Перед Вами книга известного бельгийского ученого Карло Вандекастеле, одного из ведущих специалистов в области ак-тивационного анализа, прочно вошедшего в практику научно-исследовательских лабораторий.
Этот метод сравнительно молод: ему немногим за 50. Его история начинается с середины 30-х годов, когда Хевеши и Леви в 1936 г. впервые использовали для анализа нейтроны, а Сиборг и Левингуд в 1938 г. - дейтроны; затем в 1954 г. Левек применил гамма-кванты, а Маркович в 1961 г. - заряженные (3Не)-частицы. Впоследствии эти методы стали называть соответственно нейтронно-активационным, протонно-акти* вационным, гамма-активационным и методом анализа с использованием заряженных частиц (или сокращенно НАА, ПАА, ГАА, ЗЧАА).
Эти методы, как и все ядерно-физические методы определения состава вещества, базируются на фундаментальных понятиях и данных о структуре атомных ядер, сечениях отдельных ядерных реакций, схемах распада радионуклидов, их периодах полураспада, энергиях излучения и т.п., а их развитие во многом зависит от технического уровня физических установок (ускорителей, генераторов, реакторов), от качества измерительных приборов и электронно-вычислительной техники, от современных способов разделения и предварительного концентрирования микроэлементов.
Методам активационного анализа присущи такие общепринятые положительные показатели качества аналитических методов, как низкая величина пределов обнаружения, высокая точность, правильность и воспроизводимость анализа, а также его экспрессность, избирательность, локальность; весьма ценным качеством является возможность автоматизации анализа и его дистанционное проведение. Правда, эти качества У названных активационных методов проявляются в различной мере; различаются и области их применения. Так, например, отличительной особенностью известного и наиболее
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода.............................................................. 5
Литература................................................................................................. 7
1. Введение................................................................................................. 9
Литература................................................................................................. 13
2. Теория...............................................................
14
2.1. Ядерные реакции с заряженными частицами.................................. . .
2.1.1. Энергетический эффект ядерной реакции и пороговая энергия........................................................................................ 14
2.1.2. Эффективное сечение ядерной реакции и функция возбуждения................................................................................ 15
2.1.3. Потенциальный барьер и кулоновская пороговая энергия.... 16
2.1.4. Механизм ядерных реакций; вид функций возбуждения....... 17
2.2. Тормозная способность и пробег частиц в веществе....................... 23
2.2.1. Основные теоретические понятия............................................. 24
2.2.2. Обзор литературы..................................................................... 27
2.2.3. Тормозная способность смесей и соединений.......................... 31
2.3. Стандартизация.................................................................................. ,_
2.3.1. Численное интегрирование........................................................ 35
2.3.2. Тормозная способность и точность........................................... 35
2.3.3. Функция возбуждения и точность........................................... 36
2.3.3.1. Реакция 12C(d, n)DN.................................................... 39
2.3.3.2. Реакция мЖр,СГ)пС..................................................... 40
2.3.3.3. Реакция160(3Не,р)18Р.................................................... 41
2.3.3.4. Реакция 16O(a,pn)wF................................................... 41
2.3.3.5. Выводы.......................................................................... 41
Оглавление 201
2.3.4. Приближенные методы расчета................................................ 43
2.3.5. Сравнение методов приближения и численного интегрирования........................................................................................... 47
2.3.6. Метод вычисления средней тормозной способности................. 50
2.3.7. Заключение............................................................................... 51
2.4. Побочные ядерные реакции...........................................................:.. 5:2
Литература................................................................................................. 53
3. Экспериментальная техника...................................................... ,,
3.1. Облучение образцов........................................................................... ,,
3.1.1. Ускорители................................................................................ 56
3.1.1.1. Электростатический генератор Ван-де-Граафа............ 57
j 3.1.1.2. Циклотрон......^............................................................ 59
3.1.1.3. Выбор ускорителя......................................................... 62
1 3.1.2. Расположение и облучение образцов....................................... 63
3.1.3. Определение интенсивности пучка........................................... 70
3.2. Измерение наведенной активности.................................................... 74
3.2.1. Измерения................................................................................. 74
3.2.2. Анализ кривых распада............................................................ 76
i 3.3. Обработка поверхности образца после облучения............................ 79
'J
' 3.3.1. Отдача радионуклидов.............................................................. 79
3.3.2. Удаление поверхностного слоя после облучения..................... 81
' 3.3.3. Измерение толщины удаленного слоя...................................... 83
г 3.4. Вычисления........................................................................................ 87
