1-bap. Radioaktivleniw analiziniń teoriyalıq tiykarları

Yadro - fizikalıq analiz

Yadro - fizikalıq analiz usılları járdeminde dáslepki sanaat shiyki ónimi, islep shıǵarıw shıǵındıları hám jumıs jayındaǵı jaǵday pataslantıratuǵın elementlerdiń koncentraciyası ortasındaǵı baylanıs ornatıldi. Bul, óz gezeginde, insan biosubstratları átirap - ortalıqtıń texnogen tásiri sebepli organizmdegi patologiyalıq ózgerisler dárejesin qanday gúzetip barıwın anıqlaw imkaniyatın beredi. Bul joybarda Rossiyada islep shıǵılǵan monıtoring strategiyası Evropa jámiyetshiliginiń COPERNICUS-1999 Besinshi programması sheńberinde Ózbekstan, Polsha, Rumıniyadaǵı fosforlı tóginler óndiriwshi soǵan uqsas zavodlarǵa tarqatıw ushın usınıs etiledi.
NAA nı matritsa retinde isletiletuǵın kók - jasıl suw ósimligi Spirulina platensis tiykarındaǵı selen, yod hám xrom óz ishine alǵan farmacevtika preparatların analiz qılıwda qóllaw bul preparatlardı islep shıǵarıw texnologiyasın jetilistiriw imkaniyatın berdi hám Spirulina platensistıń úlken potencialın kórsetti. Bul suw ósimliginiń dáslepki biomassasında 31 makro- mikro- hám mikroelementlerdiń (Na, Mg, Al, Cl, K, Ca, Sc, v, Cr, Mn, Fe, Co, Ni quramı anıqlanǵan, birinshi ret NAA usılınan paydalanǵan halda ((n,p) reakciyası járdeminde), As, Br, Zn, Rb, Mo, Ag, Sb, I, Ba, Sm, Tb, Tm, Hf, Ta, W, Au, Hg hám Th). Selen, yod hám xromniń spirulina biomassası tárepinen toplanıwı azıq ortalıǵınıń bul elementler menen júkleniwine qaray úyrenildi [10,11].
Dubnadagı IBR-2 reaktorındaġı NAA metallar hám basqa elementlerdiń qurib qalǵan rudalardan bakterial juwılıwın úyreniwde tabıslı qollanıladı [12].
Bul mısallar NAA nıń turmıs pánlerinde ámeliy qollanılıwın anıq kórsetedi.

2-bap. Radioaktivatsiya analizin qóllaw
2.1. Elementlerdiń quramın anıqlaw usılları
Elementlar hám materiallardıń elementar hám izotopik quramın anıqlaw keń qollanılatuǵın zárúrli analitik mashqala bolıp tabıladı. Elementlerdıń elementar hám izotopik quramın úyreniw salasında analitik islerdi orınlawǵa qoyılatuǵın tiykarǵı talaplar joqarı seziwsheńlik, olardıń arzanlıǵı menen analizlerdiń natiyjeliligi hám sapası esaplanadı. Elementlerdıń elementar hám izotopik quramın anıqlawdıń eń kóp qırlı hám sezgir usıllarınan biri bul neytron aktivlesiw analizi (NAA).
Izertlew yadro reaktorlari NAA ótkeriw ushın neytron deregi retinde keń qollanıladı. Ornatıwlar sanı hám olardıń hár túrliliǵi boyınsha eń keń tarqalǵanlardan biri bul óz - ózinen óshetuġın impulslı reaktorlar (IRSD) klası bolıp tabıladı. Bul klassta reaktivlik tipindegi avarıyalar menen baylanıslı eksperimentler, intensiv nurlanıw waqtında materiallardıń háreketin úyreniw ushın isletiletuǵın shegaralanǵan neytron aǵımı qásiyetlerine iye (1018 sm-2s-1) yadrolıq imaratlardıń kishi klası bar, ionlastırıwshı nurlanıw tarawı hám basqa arnawlı wazıypalar. NAA nı ámelge asırıw ushın bunday reaktorlardan paydalanıw olardı qóllaw sheńberiniń keńeyiwi hám eksperimental islerdiń jumıs kóleminiń asıwı sebepli maqsetke muwapıq kórinedi. Túrli tábiyattaǵı (geologik, ekologiyalıq hám taǵı basqa) úlgilerdegi qımbat bahalı metallar hám bólekleniwshi materiallardıń quramın anıqlaw menen baylanıslı islerdiń keleshekleri olardı ámelge asırıw ushın turaqlı jáne turaqlı talap penen belgilenedi.
