Нейтронный активационный анализ

Физические основы метода

Использовать искусственную радиоактивность для анализа вещества стали сразу после открытия ядерных реакций, возникающих под действием нейтронов. Активационный анализ детально разработан и является одним из самых чувствительных методов определения широкого круга элементов. Один из наиболее селективных активных методов ядерной геофизики — метод наведённой активности (нейтронный активационный анализ). Он основан на изучении искусственной радиоактивности, возникающей при облучении горных пород нейтронами. По периоду полураспада Т искусственно радиоактивных ядер и энергии их г-излучения определяют образовавшийся изотоп, а следовательно, и исходный изотоп горной породы, из которого он образовался. По интенсивности г-излучения радиоактивных ядер определяют концентрацию соответствующих исходных элементов в горной породе. Успехи метода во многом определяются высокой чувствительностью, селективностью и точностью современных способов измерения ионизирующих излучений.

Существует несколько направлений в применении метода наведённой активности, одно из них — это лабораторный анализ проб и образцов. Оно возникло и оформилось в недрах аналитической химии и сейчас развивается как в инструментальном виде, т. е. без применения методов химического разделения, так и в радиохимическом виде, сочетающем физические методы измерения радиоактивности с предварительным выделением анализируемых изотопов из сложного вещества химическими методами. Ещё одно направление — выделение и изучение руд в условиях скважины или активационный каротаж. В горных породах, как правило, одновременно активируется несколько изотопов. Активация ядер возможна под действием как быстрых, так и особенно медленных нейтронов. В первом случае активация происходит обычно по реакциям (n, p), (n, б), (n, 2n), во втором — по реакции (n, г). Примеры радиоактивных изотопов, образующихся при облучении горных пород нейтронами, приведены в таблице 1.

Табл. 1. радиоактивные изотопы, образующиеся при облучении нейтронами.

Наиболее доступны для активационного анализа элементы с высокими сечениями активации. Из распространённых изотопов относительно большие микроскопические сечения активации имеют Mn⁵⁵, Cu⁶³, Cu⁶⁵, Na²³ и некоторые другие. Но активационный эффект определяется не только микросечением, а также распространённостью изотопа и содержанием элемента в горной породе. Так, например, существенный активационный эффект наблюдается при активации Al²⁷, Cl³⁷ и ряда других изотопов. Для инструментального анализа удобны изотопы с небольшими периодами полураспада — от нескольких минут до нескольких суток.

Практическое значение ядерной реакции (n, г) в большой степени определяется свойствами активированного изотопа, а именно его периодом полураспада, наличием или отсутствием удобных для регистрации излучений, отличием от других активированных изотопов, содержащихся в данной руде. Практическое использование реакций на быстрых нейтронах, (n, p), (n, б), (n, 2n), часто затруднено ограниченными энергиями, потоками быстрых нейтронов и малыми сечениями активации. Трудности также создаёт наличие в потоке тепловых нейтронов, так как благодаря более высоким сечениям реакций (n, г) продукты активации тепловыми нейтронами обычно преобладают.

Стоит также отметить возможность интерференции, т. е. образования одного и того же изотопа в результате различных реакций. Так, например радиоактивный изотоп Al²⁸ образуется по реакции (n, г) из Al²⁷, по реакции (n, p) из Si²⁹, и по реакции (n, б) из P³¹.