 |
Спектрометрия α-излучения
|
|
|
|
СПЕКТРОМЕТРИЯ α -ИЗЛУЧЕНИЯ
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЛЬФА-ИЗЛУЧЕНИЯ
МЕТОДЫ АЛЬФА-СПЕКТРОМЕТРИИ
Спектрометрия с использованием магнитных спектрографов
Спектрометрия с использованием ионизационных камер.
Спектрометрия с пропорциональными счетчиками
Спектрометрия со сцинтилляционными детекторами
Спектрометрия с использованием твердотельных трековых детекторов альфа-частиц
Спектрометрия с использованием полупроводниковых детекторов
Градуировка альфа-спектрометров
СПЕКТРОМЕТРИЯ α -ИЗЛУЧЕНИЯ
Известно, что большинство актиноидных элементов(89 ≤ Z ≤ 103) имеет одну особенность -неустойчивость по отношению к альфа-распаду. Поэтому одной из задач радиационного контроля является измерение активности альфа-излучающих нуклидов в различных средах (воздух производственных помещений, газовоздущные выбросы, объекты окружающей среды, внешние повержности оборудования и инструментов и т. п. )
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЛЬФА-ИЗЛУЧЕНИЯ
Основные характеристики альфа-излучения актиноидов в альфа-спектрометрии - энергия и интенсивность. В табл. 3. 1 приведены экспериментальные данные основных альфа-излучающих изотопов. Энергия альфа-частиц для большинства изотопов измерена с погрешностью примерно 1 %, а интенсивность групп. тонкой структуры - около 1-2 %.
Таблица 3. 1.
α -Излучатели, расположенные в порядке возрастания энергии α -частиц
| Энергия, МэВ | Радионуклид | Т1/2 | Выход, % | |
| 1. 83 | 144Nd | 2. 4·1015 | лет | |
| 2. 14 | 152Gd | 1. 1·1014 | лет | |
| 2. 23 | 147Sm | 1. 05·1011 | лет | |
| 2. 46 | 146Sm | 7·107 | лет | |
| 2. 50 | 174Hf | 2·1015 | лет | |
| 2. 73 | 150Gd | 2. 1·106 | года | |
| 3. 18 | 148Gd | лет | ||
| 3. 18 | 190Pt | 6·1011 | лет | |
| 3. 95 | 232Th | 1. 41·1010 | лет | |
| 4. 011 | 232Th | 1. 41·1010 | лет | |
| 4. 15 | 238U | 4. 51·109 | лет | |
| 4. 200 | 238U | 4. 51·109 | лет | |
| 4. 366 | 235U | 7. 1·108 | лет | |
| 4. 396 | 235U | 7. 1·108 | лет | |
| 4. 415 | 235U | 7. 1·108 | лет | |
| 4. 44 | 236U | 2. 39·07 | лет | |
| 4. 493 | 236U | 2. 39·107 | лет | |
| 4. 556 | 235U | 7. 1·108 | лет | |
| 4. 57 | 210m Bi | 3·106 | лет | |
| 4. 597 | 235U | 7. 1·108 | лет | |
| 4. 599 | 226Ra | года | ||
| 4. 617 | 230Th | 8. 0·104 | лет | |
| 4. 684 | 230Th | 8. 0·104 | лет | |
| 4. 722 | 234U | 2. 47·105 | лет | |
| 4. 733 | 231Pa | 3. 25·104 | лет | |
| 4. 765 | 237Np | 2. 14·106 | лет | |
| 4. 770 | 237Np | 2. 14·106 | лет | |
| 4. 773 | 234U | 2. 47·105 | лет | |
| 4. 778 | 233U | 1. 62·105 | лет | |
| 4. 782 | 226Ra | года | ||
| 4. 787 | 237Np | 2. 14·106 | лет | |
| 4. 811 | 229Th | лет | ||
| 4. 821 | 233U | 1. 62·105 | лет | |
| 4. 842 | 229Th | лет | ||
| 4. 863 | 242Pu | 3. 79·105 | лет | |
| 4. 896 | 241Pu | 13. 2 | года | 0. 002 |
| 229Th | лет | |||