Reaktor obektiniń túrine, onıń neytronik hám texnikalıq qásiyetlerine qaray, úlgilerdi nurlandırıw hám analizlerdi ótkeriw ushın hár qıylı múmkinshilikler bar. Bul múmkinshiliklerdi ámelge asırıw ushın analitik mashqalalardıń eksperimental bazası hám mazmunına tolıq sáykes keletuǵın arnawlı usıllar hám texnologiyalardı islep shıǵıw kerek. IRSD járdeminde materiallardı nurlandırıw procesi sızıqlı bolmaǵanlıǵı hám ótiw dáwiri menen xarakterlenedi. Bunnan tısqarı, NAA ġa neytron qásiyetlerin anıqlaw sapasına joqarı talaplar qóyıladı - nátiyjede analiz qátesinińde sezilerli tásir kórsetpeslik ushın olardı ámelge asırıw qátesi 5% ten aspawı kerek. Ionlastırıwshı nurlanıwdı tuwrıdan - tuwrı ólshew ushın detektorlar járdeminde bul talapqa erisiw múmkin emes. Sol sebepli IRSD da neytron maydanınıń qásiyetlerin anıqlaw ushın aktivlestiriw detektorlar usılı qollanildi. Qımbat bahalı metallardı óz ishine alǵan úlgilerdi tayarlaw ushın arnawlı talaplar qollanıladı. Bul tek ǵana joqarı seziwsheńlıq hám analiz sapasına bolǵan mútájlik penen baylanıslı bolıp, bul bólekleniwshi materiallardı anıqlaw ushın da tán bolıp tabıladı. Úlken strukturalıq birdeyliklerdiń bar ekenligi, sonıń menen birge, jergilikli bólekshelerdiń bar ekenligi reprezentativlik ushın ayırıqsha talaplardı belgileydi.
Analiz qılıw ushın tayarlanǵan úlgi 50 - 100 g massaǵa ıyelewi kerek. Bir qıylı quramdaǵı úlgiler ushın bul baha ádette bir neshe gramm yamasa hátte milligrammnan aspaydı. Ionlastırıwshı nurlanıwdıń intensiv maydanlarında nurlanıw sharayatında IRSD da isletiletuǵın barlıq materiallarǵa arnawlı talaplar qóyıladı. Májbúriy suwıtıw bolmaǵanda kúshli radiatsiyalıq qizdırıw olardıń derlik yamasa tolıq joq etiliwine alıp keliwi múmkin.
Ámeldegi normativ hújjetlerge kóre, IRSD járdeminde NAA usılı boyınsha úlgilerdegi qımbat bahalı metallar hám bóleklenetuǵın materiallar quramın anıqlaw nátiyjeleri tómendegi taypalardan birewiniń talaplarına juwap beriwi kerek: joqarı anıqlıqtaǵı analiz, ápiwayı úlgiler analizi hám joqarı geoximiyalıq úlgilerdi anıq analiz qılıw.
Analizlerdi ámelge asırıw ushın aktivlestiriw izertlewlerinde dástúriy túrde qollanılatuǵın hár qanday usıllar sáykes keledi: tolıq, standartlar, monıtorlar. Joqarıdagilarga qosımsha túrde, jumısta standartlar hám monıtorlar usılınıń qásiyetlerin jıynaǵan hám izertlewdiń eń joqarı sapası hám natiyjeliligin támiyinleytuǵın salıstırıwiy usıldan paydalanıw usınıs etiledi. Usınılıp atırǵan usılǵa kóre, anıqlanıwı kerek bolǵan málim elementler kompleksin óz ishine alǵan salıstırıw úlgileri menen birge bir waqtıniń ózinde hám bir orında (geyde ishki monıtor retinde) nurlanadı. Biraq, salıstırıw úlgisiniń ózi ǵárezsiz obekt bolıp, úlgiden ajıratılǵan. Úlgi strukturalıq bólimleriniń aktivligin anıqlaw eki ólshem processinde ámelge asıriladı: birinshisi - úlgi ólshew, ekinshisi - úlgi menen birge úlgi ólshew. Ólshew geometriyasi nurlanıw sharayatları menen birdey bolıwın támiyinleytuǵın tárizde saylanadı.
Nurlanġan materialdı analiz qılıw onıń sapasına qoyılatuǵın talaplardıń orınlanıwın támiyinleytuǵın usıllardan biri járdeminde ámelge asırılıwı múmkin: radiometrik, sintillyatsion yamasa gamma - spektrometrik, bólekleniwshi materiallarda bolsa - keshiktirilgen neytronlar, ıdıraw ızlerı hám quramı, ıdıraw ónimleri.
Hasıl metallar hám bólekleniwshi materiallardıń neytron aktivlesiw analiziniń zárúrli ózgesheligi úlgi geometriyalıq parametrleri hám neytron aǵımı kórsetkishleriniń hár túrliligi bolıp tabıladı. Kórsetkishler retinde, qaǵıyda jol menende, plyonkalar hám sımlar isletiledi. Olar ólshewlerdiń disk hám sızıqlı geometriyası menen xarakterlenedi. Úyrenilip atırǵan materialdıń úlgileri kóbinese cilindrsıman formaǵa iye. Marinelli ıdısınıń geometriyası nurlanıwdan aldın úlgidegi radionuklidler quramın dáslepki analiz qılıw ushın isletiledi. Túrli geometriyadaġı úlgilerdi joqarı sapalı analiz qılıw ushın olardıń geometriyalıq hám fizikalıq parametrlerin tákirarlaytuǵın hám uqsas nurlanıw qásiyetlerine iye bolǵan uyqas jazıwlar materialları bolıwı kerek. Bunday úlgili materiallardı islep shıǵarıw hám olardı sertifikatlaw uzaq hám mashaqatlı process bolıp, úlken aqsha hám waqıt talap etedi. Buǵan jol qoymaw ushın siz ólshew úskenesin kalibrlewdiń yarım empirik usılınan paydalanıwıńız múmkin. Yarım empirik esaplaw modeli tómendegi eki tiykarǵı principke tiykarlanadı: kólemli detektordı onıń nátiyjeli anıqlaw orayın eksperimental anıqlaw arqalı birinshi noqatqa jetkiziw; sınaq úlgisin birdey aktivlikke iye noqat geometriyasına alıp keliw. Derek geometriyasınıń ózgeriwi bunday transformaciyanıń ekvivalentligin esapqa alatuǵın dúzetiwshi geometriyalıq parametrdi kirgiziw arqalı oraladı. jumısta túrli geometriyadagı nurlanıw dereklerin anıqlaw ushın esaplanǵan koefficientler alınǵan.
Geologiyalıq hám ekologiyalıq materiallardıń úlgileri quramalı elementar quramǵa iye bolǵanlıǵı sebepli, olardaǵı qımbat bahalı metallar hám bólekleniwshi izotopların anıqlaw shegaraların tek fon nurlanıwın esapqa alǵan halda bahalaw múmkin.
Úlgilerdegi hasıl metallardıń quramın analiz qılıw ushın instrumental NAA usılınan paydalanıw usınıs etiledi. Instrumental analiz aktivlestiriw ónimleriniń gamma - spektrometriyalıq ólshemleri járdeminde ámelge asıriladı. Neytronik ayrıqshalıqlardı analiz qılıw tiykarında NAA ushın eń uyqas bolǵan hasıl metall izotopları dizimi islep shıǵılǵan. Kórsetilgen sıyaqlı, hasıl metallar ádette onı ámelge asırıw ushın qolay ayrıqshalıqlarǵa iye emes (altın hám iridiy bunnan tısqarı). Taǵı bir zárúrli ózgeshelik sonda, hasıl metallardıń NAA ları, rodiyden tısqarı, salıstırǵanda uzaq ómir kóretuǵın izotoplar járdeminde qolay tárizde ámelge asırılıwı múmkin (yarım parsheleniw dáwiri 2,7 den 74,4 kunge shekem). Sonday etip, kóbinese qımbat bahalı metallar quramın analiz qılıw úlgilerdi operativ jetkizip beriw ushın arnawlı qurılmalardı jaratıwdı talap etpeydi (pnevmomail hám basqalar),
Bólekleniwshi materiallardı analiz qılıwdıń quramalılıǵı sonnan ibarat, úlgilerde olar bir - biri menen aralasıp, ıdıraw processinde izotopik quramı boyınsha birdey hám payda bolıw múmkinshiligı jaqın bolǵan ıdıraw ónimlerin payda etedi. Bunnan tısqarı, tábiyatta salmaqlı yadrolardıń óz - ózinen bóliniwi procesi qosımsha muǵdardaǵı ıdıraw ónimleriniń payda bolıwına alıp keledi, bul da úlgilerde bólekleniwshi nuklidlerdi anıqlaw shegarasın asıradı.
Nurlanıw dereginiń eń zárúrli xarakteristikaları neytron aǵımı hám potencial nurlanıw jemisi bolıp tabıladı. Bunday halda, derektiń neytron qásiyetleri zárúrli áhmiyetke iye, sebebi olar analizlerdiń sezgirligin anıqlaydı. Usınıń sebepinen, jumısta nurlanıw deregi retinde IGR reaktorı tańlandı, ol bir waqtıniń ózinde kórip shıǵılǵan IRSD arasında nurlanıw waqtında neytron aǵımı hám eksperimental kanallar kóleminiń eń úlkenine iye. IGRIK reaktorı sanap ótilgen parametrler boyınsha oǵan bawırlas.
