Способ определения глубины диффузионного проникновения радиоактивных атомов в вещество
Изобретение относится к способам определения глубины диффузионного проникновения радиоактивных атомов в вещество. Целью изобретения является расширение круга радиоактивных веществ, для которых определяется возникшее в результате диффузии распределение атомов по глубине. Способ заключается в измерении спектров гамма-лучей и рентгеновских характеристических фотонов, испускаемых радиоактивными атомами, внедренными в исследуемый образец, определений по этим спектрам отношения интенсивностей гамма-линий и линий характеристического рентгеновского излучения и в сравнении полученных отношений с результатами расчета, основанного на модельном представлении о распределении внедренных атомов по глубине. Параметр, характеризующий это распределение, определяется из условия наилучшего согласия ответных и расчетных данных. Физическая основа способа - различие в коэффициентах поглощения гамма-квантов и рентгеновских фотонов. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) (1I) (gg)g С 01 Т 1/29
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
AO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И. (ЛНРЫТИЯМ
IlPH ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . Н АВТОРСКОМ,Ф СВИД=ТЕЛЬСТВУ
f
t .
R (21) 466401 7/40-25 (22) 20.03.89 (46) 30.08.90. Бюл. N- 32 (72) В.Г.Алпатов, Г.Е.Бизина, А.В.Да-. выдов, Г.P.Êàðòàøîâ и А.А.Садовский
:(53) 543.52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
И 184501, кл. С 01 Н 3/56, 1963.
Авторское свидетельство СССР
У 240864, кл, С 01 Т 1/36, 1967. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ ДИФФУЗИОННОГО ПРОНИКНОВЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ АТОМОВ В ВЕЩЕСТВО (57) Изобретение относится к способам определения глубины диффузионного проникновения радиоактивных атомов в вещество. Целью изобретения является расширение круга радиоактивных веществ, для которых определяется возникшее в результате диффузии рас4
Изобретение относится к прикладной ядерной физике и может быть использовано при исследованиях возникших вследствие диффузии распреде-, лений радиоактивных атомов по глубине вещества и нри изучении процесса диффузии, в частности, для измерения коэффициента диффузии.
Целью изобретения является расширение круга радиоактивных веществ, для которых определяют возникшее в результате диффузии распределение атомов по глубине, Сущность изобретения состоит в том, что измеряют в перпендикулярном по" верхности образца направлении спектпределение атомов по глубине. Способ заключается в измерении спектров гамма-лучей и рентгеновских характе. ристических фотонов, испускаемых радиоактивными атомами, внедренными в исследуемый образец, определении по этим спектрам отношения интенсивностей гамма-линий и линий характеристического рентгеновского излуче-. ния и в сравнении полученных отношений с результатами расчета, основанного на модельном представлении о распределении внедренных атомов по глубине. Параметр, характеризующий это распределение, определяется иэ условия наилучшего согласия ответных и расчетных данных, Физическая основа способа — различие в коэффициентах поглощения гамма-квантов и рентгеновских фотонов. 1 ил. ры гамма- и рентгеновского излучений и по отношению интенсивностей гаммалиний и линий характеристического рентгеновского излучения как самих радиоактивных атомов, так и неактивных атомов матрицы, определяют среднюю глубину диффузионного проникновения.!
На чертеже изображен в разрезе слой исследуемого вещества, на некотором расстоянии от которого находится детектор гамма- и рентгеновского излучений, обладающий достаточной разрешающей способностью для выделения гамма-линий и линий характеристического рентгеновского излучения.
1589227
-МХ Б дет одвт..х, 4 ((2) где постоянная распада радиоактивных атомов; 20 доли испускаемых радиоактивными атомами гамма- и рентгеновских фотонов регистрируемых энергий, приходящиеся на 1 распад; 25 линейные коэффициенты полного поглощения гамма- и рентгеновских лучей радиоакт;.вных атомов в данном веществе матрицы соответственно,; площадь детектора, на которую падают фотоны
v333 Рх, дет
1= дет уи 6 — эффективности детектора для лет К, гамма-квантов и рентгеновских лучей радиоактивных атомов соответственно, 1, — путь в веществе образца, который проходят излучения„ испущенные в объеме dVt в направлении детектора, r, — расстояние от dV до детектора.
