Активационный анализ для элементов

Активационный анализ

Чтобы получить информацию о составе образца, радиоактивность измеряется некоторое время, а полученная кривая анализируется (рис. 12.1). При проведении такого анализа вам нужны надежные данные о периоде полураспада различных изотопов для расшифровки всей кривой.

На практике при облучении элемента с известным содержанием анализируемой пробы и стандартного элемента в тех же условиях обычно используется метод относительного анализа, который значительно упрощает анализ. , Во многих случаях облученный образец переносят в раствор, и представляющие интерес компоненты химически разделяют экстракцией, хроматографией, осаждением и другими методами для определения активности отделенных продуктов.

Операции химического разделения значительно расширяют возможности метода и улучшают селективность, но это очень важно только для изотопов, которые не имеют слишком короткого периода полураспада. Другим вариантом активационного анализа является y-спектроскопия, которая основана на измерении y-спектра излучения образца. Энергия гамма-лучей является качественной, а скорость счета является количественным свойством изотопа.

Измерения производятся с использованием многоканального V-спектрометра со сцинтилляционным или полупроводниковым счетчиком. Это немного менее чувствительно, чем радиохимия, но гораздо быстрее и конкретнее. T Радиоактивность снижается в течение 12 часов В настоящее время различные варианты активационного анализа применяются в самых разных приложениях. Наиболее важным является анализ высокочистых веществ, используемых в полупроводниковой и атомной промышленности, например, в ракетостроении.

Преуспели в анализе воды и многих геохимических веществ, определении состава различных биологических и астрохимических веществ и многих других областей. , Важным преимуществом активационного анализа является его высокая чувствительность. С его помощью он может обнаруживать вещества до 10-13 … 10-15 г при благоприятных условиях. В особых случаях может быть достигнута даже более высокая аналитическая чувствительность.

Например, он используется для контроля чистоты кремния и германия в полупроводниковой промышленности путем обнаружения примесей до 10-8 … 10%. Такой контент не может быть определен другими способами, кроме активации. Получая периодические тяжелые элементы, такие как Менделий и Курчатов, исследователи смогли подсчитать практически каждый атом полученного элемента.

• Основными недостатками активационного анализа являются простота обращения с источником нейтронов и длительность процесса для получения результатов. Используя активационный анализ, мы смогли решить многие геохимические и общенаучные проблемы, связанные с датировкой, например, образцы минерального и органического происхождения.

Например, известный радиометрический метод определения возраста древних предметов и продуктов органического происхождения основан на том факте, что ядерная реакция приводит к постоянному образованию радиоактивного углерода 4C с периодом полураспада в атмосфере 5300 лет.

Радиоактивный | 4C образует радиоактивный MC02 и вступает в биологический цикл. Поэтому вещества и организмы (растения, животные и т. Д.), Участвующие в этом цикле, имеют почти постоянную радиоактивность, пропорциональную содержанию 14C. В организмах, которые вышли из цикла в результате смерти, количество радиоактивного 4С не увеличивается, а его активность снижается.

Таким образом, если вы измеряете активность древних продуктов (предметов из дерева, кожи и т. Д.) И знаете период полураспада углерода 14C и общее содержание углерода в образце, вы можете рассчитать истекшее время из трупа. Этот разрыв характеризует приблизительный возраст продукта.

Анализ этого Дом позволил выявить даты многих важных событий в далекие древние времена. Интересным примером применения активационного анализа является недавно предложенный быстрый метод обнаружения взрывчатых веществ. Как известно, различные нитросоединения обычно используются в качестве взрывчатых веществ. Метод обнаружения основан на том факте, что 14N и 15N содержатся во взрывчатом веществе и что он становится 6N при облучении нейтронами.

Этот изотоп имеет период полураспада 7 секунд. Когда он распадается, он испускает гамма-лучи определенной энергии в дополнение к частицам. Появление р-кванта с энергетическими характеристиками распада N после облучения материала нейтронами, вероятно, является сигналом о наличии взрывоопасных азотсодержащих материалов. Активационный анализ, такой как криминалистика и криминалистика, дает бесценные результаты.

Источник



АКТИВАЦИО́ННЫЙ АНА́ЛИЗ

АКТИВАЦИО́ННЫЙ АНА́ЛИЗ (ра­дио­ак­ти­ва­ци­он­ный ана­лиз), ядер­но-фи­зич. ме­тод оп­ре­де­ле­ния ка­че­ст­вен­но­го и ко­ли­че­ст­вен­но­го эле­мент­но­го и изо­топ­но­го со­ста­ва ве­ще­ст­ва. Ос­но­ван на из­ме­ре­нии ак­тив­но­сти ра­дио­нук­ли­дов, об­ра­зую­щих­ся в ана­ли­зи­руе­мом об­раз­це в ре­зуль­та­те ядер­ных ре­ак­ций (ак­ти­ва­ции) изо­то­пов оп­ре­де­ляе­мых эле­мен­тов с ядер­ны­ми час­ти­ца­ми или вы­со­ко­энер­ге­тич­ным γ-из­лу­че­ни­ем. Пред­ло­жен в 1936 Г. Хе­ве­ши и Х. Ле­ви.