IRSD da úlgilerdi nurlandırıw processinde isletiletuǵın hár qanday materiallar ushın tek bul túrdegi reaktorlar ushın tán bolǵan sheklewler bar. Sheklewler eki faktor menen belgilenedi: reaktordagi materiallardıń radiatsiyalıq jılıwı hám nurlanıwdan keyin olar menen islewde radiatsiya qawipsizligin asırıw.
Radiatsiyalıq qizdırıw dárejesin bahalawda yadro texnologiyalarında keń qollanılatuǵın hám IRSD járdeminde NAA ushın potencial sáykes keletuǵın materiallar saylanǵan. Reaktorda olardıń radiatsiyalıq jılıwınıń múmkin bolǵan dárejesi esaplaw jolı menen bahalanadı. Materiallar temperaturasınıń asıwı esap - kitapları nátiyjelerine kóre, altın, kadmiy hám polietilenniń IRSD da nurlanıwında eriw múmkinshiligı sebepli sezilerli sheklewler bolıwı múmkin degen juwmaqqa keldi. Bul juwmaqtıń tuwrılıǵı eksperimental jumısta tastıyıqlanǵan. IGR reaktorında polietilenniń jumsawı hám eriwi (0,6−0,7) •1016sm-2 integral neytron aǵımında baqlanadı. Májburiy suwıtıw hám IGR reaktorınıń quwatınıń tolıq integralı bolmasa, tek ǵana eriw, bálkim yadrolıq - sap altın tiykarında tayarlanǵan kórsetkishlerdiń derlik puwlanıwı da júz beredi. Usınıń sebebinen, mıs, cink hám nikrom sıyaqlı materiallar IGR reaktorida neytron - fizikalıq izertlewler ushın neytron indikatorları retinde isletilgen, olar yadrolıq - fizikalıq qásiyetlerine kóre radiatsiyalıq qızdırıwǵa júdá kem sezgir. Bunnan tısqarı, 0,5 ⸱ 1016 sm-2 hám odan kóp tártipli neytron aǵımında kadmiy folga eriydi. Sonday etip, IRSD da neytronlardıń úsh toparı (termal, epitermik hám tez) tárepinen úlgilerdiń aktivlesiwin anıqlaw ushın "kadmiy parqı" usılınan paydalanıw boyınsha sheklewler bar. Reaktorġa úlgiler hám nurlanġan materiallar ushın ıdıslardı jaylastırıw ushın ásbaplardı islep shıǵarıw ushın uyqas materiallar retinde yadrolıq taza grafit hám polietilen saylanǵan, sebebi olar aktivlesiwge eń kem sezgir.
Úyrenilip atırǵan materiallardı aktivlestiriw procesi ushın úlgiler jaylastırılǵan aymaqtaǵı radiatsiya maydanınıń neytron - fizikalıq qásiyetleri úlken áhmiyetke iye. IGR reaktorı ushın bul boslıq eksperimental kanallardıń bos kólemi bolıp tabıladı. Eksperimental hám esaplanǵan maǵlıwmatlar tiykarında reaktordıń eksperimental kanallarındaǵı neytron maydanınıń spektral qásiyetlerin analiz qılıw tómendegi juwmaqlarǵa keliw imkaniyatın berdi:
IGR reaktorınıń eksperimental kanallarında neytron spektriniń termal komponenti 50% ten aspaydı. Neytron energiyası 3 MeV dan joqarı bolǵan neytron spektriniń zárúrli sıpıratermal hám operativ komponentleriniń bar ekenligi úlgili materiallardı aktivlestiriw ushın olardan aktiv paydalanıw múmkinshiligin kórsetedi. Bunday halda, úyrenilip atırǵan materiallardıń elementar quramı tuwrısında qosımsha maǵlıwmat alıw múmkin, bul keyinirek eksperimental jumıslarda óz tastıyıǵın taptı;
reaktor yadrosınıń orayındaǵı hám periferiyasındaǵı spektrlar arasındaǵı ayırmashılıqlar áhmiyetsiz. Bul fakt úlgi nurlandırıw waqtında neytron maydanınıń spektral qásiyetlerin anıqlaw menen baylanıslı jumıs kólemin sezilerli dárejede kemeytiwge múmkinshilik beredi. Jumıs kólemin kemeytiwge kanaldıń pútkil kólemi boylap neytron spektriniń tolıq kólemli izertlewlerin almastırıw, onıń biyikligi hám spektral xarakteristikaları boyınsha neytron aǵımınıń hár qanday qadaǵalaw noqatında salıstırmalı bólistiriwin anıqlaw arqalı erisiledi.