Файл: Филиппов, Е. М. Ядерные разведчики земных и космических объектов.pdf

§ 3. СЕРЕБРО ТОЖЕ САМО СЕБЯ ОПРЕДЕЛЯЕТ

Представлять читателю этот химический элемент нет надоб­ ности. Интересующихся отсылаем к книге М. М. Максимова, 1970 г. Выше отмечалось, что этот элемент обладает специфи­ ческими свойствами по отношению к нейтронам. В области энергии 5,23 эВ ядра атомов изотопа серебро-109 имеют ре­ зонансное сечение. Захват нейтронов при этой и других энерги­ ях приводит к образованию радиоактивного изотопа — серебро110, возникающего в реакции Ag109 (п, у) Aguo. Распадаясь (период полураспада 7'=24,2 с), изотоп испускает бета-час­ тицы с энергией £р=2,24 МэВ (60%) и 2,82 МэВ (40%) и гамма-кванты с энергией 0,656 МэВ (60%).

Если фольгу из серебра окружить слоем кадмия толщиной около 1 мм, то фольга активируется в основном под действием нейтронов в области резонанса серебра. Таким образом, устанавливая серебряную фольгу, окруженную кадмием, в по­ ток нейтронов па время облучения t0 не свыше 5 7 = 2 мин, по измерению наведенной активности серебра-110 судят о потоках нейтронов с энергией в области 5,23 эВ. Измерение наведенной активности осуществляется с помощью газоразрядных или сцинтилляционных счетчиков по регистрации бета-частиц или гамма-квантов, или по суммарному потоку этих частиц. Исполь­ зуя аналогичным образом фольгу и т. п. из других материалов, можно создать детекторы для измерения резонансных нейтронов в других областях энергий. Такие детекторы нейтронов в ядерной физике получили название активационных.

О резонансных потоках нейтронов можно также судить по регистрации гамма-излучения радиационного захвата нейт­

при захвате нейтронов, его можно измерять с помощью гам­ ма-спектрометрической аппаратуры в процессе захвата нейтро­ нов. Аналогичное гамма-излучение возникает при захвате нейт­ ронов ядрами атомов и некоторых других элементов с резо­ нансными сечениями. Эти детекторы в отличие от активационных получили название радиационных и применяются гораздо реже, что связано с трудностью регистрации гамма-излучения радиа­

Фольга из серебра и других материалов может использо­ ваться не только для регистрации резонансных нейтронов, но и для их выделения на фоне нейтронов других энергий. Суть этого процесса иллюстрирует рис. 10. 2. Если на пути потока нейтронов, выходящих из замедлителя, поставить кадмиевый фильтр, то он поглотит практически все нейтроны с энергией от 0,4 эВ и ниже и пропустит нейтроны с более высокой эиер-

8 8

шеи. Устанавливая на пути этих нейтронов фольгу нейтронно-резонансного элемента, мож­ но деформировать спектр надкадмиевых ней­ тронов. Фольга будет «выедать» нейтроны в области своего резонанса. В потоке иадкадмпевых нейтронов в области этих энергий на-

Рис. 10.2. Схематическая зависимость потока нейтронов от энергии:

/ — п о т о к м е д л е н н ы х н е й т р о н о в ( у с л о в н о п о к а з а н о д и н а к о в ы м д л я н е й т р о н о в в с е х э н е р г и и ) ; 2 — п о т о к н е й т р о н о в , п р о п у с к а е м ы х ч е р е з к а д м и й ; 3 — п о т о к н е й т р о н о в , п р о п у щ е н н ы й ч е р е з к а д м и й и р е з о н а н с н ы й ф и л ь т р ; 4 — в ы д е л я е м ы й п о т о к н е й т р о н о в — р а з ­ н о с т н а я в е л и ч и н а , п о л у ч а ю щ а я с я п р и в ы ч и т а н и и и з к р и в о й 2

к р и в о й 3.

блюдается пониженный поток нейтронов. Если теперь из резуль­ тата замера потока надкадмиевых нейтронов вычесть второй замер, отвечающий деформированному потоку нейтронов, то ре­ зультирующая величина будет соответствовать замеру потока нейтронов в выделенной резонансной области энергий. Таким образом, облучая изучаемое вещество дважды потоком надкад­ миевых нейтронов и нейтронов, дополнительно пропущенных через резонансный поглотитель, получим результирующий раз­ ностный эффект, соответствующий как бы облучению изучае­ мой среды потоком резонансных нейтронов.

