ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Активационный анализ с применением заряженных частиц из "Активационный анализ" В качестве бомбардирующих частиц можно также использовать ядра различных элементов, имеющих необходимую энергию. Практическое применение в активационном анализе к настоящему времени получили только ядра изотопов водорода и гелия протоны р, дейтроны с1, тритоны /, гелий-3 (Не ) и а-частицы. Под действием этих частиц облучаемые ядра испытывают многообразные ядерные превращения, специфичные для каждой бомбардирующей частицы. [c.97] По сравнению с другими методами активационного анализа облучение заряженными частицами имеет свои характерные особенности, которые обусловлены наличием у ядер потенциального барьера, затрудняющего проникновение заряженных частиц в ядро, и очень сильным взаимодействием заряженных частиц с электронными оболочками атомов при их прохождении через вещество. [c.97] Из этого уравнения следует, что пробег заряженной частицы сильно зависит от плотности и состава облучаемого материала. Соответствующие расчеты показывают, что пробег заряженных частиц с энергией в несколько мегаэлектронвольт в твердом веществе очень мал и измеряется микронами. [c.98] В реальных условиях такой плавный ход кривой воз-бужде 1ия часто нарушается резонансными пиками, в области которых отмечается сильное увеличение сечений. Большинство реакций, представляющих интерес для активационного анализа, имеет величину сечения между 0,001 и 1 барн. [c.99] Общее свойство методов облучения заряженными частицами — одновременное протекание нескольких ядерных реакций, в результате которых получаются различные продукты. Это явление весьма неблагоприятно, так как увеличивает количество радиоактивных изотопов, создает нежелательные помехи для определения исследуемых элементов и усложняет ход активационного анализа. [c.99] Если при этом учесть, что все перечисленные реакции протекают на одном изотопе, а многие элементы состоят из нескольких изотопов, то становится ясно, что при облучении многоизотопных элементов количество протекающих реакций будет довольно велико. [c.100] Правда, в реальных условиях количество образующихся радиоактивных изотопов обычно оказывается меньше, чем число возможных ядерных реакций. Прежде всего это связано с тем, что в результате некоторых ядерных реакций образуются стабильные изотопы. С другой стороны, в конкретных условиях наибольший выход на каждом изотопе имеют обычно одна или две ядерные реакции. Некоторые ядерные реакции дают короткоживущие продукты, успевающие полностью распасться к моменту измерения. Все это сокращает количество радиоактивных изотопов, которые могут оказать влияние на конечный результат. Тем не менее число радиоактивных изотопов, образующихся при облучении заряженными частицами достаточно большой энергии многоизотопных элементов, оказывается все же довольно значительным, что сильно затрудняет идентификацию, разделение и количественное определение элементов. [c.100] Поскольку использовать абсолютный метод из-за трудности определения некоторых параметров сложно, то обычно применяют относительный метод. При активационном анализе с помощью заряженных частиц относительный метод можно осуществить в двух вариантах — облучение тонкой или толстой мишени. [c.101] Конечно, если анализируемый образец и стандарт имеют строго одинаковый химический состав, то выражение упрощается и оказывается таким же, как и для метода тонкого слоя. Однако получить образец и стандарт одинакового химического состава можно далеко не всегда. Когда наблюдается сильное различие в составе образца и стандарта то требуется ввести поправку в соответствии с уравнением (3.25), что не всегда просто. Одеблад [141, 142] предложил приближенные методы экспериментального определения этих поправок. [c.102] Таким образом, необходимо определить величину а для данной реакции и энергии заряженных частиц на ка-ком-либо одном веществе с тем, чтобы, зная только пробеги заряженных частиц, можно было рассчитать наведенную активность в любой другой матрице. [c.103] Поток заряженных частиц в каждом облучении определяется с помощью калиброванного цилиндра Фарадея, а пробеги находят из соответствующих