Материал: Мюллер Г. Специальные методы анализа стабильных изотопов

exp( Kto), т. е. общее выражение числа радиоактивных атомов приобретает вид:

Зная параметры, входящие в уравнение (11.5), нетрудно под­ считать ожидаемый уровень активности образца XNt t0, а от­ сюда и ожидаемую на опыте скорость счета.

11.2. Дейтерий

Обычный вариант нейтроноактивационного анализа непри­ меним к определению содержания тяжелых изотопов водорода, поскольку вероятность образования трития при облучении дей­ терия нейтронами очень мала (сг= 0,46 мбарн). Напротив, реак­ ция Н (п, у) D обладает значительно большей вероятностью (0,33 барн). Основываясь на этом эффекте, Сквайэс [22] пред­ ложил методику определения очень высоких концентраций дейтерия в тяжелой воде. Метод заключается в облучении ана­ лизируемой пробы (объемом ~ 1 5 мл) нейтронным пучком, сколлимированным кадмиевой фольгой. Прошедший через пробу поток нейтронов измерялся Врусчетчиком, окруженным слоем парафина.

Этот метод можно использовать прежде всего для контроля содержания дейтерия в тяжеловодном замедлителе нейтронов в атомных реакторах. Немаловажным обстоятельством, облег­ чающим применение метода для данной задачи, является тот факт, что возможное присутствие в образце поглощающих ней­ троны примесей не мешает определению, так как в первую очередь важно знать суммарную величину потерь нейтронов В' замедлителе независимо от того, чем они обусловлены. В интер­ вале концентраций выше 99 ат.% D наблюдается линейная зависимость логарифма отношения скоростей счета для пробы и образца сравнения от молярного содержания D2O в пробе.

Зависимость полной погрешности результата ± Д п от продол­ жительности счета t ч описывается соотношением

Ап = + (2Ъ + - у - у /г • К Г 3 % D.

При продолжительности счета 6 мин An=±0,02% D (собст­ венно-говоря, водорода), а при увеличении времени счета до 3 ч снижается до ±0,006% D. Метод прост в исполнении, обла­ дает высокой производительностью и может быть легко авто­ матизирован. Аналогичная методика описана также в работе [23].

Имеются и другие пути изотопного анализа водорода мето­ дами радиометрии. Для этой цели могут быть использованы упругое рассеяние нейтронов на ядрах дейтерия с последующим участием ядер отдачи в какой-либо ядерной реакции и фото­

281

нейтронный эффект. Как обнаружили Чедвик и Гольдхабер [24] еще в 1934 г., у-квалты с энергией свыше 2,23 Мэв в состоянии расщепить ядро дейтерия на протон и нейтрон. Образующиеся нейтроны после их замедления могут быть зарегистрированы ВРз-счетчиком. Для аналитических целей такой метод был впер­

с этим источником составляет 1,58 мбарн [27, 28]. Из остальных природных нуклидов только изотоп 9Ве обладает сравнимым фотонейтронным эффектом (пороговая энергия у-квантов

1.66 Мэв).

Наилучшие результаты анализа были получены с источни­ ком общей активностью 500— 1000 мкюри 24Na. Вокруг источ­ ника размещалась проба анализируемой воды, которая одно­ временно служила и замедлителем. Относительная погрешность результатов анализа равна ±2% для пробы объемом 25 мл, содержащей 0,1% D20 [29, 30]. Чувствительность метода позво­ ляет обнаруживать дейтерий в образцах природного изотопного состава*. При анализе необходимо учитывать возможное при­ сутствие хлора в исследуемом образце, поскольку было заме­ чено, что наличие в пробе 0,24% ионов С1~ приводит к система­ тическому занижению содержания дейтерия на 1% [31]. Основ­ ной недостаток описанной методики обусловлен коротким перио­ дом полураспада 24Na (ті/г= 15,05 ч). В связи с этим в работе [31] обсуждалась возможность применения в качестве источника

только ВРз-счетчики. Так, Одеблад [13] использовал для этого реакцию образования под действием нейтронов радиоактив­ ного изотопа индия ШтІп (ті/г = 54 мин). Схема применявшегося устройства показана на рис. 11.2. Тот же автор указал на воз­

вым счетчиком на примере пиридина и этилового спирта пока­

ти, газовых конденсатах, основанная на фотонейтронном эффекте, описана также в работе Абдуллаева А. А. и Умурбекова К. У. Второе Всесоюзное совещание по активационному анализу, Ташкент, 15—19 апреля 1968. Тезисы докладов. В работе использовался источник уизлучения на основе изотопа 24Na с начальной активностью 150 мкюри, а в качестве датчиков применя­ лась батарея нейтронных счетчиков типа СНМО-5, соединенных параллельно. Оптимальный объем пробы 250 мл, скорость счета 650 имп/мин при содер­ жании в пробе 0,025% D20 и активности у-источника 50 мкюри. Фон при­ бора— 15 имп/мин. Относительная погрешность ±3% . — Прим, перев.

282

в органических соединениях. При использовании в качестве образцов сравнения воды с известным содержанием дейтерия в результаты измерений необходимо вводить поправки, учиты­ вающие различную величину диффузии и поглощения нейтронов

(87,5%-ное насыщение), а затем, выдержав ее в течение 6 мин, измеряют

риодом полураспада 66 сек. Методика была отработана на дейтерированных образцах уксусной кислоты и бензола. Естественно, когда анализируемое соединение не содержит кислорода, выдержка образцов перед измерениями не обязательна.

водящие к образованию посторонних излучателей, не протекают с заметным выходом в этих условиях. Поскольку аналитическая реакция протекает только с участием быстрых нейтронов, то мешающее влияние тепловых ней­ тронов легко устраняется размещением анализируемой пробы внутри кад­ миевого фильтра. Наведенная активность анализируемой пробы зависит от количества содержащегося в ней углерода и при облучении нейтронным пучком сравнительно низкой плотности [3 • 1011 нейтрон/(см2 ■сек)] удельная скорость счета составляет 200 имп/мин-мгО-гС]. Относительная по­ грешность анализа не превышает ±2% , если образец содержит по крайней мере 4 мг D и 1,5 г С. Градуировочная кривая строго линейна во всем ис­ следованном интервале концентраций.

* Центр ядерных исследований при Политехническом институте им. Эн­ рико Ферми (Милан, Италия).

283

Распространение в воде дейтонов отдачи приводит к реак­ ции 1В0 (d, п)11F, конечный продукт которой, как уже отмечалось выше, является позитронным излучателем. Результаты определе-

Рис. 11.3. Экстраполяция скорости счета, обусловленной р+-распадом изотопа 13N, к мо­ менту начала измерений.

ния содержания дейтерия по этой реакции подвержены, конечно, до некоторой степени влиянию побочных процессов [37]*.

* Из числа побочных реакций, протекающих с участием углерода, сле­ дует упомянуть образование изотопов 17F, 18F и 13N.

284