автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.10, диссертация на тему:Активационный анализ объектов окружающей среды с использованием низкопоточных источников нейтронов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

'Те

д ц На правах рукогшсн

РАБАА Анвар Абдуссадам

АКТИВАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ШШКОИОТО'ШЫХ ИСТОЧНИКОВ НЕЙТРОНОВ

Специальность: 05.11.10 - приборы для вомеренил . донппнрующих получений и рентгеновские приборы

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск - 1994

Работа выполнена в лаборатории ядерной спектроскопии ордена Тру дового Красного Знамени Института фиоикп им. Б.И.Степанова Академш наук Беларуси.

Научные руководителя: доктор фшшжо-матеиатнчесж их nayi

Рудаж Э.А.,

кандидат фгоижо-иатематических наук Хнльманович A.M.

Официальные оппоненты: доктор технических науж

Дутов А.Г. (Институт фионжн твердого тела н полупроводников АН Беларуси), кандидат фиоихо-математичесжих наух доцент Люцхо A.M. (Международный высший Сахаровсжий колледж по радиоокологин).

Ведущая организация — Институт радиационных фиоихо-химичесжн; проблем АН Беларуси (г. Минск).

Защита состоится " " мая 1994 г. в ^ ^ часов па оассданш специализированного Совета К 056.03.15 в Белорусском государственно! университете по адресу: 220080, г. Минск, проспект Ф.Скорины, 4, главны! корпус, ауд. 206.

Автореферат раоослан " " ¿4 1994 г.

Ученый секретарь слецяалиопрованнсго Совета доцент

В. А .Чудаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время и в ближайшем будущем ществование и развитие любой страны невозможно в Дамках оамкнутых алогически чистых производств. Очевидна необходимость в пополнении сериальных и онергетических ресурсов.

Для развивающихся стран особое (значение среди различных отраслей .родного хозяйства имеет уровень развития сельского хозяйства и гео-гии. Это обусловлено очевидными факторами: необходимостью обеспе-ишя населения страны достаточным количеством полноценного еколо-гаески чистого питания, обеспечением промышленности минеральным грьем, его экспортными поставками, а сельского хоояйства — минераль-лми удобрениями и другими необходимыми химическими веществами.

Поиск а добыча полезных ископаемых, их переработка и испоиьзова-$е неразрывно спяпаны с определением содержания химических элементе. Особую роль олементный анализ играет в биологических науках н яьском хозяйстве. Это обменяется созданием и внедрением новых оф-ективных технологий и методов контроля соответствующих процессов ри производстве продукции.

Техногенные последствия, связанные с извлечением полетных ископа-лых то слоев, лежащих ниже слоя .почвы, приводят в глобальном смысле нарушению экологического равновесия, сложившегося в течение длитепь-ого времени. В связи с чтим в настоящее время встает задача точного налиоа минерального сырья на содержание олементов с целью ях разделена а рационального использования.

Аналогично при решении многих проблем почвоведения и агрохимии роводится аналио содержания до двух десятков и более олементов.

Для успешного выполнения вышеуказанных задач требуется большая егь аналитических лабораторий, которые могли бы проводить десятки ысяч анализов в год. В таких лабораториях могут использоваться хорошо овестные химические и инструментальные методы (атомно-абсорбцпои-ыи аналио, эмиссионный спектральный анализ, рентгенофлуоресцептт.ш л ал юз, нейтрошю-алтпвациошшй алалпа).

В ряду перечисленных методов ней трояно-аятппацношшй анализ НАД) характеризуется экспрессностью п высокой чувствительностью. Это связано с особенностями НАЛ: малым изменением плотности потока

нейтронов при юс проникновении в вещество на глубину до десяти и б< лее сантиметров, большой проникающей способностью 7-хвантов (та«» около 10 см), вооможностью разделения во времени процессов активаци образца и иомерейия его активности. Эти особенности, а также дост. точно большие значения сечении ядерных реакций позволяют проводит нераорушающий аналио больших ло размерам обраоцов с мглой погрейте стыо.

