книги из ГПНТБ / Анализ радиоактивных руд a-f-методом Х. Б. Межиборская, В. Л. Шашкин, И. П. Шумилин. 1960- 4 Мб
.pdfПродолжение табл. 14
Номер опре |
X |
■х - |
(х-Рх)2 |
|
деления |
||||
|
|
|
||
4 |
0,227 |
+0,008 |
0,000 064 |
|
5 |
0,223 |
+0,004 |
0,000 016 |
|
6 |
0,219 |
0,000 |
0,000 000 |
|
7 |
0,221 |
+0,002 |
0,000 004 |
|
8 |
0,227 |
+0,008 |
0,000 064 |
|
|
Рх=0,219 |
|
S 0,000382 |
Среднее арифметическое равно 0,225%. Допустимое отклонение резуль
татов отдельных определений для данного содержания |
составляет |
10% |
В определении № 2 результат отклоняется на +12,1% |
по сравнению с |
|
эталоном и на +11,5% по сравнению со средним арифметическим. |
По |
|
этому определение № 2 при обработке результатов должно быть исклю
чено. Среднее арифметическое |
без определения № 2 |
равно |
0,219% U. |
||||
|
|
0,000382 о |
у. |
|
|
||
|
|
|
7-1 |
|
|
|
|
Средняя квадратичная |
n |
|
|
0,008 |
|
||
ошибка (в относитель- |
=—-------= 3,6%, |
5 ~=0,003% U. |
|||||
ных процентах) |
|
0,219 |
’ |
’ |
у |
7 |
|
|
При п= 7 |
|
^о.ээ — 3,707. |
|
|
||
Следовательно, |
истинная концентрация |
металла в |
пробе должна ле |
||||
жать в пределах |
0,219 ± 3,707 X 0,003%, |
т. |
е. между |
0,208% |
и 0,230%. |
||
Это значит, что анализы сделаны без систематической погрешности.
4 Анализ радиоактивных руд
ГЛАВА /V
РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ РУД
§ 1. ПРИНЦИПЫ АНАЛИЗА
Для радиометрического анализа терхкомпонентных радио активных руд необходимо произвести три измерения в усло виях, в которых соотношение радиоактивности компонентов было бы разным. Это могут быть измерения по разным видам излучения или измерения по одному виду излучения, но с при менением дискриминации по энергии.
Вприродных условиях к трехкомпонентным можно отнес ти урано-ториевые руды с нарушенным равновесием в ряду урана (уран, радий, торий) и породы, содержащие калий и равновесные уран и торий.
Впервом случае можно использовать измерения актив ности по р-лучам, по общему и жесткому у-излучению, при меняя сцинтилляционный счетчик или специальные схемы сов падения [6, 241.
Измерения по общему и жесткому у-излучению могут быть заменены измерениями, у-излучения в определенных спект ральных интервалах, в которых наблюдается значительная
разница между у-излучением уранового и |
ториевого рядов |
[37], или измерениями общего у-излучения |
и определенного |
спектрального интервала у-лучей в мягкой части спектра. Для раздельного определения калия, урана и тория мож
но применить измерения на сцинтилляционном спектрометре в трех интервалах или измерения общего у-излучения и излу чения в двух спектральных интервалах.
Если кроме у-измерений использовать еще и р-измерение. то станет возможным анализ четырехкомпонентной породы (уран, радий, торий, калий). Однако незначительные концент рации радиоактивных элементов, при которых необходимо учитывать калий, приводят к большим трудностям на пути практической реализации этой возможности.
Соотношения между концентрацией радиоактивных эле ментов и активностью пробы могут быть выведены в общем виде, независимо от характера используемых излучений.
50
Сделаем следующие предположения: Rb R2 и R3 — радио*
•активность пробы соответственно при первом, втором и треть ем измерениях, выраженная в эквивалентных процентах рав новесного урана;
Ль Л2 и As — концентрация первого, второго и третьего ■компонентов;
аи—урановый эквивалент первого компонента по первому
•измерению;
^22 — урановый эквивалент второго компонента по второму
•измерению и т. д.
Тогда можно написать, что
+ ^'12^2 Т* |
л Т?2 — ^'21'^1 |
"Т" ^'22'^2 |
Н- ^2зЛ3, |
*3 = азИ1 + й32^2 + а33^3 |
■ |
(36) |
|
Решения этих уравнений выражаются через соотцетству- ■ющие детерминанты.
