книги из ГПНТБ / Анализ радиоактивных руд a-f-методом Х. Б. Межиборская, В. Л. Шашкин, И. П. Шумилин. 1960- 4 Мб

Кривые поглощения 3-лучей элементов уранового и торие­ вого рядов, снятые с тонкими и толстыми источниками, приве­ дены на рис. 9 и 10.

Соотношения у-излучения элементов уранового ряда приве­ дены в табл. 6 (измерения со сцинтилляционным счетчиком проводились на кристалле NaJ(Tl) диаметром 30 мм и высо­ той 25 мм).

»> РЬ(4мм> + А1(1мм) 2 98

Соотношение излучения равновесного тория и калия с равновесным ураном можно характеризовать так называемы­ ми урановыми эквивалентами.

Урановым эквивалентом элемента называется отношение его активности по данному виду излучения к активности рав­ новесного урана при одинаковых условиях измерения и при

равной массе (для измерений в тонких слоях) или при равной концентрации (для измерений в толстых слоях).

Урановые эквиваленты равновесного тория и калия по р- и у-лучам для разных условий измерений представлены в табл. 7 и 8 [14, 31].

Таблица 7

Таблица 8

То же Fe(2j«j/)H- 0,38 0,00011 4-РЬ( 1мм)+

А1( 1мм)

ГЛАВА II

БЕТА-ГАММА-МЕТОД РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА РУД

§ 1. ПРИНЦИПЫ МЕТОДА

Урано-ториевая равновесная руда и урановая руда с нару­ шенным радиоактивным равновесием могут рассматриваться как двухкомпонентные руды. Для радиометрического анализа таких руд необходимо произвести два определения радио­ активности пробы в таких условиях, при которых' соотношения активности обоих компонентов различны. Обычно используют­ ся измерения по р- и у-излучению [18, 19, 28, 35,36].

Для равновесной урано-ториевой руды можно составить следующие уравнения:

— Qu + с<?тн ’

(Ю)

. — Qu + ^Qtii ,

где Ag—результат, полученный путем сравнения р-излучения пробы и равновесного уранового эталона, рассчитан­ ный по формуле (6) или (7) и выраженный в экви­ валентных процентах урана;

Ау—'аналогичный результат, полученный при у-измере-

ниях;

Qu и Qih —концентрация урана и тория, %;

сир —урановые эквиваленты равновесного тория по р- и у-лучам, приведенные в табл. 7 и 8.

Элементы уранового ряда можно условно разделить на две группы: уран в равновесии с U(Xi+X2) и радий в равновесии с продуктами распада.

Следует отметить, что эманирование руды приводит к нару­ шению равновесия между радием и продуктами его распада. Если подобрать такие условия измерения (см. гл. II, § 2), при которых p-излучение RaE не регистрируется, то эманирование становится эквивалентным нарушению равновесия между ура­ ном и радием, поскольку сам радий является а-излучателем.

22

С учетом этого замечания для урановой неравновесной руды можно написать следующие уравнения:

Др =«Qu+^QRa

(11)

Д^ = zraQy -р nQRi,

где Qu — концентрация урана, %;

Q^a — концентрация радия [точнее Ra (В + С)] % равно­

весного урана;

а и b —доли p-излучения соответственно уранового и радиевого компонентов от суммарного р-излуче- ния уранового ряда, значение которых приведе­ но в табл. 4 и 5.

тип — доли у-излучения тех же компонентов от суммар­ ного у-излучения уранового ряда (табл. 6).

следующие выражения:

дс

Z==\p-c РУДЫ);

I ==—Ь — (для урановой неравновесной руды).

п—Ь

Численные значения коэффициента I для обоих случаев

пр

равны, если у = у .

При соблюдении такого условия по формуле (15) можно определить содержание урана даже в урано-ториевой руде с нарушенным равновесием в ряду урана.

23

Чтобы пояснить это, представим уравнения (J- и у-измерений неравновесной урановой руды, содержащей торий, в следую шем виде:

’ Ар' = aQu + bQxa 4- cQth

(10а)

/Ц =mQu +«QRa + pQTh.

Вобщем случае найти неизвестное Qu из двух уравнений

стремя неизвестными невозможно. Но опыт показывает, что могут быть подобраны такие условия измерений, при которых отношение (3-счета к у-счету для радиевого компонента прак­ тически равно соответствующему отношению для тория, иначе-

исключаются из уравнений одновременно. Тогда решение при нимает вид уравнения (15).

§ 2. ВЫБОР УСЛОВИЙ ИЗМЕРЕНИЯ

При выборе условий измерений следует иметь в виду необ­ ходимость устранения возможных погрешностей за счет влия­ ния эманирования, не учтенного формулой (11).

