книги из ГПНТБ / Ядернофизические методы анализа и контроля технологических процессов [сборник статей]
..pdfЭти особенности нейтронного генератора приводят к затрудне ниям при анализе вещественного состава по долгоживущим ак тивностям, так как длительное облучение не всегда экономически выгодно. Поэтому и анализ на быстрых нейтронах, как правило, отличается своей экспрессностью и дешевизной.
Быстрая доставка образцов на облучение и измерение, а также автоматизация процесса анализа осуществляется пневмотранспор тирующими устройствами и автоматическими системами, управ ляющими работой установки [2—5]. Для достижения высокой точ ности анализа на соответствующие устройства накладываются определенные требования: высокая скорость транспортировки, воз можность контроля положения образца, воспроизводимость уста
новленных режимов и др. Одно из |
|
|
|
|
|||
требований — вращение |
образца |
|
|
|
|
||
при облучении — связано с тем, что |
|
|
|
|
|||
распределение |
потока нейтронов в |
|
|
|
|
||
радиальном |
направлении, |
перпен |
|
|
|
|
|
дикулярном падающему пучку дей- |
|
|
|
|
|||
■лрСНрв. имеет ярко выраженный |
|
|
|
|
|||
максимум, ширина которого в пер |
Рис. 1. |
Распределение потока |
|||||
вую очередь зависит от степени фо |
нейтронов по направляющей ци |
||||||
кусировки дейтронного пучка. |
Это |
линдра |
в плоскости, |
перпендику |
|||
требует строгой фиксации |
образцов |
лярной |
плоскости |
мишени |
при |
||
в положении |
облучения и наклады |
одно- (/) и многоцикличном |
(//) |
||||
облучениях образцов. |
|
||||||
вает определенные условия на |
ста |
|
|
|
|
бильность электрического оборудования, обеспечивающего фокуси ровку пучка дейтронов и ускорение их.
Кроме того, ввиду незначительного эффекта самоэкранирования потока быстрых нейтронов и с целью увеличения чувствительности для анализа часто используются пространственно-протяженные образцы больших навесок. Это приводит к неравномерному облу чению их по всему объему (рис. 1, /). Возможное решение ука занной проблемы заключается в использовании цикличного облу чения. При этом не только увеличивается статистический отсчет от цикла к циклу, но и, как видно из рис. 1, II, вследствие вращения образца при многократном прохождении его в канале пневмопоч ты «сглаживается» неравномерность облучения по объему. Дру
гими словами, условия |
циклического облучения приближают |
||
.к условиям, возникающим при принудительном |
вращении |
образца |
|
в процессе облучения. |
Однако в последнем |
случае |
соответ |
ствующие системы увеличивают расстояние между образцом и мишенью генератора, уменьшая полезный поток нейтронов, а сле довательно, ухудшая чувствительность и точность анализа. Поэто му в ряде случаев целесообразнее применять цикличное облучение без вращения.
' В связи с пространственной анизотропией нейтронного потока возникает необходимость измерения числа нейтронов, прошедших через образец за время его облучения, т. е. мониторирования по
61
тока. Этот вопрос исследовался многими авторами, в частности, при определении содержания кислорода в различных материалах [1, 6—8]. Мы измеряли поток несколькими способами: а) по счету р-частиц из кислородсодержащего радиатора, расположенного вблизи мишени; б) по интегральному счету сопутствующих «-час тиц (или нейтронов ВРз-счетчиком) с использованием RC-диффе- ренцирующей цепочки и интенсиметра с постоянной времени т = = 1 /Л= 10,6 сек.; в) по измерению активности кислородсодержащего «монитора», который облучался и измерялся одновременно с об разцом в дополнительном канале пневмопочты. Полученные ре зультаты показывают, что последний более точно отражает все флуктуации и изменения нейтронного потока.
