Индикаторный радионуклид

Активационный анализ основан на измерении радиоактивности индикаторных радионуклидов, получаемых из стабильных нуклидов определяемых элементов с помощью ядерных реакций, индуцируемых при облучении пробы подходящими частицами, обычно нейтронами. [c.93]

Активационный анализ основан на превращении стабильного нуклида (А) определяемого элемента в радионуклид (В), называемый индикаторным радионуклидом (ИРН), с помощью ядерной реакции. Реакция индуцируется при воздействии на материал мишени бомбардирующих частиц (х), которыми могут быть нейтроны, заряженные частицы (протоны, дейтроны, тритоны, Не и альфа-частицы) или гамма-кванты. Ядерная реакция может быть представлена в следующем виде [c.93]

Рассматривая общее вьфажение биядерной реакции в уравнении 8.4-1, можно выразить скорость образования К индикаторного радионуклида В (т. е. число его ядер, создаваемых в секунду) как [c.94]

Активность рассчитывают всегда после времени распада а распад неизбежен вследствие транспортировки, распаковки и обработки пробы после облучения, а во многих случаях даже желателен для распада мешающих радионуклидов, имеющих более короткие периоды полураспада, чем индикаторные радионуклиды. В течение времени распада активность, полученная к концу облучения, уменьшается. Активность, имеющаяся к началу счета. Ас равна [c.95]

Из стабильного нуклида могут быть получены различные индикаторные радионуклиды в зависимости от типа и знергии налетающей частицы, используемой для облучения. [c.95]

Существует два способа выполнения активационного анализа, а именно инструментальный и радиохимический, которые в целом следуют схеме, изображенной на рис. 8.4-3. В инструментальном активационном анализе активность облученной пробы после распаковки и травления поверхности считают непосредственно, обычно с помощью гамма-спектрометра высокого разрешения. В радиохимическом способе активационного анализа облученную пробу растворяют и выделяют определяемые индикаторные радионуклиды из смеси радионуклидов в одну или более фракций, активность которых затем считают. Из-за более простого осуществления в первую очередь всегда выбирают инструментальный метод, когда он позволяет адекватно решить определенную проблему. Является ли инструментальный вариант подходящим или нет. [c.100]

Главными факторами, определяющими приемлемость индикаторного радионуклида, являются достигаемый активационный выход, период полураспада и свойства испускаемого излучения. [c.98]

Радионуклид должен удовлетворять ряду требований, чтобы его можно было считать подходящим индикаторным радионуклидом для активационного анализа. Прежде всего, он должен давать достаточно высокую специфичную радиоактивность, и его получению не должны мешать другие нежелательные ядерные реакции. Возможность его специфичного детектирования с желаемой чувствительностью определяется типом, энергией и интенсивностью излучения, испускаемого в процессе распада. Энергию излучения обычно выражают в электронвольтах, эВ. В табл. 8.4-1 суммированы возможные виды распада и типы излучения, которые можно использовать для детектирования индикаторных радионуклидов. Альфа-распад здесь не рассматривается, так как он представляет интерес лишь в случае радионуклидов с > 83. Бета-частицы очень просто детектировать. Однако их непрерывный энергетический спектр препятствует специфичному детектированию радионуклида, если перед счетом [c.98]

Таблица 8.4-1. Возможные процессы распада индикаторных радионуклидов и типы испускаемого излучения

В активационном анализе предпочтительно получать индикаторные радионуклиды с периодом полураспада от нескольких часов до нескольких десятков дней. Хотя очень короткий период полураспада позволяет достичь высокого активационного выхода даже при малых временах облучения, возникают проблемы из-за быстрого распада после окончания облучения. Индикаторные радионуклиды с очень большим периодом полураспада требуют длительного времени облучения для достижения желаемой активности. [c.99]

Гамма-спектрометр высокого разрешения обеспечивает селективность за счет способности различать гамма-излучение различной энергии. Это превосходный инструмент для идентификации и количественного определения индикаторных радионуклидов в активационном анализе. [c.102]

Не говоря о самом процессе активации, фундаментальное значение для активационного анализа имеет специфичное детектирование индикаторных радионуклидов. Как уже обсуждалось в разд. 8.4.2, среди различных типов излучения, которое может испускаться в процессе распада индикаторных радионуклидов (см. табл. 8.4-1), 7-излучение лучше всего подходит для их идентификации и количественного определения. Это стимулировало развитие у-спектрометрии —основного на сегодняшний день метода счета в каждой лаборатории активационного анализа. Рентгеновскую спектрометрию можно иногда рассматривать как интересное расширение 7-спектрометрии в область низких энергий. Счет /3-частиц требует индивидуального выделения, поэтому его используют только тогда, когда индикаторный радионуклид не испускает 7- и рентгеновского излучения либо оно имеет малую интенсивность. [c.102]

