Радиометрия газов, меченных радионуклидами с мягким р-излучением

Для измерений мягкого p-излучения изотопов зН и ‘"С целесообразно использование газовых счетчиков внутреннего наполнения или жидких сцинтилляторов. Счётчики внутреннего наполнения могут работать как в проточггом, так и в непроточном (интегральном) режимах. Проточные счётчики находят применение для измерения радиоактивности образцов летучих газообразных соединений с малой удельной активностью и не используются для труднолетучих меченых веществ и конденсирующихся паров. В тех случаях, когда они не применимы, могут быть использованы тупиковые счётчики различных типов.

Методы, позволяющие регистрировать мягкое p-излучение трития или ‘4С, основаны на регистрации тормозного (рентгеновского) излучения при торможении электронов в стенках счётчика, а также излучения Черенкова-Вавилова, возникающие при торможении p-излучения в окгге ФЭУ. Для этих целей успешно применяются капилляры из сцинтиллирующей пластмассы, но более широкое распространение получил метод ржидкостной сцинтилляции. При этом часто зН и чС переводят в молекулы веществ, хорошо растворяющихся в тех же растворителях, в которых хорошо растворяются сцинтилляторы (например, в бензол).

При сравнительно высоких активностях тритий хороггго регистрируется масс-спектрометрическими методами. Обычно в рабочий объём счётчиков внутреннего наполнения вводят непосредственно не само меченное зН или ‘"С вещество, а соединения, полученные путём переработки продуктов сжигания органических образцов. Наилучгггие результаты достигаются для таких смесей, как водород-метан и водород-метан-ацетилен, полученных путём восстановления С0₂ и Н₂0.

Методика определения активности проб, меченных зн или >⁴С, основана на получении смеси метан-водород путём нагревания органического вещества, меченного этими изотопами, до температуры 640° в присутствии цинка, оксида никеля и воды. Радиоактивная смесь газов подаётся на вакуумную установку с тупиковым счётчиком.

Существует несколько методов измерения активности радиоуглерода. Один из них основан на определении количества электронов, выделяющихся в процессе распада^С. Интенсивность их выделения соответствует количеству ^{, 4}С в исследуемом образце. Время счёта составляет несколько суток. Друтой метод требует использования масс-спектрометра, с помощью которого выявляются все атомы с массой 14; особый фильтр позволяет различать ¹⁴N и ¹⁴С. Здесь счёт ¹⁴С можно осуществить меньше, чем за час (достаточно иметь образец массой в 1 мг).

Энергия радиационного фона окружающей среды обычно колеблется в широких пределах, в отличие от радиации, вызванной распадом *⁴С, энергия которого, как правило, близка к нижней границе фонового спектра. Для подавления фона пропорциональный счётчик закрывают экранами из железа (железо должно быть изготовлено до 2-ой мировой войны, так как после ядерных испытаний все металлы загрязнены техногенными радионуклидами) или из высокочистого свинца толщиной в несколько сантиметров. Стенки счётчика экранируют расположенными вплотную один к другому гейгеровскими счетчиками, которые, задерживают все космическое излучение. Здесь используется активная защита по схеме антисовпадений. Такой метод экранирования сводит фоновый сигнал до нескольких распадов в минуту, что позволяет датировать довольно древние образцы.

При использовании метода жидкостной сцинтилляции полученный из образца углеродсодержащий газ превращают в жидкость, которую можно хранить и исследовать в небольшом стеклянном сосуде. В жидкость добавляют сцинтиллятор. В сцинтилляционном счётчике имеются две трубки: одна с радиоактивным веществом, другая без него. Ложный сигнал можно выявить и исключить, поскольку он послан лишь одной трубкой. Сцинтилляционные счётчики характеризуются очень низким фоновым излучением, что позволяет датировать с высокой точностью образцы возрастом до 50 000 лет.

При использовании сцинтилляционного метода часто приходится переводить ^{, 4}С из С0₂, полученного при сгорании меченого вещества, в бензол. Процесс начинается с реакции между С0₂ и расплавленным литием, в результате которой образуется карбид лития. В карбид понемногу' добавляют воду', и он растворяется, выделяя ацетилен, который под действием катализатора превращается в прозрачную жидкость — бензол, содержащий весь ¹⁴С:

Радиометрия воды, обогащённой тритием, — сложная и до сих пор до конца не решённая задача. Вода крайне отрицательно влияет на работу' любых счётчиков внутреннего наполнения, особенно пропорциональных и сцинтилляционных. Кроме того, пары воды адсорбируются на ведущих к счётчику трубопроводах, и в самом счётчике. В результате фон счётчика резко возрастает, так что продолжительные измерения нестационарных концентраций паров становятся невозможными, а о количественном измерении вообще не может идти речи. Для преодоления адсорбции, трубопроводы и счётчик прогревают до температур выше кипения воды. Однако при этом собственный фон пропорционального счётчика резко возрастает за счёт возникновения ложных импульсов, а сцинтилляционные счётчики вообще нагревать нельзя.

Лучшие результаты даёт использование в качестве газа-носителя в пропорциональном счётчике внутреннего наполнения паров абсолютного спирта. Спирт достаточно эффективно препятствует адсорбции воды на стенках трубопроводов и счётчика, кроме того, в пропорциональном счётчике он выслушает как гасящая разряд добавка.

Обычно используются методы перевода тритиевой воды в газы, удобные для регистрации — газообразный тритий, ацетилен, этан и др. При этом используются такие реакции, как Реакции идут при повышенных (~зоо°) температурах. Методы, включающие превращение тритиевой воды в легко регистрируемые газы, подходят для количественного анализа в стационарных условиях, но из-за высокой инерционности всего процесса не годятся для измерения нестационарных концентраций. Анализ смесей радиоактивных газов и паров обычно проводят с помощью радиохроматографа. Однако этот метод требует периодического отбора проб и достаточно большого времени анализа.

Для анализа смесей газов с быстро меняющейся концентрацией такой способ абсолютно не применим. Для экспресс-анализа нестационарных смесей двух радиоактивных газов, меченных радионуклидами с разными схемами распада, можно применить проточный пропорциональный счётчик, работающий в спектроскопическом режиме.

Пары, которые могут изменить счётную характеристику счётчика, надо переводить и удобную для регистрации форму (например, пары органических веществ, меченных по углероду, — в С0₂, воду — в Н₂ или С₂Н₂ и т. д.). Условия перехода должны исключать сорбцию, быть практически безынерционными и давать высокую степень превращения паров.