Испольоование нейтронных источников с высокой плотностью поток; таких как атомные реакторы, позволяет получать для некоторых химиче жих элементов рекордно ниокие значения пределов их обнаружения. Вме-те с тем существует ряд обстоятельств, ограничивающих испольооваш высокопоточных источников нейтронов (например, вследствие огранич« ния радиационной нагруоки на обраоец или из-за отсутствия в некоторы странах высохопоточных источников нейтронов).

Оперативность получения информации об элементном составе геол< гических обраоцов важна на стадии разведки для принятия решений. От ративный аналио в полевых условиях можно выполнить с помощью пер движных или ближайших региональных лабораторий. То же можно скала! в в отношении таких биологических объектов, как почва или растепи. вследствие массовости обраоцов.

Известно, что суммарное содержание двадцати наиболее распростри неиных элементов в оемнон коре составляет ~ 99,8%. Поэтому в пр< цессе первичного анализа геологических обраоцов определяется содерж! иве 20...30 макроэлементов на уровне их хларков.

Аналогично, при решении оадач йочвоведеншг и агрохимии (налрнме] при валовом анализе минеральной части почвы) померяется содержат около двух десятков элементов. Так как элементный состав почв в больше степени оавнеит от материнской (геологической) породы, характерной дх данной местности, то методы их анализа схожи.

Перечисленные выше обстоятельства обуславливают необходимое] рассмотрения вопроса об испольоовании низкопоточных источников не] тронов (т. е. источников с активностью Л < 10® нейтрон/с) для целей ан; лиоа геологических и биологических объектов.

В лаборатории ядерной спектроскопии Института фиоики АН Бел руси проводятся научно-исследовательские работы, целью которых япл. ется уменьшение потока нейтронов, применяемых прн ВАА на элсмен'

ный состав. В рамках отнх работ следует выделить такие направления, как сскздание и использование высокоэффективных гамма-спектрометров, имеющих низкофоновую (защиту; соодание устройств, позволяющих увеличивать плотность потока нейтронов в некотором ограниченном объеме при термалиоацин быстрых нейтронов; использование обраоцов большой массы или объема.

Работы по укапанной проблеме явились составной частью плановой госбюджетной НИР Института физики АН Беларуси на 1991-95 гг. по теме "Исследование эффектов структуры ядра и определение ядерных констант в реакциях с нейтронами при энергиях до 15 МэВ" (шифр "Частица 4.06", номер гос. регистрации 01910041284).

Целью настоящей работы являлось комплексное исследование воомож-ностей нейтронно-активационного анализа при всподьоовании низкопоточных источников нейтронов для соодания аналитических (в том числа передвижных) лабораторий.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие оадачи:

• Рассчитать пределы обнаружения элементов методом НАА с исполь-оованием источника нейтронов 2Ь2С( и генератора быстрых нейтронов, имеющих поток 1 ■ 108 нейтрон/с, и сравнить их с кларками в обраоцах объемом 1л;

• Соодать устройство для облучения обраоца большого объема, пеполь-оуя графитовую колонну с предварительным парафиновым [замедлителем для термалиоацин нейтронов, испускаемых источником 252СГ. Создать устройство для облучения на базе низкопоточного генератора нейтронов ГН-01. Соодать низкофоновую оащиту для Се(1л)-спектро-метра;

• Экспериментально исследовать параметры потока медленных нейтронов в графитовой тепловой колонне, характеризующие тепловую и опп-тепловую его составлящие, при изменении расстояния от источника нейтронов 282СГ;

• Провести экспериментальное обоснование возможности НАА с использованием ниокопоточных источников нейтронов, выполнив анализ минеральной составляющей почвы.

Научная яовиона подученных результатов. На основе анализа сопре-менных тенденций рапвития НАА для решения проблемы определения содержания химических элементов в объектах окружающей среды впервые предложен компараторный вариант анализа с использованием нпгэкопоточ-ных источников нейтронов (источник нейтронов 252Cf, который имеет по- J ток ~ 1 • 108 нейтрон/с).

В случае источника 252Cf впервые испольооваи комбинированный иа-медлитель нейтронов, состоящий ио графитовой колонны и предварительного парафинового оамедлитедя, что пооволило увеличить плотность потока нейтронов в районе расположения образца по сравнению с вариантом испольоования монооамедлителя. Экспериментально исследованы параметры потока медленных нейтронов в графитовой тепловой колонне с предварительным парафиновым оамедлителем, харажтериоующие тепловую и опитепловую составляющие нейтронного потока.

