Фундаментальная радиохимия
Шрифт:
Относительный вклад каждого из трех рассмотренных процессов в ослабление излучения изменяется в зависимости от энергии -квантов и атомного номера вещества поглотителя. Вероятность фотоэлектрического поглощения резко уменьшается с ростом энергии -квантов; вероятность комптоновского рассеяния тоже падает, но несколько медленнее, а вероятность образования пар растет с повышением энергии, начиная с 1,02 МэВ. С ростом атомного номера Z вещества поглотителя фотоэффект возрастает пропорционально Z4, комптон-эффект – пропорционально Z, а эффект образования пар – пропорционально Z2. На рис. 1.12 показаны области энергии -квантов, в которых преобладает тот или иной процесс поглощения фотонов. В точках левой кривой вероятность комптон-эффекта и фотоэффекта
Рис. 1.12. График, иллюстрирующий относительную роль различных процессов поглощения -кванта а – область преобладания фотоэффекта; б – область преобладания комптон-эффекта; в – область преобладания эффекта образования пар
Число заряженных частиц (электронов, позитронов и положительно заряженных ионов), непосредственно образующихся при ослаблении -излучения веществом в результате трех указанных процессов, крайне мало. Ионизирующее действие -излучения связано с тем, что на ионизацию среды расходуется кинетическая энергия фотоэлектронов, комптон-электронов, а также электронов и позитронов, возникающих в результате образования пар. Линейная ионизация, создаваемая -квантами, приблизительно в 5–104 раз меньше линейной ионизации от -частиц и в 50 раз меньше линейной ионизации от -частиц такой же энергии; соответственно и проникающая способность -излучения будет выше.
2. Экспоненциальный закон ослабления -излучения. Потеря энергии при прохождении параллельного (узкого) пучка -квантов через вещество происходит в соответствии с экспоненциальным законом. Изменение числа -квантов в зависимости от толщины поглощающего материала также подчиняется экспоненциальной зависимости. Если обозначить соответственно через Io и I числа -квантов, падающих на поглотитель l толщиной l, см (или d, г/см2), и проходящих через него, то
I=Io е– ’ l,
или
I=Io е– dl ,
где ' (см– 1)– линейный, а (см2/г) – массовый коэффициенты ослабления– излучения, причем ='/.
Коэффициент ослабления представляет собой сумму коэффициентов фотоэлектрического поглощения , комптоновского рассеяния и образования пар . Например, для линейного коэффициента ослабления можно записать:
' ='+'+' .
Зависимость этих коэффициентов от энергии -излучения для поглотителя из свинца показана на рис. 1.13.
Кривая ослабления -излучения в линейных координатах аналогична бета излучению. Конечного пробега в веществе для -излучения не существует, всегда имеется вероятность, что -квант не провзаимодействует с веществом ни по одному из рассмотренных механизмов. Поэтому проникающую способность -излучения характеризуют толщиной слоя половинного ослабления (l1/2 или d 1/2) или связанным с ней значением коэффициента ослабления:
'=0,693 / l1/2 .
Рис. 1.13. Зависимость линейных коэффициентов ослабления -излучения в свинце от энергии -излучения
1 – поглощение -лучей за счет комптон-эффекта; 2 – поглощение за счет фотоэффекта; 3 - поглощение за счет образования пар электрон – позитрон; 4 – суммарная кривая
Изучая ослабление -квантов в зависимости от толщины поглотителя (например, свинца), можно оценить энергию -излучения. Заметим, что анализ кривых ослабления не позволяет выявить близкие по энергиям -компоненты сложной схемы распада. Поэтому в настоящее время для идентификации радионуклидов по -излучению используется не метод ослабления, а более точные методы -спектрометрии.
1.4.5. Регистрация ионизирующего излучения
1. Общие положения
Выполнение химических исследований с использованием радионуклидов всегда включает проведение операций по регистрации их излучения. Под регистрацией излучения понимают получение качественной и количественной информации об излучении радиоактивных ядер, содержащихся в исследуемом объекте. Регистрация излучения позволяет решить ряд задач: установить присутствие радиоактивных атомов, определить тип и энергию излучения, найти содержание радиоактивных атомов в образце и т. д. Регистрацию излучения проводят при помощи соответствующих детекторов.
Основу любого метода регистрации составляет взаимодействие излучения с веществом (см. предыдущий раздел). Методы регистрации можно классифицировать в зависимости от того, какой именно эффект взаимодействия используется. Различают: а) ионизационные методы, которые основаны на ионизирующем действии излучения; б) сцинтилляционные методы, в основе которых лежит способность ряда материалов превращать энергию ядерных излучений в энергию фотонов светового излучения; в) авторадиографические методы, в которых используются химические реакции в фотоэмульсиях, протекающие под действием излучения исследуемого образца.
Кроме перечисленных существуют и другие способы регистрации излучения, пригодные для решения специальных задач.
В детектор, как правило, попадает не все излучение исследуемого радиоактивного препарата, а только какая-то его часть. Доля излучения, не зарегистрированная детектором, зависит от геометрического расположения препарата относительно детектора, поглощения излучения в самом препарате и на пути между препаратом и детектором и других причин. К тому же не все излучение, попавшее в детектор, будет обязательно зарегистрировано. Поэтому переход от показаний прибора, полученных при регистрации излучения исследуемого препарата и отнесенных к единице времени (т. е. от регистрируемой активности), к числу актов распада, происшедших в препарате за единицу времени (т. е. к абсолютной активности препарата), требует введения ряда поправочных коэффициентов. Произведение всех этих коэффициентов представляет собой коэффициент регистрации Кр (о котором уже говорилось ранее). Связь между абсолютной активностью препарата а и его регистрируемой активностью определяется формулой a = I / Kp. Точное определение коэффициента регистрации часто связано с большими трудностями. Довольно часто при выполнении работ с использованием метода радиоактивных индикаторов нет необходимости переходить от к а. На практике обычно удовлетворяются значениями , найденными непосредственно из показаний регистрирующего прибора. Пользоваться значениями вместо соответствующих значений а можно лишь в тех случаях, если при измерении препаратов одного и того же радионуклида с абсолютными активностями а1, а2, аi, коэффициент регистрации Kp остается постоянным, т. е. справедливы соотношения ai= Ii / Kp . Измерения радиоактивности, при которых выполняется указанное условие, называют относительными.
Для практических целей определения активности значение коэффициента регистрации Kp определяют по следующей формуле:
Kp= Ii/ а,
где – Kp– имп/расп, коэффициент регистрации для исследуемого радионуклида, Ii, имп/сек – регистрируемая скорость счета эталона с активностью а, расп/сек (активность должна быть пересчитана на момент измерения).