у 3.4.1. Начальная энергия.................................................................... 87
| 3.4.2. Активность стандартного образца сравнения............................ 88
| 3.4.3. Фактор коррекции F(Et).......................................................... 89
; 3.4.4. Концентрация............................................................................ 90
1 3.5. Источники ошибок............................................................................. <Л
Литература................................................................................................. 93
4. Определение легких элементов................................................... 95
4.1. Металлы и полупроводниковые материалы...................................... 96
4.1.1. Бор............................................................................................. 96
4.1.1.1. Определение бора в алюминии и алюмомагниевых
сплавах с использованием реакции 10B(d,n)nC............ 100
4.1.2. Углерод...................................................................................... 105
4.1.2.1. Определение углерода в .молибдене и вольфраме
по реакции uC(d,n)DN.................................................. 106
4.1.3. Азот........................................................................................... 109
Г 4.1.3.1. Определение азота в цирконии и циркониевых
сплавах по реакции MN(p,a)nC................................... Ill
4.1.4.1. Определение кислорода в вольфраме при облучении ионами гелия-3....................................................... 115
4.1.4.2. Определение кислорода и алюминия при облучени-
и ионами трития............................................................ 118
4.2. Другие материалы............................................................................. 120
4.2.1. Определение лития и бора в оксиде магния.......................... 122
4.3. Заключение........................................................................................ 125
Литература................................................................................................. 125
5. Определение средних и тяжелых элементов в металлах и полупроводниках........................................................................128
5.1. Протонно-активационный анализ...................................................... 129
5.1.1. Ядерные реакции, пределы обнаружения................................ 129
5.1.2. Побочные ядерные реакции..................................................... 139
5.1.3. Применение метода................................................................... 141
5.1.4. Инструментальный протонно-активационный анализ............... 142
5.1.4.1. Многоэлементный анализ родия................................... 142
5.1.4.2. Определение циркония в чугуне................................. 145
5.1.4.3. Определение следовых количеств элементов в кобальте.............................................................................. 147
5.1.5. Радиохимический протонно-активационный анализ................ 151
5.1.5.1. Одновременное определение железа, кадмия и свинца в цинке.............................................................. 152
5.1.5.2. Определение свинца в чугуне...................................... 154
5.1.5.3. Определение титана, ванадия, хрома, железа, мышьяка, циркония и ниобия в вольфраме................. 154
5.2. Активационный анализ с использованием других частиц............... 157
5.2.1. Ядерные реакции, пределы обнаружения................................ 157
5.2.2. Приложения.............................................................................. 158
5.2.2.1. Определение фосфора в алюминий-кремниевых сплавах при облучении ионами гелия-4....................... 158
5.2.2.2. Определение кальция в чугуне при облучении ионами гелия-4.........................................................-.1....... 160
Литература................................................................................................. 165
6. Анализ геологических, биологических образцов и объектов окружающей среды.................................................................. 168
6.1. Нагревание образцов горных пород и объектов окружающей
среды при облучении протонами.............................................................. 168
6.1.1. Зависимость температуры пробы от глубины проникновения частиц.................................................................................. 170
6.1.2. Зависимость температуры от давления гелия.......................... 171
6.1.3. Зависимость температуры от интенсивности потока............... 172
6.1.4. Термогравиметрия...................................................................... 173
Оглавление ' 203
6.2. Стандартизация.................................................................................. 174
6.3. Приложения....................................................................................... 177
6.3.1. Определение свинца в аэрозолях методом инструментального протонно-активационного анализа..................................... 178
6.3.2. Инструментальный протонно-активационный анализ твердых объектов окружающей среды............................................. 180
6.3.3. Определение кадмия, таллия и свинца в объектах окружающей среды с использованием радиохимического протонно-активационного анализа............................................................. 183
6.3.4. Анализ биологических образцов............................................... 189
Литература................................................................................................. 190
7. Активационный4*анализ с использованием тяжелых
заряженных частиц............................................................................... 192
Литература................................................................................................. 196
Заключение................................................................................................ 198