Показано, что относительная погрешность иомерения содержания искомых элементов, иомеряемых жомпараторным НАА, больше относительной погрешности при абсолютном, но меньше, чем при относительном методе анализа.

На основе померенных плотностей потоков нейтронов, спектра фона, эффективности регистрации спектрометра и данных по квантовым выходам 7-лучей рассчитаны минимальные оначения пределов обнаружения 40 элементов при пспольоовании ниожопоточных источников нейтронов.

Практическая «значимость работы. Полученные в диссертационной par боте результаты могут быть испольоованы для соодания лабораторий НАА с испольоованием ниокопоточных истЬчников нейтронов, имеющих потоки Л ~ 1 • 10s нентрон/с для аналиоа геологических и биологических объектог бео пробоподготовки на уровне кларжов элементов.

Полученные в ходе выполнения диссертационной работы данные о па раметрах полей медленных нейтронов в комбинированном замедлителе мо гут быть испольоованы при раоработке устройств облучения тепловым! нейтронами.

Разработанная в ходе выполнения диссертационной работы методик; используется в Институте фшзики АН Беларуси при элементном анализ' образцов любого происхождения.

Основные защищаемые научные положения:

1. Экспериментальная установка для проведения нейтронно-активацн-онного анализа на тепловых и быстрых нейтронах.

2. Экспериментальные результаты измерения полей тепловых и опп-тепловых нейтронов в комбинированном замедлителе.

3. Методика проведения анализа и расчет содержания искомых элементов методом компараторного НАА.

4. Теоретически обоснованные ц (экспериментально проверенные нижние пределы- обнаружения олементов при использовании низконоточиых источников тепловых и быстрых нейтронов.

Апробация работы н публикации.

Результаты, приведенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на научных семинара-х лаборатории ядерной спектроскопии Института физики АН Беларуси и кафедры ядерной физики и электроники Белгосуниверстигета. Основные результаты исследований изложены в следующих работах:

1. Булыга С.Ф., Гутьи В.И., Рабаа A.A., Хильманович A.M. Ком-пара'торныи неитронно-активацяонный анализ в условиях графитового замедлителя и нейтронного источника 352Cf. — Минск, 1993. — 23 с. — (Препринт / Ин-т фгонки АН Беларуси; N 687).

2. Гутъко В.И., Рабаа A.A., Рудак Э.А., Хильманович A.M. Использование ншконоточных источников нейтронов при определении олементного состава геологических и биологических объектов // Весщ АН Беларусь Сер. Х1М. навук. (направлена в печать).

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы (92 наименования). Общий объем диссертации составляет 104 страницы машинописного текста, включая 18 рисунков и 11 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы я сформулирована цель исследования. Кратко изложено содержание работы, перечислены основные положения, выносимые на защиту. Отмечается личный вклад автора.

Первая глава состоит но четырех разделов. Она частично носит об-оорный характер. В ней также обосновывается методика нейтронно-акти-вационного аналиоа, используемая в настоящей работе.

В разделе 1.1 указывается на важность задач, решаемых с помощью элементного аналиоа вещества в геологии и сельском хозяйстве. Отмечается, что добыча полезных ископаемых, жизненно необходимых для любой страны, приводит в глобальном смысле к нарушению экологического равновесия, сложившегося в течение длительного времени. Вместе с тем отказ от добычи и использования полезных ископаемых в настоящее время невозможен.

Одной из наиболее заинтересованных в развитии добычи полезных ископаемых отраслей народного хозяйства является сельское хозяйство. Перечислены основные направления использования элементного анализа биологических объектов.

В разделе 1.2 отмечается, что элементный состав почвы зависит в значительной мере от материнской (геологической) породы, характерной для дайной местности. В этом отношении методы аналиоа почв и геологических объектов становятся одинаковыми.

