НЕЙТРОННЫЙ АКТИВАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ

В последние годы в ПИЯФ параллельно с работами в области фундаментальной ядерной физики проводятся исследования и разработки прикладного характера, в частности в области нейтронного активационного анализа (НАА).

НАА - это один из ядерно-физических методов неразрушающего количественного анализа элементного состава вещества, основанный на использовании (n,g)-реакции для идентификации элементов по характерным g-линиям. К достоинствам НАА можно отнести высокую чувствительность ко многим элементам (изотопам), независимость результатов от основного состава матрицы образца, отсутствие пробоподготовки, т.е. невозможность потерять какие-либо элементы или внести посторонние примеси и загрязнения.

В ПИЯФ используются два варианта этого метода анализа - инструментальный (не радио-химический) и радиационный.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ АКТИВАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ (ИНАА)

Определение содержания элементов производится по g-лучам, испускаемым радиоактивными ядрами, образовавшимися при облучении исследуемого образца в нейтронном потоке в каком-либо облучательном канале реактора. Образцы весом от 5 до 100 мг и мониторы нейтронного потока (обычно металлические железо и цирконий) запаиваются в ампулы из сверхчистого кварца и облучаются в течение времени от нескольких часов до нескольких дней в потоке тепловых нейтронов. Спектры g-лучей от каждого образца измеряются трижды с различными временами выдержки после облучения: минимальное (обычно 2 дня), 10 и 20 дней. Для измерений используются детекторы из сверхчистого германия. Обработка измеренных спектров производится с помощью компьютерных программ, разработанных в ПИЯФ.

Погрешность определения содержания элементов обычно составляет 5-15 %.

Метод является "абсолютным", т.к., вообще говоря, не требует стандартов состава вещества (ССВ). Чувствительность измерений зависит от ядерных констант изотопов исследуемых элементов (сечение захвата нейтронов, период полураспада, выход g-лучей) и значительно различается для разных элементов периодической системы.

НЕЙТРОННЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ

Определение содержания элементов проводится по g-лучам, испускаемым ядрами мгновенно после захвата нейтронов. Измерительная установка располагается на выведенном из реактора пучке тепловых нейтронов. Для измерений используется планарный детектор из сверхчистого германия. Измерение спектра и его обработка до получения результата для одного образца занимают несколько часов.

Погрешность определения - несколько процентов от измеренной величины. Для калибровки используются ССВ.

Возможен анализ изотопного состава элементов с погрешностью до 5%.

Разработанные методы проверялись и использовались при решении задач как фундаментального, так и прикладного характера и в международных процедурах сличения результатов анализов. Комплексное использование этих методов анализа значительно повышает надежность результатов и расширяет круг определяемых элементов.

Высокие нейтронные потоки реактора ПИК позволят в обоих методах повысить чувствительность измерений и расширить круг определяемых элементов и изотопов.

Для того чтобы максимально продуктивно использовать открывающиеся возможности, необходимо модернизировать имеющийся комплекс установок. Необходимы также доработки аппаратного и программного обеспечения. Это позволит в большей степени автоматизировать процесс измерения и повысить надежность результатов.

АНАЛИЗ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА НЕЙТРОННО-ОПТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

В методе используется явление полного внешнего отражения нейтронов при скользящем падении пучка на оптически чистую плоскую мишень, при этом отражение происходит при угле меньше некоторого критического значения , где l- длина волны нейтрона, N - число атомов в единице объема, b_coh - когерентная длина рассеяния нейтрона. Когерентная длина рассеяния нейтрона является фундаментальной величиной, и ее значение измерено для большинства изотопов.

Если мишень состоит из нескольких изотопов, то, измеряя когерентную длину рассеяния нейтронов на образце, обогащение по одному из них можно определить, принимая, что когерентная длина рассеяния остальных изотопов является средневзвешенной, а их соотношение - как в естественной смеси.

На рис.1 представлены расчетные коэффициенты отражения для естественного кремния и его изотопов в зависимости от угла скольжения пучка нейтронов. При углах, меньших , значения коэффициентов отражения мало отличаются от единицы. Однако, в области углов, больших критического, который индивидуален для каждого изотопа, различия велики и измеримы даже для ²⁸Si, концентрация которого в естественной смеси около 92 %.

Рис.1. Коэффициенты отражения для изотопов кремния

На реакторе ПИК при условии оборудования канала нейтроноводом с параллельным "белым" пучком нейтронов на выходе возможно создание установки для определения изотопного состава образцов (пленка толщиной » 1000Å на оптически гладкой подложке).