Сторінка
1

Радіоактивність і аналіз речовин

План

1. Радіохімічний аналіз.

1.1. Аналіз природних радіоактивних речовин.

1.2. Аналіз штучних радіоактивних речовин.

2. Радіоіндикаторні методи аналізу.

2.1. Метод мічених атомів.

3. Активаційний аналіз.

4. Методи аналізу, що ґрунтуються на взаємодії випромінювання з речовинами.

4.1. Метод аналізу, що ґрунтується на пружному розсіюванні заряджених частинок.

4.2. Метод аналізу, що ґрунтується на поглинанні й розсіюванні р-частинок.

4.3. Метод аналізу, що ґрунтується на поглинанні й розсіюванні у-випромінювання.

Радіохімічний аналіз

Відкриття радіоактивності дало поштовх до появи й розвитку нових напрямків досліджень. Саме ж явище знайшло застосування як у промисловості, так і в науці. Зокрема, в аналітичній хімії (науці, що займається визначенням якісного й кількісного складу речовини) явище радіоактивності застосовується для аналізу складу і кількості речовин. Виявилося, що характер випромінювання є настільки індивідуальним для кожного атома, що його можна використовувати для ідентифікації елементів. Розроблено велику кількість методів, які дозволяють провести аналіз будь-якого елемента і багатьох сполук. Існують методи, які дозволяють проводити визначення не тільки в лабораторії, але й у польових умовах, наприклад активаційний аналіз, що застосовується для розвідування родовищ корисних копалин.

В основі радіохімічного аналізу лежить використання ядерних властивостей радіонуклідів. За його допомогою можна аналізувати радіонукліди, що зустрічаються в природі (аналіз природних радіоактивних речовин), і досліджувати природні матеріали (грунт, повітря, руду і т. ін.) на наявність у них радіоактивних ізотопів. Крім того, метод радіохімічного аналізу дозволяє вивчати системи штучних радіонуклідів: виявляти та ідентифікувати радіонукліди, визначати продукти розпаду і ядерного синтезу трансуранових елементів і т. ін.

Аналіз природних радіоактивних речовин

Аналізуючи природні радіоактивні речовини, звичайно у них визначають наявність уже відомого радіонукліда і його кількість. Визначення, як правило, проводять відносним методом, тобто досліджуваний зразок порівнюється зі стандартним, у якому кількість визначуваного радіонукліда точно встановлена.

Природні радіонукліди визначають шляхом вимірювання їхньої активності. Особливо широко цей спосіб застосовується для визначення природних радіоактивних елементів, що містять радіонукліди з невеликим періодом піврозпаду, які зустрічаються в мізерно малих кількостях. Ніяким іншим способом їх визначити не можна. Для радіонуклідів із тривалим періодом піврозпаду вимірювання їхньої радіоактивності є не дуже ефективним, оскільки не дає високої точності результатів.

Накопичена на сьогоднішній день інформація про характер радіоактивності природних речовин дозволяє обрати найбільш результативні методики їх аналізу.

Такі природні матеріали як руди (за винятком уранових), гірські породи й мінерали, як правило, мають слабку радіоактивність. Вимірювання їхньої активності дозволяє визначити сліди радію або торію, що знаходяться або в стані, близькому до рівноваги з продуктами розпаду, або після досягнення такої рівноваги. Кількість радіоактивних компонентів звичайно невелика, тому часто вдаються до їх виділення і концентрування. Попередньо зразок переводять у розчин.

Природна радіоактивність повітря обумовлюється наявністю в ньому радону, торону або актинону і їхніми активними осадами, що утворюють радіоактивні аерозолі. Слід зазначити, що над поверхнею океанів концентрація радіонуклідів значно менша, ніж у повітрі над континентами, наприклад концентрація радону над континентами має порядок 10-6 Бк/см3, а над океанами — 10-8 Бк/см3. Радіоактивність ґрунтового повітря значно вища, ніж радіоактивність повітря вільної атмосфери (10-3 Бк/см3), а найбільшу радіоактивність має повітря шахт, особливо якщо там видобувають уранову руду.

Природна вода може містити до 0,5 кБк/л радію і до 30 мкг урану. В області уранових родовищ концентрації радіонуклідів значно вищі: до 0,8 кБк/л радію і до 90 мг урану.

Аналіз штучних радіоактивних речовин

Аналіз штучних радіоактивних речовин (тобто тих, котрі виникли в результаті ядерних реакцій, продуктів реакцій поділу і ядерного синтезу трансуранових елементів) набагато складніший, ніж аналіз природних радіоактивних матеріалів. Справа в тому, що, аналізуючи природні речовини, найчастіше доводиться визначати кількість заздалегідь відомого радіонукліда. На відміну від цього, зразки штучних радіоактивних речовин звичайно складаються з радіонуклідів різних видів (як відомих, так і невідомих) і їх необхідно додатково ідентифікувати Тому якісний аналіз штучних радіоактивних речовин включає два етапи:

1) виявлення випромінювання й опис його властивостей;

2) розпізнавання радіонукліда, якому належить виявлене випромінювання. Вид випромінювання радіонукліда визначається в процесі вивчення його проходження крізь повітря та інші матеріали. Енергію випромінювання визначають, вимірюючи пробіг або величину шару поглинання в речовині, крізь який проходить випромінювання. Крім того, для ідентифікації радіонукліда використовується період піврозпаду.

Якщо потрібно розпізнати невідомий радіонуклід, то насамперед встановлюють характеристики випромінювання, яке спостерігається (його вид, енергію, період піврозпаду). Метою розпізнавання є визначення заряду Z\ атомної маси А радіонукліда. Встановивши ці характеристики, стає можливим з'ясувати, якому саме хімічному елементу відповідає активність, що спостерігається. Це здійснюється в такий спосіб: серед всіх елементів відбирається той, котрий хоча б в одній хімічній реакції виявляє аналогічну активність. Його називають носієм.