Содержание элементов в материнской породе колеблется в довольно широких пределах. Однако существуют некоторые средние значения содержания элементов в оемной коре, которые называют кларками. Приведена таблица наиболее распространенных элементов в оемной коре в порядке убывания их кларков. Отмечается, что 10...15 первых элементов составляет 99,5%. Именно эти элементы входят в перечень элементов при проведении валового аналиоа почв.

Выбор метода НАА описан в разделе 1.3. Под выбором метода нейт-ронно-активацпонного аналиоа в широком смысле слова понимается:

• выбор нейтронных источников, дающих необходимое значение плотности потока нейтронов и имеющих соответствующий спектр;

• выбор объема и формы исследуемого обраоца ;

• использование того или иного спектрометрического устройства;

• выбор режимов облучения нейтронами и измерения активности исследуемого образца;

в

• выбор варианта анализа (абсолютный, комнараторный, относительный, по периоду полураспада), включающего измерение активности соответствующих мониторов или эталонов и использование методики расчета содержания элементов и их погрешностей.

В этом разделе также обосновывается выбор источника нейтронов 252С{ для термализащш быстрых нейтронов. Отмечается стабильность потока нейтронов вследствие сравнительно большого периода полураспада (2,55 лет), а также "точечность" источника.

Увеличения избирательности при анализе элементов можно достичь, используя пороговые реакции типа (п,2п). Для проведения такого анализа может быть использован генератор быстрых нейтронов с энергией Е„ = 14,5 МеВ.

Для решения задач, поставленных в настоящей работе, представляют интерес малогабаритные запаянные трубки, позволяющие размещать в поле их нейтронов необходимые для анализа массы исследуемого вещества» Малогабаритные генераторы нейтронов обладают рядом неоспоримых достоинств, таких как транспортабельность и возможность при необходимости "выключать" их.

Для проведения НАА нами был выбран генератор нейтронов ГН-01, дающий поток МО8 нейтрон/с. Масса блока излучателя составляет 13,6 кг, масса блока управления — 21,7 кг.

В последнее время в цепочке источник активации — образец — спектрометр большее внимание начинают уделять двум последним звеньям. Начинают использовать образцы большой массы. Сосуду, содержащему исследуемый образец, придается специальная форма для более эффективного измерения 7-лучей. В настоящей работе для этих целей используются сосуды Маринелли вместимостью 1 литр.

На основе выбранных значений плотности потока нейтронов, массы образца, эффективности регистрации рассчитываются пределы обнаружения элементов для случая облучения тепловыми и быстрыми нейтронами. Рассчитанные значения пределов обнаружения элементов сравниваются с массой элемента, соответствующей кларкам. Отмечается, что наблюдается взаимное дополнение при использовании реакций на тепловых н быстрых нейтронах.

В последнем разделе 1.4 етоз главы на основе предварительных охс-гтзркментов п расчетов выбираются анэлптпчесите реакции я временные

характеристики эксперимента: времена активации, выдержки и измерения.

Вторая глава посвящена методике компараторного нейтронно-актива-ционного алалиоа. В первом разделе отой главы приводится вывод уравнения НАЛ для хомлараторного варианта алалиоа. Указывается, что сложности абсолютного и относительного вариантов НАА удается преодолеть при использовании компараторного варианта анализа. В его основу положена пропорциональность удельных активностей радионуклидов искомого (элемента с номером i и элемента-компаратора с номером к, т. е.

= К{кЛЦ.

Приведены выражения, позволяющие рассчитать эффективность регистрации 7-лучей, коэффициенты поглощения нейтронов и другие поправки. Получены формулы, позволяющие определить параметры потока тепловых и эпитепловых нейтронов и корректно учесть резонансную составляющую скорости реакции.

В разделе 2.2 рассматриваются вопросы вычисления относительной погрешности компараторного варианта анализа. При этом используются определенные экспериментально или рассчитанные физические величины — т. н. й'о-факторы, характеризующие эксперимент и представляющие собой комбинацию ядерно-физических констант.

Наряду с активацией исследуемого образца активируется и элемент компаратора, свидетельствующий об условиях облучения образца. В этом отношении компараторный метод сходен с относительным вариантом алалиоа. Использование в расчетах значений А'0-фактора, а также определение характеристик нейтронного поля сближает компараторный вариант анализа с абсолютным.