Иден­ти­фи­ка­ция об­ра­зую­щих­ся ра­дио­нук­ли­дов про­из­во­дит­ся по ти­пу из­лу­чения, его энер­гии, ин­тен­сив­но­сти, пе­рио­ду по­лу­рас­па­да ра­дио­нук­ли­дов. Для это­го обыч­но ис­поль­зу­ют гам­ма-спек­тро­мет­ры и вы­со­ко­раз­ре­шаю­щие по­лу­про­вод­ни­ко­вые де­тек­то­ры, ре­же сцин­тил­ляц. де­тек­то­ры. Ко­ли­честв. ана­лиз ос­но­ван на том, что ак­тив­ность об­ра­зо­вав­ше­го­ся ра­дио­нук­ли­да про­пор­цио­наль­на ко­ли­че­ст­ву оп­ре­де­ляе­мо­го эле­мен­та в ши­ро­ком диа­па­зо­не кон­цен­тра­ций. При­ме­ня­ют от­но­сит. ме­тод рас­чё­та кон­цен­тра­ций с ис­поль­зо­ва­ни­ем об­раз­цов срав­не­ния и без­эта­лон­ный, или ком­па­ра­тор­ный, ме­тод (напр., т. н. «k0»-ме­тод). Вы­со­кая про­ни­каю­щая спо­соб­ность ра­дио­ак­тив­но­го из­лу­че­ния по­зво­ля­ет про­во­дить ана­лиз без раз­ру­ше­ния об­раз­ца; не­де­струк­тив­ный (ин­ст­ру­мен­таль­ный) ва­ри­ант А. а. с ис­поль­зо­ва­ни­ем по­лу­про­вод­ни­ко­вых де­тек­то­ров, спец. элек­тро­ни­ки, про­грамм­но­го обес­пе­че­ния и ав­то­ма­ти­за­ции – наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный и эф­фек­тив­ный ва­ри­ант А. а. Ра­дио­хи­ми­че­ский (с хи­мич. раз­де­ле­ни­ем ра­дио­нук­ли­дов) ва­ри­ант А. а. ис­поль­зу­ют в тех слу­ча­ях, ко­гда ин­ст­ру­мен­таль­ное оп­ре­де­ле­ние при­ме­сей не­воз­мож­но из-за ме­шаю­ще­го влия­ния ра­дио­нук­ли­дов ос­но­вы.

Наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный ва­ри­ант А. а. – ней­трон­но-ак­ти­ва­ци­он­ный ана­лиз (НАА). Для ак­ти­ва­ции ис­поль­зу­ют те­п­ло­вые и эпи­те­п­ло­вые ней­тро­ны ядер­но­го ре­ак­то­ра или ра­дио­изо­топ­но­го ис­точ­ни­ка ней­тро­нов (напр., Cf 252 ), а так­же бы­ст­рые ней­тро­ны ге­не­ра­то­ра ней­тро­нов. Вы­со­кая плот­ность по­то­ка те­п­ло­вых ней­тро­нов в ядер­ном ре­ак­то­ре, вы­со­кие се­че­ния ак­ти­ва­ции боль­шин­ства эле­мен­тов на те­п­ло­вых ней­тро­нах, а так­же вы­со­кая про­ни­кающая спо­соб­ность ней­тро­нов по­зво­ля­ют од­но­вре­мен­но оп­ре­де­лять ва­ло­вое со­дер­жа­ние сле­до­вых ко­ли­честв (до 10 –12 г/г) ок. 70 эле­мен­тов в об­раз­цах разл. мас­сы: от до­лей мил­ли­грам­мов до неск. ки­ло­грам­мов. Ре­ак­тор­ный НАА сыг­рал боль­шую роль в раз­ви­тии ана­ли­тич. хи­мии сле­до­вых кон­цен­тра­ций; с его ис­поль­зо­ва­ни­ем раз­ра­бо­та­ны тех­но­ло­гии по­лу­че­ния сверх­чис­тых ма­те­риа­лов для элек­тро­ни­ки, спец. кон­ст­рук­ци­он­ных ма­те­риа­лов для атом­ной энер­ге­ти­ки, ис­сле­до­ван эле­мент­ный со­став ря­да ве­ществ (лун­но­го грун­та, ме­тео­ри­тов и др.). НАА на бы­ст­рых ней­тро­нах эф­фек­ти­вен для оп­ре­де­ле­ния ки­сло­ро­да (пре­дел об­на­ру­же­ния до 10 –5 %), экс­пресс­но­го ин­ст­ру­мен­таль­но­го оп­ре­де­ле­ния др. эле­мен­тов (10 –3 –10 –5 %). Для об­на­ру­же­ния от­рав­ляю­щих и взрыв­ча­тых ве­ществ раз­ра­бо­та­ны ва­ри­ан­ты дис­тан­ци­он­но­го НАА.

