книги из ГПНТБ / Методы радиоизотопного анализа продуктов нейтронной активации и деления

Т а б л и ц а 2.1

Величина выхода, .как правило, обусловлена химиче­ скими свойствами элементов, характером предшествую­ щих операций и специфичностью используемых реаген­ тов. Относительно низкие значения выхода в данном слу­ чае объясняются комплексообразованием или гидроли­ зом (Zr95, Ru106), отсутствием в схеме селективных реа­ гентов (Sc46, Sb125).

Тем не менее величина химического выхода, лежащая в пределах 30—90%, позволяет считать данную схему разделения методом полуколичественного анализа.

91

СХЕМА. С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ •ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА

Одним из эффективных методов разделения радио­ изотопов служит электродиализ, т. е. перенос ионов че­ рез мембрану под действием электрического поля.

Наложение электрического поля приводит к трудно­ стям, связанным с реакциями на электродах, т. е. с об­ разованием около катода щелочной, а около анода кис­ лотной сред, которые снижают степень разделения ионов. Применение селективных ионообменных мембран, обладающих способностью пропускать только ионы од­ ного знака, не только устраняет указанные трудности, но и увеличивает эффективность метода в целом. При этом продукты электродных реакций не проникают в среднюю камеру в таком количестве, чтобы повлиять на химический состав среды. Варьируя составом раствора в средней камере, можно создать такие условия, при ко­ торых одни ионы будут образованы в виде анионных ком­ плексов, другие — в катионной форме; кроме того, могут быть образованы и нейтральные формы. Таким образом, смесь изотопов будет разделена по крайней мере на 3 группы.

Используя среду из 1 и. ITF, можно разделить оскол­ ки деления на три группы: Sr90 и Cs137 мигрируют в ка­ тодную камеру, Zr95 и Тс99, образующие отрицательно заряженные комплексы, мигрируют в анодную камеру, а электроиейтральные молекулы У91, Се144 и Pm147 остают­ ся в средней камере [5].

В процессе разработки методики группового разде­ ления с применением радиоактивных индикаторов подби­ раются условия разделения — состав среды, тип мем­ бран, оптимальное время разделения, количество носи­ телей, плотность тока и т. д. При этом каждый раз не­ обходимо моделировать процесс разложения навески не­ активного грунта, в который вносятся индикаторы и ра­ створ смеси носителей.

Установлено, что наиболее целесообразно применять комбинированный тип мембран, ставя со стороны' сред­ ней камеры дополнительно целлофановую мембрану, ко­ торая защищает ионитовую мембрану от сорбции изото­ нов.

Результаты исследования кинетики миграции различ­ ных изотопов из средней камеры, представленные на рис. 2.2, показывают, что оптимальным временем разде-

92

Леиия является ß ч при плотности тока 0,5 а/дм* площа­ ди сечения ионитовых мембран.

Подготовка пробы и.разделение заключаются в сле­

Рпс. 2.2. Кинетика миграции _радиоизотопов из средней камеры:

сыо концентрированных HN03 и.HF. Сухой остаток пос­ ле последней обработки переносится 20 мл 1 н. HN03 в стакан и растворяется при медленном нагревании.

Установку для электродиализа собирают как показа­ но на рис. 2.3. В среднюю камеру заливают 75 мл ди­ стиллированной воды, 5 мл концентрированной HF, за­ тем вносят растворенную в 20 мл 1 н. HN03 пробу. В бо­ ковые камеры заливают по 200 мл 1 н. HF. Раствор в средней камере перемешивают в течение 10—15 мин, после чего подается напряжение на электроды. Стабиль­

93

ный режим устанавливается постепенно, поэтому в те­

Практика показывает, что изотопы,наведенной актив­

Рис. 2.3. Трехкамерная ячейка для электродналнза с комбинированными мембранами:

миграционного разделения из фтористоводородной среды разделяются на следующие группы:

1) катионную — Мп54, Со60, Ru103, Cs134' 137, Ва'40;

2)анионную — Zr95, Mo99, Sb125, Та182;

3)нейтральную — Се141, Eui52' 154, Tb160.

Вцелом, описанные выше приемы и методы иденти­ фикации с использованием однокристальной сциитилляционной ß- и у-спектрометрии позволяют в присутствии осколочных продуктов возраста 10—30 суток проводить качественное определение ряда продуктов нейтронной активации, а именно: Ca45, Sc46, Mn54, Fe59, Со57’60, AgI10m,

Sn113, Sb124, Eu152' 154, Tb160, Ta182, W181' 185, Pa233.

94

2.2. НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ В ПРОБАХ СЛОЖНОГО СОСТАВА

Для иллюстрации приемов и способов окончательной идентификации изотопов в смеси сложного состава рас­ смотрим некоторые примеры качественного анализа групп, выделенных но методике группового разделения, описанной в предыдущем разделе.