В этом разделе рассматривается также процедура определения погрешностей компараторного НАА. Получено выражение, позволяющее провести анализ вкладов в относительную погрешность вычисления отдельных ее компонентов. Делается вывод о том, что компараторный НАА по точности результатов занимает промежуточное положение между абсолютным и относительным вариантами.

В третьей главе приводится описание используемой экспериментальной установки, характеристики поля нейтронов для проведения Н А А и процедура подготовки образцов для анализа.

О разделе 3.1 описывается конструкция тепловой колонны для замедления бцртрмх нейтронов, испускаемых п результате деления 252СГ источником нейтронов. Тепловая колонна собрана из 70 графитовых блоков высокой чистоты. Колонна имеет форму параллелепипеда размерами 125x125x175 см. В центре колонны размещается предварительный парафиновый замедлитель в форме куба с ребром 25 см. Взаимное положение замедлителей позволяет увеличивать плотность потока тепловых нейтронов вблизи источника.

Ампулышп нейтронный источник 252С1", имеющий габариты упаковки 08 мм и длину 15 мм, помещался в ячейху в центре парафинового куба.

Наличие двух замедлителей приводит к изменению характеристик поля нейтронов по сравнению с монозамедлнтелем (водородосодержащим материалом пли графитом). В связи с отим нами исследованы параметры спектра медленных нейтронов в зависимости от расстояния до "точечного" источника нейтронов вплоть до внешней поверхности тепловой колонны.

Наибольший интерес для целой, сформулированных в настоящей диссертационной работе, представляют характеристики поля нейтронов в районе расположения исследуемого образца. Исследуемый образец помещался в сосуд Маранелли вместимостью 1 л.

Плотность потока тепловых нейтронов и другие характеристики поля определялись методом активация. В качестве активаторов (мониторов) использовались образцы оолота и марганца, обладающие благоприятными активационнымп характеристиками. Марганец брался в виде соли КМпС>4 массой 0,3 г., а оолото — в виде фольги толщиной 0,2 мм и массой по 0,15 г. Мониторы располагались в специальных ячейках, сделанных в графитовой вставке и предварительном замедлителе. Облучение мониторов проводилось как в кадмиевых контейнерах, так и без них.

Сосуд Маринелли с исследуемым образцом размещался внутри предварительного замедлителя. Правомочность использования сосуда Маринелли в качестве контейнера для активации исследуемого образца была подтверждена также путем проведения номерений плотности потока тепловых нейтронов с помощью мониторов по всему объему исследуемой пробы. Анализ полученных данных показывает, что максимальное отклонение плотности потока тепловых нентронрв от среднего значения не превышает 15%.

Активация образцов проводилась также путем облучения быстрыми (Е„ = 14,5 МэВ) нейтронами с помощью переносного малогабаритного

генератора нейтронов ГН-01, имеющего поток 1108 нейтрон/с. Исследуемый образец имел кольцеобразную форму и размещался вокруг фишена. В качестве монитора использовалась (электротехническая медь толщиной 0,5 мм. Она располагалась вдоль средней линии кюветы для облучения.

Измерение спектра 7-«учей активированных образцов проводилось с помощью амплитудного анализатора АМА-03-2Ф и вычислительного комплекса ДВК-2. Се(Ы)-детектор помещался в ниокофоновую камеру, стенки которой состояли из свинцовых и стальных пластин толщиной но 10 см. Детектор имел чувствительный объем 70см3. Ширина пика с енергией 662 кеВ на его полувысоте составляет 10 коВ.

В разделе 3.2 приводятся результаты измерения потока тепловых нейтронов. Результаты оксперимента показывают, что использование предварительного парафинового замедлителя позволяет увеличить плотность потока тепловых нейтронов Фi^í в районе размещения образца в 5 раз по сравнению с использованием монооамедлителя из графита.

Весьма существенным является вопрос о спектре медленных нейтронов в замедлителе. В частности, важным является отношение плотности потока опитепловых нейтронов к плотности потока тепловых нейтронов а также параметр а, учитывающий отклонение реального спектра эпите-пловых нейтронов от фермиевского распределения, описываемого оаконом 1/Е.