В ак­ти­ва­ци­он­ном ана­ли­зе на за­ря­жен­ных час­ти­цах при­ме­ня­ют вы­со­ко­энер­ге­тич­ные про­то­ны, дей­тро­ны, α-час­ти­цы и др. Ис­поль­зу­ют гл. обр. для вы­со­ко­чув­ст­ви­тель­но­го (до 10 –9 г/г) оп­ре­де­ле­ния лёг­ких эле­мен­тов (B, C, O и N). Из-за ог­ра­нич. про­бе­га за­ря­жен­ных час­тиц в ве­ще­ст­ве ме­тод пред­на­зна­чен для ло­каль­но­го ана­ли­за. В гам­ма-ак­ти­ва­ци­он­ном ана­ли­зе про­бу ак­ти­ви­ру­ют тор­моз­ным γ-из­лу­че­ни­ем ус­ко­ри­те­ля элек­тро­нов. Оп­ре­де­ля­ют ва­ло­вое со­дер­жа­ние мик­ро­при­ме­сей в об­раз­цах мас­сой до неск. грам­мов. Ме­тод эф­фек­ти­вен для вы­со­ко­чув­ст­ви­тель­но­го (10 –8 г/г) оп­ре­де­ле­ния лёг­ких эле­мен­тов (N, C, O), оп­ре­де­ле­ния сред­них и тя­жё­лых эле­мен­тов (до 10 –7 г/г). Раз­ра­бо­та­ны пром. ана­ли­тич. ав­то­ма­ти­зи­ро­ван­ные γ-ак­ти­ва­ци­он­ные ком­плек­сы, напр. для зо­ло­то­до­бы­ваю­щей от­рас­ли.

А. а. при­ме­ня­ют для кон­тро­ля мик­ро­при­мес­но­го со­ста­ва осо­бо чис­тых и спец. ма­те­риа­лов, гео­ло­гич. об­раз­цов, объ­ек­тов ок­ру­жаю­щей сре­ды, а так­же в ме­ди­ци­не, кри­ми­на­ли­сти­ке, ар­хео­ло­гии, био­ло­гич. ис­сле­до­ва­ни­ях и пр.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Активационный метод анализа принадлежит к высокочувствительным и селективным методам определения различных элементов, в том числе вольфрама. В данной главе рассмотрены некоторые работы по применению активационного анализа для определения вольфрама в разнообразных объектах с целью показа значения метода в аналитической химии вольфрама.  [3]

Высокая чувствительность определения натрия достигается в активационном методе анализа . Этим же методом могут быть определены многие другие элементы.  [4]

Поскольку, как уже неоднократно отмечалось, радиометрические измерения характеризуются высокой чувствительностью, соответственно высокой чувствительностью характеризуется и активационный метод анализа . Можно считать, что в общем случае активационный анализ превышает по чувствительности все известные методы анализа. Так, калориметрия уступает по чувствительности активационному анализу на 3 — 4 поряДка, масс-спектро-скопия — на 4 — 5, метод каталитических реакций — на 2 — гЗ порядка. В табл. 13 приводятся данные по чувствительности определения некоторых элементов с помощью радиоактивационного анализа.  [5]

Достоинства — метода: высокая чувствительность, превосходящая чувствительность почти всех остальных методов анализа и сравнимая лишь с чувствительностью активационного метода анализа . Это позволяет применять кинетические методы для определения следовых количеств веществ. Недостатки: сильное влияние загрязнений на результаты анализа, что требует исключительной аккуратности в работе; ограниченный набор определяемых веществ.  [6]

Основными преимуществами нейтронного активационного метода анализа для подобного типа объектов по сравнению с химическими методами являются чрезвычайно высокая чувствительность и отсутствие необходимости дополнительной очистки применяемых реактивов и специальной посуды. Основная трудность этого метода, в частности, в радиохимическом его варианте — выделение определяемых элементов-примесей в радиохимически чистом виде.  [7]

Граммах в пробе или просто в граммах. Это для сравнения возможностей различных методов: если говорят, что активационный метод анализа обладает чувствительностью 10 — 16г или граммов в пробе, значит данным методом можно определить не менее 10 — 16 г элемента. В этом случае количество анализируемого элемента или соединения относят к той минимальной пробе, которая необходима для анализа данным методом. Если в такой навеске можно определить как минимум 50 мкг, то говорят, что чувствительность метода равна 0 0005 г в пробе.  [8]

