Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16

^ Лекция 19


5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод)

В связи с широким применением искусственных радиоактивных частей (которые в большинстве собственном -активны), -метод на данный момент становится одним из главных способов радиометрического анализа. Измерения -излучения Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 выполняются 2-мя способами: ионизационным и импульсным. В первом случае измеряется ток насыщения, образуемый -излучением в ионизационной камере. По второму способу определяется число -частиц, поступающих в прибор за единицу времени.

При измерении содержания радиоактивных частей Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 в рудах можно применить способ сопоставления с образцами аналогичного состава, т.е. можно применить относительные измерения, как по ионизационному, так и по амплитудному способам.

При измерении искусственных радиоактивных изотопов почти всегда нереально Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 применение образца с точно известным содержанием данного изотопа – это содержание нередко ничтожно не достаточно и не может быть точно взвешено. Потому для количественного определения нередко приходится использовать способ абсолютного -счета. Определяется количество Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 зарегистрированных импульсов, при помощи поправок определяется общее число -частиц, испускаемое продуктам, и по известной схеме распада и по известной радиоактивной неизменной определяется абсолютное количество радиоэлемента в весовых единицах либо в Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 единицах радиоактивности. Разглядим оба способа: ионизационный и импульсный способы абсолютного счета.


5.3.1 Ионизационный -метод


Он имеет последующие достоинства: а) позволяет использовать большее количество пробы (означает, требуется меньше операций сокращения); б) употребляется обычная аппаратура – ионизационная Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 интегральная камера и электрометр. Оба эти достоинства в особенности важны в полевых критериях. Для измерения -излучения используются (как уже говорилось) ионизационные камеры значимого объема (от 1 до 2 л). Дно камер запирается диафрагмой, проницаемой Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 для -излучения, но задерживающей -частицы и эманации. Проникновение -частиц и эманаций приведет к огромным ошибкам, потому что ионизационная способность -лучей еще меньше, чем у -частиц.

Ионизационный -метод применяется для определения концентрации радиоактивных частей в рудах Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16, также для измерения препаратов искусственных радиоактивных частей большой интенсивности. Также прибыльно создавать измерение газообразных изотопов, дающих очень мягенькие -лучи (к примеру, Н3), потому что можно достигнуть огромных коэффициентов использования благодаря отсутствию поглощения Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 -лучей при внедрении данного газа в камеру.

При измерении рудных проб ионизационным способом обычно используют большие слои, насыщенные для -лучей (около 1 г/см2). Величина ионизационного тока пропорциональна весовой концентрации радиоактивных Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 частей и не находится в зависимости от состава пробы, потому что массовый коэффициент поглощения и условия рассеяния фактически не меняются (либо не достаточно меняются) при изменении состава пробы.

Даже если слои не Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 насыщены для -лучей, поглощение -лучей также можно не учесть, если массы пробы и образца, приходящиеся на единицу поверхности, схожи. Таким макаром, для относительных измерений можно использовать и ненасыщенные слои. Преимущество -метода (по Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 сопоставлению с -методами) заключается к тому же в том, что на результаты измерений сравнимо не много оказывает влияние эманирование проб, потому что приблизительно половина -излучения в рядах урана и тория приходится Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 на радиоэлементы, предыдущие эманациям (к примеру, 90Th234(UXI), 91Pa234UX2), и на следующие долгоживущие элементы 82Pb210(RaD) – 0,014 Mэв и 83Bi210(RaE) – 1,17 Мэв), которые не теряются при эманировании. Таким макаром, занижение величины ионизационного тока Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 будет приблизительно в 2 раза меньше коэффициента эманирования. К примеру, если проба теряет 10 % эманации, то ионизационный ток уменьшится лишь на 5 %.

В силу вышеизложенного результаты сопоставления рудных проб с образцом по -лучам дают Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 более удовлетворительные и устойчивые результаты, чем при сопоставлении разнородных проб по -излучению. Вот поэтому -метод становится главным способом лабораторного радиометрического анализа.

Требования к образцу тут ниже. В качестве образца может быть применена сбалансированная Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 урановая руда (хоть какого состава) с малым коэффициентом эманирования (а это просто, потому что можно измерить пробы с большими зернами).


^ 5.3.2 Абсолютные измерения по -лучам


Абсолютные измерения можно создавать только импульсным способом, потому Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 что из-за большой длины пробега -частиц в камерах употребляется только часть ее энергии. А учитывать, какая часть энергии -частицы употребляется в камере, тяжело.

