Способ определения периода полураспада короткоживущих радиоактивных изотопов Советский патент 1989 года по МПК G01T1/30 

Изобретение относится к области ядерной физики и наиболее эффективно может быть использовано в исследованиях характеристик распада короткоживущих радиоактивных изотопов (напр, периодов полураспада) и определения количества ядер изотопа путем измерения его активности.

Известен способ измерения периода полураспада /Т/ радиоактивного изотопа, заключающийся в измерении абсолютной величины активности (I). Величину Т определяют из вьфажения;

dN dt

(1) 38 где N - число радиоактивных ядер в момент t, Измерив скорость распада ядер, из выражения (1) вычисляют значение не личины Т. Недостатком данного способа является необходимость измерения абсо лютнрй величины активности изотопа, что представляет сложную и трудоемкую задачу. Кроме того, данный способ может быть применен дпя измерения долгоживущих изотопов, когда из менением активности изотопа за время измерения измерения можно пренебречь. Известен также способ определени периода полураспада радиоактивных изотопов (2), заключающийся в облучении потоком ионизирующего излуче.кия элемента, из которого образуется в результате ядерной реакции исследуе№1Й радиоактивный изотоп, и последующем многократном измерении в течение равных промежутков време ни его активности. Из отношения изм ренных активностей определяют величину Т Известно, что количество распавшихся ядер данного радиоактивного изотопа Ы, за время измерения Ы составляет: К, (,(1-е-) , (2) где - 0,693/Т, N - количество радиоактивных ядер в момент начала измерения активности, Для второго измерения, выполненного через время t, имеем: м . и гч - Нде . ( ) . (3) Из соотношений этих равенств получаем: П Q О /ПС К . ое 0.693/Т (t,+tj . (4) N« Т Из Выражения (4) вычисляют значе ние Т, Обычно выпрлнщот много таких последовательных измерений активнос ти одного облученного образца и рас считывают среднее значение Т. Существуют и другие способы обработки таких данных, например, с помощью ЭВМ определяется показатель Экспоненты, из которого вычисляют значение Т. Недостатки данного способа состо ят в следующем существующие систеbOii дпя измерения активности обладаю ограниченным быстродейстйием (напр, ,сцинтилляционные гамма-спектрьмет.ры надежно регистрируют активности не более (0,5-1,0)10 имп(с), что ограничивает количество измерений активности одного образца с достаточно малой статистической погрешностью (обычно не более 4-5), Увеличение числа измерений уменьшает величину о активности и ухудшает отношение активности к фону, приводя к необходимости измерения последнего, что значительно увеличивает общее время измерений и погрешность определения величины Т, Обычно используют многократное облучение образца (образцов) и измерение его (их) активности. Целью данного изобретения является обеспечение экспрессности измерений при сохранении из точности. Поставленная цель достигается тем, что в способе определения периода полураспада короткоживущих радиоактивных изотопов, заключающемся в облучении потоком ионизирующего излучения элемента, из которого образуется исследуемый изотоп, и последующем многократном измерении его активности, облучают одновременно в идентичньпс условиях-не менее двух образцов, содержащих одинаковое количество элемента, причем дпя измерения активности приготавливают образцы, в которых содержание элемента устанавливается вьфажением: gllto gAn(K-i}-ti где Oi - постоянная распада исследуемого радиоактивного изотопа; максимальная активность, регистрируемая дайкой измерительной системой, о удельная активность изотопа, для данных условий облучения и измерения; номер образца в порядке измерения его активности; число последовательных измерений одного образца;. интервал времени между окончанием облучения и началом первого измерения первого образца; интервал времени между началом двух последовательных из14ерений. Измерение активности образцов за-; полняется в порядке возрастания концентрации элемента в них. Путем несложных преобразований можно показать, что в общем случае активность к-го образца перед началом измерения с порядковым номером е (где е принимает значения О, 1, 2,,.,,п) может быть записана в виде: (K-(bel-t, где А - активность образца в момент окончания облучения. Каждый образец должен содержать такое количество элемента, чтобы к моменту первого измерения его актив ность (А) должна равняться предель но допустимой для данной измерительной системы (А тах)Ч0есгь .. Активность образца в момент оконп чания облучения (А), при прочих рав ных условиях, пропорциональна массе облучаемого элемента: т Учитывая (8), вьфажение (6), дпя , примет вид: -Ato -Ип{к-|Н I к AnSUL Необходимо отметить, что величина к обусловлена количеством элемента, которое может быть одновремен но облучено в устройстве для облуче ния, и удельной активностью, котора может быть достигнута в данных условиях эксперимента, и предельной величиной регистрируемой активности. Время , где t - время измерения активности образца, tj - время задержки между окончанием предыдущего и началом последующего измерений Величина t зависит от периода полураспада исследуемого изотопа и составляет (0,2-0,4) Т, Величина tj оп ределяется временем, необходимым для вьшода информации из измерительной системы и замены образцов перед детектором, Дпя упрощения процедуры приготовления образцов для измерения активности удобно использовать частный случай, когда n«t, , В этом случае масса каждого последующего образца должна быть в два раза больше предьщущего. Преимущества данного способа состоят в следующем, В результате одного облучения получают серию данных с максимальной величиной активности в каждом измерении. Количество измерений, полученных для одного облучения значительно больше, чем в любом другом известном способе. Все измерения одной серии являются рядом непрерывных данных одной конкретной экспоненты, обработка которых несомненно проще, чем несколько серий с тем же количеством (суммарным) данных, полученных при многократном облучении одного (или нескольких) образ а. Пример, Рассмотрим реализацию способа на примере определения периода полураспада изотопа А1, образующегося по реакции Si/n,p,7 А1, при облучении кремния нейтронами с энергией 14 МэВ на нейтронном генераторе. Ориентировочное значение периода полураспада данного изотопа составляет 2,3 мин. Поэтому режим облучения и измерения был выбран следующим: время облучения 5 мин, t 1 мин,, t 5 с, Ц 30 с, п 4, Для облучения использовали устройство, в котором одновременно располагалосьво- . семь образцов. Устройство обеспечивало вращение образцов вокруг дейтонного пучка нейтронного генератора таким образом, чтобы траектории движения образцов относительно мишени были идентичны. Предварительнооблучается один образец в этом устройстве, дпя определения удельной актив- . кости изотопа А1, которая измерялась сцинтилляционным гамма-спектрометром с кристаллом NaJ(Te) размером мм. Для выбранных условий эксперимента удельная активность составила имп/мг. Предельная величина регистрируемой активности образца Z-IO имп/с, при этом активность изотопа 2вА1 составляет 3-510 имп/30 с (в первом измере- нии), В устройство для облучения загружалось восемь образцов порошкового кремния массой по 800 мг. После облучения все образцы с.сыпапись вместе и тщательно перемешивались. Затем изготавливался первый образец массой л/бО мг и измерялась его активность четыре раза в течение 30 с, После окончания каждого измерения информация выводилась на цифропечатающее устройство. Весь процесс измерений полностью автоматизирован. После окончания четвертого измерения на детектор располагался второй образец массой вдвое больше первого. Необходимо отметить, что при изго товлении последующих образцов исполь;3овапись и предьодущие.

В таблице приведены результаты одного цикла измерений по предлагае-, мому и известному способу (облучается один образец и непрерывно измеряется до полного распада изотопа, время одного измерения 30 с, масса образца и начальная активность те же, что и в первой серии).

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРИОДА ПОЛУРАСПАДА КОРОТКОЖНВУЩИХ РАДИОАКТИВНЬК ИЗОТОПОВ, заключающийся в облучении потоком ионизирующего излучения элемента, из которого образуется исследуемый изотоп, и последующем многократном измерении его активности, отличающийся тем, что, с целью обеспечения экспрессности измерений при сохранении их точности, облучают одновременно в.идентичных условиях не менее двух образцов, содержащих одинаковое количество элемента, причем для измерения активности приготавливают образцы, в которых содержание элемента /т / устанавливается выражением: к А max g nCk-O-t, Ш - е «с« q где т - постоянная распада исследуемого радиоактивного изотопа} А - максимальная активность, регистрируемая данной измерительной системой; q - удельная активность изотопа для данньпс условий облучения и измерения; К - номер образца в порядке измерения его активности; п - число последовательных изме(Л рений активности образца, С t - интервал времени между окончанием облучения и началом - о первого измерения первого об разца; 00 t - интервал времени между нача65 лом двух последовательных из мерений, а активность образцов измеряют в по рядке возрастания концентрации эле:А мента в них.

559 467 389 321 261 220 185 152 128 106 86 73

Известный способ