| 4. 903 | 242Pu | 3. 79·105 | лет | |
| 4. 92 | 210m Bi | 3·106 | лет | |
| 4. 95 | 227Ac | 21. 6 | лет | 1. 2 |
| 4. 951 | 231Pa | 3. 25·104 | лет | |
| 4. 96 | 210m Bi | 3·106 | лет | |
| 4. 967 | 229Th | лет | ||
| 5. 013 | 231Pa | 3. 25·104 | лет | |
| 5. 028 | 231Pa | 3. 25·104 | лет | |
| 5. 054 | 229Th | лет | ||
| 5. 058 | 231Pa | 3. 25·104 | лет | |
| 5. 105 | 239Pu | лет | ||
| 5. 123 | 240Pu | лет | ||
| 5. 143 | 239Pu | лет | ||
| 5. 156 | 239Pu | лет | ||
| 5. 168 | 240Pu | лет | ||
| 5. 234 | 243Am | 7. 95·103 | лет | |
| 5. 267 | 232U | года | ||
| 5. 276 | 243Am | 7. 95103 | лет | |
| 5. 305 | 210Po | 138. 4 | сут | |
| 5. 306 | 245Cm | 9. 3·103 | лет | |
| 5. 324 | 232U | года | ||
| 5. 342 | 246Cm | 5. 5·103 | лет | |
| 5. 344 | 228Th | 1. 910 | года | |
| 5. 362 | 245Cm | 9. 3·103 | лет | |
| 5. 386 | 246Cm | 5. 5·103 | лет | |
| 5. 42 | 249Bk | сут | 0. 0015 | |
| 5. 427 | 228Th | 1. 910 | года | |
| 5. 443 | 241Am | лет | ||
| 5. 447 | 224Ra | 3. 64 | сут | |
| 5. 448 | 214Bi | 19. 7 | мин | 0. 012 |
| 5. 456 | 238Pu | лет | ||
| 5. 486 | 241Am | лет | ||
| 5. 490 | 222Rn | 3. 823 | сут | |
| 5. 499 | 238Pu | лет | ||
| 5. 512 | 214Bi | 19. 7 | мин | 0. 008 |
| 5. 52 | 247Bk | 1. 4·103 | лет | |
| 5. 537 | 223Ra | 11. 43 | сут | |
| 5. 605 | 223Ra | 11. 43 | сут | |
| 5. 666 | 251Cf | лет | ||
| 5. 68 | 247Bk | 1. 4·103 | лет | |
| 5. 684 | 224Ra | 3. 64 | сут | |
| 5. 707 | 227Th | 18. 2 | сут | |
| 5. 714 | 223Ra | 11. 43 | сут | |
| 5. 73 | 225Ac | сут | ||
| 5. 742 | 243Cm | года | ||
| 5. 745 | 223Ra | 11. 43 | сут | |
| 5. 755 | 227Th | 18. 2 | сут | |
| 5. 763 | 244Cm | 17. 6 | лет | |
| 5. 786 | 243Cm | года | ||
| 5. 79 | 225Ac | сут | ||
| 5. 806 | 244Cm | 17. 6 | лет | |
| 5. 812 | 249Cf | лет | ||
| 5. 816 | 230U | 20. 8 | сут | |
| 5. 83 | 225Ac | сут | ||
| 5. 846 | 251Cf | лет | ||
| 5. 868 | 211At | 7. 21 | час | |
| 5. 87 | 213Bi | мин | ||
| 5. 887 | 230U | 20. 8 | сут | |
| 5. 976 | 227Th | 18. 2 | сут | |
| 5. 987 | 250Cf | лет | ||
| 5. 994 | 243Cm | года | ||
| 6. 002 | 218Po | 3. 05 | мин | |
| 6. 031 | 250Cf | лет | ||
| 6. 037 | 227Th | 18. 2 | сут | |
| 6. 051 | 212Bi | 60. 6 | мин | |
| 6. 061 | 243Cm | года | ||
| 6. 071 | 242Cm | сут | ||
| 6. 076 | 252Cf | 2. 65 | года | |
| 6. 090 | 212Bi | 60. 6 | мин | |
| 6. 115 | 242Cm | сут | ||
| 6. 119 | 252Cf | 2. 65 | года | |
| 6. 126 | 221Fr | 4. 8 | мин | |
| 6. 22 | 226Th | 30. 9 | мин | |
| 6. 278 | 211Bi | 2. 15 | мин | |
| 6. 28 | 219At | 0. 9 | мин | |
| 6. 287 | 220Tn | с | ||
| 6. 34 | 226Th | 30. 9 | мин | |
| 6. 340 | 221Fr | 4. 8 | мин | |
| 6. 424 | 219Rn | 4. 0 | с | |
| 6. 437 | 254Es | сут | ||
| 6. 551 | 219Rn | 4. 0 | с | |
| 6. 56 | 222Ra | с | ||
| 6. 622 | 211Bi | 2. 15 | мин | |
| 6. 640 | 253Es | 20. 47 | сут | |
| 6. 65 | 218At | с | ||
| 6. 70 | 218At | с | ||