В случае анализа по короткоживущим изотопам необходимо рассмотреть вопросы, связанные с выбором оптимальных условий облучения и измерения. Следует учитывать, что сечение актива ции носит вероятностный характер, т. е. так же, как и измерение, облучение является источником определенного разброса значений измеряемой величины. Когда точность или воспроизводимость ана лиза рассчитывается на основании экспериментальных данных, бобл неявно входит в то значение б, которое получается при срав нении нескольких параллельных результатов. При планировании эксперимента значение 60бл должно быть введено отдельно, и ошибка анализа будет складываться из ошибки облучения бобл и ошибки измерения бизм-'
<\2 |
____ «.2 |
* |
>2 |
/ а |
у |
О — О- |
+ |
0 . |
( 1 ) |
||
|
обл |
1 |
изм |
V |
> |
При цикличном облучении суммарная ошибка зависит от ошибки каждого цикла и для расчетов следует брать среднюю
ошибку за п циклов
П
--- , |
(2) |
п |
для нахождения которой можно воспользоваться выражением относительной ошибки определения малой активности А0 на фоне мешающих Аф , когда последние хорошо известны и по величине сравнимы с искомой [9]:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3) |
Можно показать, |
что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
—2 |
п |
(АФ),- |
п |
(-4Ф |
|
|
|
||
|
V |
V |
|
|
(4) |
|||||
|
о |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
— 'обл № |
|
'изм |
И о ),- ( |
'о ) 4 |
|
|
||
где (А Ф h А0 |
— активности, |
наведенные з а о д н о |
облучение;. |
|||||||
И |
( /0) — коэффициенты, зависящие |
от |
времен вы |
|||||||
Ф)/ |
|
держки |
и |
измерения, |
а также |
от |
геометри |
|||
|
|
ческих |
факторов. |
|
|
|
|
|
62
В частном случае, например, при определении кислорода с ис пользованием контейнера, когда основную помеху представляеткислород последнего, а ^13м = Абл,
1 |
I + |
|
(5) |
|
11 п |
I |
’ |
||
|
где 6i — ошибка одноцикличного определения. Последнее выраже ние показывает, что с увеличением числа циклов ошибка определе ния уменьшается.
Еще одной особенностью активационного анализа с использо ванием генератора является тот факт, что при взаимодействии быстрых нейтронов с ядрами атомов превалируют пороговые реак ции типа (п ,р ), (л,а), {п,п'), (л,2л). В результате последней образуются нейтронодефицитные ядра, как правило, являющиеся позитроно-активными излучателями. Поэтому часто возникает не обходимость анализа смеси радиоактивных изотопов, отличающих ся только по периоду полураспада. Правильный выбор оптималь ных условий и в этом случае позволяет обеспечить достаточную' точность при высокой производительности анализа [10].
Активности, получаемые при облучении на нейтронном генера торе, как правило, невелики, и использование обычных сцинтилляционных спектрометров достаточно для решения многих задач. Однако, когда обычный инструментальный метод в его простейшем варианте непригоден, например, при определении примесей в сильноактивируемой основе или анализе многокомпонентных смесей, применение детекторов с высоким разрешением становится необ ходимым, так как радиохимическое выделение исследуемого изо
топа |
не всегда достаточно экспрессно. |
В |
настоящее время нейтронный генератор ИЯФ АН УзССР |
оснащен быстрым пневмотранспортирующим устройством и систе мой автоматического управления для работы с короткоживущими
изотопами (с периодом полураспада от 1 |
сек. |
и выше), |
а также |
|
контрольно-измерительным |
комплексом, |
включающим |
одно |
|
кристальные спектрометры |
с кристаллами |
NaJ(Tl) |
80x80, |
спектрометр с геометрией измерения, близкой к 4л, и спектрометр быстро-медленных совпадений. Вся анализирующая аппаратура, за исключением некоторых звеньев, собрана из унифицированных блоков, выпускаемых отечественной промышленностью, что даетвозможность решать разнообразные задачи аналитической прак
тики не только в условиях |
научно-исследовательского института,, |
но и в производственной |
лаборатории промышленного пред |
приятия.
Основные ядернофизические данные изотопов и производствен но-экономические характеристики некоторых разработанных на генераторе НГ-200 методик приведены в таблице.
