Способ определения периода полураспада короткоживущих радиоактивных изотопов

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРИОДА ПОЛУРАСПАДА КОРОТКОЖНВУЩИХ РАДИОАКТИВНЬК ИЗОТОПОВ, заключающийся в облучении потоком ионизирующего излучения элемента, из которого образуется исследуемый изотоп, и последующем многократном измерении его активности , отличающийся тем, что, с целью обеспечения экспрессности измерений при сохранении их точности , облучают одновременно в.идентичных условиях не менее двух образцов , содержащих одинаковое количество элемента, причем для измерения активности приготавливают образцы, в которых содержание элемента /т / устанавливается выражением: к А max g nCk-O-t, Ш - е «с« q где т - постоянная распада исследуемого радиоактивного изотопа} А - максимальная активность, регистрируемая данной измерительной системой; q - удельная активность изотопа для данньпс условий облучения и измерения; К - номер образца в порядке измерения его активности; п - число последовательных изме (Л рений активности образца, С t - интервал времени между окончанием облучения и началом - о первого измерения первого об разца; 00 t - интервал времени между нача65 лом двух последовательных из мерений, а активность образцов измеряют в по рядке возрастания концентрации эле:А мента в них.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (51) 4 G 01 T 1 30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

dN О 693

dt — т

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTD

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 2932057/18-25 (22) 30. 05. 80 (46) 15.08. 89. Бюл. У 30 (71) Государственный ордена Октябрьской Революции научно-исследовательский и проектный институт редкометал. лической промьппленности "П1Редмет" (72) А.В. Андреев (53) 621.387.424(088.8) (56) Мухин К.Н. Введение в ядерную физику.-M., Атомиздат, 1965, с. 105111.

Кузнецов P.À. Активационный анализ.-M. Атомиздат, 1974, с,198-200. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРИОДА

ПОЛУРАСПАДА КОРОТ КОЖИВУЩИХ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ, заключающийся в облучении потоком ионизирующего излучения элемента, из которого образуется исследуемый изотоп, и последующем многократном измерении его активности, отличающийся тем, что, с целью обеспечения экспрессности измерений при сохранении их точности, облучают одновременно в идентичных условиях не менее двух образцов, содержащих одинаковое количество

Изобретение относится к области ядерной физики н наиболее эффективно может быть использовано в исследованиях характеристик распада короткоживущих радиоактивных изотопов (напр. периодов полураспада) н оп«. ределения количества ядер изотопа путем измерения его активности. элемента, причем для измерения активности приготавливают образцы, в к которых содержание элемента /m / устанавливается выражением. к Аиах %to %n(k-i) t, m =е .е

Я где — постоянная распада исследуемого радиоактивного изотопа;

А — максимальная активность, реаах гистрируемая данной измерительной системой;

q — удельная активность изотопа для данных условий облучения и измерения;

К вЂ” номер образца в порядке измерения его активности; и — число последовательных измерений активности образца, t — интервал времени между окон0 чанием облучения и началом первого измерения первого образца; — интервал времени между началом двух последовательных измерений, а активность образцов измеряют в порядке возрастания концентрации элемента в них.

Известен способ измерения периода полураспада /T/ радиоактивного изотопа, заключающийся в измерении абсолютной величины активности (1).

Величину Т определяют из выражения: з 867163 где N - число радиоактивных ядер в момент

Измерив скорость распада ядер, из выражения (1) вычисляют значение ве5 личины Т.

Недостатком данного способа является необходимость измерения абсолютной величины активности изотопа, что представляет сложную и трудоем- 10 кую задачу. Кроме того, данный способ может быть-применен для измерения долгоживущих изотопов, когда изменением активности изотопа за время измерения измерения можно прене- 15 бречь.

Известен также способ определения периода полураспада радиоактивных изотопов (2), заключающийся в облучении потоком ионизирующего иэлуче; 20 ния элемента, иэ которого образуется в результате ядерной реакции исследуеМый радиоактивный изотоп, и последующем многократном измерении в течение равных промежутков времени его активности. Из отношения измеренных активностей определяют величину Т.

