Oznaczanie metali na drodze analizy aktywacyjnej
Promieniowanie neutronowe jest to strumień elektronów powstających w wyniku reakcji jądrowych – neutrony nie posiadają ładunku elektrycznego, a ich masa w przybliżeniu wynosi 1.
Jako źródła neutronów można wymienić reakcje jądrowe oparte na naturalnych i sztucznych radionuklidach oraz reakcje jądrowe przeprowadzane za pomocą akceleratorów.
Do pierwszych należą substancje promieniotwórcze – emitery α i γ, które w mieszaninie z pierwiastkami lekkimi stanowią źródła neutronów, np. naturalne emitery α w mieszaninie z berylem albo sztuczne emitery γ otoczone ekranem z berylu. Do radioaktywnych źródeł neutronowych należy nuklid emitujący neutrony w wyniku samorzutnego rozszczepienia. to proste i wydajne źródło jest jednak zbyt drogie. Obecnie weszły w życie multiplikatory neutronów. Składają się one z naczynia z wysoko wzbogaconym uranem 235U oraz ze źródła neutronów inicjujących, którym jest zwykle 252Cf. Są to wygodne urządzenia stosowane np. w analizie aktywacyjnej.
Źródłem neutronów mogą być jak już wspomniałam reaktory jądrowe – silny strumień neutronów o dużej energii, specjalne generatory neutronów – średnie strumienie oraz izotopowe (laboratoryjne) źródła neutronów o niskiej gęstości strumienia.
W czasie przechodzenia przez materię, neutrony oddziaływują jedynie z jądrami.
W wyniku zderzenia neutron może zostać odepchnięty w polu sił jądrowych, a sumaryczna energia kinetyczna neutronu i jądra nie zmienia się - jest to rozpraszanie sprężyste (elastyczne).
x + A A + x
W powyższym procesie neutrony o wysokiej energii tracą ją stopniowo, ulegając spowolnieniu, aż do uzyskania energii termicznej ośrodka (0,1 – 0,005 eV) Mówimy wtedy o neutronach termicznych.
Następnym procesem jądrowym jest wychwycenie cząstki bombardującej z utworzeniem nowego jądra:
x + A B + γ
Masa powstałego jądra jest mniejsza niż suma mas substratów – następuje równoczesna emisja fotonów. Energię fotonu można obliczyć z defektu masy, dodając energię kinetyczną cząstki x i odejmując energię odrzutu powstałego jądra. reakcje takie nazywamy reakcjami wychwytu radiacyjnego.
Dla neutronów termicznych najważniejszy jest proces wychwytu radiacyjnego, gdyż w jego wyniku powstaje izotop, który jest zwykle promieniotwórczy (można go stosunkowo łatwo identyfikować jakościowo i ilościowo).
Stanowi to podstawę neutronowej analizy aktywacyjnej.
Mierząc aktywność izotopu promieniotwórczego, powstałego po upływie określonego czasu naświetlania źródłem promieniowania o znanym natężeniu, oraz znając przekrój czynny przemiany i efektywność układu liczącego, można obliczyć zawartość interesującego nas pierwiastka..
Metodę analizy aktywacyjnej stosuje się ze szczególnie pomyślnymi wynikami w przypadku bardzo małej zawartości pierwiastków. Zawartość pierwiastka można oznaczyć dwoma sposobami: przez obliczenie lub porównanie. W pierwszej metodzie konieczna jest dokładna znajomość przekroju czynnego reakcji i siły strumienia cząstek obdarzonych ładunkiem, co zwykle nie jest znane wystarczająco dokładnie. z tego powodu często przedkłada się metodę porównawczą, której koniecznymi wymaganiami są: ścisłe utrzymywanie jednakowych warunków naświetlania, pomiarów i operacji chemicznych analizowanej próbki i wzorca.
W czasie aktywacji neutronowej obok powstawania nowego izotopu promieniotwórczego zachodzi również proces jego rozpadu (ze stałą rozpadu λ). Aktywność At, tj. liczba rozpadów w jednostce czasu, uzyskanego nuklidu promieniotwórczego w momencie zakończenia aktywacji jest równa:
At = N . Φ . σ . (1 – e – λ t )
gdzie:
N – liczba atomów aktywowanego nuklidu
Φ – gęstość strumienia neutronów, cm-2 . s-1
σ – przekrój czynny, cm2
λ – stała rozpadu powstającego izotopu, s-1
t – czas aktywacji, s
Ponieważ metoda bezwzględnej ilościowej analizy aktywacyjnej wiąże się z koniecznością dokładnej znajomości natężenia neutronów i przekroju czynnego, często stosuje się metodę względną. Polega ona na aktywacji w takich samych warunkach próbki i wzorca o znanej masie. Należy przy tym zwrócić uwagę nie tylko na identyczne warunki aktywacji, ale i późniejszej obróbki preparatów. obliczenie masy próbki wykonuje się według równania:
I – aktywność, s-1=Bq
m – masa, g
martalew07