таблиц. [c.103] Для активационного анализа с использованием заряженных частиц значительное затруднение часто создает выделение большого количества тепла при облучении мишени достаточно интенсивными потоками частиц. Количество тепла, выделяющегося на мишенях при облучении с помощью ускорителей, достигает нескольких киловатт. Выделившееся тепло может разрушить образец или привести к частичной потере вещества. Поэтому успешно облучать интенсивными потоками заряженных частиц можно в основном тугоплавкие материалы. [c.104] Круг материалов, которые можно облучать в ускорителях, расширяется, если охлаждать мишень проточной водой или использовать вращающиеся мишени. Тем не менее активацию заряженными частицами нельзя применять для легкоплавких или термически нестойких материалов, например органических. Для облучения этих материалов приходится уменьшать поток заряжеьп ых частиц, что вызывает соответствующую потерю чувствительности. [c.104] Энергия а-излучения радиоактивных изотопов в общем невелика и лежит в интервале 4—9 Мэе. Из имеющихся а-излучателей наибольшее практическое применение получил Ро - , его характеристики уже приводились, когда описывались ампульные источники нейтронов. [c.105] Полониевые а-источники изготовляют, нанося тонкий слой Ро на металлический диск. Чтобы избежать потерь Ро ° путем агрегатной отдачи, источник сверху покрывают тонкой пленкой, что несколько уменьшает энергию а-частиц. Источники Ро изготовляют с активностью в интервале 0,1—1 кюри. Как известно, недостаток полониевого источника заключается в относительно небольшом периоде полураспада. Хорошим источником а-излучения является достаточно долгоживущий который можно успешно применять для активационного анализа. В работе [31] сообщается об использовании для этих целей Аш-источника с активностью 10 - а-частиц мин. [c.105] Заряженные частицы можно получить также в результате различных ядерных реакций. Естественно, что наибольший интерес представляют ядерпые реакции, которые дают заряженные частицы при облучении потоками тепловых нейтронов, так как в этом случае вследствие исключительно высоких потоков нейтронов и сечений соответствующих реакций можно получить высокий выход заряженных частиц. Из таких реакций, список которых был приведен в табл. 1, практическое применение нашла реакция Ы ( , а) Н . [c.105] Чтобы использовать тритоны, получающиеся по этой реакции для активационного анализа анализируемый образец в виде топкоизмельченного порошка тщательно смешивают с порошкообразной литиевой солью. В результате каждая частица анализируемого материала оказывается окруженной частицами соли, которые при облучении в реакторе становятся источниками тритонов. Поскольку пробег тритонов такой энергии в твердых веществах составляет примерно 20—30 мкм, то и размеры частиц анализируемого материала не должны превышать удвоенной величины пробега. [c.105] Ускорители. В ядерной физике для ускорения тяжелых заряженных частиц в области энергий 0,1—30 Мэе используют электростатические ускорители, линейные ускорители и циклотроны. Из них наибольшее применение в исследованиях по активационному анализу нашел циклотрон. [c.106] Циклотрон — резонансный ускоритель. Ионы увеличивают свою энергию при многократном ускорении, двигаясь в постоянном магнитном поле в резонанс с переменным электрическим полем высокой частоты. Магнитное поле, в котором находится ускорительная камера, заставляет ионы двигаться по окружности, радиус которой тем больше, чем выше скорость ионов. По достижении необходимой энергии ионы попадают на мишень, расположенную внутри ускорительной камеры (внутренняя мишень). [c.106] Пучок ионов может быть также выведен из камеры циклотрона с помощью отклоняющего электрода, на который подается высокий отрицательный потенциал. Под действием электрического поля ускоренный пучок ионов изменяет свою траекторию, выходит из камеры через окошко, закрытое тонкой фольгой, и попадает на мишень (внешняя мишень). Облучение с помощью внешней мишени больше подходит для активационного анализа, так как в этом случае более просто решается вопрос об охлаждении облучаемых образцов и они легко извлекаются после облучения. [c.107] Вернуться к основной статье