С точки зрения промышленного применения первое место зани мает методика определения содержания кислорода в различных образцах, использованная, в частности, для анализа промышлен-
63
Ядро-мишень
>Ю (99,8)
e3Cu (69,1) 64Zn (48,9) 66Fe (91,68)
» P b |
(22,6 ) |
sospb |
(52,3) |
«Си (30,9)
64Zn (48,9) «>Fe (91,68)
2°7Pb (22,6) ao8Pb (52,2)
118Sn (24,08)
121Sb (57,25)
isasb (42,75)
75As ( 100)
7eGe (7,76)
28S1 (92,2)
27A 1 ( 100)
24Mg (78,6)
27AI ( 100)
28Si (97,2)
m (locj
eoZr (51,5)
“ Mo (15,84) 183W (14,3)
484W (30,9)
“ Со (100)
g, |
Ядро- |
|
Е^ , Мэв, % |
Тип |
Чувствитель |
Время |
|
Ядер** |
T4, |
анализа, |
|||||
ная |
продукт |
|
|
спектрометра |
ность, г |
час. |
|
реакция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n, p |
leN |
7,3 сек. 7,11 |
(5) |
С 4л-гео- |
Ю - 4 - |
0,15 |
|
|
|
|
6,14 |
(70) |
метрией |
|
|
n, |
2n |
62Cu |
9,8 |
мин. |
0,511 (195) |
Совпадений |
( 2 - 3 ) - 10“ 4 |
||
n, |
2n |
63Zn |
38,4 |
мин. |
0,51 л (200) |
„ |
5 • 10~ 4 |
|
|
n, |
p |
»>Mn |
2,58 |
час. |
1,81 (25,5) |
Однокри- |
|
|
|
|
|
207|«рь |
|
|
0,845(98,8) стальный |
(2—З ) .10~3 0,22 |
|||
n, |
n' |
0,80 |
сек. |
0,57 (97) |
Быстро- |
||||
n, |
In‘ |
|
|
|
1,064(86,2) |
медле иных |
|
( 2 - 3 )* |
|
|
|
|
|
|
|
совпадений |
|
|
|
n, |
2n |
64Cu |
12,88 час. |
0,511 (38) |
Совпадений |
10 |
|
||
n, |
2n |
83Zn |
38,4 |
мин. |
0,511 (200) |
|
|
||
Я |
(5—6 ) 0 0 |
|
|||||||
n, |
p |
56Mn |
2,-58 |
час. |
1,81 (25.5) |
Однокри- |
4 |
||
|
|
|
|
|
0,845 (98,8) |
стальный |
|
1,02 |
|
n, |
n' |
2°7m pb |
0,80 |
сек. |
0,57 (97) |
Быстро- |
|
||
(2—3) 10 |
3 (6,08) |
||||||||
n, |
2n |
|
|
|
1,064(86,2) |
медленных |
|||
|
|
|
|
|
0,159 (2,76] |
совпадений |
|
|
|
n, |
In‘ |
117mSn |
14 дн. |
0,162(90,7) |
Однокри- |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
стальный |
2 - 10~3 |
|
|
|
|
|
|
|
0,089 (78) |
|
|
||
|
|
120mSb |
5,8 |
дн. |
я |
|
|
||
n, |
Qn |
0,200(87,7) |
|
10~3 |
|
||||
|
|
122Sb |
2 ,8 |
дн. |
0 ,6 9 (3 ,5 ) |
я |
|
||
n, |
2n |
0,566 (68,5) |
|
|
|
Ориенти |
|
Объект |
Основные |
||
ровочная |
|
||||
стоимость, |
|
анализа |
мешающие! |
||
|
элементы |
||||
руб. |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
2—3 |
Чистые ме |
в |
|
||
таллы |
(W, |
|
|||
|
Mo |
TI, Си), |
|
|
|
|
сплавы, |
гор- |
|
|
|
|
ные породы, |
|
|
||
|
биологичес- |
|
|
||
|
кие объекты |
|
|
||
|
Полиметал- |
Mo, |
Sb |
||
|
лические ру- |
А1 |
|
||
|
ды |
и |
про- |
|
|
3,75 |
дукты |
их |
О, |
S1 |
|
переработки |
|||||
(5,1)* |
|
|
|
|
|
13,67 |
|
|
|
Sb, As |
|
(14,35) |
Оловянные |
Mo |
|
||
|
|
||||
|
руды и про- |
А1 |
|
||
|
дукты их пе- |
|
|
||
|
реработки |
О, |
Si |
||
|
|
|
|
Sb, |
As |
|
|
|
|
Sn, |
As |
n, 2n |
74As |
17,74 дн. |
0,595(63) |
я |
3-10“ 3 |
|
|
|
|
Sn, |
Sb |
|||