Проводя абсолютные измерения при помощи счетчика, мы получаем число зарегистрированных импульсов Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 в счетчике. От числа этих зарегистрированных импульсов нам необходимо перейти к числу распадов в препарате. Для этого перехода нужно провести надлежащие вычисления с учетом ряда поправок.

1. Геометрическая – W. Нужно Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 учитывать какая толика -частиц, испускаемых продуктам, движется по направлению к счетчику. Эта толика оценивается геометрически по величине относительного телесного угла, под которым наблюдается от продукта входное окно счетчика (либо рабочий объем трубки).

Если мы Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 имеем точечный продукт, довольно удаленный от входного окна торцового счетчика, то относительный телесный угол, выраженный в толиках полного угла (4), равен отношению площади входного окна счетчика к площади сферы, описанной радиусом, равным Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 расстоянию от продукта до окна счетчика.



Рис. 5.8. Счетчики радиоактивного излучения. Схема для расчета геометрической поправки

а) цилиндрический; б) торцевой

Геометрическая поправка для торцевого счетчика

(5.9)

Если мы имеем длиннющий цилиндрический счетчик и близко расположенный продукт маленьких размеров с Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 поперечником, наименьшим поперечника корпуса счетчика

либо (5.10)


Если продукт имеет значимые размеры, то с различных точек продукта входное окно будет видеться под различными углами и поправка на геометрию счета определяется по формуле Блахмана Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16:

(5.11),

где

2. Поправка на поглощение слоем воздуха и стенами счетчика – d. Необходимо учитывать, какая толика -частиц, двигающихся по направлению к счетчику, достигнет его рабочий объем с учетом поглощения -частиц воздухом, стенами либо входным Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 окном счетчика.

Для -частиц справедлив экспоненциальный закон поглощения

(5.12)

считаем раздельно для воздуха и стен

(5.13),

потому что в первом приближении то

(5.14)

отсюда поправка на поглощение в воздухе и в стенах счетчика

(5.15)

толика β-частиц, прошедших через слой Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 воздуха и стену счетчика,

при этом для Emax  0,5 Мэв (5.16).

3


Рис.5.9 Зависимость скорости счета

от толщины продукта
. Поправка на самопоглощение в слое продукта – k. Нужно учитывать долю -частиц, вышедшую из продукта Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16, преодолев поглощение в слое продукта, т.е. ввести поправку на самопоглощение. Более четкие значения поправок на самопоглощение можно найти опытным методом, изучая зависимость скорости счета от толщины продукта. Для определенной толщины продукта R1 поправка Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 на самопоглощение

либо (5.17)

k – (толика вышедших из продукта), где х – линейная толщина продукта, R – весовая толщина продукта. Так как и в том, и в другом случае мы вносим ошибку, то предпочитают работать Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 в области, где активность продукта линейно находится в зависимости от его толщины, т.е. где k = 1. Почти всегда линейность соблюдается до толщины 50 мг/см2.

Таковой толщины полностью довольно для получения достаточной Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 чувствительности. Потому при работе в этой области поправки на самопоглощение не вводятся.

4


Рис.5.10 Зависимость коэффициента

отражения от энергии β-излучения

и толщины подложки

Е3  Е2 Е1
. Поправка на отражение -частиц от подложки. Необходимо учитывать Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16, что к -частицам, двигающимся к счетчику, присоединяются -частицы, отраженные от подложки.

Величина оборотного рассеяния от подложки находится в зависимости от толщины подложки, от порядкового номера материала подложки и от энергии -частиц Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16.

Зависимость оборотного рассеяния от толщины подложки имеет последующий нрав: отражение вырастает по мере роста толщины подложки и при толщине, равной 1/5 наибольшего пробега -частиц в веществе подложки, добивается наибольшего и неизменного значения. Так как с Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 повышением энергии возрастает длина пробега -частицы, то при всем этом возрастает и толщина слоя наибольшего отражения, при этом величина отражения возрастает с ростом энергии.

Отражение от подложки вырастает с Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 повышением атомного номера материала подложки. Найти воздействие отражения на скорость счета достаточно тяжело, потому что необходимо учесть три фактора. Чтоб уменьшить количество причин, влияющих на отражение, используют либо толстые подложки с наибольшим отражением, тогда q Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 зависит только от энергии -частиц и от Z (при данном расположении продукта). А еще лучше использовать тонкие подложки из легких материалов (с малым Z): плексиглас, целофан, этилцеллюлоза, бумага, картон и др. Отражением Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 от тонких подложек можно пренебречь. Для их q = 1.

4.1 Поправка на отражение от стен свинцового домика почти всегда не вносится, если изнутри домик выстлан легким материалом (плексиглас, алюминий).

