Радиоактивационный анализ

Для анализа примесей концентрацией IO-4 % и менее обычные приемы оказываются неэф­фективными. Однако в современной технике требова­ния к чистоте материалов постоянно растут. И для научных исследований иногда оказывается важным знать чистоту материала с очень высокой точностью. Это привело к созданию ряда исключительно чувстви­тельных методов анализа. Рекордсменом здесь яв­ляется так называемый радиоактивационный (или про­сто активационный) метод, который «улавливает» не­которые примеси до концентраций 10_б—10_10%.

Впервые он был применен в 1936 году работавши­ми в Дании венгерскими исследователями Д. Хевеши и Г. Леви. Но настоящее развитие получил уже после войны. Принцип анализа достаточно прост, хотя его практическое выполнение иногда вырастает в настоя-" щее научное исследование.

Многие элементы, которые в естественном состоя­нии нерадиоактивны, можно превратить в излучаю­щие (активировать), если подвергнуть их бомбарди­ровке ядерными частицами. Как правило, для этой цели используются нейтроны. Радиоактивное излуче­ние каждого изотопа специфично, т. е. обладает своей энергией и своим периодом полураспада (временем, когда интенсивность излучения ослабляется вдвое). Поэтому если измерить эти характеристики, то затем с помощью таблиц легко произвести «опознание». Об­щая активность изотопа пропорциональна числу его ядер, и это позволяет проводить количественный ана­лиз.

Важным преимуществом радиоактивационного анализа (помимо высокой чувствительности) является то, что можно не беспокоиться о возможности загряз­нения образца. Даже если после активации в реак­торе в образец и попадут примеси, они все равно останутся не замеченными детектором, так как не бу­дут излучать.

На счету у активационного нейтронного анализа не одно серьезное достижение. Но, может быть, более всего впечатляют его успехи в… криминалистике.

13 мая 1958 года в канадском городке Эдмундсто – не, расположенном около канадско-американской гра­ницы, был обнаружен труп 16-летней девушки Гаэ – таны Бушар. Подозрения на основании косвенных улик пали на молодого американца Джона Фоллмена, который часто приезжал по делам в Эдмундстон. Тот, однако, категорически отрицал свою причастность к преступлению. Следствие остро нуждалось в пря­мых доказательствах. Тщательный осмотр трупа Бу­шар установил, что в руке девушки остался зажатым единственный волосок. Он мог принадлежать либо ей, либо убийце.

Можно ли по одному волоску точно идентифициро­вать личность его хозяина? Такой вопрос полицей­ские поставили перед специалистом по нейтронному активационному анализу Робертом Джерви. Для от­вета тому пришлось выполнить сложное исследова­ние. Основная идея состояла в том, что для волос каждого человека характерен свой неповторимый на­бор и концентрация микроэлементов, Нтобы доказать

Ее правильность, Джерви пришлось обследовать воло­сы десятков людей. В результате кропотливой работы удалось доказать, что найденный волосок действи­тельно принадлежит Фоллмену, и это стало решаю­щим доказательством его вины. Ни одному другому методу, кроме радиоактивационного анализа, такая задача была не по силам. Ведь речь шла о мышьяке, натрии, меди, цинке, броме, концентрация которых в человеческих волосах не превосходит Ю-6 %.

А вот еще пример. На этот раз — из мира сплавов. Гафний и цирконий считаются металлами-близнеца­ми. Они схожи почти во всем, и до 1923 года это ме­шало открыть гафний — исследователи принимали его за открытый на полтора столетия раньше цирконий.

Цирконий, в котором всегда в качестве примеси содержится гафний, довольно давно использовался в составе специальных сталей и бронз и при этом гаф­ний из-за схожести свойств помехой не становился. И вдруг выяснилось, что в одном отношении «близ­нецы» очень разнятся. Цирконий, в отличие от мно­гих металлов, легко пропускает нейтроны. Поэтому из него стали изготовлять оболочки урановых стержней для реакторов. Присутствие гафния при этом оказалось крайне нежелательным; например, да­же 0,02 % гафния в 6,5 раз снижает нейтронную про­зрачность циркония. В этих условиях было важно найти точный метод выявления содержания гафния в цнрконии. Как вы уже догадались, незаменимым оказался радиоактивационный анализ. Он чувствует даже Ю-4 % гафния — меньше, чем любые другие методы.

Применение радиоактивационного анализа позво­ляет взглянуть на так называемые чистые металлы совсем другими глазами. В табл. 1 приведены полу­ченные с помощью этого метода данные по содержа­нию примесей в особо чистом промышленном алю­минии.

Таблица 1 Содержание примесей в алюминии высокой чистоты

Примесь

Концентрация, IO-4 мае. %

Примесь

Концентрация, Ю-4 мае. «А

Медь

1,9

Неодим

0,1-0,2

Мышьяк

0,15

Празеодим

0,05-0,1

Сурьма

1,2

Церий

0,3-0,6

Уран

0,002

Лантан

0,01

Железо

3

Никель

2,3

Галлий

0,3

Кадмий

3,5

Марганец

0,3

Цинк

20

Скандий

0,4—0,5

Кобальт

0,01

Иттрий

0,02—0,04

Натрий

1-2

Лютеций

0,002-0,004

Калий

0,05

Гольмий

0,005—0,01

Магний

3

Гадолиний

0,02—0,04

Барий

6

Тербий

0,003—0,006

Сера

15

Самарий

0,005—0,01

Фосфор

3

Вот что скрывается под словами «особо чистый алюминий»!

Мы не будем пытаться рассказать обо всех мето­дах анализа — это очень обширная тема. Вместо этого кратко оценим ситуацию в целом.

Вопрос определения состава сплавов на сегодня (за исключением случаев очень низких концентра­ций) не представляет принципиальных трудностей. Как правило, ни металловеды, ни металлофизики этим сами не занимаются, В научно-исследователь­ских организациях предусмотрены специальные лабо­ратории, отвечающие за проведение качественного и количественного химического анализа. В случае необ­ходимости туда направляются заказы на проведение анализа с прилагаемыми к ним образцами.