Методы, основанные на протекании ядерных реакций

Активационный анализ представляет собой метод определения качественного или количественного состава вещества, основанный на специфичности свойств радиоизотопов, образующихся в результате протекания ядерных реакций. Для проведения активационного анализа материал облучают нейтронами, g-квантами или заряженными частицами и измеряют излучение образовавшихся радиоактивных ядер. Выполнение анализа связано с определением Т_1/2, полученных радиоизотопов или с изучением вида и энергии излучения, испускаемого активированным образцом. После идентификации изотопов, присутствующих в облученной мишени, необходимо выяснить, какая ядерная реакция приводит к получению найденных изотопов, а это позволяет определить изотопный состав исходной мишени.

Для проведения количественного активационного анализа используют то обстоятельство, что активность (а) образца, подвергнутого активации, зависит от числа ядер n₀ исходного изотопа, который участвует в ядерной реакции. Уравнения, связывающие активность образца, поток падающих частиц, эффективное сечение ядерных реакций и время облучения, были выведены ранее (обычно пользуются формулами, выведенными для тонкой мишени, т.к. практически всегда в методе используют пробы малой массы).

При облучении тонкой мишени в течение времени t₁ активность образующегося изотопа в образце определяется выражением

a = Nl = Ф₀ s n₀(1 - e ^-lt)

Между окончанием облучения и измерением активности образца обычно проходит некоторое время t₂ , в течение которого происходит убыль активности за счет радиоактивного распада. Поэтому активность образующегося в образце изотопа к моменту измерения равна

a = Nl = Ф₀ s n₀(1 - e ^-lt1) (e ^-lt2), (1)

где Ф₀ - поток падающих на поверхность частиц (частица/см ^2. сек); s- эффективное сечение ядерной реакции (см²/частица); n₀ число ядер активируемого изотопа в образце; l- постоянная распада образующегося радиоизотопа.

Задавая минимальное значение регистрируемой активности I_мин^, которое может быть надежно измерено, и учитывая формулу I =jа, на основании (1) можно получить выражение для расчета минимального числа ядер n_0(мин) активируемого изотопа в образце

I_мин

n_0(мин) = --------------------------------- (2)

jФ₀ s (1 - e ^-lt1) (e ^-lt2)

где j - коэффициент регистрации.

На основании (2) минимальное кол-во элемента m _­мин, которое может быть обнаружено активационным анализом (чувствительность анализа) равно

I_мин А_г-ат 100

m_(мин) = --------------------------------- (3)

N_Аq jФ₀ s (1 - e ^-lt1) (e ^-lt2)

где А_г-ат - грамм-атомная масса активируемого изотопа; N_А -число Авогадро; q - процентное содержание активируемого изотопа в природной смеси изотопов, образующих данный элемент.

При определении следовых количеств примесей методом активационного анализа желательно, чтобы материал (основа), в котором содержится примесь анализируемого элемента, не активировался или активировался незначительно. Рекомендуется также до начала анализа провести предварительный анализ реакцией бомбардирующих частиц с ядрами всех изотопов, присутствующих в образце. В зависимости от результатов предварительной оценки выбирают такую продолжительность облучения, пари которой основа активируется в наименьшей степени, либо выдерживают образцы после облучения в течение времени, достаточного для снижения активности основы. Можно также использовать при измерении фильтры, ослабляющие радиоактивное излучение основы. Если, несмотря на принятые меры, фон, обусловленный активацией основы, все-таки существенно превышает фон прибора, то минимальное кол-во определяемого элемента m_мин, которое может быть обнаружено методом активационного анализа, увеличивается (т.е. чувствительность метода снижается). Это связано с тем, что минимальное значение регистрируемой активности I_мин, которое может быть надежно измерено, зависит от уровня фона (обычно принимают, что I_мин = I_фона, но не менее 1/2 I_фона).

Дата добавления: 2014-01-04