книги из ГПНТБ / Ядернофизические методы анализа и контроля технологических процессов [сборник статей]

деления ртути по НГКС скважин может дать вполне удовлетво­ рительные результаты для разведки на ртуть.

Учет фонового излучения повышает точность оценки ртутногооруденения. В работе рассматривается методика оценки фонового излучения по энергетическим интервалам, а также дифференциаль­ ного распределения концентрации ртути внутри пласта.

Получены формулы у-абсорбциометрии рассеянного излучения узкого моноэнергетического потока в геометрии жесткой колли­ мации излучения.

ЛИТЕРАТУРА

1.Г о р ш к о в Г. В. Гамма-излучение радиоактивных тел и элементы расчета защиты от излучения, М.—Л., Изд-во АН СССР, 1Г59.

НЕДЕСТРУКТИВНЫЙ ЭКСПРЕССНЫЙ АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

С ПОМОЩЬЮ АКТИВАЦИИ НА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦАХ

Широко распространенный нейтронно-активационный метод по­ зволяет определять содержание большинства элементов с чувст­ вительностью 10~7— 1(Н0%. Однако чувствительность определения содержания элементов А1, К, №, Мо при потоке тепловых нейтро­

50

нов 1013 ней\гр/см2-сек составляет 10- 6— 10~7, a Mg, Si, S, Са, Fe— 10~5— 10_6%. При их одновременном инструментальном анали­ зе эта величина еще ниже. Наиболее целесообразным для подоб­ ных элементов становится метод активационного анализа на заря­ женных частицах.

Существует несколько работ, в которых рассмотрены возмож­

определено по долгожизущим активным продуктам, получаемым при активации на протонах.

Реакции, приводящие к короткоживущим радиоизотопам, дают возможность проводить недеструктивный и экспрессный анализ, использовать большие интенсивности заряженных частиц, анали­ зировать легкоплавкие и летучие материалы; уменьшить влияние долгоживущих радиоизотопов, возникающих от основы и примес­ ных изотопов, а также сократить сравнительно дорогое эксплуа­ тационное время ускорителя. Тем не менее такой анализ прово­

на протонах [7]. Из рассматриваемых нами элементов определены S по радиоизотопу 32С1 ( Т =0,3 сек.), возникающему в реакции

32S (р, п) 32С1 [8], и А1 с помощью реакции 27А1 (d, р) 28А1 [9].

Мы исследуем методы недеструктивного и экспрессного анали­ за элементов с 1 2 < Z < 2 9 и Мо с использованием короткоживущих радиоизотопов, возникающих при облучении пучком протонов, дейтронов и ионов 3Не. При этом мы исходим из следующих тре­

51

Тогда из уравнения (1) получим

Чтобы получить выход у-квантов радиоизотопа, возникающего по данной ядерной реакции, надо умножить (3) на относительный вы­ ход у-квантов. Чувствительность активационного анализа на заря­ женных частицах выражается как

нельзя выразить аналитически, ее определяет экспериментально. Целесообразно измерять функции возбуждения реакций, из кото­ рых можно легко вычислить средние сечения илй выходы.

Изготовление и облучение мишеней. Тонкие мишени Mg, S, К,

Са, V, Сг, Мп толщиной 30 мг/см2 приготовлены из порошков MgO, К2СГ2О7, S, С а^О зЦ Ч Н гО , H V 03, Мп связыванием полистиролом с помощью дихлорэтана. Для снятия выходов изготовлены толстые мишени из тех же порошков, спрессованных в таблетки. Мишени А1, №, Мо представляли собой фольги толщиной 3,3 мг/см2, 40 мг/см2 и 50 мг/см2 соответственно.

Функции возбуждения измерялись методом стопки фольг. Тон­ кие мишени, между которыми вкладывались алюминиевые либо полистироловые фольги толщиной 3,3 мг/см2 и 10 мг/см2 соот­ ветственно, складывались в стопку и облучались протонами или дейтронами.

