Способ определения содержания элементов и их соединений в материалах на основе эффекта Мессбауэра Советский патент 1991 года по МПК G01N23/02 

Изобретение относится к области ядерной физики и может быть использовано для контроля толщины и анализа состава ленточных материалов.

Известен способ гамма-резонансного определения фазового состава, заключающийся в получении гамма-резонансных спектров и их последующей математической обработке, для чего измеряется интенсивность гамма-излучения, проходящего через образец,который колеблется относительно источ-. ника у -квантов. Интенсивность излучения, соответствующая некоторому магу скорости относительно движе-. ния поглотителя и источника заносится в определенный канал памяти анализатора или другого считывающего устройства, в результате чего получается гамма-резонансный спектр.

К числу недостатков известного способа относится низкая экспрессность измерений.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения содержания химических элементов, изотопов, или их соединений в материалах на основе эффекта Мессбауэра 2j. В этом способе облучают материал, определяют интенсивности резонансно взаимодействующего NQ и не взаимодействующего резонансно элементом или его соединением гамма-излучения, проходящего через исследуемый образец, по величине эффекта Мес сбауэра . С JjlsfLZ °1. (О ы - и .определяют содержание изотоп:ов; элементов или их соединений в образцах где N Q, - интенсивность фона. Одним из существенных недостатков известного способа является необходимость идентичности химического сос тава источника гамма-излучения и ана лизируемой пробы, что затрудняет его реализацию и резко сужает область возможного применения. Кроме того, известный способ не позволяет осуществлять непрерывные и экспрессные измерения содержания изотопов или элементов. Измерения могут проводить ся только на дискретных образцах определяемого. состава. Целью изобретения является расширение области возможного применения и обеспечение непрерывности измерения ленточных материалов. Поставленная цель достигается тем что при определении содержания элем тов и их соединений в материалах н основе эффекта Мессбауэра,состоящем в облучении материала, определении интенсивнос.тей резонансно взаимодей ствующего и не взаимодействующего резонансно с элементом или его соед не ниями гамма-излучения,величины эф фекта Мессбауэра и нахождении содер жания элемента или его соединения по величине эффекта Мессбауэра,иссл дуемую ленту облучают двумя потоками гамма-излучения, проходящими через один и тот же участок ленты,при чем один поток составляет с плоскостью ленты угол, обеспечивающий максимальную величину эффекта резонансного .поглощения- для определявмого соединения, другой - угол,обес печивающий отсутствие 15езонансного поглощения, а ленту перемещают в плоскости, перпендикулярной плоскос ти, включакщей центры источников и детекторов гамма-излучения. Данный способ был реализован в устройстве определения толщины ЫЬ-Зп-покрытий ленты на основе эффекта Мессбауэра, Схема устройства изображена на чертеже Гамма-кванты неподвижных источников t и 2 коллимируются коллиматором 3, фильтруются фильтром А (например Pd - фольга в случае использования изотопа Sn ) и проходят через исследуемую пробу 5, которая перемещается со скоростью v относительно источника 2 V-квантов и регистрируются детекторами 6 и 7,причем детектор 6 регистрирует у-кванты, резонансно взаимодействующие с исследуемым элементом или его соединением, а детектор 7 - нерезонансное излучение. Импульсы с детекторов усиливаются соответствунщими усилителями 3, фотопики выделяются дискриминаторами 9,формирователи 10 формируют сигналы по форме и амплитуде. Аналоговые сигналы с выхода интенсиметров 11 поступают на схему вычитания и деления 12, а затем на самописец 13. Как известно, Nb-Sn-покрытия лент, получаемые методом жидкофазной диффузии, имеют значительные неоднородности слоя по длине ленты, что обусловлено особенностями технологии получения. Одним из основных параметров получаемых промьшшенно сверхпроводящих лент с Nb-Sn-покрытием является критическая- плотность тока, которая существенно зависит от толщины Nb-Sn-слоя по длине ленты. Поэтому важно определять содержание в Nb-Sn-покрытии лент непосредственно в процессе производства. Данный способ позволяет определять содержание фазы NbaSn в ленте без разрушения образца и характеризуется высокой Экспрессностью, точностью измерений. В устройстве использовались: источники у -излучения типа ЯГР МАК Ш SnO диаметром Ь 35 мм активностью 1.10 МБК, сцинтилляционный детектор У-излучения с кристаллом NaI{Tl) диаметром а 30 мм;диаметр детектора d 74 мм. Лента с Nb-Sn-покрытием шириной 10 мм,длиной 50 м, средняя толщина НЬдЗп-покрытия по длине ленты составляла 10,3i +.0,4 мкм. 5 У-резонанса для фазы Условие Hb-Sn имеет вид: I v cospd 6 1 7S 2Nbj5hI л I Jл с 1 g- изомерный сдвиг где о относительно SnO. Для (v/ 4получаем: J. arccos Точность определения содержания NbjSn в ленте зависит главным обр зом от погрешности определения вел чины эффекта Мессбауэра, вклада в величину эффекта других фаз,содерж щихся в ленте, конечной точности с людения геометрических размеров устройства, точности самописца и э фекта Допплера второго порядка,Точ ность определения толщины NbjSn-no

±

ZL

13 П 11 Ю 9

1

J « рытия ленты составляла 19%. Чувст-Ёителькость измерений составляла 1,4 мкм и определялась ста:тистикой измерений. Предлагаемый способ по сравнению с прототипом, которн 1Й одновременно является базовым объектом,обладает следующими преимуществами: I . . . 1.Не требуется идентичности химического состава источника и исследуемого образца. 2.Меняя угол между вектором скорости движения ленты и направлением пучка резонансных У -квантов,можно определить содержание любых элементов и соединений, на которых наблюдается эффект Мессбауэра. 3.Определение содержания элементов и соединений происходит непрерывно по длине исследуемой ленты.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЭЛШ ЕНТОВ К ИХ СОЕДИНЕНИЙ В МАТЕ РИАЛАХ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА МЕССБАУЭРА, состоящий в облучении материала,оп|ределении интенсивностей резонансного взаимсздействующего и не взаимодействующего резонансно с элементом или его соединением гамма-излучения. Проходящего через исследуемый образец, величины эффекта Мессбауэра к нахождении содержания элемента или его соединения по величине эффекта Мессбауэра, отличающийся тем, что, с целью расширения области возможного применения и обеспечения непрерывности измерения ленточных материалов, исследуемую ленту облучают двумя потоками гамма-излучения, проходящими через один и тот же участок ленты, причем один поток составляет с плоскостью ленты угол, обеспечивающий максимальную величину эффекта резонансного поглощения для определяемого соединения,другой угол, обеспечивающий отсутствие резонансного поглощения, а ленту перемещают в плоскости, перпендикулярной плоскости, включающей центры источников и детекторов гамма-излучения.