полураспада 7,35 с. Он распадается, испуская жест­ кие у-кванты с энергией 7,14 и 7,12 МэВ. Благодаря большой энер­ гии у-излучения N16 можно с помощью у-спектрометра исключить

89