5. Поправка на эффективность Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 регистрации по отношению к данному виду излучения – ε.

(5.18)

Потому что ионизирующая способность -частиц сравнимо большая, то -частица, попав в объем счетчика, непременно дает хотя бы одну пару ионов, а этого довольно для возникновения разряда Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 в гейгеровском счетчике. Потому эффективность -счетчиков  = 1 (либо 100 %).

6. Поправка на «мертвое время». При большой интенсивности счета (более 5000 имп/мин) часть -частиц, попавших в объем счетчика, может быть не зарегистрирована, если попадет в Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 счетчик в «мертвое время». Толика незарегистрированных частиц пропорциональна «мертвому времени» () и интенсивности продукта:

Io = I(1 + τIo) (5.19)

Io = I + IτIo отсюда (5.20)

и (5.21)

Тут Iо – число частиц, прошедших через счетчик, I – зарегистрированное число.

«Мертвое время Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16» большинства самогасящихся счетчиков равно 210-4 сек. Его можно найти экспериментально по способу 2-ух препаратов. Измеряются два продукта порознь и сразу

решив его, найдем (5.22)

Если скорость счета более 5000 имп/мин либо 5000/60 = 83 имп Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16./сек

Сейчас мы можем найти абсолютную активность продукта

(5.23)


(5.24);


(5.25)

где I1 - скорость счета продукта вкупе с фоном, Iф – скорость счета фона, W – геометрическая эффективность, d – поправка на поглощение, k – поправка на самопоглощение, q – поправка на Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 оборотное отражение,  - эффективность счетчика, E -поправка на «мертвое время», АW – общий коэффициент использования (либо коэффициент счета).

Итак, для определения общего коэффициента использования нам необходимо провести огромное количество вычислений и ввести массу поправок. Потому Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 время от времени общий коэффициент счета определяется экспериментально. Для этого нам нужен -эталон, при этом для того, чтоб все поправки были схожи с неведомым продуктам, энергия -лучей образца должна быть Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 приблизительно схожей с энергией -лучей неведомого продукта. Если мы имеем m2 радиоактивного вещества, тогда полное количество атомов радиоактивного вещества, где NA – число Авогадро, М – молекулярный вес, P– вес радиоактивного вещества в (г).

(5.26).

Число Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 распадов будет:

(5.27)

где  – радиоактивная неизменная.

Если выразить N через период полураспада, имеем:

(5.28)

Экспериментально замеряем число импульсов, зарегистрированных счетчиком I (без фона). Общий коэффициент использования

Определив АW, мы потом можем найти абсолютную активность других Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 препаратов ( с той же энергией -частиц), произведя измерения при тех же критериях, что и идеал. На самом деле дела. Это уже будет относительный импульсный способ, потому что мы проводим, в конце Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 концов, сопоставление с образцом.

Для правильного проведения схожих относительных измерений нужно выполнить последующие условия:

  1. Приблизительно однообразное значения энергии -излучения образца и пробы;

  2. тождественность геометрических критерий измерения (однообразное расстояние от счетчика, один и тот же Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 счетчик);

  3. однообразные геометрические размеры препаратов (площадь, толщина);

  4. внедрение подложек из 1-го материала и схожей толщины;

  5. внесение поправок на «мертвое время» (для массивных препаратов);

  6. проведение измерений с одной и той же статистической точностью Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16.

При помощи счетчиков можно найти и содержание радиоактивных частей в рудах, т.е. в бедных пробах, относительным импульсным способом.

В


Рис.5.11 Измерение

активности пробы в

кольцевом стаканчике

1.Счетчик Гейгера;

2.Стаканчик

3. Проба радиоактивного

вещества
этом Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 случае для увеличения чувствительности счетчик окружают продуктам, зачем пробу помещают в кольцевой зазор меж счетчиком и стаканом. Идеал должен измеряться в таких же критериях (если слой -насыщенный, массу определять не Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 надо, требуется только однообразная поверхность). Для определения слабенькой -активности смесей, к примеру, сточных вод, можно пропитать этим веществом фильтровальную бумагу, высушить ее, обернуть вокруг счетчика и проводить измерения. В этих критериях Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 геометрия счета будет близка к 2 (т.е. W = 0,5).