В Институте геологии и геофизики СО АН СССР на этом принципе разработана методика определения в пробах серебра и других элементов с высокими резонансными сечениями захва­ та нейтронов. Принцип методики ясен из рис. 10.3. Если в про­ бе определяется содержание серебра, то резонансный фильтр и активационный детектор также делаются из серебра. Это не­ обходимо для исключения влияния других резонансных элемен­ тов, присутствующих в пробе. Так, в рудах, содержащих серебро, обычно встречается и индий, также имеющий высокое резо­ нансное сечение. В случае отсутствия в пробах другого элемен­ та с высоким резонансным сечением можно обойтись без резо­ нансного фильтра в установке. При этом серебро в пробах определяется по методике однократных облучений.

Таким образом, по рассмотренной методике, серебро способ­ но само себя определять. Аналогичным образом сами себя оп­

89

ные прокладки необходимы для поглощения нейтронов, идущих к активационной фольге-детектору с торцов. Извлечение фоль­ ги-детектора после активации из полости осуществляется с по­ мощью дистанционной рукоятки. Фольга-детектор с прокладкой (для извлечения) может сочленяться механическим способом или с помощью магнита. Извлеченная фольга-детектор надева­ ется на газоразрядный счетчик, который измеряет ее наведен­ ную активность. При количественных измерениях определяемого элемента время облучения фольги to, время переноса активаци­ онного детектора tn п время измерения его наведенной активно­ сти ta выбираются строго определенными.

Для автоматизации процесса подачи фольги-детектора от места облучения к счетчику в замедлителе под фольгой-де­ тектором был сделан цилиндрический канал. После облуче­ ния фольги электромагнит отключался. Фольга под действием

бах других нейтронно-резонансных элементов. Некоторые из та­ ких элементов имеют неблагоприятные нейтронно-активационные свойства: отсутствие радиоактивного изотопа вообще, как, напри­ мер, у диспрозия, или сравнительно большой период полураспа­ да, например, как у золота-198 (Т— 2,7 дня) и т. д. Для опреде­ ления этих элементов в пробах можно воспользоваться перекры­ тием резонансов диспрозия (£„ = 5,35 эВ) и золота (£„ = 4,94 эВ) с серебром и таким образом по серебру определять содержание этих элементов в пробах соответственно с порогом чувствитель-

90

иости 0,3 и 0,7%- Аналогичным образом по родию определяют содержание в пробах индия с порогом чувствительности 0,06%.

Рассмотренные нейтронно-резонансные установки с актива­ ционными детекторами нашли еще одну область применения, а именно: с их помощью оказалось возможным определять содержание в пробах и таких поглощающих элементов, как бор, литий и др.

При работе с серебряным детектором установлено, что с по­ мощью рассматриваемой методики регистрации общего потока

замеров без кадмиевого фильтра и с ним можно вести раздель­ ное определение в пробах бора и лития с относительной по­ грешностью, в среднем равной 2 и 3% соответственно. Рассмат­

Задача поисков борных месторождений и их разведка наи­ более эффективно может быть решена при разработке полевых приборов, позволяющих определять содержание этого элемен­ та непосредственно в поле — на месте выхода горной породы. Такая необходимость поисков месторождений бора диктуется еще и следующим обстоятельством. Минеральные образования бора, являющиеся основными источниками его сырья, визуаль­ но слабо выделяются от других природных соединений. Поэтому разработка приборов, «видящих» бор в породах, имеет исключи­ тельно важное значение. В связи с этим в Институте геологии и геофизики СО АН СССР была поставлена задача по созданию легкого переносного приставного прибора, который геологи мог­ ли бы взять с собой в экспедицию для поисков минерального сырья и для проведения разведки бора в карьерах и шахтах. К настоящему времени создан такой прибор со сцинтилляционным борным детектором весом около 4 кг (рис. 10.5), позволя­ ющий определять на месте выхода горных пород содержание бора от 0,2 до 7%.

Применение таких приборов на практике позволяет значи­ тельно повысить эффективность поисковых и разведочных работ на бор и снизить их себестоимость. При этом не нужно система­ тически отбирать образцы пород для их лабораторного анализа. До разработки приставного прибора, как уже отмечалось, лабораторная методика была единственным способом определе­ ния бора в породах. При работе с приставным борметром методика отбора проб окончательно не отпадает. Она необходи­

91