Перед нами стояла задача определения примеси фосфора и мышьяка в двуокиси кремния особой чистоты. В связи с тем, что Р32, получаемый из Р31 при облучении его тепловыми нейтронами, является р-излучателем, встал вопрос о разработке радиохимического варианта активационного метода анализа и выборе метода выделения фосфора и мышьяка в радиохимически чистом виде.  [9]

Оригинальный метод определения состава черных пленок предложен Пэгано с соавт. На горизонтальную черную пленку, полученную из меченых компонентов, выкапывают ртуть, которая прошивает ее и увлекает за собой часть черной пленки. Вместе с увлекаемой черной пленкой, площадь которой определяли независимо, капельки оседают на дно ячейки, предварительно пройдя через раствор хлороформа, где происходит растворение меченых компонентов пленки. Раствор хлороформа с радиоактивными метками легко можно проанализировать количественно с помощью активационных методов анализа .  [10]

Конечно, такие теоретически рассчитанные количества вещества каталитическими методами не могут быть определены, так как протекают каталитическая и некаталитическая реакции. Последняя обусловлена присутствием примесей в реактивах и воде или другом растворителе. Все это создает фон, колебания которого ограничивают предел обнаружения катализатора. Чувствительность каталитических методов ( см. табл. 9.14) для многих неорганических веществ сравнима с чувствительностью масс-спектральных и активационных методов анализа , для органических — с наиболее чувствительными вариантами хроматографии. В отдельных случаях ( например, для серебра, хрома, кобальта) каталитические методы — наиболее чувствительные из всех известных методов анализа. Отметим при этом, что преимуществом каталитических методов является сочетание высокой чувствительности с простотой аппаратурного оформления и методики проведения анализа.  [11]

Достоинством радиоактивационного метода является возможность определения ряда примесей из одной навески после проведения соответствующих операций химического разделения. Так как все химические операции выделения и очистки проводятся после облучения, то чистота применяющихся носителей и реактивов, играющая важную роль в обычных химических методах анализа, не имеет особого значения. Возможные примеси в носителях и реактивах не могут сказаться на удельной активности выделенных элементов. Следовательно, отсутствует необходимость введения поправки на глухой опыт. Это обстоятельство является одним из важнейших преимуществ активационного метода анализа по сравнению с другими методами, применяемыми для количественного определения ультрамалых количеств элемента.  [12]

Источник

АКТИВАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ

(радиоактивационный анализ), метод качественного и количественного элементного анализа в-ва, основанный на активации ядер атомов и исследовании образовавшихся радиоактивных изотопов (радионуклидов). В-во облучают ядерными частицами (тепловыми или быстрыми нейтронами, протонами, дейтронами,частицами и т. д.) или квантами. Затем определяют вид, т. е. порядковый номер и массовое число, образовавшихся радионуклидов по их периодам полураспада Т _1/2 и энергиям излучения Е, к-рые табулированы. Поскольку ядерные р-ции, приводящие к образованию тех или иных радионуклидов, обычно известны, можно установить, какие атомы были исходными.

Количеств. А. а. основан на том, что активность образовавшегося радионуклида пропорциональна числу ядер исходного изотопа, участвовавшего в ядерной р-ции. При т. наз. абсолютном анализе измеряют активность радионуклида и рассчитывают исходное содержание определяемого элемента по ф-ле:

где т-масса определяемого элемента, г; N- измеренная скорость счета, имп/с; М-атомная масса определяемого элемента; Е- полная эффективность регистрации измерит, аппаратуры (отношение числа регистрируемых импульсов к числу актов радиоактивного распада); Ф-поток частиц или квантов, облучающих образец, число частиц/см 2 *с; -сечение (вероятность) ядерной р-ции, барны (10 -24 см 2 );

-доля исследуемого нуклида в прир. смеси; -постоянная распада (т. е. 1/Г _1/2 образующегося радионуклида, с -1 ); t₁ -время облучения образца, с; t₂ -время выдержки (время, прошедшее с момента окончания облучения до начала измерения активности образца), с.

Абс. метод характеризуется высокой погрешностью (относит. стандартное отклонение 0,4-0,6), что связано с неконтролируемыми колебаниями величины Ф, сложностью определения E, погрешностями табличных значений а и т. д. Поэтому обычно анализ выполняют относит. методом, основанным на сравнении активностей анализируемого образца и образцов сравнения с точно известным содержанием определяемых элементов. Облучение и измерение активности образцов проводят в одинаковых условиях.