|
|
|
|
|
0,511(55,6) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n, |
2n |
76mGe |
49 |
сек. |
0,139(36,6) |
. |
2 -10~4 |
|
|
|
|
о , |
Si, |
|
n, |
p |
28Д1 |
2,3 |
мин. |
1,78(100) |
„ |
5 - 10“ 5 |
0,1 |
1.4 |
Угли |
|
Al, |
N |
|
n, p |
27Mg |
9,54 |
мин. |
1,015(30) |
я |
О |
1 |
|
|
|
|
Si, |
Fe |
|
|
|
|
|
|
0,843(70) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n, |
p |
24Na |
14,9 |
час. |
2,75(100) |
|
(5 — 6) -10 |
3 |
|
|
|
Основа |
||
ft, |
p |
27Mg |
|
|
1,37(100) |
|
|
|
1,0 |
13,4 |
Очищен- |
(Mo) |
||
9,54 |
мин. |
1,054 (30) |
|
5-10 |
3 |
Основа |
||||||||
|
|
|
|
|
0,843(70) |
|
|
|
|
|
ный молиб |
(Mo) |
||
n, |
p |
28a 1 |
|
|
|
(3—4) •10-4 |
|
денит |
|
|||||
2,3 |
мин. |
1,78(100) |
|
|
|
Основа |
||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Mo) |
|
n, |
n' |
89/ny |
16,5 |
сек. |
0,915(99) |
■ |
5 •10“ 5 |
0,01 |
0,13 |
Вольфрам, |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
некоторые |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сплавы |
|
|
|
n, |
2n |
89mZr |
4,2 |
мин. |
1,53 (6.5) |
■ |
10~3 |
|
|
|
|
|
Mo |
'' |
|
|
|
|
|
0,588(86) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n, |
2n |
slMo |
16 |
мин. |
0,511 (188) |
я |
5-10- 4 |
0.1 |
1,3 |
Сплавы на |
Zr |
|
||
n, |
n' |
|
|
|
0,102(32) |
|
|
|
|
|
основе |
нио |
Mo, |
Zr |
|
|
|
|
|
|
|
|
бия |
|
|||||
|
|
|
|
|
0,108 (22) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n, |
2n 183mw |
5,3 |
сек. |
0,160(15,9) |
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n, |
p |
50SC |
1,5 |
мин. |
1,17(100) |
» |
( 5 - 7 ) - 10~ 3 |
|
|
|
|
Со |
|
|
|
|
|
|
|
1,59(100) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n , a |
56Mn |
2,58 |
час. |
1,81(25,5) |
* |
10~4 |
|
0,15 |
2,0 |
Смеси |
и |
Fe |
|
|
|
|
|
|
. 0,845.(98,8) |
|
|
|
|
|
сплавы |
|
|
|
|
Ядерная |
Ядро- |
|
, Мэе (%) |
Тип |
Чувствитель- |
Время |
Ориенти |
Объект |
Основные |
Ядро-мишень |
тч, |
ровочная |
||||||||
реакиия |
продукт |
|
спектрометра |
ность, г |
|
СТОИМОСТЬ, |
анализа |
мещаюшие |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
руб. |
|
элементы |
2«Si (9*2,2) 52Сг (83,7) 56Fe (91,68)
ssMn ( 100)
UN (99,6) 2*S1 (42,2)
зф ( 100) seFe (91,68)
п , |
р |
25А 1 |
2,3 |
мин. |
1,78(100) |
Однокри |
п , |
р |
5-JV |
3,77 |
мин. |
1,43 (99,3) |
стальный |
■ |
||||||
п , |
р |
5вМп |
2,58 |
час. |
1,81(25,5) |
|
|
|
|
|
|
0,845 (88, 8) |
|
П, |
7 |
■'"'М п |
2,58 |
час. |
1,81(25,5) |
* |
|
|
|
|
|
0,845 (98,8) |
|
п, 2/г |
l3N |
10 мин. |
0,511 (200) |
С о в п а д е н и й |
||
и, |
р |
28А1 |
2,3 |
мин. |
1,78(100) |
ОД' окри- |
|
|
|
|
|
|
стальным |
П, |
а |
28А 1 |
2,3 |
мин. |
1,81 (25,5) |
» |
п , |
р |
56Мп |
2,58 час. |
0,845(98,8) |
■ |
|
|
|
|
|
|
|
*Данные химического анализа.
