khimie.ru

Нейтронно-активационный анализ для своего проведения требует довольно сложного оборудования, однако принцип, лежащий в основе этого необычайно чувствительного метода, очень прост. Известно, что многие химические элементы в обычных условиях не являются радиоактивными, но после облучения становятся радиоактивными. Чаще всего для облучения используют нейтральные частицы-нейтроны атомного реактора либо радиоактивного источника. Ядра стабильного элемента, взаимодействуя с нейтронами, превращаются в ядра радиоактивного элемента и начинают испускать излучение с характерной энергией. Регистрируя это излучение, можно установить, какому радиоактивному элементу оно принадлежит.

Следовательно, радиоактивное излучение возникает при распаде атомных ядер. Для аналитических целей особый интерес представляет β-излучение (испускание электронов или позитронов), которое может сопровождаться γ-излучением, электромагнитным по своей природе и имеющим аналогию с видимым светом, но отличающимся от него более высокой энергией.

Распад ядер химических элементов подчиняется статистическим законам. Для каждого элемента характерным параметром является время, в течение которого число данных ядер в образце уменьшается наполовину, следовательно, за это время изменяется на 50 % и интенсивность излучения. Этот период времени называется периодом полураспада; у одних элементов он составляет несколько секунд, а у других — миллионы лет.

При регистрации β- или γ-излучения для определения периода полураспада надо построить зависимость регистрируемой радиоактивности образца от времени и по этим данным рассчитать требуемый параметр. В том случае, когда излучение данного образца обусловлено радиоактив­ным распадом одного-единственного элемента, получаются ясные и однозначные результаты. Предположим, однако, что мы имеем дело с образцом, в котором одновременно присутствуют два радиоактивных элемента, причем интенсивности излучения для каждого из них различны. Тогда источник сильного излучения создаст мощный фон и регистрация изменения радиоактивности от слабого источника будет очень затруднена. Нелегко интерпретировать результаты измерения, если в одном образце одновременно находятся два источника, близкие как по интенсивности излучения, так и по величине периода полураспада. Немало неудобств доставляет регистрация радиоактивности элементов с очень коротким (1-2 мин) периодом полураспада, но если период полураспада очень велик и превышает, например, несколько лет, то продолжительность этих экспериментов чрезвычайно возрастает. Шестьдесят лет назад подобные проблемы решать не удавалось, однако в настоящее время эти эксперименты уже не вызывают особых затруднений благодаря тому, что на помощь исследователям пришли ЭВМ.

Измерения γ-излучения дают возможность не только определить период полураспада, но и получить важные сведения о составе исследуемого вещества. По энергии γ-излучения можно достаточно ясно различить отдельные элементы. После появления ЭВМ и полупроводниковых детекторов оказалось возможным изучать γ-спектры различных образцов, т.е. измерять энергию излучения только γ-квантов, а энергетические характеристики других видов излучения при этом не учитывать. В γ-спектре легко выделить отдельные пики, различающиеся между собой по энергии излучения (рис.); каждый пик может указывать на присутствие определенного элемента. Измерение интенсивности этих пиков позволяет получить достоверные сведения о концентрации соответствующих элементов.

Как мы теперь знаем, внедрение в криминалистику метода нейтронно-активационного анализа было значительно более стремительным, чем любого другого метода анализа.