Рентгеновские пики, возникающие в результате электронного захвата или процессов внутренней конверсии, часто используют для определения индикаторных радионуклидов, не испускающих подходящего 7-излучения. Однако следует принять во внимание, что /3-, 7- и рентгеновское излучения, возникающие при распаде, могут возбуждать атомы пробы или материала, окружающего детектор, заставляя их испускать характеристическое рентгеновское излучение. [c.111]

В некоторых случаях индикаторные радионуклиды не испускают подходящего 7- или рентгеновского излучения, и, следовательно, после специфического выделения необходим счет /3-излучения. Предпочтительными детекторами [c.112]

Инструментальный активационный анализ неприменим, когда радионуклиды с преобладающей радиоактивностью приводят к высокому фону в гамма-спектре. Эти радионуклиды следует химически отделить от определяемых индикаторных радионуклидов. [c.115]

Фон, составляемый комптоновским континуумом и иногда также тормозным излучением в 7-спектрах сложной смеси радионуклидов, образующихся обычно при облучении реальных проб, может значительно ограничить применимость 7-спектрометрии для прямого инструментального активационного анализа. Основной вклад в фон обычно вносят радионуклиды с высокой активностью, получаемые из основы пробы или иногда из одной или нескольких главных примесей. Малые пики индикаторного радионуклида с низкой активностью невозможно статистически отличить от флуктуаций высокого фона. Таким образом, фон может радикально ухудшить пределы обнаружения. По этим причинам радиохимическое разделение часто бывает неизбежным. Радиохимическое разделение необходимо всегда в том случае, если индикаторный радионуклид является чистым /3-излучателем. [c.115]

Селективное выделение одного индикаторного радионуклида позволяет вплотную приблизиться к теоретическому пределу обнаружения, но в этом способе активационный анализ теряет свой многоэлементный характер и требует затрат времени. [c.116]

Выделение желаемого индикаторного радионуклида можно облегчить с помощью добавления в качестве носителя известного количества (0,1-10 мг) того же элемента в неактивной, но такой же химической форме. Таким образом, становится возможным выделять сравнительно большое и постоянное количество определяемого элемента, предполагая, что количество элемента в пробе пренебрежимо мало по сравнению с количеством добавленного носителя. После установления химического равновесия определяемый элемент отделяют от смеси радионуклидов. Выделение не обязательно должно быть количественным, если выход определяют каким-либо общепринятым химическим методом, таким, как гравиметрия, титриметрия или спектрофотометрия. Активационный анализ в сочетании с индивидуальным выделением и определением степени извлечения носителя способен давать правильные результаты даже при очень низких содержаниях элементов — на уровне миллиардных долей и ниже. [c.116]

В относительном методе пробу облучают одновременно с многоэлементными стандартными образцами, содержащими все определяемые элементы. Как правило, используют синтетические стандартные образцы, приготовленные из веществ высокой чистоты. Элементы объединяют в группы, принимая во внимание радиоактивные свойства индикаторных радионуклидов, и помещают каждую группу в отдельный сосуд. Так как пробы и стандарты облучают в почти одинаковых условиях, этот метод оказывается наиболее надежным и обеспечивает отличную точность. Не требуется точного знания ядерных данных, потока нейтронов и его энергетического распределения, времени облучения и эффективности детектора. Неизвестное количество элемента в пробе можно рассчитать с помощью простого уравнения [c.119]

В первичной мешающей реакции индикаторный радионуклид образуется за счет ядерных реакций, которые инициируются исходной бомбардировкой частицами ядер других элементов пробы, отличных от определяемого. В реакторном НАА первичные мешающие реакции относятся к (п, р)- и (п, а)-типам и вызываются только быстрыми нейтронами из спектра деления. Некоторые [c.121]

Процентный вклад первичной мешающей реакции в общую получаемую радиоактивность индикаторного радионуклида, вычисленный в предположении, что концентрации определяемого и мешающего элементов одинаковы, а Фт/Фв = 10. [c.122]

В материалах для микроэлектроники природные элементы, испускающие а-частицы, Th и U, можно рассматривать как примеси, вызывающие вредные эффекты (так называемые мягкие ошибки ) в системах электроники, например ячейках памяти. Поэтому максимально допустимые концентрации этих элементов в различных материалах находятся в пределах 0,1-1 млрд . При определении содержания Th и U в ряде материалов НАА обеспечивает наилучшие пределы обнаружения из всех существующих методов. В этом случае индикаторными радионуклидами для Th и U являются Ра и Np соответственно, которые образуются при /3-распаде короткоживущих продуктов реакции [c.126]