Существуют два осн. варианта А. а. — инструментальный и радиохимический. Первый применяют при анализе в-в, к-рые либо слабо активируются, либо образуют короткоживущие радионуклиды. Анализируемый образец и образцы сравнения одновременно получают и затем обычно неск. раз измеряют (с помощью полупроводникового спектрометра высокого разрешения) и сопоставляют их спектры. При первом измерении идентифицируют и определяют содержание элементов, образующих короткоживущие радионуклиды, при втором-элементы, образующие радионуклиды с большим Т _1/2, и т. д. Кроме того, последоват. измерение спектров позволяет идентифицировать радионуклиды не только по энергиям испускаемых квантов, но и по T_1/2. Пример инструментального А. а.-нейтронноактивационное определение примесей в Nb. Невысокий уровень активности радионуклидов, образующихся при облучении нейтронами, позволяет измерять спектры уже через 5-7 ч после облучения. При первом измерении определяли радионуклиды с Т _1/2 = 2-30 ч, напр. 56 Mn, 65 Ni, 24 Na, 64 Cu, l87 W, при втором (через 3-4 сут после первого)-радионуклиды с Т _1/2 от 25 сут до 5 лет, напр. 51 Cr, 60 Со, 59 Fe. Если в Nb содержание примесей легкоактивирующихся элементов (Си, Na, Та, W) не превышает 10 -5 %, удается определить 30-35 элементов с пределами обнаружения 10 -5 — 10 -9 %.

Осн. достоинства инструментального варианта: быстрота проведения, сравнительно небольшая трудоемкость, высокая информативность, возможность проводить анализ без разрушения образца и использовать радионуклиды с небольшими Т _1/2 (от неск. минут до неск. секунд). Широкое использование электронно-вычислит. техники для оптимизации условий анализа и обработки спектрометрич. информации повысило точность и надежность метода и позволило создать полностью автоматизир. системы А. а. Осн. недостаток инструментального варианта: невозможность анализировать сильно активируемые в-ва, образующие долгоживущие радионуклиды.

В радиохим. варианте облученный образец растворяют, а затем отделяют от основы образовавшиеся радионуклиды определяемых элементов, обычно вместе с их изотопными носителями (неактивными изотопами), к-рые специально добавляют в р-р. Методы разделения-экстракция, хроматография, дистилляционные методы и др.; они позволяют получать препараты определяемых элементов радиохим. степени чистоты, активность к-рых можно измерять на полупроводниковом спектрометре. При доминирующем содержании одного или неск. элементов прямой гамма-спектральный анализ затруднен и необходимо эти радионуклиды разделять на группы, удобные для измерения спектров. Для достижения особенно низких пределов обнаружения выделяют индивидуальные элементы.

Наиб. распространен нейтронно-активационный анализ, в к-ром исследуемое в-во облучают потоком тепловых нейтронов с энергией 0,025 эВ, т. к. сечения ядерных р-ций (и,) в этом случае для большинства элементов на неск. порядков выше сечений др. ядерных р-ций. Поток нейтронов из ядерных реакторов достигает 10 13 -10 15 частиц/см 2 *с. Метод позволяет определять большинство элементов периодич. системы начиная с Na с пределами обнаружения 10 -4 — 10 -12 %, в т. ч. 53 элемента — с пределами обнаружения менее 10 -6 %. Однако определение с помошью активации тепловыми нейтронами легких элементов от Н до Ne, а также Mg, Al, Si, P и нек-рых др. связано со значит. трудностями из-за небольших сечений ядерных р-ций, слишком малых или слишком больших Т _1/2 образующихся радионуклидов, низких энергий испускаемого , излучения или рентгеновского излучения. В этом случае используют нейтронно-активационный анализ на быстрых нейтронах (с энергией

14 МэВ). Источник последних -нейтронный генератор. Сечение ядерных р-ций на 3-4 порядка меньше, чем при активации тепловыми нейтронами. Однако быстрые нейтроны активируют легкие элементы — О, N, Si, F, Al, Mg и нек-рые др., пределы обнаружения к-рых составляют 10 -3 — 10 -5 %.

Предельно низкие концентрации (10 -7 — 10 -8 %) О, С, N и В определяют путем активации образца ускоренными протонами или частицами. Источник излучения в этом случае-циклотрон. При использовании для активации заряженных частиц можно определять в чистых в-вах Са, Ti, V, Nb, Y с пределами обнаружения 10 -5 — 10 -7 %.

Для определения газообразующих примесей (6, N, С) используют также активацию квантами (т. наз. фотонейтронный анализ). Источник последних-линейные ускорители, микротроны и бетатроны. В этом случае предел обнаружения составляет 10 -5 — 10 -6 %.

Достоинства А. а.: высокая чувствительность, возможность в ряде случаев проводить определение без разрушения образца, высокая избирательность, возможность одновременного определения ряда примесей в одной навеске образца, отсутствие поправки контрольного опыта (т. к. все хим. операции, в т. ч. травление образцов для удаления поверхностных загрязнений, проводят после облучения). Кроме того, при работе с короткоживущими радионуклидами анализ м. б. выполнен быстро-в течение неск. минут. Недостатки метода: относительно малая доступность источников ядерных частиц или -квантов, возможность деструкции и даже разрушения образцов при облучении мощными потоками излучений, относит. сложность выполнения анализа, радиац. опасность.

