§ 28. Фотонейтронный метод

Метод основан на образовании нейтронов под действием фотонов высокой энергии на ядра химических элементов:

Количество нейтронов регистрируют с помощью нейтронных счетчиков.

Для осуществления этой реакции необходимы фотоны, энергия которых больше энергии связи нуклонов в ядре. Энергия связи нуклонов в ядре большинства химических элементов составляет около .

Для получения фотонов такой энергии необходимы специальные установки, которые затрудняют измерение интенсивности потока нейтронов. Энергия -квантов радиоактивного распада превышает ,

С помощью -квантов радиоактивных источников возможны лишь реакции с дейтерием (энергия связи нуклонов — ) и бериллием (энергия связи нуклонов — .

В настоящее время фотонейтронный метод применяется только для определения бериллия: . Если в анализируемом образце наряду с бериллием находятся атомы дейтерия, необходимо исключить образование нейтронов по реакции , т. е. следует использовать источник фотонов с энергией -квантов в пределах . Таким источником является , период полураспада которого равен 60,1 дня, энергия фотонов — 1,7 и и средняя энергия фотонейтронов, образующихся при реакции с бериллием, . Недостатком этого источника является сравнительно короткий период полураспада, вследствие чего интенсивность его уменьшается в 2 раза в течение двух месяцев.

Установка для проведения анализа (рис. 136) состоит из источника 5, помещенного в свинцовый корпус 1 для поглощения -излучения с целью защиты экспериментатора. Источник крепится на штанге в верхнем положении штанги источник находится вне кольцеобразного сосуда для исследуемого образца б и в нижнем рабочем положении — в сосуде. Сосуд для исследуемого образца находится на выдвижном столике 7 и выдвигается наружу при помощи рукоятки 8. Интенсивность источника -излучения контролируется счетчиком 12, соединенным с регистрирующим прибором 11. На средней части свинцового корпуса коаксиально расположен контейнер 14, заполненный парафином, для замедления нейтронов. Контейнер имеет Несколько вертикальных каналов, отстоящих на равных расстояниях от центра источника. В каналах расположены борные пропорциональные счетчики нейтронов СНМО-5 13. Счетчики нейтронов соединяются параллельно с выходом на один регистрирующий прибор с амплитудным дискриминатором. При четырех борных счетчиках, использовании в качестве источника -излучения 100 мкюри и массе исследуемой пробы 100 г чувствительность установки составит .

Рис. 136. Установка для фотонейтронного определения бериллия: 1 — свинцовый корпус; 2 — корпус подшипника; 3 — штанга; 4 — стопор, закрепляющий штангу; 5 — источник -излучения; 6 — рабочий сосуд с исследуемым веществом; 7 — выдвижной столик; 8 — рукоятка; 9 — защитная свинцовая стенка; 9 - электропитания счетчиков; 10 - внешний регистрирующий прибор; 12 — счетчик -излучения; 13 — счетчнк нейтронов; 14 — контейнер; 16— прибор для регистрации нейтронов.

Вся установка для безопасности работы окружена наружной свинцовой защитой 9.

При определении последовательно измеряют интенсивность потока нейтронов от эталонного и анализируемого образцов, затем содержание бериллия находят графически или вычисляют по формуле:

где — концентрация бериллия в исследуемом растворе; — концентрация бериллия в эталоне; активность анализируемого образца; — активность эталона.

Для правильного проведения анализа сыпучих образцов также необходимо соблюдение одинаковых условий облучения. Формула (49) для этого случая преобразуется в следующую:

где — содержание бериллия соответственно в образце и эталоне, ; — масса анализируемого и эталонного препаратов.

Для повышения точности измерений необходимо, чтобы эталоны и анализируемый образец имели близкий состав и плотность. Жидкие эталоны готовят растворением навесок окиси бериллия в концентрированной серной кислоте, твердые — смешением окиси бериллия с наполнителем, которые размельчают до и тщательно перемешивают.

При проведении анализа возможно поглощение тепловых нейтронов в исследуемом образце в том случае, если в нем присутствуют элементы с высоким эффективным сечением захвата тепловых нейтронов, такие, как литий, бор, кадмий, редкоземельные элементы. Для учета этой потери нейтронов проводят измерение потока нейтронов, возникающего при анализе эталонного препарата. Затем повторяют измерение, поместив эталонный препарат за кадмиевый экран толщиной 1 мм, который полностью поглощает тепловые нейтроны. Разница двух выполненных измерений, отнесенная к первому измерению, представляет собой максимально возможную ошибку, которая колеблется в пределах 4—16%.

С уменьшением количества анализируемого вещества указанная ошибка уменьшается, однако падает и чувствительность определения. При больших образцах чувствительность повышается, но так как поглощение анализируемым образцом и эталоном неодинаково, вследствие их различной плотности возникает ошибка, составляющая несколько процентов. Для учета Поглощения -излучения в образце проводят два определения содержания бериллия в сосудах разной толщины.

Содержание бериллия в процентах вычисляют по формуле:

где — содержание бериллия (концентрация) в малом и большом сосудах, ; — толщина слоя вещества в малом и большом соосудах.

Ошибки метода при правильном проведении анализа слагаются из:

1) ошибки за счет поглощения нейтронов и образцом —

2) ошибки анализа эталонов —

3) ошибки, связанной с определением поглощения образца в приборе, —

4) ошибки измерения — .

Чувствительность метода при источнике 100 мкюри , времени измерения 25 мин и фоне мг в образце.