Для регистрации -излучения (относительные измерения) можно использовать и сцинтилляции-онные счетчики. В качестве сцинтиллятора обычно употребляют сцинтиллирующие пластмассы, антрацен, стильбен. Для уменьшения толики -излучения сцинтилляторы Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 делают может быть более тонкими. Это могут быть тонкие (1-2 мм) пластинки кристаллов антрацена либо стильбена, пленки пластмассовых сцинтилляторов шириной в десятые толики мм либо порошок стильбена, напыленный на покрытую клеем поверхность Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 стекла. Конверсионная эффективность органических фосфоров к -излучению приблизительно в 10 раз меньше, чем к -излучению. Это позволяет почти всегда третировать воздействием -излучения. К тому же -излучение в случае необходимости просто отфильтровать очень узким слоем дюралевой Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 фольги.

Стеклянные счетчики пропускают только 20 – 25 % -излучения урановой руды (от регистрируемого на СТС-6).

При измерениях на тонкостенных железных счетчиках воздействием -излучения можно пренебречь, т.к. оно регится с малой эффективностью ε  0,5 %.

При Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 измерениях на стеклянных счетчиках

где - -активность пробы, измеренная при пропускании излучения через фильтр из легкого вещества шириной 1 г/см2 и фон.



Ч


Рис. 5.12 Схема 4- β-счетчика

1. Резиновая прокладка;

2. Собирающий электрод;

3. Дюралевая диафрагма;

4. Источник
тобы не Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 создавать вычисления либо экспериментального определения коэффици-ента счета, в неких случаях используют счетчики, регистрирующие все -частицы (т.н. 4-счетчики). Они представляют собой два торцовых счетчика, соединенных основаниями.

После внесения продукта счетчик должен откачиваться Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16, промываться и заполняться подходящим газом (аргон + гаситель). Некие счетчики работают при непрерывном пропускании рабочего газа (метана, пропана в «протоке»). Работа на таких счетчиках очень трудоемка, потому измерения на нем выполняются тогда, когда Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 требуется очень высочайшая точность (к примеру, при градировании образца).


Лекция 20


5.4 Радиометрические измерения по -излучению (-метод)


Измерения по -лучам используются в радиометрической практике для решения последующих задач:

  1. определение количества радиоактивных частей Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 в насыщенных продуктах в мг-эквивалентах радия;

  2. определение концентрации радиоактивных частей в горных породах и рудах;

  3. определение количества -излучающих изотопов (Со60 и др.);

  4. комбинированные определения по --методу;

  5. -спектрометрия.


5.4.1 Ионизационный способ

Осуществляется с применением интегрирующих камер Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16, имеет преимущество перед счетчиками только при измерении сильных радиоактивных препаратов, потому что тогда отпадает необходимость вводить поправки на просчеты импульсов (т.е. на «мертвое время»). Аппаратура является малогабаритной и Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 размеренной.

Для измерения препаратов умеренной силы (менее 100 мг/экв Ra) употребляются герметические электрометры, представляющие из себя железный корпус, снутри которого помещается подвижная система электрометра (двунитного либо струнного).



Рис. 5.13 Схема γ-спектрометра

Данный прибор комфортен для Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 относительных измерений. Сопоставление 2-ух препаратов можно создавать в относительных единицах: в вольтах за минуту либо в делениях шкалы за минуту:

(5.29)

Определение радиоактивности продукта в мг/экв Ra делается методом сопоставления силы Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 ионизационного тока насыщения от образца и продукта, помещаемых на схожем расстоянии от прибора.

Тогда где Р – активность образца в мг/экв Ra, I1 и I0 – ток насыщения от продукта и образца.

Для устранения воздействия рассеянных Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 -лучей измеряемые препараты и измерительные приборы помещаются на может быть большем расстоянии от стенок и пола помещения и от окружающих предметов.

Если приходится ассоциировать препараты, очень отличающиеся меж собой по Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 радиоактивности, тогда целенаправлено более насыщенный продукт помещать на большем расстоянии от прибора и при вычислении результата учесть изменение интенсивности -излучения по закону квадратов расстояний.

Пусть идеал с активностью Р на расстоянии rо дает Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 ионизационный ток Iо, тогда:

(5.30)

Поглощением -излучения в воздухе при таких измерениях можно пренебречь.

В качестве образца -излучения применяется соль радия, свободного от 88Ra228(MsTh), содержащая от 0,1 до 100 мг 88Ra226. Потому что Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 -излучение продукта радия должно, приемущественно, с короткоживущим продуктам распада радона – 82Pb214 (RaB) и 83Bi214 (RaC), то эталонный продукт радия может быть использован только по достижении радиоактивного равновесия меж радием и радоном, зачем требуется Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 1 месяц. Если в образце не достигнуто равновесие меж Ra226 и Rn222, то, зная время получения продукта (когда он был освобожден от радона и запаян), можно привести найденную интенсивность I к сбалансированной Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 I по формуле:

(5.31)

t – время от продувки продукта и запаивания его.