Общие регистрируемые детектором интенсивности излучении получаютсяинтегрированием выражений (1) и (2) по объему образца.
Кроме излучений, испускаемых непосредственно радиоактивными атомами, детектор регистрирует вторичное излучение, возникающее в образце вследствие рассеяния и поглощения первичного гамма- и рентгеновского излучений. В частности, в детектор попадают фотоны, испытывающие комптоновское и релеевское рассеяния, а также рентгеновские лучи вещества матрицы, в которую введены радиоактивные атомы.
Это последнее излучение образуется
Пусть диффузионное распределение радиоактивных атомов характеризуется их объемной концентрацией Т(х), которая для плоского достаточно протяженного образца зависит от координаты г. Тогда от радиоактивных атомов, находящихся в элементе объема otV вблизи точки А, детектор зарегистрирует следующие количества гамма-кван- 1О тов и рентгеновских лучей определен.—
:ных энергий в единицу времени: ( т(к) d V е а 6 Вета (1) тФ
15 вследствие фотопоглощения первичных излучений и иных процессов, ведущих к образованию вакансий в электронных, оболочках атомов матрицы, например, при комптоновском рассеянии гаммаквантов на связанных электронах глубоких оболочек, Вторичные процессы дают малые поправки к интенсивностям . гамма- и рентгеновского излучений. К .тому же некоторые из вторичных вкладов можно исключить с помощью отбора по энергии как, например, вклады комптоновского рассеяния и рентгеновских лучей матрицы, если она не состоит иэ тех же атомов, что и продукты распада внедренных в нее радиоактивных атомов.
Для вычисления вкладов вторичных излучений рассмотрим второй элемент объема образца ofV, находящийся вблизи точки В. Вклад гамма-излучения, испытывающего релеевское рассеяние,. составляет:
- y dy„=Z(z) aV, p .И, Вдет лет " 1j 2 где 1 — объемная концентрация атомов матрицы; дифференциальное сечение релеевского рассеяния на угол В; r показаны на чертеже; площадь детектора, просматриваемая" из точки В Вклад вторичного рентгеновского излучения равен: Рф 12 . Х =1(я) о17 Ла „е Рх 1 е Влет ветх 3 4Т 4 в c?1 r, 2 -Мк,, +I(z)dV, Л а„е . -(V 6 „1 1 1 -1" к 4 е Вдет мтх, х 4ц r к 4Кг . а (4) где 6„ и 6 К вЂ” поперечные сечения Ф3 1 . фотологлощения атомами матрицы гаммаквантов и первичных рентгеновских лучей соответственно, — линейный коэффициент Xg полного поглощения вторичных рентгеновских лучей в веществе матрицы I(Z, t,4,ô )хе — Q «» (Л,фф где D — коэффициент-диффузии фф — продолжительность диффузии; эфф Q — общее количество продиффун дировавшего вещества. я Задавая различные значения параметра z = уе С, характерияуиеего среднюю глубину диффузии, можно вычислить набор распределений внедряемых атомов но глубине.и использовать - каждое из вычисленных распределений для расчета интенсивностей гаммалучей и обоих видов рентгеновских излучений. Путем сравнения расчетных отношений интенсивностей гаммаквантов.и характеристических рентгеновских фотонов с экспериментально измеренными отношениями интенсивностей можно определить впд глубинного распределения радиоактивных атомов, реализовавшийся в данном случае. 15892 6 дет хэ эффективность детек тора для вторичных рентгеновских лучей;. а — доля регистрируемых вторичных рентгеновс 5 ких лучей на 1 акт фотопоглощения первичного излучения. Второе слагаемое в формуле (4) отличается от нуля только при условий, что энергия первичных рентгеновских лучей превосходит порог фотопоглощения, соответствующего появлению вакансии в электронной оболочке атома матрицы, после которого испускается регистрируемое вторичное рентгеновское излучение ° Полные вклады вторичных процессов получаются двойным интегрированием 20 выражений (3) и (4) по объему образца (по 47, и по dV<). Учет релеевского рассеяния по формуле (3) требуется лишь при особо точных измерениях. Например, в случае диффузии кадмия-109 25 в серебро вклад релеевского рассеяния в интенсивность гамма-лучей 88 кэВ меньше 1Х. Результаты интегрирования всех четырех выражений зависят от характера распределения I(z). При термодиффузионном внедрении радиоактивных атомов через протяженную плоскую поверхность образца их распределение по глубине z имеет вид: 2 35 4ПФэ Рф {5) 27 В качестве примера приведем результаты опыта по диффузии атомов радиоактивного кадмия-109 в монокристаллическую пластину особо чистого серебра. Пластина представляла собой диск диаметром 25,8 мм и толщиной 0,8 мм, отрезанный от монокристалла серебра на электроэрозионном станке. На одну из плоских сторон пластины было электролитически нанесено 50 мкг радиоактивного кадмия из раствора. CdC1>. Затем пластина была выдержана в течение .