Известно, что количество распавшихся ядер данного радиоактивного изотопа . Ы за время измерения 11< составляет:

N. -N (1-е ) (2) .-qt

6 где 4 — 0,693/Т, N " количество 35 радиоактивных ядер в момент начала измерения активности. Для второго измерения, выполненного через время имеем:

- A(«« ) (1„A a ) (3) 40 о

Из соотношений этих равенств получаем:

В< 0 693/Т t + й, Т

Из выражения (4) вычисляют значение Т, Обычно выполняют много таких последовательных измерений активности одного облученного образца и рассчитывают среднее значение Т. Существуют и другие способы обработки

1 таких данных, например, с помощью

ЭВИ определяется показатель экспоненты, из которого вычисляют значение Т.

Недостатки данного способа состоят в следующем: существующие систеMM для измерения активности обладают ограниченным быстродействием (напр, сцинтилляционные гамма-спектрометры надежно регистрируют активности не более (О, 5-1, О) 10 имп(с), что огра5 ничивает количество измерений активности одного образца с достаточно малой статистической погрешностью (обычно не более 4-5). Увеличение числа измерений уменьшает величину активности и ухудшает отношение активности к фону, приводя к необходи-. мости измерения последнего, что значительно увеличивает общее время измерений и погрешность определения величины Т. Обычно используют многократное облучение образца (образцов) и измерение его (их) активности.

Целью данноro изобретения является обеспечение экспрессности измерений при сохранении иэ точности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения периода полураспада короткоживущих радиоактивных изотопов, заключающемся в облучении потоком ионизирующего излучения элемента, из которого образуется исследуемый изотоп, и последующем многократном измерении его активности, облучают одновременно в идентичных условиях.не менее двух образцов, содержащих одинаковое количество элемента, причем для измерения активности приготавливают образцы, в которых содержание элемента

/m""/ устанавливается выражением: к А и й, Лн(и->)t>

Щ е е т

Я где « «постоянная распада исследуемого радиоактивного.изотопа;

А „ — максимальная активность, ретaõ гнстрируемая данной измерительной системой, удельная активность изотопа, для данных условий облучения и измерения;

К - номер. образца в порядке изме-. рения его активности;

n - число последовательных измерений одного образца;. и " интервал времени между оконO. чанием облучения и началом первого измерения первого образца;

t1 - интервал времени между началом двух последовательных измерений, Измерение активности образцов за- полняется в порядке возрастания концентрации элемента в них.

867163 6

Путем несложных преобразований можно показать, что. в общем случае активность к-ro образца перед началом измерения с порядковым номером

"e (где "e" принимает значения О, 1, 2,...,n) может быть записана в к -7\1 - h(tll к-11+ е) t (6) е где А — активность "к"-го образца в момент окончания облучения.

Каждый образец должен содержать такое количество элемента, чтобы к моменту первого измерения его активность (А„) должна равняться предельк но допустимой для данной измерительной системы (А „),то,есть

A =A = ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° Ао Ал мх

Активность образца в момент окон" . чания облучения (А"), при прочих рав-. ных условиях, пропорциональна массе облучаемого элемента:

А"=q m" (8) 5

10 или

K Асмах Мо "пn(-i)< i

m = е е

Ч

Необходимо отметить, что величина "к" обусловлена количеством элемента, которое может быть одновременно облучено в устройстве пля облучения, и удельной активностью, которая может быть достигнута в данных условиях эксперимента, и предельной величиной регистрируемой активности.

Время С1=t. +, где t< — время измерения активности образца, t — время задержки между окончанием предыдущего и началом последующего измерений, Величина t зависит от периода полую распада исследуемого изотопа и составляет (0,2-0,4) Т, Величина и определяется временем, необходимым для вывода информации из измерительной системы и замены образцов перед детектором, Для упрощения процедуры приготовления образцов для измерения активности удобно использовать частный случай, когда и t W. В этом случае масса каждого последующего образца должна быть в два раза больше предыдущего.