2. При определении содержания радиоактивных частей в малоактивных образчиках (к примеру, рудах) ионизационный интегрирующий -метод употребляется изредка вследствие малой чувствительности. При измерении нужно огромное Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 количество пробы (несколько кг). Измерение -излучения интегрирующей камерой делается лишь на месторождении для определения среднего содержания радиоактивных частей в пробах руд.

На результаты измерений урановых руд по -лучам огромное воздействие Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 оказывает нарушение равновесия меж радием и радоном, т.е. эманирование проб, потому что -излучение в ряду распада урана и радия практически вполне принадлежит 82Pb214 + 83Bi214 (RaB+RaC) (короткоживущим продуктам распада радона). Утрата эманации приводит Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 к занижению результатов. Это событие разъясняют наименьшую точность измерений по -излучению, чем по -лучам. Потому -метод применяется пореже, чем -метод.


5.4.2 Импульсный -метод


В текущее время и для измерения руд Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 все почаще используются счетчики, т.е. импульсный -метод. Он более чувствителен и просит значимого наименьшего объема пробы.

Для измерения порошковых проб можно использовать цилиндрические стаканчики, надеваемые на счетную трубку. Проба помещается в кольцевой Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 зазор меж внутренней и наружной трубкой стаканчика. При всем этом нереально использовать -насыщенный слой (он составляет несколько 10-ов см). В данном случае выполняются относительные измерения, т.е. делается сопоставление скорости счета от пробы Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 и от образца.

При сопоставлении проб с маленькой шириной слоя различиями в поглощении -лучей пробой и образцом можно пренебречь.

Интенсивность -излучения, измеряемая счетчиком, в этом случае будет пропорциональна массе пробы Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 и процентному содержанию р/а элемента. Потому массы пробы и образца должны быть схожи, по другому нужно делать поправку на отношение масс.

(5.32)


5.4.3 Абсолютный -метод


Для определения с внедрением счетчиков -активности продукта при помощи счетчика определяют зарегистрированное Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 число импульсов и при помощи вычислений определяют общее число -квантов, испускаемых продуктам. Ход вычислений приблизительно тот же, что и при абсолютном -методе, но соотношение и значение разных коэффициентов другое.

  1. Геометрический коэффициент счета Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 определяется для цилиндрических счетчиков по формуле 5.11 , а для сцинтилляционных датчиков по 5.9

  2. Поглощение -лучей воздухом ничтожно не много и, обычно, учитывается только для мягеньких -лучей. При всем этом мы не говорим о поглощении Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 -излучения стеной. Ведь этот процесс и является полезным для регистрации -квантов

  3. Самопоглощение учитывается очень изредка, только для очень мягеньких -лучей при большой толщине продукта.

по известной формуле 5.17: либо . Значения Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 для / -излучения будет меньше, чем при -методе.

  1. Коэффициент отражения q 1, т.е все -частицы ушедшие в подложку не ворачиваются, не отражаются.

  2. Эффективность счета. Если при абсолютном -методе мы принимаем эффективность счетчика 1 (либо Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 100%), то при абсолютном -счете основное внимание мы должны направить конкретно на определение эффективности счетчика. Эффективность регистрации счетчиком – отношение числа зарегистрированных g-квантов к числу g-квантов, прошедших рабочий объем счетчика.

П


Рис.5.13 Схема

выбивания Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16

электрона из

стены счетчика
ринцип деяния g-счетчика несколько от принципа деяния -счетчика. -излучение само конкретно не ионизирует газ, наполняющий счетную трубку. Ионизацию газа снутри счетчика создают в большей степени вторичные электроны, вырываемые Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 -квантами из материала стен счетчика. Потому эффективность -счетчика от вероятности взаимодействия -кванта с веществом, от материала стен, их толщины и от энергии -квантов.

З


Рис.5.14. Эффективность регистрации

-излучения от толщины Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 стены.

0,6 мм – более действенная толщина





Рис.5.15. Эффективность регистрации

-излучения от энергии для разных

материалов
ависимость эффективности счетчика от толщины стены счетчика имеет последующий нрав:  поначалу увеличивается, проходит через максимум, а потом медлительно убывает. Более действенная толщина Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 для каждого элемента слоя своя и зависит, в свою очередь, от энергии -лучей. Большая эффективность наблюдается при толщине стен, равной пробегу большинства вторичных электронов в веществе стены.