Осн. области применения А. а.: анализ особо чистых в-в, геол. объектов и объектов окружающей среды; экспрессный анализ металлов и сплавов в пром-сти; определение содержания микроэлементов в крови, плазме, тканях животных и растений; судебно-мед. экспертиза.

А. а. впервые был проведен Д. Хевеши и Г. Леви в 1936 и А. А. Гринбергом (1940).

Лит.: Кузнецов Р. А., Актнвационный анализ, 2 изд., М., 1974; Зайцев Е. И., Сотсков Ю. ПД Резников Р. С., Нейтронно-активационный анализ горных пород на редкие элементы, М., 1978; My ми нов В. А., Мухаммедов С., Ядернофизнческие методы анализа газов в конденсированных средах, Таш., 1977; De Soete D., Gijbels R., Hoste J., Neutron activation analysis, L., 1972; Nondestructive activation analysis, ed. by S. Amiel, Amst.-[a. o.], 1981. M. Н. Щулепников.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . Под ред. И. Л. Кнунянца . 1988 .

Смотреть что такое «АКТИВАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ» в других словарях:

АКТИВАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ — метод определения состава вещества, основанный на активации атомных ядер и исследовании радиоакт. излучения, возникающего вследствие изменения нуклонного состава или энергетич. состояния ядер. А. а. наиб. распространённый ядерно физ. метод… … Физическая энциклопедия

АКТИВАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ — (радиоактивационный анализ) метод качественного и количественного элементного анализа вещества, основанный на исследовании радиоактивного излучения нуклидов, образовавшихся под воздействием потока нейтронов, протонов, г квантов и др … Большой Энциклопедический словарь

активационный анализ — Изотопный анализ, используемый для определения качественного и количественного состава вещества. [http://metaltrade.ru/abc/a.htm] Тематики металлургия в целом EN activation analysis … Справочник технического переводчика

Активационный анализ — метод определения качественного и количественного состава вещества, основанный на активации атомных ядер и измерении их радиоактивного излучения. Впервые применен венгерскими химиками Д. Хевеши и Г. Леви в 1936. При проведении А. а.… … Большая советская энциклопедия

активационный анализ — (радиоактивационный анализ), метод качественного и количественного элементного анализа вещества, основанный на исследовании радиоактивного излучения нуклидов, образовавшихся под воздействием потока нейтронов, протонов, γ квантов и др. * * *… … Энциклопедический словарь

активационный анализ — aktyvacinė analizė statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Medžiagų kokybinės ir kiekybinės sudėties nustatymas iš sužadintųjų branduolių radioaktyviojo spinduliavimo. atitikmenys: angl. activation analysis; radioactivation… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

активационный анализ — aktyvacinė analizė statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiagų kokybinės ir kiekybinės sudėties nustatymas iš sužadintų branduolių radioaktyviojo spinduliavimo. atitikmenys: angl. activation analysis; radioactivation analysis rus. активационный … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Активационный анализ — (радио активационный анализ) метод определения качественного и количественного состава вещества, основанный на измерении энергии излучения радиоактивных ядер изотопов, образовавшихся под воздействием потока нейтронов, заряженных частиц… … Криминалистическая энциклопедия

активационный анализ — aktyvacinė analizė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. activation analysis vok. Aktivierungsanalyse, f rus. активационный анализ, m pranc. analyse par activation, f … Fizikos terminų žodynas

активационный анализ — [activation analysis] изотопный анализ (1.), используемый для определения качественного и количественного состава вещества. Смотри также: Анализ электрометрический анализ химический анализ … Энциклопедический словарь по металлургии

Источник

Активационный анализ для элементов

Активацией называется процесс получения радиоактивного вещества в результате ядерных реакций при облучении стабильных ядер нейтронами, гамма-квантами, протонами или другими частицами.
Пусть на образец, содержащий i ядер изотопа A падает j частиц в секунду на единицу площади. В результате ядерной реакции A(a,b)B за время dt образовывается ijσ _i dt ядер радиоактивного изотопа B. Здесь σ _i − парциальное сечение данной реакции. Количество ядер изотопа B определяется соотношением

где m_A − масса изотопа A в образце, M − его молярная масса, N_A − число Авогадро. Образовавшийся изотоп B распадается по закону радиоактивного распада с постоянной распада λ. Дифференциальное уравнение, описывающее изменение количества ядер изотопа B, можно записать в виде

Первый член в (2) описывает образование ядер изотопа B, второй − их распад. Проинтегрировав (2), получим

Через некоторое время рост числа активных ядер прекратится (dN/dt = 0). Это произойдет тогда, когда в единицу времени будет образовываться столько же радиоактивных ядер сколько и распадаться. Величина

называется активацией насыщения .