10~4 |
|
|
|
|
Fe, |
Сv |
(2 — 3) |
10~3 |
0,3 |
4,0 |
Сплавы |
SI, |
Fe |
|
|
|
|
|
S1, |
Сг |
1 0 - 3 |
|
|
|
|
Si, |
Fe |
5-10- 4 |
0,13—0,2 |
2,0 |
Биологи |
Р, |
Си |
|
3 - 10 |
4 |
0,13—0,17 |
2,0 |
ческие объ- |
Р |
|
екты |
|
|||||
Ю- 4 |
|
0,1 |
1,5 |
|
S1 |
|
6 10~5 |
0 ,5 - 0 ,7 |
6 - 7 |
|
|
|
ной продукции, выпускаемой Узбекским комбинатом |
тугоплав |
ких и жаропрочных металлов. Результаты анализов |
'позволили |
наладить технологический процесс и улучшить контроль при про изводстве молибдена на комбинате. Была разработана автомати ческая установка, позволяющая получать данные о процентном содержании кислорода непосредственно на табло цифрового при бора [4].
Решались также вопросы, связанные с распределением кисло рода по объему образца при выращивании монокристаллов раз
личными способами. |
Анализ |
поверхностей |
|
|
|
|
|
||||||||||||
одних и тех же образцов, подвергнутых раз |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
личным |
способам |
обработки, |
показал |
(рис. |
|
|
|
|
|
||||||||||
2), |
что наиболее |
эффективна |
очистка |
по |
|
|
|
|
|
||||||||||
верхности путем |
термической |
обработки |
ее |
|
|
|
|
|
|||||||||||
с использованием электронного пучка. Ана |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
логичные |
|
выводы дает |
изучение |
|
влияния |
|
|
|
|
|
|||||||||
способов |
обработки |
поверхности |
|
образцов |
|
|
|
|
|
||||||||||
зонноплавленного |
вольфрама |
и молибдена |
|
|
|
|
|
||||||||||||
на результаты анализа методом вакуумной |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
экстракции |
[И]. |
|
|
скорости |
образования |
|
|
|
|
|
|||||||||
По |
изменению |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
окпсной |
|
пленки |
при длительном |
хранении |
|
|
|
|
|
||||||||||
образцов можно детально исследовать эти |
Рис. 2. Изменение |
содер |
|||||||||||||||||
процессы |
|
на быстрых нейтронах. |
Однако |
||||||||||||||||
эффект |
|
заметен |
только при |
определенных |
жания кислорода в |
моно |
|||||||||||||
|
кристаллах Мо |
( / —/Я) и |
|||||||||||||||||
соотношениях |
поверхности |
исследуемого |
W (IV) в зависимости от |
||||||||||||||||
образца |
|
5 |
и его |
объема |
V, |
так |
|
как при |
способа |
получения |
и |
||||||||
больших |
|
значениях |
S /V |
«вес» |
объемного |
предварительной |
обра |
||||||||||||
кислорода |
оказывает значительно |
меньшее |
ботки |
поверхности: |
|||||||||||||||
I, IV — токарная |
обработка; |
||||||||||||||||||
влияние |
на |
результаты. В частности, |
содер |
||||||||||||||||
/ / —обработка |
электронным |
||||||||||||||||||
жание кислорода в образце из дюралюми |
пучком; I I I |
— электролитичес |
|||||||||||||||||
кое травление. |
|
|
|||||||||||||||||
ния в форме полого цилиндра с площадью |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
поверхности S --17 см2 и весом 2,4 Г |
(S/V=17,5) со |
временем |
по |
||||||||||||||||
степенно увеличивается, |
подчиняясь вполне определенному закону |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Ду = A e aht, |
|
|
|
|
|
|
|||||
где |
Ду — изменение |
концентрации |
кислорода |
за время М; |
|
|
|||||||||||||
|
А — коэффициент, зависящий от отношения 5/ V; |
|
|
|
|||||||||||||||
|
а — средняя |
скорость увеличения |
окисной пленки. |
|
|
|
|||||||||||||
Это выражение соответствует данным, |
приводимым |
в ра |
|||||||||||||||||
боте |
[12]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Большое внимание уделялось |
|
увеличению |
производительности |
и.снижению стоимости анализов по сравнению с другими метода ми, применяемыми в настоящее время в аналитической практике производственных лабораторий. Одним из путей для достижения поставленной цели является одновременное определение несколь
67
ких элементов за одно облучение. Примером может служить мето дика определения свинца, меди, цинка и железа в полиметалличес ких рудах [13].
