 |
Лабораторная работа №5. Определение содержания
|
|
|
|
Калия в удобрениях по бета-активности
Толстослойного образца
В природной среде присутствуют три основных изотопа калия: два стабильных – 39К и 41K (их распространенность составляет соответственно 93,08 и 6,91%), а также один радиоактивный – 40К (0,0118%). Период полураспада 40К равен 1,3∙109 лет, при этом 89% ядер этого изотопа распадаются с испусканием бета-частиц, максимальная энергия которых составляет 1,33 МэВ. Кроме этого у 11% ядер происходит захват орбитального электрона ядром. Наиболее вероятен захват ядром электрона с К-орбитали, находящейся в непосредственной близости к ядру. Поэтому процесс электронного захвата часто называют
К-захватом. При бета-распаде 40К превращается в стабильный изотоп кальция 40Са, при К-захвате образуются возбужденные ядра 40Аг (аргон), переход которых в основное состояние сопровождается испусканием гамма-квантов, энергия которых составляет 1,46 МэВ.
В каждом грамме природного калия содержится 27 Бк 40К. Если принять среднее содержание калия в разных типах почв изменяющимся от 0,33 до 2,64 %, то это значит, что поверхностная активность 40К в пахотном слое почвы составляет (2,7–21,6)·104 Бк/м2 или
0,7–5,8 Ки/км2).
Изотоп 40К – один из основных (по активности) естественных радионуклидов в почвах, растениях и объектах агропромышленного производства. В процессе хозяйственной деятельности человека потоки калия и в том числе 40К в компонентах биосферы увеличиваются. Основным источником поступления калия в биосферу являются калийные удобрения. При средних нормах внесения калийных удобрений 60 кг/га в почв у поступает 40К в количестве 1,35·106 Бк/га.
В силу постоянства изотопного состава можно судить о содержании калия в образце по его радиоактивности. Так как содержание 40К в природном калии мало, а его период полураспада велик, то активность образцов, содержащих калий, может быть достоверно измерена только в том случае, если используют большие навески, т. е. проводят измерения методом толстослойных образцов. Применяя этот метод, удельную бета-активность определяют в образцах такой толщины, что ее дальнейшее увеличение не приводит к увеличению выхода из образца бета-частиц.
|
|
|
Скорость счета бета-частиц, испускаемых толстослойным образцом, зависит от удельной активности и не зависит от массы и плотности образца.
Пробег бета-частиц 40К можно вычислить по эмпирической формуле для бета-частиц с Емакс >0,8 МэВ:
Rмакс = 0,54 Емакс – 0,15.
Для изотопа 40К максимальная энергия бета-частиц (Емакс) равна 1,33 МэВ и пробег равен 0,57 г/см2. При плотности порошкообразных образцов около 2 г/см3 слой полного поглощения бета-излучения, например в КС1, будет около 3 мм. Следовательно, слои разной толщины, превышающие 3 мм, будут давать бета-активность, пропорциональную содержанию калия в том случае, если геометрическое расположение образцов относительно счетчика одинаково.
Цель работы: определить содержание калия в удобрениях по его естественной радиоактивности относительным методом.
Материалы и оборудование: радиометр КРВП-3Б, пробы KCl+NaCl с 10-, 20-, 30-, 40- и 53%-ным содержанием калия, удобрения с неизвестным содержанием калия.
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
1. Подготовьте радиометр к работе (см. работу №3 п.1–5).
2. Последовательно помещая пробы в измерительную кювету, измерьте число импульсов (ni+f) за 5 мин (i – номер пробы). Рассчитайте скорость счета от источника с фоном:
(имп/мин)
и скорость счета от источника без фона: Ni = Ni+f – Nf. Результаты измерений занесите в отчет (табл. 5.1).
Таблица 5.1. Результаты измерений и расчетов
| Номер пробы | Содержание калия в пробе, % | Время измерения t, мин | Количество, зарегистри-рованных импульсов ni+f, имп | Скорость счета от источника с фоном Ni+f = ni+f /t, имп/мин | Скорость счета от источника Ni = Ni+f – Nf, имп/мин |
| 10,0 20,0 30,0 40,0 53,0 ? |
|
|
|
3. На основании полученных данных постройте калибровочный график, откладывая по оси абсцисс содержание калия в образце (%), по оси ординат – соответствующее значение Ni (имп/мин).
4. Определите скорость счета от пробы (№6) с неизвестным содержанием калия.
5. По калибровочному графику определите содержание калия в исследуемом образце.
8. Рассчитайте (если известна химическая формула) процентное содержание калия в анализируемом образце и сравните с результатом, полученным в п.5.
Контрольные вопросы
1. Какие нуклиды содержит естественная смесь калия?
2. Какой из нуклидов является радиоактивным?
3. Сколько процентов приходится на долю калия-40 в природном калии?
4. Каков период полураспада радионуклида калия-40?
5. Каким образом происходит радиоактивный распад ядер калия-40?
6. Какие виды излучений сопровождают радиоактивный распад ядер калия-40?
7. Чему равна энергия излучений, выделяющихся при распаде ядер калия-40?
8. Чему равна активность 1 г природного калия?
9. Зависит ли скорость счета бета-частиц, испускаемых толстослойным образцом, от толщины образца?
10. Как называют слой образца, по достижении которого не происходит увеличение скорости счета?
11. Как определяется толщина слоя полного поглощения бета-частиц калия-40?
12. Как построить калибровочный график?
13. Как с помощью калибровочного графика определить содержание калия в исследуемом образце?
14. Чему равна поверхностная активность 40К в пахотном слое почвы?
15. Назовите основные источники поступления калия-40 в почву.
|
|
|