При анализе урано-ториевой руды с нарушенным равно весием в ряду урана по р- у- и жесткому у-излучению урав
нение |
(36) можно написать в следующем виде: |
|
|
|
|||||
|
Лй =tzQ'j 4 |
ftQpn + cQrii |
, |
A-f = QKn +/’/QTh, |
(37) |
||||
|
|
|
|
Л^ — Qfin A~ P QtIi . |
|
|
|
||
тде Qu и Q ть |
—концентрация урана и тория, |
% |
|
|
|||||
|
|
Qsn -- концентрация |
радона, °/о от равновесного |
||||||
|
|
|
урана; |
|
|
|
|
|
|
Лр, А^ , |
А.{' |
— активность пробы по £-, у- и жесткому у-из- |
|||||||
■а, Ь, |
с |
и р |
лучению, % от равновесного урана; |
гл. 1, |
|||||
—соответствующие |
коэффициенты |
(см |
|||||||
|
|
р' |
§ 6); |
|
|
по |
жесткцм |
||
|
|
— урановый эквивалент тория |
|||||||
|
|
|
у-лучам. При этом пренебрегаем у-излуче- |
||||||
|
|
|
нием U(X!+X2). |
а2)=а31 = 0 |
и а22=а32=1, |
||||
В результате в уравнениях (36) |
|||||||||
что и приводит к упрощенной форме уравнений |
(37). |
|
|||||||
Решение уравнений (37) может быть представлено в сле |
|||||||||
дующем виде: |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
1 |
с — bp' |
|
Ьр — с |
, |
’ |
(38) |
|
|
|
а |
а(р' — р)^'( |
+ а (р' - р )' |
‘7 |
|||
|
|
|
9™= р,'_р |
(л'-Д, ) ’ |
|
|
(39) |
||
Из уравнений (39) и (40) видно, что при пренебрежении у-излучением U(Xi + X2) концентрация радона и тория вычис ляется без использования результатов p-измерений (только по общему и жесткому у-излучению).
4* |
51 |
При использовании урановой неравновесной руды без тория
(двухкомпонентная руда) A |
.Тогда по уравнению (39) |
|
Сть = 0, по уравнению (40) Qrh |
и по уравнению |
(38) |
после элементарных преобразований |
|
|
1 |
Ь |
(41). |
Qu = а |
а Лу ■ |
|
Выражение (41) эквивалентно выражению (15) при |
т = 0. |
|
Третий член в уравнении (38) |
становится равным нулю, ес |
|
ли условия измерений подобраны так, что Ьр = с (см. гл. II, §2). |
||
В этом случае, подставляя в |
уравнение (38) вместо с про |
|
изведение Ьр. получаем уравнение (41).
Рис. 15. Спектр у-излучения калия, снятый на сцинтилляционном у-спектрометре при ширине канала 45 кэв.
Если измерение по жесткому у-излучению заменяется изме рением у-излучения в определенном интервале спектра, то в= формулах (38, 39, 40) р' приобретает значение уранового экви валента тория по измерениям в данном спектральном ин тервале.
При анализе по Y-лучам с применением спектрометрирования
трехкомпонентных пород (калий, уран и торий) |
в |
уравнениях. |
(36) Xi = Qu ; А2 = Qть; Л = <2к , аи = а2} = а31 = \ |
а |
(поскольку, |
результаты выражаются в процентах урана), |
остальные |
коэффициенты представляют собой соответствующие урановые" эквиваленты тория и калия. Из приведенного на рис. 15 сцин
тилляционного спектра калия видно, |
что одно из измерений |
в этом случае выгодно делать в |
области фотопика К40' |
(1,45 Мэв). |
|
52
§ 2.. АНАЛИЗ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОДНОПОРОГОВОЙ ДИСКРИМИНАЦИИ
Определение радона и тория в урано-ториевых рудах с на рушенным в ряду урана радиоактивным равновесием осно вано на спектральном анализе у-излучения пробы. Такой ана лиз производится с помощью специальных у-спектрометфов или установки ЛАС [24, 33], которая позволяет производить приближенный спектральный анализ у-излучения.
Раздельное определение по у-излучению элементов урано вого и ториевого рядов обычно производится путем измере ния общего у-излучения и жесткого компонента. При. этом ис пользуется тот факт, что в спектре у-излучения ториевого ряда есть линия с энергией 2,62 Мэв, на которую приходится 13,5% от суммарного числа Y-квантов ториевого' ряда, в то время как в спектре у-излучения радия с продуктами распа да на линии с энергией больше 1,9 Мэв приходится всего 3,7% у-квантов общего числа.
Такая разница в жесткой части спектра позволяет при из мерении у-излучения с энергией выше 1,9 Мэв получить ура новый эквивалент тория, приблизительно равный 1,6—1,7.