Содержание свинца определяется по короткоживущему изоме ру*®7 т РЬ при цикличном облучении образца и измерении наведен ной активности спектрометром быстро-медленных совпадений {см. таблицу). Время облучения и измерения — 4—5 сек., выдерж ка 0,7 сек. Содержание меди и цинка может быть определено без дополнительного облучения измерением активности в области Е =0,511 Мэе дважды через промежуток времени Д£=30—40 мин.
между двумя последовательными измерениями. Содержание же леза и величина его вклада при определении меди определяется дополнительным измерением активности в области фотопика, соот ветствующего у-квантам с Е =8,43 Мэе. Высокая производитель
ность методики (до 25 образцов за смену) выгодно отличает ее от используемых в настоящее время химических методов.
При анализе по долгоживущим радиоактивным изотопам (до нескольких дней) экономически выгодно одновременное облуче ние расположенных вокруг мишени нескольких образцов с после дующим определением целого комплекса элементов. Удобно также сочетать анализ одних образцов по короткоживущим изотопам с использованием пневмопочты и одновременное облучение других
.для последующего их анализа. В частности, определение Sn, Sb, As ш оловянных рудах при таком облучении и последующем изме рении активности одновременно в трех энергетических интервалах происходит в 5—6 раз быстрее по сравнению с химическим методом.
Обычно при определении какого-либо одного элемента возника ет необходимость учитывать мешающее влияние других. С другой стороны, знание концентраций последних может дать дополни тельные полезные сведения об анализируемом объекте. Соответст вующим образом должна строиться и методика анализа. Так, при определении содержания германия в углях по радиоактивному изо
меру 75mGe основными мешающими элементами являются А1 и Si. Определение одновременно трех элементов позволяет получить сведения о содержании германия в углях и зольности их.
Анализ чистых материалов также возможен с использованием
•нейтронных генераторов. Несмотря на то, что методика определе ния алюминия, кремния и магния в очищенном молибдените за труднена вследствие сильной активации основы и не является высокопроизводительной и дешевой, она вполне может служить ■контролем для проверки результатов, полученных другими ме тодами.
Широкое применение нейтронные генераторы могут найти при анализе образцов металлургического производства, прежде всего при определении содержания кислорода в металлах. Анализ не которых сплавов вольфрама и иттрия с использованием ядерной
.68
реакции 89Y (п, п') |
89mY [14] отличается простотой и экспрессностью, |
|
а также высокой |
чувствительностью. |
. з |
Методика определения вольфрама, молибдена и цинка в спла вах на основе ниобия аналогична методике анализа полиметалли ческих руд. Содержание вольфрама определялось при цикличном облучении образцов и измерении величины наведенной активности
изотопа |
89mW, а циркония и молибдена — без |
дополнительного |
облучения |
измерением суммарной активности |
изотопов 91Мо и |
mZr в области Е 1 =0,48—0,62 Мэе дважды с последующим реше нием системы уравнений.
Новые возможности для более широкого применения нейтрон ного генератора открывает комбинированное облучение образцов в поле быстрых нейтронов и нейтронов, замедленных до тепловых
энергий в парафиновом блоке. В частности, |
малое |
содержание |
|
Mn (10- 1— 10_3%) |
в некоторых сплавах при наличии |
больших со |
|
держаний железа |
(до 90%), хрома (10—30%) |
и кремния (до 2— |
3%) определяется следующим образом. При облучении образца в потоке быстрых нейтронов определяется содержание Si, Fe и Cf, а облучение в поле тепловых нейтронов и измерение наведенной активности в соответствующем энергетическом интервале позво ляет с достаточной точностью судить о концентрации Мп в об разце. Учет активности изотопа 56Мп, получаемого в результате реакции 56Fe (п, р) на быстрых нейтронах, присутствующих в спектре, производится по измеренной активности эталона железа, облучаемого в тех же условиях, что и образец.