| 6. 777 | 216Po | 0. 15 | с | |
| 6. 818 | 219Rn | 4. 0 | с | |
| 7. 027 | 255Fm | 20. 1 | час | |
| 7. 158 | 254Fm | 3. 24 | час | |
| 7. 200 | 254Fm | 3. 24 | час | |
| 7. 28 | 211m Po | с | ||
| 7. 448 | 211Po | 0. 52 | с | |
| 8. 88 | 211m Po | с | ||
| 11. 65 | 212m Po | с | ||
МЕТОДЫ АЛЬФА-СПЕКТРОМЕТРИИ
|
|
|
|
|
|
Для измерения энергетических спектров альфа-частиц применяются (рис. 3. 1); магнитные альфа-спектрографы,. спектрометры с ионизационными камерами и пропорциональными счетчиками, полупроводниковыми и трековыми детекторами, сцинтилляционными детекторами.
Рис. 3. 1. Классификация альфа-спектрометров и типы детекторов
Спектрометрия с использованием магнитных спектрографов
Основной и наиболее прецизионний способ измерения энергетических спектров альфа-частиц большинства радиоактивных ядер актиноидов - метод отклонения заряженных частиц в магнитном поле. Магнитные спектрографы имеют высокое энергетическое разрешение. Ширина альфа-линии на половине ее высоты может составлять 3-8 кэВ, поэтому большинство прецизионних измерений знергий актиноидов выполняли с помощью магнитных альфа-спектрографов.
|
|
|
Магнитные спектрографы построены так, чтобы пучок альфа-частиц проходил приблизительно перпендикулярно к магнитному полю. Все траектории альфа-частиц почти плоские. Расхождение пучка, а следовательно, и телесный угол, охватываемый прибором, ограничивается величиной, определяемой его фокусирующими свойствами.
При однократной или двойной фокусировке геометрический коэффициент может быть значительно увеличен. В процессе исследования тонкой структуры альфа-групп с небольшим выходом (интенсивность) приходится пренебрегать разрешающей способностью в связи с малым геометрическим коэффициентом магнитных спектрографов и необходимостью ограничивать толщину пробы, чтобы достичь большой разрешающей способности.
Установлено, что поверхностная плотность (толщина) пробы не должна превышать 2 мкг· см-2. Интенсивность, получаемая у детектора-регистратора (фотопластинка или полу-проводниковый детектор), может быть повышена при увеличении активности пробы или геометрического коэффициента (отверстие или щель), что в обоих случаях уменьшает разрешающую способность. Поглощение альфа-частиц в пробе и их рассеяние приводят к уменьшению энергии и появлению асимметрии пиков, а, также " хвоста" со стороны меньших энергий.
Магнитный спектрограф применяется главным образом для точного измерения энергий альфа-частиц, испускаемых каким-либо определенным радиоактивным веществом или смесью радиоактивных веществ. Его разрешающая способность - наилучшая среди приборов, предназначенных для измерения энергии альфа-частиц. Ограничение применения спектрографа обусловлено использованием высоких уровней активности, большим временем измерений, а также сложностью приготовления проб и эксплуатации оборудования.
|
|
|
