Активационный нейтронный и радиационный нейтронный анализы

1)Активационный нейтронный анализ является ядерным процессом, который используется для определения в образце содержания различных элементов. Активационный нейтронный анализ открыли учёные Хевеши и Леви в 1936 году, обнаружившие, что образцы, которые содержат определенные элементы, становятся очень радиоактивными при непосредственном контакте с источником нейтронов. Эти наблюдения показали ,что для идентификации элементов необходимо использовать наведенную радиоактивность. Активационный анализ позволяет дискретным образом определить элементы, так как не учитывается химическая форма образца, и сосредоточен исключительно на ядрах элементов. Так, основным достоинством активационного нейтронного анализа становятся: отсутствие потерь хим. элементов, чистота измерений, а так же отсутствие загрязнения исследуемых образцов. Активационный анализ, основанный на нейтронной активации, требует источник нейтронов. В результате бомбардировки образца нейтронами, происходит образование элементов с радиоактивными изотопами, которые обладают коротким периодом полураспада. Радиоактивные излучения и радиоактивные распады известны для любого элемента. Проанализировав полученную информацию, можно определить элементы, находящиеся в образце, а так же их концентрацию.

Поглощая ядрами золота Au (197) нейтроны, в реакции происходит образование радиоактивного изотопа золота Au(198) , период полураспада составляет 2.7 дня.

2)Радиационный нейтронный анализ. При радиационном нейтронном анализе определение концентрации элементов проводят по гамма-лучам, сразу после захвата нейтронов испускаемыми ядрами. На нейтронном пучке, выведенном из реактора, располагается установка для измерений. Подготовка образцов проходит тем же образом, как и в активационном нейтронном анализе. Измерение спектра и обработка результата этих измерений для одного образца занимает несколько часов.

Детекторы

Существует множество детекторов, которые используются в нейтронном анализе. Многие детекторы применяются для обнаружения испускаемого гамма-излучения. Наиболее распространённые типы детекторов: полупроводниковые, сцинтилляционные и газ-ионизирующие детекторы.

В сцинтилляционном типе детекторов используются чувствительно-радиационные кристаллы, чаще всего, легированные йодидом натрия или таллия , который , при попадании на него гамма-фотонов, излучает свет. Такие детекторы высокочувствительны и стабильны.

В полупроводниковом детекторе используется германий (полупроводниковый элемент). Чтобы контактный диод сформировался, нужно германий подвергнуть обработке, и при охлаждении до 70 (К) при помощи жидкого азота для уменьшения темнового тока и шума детектора, вырабатывается сигнал,который пропорционален энергии фотонов падающего излучения. Основными детекторами из германия являются: литий-плавающий Ge(Li), и из высокочистого германия.

Аналитические возможности нейтронного анализа

При нейтронном анализе можно обнаружить около74 элементов, в зависимости от выбранной процедуры. Элементы имеющие большую массу,имеют большее ядро, вследствие чего площадь сечения захвата нейтрона велика и, вероятнее всего, будут активированы. Некоторые ядра,не подвергаясь распаду или трансмутации, захватывают нейтроны и остаются стабильным. Другие ядра распадаются мгновенно, и образуются только стабильные изотопы.

Материалы, изучаемые при помощи нейтронов

Нейтроны особенно полезны при изучении:

− структуры (ядерная и магнитная) тонких пленок с использованием нейтронной

рефлектометрии

− структуры макромолекул (полимеров, протеинов и ядерных кислот) в

пространственных масштабах порядка от 1 до 100 нанометров с

использованием рассеяния нейтронов на малые углы

− структуры наночастиц с использованием методов полного рассеяния и анализа

функций парного распределения

− структуры и динамика абсорбированных веществ, промежуточных продуктов

реакций и химических продуктов на метал-оксидных основах и гетерогенных

каталитических поверхностях в условиях реакций

− натурной динамики протонов в материалах с водородными связями

− натурной динамики в ограниченных системах

− динамики спинов (как индивидуальных, так и коррелированных) молекулярных

магнитов и ансамблей магнитных наночастиц

− связывание нанопокрытий с поверхностями