При облучении образцов полиметаллических руд в потоке быстрых нейтронов не представляется возможным определить со держание в них серебра из-за мешающего влияния активности изо топов 62Си и 63Zn (см. таблицу), так как в результате наиболее приемлемой для анализа реакций на серебре образуется позитроно активный изотоп 100Ag (£ =0,511 Мэе, Г1/2=24 мин.,а=520 мбарн)
[15, 16]. При облучении же образца в поле тепловых нейтронов
происходит ядерная реакция |
109A g (п, 7) |
с |
большим |
сечением |
|
(a— Ц З б а р н ), с образованием радиоактивного |
изотопа 110A g(Y l;2 = |
||||
= 24,5 сек., Е |
= 0,656 М эе) |
измерение |
активности |
которого в |
|
значительной |
мере облегчается. . |
|
|
у |
Довольно широкое применение активационный анализ на быст рых нейтронах может найти при исследовании биологических объ ектов, для определения кцелорода, азота, кремния, фосфора, желе за, марганца и ряда других, элементов в биологических тканях. ,с целью диагностики (и прогнозирования) 11екоторых заболевай ий, для анализа растительных срезов, почв и т. д, ,-,,,
Как показывает накопленный, опыт, рктивацйонный,; анализ,,,с использованием низковольтных ускорителен является, доетаторцо точным^,чувствительным] экспрессным., и, прожнюдительныл: ;мехрдом...Соответствующие методики в аналитической ,практике , науч но-исследовательских учреждений, обогатительных, металлурги
ей
69
ческих и др. предприятий позволят значительно снизить затраты ща производство анализов и могут применяться для налаживания технологических процессов, повышения эффективности научных исследований.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1. |
G J r a r d I |
F. |
Talanta, 12, № |
11, |
1965, |
р. |
1017. |
|
36, |
№ |
2, 1964, |
р. |
287. |
|||||||||||||
2. |
A n d e r s О. |
U. , |
B r i d e n |
|
В. |
W. |
Anal. |
|
Chem., |
|||||||||||||||||
3. |
B a r w i n s |
k l |
A. |
et |
al. |
Isotopenpraxis, |
4, |
№ 2, 1968, p. |
52. |
|
|
|
|
|||||||||||||
4. |
З е в а к и н |
А. |
А. , |
К и р е е в |
В. А. и |
др. |
„Автоматическая установка |
|||||||||||||||||||
|
для определения содержания кислорода в металлах активационным мето |
|||||||||||||||||||||||||
5. |
дом на быстрых нейтронах", ГОСИНТИ, № 14—68—761/99, 1968. |
вып. |
5, |
|||||||||||||||||||||||
Н и к о л а е н к о |
О. К. , |
Ш т а н ь |
А. |
|
С. |
|
„Атомная |
энергия", |
23, |
|||||||||||||||||
6 . |
1967, |
стр. 472. |
|
С. |
F. |
Anal |
Chem., |
34, |
№ |
2, |
1962, |
р. |
178. |
|
|
|
||||||||||
V e a l |
D. |
J . , |
|
C o o k |
p. |
1623. |
||||||||||||||||||||
7. |
G i l m o r e |
J . |
|
Т. , |
H u l l |
D. |
E. Anal. |
Chem., |
35, |
№. 11, |
|
1963, |
||||||||||||||
8 . |
I d d i n g s |
F. |
A., |
Anal. Chem. Acta, 31, 1964, |
p. |
206. |
|
|
|
|
пре |
|||||||||||||||
9. |
Д е м е н т ь е в |
|
В. А. , Измерение малых активностей |
радиоактивных |
||||||||||||||||||||||
10. |
паратов, М., Атомиздат, 1967. |
|
|
М. |
Г ., |
„Изв. |
АН. |
УзССР", |
сер. |
|||||||||||||||||
Н а в а л и х и н |
Л. |
В., С а т т а р о в |
||||||||||||||||||||||||
11. |
физ.-мат, № |
2, 1972, стр. 73. |
Kunze |
J., |
|
J . |
Less. Common |
Metals, |
14, |
|||||||||||||||||
F r i e d r i c h |
К. , |
B a r t h e l |
|
J • |
|
|||||||||||||||||||||
12. |
№ 1, 1968, p. 55. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Э в а н с |
Ю. P. |
Коррозия и окисление металлов, М ., Физматгиз, 1962. |
|
|||||||||||||||||||||||
13. |
М у м и н о в |
В. |
А. , Н а в а л и х и н |
Л. |
В., |
|
Галанин |
Ю. Н. Ж АХ, |
XXVI, |
|||||||||||||||||
14. |
№ 7, 1972. стр. 416. |