Потенциал НАА широко используют для анализа проб атмосферных аэрозолей. Пробы обычно собирают в течение определенного периода времени на органической мембране или целлюлозно-бумажном фильтре. Типичная схема облучения включает два или три облучения в течение различных периодов времени для определения коротко-, средне- и долгоживущих индикаторных радионуклидов. При этих условиях в аэрозолях можно определять до 50 элементов. [c.127]

Запишите радиоактивационное уравнение и опишите экспериментальные параметры и ядерные постоянные, определяющие активационный выход. Объясните рост активности индикаторного радионуклида в ходе облучения и ее уменьшение в течение периода распада после облучения. [c.131]

Опишите возможные типы радиоактивного распада и типы испускаемого излучения, которые можно использовать для детектирования индикаторных радионуклидов. Почему, главным образом в активационном анализе счет 7-излучения предпочтительнее счета )9-излучения [c.131]

Четыре типа бомбардирующих частиц (медленные и быстрые нейтроны, заряженные частицы и фотоны), используемых для индуцирования ядерных реакций, в которых образуются индикаторные радионуклиды (ИРН), составляют основу четырех различных активационных методов нейтронный активационный анализ па тепловых нейтронах (НАА), активационный анализ ш быстрых нейтронах (БНАА), активационный анализ на заряженных частицах (34 А А) и фотонный активационный анализ (ФА А). Поскольку НАА — наиболее важный и широко применяемый метод, то он рассмотрен в этой главе более детально, тогда как БНАА, ЗЧАА и ФАА представляют собой скорее специальные дополнительные к НАА методы, и для них в этом разделе даны лишь краткие характеристики. [c.92]

Рис. 8.4-1 показывает рост и уменьшение радиоактивности во времени в процессе облучения и послеоблучательного распада трех индикаторных радионуклидов ( Мп, Ан и Та) с различными периодами полураспада. Из этого рисунка можно видеть, что полученная радиоактивность увеличивается с увеличением времени облучения Ь, но по мере того как Ь становится большим по сравнению с 1/2, скорость распада приближается к скорости образования, и радиоактивность достигает конечной величины, называемой активностью насыщения. При облучении в течение = 1/2 и = 2 1/2 образуется 50% и 75% активности насыщения соответственно. Дальнейшее увеличение времени облучения не дает существенного увеличения радиоактивности. Однако это рассмотрение неприменимо к получению долгоживущих радионуклидов, поскольку максимально достижимые на практике времена облучения для ядерных реакторов составляют от нескольких дней до нескольких недель, а для ускорителей — несколько часов. Следовательно, получаемые активности представляют малую долю активности насыщения. [c.95]

Индикаторные радионуклиды со слишком коротким или слишком большим периодом полураспада малоприемлемы для активационного анализа. [c.99]

Общие критерии для выбора метода разделения можно применить также к радиохимическому разделению в активационном анализе. Однако для корот-коживущих индикаторных радионуклидов решающим требованием становится высокая скорость. Когда радионуклиды с очень высокой активностью, полученные из основы пробы, следует отделить от индикаторных радионуклидов с низкой активностью, требуются высокие факторы разделения до 10 . Хотя в радиохимическом активационном анализе можно применять все обычные методы разделения, используемые для определения следов, а также ряд специальных методов, наиболее важными оказываются ионный обмен и некоторые другие хроматографические методы, а также жидкостная экстракция. [c.115]

Часто бывает достаточно удалить радионуклиды основной активности с помощью подходящего единичного разделения и использовать 7-спектрометр для одновременного счета оставшейся смеси индикаторных радионуклидов. В качестве примера рассмотрим применение НАА для определения следовых примесей в солях натрия, таких, как карбонат натрия, и в биологических материалах с высоким содержанием натрия. Радионуклид Na ( 1/2 = 15 сут), образующийся при облучении реакторными нейтронами высокой активности, препятствует осуществлению инструментального анализа в случае коротко- и среднеживущих индикаторных радионуклидов, а следовательно, должен быть удален до измерения облученной пробы на 7-спектрометре. Во многих случаях [c.115]

Максимальной эффективности активационного анализа в отношении пределов обиаружения и точ1Юсти можно достичь в том случае, когда соответствующий индикаторный радионуклид селективно отделен от других радионуклидов. Его активность затем можно измерить с помощью простой, но эффективной системы детектирования, например, кристалла иодида натрия колодезного типа или жидкого сцинтилляциониого счетчика. В процедурах такого типа можно полностью использовать крайне высокую потенциальную чувствительность активационного анализа. [c.116]

В процессе активации возможны два типа мешающих ядерных реакций, которые могут нарушать пропорциональность между активностью индикаторного радионуклида и количеством определяемого элемента. Это первичные и вторичные мешаюиц1е реакции. Если их не учитывать, это может привести к возникновению систематических ошибок. [c.121]