Необходимо подчеркнуть, что в приводимых приме­ рах рассматривается идентификация таких изотопов, из­ лучение которых невозможно обнаружить путем прямых у- или ß-спектрометрических измерений неразделенной смеси, - так как оно замаскировано излучением других изотопов.

К А Л ЬЦ И И -«

Препарат, выделенный на носителе Са после нитрат­ ного отделения Sr и Ва, проверяют на радиохимическую чистоту путем измерений на гамма- и бета-спектромет­ ре. Если этот препарат оказывается чистым ß-излучате- лем с максимальной энергией ß-частиц 255 кэв, то он идентифицируется как Са45. Определение периода полу­ распада препарата служит дополнительным средством идентификации.

СКАНДИЙ-46, МАРГАНЕЦ-54, ЖЕЛЕЗО-59. КОБАЛЬТ-57, 58. 60

На у-спектрограмме препарата гидроокисей", очищен­ ных ранее от редкоземельной и циркониевой групп, ре­

На основании химических свойств элементов и схем распада соответствующих изотопов можно предполо­ жить, что данный спектр образован у-излучением сле­ дующих компонентов:

Sc46(£ v = 889 и 1120 кэв), Мп54(£ ѵ = 830 кэв),

95

Способом последовательного графического вычитания нормированных спектров рабочих препаратов Sc46 и Со60 исходный аппаратурный спектр смеси «очищается» от вклада этих излучателей и на результирующем спект­

ветствующего значения для рабочего препарата Со58, то это указывает на наличие Мп54. После вычитания нор­ мированного спектра рабочего препарата Fe59 и затем Со58 (нормирование производится по площади фотопика

Аппаратурный у-спектр осадка, выделенного на носи­ теле Ag, приведен на рис. 2.5. При последовательных из­ мерениях во времени фотопики с энергиями £ ѵ=247 и 342 кэв изменяются в соответствии с периодом полурас­

фективности, а также изменение величины фотопиков во времени позволяют считать их принадлежащими у-излу- чению AgUQm.

При этом следует указать, что фотопики с- £ 7 =658, 885 и 1505 кэв образуются за счет первичного у-излуче- нмя; фотопики с £ ѵ =2040 и 2270 кэв образуются за счет каскадных у-квантов; фотопик с £ ѵ =1385 кэв обуслов­ лен как ионизирующим у-излучением, так и эффектом суммирования.

При необходимости дополнительная идентификация Ag-iiom может быть проведена с использованием спектро­ метра суммарных совпадений при настройке окна дис­ криминатора иа пики'суммы с £ ѵ = 1545 или 2040 кэв. В первом случае каскад составляют у-линии с энергиями 658 и 885 кэв, во втором случае в суммировании в ос­ новном участвуют линии 658, 1385 и 447 кэв; 658 и 937 кэв.

ИЗОТОПЫ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Препарат, выделенный на La-групповом носителе для редкоземельных изотопов п очищенный от изотопов Се (Се141- т ), содержит большое количество различных

излучателей, идентификация которых на однокристаль­ ном сцинтилляшюнном спектрометре является весьма f

сложной.

98

На рис. 2.6 приведены у-спектры этой фракции изо­ топов, полученные через различные промежутки времени после радиохимического выделения (1, 270 и 375 суток). Совокупность спектрограмм показывает, что их форма претерпевает существенные изменения со временем, ибо в препарате присутствуют изотопы с различными перио­ дами полураспада и различными схемами распада.

Скорость счета, отн.ед.

Рис. 2.6. Аппаратурный у-спектр фракции изотопов РЗЭ: •

7* 99

Фотопнки спектрограммы, измеренной через сутки после радиохимического выделения, могут быть припи­

Если на спектрограммах редкоземельных препаратов, измеренных после распада La140, фиксируются фотопики со средними энергиями Е у =2000 и 2100 кэв, то это оз­ начает наличие Ей156, поскольку другие редкоземельные изотопы с £„2 >10 суток ие имеют у-излучения в этой области энергий. Завышенное значение активности Nd147, найденное по площади фотопика с £ ѵ= 90 кэв, по срав­ нению с тем же значением, полученным по фотопику с Еу =531 кэв, а также спад во времени площади фото­ пика с £ V= 1200 кэв с периодом полураспада, близким к 15—16 суткам, также являются доказательствами при­ сутствия в смеси Ей156.

Если при измерениях препарата в период 200— 300 суток после радиохимического выделения фотопик с Еу =90 кэв уменьшается с эффективным периодом полу­ распада порядка 60—80 суток, то это указывает на на­

но невелик. Дополнительным указанием на наличие Tb160 служит увеличение со временем отношения площадей фотопиков с Еу =124 и 90 кэв. Наличие Tb160 в пробах можно ожидать вследствие больших сечений реакции ТЬ159(п, у)Tb160 в широком диапазоне энергий нейтро­ нов.

Наличие на спектрограмме, измеренной примерно че­

100