Возможность разделения у-излучения уранового и торие вого рядов характеризуется обычно так называемым коэффи
циентом разделения — отношением урановых |
эквивалентов |
тория по .измерениям в разных энергетических |
интервалах. |
По приведенным выше данным такой коэффициент разделе ния може'т быть получен равным приблизительно 3,7. При большей дискриминации у-излучения можно получить значи тельно больший коэффициент разделения, но по мере увели чения дискриминации резко уменьшается скорость счета о г ¥-излучения, что приводит к снижению точности измерения. По этому практически ограничиваются небольшими коэффициен тами ’разделения 2,0—2,5. При этом скорость счета при реги страции жесткого у-излучения элементов уранового ряда со ставляет 1 — 2% от интегральной скорости счета.
§ 3. АНАЛИЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИСКРИМИНАЦИИ В ОБЛАСТИ МЯГКИХ уЛУЧЕЙ
Для раздельного определения радона ш тория по у-лу чам можно использовать значительную разницу между спект- ром'у-излучения равновесного тория и продуктами распада ра
дона в области около |
240 кэв |
[37], |
где наблюдается |
резкий |
|||
максимум, |
соответствующий |
одной |
из . линий |
у-излучения |
|||
ThB (рис. |
16). |
|
|
в этой области |
при |
Ширине |
|
: По измерениям у-излучения |
|||||||
■еан-ала спектрометра- |
около |
30 |
кэв урановый эквивалент то |
||||
:<53
рия достигает величины 0,9—1,0. Если второе измерение сде лать по общему у-излучению, то можно получить коэффици ент разделения 2,0—2,5. При этом важно, что скорость счета
1,имп/сех
1300
Рис. 16. Спектры у-излучения радона и тория с их продуктами распада, снятые на сцинтилляционном у-спектрометре при шири
не канала 35 кэв.
от у-излучения продуктов распада радона в используемой спектральной области составляет около 10% от интегральной скорости счета. Для получения такого же коэффициента раз деления при использовании жесткого у-излучения приходится ограничиваться регистрацией всего 1—2% от интегральной скорости счета.
Измерение по общему у-излучению можно заменить изме рением в каком-нибудь спектральном интервале, в котором соотношение у-излучения элементов уранового и ториевого рядов отличается от соотношения в области 240 кэв. Напри мер, в работе [37] рекомендуется использовать измерения в области 180 кэв. Замена измерения общего у-излучения изме
54
рением в определенном спектральном интервале приводит к снижению чувствительности, но позволяет получить лучший коэффициент разделения урана и тория.
Общим недостатком измерений у-излучения в узких интер валах энергии является возможность дрейфа канала спект рометра (при этом чем меньше ширина канала, тем больше ошибка).
§ 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Анализ радиоактивных руд по у-лучам с использованием спектрометрирования еще не получил широкого распростране ния. Поэтому в настоящем Руководстве можно дать только общие методические рекомендации.
Прежде чем приступить к анализу, необходимо для данно го прибора выбрать оптимальные условия измерений. С этой целью (в соответствии с инструкцией по работе с данным при бором) подбирается оптимальное высокое напряжение, пода ваемое на фотоэлектронный умножитель, коэффициент уси ления и нижний порог дискриминации при измерении общего v-излучения. Для выбора порога дискриминации с целью ре гистрации жесткого у-излучения снимаются интегральные спектры урановой и ториевой проб в тех же условиях, в кото рых намечается проведение измерений. По получейным дан ным выбирается уровень дискриминации, обеспечивающий до статочный коэффициент разделения и необходимую чувстви тельность.
При анализе с использованием измерений в области мягко го у-излучения предварительно необходимо снять ряд диффе ренциальных спектров урановой и ториевой руды при разной ширине канала и по полученным данным выбрать области из мерения и ширину канала. При этом следует иметь в виду, что с увеличением ширины канала увеличивается скорость счета, но уменьшается коэффициент разделения у-излучения ряда урана и тория и увеличивается фон. С уменьшением ширины канала увеличивается возможность ошибок в измерениях от небольшого дрейфа порогов дискриминации.
После настройки прибора производится определение ко эффициентов, входящих в формулы (38), (39), (40). Опре деление коэффициентов а, b и с, характеризующих p-излуче ние урановой и ториевой руды, было уже описано (см. гл. III, § 3). Коэффициенты т и п не входят в расчетные формулы для анализа трехкомпонентных руд, так как при выводе фор мул допущено, что т=0 и м=1. Справедливость этого допу щения должна быть проверена для работы в выбранных усло виях путем измерения по у-лучам смеси неактивного матери ала с окисью урана. Доля у-излучения UX2 не должна превы шать 2%.
