Zpět: Příklady aplikace O úroveň výše: Ionizujici zareni pri vyzkumu Pokračovat: Příklady aplikace:

Aktivační analýza

Základní myšlenka: jaderné interakce neutronů, fotonů nebo nabitých částic vedou na řadě terčových nuklidů ke vzniku radionuklidů. Změří-li se jejich záření, lze usoudit:

a)

z přítomnosti daného radionuklidu na přítomnost prvku, jehož aktivací radionuklid vzniká,

b)

z množství daného radionuklidu na množství prvku, jehož aktivací radionuklid vzniká.

Ve složitých materiálech vzniká řada různých radionuklidů vzniklých aktivací více prvků v materiálu obsažených - je nutná kvalitativní i kvantitativní identifikace radionuklidů ve složité směsi (nejčastěji se používá spektrometrie záření $\gamma$ , někdy též radiochemické separace).

Základní vztah pro vzniklou aktivitu (pro jednu aktivační reakci na jednom terčovém nuklidu):

A = $$\phi$$ $$\cdot$$ $$\sigma$$ $$\cdot$$ $${\frac{\Theta\cdot m\cdot N_A}{A_r}}$$ $$\left(1-e^{-\lambda t}\right)$$

$\phi$ - příkon fluence bombardujících částic, $\sigma$ - účinný průřez interakce, $\Theta$ - zastoupení terčového nuklidu v přírodní směsi izotopů daného prvku, m - hmotnost prvku ve vzorku, N_A - Avogadrovo číslo, A_r - molární hmotnost prvku, $\lambda$ - přeměnová konstanta vzniklého radionuklidu, t - doba ozařování.

Poznámka: Fluence částic $\Phi$ je definována jako podíl počtu částic dN , které dopadly v daném bodě v prostoru na infinitezimální kouli, a plochy hlavního řezu této koule dA . Příkon fluence částic $\phi$ je dán jako derivace fluence částic podle času d$\Phi$/dt . Pro naše účely si jej lze představit jako počet částic, které procházejí za jednotku času jednotkovou plochou terčíku, postaveného kolmo ke svazku těchto částic.

Poznámka: Účinný průřez je definován jako podíl pravděpodobnosti, že pro danou terčovou entitu nastane určitá interakce, vyvolaná dopadem nabitých nebo nenabitých částic určitého druhu a energie, a fluence dopadajících částic. Jde o základní veličinu popisující pravděpodobnost jaderných reakcí i dalších interakcí v mikrosvětě. Pro náš případ je to pravděpodobnost, že dojde k aktivační reakci na daném terčovém jádře, je-li vzorek ozářen jednotkovou fluencí bombardujících částic.

Po době t' po skončení ozařování, ve které je prováděno měření, je aktivita sledovaného nuklidu ve vzorku

A' = A $$\cdot$$ e ^{- $\lambda$t'} .

Změří-li se aktivita A' , lze vypočítat hmotnost daného prvku ve vzorku, protože ostatní veličiny jsou dány podmínkami experimentu nebo jde o známé konstanty.

Obvyklý postup: srovnávací měření - současně se zkoumaným vzorkem se ozáří standardy obsahující známá množství sledovaných prvků. Pak je

m_x = $${\frac{A_x}{A_s}}$$ m_s ,

m_x - hmotnost prvku v neznámém vzorku, m_s - hmotnost téhož prvku ve standardu, A_x - aktivita prvku (resp. z něj vzniklého radionuklidu) v neznámém vzorku, A_s - aktivita téhož prvku ve standardu.

Výhody srovnávacího měření:

a)

není nutné absolutně měřit aktivitu, postačuje relativní měření,

b)

neprojeví se nepřesnost, se kterou je znám účinný průřez $\sigma$ ,

c)

neprojeví se nepřesnosti ve stanovení příkonu fluence $\phi$ a jeho případné fluktuace.

  

Obrázek 10: Schéma postupu při aktivační analýze

Nejčastější varianta: neutronová aktivační analýza, při níž je s ohledem na citlivost zapotřebí co největších toků tepelných neutronů, tj. zdrojem je většinou výzkumný nebo ozařovací jaderný reaktor. K detekci záření $\gamma$ vzniklých radionuklidů se používá polovodičového spektrometru s následnou kvalitativní i kvantitativní analýzou registrovaných spekter. Je však možné použít i aktivace rychlými neutrony, protony nebo těžšími kladně nabitými částicemi a fotony.

Poznámka: Tepelné neutrony - neutrony zpomalené na energie odpovídající energiím tepelného pohybu při dané teplotě. Zpravidla je při těchto energiích vysoká pravděpodobnost reakce (n,$\gamma$) , při níž je neutron zachycen jádrem a emituje se foton záření  $\gamma$ .

Poznámka: V ČR je jediným vhodným reaktorem pro aktivační analýzu reaktor LWR-15 Ústavu jaderného výzkumu Řež. Energetické jaderné reaktory, jako např. v jaderné elektrárně Dukovany, nejsou pro tento účel vybaveny ozařovacími kanály.

Cíle aktivační analýzy archeologických nálezů a památkových předmětů: Na základě složení, případně obsahu stopových prvků přispět k poznání původu, pravosti, eventuálně výrobních postupů daného předmětu.

Zpět: Příklady aplikace O úroveň výše: Ionizujici zareni pri vyzkumu Pokračovat: Příklady aplikace: