Методы, основанные на протекании ядерных реакций.
Активационный анализпредставляет собой метод определения качественного или количественного состава вещества, основанный на специфичности свойств радиоизотопов, образующихся в результате протекания ядерных реакций. Для проведения активационного анализа материал облучают нейтронами, g-квантами или заряженными частицами и измеряют излучение образовавшихся радиоактивных ядер. Выполнение анализа связано с определением Т1/2, полученных радиоизотопов или с изучением вида и энергии излучения, испускаемого активированным образцом. После идентификации изотопов, присутствующих в облученной мишени, необходимо выяснить, какая ядерная реакция приводит к получению найденных изотопов, а это позволяет определить изотопный состав исходной мишени.
Для проведения количественного активационного анализа используют то обстоятельство, что активность (а) образца, подвергнутого активации, зависит от числа ядер n0 исходного изотопа, который участвует в ядерной реакции. Уравнения, связывающие активность образца, поток падающих частиц, эффективное сечение ядерных реакций и время облучения, были выведены ранее (обычно пользуются формулами, выведенными для тонкой мишени, т.к. практически всегда в методе используют пробы малой массы).
При облучении тонкой мишени в течение времени t1 активность образующегося изотопа в образце определяется выражением
a = Nl = Ф0 s n0(1 - e -lt)
Между окончанием облучения и измерением активности образца обычно проходит некоторое время t2 , в течение которого происходит убыль активности за счет радиоактивного распада. Поэтому активность образующегося в образце изотопа к моменту измерения равна
a = Nl = Ф0 s n0(1 - e -lt1) (e -lt2), (1)
где Ф0 - поток падающих на поверхность частиц (частица/см 2. сек); s- эффективное сечение ядерной реакции (см2/частица); n0 число ядер активируемого изотопа в образце; l- постоянная распада образующегося радиоизотопа.
Задавая минимальное значение регистрируемой активности Iмин , которое может быть надежно измерено, и учитывая формулу I =jа, на основании (1) можно получить выражение для расчета минимального числа ядер n0(мин) активируемого изотопа в образце
Iмин
n0(мин) = --------------------------------- (2)
jФ0 s (1 - e -lt1) (e -lt2)
где j - коэффициент регистрации.
На основании (2) минимальное кол-во элемента m мин , которое может быть обнаружено активационным анализом (чувствительность анализа) равно
Iмин Аг-ат 100
m(мин) = --------------------------------- (3)
NАq jФ0 s (1 - e -lt1) (e -lt2)
где Аг-ат - грамм-атомная масса активируемого изотопа; NА -число Авогадро; q - процентное содержание активируемого изотопа в природной смеси изотопов, образующих данный элемент.
При определении следовых количеств примесей методом активационного анализа желательно, чтобы материал (основа), в котором содержится примесь анализируемого элемента, не активировался или активировался незначительно. Рекомендуется также до начала анализа провести предварительный анализ реакцией бомбардирующих частиц с ядрами всех изотопов, присутствующих в образце. В зависимости от результатов предварительной оценки выбирают такую продолжительность облучения, пари которой основа активируется в наименьшей степени, либо выдерживают образцы после облучения в течение времени, достаточного для снижения активности основы. Можно также использовать при измерении фильтры, ослабляющие радиоактивное излучение основы. Если, несмотря на принятые меры, фон, обусловленный активацией основы, все-таки существенно превышает фон прибора, то минимальное кол-во определяемого элемента mмин, которое может быть обнаружено методом активационного анализа, увеличивается (т.е. чувствительность метода снижается). Это связано с тем, что минимальное значение регистрируемой активности Iмин , которое может быть надежно измерено, зависит от уровня фона (обычно принимают, что Iмин = Iфона , но не менее 1/2 Iфона).