Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время и в ближайшем будущем ществование и раовптне любой страны невозможно в рамках оамкнутых алогически чистых производств. Очевидна необходимость в пополнении сериальных и онергетических ресурсов.
Для развивающихся стран особое (значение среди различных отраслей родного хозяйства имеет уровень развития сельского хозяйства и гес-гии. Это обусловлено очевидными факторами: необходимостью обеспе-іния населения страны достаточным количеством полноценного еколо-гаески чистого питания, обеспечением промышленности минеральный грьем, его экспортными поставками, а сельского хозяйства — минераль-лми удобрениями и другими необходимыми химическими веществами.
Поиск а добыча полеоных ископаемых, их переработка и испольоова-$е неразрывно свяоаны с определением содержания химических елементе. Особую роль олементный анализ играет в биологических науках н яьском хоояйстве. Это обменяется созданием и внедрением новых оф-ектпвных технологий и методов контроля соответствующих процессов ри производстве продукции.
Техногенные последствия, связанные с извлечением полеоных ископа-лых ив слоев, лежащих ниже слоя .почвы, приводят в глобальном смысле нарушению экологического равновесия, сложившегося в течение длптепь-ого времени. В связи с отим в настоящее время встает задача точного яаяиоа минерального сырья на содержание олементов с целью ях раоделе-ия а рационального использования.
Аналогично при решении многих проблем почвоведения и агрохимия роводится анализ содержания до двух десятков и более олементов.
Для успешного выполнения вышеуказанных задач требуется большая еть аналитических лаборатории, которые могли бы проводить десятки ысяч анализов в год. В таких лабораториях могут использоваться хорошо овестные химические и инструментальные методы (атомно-абсорбцпои-ып анализ, эмиссионный спектральный анализ, рентгенофлуоресцептний лалио, нейтронно-адтпвационный алаяпа).
В ряду перечисленных методов нейтронно-актппацношшй анализ НАД) характеризуется экспрессностью п высотой чувствительностью. Это связано с особенностями НАА: малым изменением плотности лотоса
нейтронов при их проникновении в вещество на глубину до десяти и б< лее сантиметров, большой проникающей способностью 7-квантов (так» около 10 см), возможностью раяделения во времени процессов активаци образца и иомереиия его активности. Эти особенности, а также дост; точно большие значения сечении ядерных реакций позволяют проводит нераорушающий аналио больших по размерам обраоцов с малой погрейте стыо.
Испольоование нейтронных источников с высокой плотностью ПОТОКІ таких как атомные реакторы, позволяет получать для некоторых химнче< жих элементов рекордно низкие оначения пределов их обнаружения. Вмеї те с тем существует ряд обстоятельств, ограничивающих нспольооваш высокопоточных источников нейтронов (например, вследствие огранич< ния радиационной нагруоки на обраоец или ио-оа отсутствия в некоторы странах высохопоточных источников нейтронов).
Оперативность получения информации об элементном составе геол< гичесхих обраоцов важна на стадии разведки для принятия решений. Ош ративный аналио в полевых условиях можно выполнить с помощью пер движных или ближайших региональных лабораторий. lb же можно скаоаі и в отношении таких биологических объектов, как почва или растепи вследствие массовости образцов.
Известно, что суммарное содержание двадцати наиболее распрострі ценных элементов в оемной коре составляет ~ 99,8%. Поэтому в пр< цессе первичного анализа геологических образцов определяется содержі ниє 20...30 макроэлементов на уровне их їларков.
Аналогично, при решении оадач почвоведения и агрохимии (наприме] при валовом анализе минеральной части почвы) измеряется содержат около двух десятков элементов. Так как элементный состав почв в больше степени зависит от материнской (геологической) породы, характерной ц: данной местности, то методы их анализа схожи.
Перечисленные выше обстоятельства обуславливают необходимое! рассмотрения вопроса об использовании ннокопоточных источников неї тронов (т. е. источников с активностью А < 10* нейтрон/с) для целей ан лиоа геологических и биологических объектов.
В лаборатории ядерной спектроскопии Института физики АН Бел руси проводятся научно-исследовательские работы, целью которых япл ется уменьшение потока нейтронов, применяемых при БАА на влемен'
ный состав. В рамках отнх работ следует выделить такие направления, как соодание и псполыэование высокоэффективных гамма-спектрометров, имеющих нпокофоновую защиту; соодание устройств, позволяющих увеличивать плотность потока нейтронов в некотором ограниченном объеме при термалиоадии быстрых нейтронов; использование обраоцов большой массы или объема.
Работы по укаоанной проблеме явились составной частью плановой госбюджетной НИР Института физики АН Беларуси на 1991-95 гг. по теме "Исследование эффектов структуры ядра и определение ядерных констант в реакциях с нейтронами при энергиях до 15 МэВ" (шифр "Частица 4.06", номер гос. регистрации 01910041284).
Целью настоящей работы являлось комплексное исследование воомож-ностей нейтронно-активационного анализа при асподьоовании ниоеопо-точных источников нейтронов для соодания аналитических (в том числа передвижных) лабораторий.
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие оадачи:
Рассчитать пределы обнаружения элементов методом НАА с использованием источника нейтронов 252Cf и генератора быстрых нейтронов, имеющих поток 1 ДО8 нейтрон/с, и сравнить их с кларками в образцах объемом 1л;
Создать устройство для облучения обраоца большого объема, используя графитовую колонну с предварительным парафиновым замедлителем для термалиоадии нейтронов, испускаемых источником 252Cf. Создать устройство для облучения на базе ниокопоточного генератора нейтронов ГН-01. Соодать ниокофоновую защиту для Ge(Li)-cne*Tpo-метра;
Экспериментально исследовать параметры потока медленных нейтронов в графитовой тепловой колонне, характеризующие тепловую п опп-тепловую его составлящие, при изменении расстояния от источника нейтронов 282Cf;
Провести экспериментальное обоснование возможности НАА с использованием ниокопоточных источников нейтронов, выполнив анализ минеральной составляющей почвы.
Научная цовиона полученных результатов. На ослопе анализа современных тенденций развития НАА для решения проблемы определения содержания химичесжих елементов в объектах ожружающен среды впервые предложен жомпараторный вариант анализа с использованием нпокопоточ-ных источников нейтронов (источниж нейтронов 252Cf, который имеет поток ~ 1 108 нейтрон/с).
В случае источника 252Cf впервые использован комбинированный оа-медлитель нейтронов, состоящий из графитовой колонны и предварительного парафинового оамедлитедя, что поовояило увеличить плотность потока нейтронов в районе расположения образца по сравнению с вариантом использования монооамедлителя. Эжспериментально исследованы параметры потожа медленных нейтронов в графитовой тепловой колонне с предварительным парафиновым оамедлителем, характеризующие тепловую и опитепловую составляющие нейтронного потока.
Показано, что относительная погрешность иомерения содержания искомых элементов, измеряемых компараторным НАА, больше относительной погрешности при абсолютном, но меньше, чем при относительном методе анализа.
На основе померенных плотностей потоков нейтронов, спектра фона, эффективности регистрации спектрометра и данных по квантовым выходам 7-лучсй рассчитаны минимальные оначения пределов обнаружения 40 елементов при использовании ниожопоточных источников нейтронов.
Практическая «значимость работы. Полученные в диссертационной работе результаты могут быть испольоованы для соодания лабораторий НАА с нсполызованнем ннокопоточных источников нейтронов, имеющих потоки А ~ 1 10* нентрон/с для анализа геологичесжих и биологичесжих обьєжтої бео пробоподготовки на уровне хларков элементов.
Полученные в ходе выполнения диссертационной работы данные о па раметрах полей медленных нейтронов в комбинированном оамедлителе мо гут быть испольоованы при разработке устройств облучения тепловым! нейтронами.
Разработанная в ходе выполнения диссертационной работы методик; используется в Институте фиоики АН Беларуси при элементном аналиоі образцов любого происхождения.
Основные оащищасмие научные положения:
-
Экспериментальная установка для проведения нейтронно-активацн-онного аналиоа на тепловых и быстрых нейтронах.
-
Экспериментальные результаты иомеренпя полей тепловых и опп-тешговых нейтронов в комбинированном оамедлптеле.
3. Методика проведения аналппа и расчет содержания искомых эле
ментов методом компараторного НАА.
4. Теоретически обоснованные и експериментально проверенные ниж
ние пределы- обнаружения элементов при испольоовании ниоконоточиых
источников тепловых и быстрых нейтронов.
Апробация работы и публикации.
Реоультаты, приведенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на научных семинара* лаборатории ядерной спектроскопии Института фионки АН Беларуси и кафедры ядерной фиоики и электроники Белгосуниверститета. Основные реоультаты исследований положены в следующих работах:
1. Булыга С.Ф., Гутьи В.И., Рабаа А.А., Хипьмалович A.M. Ком-
пара'торныи неитронно-активационный аиаляо в условиях графитового за
медлителя и нейтронного источника 352Cf. — Минск, 1993. — 23 с. —
(Препринт / Ин-т фионки АН Беларуси; N 687).
2. Гутько В.И., Рабаа А.А., Рудак Э.А., Хильманович A.M. Цсшмгьоо-
вание ншхоноточных источников нейтронов при определении елементного
состава геологических и биологических объектов // Весці All Бєларусі.
Сер. хім. навук. (направлена в печать).
Структура диссертации.
Диссертация состоит ио введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы (92 наименования). Общий объем диссертации составляет 10-1 страницы машинописного текста, включая 18 рисунков и 11 таблиц.