При p-измерениях наиболее целесообразным является ис­ пользование фильтра толщиной 0,20—0,25 г/см2 (включая тол­ щину стенки счетчика). Фильтр такой толщины поглощает значительную часть p-излучения RaE, калия и все р-излучение- RaB. При этом практически устраняются погрешности, свя­ занные с нарушением равновесия между RaE и радоном (в эманирующих пробах).

Поглощение p-излучения RaE и RaB полезно также и по­ тому, что оно уменьшает долю радиевого компонента в общем p-излучении уранового ряда (см. табл. 4—5).

Наконец, применение фильтра целесообразно при р-измере- ниях в промежуточных слоях (см. гл. I).

При у-измерениях, ведущихся сцинтилляционным счетчи­ ком, полезно использовать трехслойный фильтр (см. табл. 6).

Вработе [40] описан трехслойный фильтр, состоящий из; слоя алюминия, поглощающего р-лучи, слоя свинца, погло­ щающего рентгеновское тормозное излучение, и алюминиевой фольги, поглощающей фотоэлектроны, возникающие в свинце.

Вописываемом случае трехслойный фильтр складывается из слоя железа (крышка светоизолирующего кожуха), свинцо­ вой прокладки и слоя алюминия (крышка контейнера, в кото­ ром находится кристалл).

Анализ данных, приведенных в табл. 4—8, показывает, что,,

используя фильтры при р- и у-измерениях, можно устранить

24

не только указанные выше погрешности, но и влияние тория при анализе неравновесной урановой руды, так как примене-

(см. гл. II, § 1).

Следует отметить, что использование фильтров связано с потерей чувствительности, поэтому к ним следует прибегать только в случае необходимости1. Так, например, фильтры мож­ но не применять при анализе монацитовых шлихов, при ана­

§ 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ, ВХОДЯЩИХ В УРАВНЕНИЯ -у-МЕТОДА

Коэффициенты, входящие в уравнения р-у-метода, при­ обретают различные значения в зависимости от типа счетчика, толщины фильтров и частично от геометрических условий измерения. Значения коэффициентов для некоторых типов счетчиков приведены в табл. 4—8. Экспериментально они мо­ гут быть определены с помощью препаратов, содержащих'

В качестве второго препарата обычно служит очищенная от примесей закись-окись урана, выдержанная в течение 10 ме­ сяцев для установления равновесия между ураном и U(Xi+X2). Наконец, третьим препаратом может служить или окись тория, приготовленная 40—50 лет назад (с установив­ шимся равновесием между торием и мезоторием), или торие­ вый минерал с высоким содержанием тория и возможно более низким содержанием урана.

В первом препарате должно быть тщательно определено содержание урана, тория, радия и коэффициент эманирования, во втором—-содержание урана и в третьем — содержание тория, урана, радия и коэффициент эманирования. Для умень­ шения эманирования образец смоляной руды и препарат тория полезно прокалить. Все три препарата следует измельчать до 230—270 меш. Значения коэффициентов для тонких слоев мо­ гут быть найдены путем непосредственных р- и у-измерений препаратов.

Определение коэффициентов для толстых слоев обычно вы­ полняется на смесях, составленных из препаратов урана и тория и какого-либо неактивного наполнителя, например измельченного известняка или кварцевого песка. Вместо смеси урановой смоляной руды с наполнителем можно использовать любой урановый эталон. В результаты измерений необходимо

25

вносить поправку на эманирование (способ внесения поправка описан в гл. II, § 4).

Определение коэффициентов должно выполняться при соблюдении особой аккуратности и точности измерений.

В результате проведенных измерений непосредственно опре­ деляются коэффициенты а, с, т, р. Коэффициенты b и п вы­ числяются из соотношений

в = 1 — а и п = 1 — т .

Коэффициент I, входящий в формулу (15), может быть непосредственно определен путем |3- и у-измерений равновес­ ного уранового эталона и одной из двух проб: урановой руды с силыюнарушенным равновесием или ториевой руды с воз­ можно более низким содержанием урана. Расчет величины I производится по формуле

непосредственно вытекающей из формулы (15).

Обе пробы должны быть тщательно проанализированы на содержание урана.

Если используется ториевая проба, лишенная урана, то в формуле (16) Qu = 0 и коэффициент / зависит только от

вопределении содержания тория в пробе и содержания урана

вэталоне. Так же может быть использован и радиевый пре­ парат (например, сульфат бария-радия в равновесии с радо­ ном) при условии, что p-измерения ведутся с фильтром, по­ глощающим p-излучение RaE. Последнее условие необходимо, так как в препаратах радия нет равновесия между радием и

Ra(D + E).

