Облучения тепловыми нейтронами ядерного реактора

 

Облучение проб сложного состава тепловыми нейтронами ядерного ре- актора позволяет проводить многоэлементные определения. Анализ выпол- няется либо путем непосредственной регистрации гамма-излучения облу- ченной пробы (инструментальный вариант), либо после предварительного группового химического выделения радионуклидов (радиохимический ва- риант). В последнем случае достигается самый низкий предел обнаружения многих микроэлементов при заметном расширении круга определяемых элементов.

Обширную информацию дает анализ этим методом геологических проб и космического вещества (метеориты, лунный грунт). Исследование вало- вых проб, отдельных фрагментов и минеральных компонентов позволяет судить о космической распространенности химических элементов и зако- номерностях их дифференциации в разнообразных геологических и косми- ческих процессах.

Грубозернистая проба древнейшей (докембрий) земной горной породы типа базальта была отобрана в кварцевую ампулу, которую запаяли. Навес- ка пробы имеет массу 51 мг. Партия ампул, помещенная в алюминиевый пенал была облучена в канале исследовательского ядерного реактора в те- чение 10 часов при плотности потока тепловых нейтронов 5 10¹² нейтр/см²с. После извлечения из реактора и выдержки 10 суток для распада коротко-

живущих радионуклидов исследуемая проба была подвергнута кислотному вскрытию с конечным выделением фракции редкоземельных элементов методом экстракционной хроматографии. В результате измерения 20 мин активности раствора объемом 10 мл на полупроводниковом гамма-спек- трометре получены данные, которые сохранены в файле «TR-фракция.opj 2». Этот спектр и предлагается для обработки на компьютере в интерактивном режиме.

Ход работы.

1. Запустить программу ORIGIN, открыть файл «TR-фракция.OPJ.2». На экране дисплея появится набор данных: в колонке X – номера каналов; в колонке Y1 - число отсчетов в нем.

2.Ввести дополнительную колонку Y2, в нее скопировать данные колонки Y1. Последние должны сохраняться на случай ошибочных действий с дан- ными колонки Y2.

3. Выделить колонку Y2. Нажать кнопки Plot Y2 [/], на дисплее должен появиться общий вид спектра. Но в этом масштабе он мало выразителен, поэтому обрабатывать его предстоит по отдельным участкам, где будут выявлены четкие пики.

4. Удалить Plot и в колонке Y2 выделить первый участок. Следует от ме- тить, что при включении зарегистрированного спектра в файл малоин- формативные участки, которые соответствуют непрерывному комптонов- скому распределению, были опущены.

5. Снова идет команда Plot [/], на экране появляется изображение выбран- ного участка спектра. Проводится обзор участка с целью установить нали- чие или отсутствие пика. Для дальнейшей обработки принимаются пики, четко выделяющиеся над комптоновским распределением и обрисованные несколькими точками (6 - 8)

Если в анализируемом участке обнаружен пик, дальнейшие операции будут следующими. Выделить блок данных с пиком, получить график. Далее следуют команды: Analisis/Calculus/Straight Line, двойными щел- чками отметить каналы справа и слева. Произойдет вычитание компто- новского распределения (по методу трапеции). В колонке Y2 удалить данные за пределами пика. Построить график и запустить команды: Analisis/Calculus/Integrate. Из Resalts log выписать данные по числу отсче- тов в пике, номеру канала максимума и полуширине.

6. Провести обработку всех четких пиков в зарегистрированном амплитуд- ном распределении. По разрешению проверить отсутствие двойных пиков.

7. Рассчитать энергии пиков по данным калибровки спектрометра (радио- нуклид Eu-152):

 

 

122 кэв – 255 канал; 344 кэв – 783 канал; 779 кэв – 1826 канал; 964 кэв – 2270 канал; 1056 кэв – 2560 канал; 1408 кэв – 3331 канал.

8. Идентифицировать обнаруженные пики по энергии γ-излучения и спра- вочной таблице (см. Приложение). При возникновении затруднений удо- стоверится в правильности идентификации по другим ядерно-физическим параметрам радионуклида (период полураспада, наличие других пиков и т.д.).

9. Для нескольких радионуклидов с наибольшей интенсивностью гамма-излу- чения рассчитать содержание элемента в пробе, используя уравнение активации:

, где m_x – масса определяемого элемента, г; σ_акт – сечение активации изотопа, см²; Θ_х – доля активирующегося изотопа в смеси, М_х – атомная масса анали- тического радионуклида, г.; λ_х – постоянная распада радионуклида, с^-1; τ_расп – длительность распада активности образца, с^-1; длительность облуче- ния, с^-1; Ф – плотность потока нейтронов, см²с^{- 1} ; А_х – активность аналити- ческого радионуклида в момент измерения, с^-1 .

Величину А_х можно рассчитать из данных, полученных при обработке гамма-спектра пробы:

А_х = N _x/ε_γx· t _рег,

где N _x – число отсчетов в пике, t _рег – экспозиция при измерении, ε_γx – эф- фективность регистрации γ-линии. Для принятых условий регистрации эффективность рассчитывается по уравнению, которое получено при ка- либровке: ln ε_γx = - 1.14 ln E _γ + 2.99, где E _γв кэВ.