Облучение проводилось в вакууме на выведенном пучке 150 см

зависимости выходов энергия заряженных частиц понижалась с помощью алюминиевых и полистироловых фольг. Средняя интенсивость пучка через 10 мм коллиматор составляла 0,01.-т-0,1 мка, а время облучения------ 1 мин. Использовалась специальная ка­ мера активации, которая позволяла уменьшить промежуток вре­ мени между облучением и измерением д о ~ 1 мин. Стопка устанав­ ливалась в мишенедержателе, изолированном от корпуса камеры активации и ионопровода и служащем цилиндром Фарадея.

Измерение и мониторирование пучка и детектирование. Интен­ сивность пучка измерялась интегратором тока. При облучении про-

52

тонами в качестве дополнительного монитора использовалась медная фольга.

Наведенная активность радиоизотопов регистрировалась полу­ проводниковым детектором (GeLi) с рабочим объемом 27 см3. Д е­ тектор подключался через зарядочувствительный предусилитель и усилитель-экспандер к многоканальному амплитудному анализато­ ру АИ-4096, что позволяло получить разрешение 6 кэв на линию 1330 кэв 60Со. Анализатор разбивался на 16 групп по 256 каналов, информация в которые набиралась по мере их заполнения. Таким

образом, в стопке можно было одновременно облучать 16 фольг. Время измерения активности каждой фольги составляло 20-^60 сек.

Активация на протонах. Реакции, протекающие под действием протонов на ядрах Сг, N1, Си, Мо и приводящие к короткоживущим радиоизотопам, приведены в таблице. На рис. 1 представлены функ­ ции возбуждения и зависимости средних сечений этих реакций от энергии. Функция возбуждения реакции 63Cu(p, п) G3Zn (рис. 1, 1) хорошо изучена [10] и была измерена нами от порога до 18 Мэе

53

Оптимальные энергии оолучения, чувствительность анализа и пределы обнаружения элементов с помощью ядерных реакций

Активация на

для проверки методики и использования медных фолы в качестве монитора. Реакция 60Ni(p, п ) 60Си (рис. 1, 2) исследована недавно от порога до 14 Мэе [11]. Как видно из таблицы, предел обнаруже­ ния Си и Ni по радиоизотопам 53Zn и 60Си при оптимальных энер­

гиях облучения равен 4,7С-10~9 и 0,62С-10~9— мка соответственно.

Для меди выбрана оптимальная энергия 10 Мэе, чтобы исключить

Поскольку молибден имеет много стабильных изотопов, мы рас­

Активация на дейтронах. Из-за малости энергии связи дейтро­ нов число реакций, возникающих на средних ядрах, очень велико. В таблице приведены реакции на ядрах Mg, Al, Si, Са, V, Сг, Мп, Fe, Ni.

На рис. 1, 12— 15 показаны выходы и кривые активации реакций 26M g (d, р) 27M g и 40Са id, а) 38К. Здесь и далее кривая актива­ ции представляет функцию возбуждения, выраженную в относи­ тельных единицах (относительно 100 мбарн). Пределы обнаруже­

измерялась от порога до 12 Мэе в работе [13]. Содержание Si можно определить по радиоизотопу 29А1, однако выход этой реак­ ции мал и не обеспечивает очень высокой чувствительности анали-

за (125 С-10-9 — -мка). Поэтому содержание Si следует определять

по наведенной активности радиоизотопа 28А1 с учетом вклада реак­ ции 27А1 (d, р) 28А1. Это возможно при условии msi/^Ai > 100, так

56

как выход реакции 27А1 (d, р) 28А1 при энергии дейтронов £ ^ = - = 10 Мэе примерно в 100 раз больше выхода реакций на кремнии.

радиоактивность 28А1 целиком можно отнести к кремнию. Ясно, что: по активности 28А1 целесообразнее определять содержание А1,. однако содержание Si придется определять другим методом. Пре­ делы обнаружения кремния и алюминия по радиоизотопу 28А1 при

ции первой реакции. Реакции на хроме измерены с целью выясне­ ния вклада излучения 52V при анализе содержания ванадия. При начальной энергии активации дейтронов 10 Мэе влияние хрома из второй и третьей реакций исключается. Вклад от последней реак­

57

достигается очень высокая чувствительность и предел обнаружения

•составляет 0,71 С-10-9 -^-м ка. Влияние 52mMn из реакции 54Fe(d, а)

52mMn учитывается по разложению кривой распада активности.