Эффективность счетчика увеличивается с повышением атомного Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 номера материала стен. Так, для вольфрама и свинца она в 3–4 раза выше, чем для алюминия.

Зависимость эффективности счетчика от энергии -квантов почти всегда проходит через минимум, а при огромных энергиях (более Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 0,5 Мэв) – растет с повышением энергии -квантов.

Но воспользоваться таким графиком неловко. Нередко стены состоят из разных материалов (к примеру, стекло и медь). Не считая того, счетчики имеют стандартную толщину стен, которая для Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 неких энергий может и не быть хорошей.

Удобнее воспользоваться графиком, в каком дается эффективность стандартных счетчиков от энергии -лучей. Если известна энергия -квантов, то по таковой кривой мы сходу находим эффективность используемого Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 счетчика. Если же исследуемый изотоп испускает -кванты разных энергий, то нужно найти среднюю эффективность счетчика

(5.33)

Тут Р - общее число -квантов, Р1 и Р2 – число -квантов данной энергии. Эти величины инсталлируются по схеме распада Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16; 1, 2 … - эффективность счетчика по отношению к -квантам соответственной энергии; k1, k2 - коэффициенты, учитывающие поглощение мягеньких -лучей стеной счетчика.

Если толщина счетчика для какой-нибудь составляющие -излучения является хорошей, то для нее принимается k Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 161=1, а для более жестких k3=1.

Для более мягеньких компонент коэффициенты поглощения в стене цилиндрического счетчика примерно равны:

(5.34),

где 2 – коэффициент линейного поглощения материала стены счетчика для -квантов с энергией Е2. Для цилиндрического счетчика Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 и близко размещенного продукта dэфф  2d, где d – толщина стены счетчика (в см). dэфф миниатюризируется с повышением расстояния от продукта до 1,5d.

Поправка на отражение -излучение от подложки сильно мало отличается Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 от 1 и не учитывается.

С


Рис.5.16 Схема радиоактивного распада
учетом всех этих поправок по известной уже формуле мы определяем общее число -квантов, испускаемое продуктам. Для перехода к числу распадов нужно также знать квантовый Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 выход, т.е. количество -квантов, приходящихся на один - либо -распад.

Но действительный квантовый выход не 0,25, a 0,03, потому что это -излучение очень конвертировано, т.е. 12 % – -излучение, 88 % – электроны внутренней конверсии (т.е. возбуждение Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 отчасти снимается не при испускании -кванта, а расходуется на выбивание электронов внутренней конверсии, в большинстве случаев с внутренней k-оболочки). Потому следует знать не только лишь картину распада, да и степень конверсии -излучения, т.е Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16. квантовый выход с учетом внутренней конверсии.

Чтоб найти число - либо -распадов, нужно общее число -квантов, испускаемое продуктам, поделить на квантовый выход. По определенному нами числу распадов и по известной радиоактивной Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 неизменной распада () определяем количество радиоактивного изотопа

(5.35)



        1. Измерение -излучения сцинтилляционными счетчиками


Для абсолютных измерений -излучения можно использовать и сцинтилляционные счетчики.



Рис. 5.17 Схема

сцинтилляционного

датчика для расчета

геометрической

поправки



1) Геометрическая поправка для торцевого счетчика (5.9)



  1. самопоглощение – также только Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 для мягенького -излучения при большой толщине продукта



эффективность регистрации сцинтилляционного счетчика находится в зависимости от:

а) размеров кристалла; б) атомного номера материала сцинтиллятора;

в) от энергии - квантов.

Мягенькие -лучи регистрируются кристаллом Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 с эффективностью, близкой к 100 %. Для более жестких -лучей эффективность регистрации миниатюризируется тем резвее, чем меньше размеры кристалла и чем меньше атомный номер материала кристалла. Обычно в качестве сцинтиллятора употребляют NaI(Tl). Размеры кристаллов выбирают Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 в зависимости (Z = 11 и 53) от цели измерений.

При измерении жесткого -излучения необходимы кристаллы огромного размера. Для регистрации мягенького -излучения на фоне жесткого используют тонкие кристаллы, у каких будет достаточная эффективность Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 регистрации мягеньких -лучей и сравнимо маленькая эффективность регистрации жестких -лучей.


Измерение мягеньких -лучей проводят в тонких слоях, чтоб не учесть самопоглощения (эта поправка находится аналогично с рассмотренным). Скорость счета (а означает, и чувствительность Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16) находится в зависимости от геометрических критерий измерения. Пробу можно поместить на круглом диске против торцовой стороны кристалла либо окружить кристалл пробой на мягенькой подложке по образующей цилиндра В этих критериях геометрический коэффициент Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 счета близок к 50 %).