§4. ЭТАЛОНЫ. МЕТОДЫ ВНУТРЕННЕГО СТАНДАРТА

ИРАЗУБОЖИВАНИЯ

Получение точных результатов при анализе р-у-методом определяется прежде всего правильным выбором эталона.

Обычно в качестве эталона используется равновесная малоэманирующая урановая руда, практически не содержащая то­ рия, по плотности и среднему атомному номеру близкая к ана­ лизируемой руде.

Всякая ошибка, допущенная при определении содержания урана в эталоне, дает систематическую ошибку в анализах руд. Поэтому изготовление эталонов представляет собой чрез­ вычайно ответственную работу, которая обычно выполняется специальными организациями. Изготовление эталонов отдель-

26

ними аналитическими лабораториями не гарантирует доста­ точной точности анализов, поэтому такие эталоны могут при­ меняться только в качестве рабочих. Для того чтобы ошибка в измерении излучения эталона была возможно меньшей, кон­ центрация урана в эталоне должна быть такой, какую удобно измерять на применяемой установке (обычно 0.1—0,3%).

Если установки не просчитывают импульсов, то активность эталона и анализируемых проб может быть неодинаковой1.

Добиваться точного совпадения состава проб и эталона не нужно. Практически для анализа любых по составу рудных проб достаточно иметь следующие три эталона: 1) силикатный эталон, с которым измеряются все силикатные и карбонатные руды без значительного количества тяжелых примесей; 2) эта­ лон из сульфидной или магнетитовой руды с большой плот­ ностью и относительно высоким атомным номером; 3) эталон из ураионоспого угля.

При использовании равновесных и практически неэманирующих эталонов коэффициенты в уравнении 0-у-метода могут быть взяты из табл. 4—8. Чтобы те же коэффициенты можно было применять при работе с эманирующим эталоном, следует определить коэффициент эманирования эталонной ру.ды и внести поправку на эманирование, приписав эталону неко­

Для уменьшения коэффициента эманирования эталона его можно подвергнуть специальной обработке. Для этого эталон прокаливают при температуре не ниже 800°С в течение 2—3 ч. Коэффициент эманирования руды, прокаленной при таких условиях, обычно не превышает 2—3%. Прокаленный эталон можно использовать через месяц после прокаливания, когда установится равновесие между радием и радоном.

Изменение концентрации урана в эталоне в результате по­ тери веса при прокаливании должно быть учтено.

В отдельных случаях в качестве эталона можно использо­ вать и неравновесную руду. При этом можно прибегнуть к двум методам учета неравновесности эталона:

1 При условии, что содержание урана в пробе или эталоне не дости­ гает величины, при которой оно заметно влияет на общую композицию пробы.

27

1)учесть нарушение равновесия в эталоне аналогично учету эманирования;

2)определить коэффициенты в уравнениях р-у-метода с данным неравновесным эталоном (эти коэффициенты будут показывать соотношения (3- и у-излучения урана и радия или уранового и ториевого рядов при том отношении урана к ра­ дию, которое существует в данном эталоне).

Метод «внутреннего» стандарта. В отдельных случаях не­

возможно подобрать эталон, достаточно близкий по химиче­ скому составу и плотности к анализируемой пробе. Тогда для устранения влияния разницы в плотности и химическом соста­ ве пробы и эталона в качестве эталона используется смесь. Смесь составляется из анализируемой пробы и эталона, в кото­ ром концентрация урана в несколько раз превышает концен­ трацию урана в пробе. Прежде чем составить смесь, необходи­ мо определить, каков должен быть ее вес. С этой целью ана­ лизируемой пробой заполняют до краев тарелочку для измере­ ний и определяют вес пробы. Далее составляют смесь из про­ бы и эталона с таким расчетом, чтобы общий вес смеси рав­ нялся весу пробы. При этом вес эталона в смеси должен со­ ставлять не более 5% веса пробы, а активность эталона долж­ на быть такой, чтобы общая активность смеси была примерно в два раза выше активности пробы.

После тщательного перемешивания полученная смесь, а также исходная проба измеряются по (3 и у-лучам в общепри­ нятом для |3- у-метода порядке.

Результат [3- и у-измерений рассчитывают по формуле

тарелочку до краев. Этого можно добиться, так как при оди­ наковом весе плотность смеси и пробы почти одинакова.

Метод «внутреннего» стандарта может применяться при измерениях в предельных и промежуточных слоях при анализе проб с низкими и средними концентрациями.

Пример.

Анализируемая проба представляет собой измельченный монацитовый концентрат. В качестве внутреннего стандарта используется смоляная руда, содержащая 53% урана.

28