Радиоактивность и анализ веществ

ТЕМА

РАДИОАКТИВНОСТЬ И АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВ

Содержание

1. Радиохимический анализ

1.1 Анализ естественных радиоактивных веществ

1.2 Анализ искусственных радиоактивных веществ

2. Радиоиндикаторные методы анализа

3. Активационный анализ

4. Методы анализа, основанные на взаимодействии излучения с веществами

4.1 Метод анализа, основанный на упругом рассеянии заряженных частиц

4.2 Метод анализа, основанный на поглощении и рассеянии P-частиц

4.3 Метод анализа, основанный на поглощении и рассеянии γ-излучения

1. РАДИОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Открытие радиоактивности дало толчок к появлению и развитию новых направлений исследований. Само же явление нашло применение как в промышленности, так и в науке. В частности, в аналитической химии (науке, которая занимается определением качественного и количественного состава вещества) явление радиоактивности применяется для анализа состава и количества веществ. Оказалось, что характер испускаемого излучения является настолько индивидуальным для каждого атома, что его можно использовать для идентификации элементов. Разработано большое количество методов, позволяющих провести анализ любого элемента и многих соединений. Существуют методы, которые позволяют проводить определение не только в лаборатории, но и в полевых условиях, например активационный анализ, который применяется для разведывания месторождений полезных ископаемых. В основе радиохимического анализа лежит использование ядерных свойств радионуклидов. С его помощью можно проанализировать радионуклиды, встречающиеся в природе (анализ естественных радиоактивных веществ) и исследовать природные материалы (почву, воздух, руду и т. д.) на наличие в них радиоактивных изотопов. Кроме того, метод радиохимического анализа позволяет изучать системы искусственных радионуклидов: обнаруживать и идентифицировать радионуклиды, определять продукты распада и ядерного синтеза трансурановых элементов и т. д.

1.1. Анализ естественных радиоактивных веществ

Анализируя природные радиоактивные вещества, обычно в них определяют наличие уже известного радионуклида и его количество. Определение обычно проводят относительным методом, т. е. исследуемый образец сравнивается со стандартным, в котором количество определяемого радионуклида точно установлено. Естественные радионуклиды определяют путем измерения их активности. Особенно широко этот способ применяется для определения естественных радиоактивных элементов, содержащих радионуклиды с небольшим периодом полураспада, которые встречаются в ничтожно малых количествах. Никаким другим способом их определить нельзя. Для долгоживущих радионуклидов измерение их радиоактивности является не очень эффективным, поскольку не дает высокой точности результатов. Накопленная на сегодняшний день информация о характере радиоактивности природных веществ позволяет выбрать наиболее результативные методики их анализа. Такие природные материалы, как руды (за исключением урановых), горные породы и минералы, как правило, обладают слабой радиоактивностью. Измерение их активности позволяет определить следы радия или тория, которые находятся либо в состоянии, близком к равновесию с продуктами распада, либо после достижения такого равновесия. Количество радиоактивных компонентов обычно невелико, поэтому часто прибегают к их выделению и концентрированию. Предва- рительно образец переводят в раствор. Естественная радиоактивность воздуха обуславливается наличием в нем радона, торона или актинона и их активными осадками, которые образуют радиоактивные аэрозоли. Следует отметить, что над поверхностью океанов концентрация радионуклидов значительно меньше, чем в воздухе над континентами, например, концентрация радона над континентами имеет порядок 10^-6 Бк/см3, а над океанами 10^-8 Бк/см3. Радиоактивность почвенного воздуха значительно выше, чем радиоактивность воздуха свободной атмосферы (10^-3 Бк/см3), а наиболее велика радиоактивность воздуха шахт, особенно если там добывают урановую руду.

Природная вода может содержать до 0,5 кБк/л радия идо 30 мкг урана. В области урановых месторождений концентрации радионуклидов значительно выше: до 0,8 кБк/л радия и до 90 мг урана.

1.2. Анализ искусственных радиоактивных веществ

Анализ искусственных радиоактивных веществ (т. е. тех, которые возникли в результате ядерных реакций, продуктов реакций деления и ядерного синтеза трансурановых элементов) гораздо сложнее, чем анализ естественных радиоактивных материалов. Дело в том, что, анализируя природные вещества, чаще всего приходится определять количество заранее известного радионуклида. В отличие от этого, образцы искусственных радиоактивных веществ обычно состоят из радионуклидов разных видов (как известных, так и неизвестных; и их необходимо дополнительно идентифицировать. Поэтому качественный анализ искусственных радиоактивных веществ включает два этапа:

1) обнаружение излучения и описание его свойств;

2) распознавание радионуклида, которому принадлежит обнаруженное излучение. Вид излучения радионуклида определяется в процессе изучения его прохождения через воздух и другие материалы.

Энергию излучения определяют, измеряя пробег или величину слоя поглощения в веществе, через которое проходит излучение. Кроме того, для идентификации радионуклида используется период полураспада. Если нужно распознать неизвестный ра