<<
>>

83. Ядерный активационный анализ является высокочувствительным неразрушающим методом качественного и количественного определения очень малых количеств атомов элементов в исследуемом образце.

Он является практически незаменимым при определении атомов легким элементов – водорода и гелия, которые другими методами не определяются. На исследуемое вещество в качестве возбуждающего излучения направляется поток либо нейтронов, либо высокоэнергетичных заряженных частиц(ионов).Энергия заряженной частицы должна быть достаточной для того, чтобы преодолеть энергию кулоновского отталкивания ядра атома исследуемого вещества и перевести ядро в возбужденное состояние .В качестве источника нейтронов, дейтронов и альфа частиц может служить ядерный реактор.

Получение потоков легких ионов(протонов, ядер гелия, ионов атомов других элементов) в лабораторных условиях возможно с помощью ускорителя спектрометра обратного рассеяния.

При облучении исследуемого вещества потоком частиц часть из них испытывает упругое резерфордовское рассеяние, а часть захватывается ядром с образованием так называемого составного ядра. Составное ядро переходит в возбужденное состояние. Энергия возбуждения распределяется между нуклонами ядра случайным образом, так что ни один из них не обладает достаточной энергией для того, чтобы сразу покинуть ядро. Снятие возбуждения составного ядра может происходить различными путями: испусканием гамма-излучения, протонов, нейтронов и т.д.Однако при увеличении энергии первичных анализирующих частиц возможны прямые взаимодействия,в результате которых некоторые нуклоны или группы нуклонов(дейтроны,альфа-частицы) могут быть непосредственно выброшены из ядра. Реакции с образованием составного ядра более вероятны при сравнительно низких энергиях; вероятность прямого взаимодействия возрастает с увеличением энергии возбуждающего корпускулярного излучения.Если в процессе измерения регистрируется излучение,испускаемое непосредственно во время возбуждения, то осуществляется мгновеннорадиационный анализ ; при регистрации наведенного ранее излучения реализуется(через составное ядро) активационный анализ.

В ядерных реакциях выполняются законы сохранения:числа нуклонов,заряда,массы-энергии,импульса. Испускаемые в результате ядерной реакции излучения являются характеристическими для возбужденного ядра,что во многом сходно с излучением атома. Существование характерного набора энергетических состояний в атоме или ядре позволяет использовать излучение для идентификации атома или ядра. В случае активационного анализа характеристиками, позволяющими идентифицировать радиоактивное ядро,могут быть период полураспада, типы испускаемого излучения и энергия квантов характеристического гамма-излучения.В противоположность атомам ядерные характеристики обычно сильно различаются для двух изотопов одного и того же элемента. Кроме того, ядерные реакции не дают прямой информации о химических связях атомов элементов.

В активационном анализе определяемый элемент однозначно идентифицируется по времени полураспада и энергии испускаемого возникающими радиоактивными нуклидами излучения,значения которых содержатся в справочных таблицах. Для оптимальной чувствительности анализа желательно получить в образце максимальное количество радиоактивных ядер внешним облучением 50% от максимальной активации достигает после облучения в течение одного периода полураспада, и еще около 9% в течение четырех периодов полураспада. Поэтому облучение следует проводить не дольше нескольких периодов полураспада. Вначале регистрируются короткоживущие изотопы, спустя определенный интервал времени – более долгоживущие. В зависимости от вида регистрируемого вторичного излучения(гамма,нейтроны,протоны,альфа-частицы) применяются различные методы регистрации. Поскольку число распадов в единицу времени, или активность радионуклида, пропорциональна числу исходных ядер, то измерение активности позволяет осуществлять количественный анализ.

При возбуждении ядер анализируемого вещества тепловыми нейтронами,глубоко проникающими практически во весь объем исследуемого вещества, удается определить содержание элементов с очень высокой точностью.

Высокая чувствительность активационного анализа с применением тепловых нейтронов обусловлена тем, что сечение взаимодействия нейтронов с ядрами составляет 103-104барн, что существенно превышает геометрические сечения(1 барн).Однако активационный анализ с применением нейтронов не обеспечивает чувствительности измерений по глубине. Глубина анализа при этом определяется расстоянием, которое может пройти вторичная частица до выхода из образца, и в зависимости от состава исследуемого вещества может составлять 1-10мкм.

При облучении исследуемого вещества заряженными частицами с энергиями, достаточными для того,ч тобы преодолеть кулоновский барьер,возбуждается целый ряд ядерных реакций, выход которых зависит от дифференциального сечения взаимодействия. При этом ядра со средними и большими значениями Z вследствие кулоновского отталкивания не вступают в реакции с возбуждающими частицами мегаэлектронвольтных энергий.

<< | >>
Источник: Ответы к экзамену по измерению физических величин. 2017

Еще по теме 83. Ядерный активационный анализ является высокочувствительным неразрушающим методом качественного и количественного определения очень малых количеств атомов элементов в исследуемом образце.:

  1. 53. Ядерный активационный анализ является высокочувствительным неразрушающим методом качественного и количественного определения очень малых количеств атомов элементов в исследуемом образце.
  2. 83. Ядерный активационный анализ является высокочувствительным неразрушающим методом качественного и количественного определения очень малых количеств атомов элементов в исследуемом образце.