Сторінка
3

Радіоактивність і аналіз речовин

Методи аналізу, що ґрунтуються на взаємодії випромінювання з речовинами

Провести аналіз нерадіоактивної речовини можна без її активації. Часто використовуються реакції взаємодії ядерного і рентгенівського випромінювань із речовиною, що їх поглинає або розсіює, але активація досліджуваної речовини не відбувається. В основі методів, що базуються на цьому явищі, лежать такі принципи:

— пружне розсіювання а-частинок;

— поглинання й розсіювання β-частинок і γ-квантів;

— виникнення рентгенівського характеристичного випромінювання;

— поглинання й уповільнення нейтронів та ін.

Метод аналізу, що ґрунтується на пружному розсіюванні заряджених частинок

Важкі заряджені частинки (γ-частинки) проходять крізь аналізоване середовище, взаємодіючи з атомами речовини. При цьому найбільш важливими видами взаємодії є пружне розсіювання на ядрах визначуваного елемента, іонізація (обрив електрона) і збудження атомів визначуваного елемента, а також гальмування заряджених частинок. Однак пружне розсіювання відбувається найчастіше Треба сказати, що виникає воно в результаті кулонівської взаємодії ядра і зарядженої частинки.

Розглянутий метод аналізу ґрунтується на тому, що кінетична енергія падаючої частинки не дорівнює кінетичній енергії розсіяної частинки Для ідентифікації речовини використовують відношення кінетичної енергії частинки Е після пружного зіткнення до її вихідної енергії Ео У результаті одержують спектр, розташування піків на якому є індивідуальною характеристикою речовини За величиною піків судять про кількість досліджуваної речовини (чим пік виший, тим більшою є концентрація). Отримані піки порівнюють зі стандартними піками відомих речовин.

Після ідентифікації речовини встановлюють її концентрацію, порівнюючи висоту експериментального піка з піком тієї ж речовини відомої концентрації

Метод аналізу, що ґрунтується на поглинанні й розсіюванні β-частинок

Проходячи крізь аналізовану речовину, β-частинки вступають у реакції взаємодії як на атомних ядрах, так і в електронних оболонках атомів. При цьому енергія β-частинок зменшується, а напрямок їхнього руху змінюється, тобто відбувається розсіювання.

Втрата енергії β-частинок відбувається внаслідок не пружних зіткнень із ядрами атомів і електронами. При цьому β-частинка завжди відхилятиметься від вихідного напрямку руху на кут, що залежить від вихідної енергії частинки, і від енергії, загубленої нею при взаємодії.

При пружному розсіюванні β-частинка змінює напрямок руху, але повна енергія системи не змінюється. Кут, на який відхиляється частинка, залежить від її швидкості й від масового числа елемента. Маса β-частинки й атомного ядра дуже розрізняються, тому частинка відхиляється сильно, особливо якщо β-випромінювання має низьку енергію. Крім того, відхилення на великий кут виникає і тоді, коли β-частинка пролітає поблизу ядра. Але найчастіше β-частинки рухаються на великій відстані від ядра і відхиляються на менші кути.

Аналіз за β-поглинанням ґрунтується на тому, що поглинання β-випромінювання залежить від відношення заряду до масового числа досліджуваного елемента . Звичайно це відношення коливається в межах від 0,4 до 0,5, але виняток складає Гідроген , тому його поглинаюча здатність удвічі більша, ніж в інших елементів, тобто якщо в аналізованій речовині разом із Гідрогеном знаходиться ще який-небудь один елемент, то, вимірюючи поглинання β-випромінювання в аналізованому зразку, можна визначити його з високою точністю.

Інший спосіб використання аналізу за поглинанням β-випромінювання ґрунтується на тому, що зі зміною хімічного складу речовини змінюється її густина. У випадку двокомпонентної системи можна, вимірюючи поглинання, визначати концентрації розчинів і склади сумішей (тобто здійснювати кількісний аналіз). Однак це можливо тільки у випадку абсолютної відсутності Домішок у досліджуваній системі.

У методі β-розсіювання вимірюють інтенсивність β-випромінювання, розсіяного аналізованим зразком. Ця інтенсивність є індивідуальною характеристикою елемента.

Метод аналізу, що ґрунтується на поглинанні й розсіюванні у-випромінювання

При взаємодії γ-квантів, енергія яких мала, з речовинами, велику роль відіграє фотоелектричний ефект (фотоефект). Це явище полягає в тому, що практично вся енергія у-кванта передається одному з електронів атома, який через надлишок енергії відривається від атома. Електрон, що випромінюється, отримує кінетичну енергію, що дорівнює різниці енергії вихідного у-кванта і енергії електрона в атомі.

Після вивільнення електрона відбувається миттєве заповнення електронного рівня, що супроводжується характеристичним рентгенівським випромінюванням. Енергія цього випромінювання часто відразу ж передається найслабше зв'язаному зовнішньому електронові, який вилітає з атома. Такі електрони називаються електронами Оже. Фотоелектрони втрачають свою енергію в тих самих процесах, що і β-випромінювання.

Аналіз за поглинанням у-квантів ґрунтується на зміні щільності потоку у- або рентгенівського випромінювання при проходженні крізь речовину. Ступінь поглинання фотонного випромінювання є основною характеристикою речовини в цьому методі.