П


Рис.5.19. Схема размещения пробы снутри

сцинтилляционного кристалла W=0,5

ри малом количестве продукта чувствительность можно повысить, применяя особые кристаллы с осевым цилиндрическим отверстием рис. 5.19.

Пробу помещают в это цилиндрическое отверстие, и Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 измерение создают при геометрии, близкой к 4. В таких критериях мягкое -излучение (при достаточном размере кристаллов) можно определять с общим коэффициентом использования 100 %.

Итак, беря во внимание геометрию счета, эффективность регистрации кристалла Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16, самопоглощение, поправку на «мертвое время» и квантовый выход, мы можем перейти от числа зарегистрированных сцинтилляций к числу распадов, а потом вычислить количество радиоактивного изотопа.

4) E=1 – I;

5) Квантовый выход, Q – определяется по схеме распада Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 либо из справочника




5.4.4. Комбинированный --метод (см лабораторную работу)

В ряду урана на один -распад U238 приходится 6 -распадов, в том числе на один -распад Ra – четыре -распада. В ряду тория на один -распад Th232 приходится Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 четыре -распада. Это различие в числе членов ряда распада урана, испускающих - и -лучи, по сопоставлению с рядом тория, позволяет определять уран и торий при их совместном присутствии в пробе комбинированным --методом.

Если Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 равновесие в рядах урана и тория не нарушено, в данном случае мы имеем руду с 2-мя независящими компонентами. Для ее анализа нужно провести два определения радиоактивности пробы в таких критериях, при Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 которых соотношения активности обоих компонент будут разными. В нашем случае, мы производим одно измерение по -излучению, 2-ое – по -излучению, после чего составляем систему 2-ух уравнений с 2-мя неведомыми:

(5.36)

Тут U и Th Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 – содержание урана и тория, %; A – -активность пробы, выраженная не в импульсах (распадах), а в эквивалентных процентах урана; А – -активность пробы в эквивалентных % урана; с – урановый эквивалент тория по -лучам, он выражает, скольким Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 процентам урана соответствует -излучение 1 % тория; d – урановый эквивалент тория по -лучам (5 урана эквив. 1 % тория по -излучению).

Коэффициенты с и d можно рассматривать как неизменные, но только для определенной аппаратуры, потому что Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 коэффициенты использования при измерении излучений разных энергий зависят от конструкции используемого прибора и от расположения пробы. Эти коэффициенты определяются для используемых устройств с помощью эталонных образцов, содержащих известное количество урана либо тория.

Определив значения коэффициентов Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 с и d и замерив - и -активность всеохватывающей руды, мы находим содержание урана и тория, решая систему 2-ух уравнений с 2-мя неведомыми. Решения эти последующие:

(5.37) (из второго вычитаем 1-ое Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16);

(1) x d и (2) х с - обе части равны (точность сравнимо невелика, потому что мала разность меж d и с.)

Комбинированный --метод можно применить для определения урана и радия при нарушенном радиоактивном равновесии меж ними.

Для Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 определения - и -излучения можно использовать последующие пары датчиков: торцовый счетчик для -излучения и стеклянный счетчик для -излучения.

Счетчики -излучения имеют малую эффективность, потому можно применить пару сцинтилляционных датчиков: узкий слой стильбена (40–50 име Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16/сек2), напыленный на стеклянную пластинку (для -), и кристалл NaI(Tl) – для -излучения (с отсечкой -излучения) (1 г/см2).


5.4.5 -Спектрометрия


Каждый радиоактивный элемент испускает -кванты строго определенной энергии (либо нескольких определенных значений энергии Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16). Потому, если может быть найти энергию -лучей, можно и установить природу р/а элемента, а если сосчитать количество -квантов данной энергии, то можно оценить количество этого элемента.

Для определения энергии -квантов используются сцинтилляционные Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 счетчики. В сцинтилляционном -счетчике амплитуда электронного сигнала, снимаемого с ФЭУ, пропорциональна энергии, поглощенной в кристалле. Потому нам необходимо, чтоб в данном кристалле поглотилась вся энергия -кванта, т.е. необходимо, чтоб Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 кристалл был достаточных размеров.




Рис.5.20 Сцинтилляционный диапазон монохроматического -излучения Cs137 с энергией 0,661 Mэв.

Но снятие -спектра – не такая обычная задачка. Даже моноэнергетическое -излучение дает на сцинтилляционном спектрометре сложную кривую. Возьмем, к примеру, сцинтилляционный диапазон монохроматического Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 -излучения Cs137 с энергией 0,661 Мэв . Он смотрится последующим образом.