Кривая активации показана на рисунке 1. Практически, насыщение достигается за время облучения, соответствующее 4 — 5 периодам полураспада. В самом начале облучения (t << 1/) происходит преимущественно образование изотопа B и его распадом можно пренебречь, поэтому число активных ядер растает практически линейно со временем.
После окончания облучения образовавшийся радиоактивный изотоп B будет только распадаться. Активность I = N, при постоянной плотности потока j и если пренебречь как правило ничтожным "выгоранием" (уменьшением числа ядер n), будет равна

где t_обл − время облучения, t_охл − время охлаждения, т.е. время с момента окончания облучения до момента начала измерения.
На активации основан мощный метод определения состава вещества активационный анализ . Он был впервые предложен Г. Хевеши (G. Hevesy) и Х. Леви (H. Levi) (1936).
В этом методе идентификация химических элементов, содержащихся в образце и их количественный анализ производятся путем измерения активности, энергии излучений и периода полураспада образовавшихся в результате ядерной реакции радионуклидов. Пусть в естественной смеси элемента доля изотопа A, который в результате реакции A(a,b)B превращается в радиоактивный изотоп B равна k. Идентифицировав в облученном образце по периоду полураспада и энергии излучения наличие изотопа B, по его активности можно определить массу соответствующего элемента m по формуле

где М − атомная масса определяемого элемента, i определяется по активности I (5) изотопа B. Подставив (5) в (6), получим

1. Радиоизотопные (ампульные) источники.
2. Ядерные реакторы.
3. Нейтронные генераторы.

Около 70% элементов имеют свойства, позволяющие использование нейтронно-активационный анализ для их идентификации и количественного анализа.
Для гамма-активационного анализа используется тормозное излучение высокой интенсивности (10 14 -10 15 квант/с), получаемое на электронных ускорителях. Фотоядерные реакции позволяют активировать практически все элементы периодической системы элементов с пределом обнаружения

10 -4 -10 -7 %. Существуют ситуации, когда использование гамма-активационного анализа предпочтительно. Гамма-активационный анализ в частности позволяет эффективно анализировать такие элементы, как Ca, Ni, Ti, Tl и Pb. Преимуществом гамма-активационного анализа перед нейтронно-активационным анализом является также то, что гамма-кванты могут глубже проникать в образец, следовательно анализу могут подвергаться образцы бо'льших размеров.
Активационный анализ на заряженных частицах, в связи с их малыми пробегами в веществе, используется главным образом для анализа тонких слоев и поверхностей.

Радиоизотопные источники нейтронов

В радиоизотопных источниках используются нейтроны спонтанного деления ( 252 Cf) или реакции типа (α,n) и (γ,n). Один миллиграм 252 Cf испускает 2.28·10 9 нейтронов в секунду с энергией 1.5 МэВ.
Нейтронный источник, использующий реакции (α,n), должен содержать альфа-источник и легкий изотоп (Li, Be, B) на котором происходит реакция (α,n). Использование легких изотопов связана с тем, что энергия альфа-частиц должна быть больше высоты кулоновского барьера. В противном случае сечение реакции будет сильно подавлено. Например, в Pu/Be источнике используется смесь металлического порошка бериллия с небольшим количеством α-излучателя — полония. Нейтроны образуются в реакции 9 Be(α,n) 12 C. В этом источнике получаются нейтроны, обладающие практически сплошным спектром энергий от 0 до 13 МэВ.
Источником нейтронов, основанным на фотоядерной реакции, является смесь радия и бериллия. В этом случае источник нейтронов представляет собой систему из двух запаянных ампул. Внутри ампулы с порошком бериллия помещается ампула с солями радия таким образом, что на бериллий действует только гамма-излучение, проходящее через стенки внутренней ампулы. Нейтроны образуются в реакции 9 Ве(γ,n) 8 Ве. , Такой источник испускает монохроматические нейтроны с энергией 110 кэВ.
Интенсивность радиоизотопных источников 10 6 -10 8 нейтронов/c, чувствительность (предел обнаружения) элементов

Ядерные реакторы

Рис. 2. Типичный спектр нейтронов реактора

Ядерные реакторы являются мощными источниками нейтронов. Спектр нейтронов очень широк. В нем выделяют 3 компоненты — тепловые, эпитепловые (резонансные) и быстрые нейтроны (рис.2).
Тепловые нейтроны это нейтроны с энергией < 0.5 эВ. Они находятся в тепловом равновесии с атомами материала реактора. При комнатной температуре они имеют энергетическое распределение Максвелла-Больцмана со средней энергией 0.025 эВ и наболее вероятной скоростью 2200 м/с. При облучении образцов как правило 90-95% нейтронного потока составляют тепловые нейтроны. Реактор мощностью 1 МВт обеспечивает нейтронный поток

10 13 (cм -2 с -1 ). Предел обнаружения большинства элементов при использовании таких потоков составляет 10 -5 -10 -10 %.
Эпитермальные нейтроны имеют энергии в диапазоне от 0.5 эВ до

0.5 МэВ. Их доля в реакторе

2%. Кадмиевая пластинка толщиной 1 мм поглощает все тепловые нейтроны, но пропускает эпитепловые и быстрые нейтроны. Как тепловые, так и эпитепловые нейтроны вызывают в мишени реакции (n,γ).
Доля быстрых нейтронов (> 0.5 МэВ) в реакторе составляет

5%. Они вызывают реакции (n,p), (n,n') и (n,2n) и практически не вызывают реакции (n,γ).