Преимущества данного способа состоят в следующем, В результате одно35

Учитывая (8), выражение (6), для е=0, примет вид:

/. го облучения получают серию данных с максимальной величиной активности! в каждом измерении, Количество измерений, полученных для одного облучения значительно больше, чем в любом другом известном способе, Все измерения одной серии являются рядом непрерывных данных одной конкретной экспоненты, обработка которых несомненно проще, чем несколько серий с тем же количеством (суммарным) данных, полученных при многократном облучении одного (или нескольких) об15 разц а, Пример. Рассмотрим реализацию способа на примере определения 2B периода полураспада изотопа Al, образующегося по реакции S1/n.р./

28 ° вА1, при облучении кремния нейтро. нами с энергией 14 ИэВ на нейтронном генераторе.

Ориентировочное значение периода полураспада данного изотопа составляет 2,3 мин. Поэтому режим облучения и измерения был выбран следующим: время облучения 5 мин, t = 1 мин., t,= 5 с, е = 30 с, п = 4. Для облучения использовали устройство, в котором одновременно располагалось. во- . семь образцов. Устройство обеспечивало вращение образцов вокруг дейтонного пучка нейтронного генератора таким образом, чтобы траектории движения образцов относительно мишени были идентичны, Предварительно облу" чается один образец в этом устройстве, для определения удельной актив" в ности изотопа Al которая изме- рялась сцинтилляционным гамма-спектрометром с кристаллом NaJ(Te) размером 76х76 мм. Для выбранных условий эксперимента удельная активность составила q=550 имп/мг. Предельная

45 величина регистрируемой активности образца 2 -10 имп/с, при этом ак4 тивность изотопа вА! составляет

3-5 10 имп/30 с (в первом иэмере4 нии) .

В устройство для облучения эагружалось восемь образцов порошкового кремния массой по 800 мг. После облучения все образцы ссыпались вмес- те и тщательно перемешивались. Затем изготавливался первый образец массой 60 мг и измерялась его активность четыре раза в течение 30 с, I

После. окончания каждого измерения информация выводилась на цифропе86 716 3 чатающее устройство. Весь процесс измерений полностью автоматизирован.

После окончания четвертого измерения на детектор располагался второй образец массой вдвое больше первого.

Необходимо отметить, что при изго товлении последующих образцов исполь-! ... ,зовались и предыдущие, В таблице приведены результаты одного цикла измерений по предлагае-., мому и известному способу (облучает5 ся один образец и непрерывно измеряется до полного распада изотопа, время одного измерения 30 с, масса образца и начальная активность те же, что и в первой серии), Масса Иэмеренобраэца ная активность

Удельная активИзмеренная Удельная активность активность

Масса образца ность

59,4

102, 1

194,0

Известный способ ческая погрешность измерения активностей в первой серии находится в диапазоне (0,6 0,8)g,,а второй серии— (0,6-3,3)X ° Таким образом, при прочих равных условиях, для достижения одинаковых погрешностей в известном способе необходимо выполнять несколько облучений, что увеличивает общее вре;мя определения периода полураспада.

В результате обработки приведенных данных были получены спедующие значения периода полу)распада изотопа: в первой серии (предлагаемы способ) 2,23 мин, во второй серии (известный способ) — 2,25 мин. Как видно иэ приведенных данных, значимых расхождений между полученными значениями не наблюдается. Однако необходимо отметить, что статисти33222

2774)

23101

19084

26737

12416

18918

15482

24758

16728

14182

32260 ., 2 7580

23874

20203

17563

14928

12831

11066

0328

8136

7009

5850 л

559

467

389

321

261

152

128

106

86

19693

401,1 )5462

13647

22864

18864

ЙОЗ, 6

12944

13353

I)487

3196,1

8078

4291

3690 ,3247

,2690

2322

1543

1059

937

59

49

39

34

28

24

16

4.,2

3,6

3,0

2,5