Параметр а определялся двумя способами: из отношения активностей мониторов и на основе кадмиевых отношений. Более точные результаты получаются при использовании кадмиевых отношений. Приведенные зависимости а от расстояния / до источника показывают, что использование предварительного парафинового замедлителя уменьшает оначение а в законе 1/Е1+а по абсолютной величине по сравнению с монозамеднителем.

В районе расположения образца указанное отношение параметров « равно 2. Экспериментально измеренное отношение плотности потока опитепловых нейтронов к плотности потока тепловых нейтронов ц> » районе расположения образца изменяется от 0,012 до 0,015.

Анализ измеренных параметров Ф{/,(1)> «(') а :р(1) показывает, что в диапазоне от 5 до 10 см указанные параметры меняются неоаачительно. Эти результаты, а также результаты измерения активностей мониторов, расположенных в различных точках образца, позволяют сделать вывод о возможности использования в комлараториом НА А образцов большого

объема (до 1 л).

В последнем разделе 3.3 огой главы описывается методика подготовки образцов к анализу. Поскольку (задачей (эксперимента являлось определение содержания олпментов, входящих в минеральнугочасть почвы, то требовалось проведение ее минерализации. Минерализация отобранного и просеянного сквозь сито грунта производилась методом сухого озоленпя. Помешенная в фарфоровые тигли почва сжигалась в муфельной печи с терморегулятором. Минерализация проводилась при температуре 400" С в течение 60 минут. Взвешивание проводилось на аналитических весах с точностью до 10~4 г.

В четвертой главе приводятся полученные экспериментальные результаты. В разделе 4.1 приведены результаты НАЛ образца почвы при облучении ее тепловыми и быстрыми нейтронами. С помощью тепловых нейтронов обнаружены следующие элементы: А1, Са, Ре, К, Ка, М&', Т), 11Ь, N1, Мп, С1, Вг, Бс, V, БЬ, У, Ля. Относительная статистическая погрешность лежит в интервале 3...25%. В работе приводятся экспериментально определенные пределы обнаружения этих элементов <■? = 5%/6'>оя/5уд, где ооначает число отсчетов фона за время измерения активности а 5УД — число отсчетов аналитической линии элемента массой 1 г. В вносят вклад как внешний по отношению к 7-спектрометру фон и фон детектора спектрометра и конструкционных материалов, так и фон других по отношению к искомому олементов образца.

С помощью быстрых нейтронов с энергией 14,5 МэВ обнаружены следующие элементы: Б5, А1, Са,Ее, К, Mg, ТЧ, ЛЬ, N5, Р, Бс, БЬ, Аэ. Относительная статистическая погрешность лежит в пределах от 2 до 50%.

Анализ результатов, полученных с помощью тепловых и быстрых нейтронов, похазывет, что имеет место взаимное дополнение указанных методов в случае олементов Э], Р, Мп, С1, Вг, V, У.

Помимо обнаруженных элементов в образце почвы может быть измерено содержание и других элементов (в случае их присутствия в образце). В связи с этим в разделе 4.2 проводятся расчеты минимальных значений пределов обнаружения элементов Стт прр облучении тепловыми и быстрыми (Еп = 14,5 МоВ) нейтронами. Регистрация 7-иплучения образца проводится с помощью ран/;е упомянутого Се(1л)-спектрометра.

В расчетах использовались экспериментально померенные плотности потока нейтронов Ф(Л = 7,5-Ю5 нсйтрон/(см2 с) п Фя.^идчвП = 2,2-Ю5 нейт-

рон/(см3с), эффективности регистрации 7-лучей £(£-,) и скорости счета фона п'*0П(Еу). Вкл гд других возможно нрисутст-ьующих элементов в образце (помимо искомого) не учитывался. Вследствие «того рассчитанные (значения пределов обнаружения ¡шляются минимальными для описанных экспериментальных условий. Ниже в табл. 1 и 2 приведены рассчитанные оначения минимальных пределов обнаружения С"1"1 для 40 элементов. Их суммарное процентное содержание в оемной коре (кларки) составляет 99,88%. Время активации обраоца выбиралось равным времени измерения активности