Нейтронные генераторы

Нейтронные генераторы это ускорители в которых нейтроны образуются в результате ядерных реакций на соответствующих мишенях. Чаще всего используются реакции

2 H(d,n) 3 He, Q = 3.270 МэВ;	(7)
3 H(d,n) 4 He, Q = 17.590 МэВ.	(8)

Рис. 3. Функция возбуждения (зависимость сечения от энергии налетающих частиц) для реакции (J.P.Conner, T.W.Bonner, J.R.Smith. A Study of the 3 H(d,n) 4 He Reaction. PhysRev, 88, 468, 1952)

В результате реакций (7,8) получаются нейтроны с энергиями

14.1 МэВ. Так как сечения этих реакций достаточно велики при небольших энергиях дейтронов, можно обойтись небольшими ускорителями. Максимум сечения реакции (8) при энергии Td 120 кэВ. Обычно используются каскадные генераторы. Типичный выход нейтронов у нейтронных генераторов

10 10 c -1 . Использование быстрых нейтронов позволяет проводить анализ легких элементов (C, N, O), которые плохо активирующихся тепловыми нейтронами.

Рассмотрим схему активационного анализа на примере нейтронно-активационного анализа на тепловых нейтронах. Последовательность событий, происходящих в реакциях радиационного захвата (n,γ) представлена на рис. 4.

В результате неупругого взаимодействия теплового нейтрона с ядром образца образуется компаунд-ядро в возбужденном состоянии, энергия возбуждения определяется энергией связи нейтрона в ядре. Компаунд-ядро быстро сбрасывает свою энергию возбуждения и переходит в основное состояние, излучая один или несколько характеристических мгновенных гамма-квантов. Во многих случаях это ядро бета-радиоактивно и тоже распадается с характеристической постоянной распада. Более того, часто бета-распад идет на возбужденные состояния конечного ядра, которые в свою очередь сбрасывают энергию возбуждения испуская характеристические гамма-кванты (задержанные).
В принципе нейтронно-активационный анализ возможен на (1) мгновенных гамма-квантах, когда измерения проводятся в процессе облучения, или (2) на задержанных гамма-квантах, когда измерения проводятся во время бета-распада.
Первый метод обычно реализуется на выведенном из реакторе пучке нейтронов. При этом потоки, падающие на образец на

6 порядков меньше, чем при облучении внутри реактора. Зато детектор может быть расположен очень близко к образцу. Этот метод в основном применим для элементов с экстремально большим сечением реакции радиационного захвата (B, Cd, Sm и Gd); элементов, изотопы которых имеют малые периоды полураспада, чтобы можно было использовать второй метод, элементов у которых в результате реакции (n,) образуются только стабильные изотопы или элементов аналитические изотопы испускают гамма-кванты с малой интенсивностью.
Второй метод применяется чаще. Он применим для подавляющего большинства элементов, у которых в результате радиационного захвата образуются радионуклиды.

Рис. 5. Схема распада 27 Mg

Рассмотрим применение второго метода на примере анализа магния. Изотопом магния, который служит для анализа, является 26 Mg (содержание в естественной смеси 11.01%). Получающийся в результате реакции γ с сечением 0.0372 барн бета-радиоактивный изотоп 27 Mg имеет период полураспада 9.458 минут. Он распадается на возбужденные состояния 27 Al, которые сбрасывают энергию возбуждения эмиссией гамма-квантов. Гамма-кванты, которые служат для идентификации и количественного анализа имеют энергии E₁ = 1.0144 МэВ и E₂ = 0.8438 МэВ. Приблизительно 71% всех бета-распадов сопровождается испусканием гамма-квантов с энергией E₁ и

28% с энергией E₂. При анализе необходимо учесть эффективность регистрации гамма-кантов соответствующих энергий.
Ежегодно в мире проводится более сотни тысяч активационных анализов. В качестве примера можно упомянуть нейтронно-активационный анализ волос Исаака Ньютона, который был проведен в английском ядерном центре в Олдермастоне. Для исследования на присутствие золота и ртути облучение нейтронами продолжалось 5 дней, а на мышьяк, сурьму и серебро — до 14 дней. Оказалось, что сдержание металлов с высокой токсичностью значительно превышало нормальный уровень; так количество ртути в волосах Ньютона в 40 раз превосходило норму. Полученные данные подтверждают предположение о том, что Ньютон в течение длительного времени болел вследствие ртутного отравления. (Физика N48-2000)

Источник