-92 ч при 750 С в вакуумно отпаянной кварцевой ампуле. Известные данные о коэффициенте диффузии кадмия в серебре позволили оценить расчетным путем среднюю глубину проникновения атомов кадмия е кристалл: к = /Э С . Эта величина оказалась равной 133 мкм. С помощью германиевого детектора были выполнены измерения интенсивностей гамма-лучей с энергией 88 кэВ, испускаемых образующимися после бетараспада кадмия-109 ядрами серебра-109, и рентгеновских фотонов К-серии серебра (в данном случае энергии рентгеновских лучей матрицы и атомов, образующихся после радиоактивного распара внедренных атомов, совпадают). Эти измерения проделаны как с иэго товленным серебряным гамма-источником, так и с тонким источником, представляющим собой кружок фильтровальной бумаги, пропитанной раствором ра-, диоактивного CdC1 . Этот последний источник позволил определить отношение эффективностей примененного детектора для гамма-лучей и рентгеновс- . ких квантов серебра-109. По формулам (1), (2) и (4) с использованием формулы (5) на ЭВИ вычислялись отношения интенсивностей гамма-линии 88 кэВ и рентгеновских линий К-серии серебра для разных значений параметра z, Выяснилось, что наиболее близкое к экспериментально полученному значение этого отношения соответствует величине z = 125+10 мкм, что хорошо согласуется с вышеприведенной теоретической оценкой. Таким образом,предлагаемый способ является корректным. Использование предлагаемого способа определения глубины диффузионного проникновения радиоактивных ато мов в вещество позволяет проводить подобные измерения с гораздо большим числом разновидностей радиоактивных 15892. йепе ное Юеиие (HOltrPglg gg Р A4YJg0Py Валены ря@у 4хаи5нм Ж7Юффу ) юг)3 м мнйении емйм умений Составитель Б.Рахманов Редактор А.Лежнина Техред N.Дидык КоРРектоР Т,калец Заказ 2539 Тираж 360 Подписное ВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР 113035р Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4j5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 атомов, чем при использовании прототипа. Это приводит к резкому расширению круга веществ, для которых становится возможным изучение диф5 фузии с использованием радиоактивных атомов. Данный способ пригоден не только к определению глубины залегания продиффундировавших атомов, но и ко всем тем случаям, когда имеется 10 обоснованное модельное представление о виде распределения атомов по глубине образца. Например, если в вещество внедряются тяжелые радиоактивные ионы, предварительно ускоренные до on- 5 ределенной энергии, то можно ожидать, что они будут иметь одинаковый. пробег и поэтому образуют внутри мишени структуру в виде тонкого плоского слоя. Глубину залегания этого слоя можно определить данным способом. ! Формула изобретения Способ определения глубины диффу.зионного проникновения радиоактивных 27 8 атомов в вещество, основанный на измерении спектрального распределения излучения, испускаемого продиффундировавшими радиоактивными атомами и атомами вещества матрицы, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения круга радиоактивных веществ, для которых определяют возникшее в результате диффузии распределение атомов по глубине, измеряют спектры испускаемых образцом гамма- и характеристического рентге. новского излучений и по отношениям интенсивности гамма-линий и линий характеристического рентгеновского излучения как самих радиоактивных атомов, так и неактивных атомов матрицы, в которую введена радиоактивность, определяют глубину диффузионного проникновения сравнением с результатами расчета этих отношений для разных задаваемых глубин диффу.зионного проникновения.