Таблица 1

Минимальные оначения пределов обнаружения элементов О"1"' при облучении тепловыми нейтронами для потока 7,5-10® нейтрон/(см2с) с помощью (5е(Ы)- спектрометра

1 Элемент Бу, кэВ 1*1/2 tts.— ¿я С"1"1, г

1 О 197 29,1 с 1 мин > 10000

о 51 1226 2,62 ч 4 ч 130

3 А1 1779 2,31 мин 5 мин 0,026

4 Ге 1099 45,0 сух 1 сут 2,7

5 Са 1297 4,7 сут 1 сут 0,033

6 Ыа. 1369 ' 15,0 ч 1 сут 0,0001

7 К 1525 12,4 ч 1 сут 0,0035

8 щ 844 9,5 мин 30 мин 0,36

9 Т1 320 5,8 мин 5 мин 0,90

10 н 12,3 года — —

11 р 14,3 сут — __

12 Мн 847 2,58 ч 4 ч 0,000019

13 в 3102 5,С мин 5 мин 690

14 Р 1633 11,6 с 1 мин 36600

15 аь 1836 17,7 мин 30 мин 0,044

16 с Р 5,73-103 ле г —- —

17 С1 2166 37,3 мин 30 мин 0,047

18 Бг 239 70,0 мин 1 ч 1,4

19 Ва 166 82,9 мин 2 ч 0,044

1 Элемент ЕЦ, кэВ "Л/2 и= *« С7"", г

20 Ът 743 17,0 ч 1 сут 0,14

21 Сг 320 27,8 сут 1 сут 0,079

22 V 1434 3,77 мин 5 мин 0,0021

23 N1 1482 2,56 ч 4 ч 0,27

24 Си 1346 12,9 ч 1 сут 0,08

25 и Р 12,3 лет — —

26 N 6129 7,16 с 1 МИН 640

27 Бп 332 9,70 мин 30 мин 0,87

28 ИЬ 871 6,40 мин 5 мин 4,3

29 Со 59 10,5 мин 30 мпп 0,014

30 У 1734 64,0 ч 1 сут 0,0036

31 РЬ 0 3,3 ч — —

32 ТЬ 87 22,2 мин 30 мин 0,039

33 Ав 559 26,8 ч 1 сут 0,0001

34 и 75 23,5 мин 30 мин 0,0059

35 Мо 142 67,0 ч 1 сут 0,098

36 I 443 25,0 мин 30 мин 0,0044

37 Н 633 2,42 мин 5 мин 0,026

38 Щ 77 65,0 ч 1 сут 0,0017

39 Аи 412 2,7 сут 1 сут 0,00001

40 Р1 77 18,0 ч 1 сут 0,013

Ткблнца 2

Минимальные значения пределов обнаружения элементов С?""*

при облучении быстрыми (Еп = 14,5 МеВ) нейтронами для потока 2,2105 нейтрон/(см2 с) с помощью Се(1л)-спектрометра