Активация на ионах 3Не. Использование ионов 3Не при энерхии СЗНе > 10 Мэе приводит к сильному увеличению каналов воз­ можных реакций, что в активационном анализе нежелательно.

В таблице приведены исследованные ядерные реакции, а на рис. 3 — выходы этих реакций. При анализе Mg мешает алюминий из реакции 27А1 (3Не, 2р) 28А1, поэтому его целесообразнее опреде­ лять с помощью активации на дейтронах. При анализе К по наве­ денной активности 38К мешают реакции 37С1 (3Не, 2п) 38К и 40Са (3Не, ар) 38К. Влиянием второй реакции из-за малости выхода можно пренебречь. Предел обнаружения калия по наведенной

58

На рис. 3, 5, 6 представлены функции возбуждения и средние сечения реакции 27А1 (3Не, 2р)28А1. При анализе надо учитывать влияние магния из реакции 26Mg (3Не, 2р)28А1, определяя содер­ жание магния с помощью реакции 26M g (3Не, 2р) 27M g или облуче­ нием на дейтронах. Предел обнаружения алюминия составляет

22 С -К Г 9 — • мка.

г

В наших экспериментах источниками ошибок являлись: неточ­ ность измерения зависимости эффективности регистрации у-кван- тов детектором от энергии (5%); неточность измерения тока (1%); статистика (3%); неточность определения толщины фольг (1%); неточность геометрии (4%). Среднеквадратичная ошибка измерения выходов средних сечений и функций возбуждения со­ ставляет 7,2%.

Толщина фольг при активации на дейтронах сравнительно ве­ лика, поэтому значения сечений представляют средние в пределах ионизационных потерь в эквивалентных толщинах фольг.

Наши исследования показали, что активация на заряженных частицах позволяет определять содержание Mg, Al, Si, S, К, Са, V, Сг, Mn, Fe, Ni, Си, Мо без разложения основы по наведенной

ренных ядерных реакций не превышает 5ч10 мин., а благодаря короткому времени облучения на ускорителях стоимость анализа довольно низкая.

Поскольку характерные у-кванты изученных радиоизотопов сильно различаются по энергии, то возможно одновременное опре­ деление элементов с использованием GeLi-детектора. Следует от­ метить, что методы анализа на короткоживущих радиоизотопах весьма перспективны и при изучении и обнаружении различных дефектов на поверхности материалов.

59

УДК 539.106

Л. В. Навалихин, В. А. Муминов

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ АНАЛИЗА ВЕЩЕСТВА

СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИЗКОВОЛЬТНЫХ УСКОРИТЕЛЕЙ

ИВОЗМОЖНОЕ ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

Метод нейтронно-активационного анализа на быстрых нейтро­ нах, получаемых с помощью низковольтных ускорителей, имеет свои специфические особенности и характерные условия облуче­ ния, мониторирования потока, эталонирования и пр. Круг анали­ зируемых в том или ином объекте элементов, чувствительность

риваются в данной работе.

Нейтронный генератор позволяет в результате ядерной реак­

ны 5-1010—2-10п нейтр/сек и зависит, при прочих равных условиях, от срока службы и возможностей' используемой мишени, которые ограничиваются количеством ядер трития, поглощенного в ней, и степенью ее использования. Выпускаемые серийно ZrT-мишени на вольфрамовой подложке при токе падающих дейтронов 500—1 600 мка позволяют получать выход до 5- 10г' нейтр/сек, который, однако, сокращается примерно в два раза после 3—4 час. работы установки. Работа же в ослабленном режиме — сначала при токе дейтронов, ускоренных до £ ^ 1 4 0 — 150 кэв, равном 150—200 мка, затем при постепенном увеличении его до максимального значения

Так, непосредственное охлаждение ее торца проточной водой устра­ няет перегрев мишени и связанные с ним потери трития. Исполь­ зование для этой цели жидкого воздуха или азота увеличивает рассеяние тепла в 10— 100 раз [1].

60