55
Наиболее важным является определение коэффициентов р и р'. Определение этих коэффициентов производится путем сравнения в данных условиях у-излучения уранового и торие вого эталонов аналогично тому, как это делается при анали зе двухкомпонентных руд.
При стабильной работе прибора значения коэффициентов не будут изменяться. Но при существующей аппаратуре мож но принимать постоянными только значения коэффициентов, характеризующих p-излучение. Возможные изменения уровня дискриминации и дрейф канала спектрометра могут привести к изменениям коэффициентов р и р'. Поэтому определение этих коэффициентов следует повторять в зависимости от стабиль ности работы прибора.
Анализ трехкомпонентной пробы заключается в определе нии активности по р-лучам и двукратных измерений по у-лу- чам на спектрометрической установке.
Метод радиометрического анализа руд по спектрометрированию у-излучения может быть полезным и для анализа рав новесной урано-ториевой руды. В этом случае измерения-излучения не нужны.
ГЛАВА V
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ РАДИЯ
ИКОЭФФИЦИЕНТА ЭМАНИРОВАНИЯ
Вурановых рудах наряду с определением содержания урана в ряде случаев необходимо определять содержание ра дия и коэффициент эманирования *.
Содержание радия определяется радиохимическим анали зом, при котором радий из пробы переводится в раствор, и затем определяется эманационным методом. Это трудоемкий анализ и, кроме того, при переведении радия в раствор возможны егопотери, которые приводят к занижению результатов.
В связи с этим во многих случаях бывает целесообразнопроводить определение ради-я у-методом или у-методом в со четании с эманационным определением радона, выделяемого пробой. Количество радона, выделяемого пробой при эманировании, может определяться эманационным методом или у-ме тодом.
§ 1. ЭМАНАЦИОННЫЙ МЕТОД
Анализируемая проба руды помещается в какой-либо со суд и продувается для удаления свободного радона. Затем со суд герметизируется, после чего проба выдерживается для накопления радона в течение 1—4 суток. При этом желатель но, чтобы накопившееся в сосуде количество радона было не меньше 1-10-10 кюри.
Обычно навеска пробы весом 5—20 г (в зависимости от со держания радия и предполагаемого коэффициента эманирова-
1 Коэффициент эманирования данного вещества равен отношению между количеством эманации, самопроизвольно выделяющейся из веще ства, и общим количеством эманации, образующимся в данном веществе
Экспериментально определяют отношение скорости выделения радона из твердого вещества к скорости его образования в этом веществе. В ста ционарном состоянии это отношение равно коэффициенту эманирования Стационарное состояние характеризуется тем, что количество радона, обра зующегося в твердом веществе в единицу времени, равно сумме количеств радона, распадающегося в твердом веществе и выделяющегося во внешнее пространство за то же время. Примером нарушения стационарного состоя ния может служить твердое вещество непосредственно после прокаливания при высокой температуре [5, 26].
5Т
ния) помещается в стеклянную трубку с оттянутыми концами. После продувания трубка запаивается. По истечении некото рого времени трубка через осушитель присоединяется к пред варительно откачанной эманационной камере (рис. 17), обла мываются оттянутые концы трубки, и воздух медленной стру ей продувается через трубку с пробой в камеру. Объем ка меры должен быть в 15—20 раз больше объема трубки с про бой, продолжительность продувания должна быть не меньше 10 мин. Для лучшего выделения радона в процессе проду вания пробу следует встряхивать. С этой же целью непрерыв ное продувание можно заменить последовательным пропус канием порций воздуха в трубку с пробой и затем в камеру.
Рис. 17. Схема установки для переведения радо на в ионизационную камеру:
/ — ионизационная камера; 2 —осушитель; 3 —трубка
сисследуемой породой; 4—барботер с насыщенным
раствором СаСЬ-
Трубка после заполнения воздухом |
энергично встряхивается |
и затем открывается кран в камеру. |
После перевода воздуха |
в камеру этот кран закрывается и вновь открывается наруж ный кран. Эта операция повторяется 5—6 раз, а затем давле ние в камере уравнивается с атмосферным путем пропуска ния через трубку с пробой непрерывной струи воздуха.
Полноту переведения радона в эманационную камеру мож но проверить дополнительным продуванием пробы во вторую эманационную камеру.
Измерение радона, переведенного в эманационную каме ру, производится обычным путем [2, 24]. Количество радона, выделяемого пробой на один грамм, вычисляется по формуле:
cRn=(i_e-X<) т > |
(41а) |
где / — цена деления электрометра, кюри!делений!мин; |
фо |
I — ионизационный ток от радона (после вычитания |
|
на), делений!мин; |
|
X — постоянная распада радона; |
|
t — время накопления радона; |
|
т — навеска пробы. |
|
■58