< Элемент Еу, коВ Та/2 <*= и Ст'п, г

1 О 6129 7,16 с 1 МИН 7,6

2 81 1779 2,31 ми$ 5 мин 0,083

3 А1 1369 15,0 ч 1 сут 0,002

4 Ре * 847 2,58 ч 4 ч 0,024

5 Са 1294 1,83 ч 2 ч ' 3,9

6 На 1633 11,4 с 1 МИН 1Д

i Элемент Ey, kqB Г1/2 ¿к Gnín, г

7 К 1294 1,83 ч 2 ч 0,37

8 Mg 1369 15,0 ч 1 сут 0,0015

9 Ti 1312 44,0 ч 1 сут 0,011

10 H ß 12,3 года — —

11 P 1779 2,31 мин 5 мин 0,19

12 Mn 835 303 дня 1 сут 0,22

13 S 1266 2,62 ч 4 ч 936

14 F 511 110 мин 2 мин 0,015

15 Rb 248 20,0 мин 30 мин 0,05

16 С 511 20,3 мин 30 мин 0,11

17 Cl 147 32,0 мин 30 мин 1,8

18 Sr 389 283 ч 4 ч 0,035

19 Ba 662 2,55 мин 5 мин 0,068

20 Zr 909 78,4 ч 1 сут 0,0054

21 Ci ' 1434 3,77 мин 5 мин 0,39

22 V 159 3,40 дня 1 сут 0,066

23 Ni 1378 36,0 ч 1 сут 0,04

24 Cu 1482 2,56 ч 4 ч 2,5

25 Li ß 12,3 года 1 сут —

26 N 511 9,96 мин 30 мин 0,11

27 Sn 160 40,0 мин 30 мин 0,5

28 Nb 135 10,1 сут 1 сут 0,015

29 Co 847 2,58 ч 4 ч 0,078

30 Y 1836 108 сут 1 сут 0,076

31 . Pb 279 52,1 ч 1 сут 0,27

32 Th 84 25,5 ч 1 сут 1,02

33 As 596 17,9 сут 1 сут 0,00056

34 U 60 67,5 сут 1 сут 0,05

35 Mo 1477 6,9 ч 8 ч 0,079

36 I 443 25,0 мин 30 мин 0,025

37 Ag 512 8,4 дня 1 сут 0,027

38 Hg 158 43,0 мин 1 ч 0,22

39 Au 356 6,18 сут 1 сут 0,0076

1 40 Pt 77 1 18,0 ч 1 сут 0,12

" х ^-лгя^"1

перечисляются основные полученные п диссертационной работе результаты:

1. Рассмотрены задачи, решаемые с помощью элементного анализа вещества п сельском хозяйстве и геологии. Отмечено, что между содержащем элементов в верхних слоях земной коры (кларкамн) и в почве существует значительная корреляция. Показано, что анализ 25 первых элементов ряда, имеющих наибольшие кларки, позволяет в значительной мере решать многие проблемы биологии и сельского хозяйства.

2. На основе анализа современных тенденций развития НАА и реальных возможностей для решения проблемы определения содержания различных химических элементов в объектах окружающей среды предложено использовать компараторный вариант эксперимента. Обосновало использование для этих целей низкопоточных источников (252СГ совместно с замедлителем и генератора быстрых нейтронов, имеющих потоки 110® нейтрон/с), что позволяет определять содержание около 20 элементов на уровне кларков и ниже в образцах почвы и геологических объектах.'

3. Создана экспериментальная установка для проведения НАА с помощью тепловых и быстрых нейтронов.

4. Получены выражения, позволяющие рассчитывать содержание элементов на основе экспериментальных результатов компараторного НАА я учитывающие самопоглощение 7-квантов, нейтронов и "мертвое" время регистрирующей аппаратуры. Показано, что в отношении погрешности результатов компараторный вариант анализа занимает промежуточное положение между абсолютным и относительным методами.

5. Экспериментально исследованы параметры потока медленных нейтронов в графитовой тепловой колонне, характеризующие тепловую и опи-тепловую составляющие, как функции расстояния до нейтронного источника. Показано, что использование предварительного парафинового замедлителя позволяет уменьшить параметр а, характеризующий отклонение потока эпнтепловых нейтронов от закона 1/Е, для расстояний от источника, меньших 300 мм.

6. Выбраны оптимальные временные уровня активации, выдержки з измерения наведенной активности с помощью тепловых п быстрых нейтронов. Измерено содержание элементов минеральной составляющей образца почвы. В результате эксперимента обнаружено 17 элементов с помощью тепловых нейтронов и 14 элементов с помощью быстрых нейтронов. Рас-

считанные относительные погрешности измеренных содержаний элементов, в основном, не превышают 25%.

7. На основе померенных плотностей потоков нейтронов, спектра фона, эффективности регистрации спектрометра и данных по квантовым выходам 7-дучей рассчитаны минимальные олачения пределов обнаружения 40 элементов для описанных методов ПАА с иснольоованием ниокопо-точных источников нейтронов.

Рабаа Ливар Лбдуссалам

Активациониып апаляо объектов окружающей среды с пспольоованием ниокопоточиых источников нейтронов

Подписано к печати <.:" Г' .94, формат 60x84/16. Бумага типографская. Объем 1,0 п. л., оакао Тираж 100 рко. Бесплатно.

Ротапринт БГУ \ (

220080, Минск, ул. Бобруйская, 7. ' } №