§ 32. Методы анализа, основанные на поглощении излучения

Методы основаны на регистрации изменения интенсивности потока ядерного излучения того или иного вида, прошедшего через слой анализируемого материала.

Метод, основанный на поглощении b-лучей

Ослабление потока -лучей в веществе подчиняется экспоненциальному закону (4), который, принимая во внимание формулу (16), может быть записан следующим образом:

Используя это выражение при постоянном значении , можно определить при известной толщине слоя или при известном , т. е. определить толщину или плотность материала.

В то же время при постоянном значении произведения можно определить отношение . Для большинства элементов оно близко к 0,5, а для водорода . Это различие позволяет определить отношение числа атомов водорода к числу атомов углерода.

Определение проводят в приборе (рис. 139). Излучение от источника попадает в две ионизационные камеры, соединенные противоположными полюсами через индикатор нулевого тока 3. В одну ионизационную камеру излучение попадает через поглотитель постоянной толщины, а в другую — через испытуемый образец 5 и подвижный клин 4. Положение клина калибруется в единицах отношения Н: С. В результат измерения вносится поправка на изменение . Точность определения составляет 0,03%.

Методы, основанные на поглощении

Узкий пучок -квантов поглощается в веществе по экспоненциальному закону. Так же, как и для -лучей, в случае определения изменения потока улучен после прохождения через определенный слой вещества можно воспользоваться уравнением (14) и по известной толщине поглощающего слоя найти плотность данного материала или по известной плотности вычислить его толщину. Величина линейного коэффициента ослабления зависит от состава анализируемого вещества.

Рис. 139. Схема прибора для определения отношения количества водорода к углероду в органических соединениях: 1 — ионизационные камеры; 2 - источник -излучения; 3 — индикатор нулевого тока; 4 — подвижный клии; 5 — образец; 6 — поглотитель.

Для определения состава сначала строят калибровочный график зависимости коэффициента от содержания анализируемого элемента в смеси (сплаве), затем определяют анализируемого образца и по графику находят содержание интересующего компонента.

Методы, осиоваиные на поглощении характеристического рентгеновского излучения радиоактивных изотопов

Поглощение рентгеновского излучения подчиняется экспоненциальному закону. Если этот закон записать в форме, в которой используется массовый коэффициент поглощения , получим формулу:

где d — толщина поглощающего вещества, .

Отсюда по ослаблению потока характеристического рентгеновского излучения можно определить .

Если поглощение происходит в смеси веществ, то полный массовый коэффициент поглощения равен сумме коэффициентов отдельных компонентов:

где , — доля -того компонента в смеси.

Определив на опыте полный массовый коэффициент поглощения и зная коэффициенты поглощения отдельных компонентов, можно установить содержание того или иного компонента смеси. Этим путем определяют содержание серы в углеводородах, если известно соотношение количества атомов углерода и водорода в них.

Значение для серы равно , для углерода и для водорода , что позволяет определять малые содержания серы.

Если пучок характеристического рентгеновского излучения направить на сплав двух соседних в периодической системе элементов, например излучение, получающееся при захвате электрона -оболочки , на сплав меди и никеля, то поглощение излучения будет зависеть от состава сплава. Это связано с тем, что никель поглощает характеристическое рентгеновское излучение сильнее меди, так как энергия перехода , равная , недостаточна, чтобы вызвать -переход у меди (энергия перехода , и достаточна для -перехода у никеля . Это дает возможность анализировать сплавы меди с никелем по поглощению излучения .

Методы, основанные на поглощении нейтронов

Ряд изотопов обладает высоким эффективным сечением реакции захвата тепловых нейтронов. Поглощение нейтронов при их взаимодействии с ядрами элементов, входящих в состав поглощающего вещества, подчиняется экспоненциальному закону:

где и I — поток нейтронов, соответственно падающих на образец и прошедших через слой поглощающего вещества толщиной ; — число атомов поглощающего вещества в ; — эффективное сечение ядерной реакции, .

Определив опытным путем — величины, пропорциональные , и зная величину а, можно найти — число атомов определяемого изотопа в образце. Однако значение о известно недостаточно точно, а экспоненциальный закон выполняется не строго, поэтому на практике прибегают к относительному методу.

Сначала измеряют поглощение нейтронов в образцах с известным содержанием искомого элемента, затем поглощение нейтронов в анализируемом образце. По калибровочному графику находят содержание искомого элемента в анализируемом образце. Таким образом можно определить содержание бора, кадмия, лития, ряда редкоземельных элементов.

Схема установки для определения бора и других элементов по поглощению нейтронов представлена на рис. 140.

Детектирование потока нейтронов можно проводить: во-первых, непосредственным измерением борными счетчиками; во-вторых, по количеству образующегося в детекторе (родий, марганец и т. п.) при ядерной реакции с нейтронами радиоактивного изотопа; в-третьих, по возбуждаемому в результате ядерной реакции вторичному корпускулярному излучению, например, определение лития по вторичным -частицам и тритонам, образующимся по реакции . Подобно этому, по -лучам или протонам, образующимся при реакциях и т. п., можно определить содержание бора, азота и других элементов.

Рис. 140. Разрез установки для определения бора: 1 — анализируемый образец; 2 — парафиновый блок; 3 — нейтронный источник; 4 — детекторы нейтронов.