Почему выходит такая непростая зависимость. Как понятно, -лучи ведут взаимодействие со сцинтиллятором средством 1) фотоэлектрического поглощения, 2) образования пар (это только для жестких -квантов при Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 Е1,01 Мэв ).

В процессе фотоэффекта энергия -кванта фактически на сто процентов переда-ется фотоэлектрону, энергия которого вполне поглощается в кристалле. Максимум справа и представляет собой фотопик Cs137, ширина которой находится Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 в зависимости от разрешения спектрометра. Площадь под фотопиком определяет число -квантов, претерпевших в фосфоре фотоэлектрическое поглощение. Энергетическое разрешение спектрометра определяется как отношение ширины фотопика на половине его высоты к энергии Е, соответственной максимуму фотопика Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16

.

В области Cs137 при E = 0,661 Мэв разрешение обычно равно 8–11 % - ширина полосы на ½ высоты  0,07 Мэв.

При комптоновском рассеянии только часть энергии -кванта передается электрону, а остальная часть проявляется в виде энергии растерянного Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 -кванта, который либо может поглотиться в фосфоре, а может и выйти из него. Левая часть кривой указывает рассредотачивание комптоновских электронов. Пики на фоне комптоновской кривой могут быть связаны с оборотным рассеянием -лучей Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 от стен защиты (от Pb).

В ряду урана и тория можно отметить последующие фотопики, которые можно использовать для их определения.

Изотоп

E, Мэв

Квантовый выход

Изотоп

E, М

эв

Квантовый выход

Ряд урана
Ряд тория

U238(Ul)

Th234(UX1)
Ra226

0,048

0,093

0,188

210-4

0,16

0,012

Ас Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16228 (MsThll)

0,336

0,410

0,458

0,907

0,964

0,090

0,040

0,30

0,250

0,200

Pb214

(RaB)


0,241

0,294

0,350

0,106

0,240

0,435
Pb212
(ThB )

0,078

0,238

0,300

0,305

0,470

0,040

Bi214 (RaC)


0,609

0,766

0,935

1,238

1,379

1,764

2,204

2,450

0,430 (0,68)

0,056

0,068

0,085

0,047

0,215

0,054

0,020

Bi212

(ThC)



0,72

0,81

1,03

1,34

1,61

1,81

2,20

0,084

0,127

0,040

0,033

0,047

0,047

0,017







Tl208 (ThC//)


0,277

0,510

0,580

0,859

2,62

0,035

0,083

0,270

0,050

0,337

Суммарный квантовый выход

3,1

Суммарный квантовый выход

3,16


Для калибрования  - спектров употребляются полосы радиоактивных частей, имеющих монохроматический  - диапазон, к примеру K40, Cs137, Sr Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 1691.

Полосы палитра диапазона других частей
Изотоп
E, Мэв

Квантовый выход
K40
1,459

0,12
Sr91
1,025

0,33
Rn103
0,499

0,9
Rn105
0,726

1,0
I131
0,364

0,8
Cs137
0,661

0,92



ЛИТЕРАТУРА


  1. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Базы экспериментальных способов ядерной физики. М.: Атомиздат. – 1977. – 525 с.

  2. Шашкин Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 В.Л. Способы анализа естественных радиоактивных частей. М.: Атомиздат. - 1961. – 344 с.

  3. Кузнецов Р.А. Активационный анализ М.: Атомиздат. – 1974. – 321 с.

  4. Баранов В.И. Радиометрия. М.: Из-во ан СССР.– 1956. – 344 с.

  5. Мурин А.Н. Физические Лекция 19 5.3 Радиометрические измерения по -излучению (-метод) - Лекция 16 базы радиохимии. М.: Высшая школа. – 1971. – 288 с.

  6. Вдовенко В.М. Современная радиохимия. М.: – Атомиздат. – 1969. – 542 с.

  7. Голубев Б.П. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений. М.: Атомиздат. – 1976. – 503 с.


lekciya-16-tipi-testirovaniya-konspekt-lekcij-tekst-predostavlen-litagentom.html
lekciya-16pravovoj-rezhim-prirodno-zapovednogo-fonda-pravovoj-rezhim-prirodi-kurortnih-lechebno-ozdorovitelnih-i-rekreacionnih-zon.html
lekciya-17-franciya-xii-xiii-vv-uchebno-metodicheskij-kompleks-disciplini-istoriya-srednih-vekov-po-osnovnoj-obrazovatelnoj.html