Периоды полураспада радионуклидов, полученных из основы, должны быть или намного меньше, или нам1Юго больше, чем у индикаторных радионуклидов. В первом случае счет проводят после того, как радионуклиды основы распадутся до приемлемого уровня. После времени распада, составляющего п периодов полураспада, активность уменьшается в 2" раз. Например, при активации алюминиевой основы образуется высокоактивный А1 (IJУ2 = 2,2 мин). Уже после времени распада, составляющего 10 периодов полураспада (22 мин) активность А1 уменьшается в 1024 раза, а после 20 периодов полураспада (44 мин) — в 10 раз, так что счет индикаторного радионуклида с 1/2 > 20 мин можно проводить без помех. Если выполняется второе предположение ( 1/2(основа) 1/2 (ИРН)), для образования индикаторных радионуклидов достаточно короткого времени облучения, при котором согласно уравнению 8.4-8 образуется очень малая активность долгоживущих радионуклидов основы. [c.123]

Крайне низкие пределы обнаружения уже сегодня могут быть достигнуты методом НАА для многих материалов, таких, как алмаз и графит, кремний и другие материалы на его основе, а также органические материалы, используемые в микроэлектронике, например полиимиды. При активами углеродсодержащих материалов не образуется радионуклидов основы с детектируемой активностью. Таким образом, можно определять все индикаторные радионуклиды без каких-либо помех со стороны радионуклидов основы (например, см. рис. 8.4-6). В НАА кремния и кремнийсодержащих материалов радионуклид 81, образуемый в реакции 81(п,7) 81 из основы, благодаря его малому периоду полураспада 1х/2 = 2,6 ч) оказывает влияние только при определении короткоживущих индикаторных радионуклидов. Более того, довольно низкие сгт (0,116) и изотопная распространенность 81(3,1%), а также тот факт, что является почти чистым /3-излучателем, еще больше уменьшают степень влияния 3 81. Поэтому ИНАА можно рассматривать как наиболее мощный метод ультраследового анализа кремния и кремний содержащих материалов, таких, как кварц, нитрид кремния и карбид кремния. В ИНАА, использующем современную 7-спектрометрию, поток нейтронов 10 см -с и оптимальный режим облучения, можно достигнуть крайне низких пределов обнаружения для большого числа примесных элементов в кремнии, как можно видеть из рис. 8.4-9. 42 элемента можно определить при содержаниях < 1млрд . [c.124]

ИНАА также можно использовать для анализа алюминия и оксида алюминия, однако не столь успешно, как в случае кремния. Причина заключается в образовании из основы пробы относительно высокой активности Na ( 1/2 = 15 ч) по реакции А1(п,о ) -Ка, инициируемой быстрыми нейтронами из спектра нейтронов деления. Высокий комптоновский континуум, вызываемый Na, серьезно ограничивает определение коротко- и среднеживущих индикаторных радионуклидов. Можно существенно улучшить НАА алюминия и оксида алюминия, если активированную пробу растворить и специфично отделить высокоактивный радионуклид Na на гидратированном пентаоксиде [c.124]

Молибден служит примером материалов, которые нельзя анализировать методом ИНАА. При активации молибдена реакторными нейтронами из основы пробы образуется шесть радионуклидов с ti/2 от 14 мин до 10 сут, так что радиохимическое разделение становится неизбежным. Очень эффективная методика разделения основана на анионном обмене с использованием колонки Дауэкс 1 X 8 из среды 20 М HF/3% Н2О2 [8.4-9 . Полученные из основы пробы радионуклиды Мо, а также радионуклиды Nb и Та, удерживаются на колонке, в то время как индикаторные радионуклиды большинства примесей содержатся в элюате. Для большинства примесей, представляющих интерес. [c.125]

Од1ювременное отделение этих двух индикаторных радионуклидов с помопц>ю анионного обмена из 12 М НС1, за которым следует элюирование 1М раствором NH4F, дает пределы обнаружения Th и U в кварце, нитриде кремния, оксиде алюминия и полиимидах в диапазоне 10-100 трлн [8.4-10]. [c.126]

С одной стороны, ЗЧАА предоставляет аналитику уникальные возможности. Как показано на рис. 8.4-2, в каждой мишени с помощью заряженных частиц можно инициировать большое число ядерных реакций. Таким образом, для каждого элемента можно выбрать несколько чувствительных реакций, даюищх индикаторный радионуклид с подходящими ядерными свойствами. Благодаря высокой интенсивности пучка, соответствующей 10 -10 частиц в секунду, попадающих на пробу, можно определять концентрации следов элементов вплоть до уровня одна часть на миллиард. Для каждого приложения можно выбрать подходящую частицу и оптимальную энергию. [c.129]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология