Радиоактивационный метод

Определение нептуния

Аналитическому определению нептуния обычно предшествует его концентрирование, выделение и очистка. Чаще всего для количественного определения нептуния используют радиометрические и спектрофотометрические методы.

Радиометрические методы

Радиометрические методы являются главными для идентификации и количественного определения нептуния. Это более чувствительные методы, чем химические и спектральные методы. Для определения ²³⁷Np наиболее подходящей является α-радиометрия, а для измерения ²³⁹Np используется γ-спектроскопия. Удельная α-активность ²³⁷Np составляет 1540 α-частиц/(мкг·мин). Определение ²³⁹Np и ²³⁸Np проводят изменением β-активности (чувствительность 37 Бк) или γ-излучения (чувствительность 3,7·10⁴ Бк) с энергией соотв. 100 и 1000 кэВ. В отсутствие мешающих α-излучателей (таких как ²³⁹Pu и ²⁴¹Am) ²³⁷Np может быть определён с помощью пропорционального счётчика. Чувствительность радиоактивационного определения ²³⁷Np (по γ-линии ²³⁸Np) 10^-3 мкг. Приготовление α-активных препаратов осуществляют несколькими способами: выпариванием, электролитическим осаждением, распылением раствора в электрическом поле и др.

Рис.1. α-Спектры препаратов:

α- спектр смеси ²³⁷Np и ²³⁹Рu в соотношении 1:12 (по активности); б - то же, в совпадении с γ-квантами с энергией 90 кэВ; в - спектры совпадения: 1 - чистый препарат ²³⁹Рu с небольшой примесью ²³⁸Рu и ²⁴¹Am; 2 - смесь ²³⁷Np и ²³⁹Рu в соотношении 1:1000 по активности; 3 — то же, с добавкой 0,1 мкюри ¹³⁷Cs

Ввиду низкой удельной α-активности ²³⁷Np радиометрический метод определения его по α-счету отличается невысокой чувствительностью - 0,1 мкг Np - и малой избирательностью по отношению к прочим α-излучателям. Так, определению ²³⁷Np мешает ²³⁹Рu при весовом соотношении к ²³⁷Np, равном 5 10^-4: 1; ²⁴¹Am мешает в количестве примерно в 50 раз меньшем (10^-5:1). Для повышения избирательности по отношению к этим элементам можно определять нептуний с помощью γ-спектрометрии по γ-линии ²³⁷Np и дочернего ²³³Ра в области 90 кэВ. Однако в этом случае чувствительность определения снижается в 100-1000 раз, уменьшается также избирательность метода по отношению к продуктам деления. Более эффективно повышение избирательности с помощью измерения α-спектров и особенно α-спектров в совпадении с γ-квантами с энергией около 90 кэВ.

Чувствительность радиометрического определения ²³⁹Np и ²³⁸Np в пересчете на вес нептуния значительно выше (10^-2-10^-3 пг этих изотопов), но из-за более высоких уровней фона β-излучения по сравнению с фоном α-излучения она значительно ниже по числу распадов в минуту, чем при измерении ²³⁷Np, и составляет 10²-10³ расп/мин. Определение этих изотопов методом расчета не избирательно.

Для уменьшения влияния продуктов деления предпочитают определять ²³⁹Np и ²³³Np с помощью γ-спектрометрии по γ-линиям в области 100 и 1000 кэВ соответственно. ²³⁹Np определяют также по γ-линиям с энергией в области 200 кэВ.

Чувствительность определения нептуния измерением α-спектра или методом α,γ-совпадений практически совпадает с чувствительностью определения его по общей α-активности, хотя при использовании метода α,γ -совпадений число зарегистрированных импульсов на 1 мкг ²³⁷Np примерно в 30 раз меньше, чем при измерении α-активности. Это обусловлено тем, что при измерении спектра совпадений в еще большей степени падает фон, регистрируемый установкой.

Радиоактивационный метод

Для увеличения чувствительности определения ²³⁷Np можно использовать радиоактивационный метод.

При облучении медленными нейтронами происходит следующая ядерная реакция (сечение активации 170 барн):

При этом образуется короткоживущий изотоп ²³⁸Np, удельная активность которого превышает удельную активность ²³⁷Np в 4 - 10⁸ раз. Вследствие этого для увеличения чувствительности радиометрического определения нептуния в 100 раз достаточно превратить в ²³⁸Np всего 10^-3% ²³⁷Np. Определение ²³⁸Np ведут по его γ-линии в области 1.0 МэВ. Измерению ²³⁸Np мешают короткоживущие продукты деления ²³⁹Рu и ²³⁵U, отчасти продукты активации La и А1. Избирательность метода невысока, хотя многие из прочих элементов могут присутствовать в значительных количествах. Для увеличения избирательности выделяют нептуний как из проб перед облучением, так и из растворов облученных препаратов. При использовании химических методов отделения нептуния (как до, так и после облучения) радиоактивационный метод позволяет определять сотые доли микрограмма нептуния в присутствии до 10⁶ -кратных количеств Рu и до 10⁸-кратных количеств естественного урана. Ошибка определения нептуния этим методом составляет +10-30%. Время облучения зависит от мощности нейтронного источника; время выдержки после облучения равно 1-2 дням..