|
В сб. „Изотопы |
в СССР", 18, |
1970, |
стр. |
45. |
|||||||||||||||||||
А л л а н и я з о в |
М. |
и др. |
||||||||||||||||||||||||
15. |
А л и е в |
А. П. |
и |
др. Ядерно-физические |
|
константы |
для |
нейтронного |
||||||||||||||||||
16. |
активационного анализа, М ., Атомиздат, |
|
1969. |
|
|
|
по |
нейтронному |
||||||||||||||||||
М а с л о в |
И. А. , |
Л у к н и ц к и й |
В. А. |
|
Справочник |
|
||||||||||||||||||||
|
активационному |
анализу, |
М ,. „Наука", |
1971, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УДК 621.039.84 |
||||
|
А. П. Бояркин, |
В. |
Д. |
Петренко, |
А. |
А. |
Хайдаров |
|
|
|
|
ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ВЕЩЕСТВА НА ПАРАМЕТРЫ И ОПТИМАЛЬНОСТЬ у-АБСОРБЦИОННОГО
ЭЛЕМЕНТНОГО АНАЛИЗА
При у-абсорбционном анализе различных продуктов обычно ис ходят из постоянства плотности поглощающего слоя образца [1]. Однако при анализе сталей на вольфрам, например, гораздо удоб нее пользоваться постоянством линейной толщины просвечиваемо го слоя [2]. При этом массовая толщина слоя поглощения меняет ся в зависимости от плотности образца в связи с изменением кон центрации вольфрама (или другого резко отличающегося от ма>/ рицы элемента по поглощению у-излучения). Это изменение плот ности влияет на чувствительность и другие параметры у-абсорб- ционного элементного анализа. В работе выводятся формулы для оценки основных параметров и оптимальности условий анализа на
70
примере определения вольфрама в сталях. Тем не менее, получен ные результаты могут быть без особых изменений распространены в другие области у-абсорбционного элементного анализа.
Закон ослабления моноэнергетического пучка у-излучения ин тенсивностью / в образце толщиной х см с плотностью р можно представить в виде
1 = 1 0 е —jfpx /0 ехр |
хр |
и ч |
(1) |
|
|
/=1 |
1=1 |
где с1 т. — весовая доля и полный массовый коэффициент ослаб
ления у-излучения вольфрама (г = 1) и матрицы (г = .2); х — эф фективный полный массовый коэффициент ослабления.
Поскольку
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
С1 = |
1. |
|
|
|
|
|
(2) |
|||
|
|
|
|
i=i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а зависимость плотности стали от концентрации вольфрама мож |
|
|||||||||||||||
но |
представить |
в виде |
|
р = а + ф с и |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3) |
||||||
где |
а, J3 — постоянные |
величины, |
вычисленные |
из |
эксперимен |
|
||||||||||
дальних данных, то |
(1) |
преобразуется |
в |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
/ |
= /0 ехр [ — х |
(ctx12+ т2) (а + |
pct)], |
|
(4) |
||||||||||
где |
|
|
|
|
|
XИ |
|
Xt. — хJ.. |
|
|
|
|
|
|
||
Определяя |
чувствительность |
|
метода |
S |
к |
концентрации |
в |
|||||||||
дифференциальной форме, |
получаем выражение |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
S , |
|
= |
дI |
хВ1, |
|
|
|
|
(5) |
|||
|
|
|
|
|
дсг |
|
|
|
|
|||||||
где |
|
|
В = |
Р(Стх12 + |
тг) + |
Ti2(a + Ро). |
|
(6 ) |
||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
которое отличается |
от чувствительности |
SCi при постоянной плот |
||||||||||||||
ности, определяемой |
по |
методике |
[1], |
на |
величину |
|
|
|
||||||||
A S = S - S |
Х К |
С 1 Т12 + |
|
*2) 70 еХР [■- |
( С 1 |
т12 + Х2) (а + |
К )] |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(7) |
|
Приводим значения |
отношения |
ri— S f S Ct при различных кон |
||||||||||||||
центрациях вольфрама |
и |
|
энергиях |
у-излучения |
100, |
300, |
и |
|||||||||
500 |
кэв: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
71