В сплаве с оловом.

 

Суть метода заключается в воздействии потока активирующего излу- чения на исследуемую пробу с последующей регистрацией излучений обра- зовавшихся радионуклидов. При этом стадия активации, в ходе которой имеют место ядерные реакции, отделена во времени от стадии конечного определения, когда происходит измерение интенсивности излучения инду- цированных радионуклидов в специально оборудованной лаборатории.

В качестве активирующего излучения обычно выступают потоки ней- тронов (медленные или быстрые), жестких гамма-квантов (E_γ ≥ 20 МэВ) и заряженных частиц. Из-за кулоновского барьера ядерные реакции с послед- ними всегда являются пороговыми (Е_зч > 5 МэВ). Наиболее благопри- ятными аналитическими характеристиками обладает облучение тепловыми нейтронами (), что обусловлено рядом обстоятельств: 1 – вы- сокими сечениями реакций (n.γ); 2 – наличием доступных и мощных источ- ников активирующего излучения (ядерных реакторов).

Нейтронный активационный анализ (НАА) относится к наиболее чув- ствительным аналитическим методам, применяемых для контроля микро- элементного состава проб техногенного или природного происхождения. Порог определения многих элементов Периодической системы этим мето- дом лежит в пределах 10^-7 – 10^{-12 г, а примерно для 20 элементов достигает 10-14}г. Это позволяет при навеске 0,01 – 1 г проводить систематический (многоэлементный) анализ редких и трудно доступных объектов. Напри- мер, при исследовании лунного грунта, доставленного автоматическими станциями, аналитическая навеска составляла около 10 мг. При такой навеске методом НАА удавалось количественно определять до 40 хими- ческих элементов.

В современном анализе по чувствительности конкуренцию НАА сос- тавляют атомная эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плаз -мой и масс-спектрометрия с лазерным или плазменным источником. Но при этом НАА отличает наименьший уровень риска загрязнить навеску на стадии пробоподготовки, поскольку она обычно проводится после стадии облучения.

Ограничения многоэлементного НАА связаны с радиационной опа- сностью облученных проб и возможностью выполнения в радиохими- ческих лабораториях, расположенных по соседству с мощным ядерным реактором.

Активационный анализ относится к ядерно-физическим методам, поэтому отсутствует зависимость результатов от агрегатного состояния вещества (твердое, жидкое, газ). Более того, по сути это метод изотопного анализа, поскольку регистрируется излучение радионуклида, который обра- зуется из определенного изотопа элемента. В случае многоизотопного элемента точное определение его содержания в пробе возможно при сох- ранении стабильного кларкового изотопного состава. В Солнечной системе изотопный состав подавляющего числа элементов строго фиксирован. В сомнительных случаях нужны контрольные опыты.

Уравнение, которое связывает активность радионуклида (скорость распада) на момент измерения с условиями аналитического определения, имеет следующий вид:

(1)

где А_x – активность аналитического радионуклида, расп/с; m_{x –} масса искомого элемента, г; Θ- доля активирующегося нуклида; σ;_акт- сечение ядерной реакции, барн (1 барн = 10^-24 см² ); M _x – атомная масса активирующегося нуклида, г; t _обл и t _расп– соответственно длительность облучения и распада перед измерением, с; Ф – плотность потока акти- вирующего излучения, частиц/ см² с; λ – постоянная распада радио- нуклида, с^-1.

Уравнение 1 позволяет определить массу искомого элемента (m_x) по измеренной активности радионуклида (А_x), если известны условия облу- чения (Ф) и временные интервалы (t _обл и t _рас).Ядерно-физические пара- метры нуклидов сведены в справочники. Наиболее просто и надежно А_x можно установить с помощью полупроводникового гамма-спектрометра, специально прокалиброванного по эффективности регистрации. Не вызы- вает проблем фиксация временных интервалов.

Для контроля плотности потока активирующего излучения одновре- менно с пробой облучают так называемый монитор, т. е. подходящий по своим ядерно-физическим параметрам элемент с известной массой. Зафик- сированная активность монитора позволяет по уравнению 1 получить точ- ное значение плотности потока. Более надежные результаты дает компа- раторный метод, когда в набор для облучения вводят несколько мониторов.

Распространен также метод эталонов, когда одновременно с пробой облучается точное количество каждого из определяемых элементов. Метод получил название относительный, поскольку количественный расчет в этом случае получается по простой пропорции

(2)

где n_x и n _эт – соответственно скорость счета радионуклида в пробе и эталоне, а m_x и m _эт относятся к массе элемента.

Определение активности радионуклидов может быть выполнено двумя способами: 1 – непосредственно в облученной пробе, как правило, по их гамма-излучению (инструментальный вариант); 2 – после вскрытия пробы и химического фракционирования перед конечным измерением (радио- химический вариант).

Инструментальный вариант отличает экспрессность и производитель- ность аналитического контроля. Наличие полупроводникового гамма-спек- трометра высокого разрешения позволяет для проб сложного состава вы- полнять многоэлементные определения. А применение компьютера делает обработку получаемого массива данных и оценку погрешностей простой и быстрой. Ограничения инструментального варианта чаще всего связаны с помехами из-за активации основы образца (макрокомпонентов) и небла- гоприятным сочетанием ядерно-физических параметров аналитического нуклида (радионуклида) и характеристик спектрометра.

Радиохимический вариант позволяет достигать более высокой чувст- вительности по сравнению с инструментальным при значительном рас- ширении круга элементов, определяемых из одной навески. Однако радио- химический вариант более трудоемок и требует проведения работ с радиоактивными источниками в открытом виде.