ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2007, том 62, № 6, с. 616-621
^=ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 543:553
ОПТИМИЗАЦИЯ ГАММА-АКТИВАЦИОИНОЙ АВТОРАДИОГРАФИИ ДЛЯ ПОИСКА БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В ОБРАЗЦАХ УЛЬТРАОСНОВНЫХ ПОРОД
© 2007 г. Вин Мьо Тхун, В. М. Минаев, В. Т. Самосадный
Московский инженерно-физический институт (государственный университет) 115409 Москва, Каширское шоссе, 31 Поступила в редакцию 02.05.2006 г., после доработки 14.08.2006 г.
Оптимизированы режимы гамма-активационной авторадиографии некоторых благородных металлов (БМ) на примере двух образцов ультраосновных пород путем выбора энергии электронов при облучении тормозным излучением линейного ускорителя электронов У-17 (МИФИ). Показано, что уменьшение энергии электронов с 25 до 15 МэВ позволяет снизить предел обнаружения некоторых элементов платиновой группы и Аи в таких образцах до уровня, полученного при энергии электронов 25 МэВ и отсутствии фонового излучения. В одном из образцов (Гальмано-Энанский массив, п-ов Камчатка) обнаружено включение БМ, которое может быть обусловлено присутствием в нем (0.18 ± 0.03) нг Аи или (8.4 ± 1.4) нг платины. Предел обнаружения составил (нг): Аи - 0.03, Pt - 0.16, Pd - 0.42 и Rh - 3.4.
Основным сырьевым источником (до 95%) благородных металлов (БМ: элементы платиновой группы - ЭПГ, а также Аи и Ag) являются норильские медно-никелевые руды [1]. Данные о содержании ЭПГ и золота представляют существенный интерес особенно в связи с проблемой образования месторождений этих металлов. В литературе приводятся лишь ограниченные сведения об их концентрации в мантийных включениях. Содержание ЭПГ и Аи в природных объектах и промышленных материалах находится в пределах (100-10-12%); для определения их среднего содержания и локализации привлекают различные методы [2-6]. Одним из них, позволяющем выявлять локализацию включений ЭПГ и Аи, является метод активационной авторадиографии (АРГ).
В работе [7] показано, что АРГ является перспективным методом для определения микроколичеств платины. Развиваемый в цифровом варианте, этот метод отличается экспрессностью, низким пределом обнаружения платины (до 1 нг) при пространственном разрешении около 20 мкм. В [7, 8] оценен предел обнаружения ЭПГ и Аи в силикатных образцах методами инструментального гамма-активационного анализа и авторадиографии при их облучении на микротроне в течение 30 мин при среднем токе 2.5-10 мкА, максимальной энергии тормозного излучения 25 МэВ. Было отмечено, что предел обнаружения ЭПГ и Аи зависит от присутствия в образцах мешающих элементов, и в частности Си, №, Т^ Сг и Mg. Известно также, что пороги большинства мешающих реакций заметно выше, чем у реакций, используемых
конкретно для определения каких-либо БМ. Поэтому в данной работе путем выбора энергии электронов при облучении тормозным излучением линейного ускорителя электронов поставлена задача оптимизации режимов гамма-активационной авторадиографии БМ в образцах горных пород ультраосновного состава.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Подготовка образцов. В экспериментах по оптимизации режимов гамма-активационной авторадиографии облучались фольги БМ и некоторых мешающих элементов. Для оценки возможности определения включений БМ были подготовлены два образца ультраосновной породы из разных районов (Гальмано-Энанский массив, п-ов Камчатка, образец 1; и породы из Норильского месторождения, п-ов Таймыр, образец 2). Ультраосновные породы из первого района представлены дунитами, темноцветный минерал которых состоял из оливина - (Mg, Fe)2SiO4, в качестве акцессорного минерала присутствовал хромит -FeCгO4. Среднее содержание платины в породе, из которой был изготовлен образец 1, определялось методом радиохимического нейтронно-ак-тивационного анализа (РНАА) и оказалось равным 6 х 10-4%; в образце 2 в качестве основных примесей были медь и никель. Из этих образцов были приготовлены аншлифы размером 6 см2 и толщиной менее 1 мм (для увеличения их механической прочности перед шлифовкой образцы приклеивали к пластине кремния высокой чистоты).
ОПТИМИЗАЦИЯ ГАММА-АКТИВАЦИОННОИ АВТОРАДИОГРАФИИ Таблица 1. Режимы экспонирования образца 1 и расчета активности образовавшихся радионуклидов
Время, ч
Доля радионуклидов в общей активности образца, %
охлаждения экспозиции 57Ni 57Co 24Na 51Cr 122Sb 54Mn 47Sc
3 3.2 2.16 0.00 94.60 2.12 0.96 0.00 0.16
6.2 15.5 2.67 0.00 92.71 3.10 1.29 0.00 0.22
29.5 22.5 4.82 0.00 82.67 9.07 2.91 0.00 0.53
52 42 7.63 0.00 59.74 25.45 6.00 0.00 1.81
100 89 6.43 0.01 10.75 72.03 8.76 0.01 2.00
189 288 0.70 0.02 0.09 95.76 2.61 0.02 0.81
Таблица 2. Режимы экспонирования образца 2 и расчета активности образовавшихся радионуклидов
Время, ч
Доля радионуклидов в общую активность образца, %
охлаждения экспозиции 57Co 57Ni 47Sc 47Ca 64Cu 24Na
3.3 18.5 0.01 7.01 0.13 0.04 88.97 3.84
24.8 27 0.02 15.07 0.36 0.13 80.19 4.42
51.8 42 0.10 34.28 1.16 0.45 59.92 4.09
93.8 72 0.57 69.19 4.16 1.80 22.11 2.21
165.8 216 5.33 72.30 13.30 7.39 1.41 0.26
Активация и гамма-спектрометрическое измерение образцов. Исследуемые образцы облучали на линейном ускорителе электронов У-17 (МИФИ) при максимальной энергии тормозного излучения 25 и 15 МэВ в течение 60 мин при токе электронов 22 и 40 мкА, соответственно. Для получения тормозного излучения использовали вольфрамовую мишень и алюминиевый поглотитель, толщиной 3.82 и 14.3 г/см2 соответственно. Размер пучка контролировался по активности медной фольги размером 35 мм х 5 мм, облучаемой вместе с образцами. При этом установлено, что интенсивность тормозного излучения уменьшалась в 2 раза на расстоянии 15 мм от центра. Наведенную активность образцов измеряли на GeLi-детекторе с эффективностью регистрации гамма-излучения 7.4% и разрешением 2 кэВ по линии 60Co с энергией 1332 кэВ.
Авторадиография. После облучения образцы экспонировали при комнатной температуре несколько раз (см. табл. 1 и 2) на ядерных фотопластинках типа МР с толщиной эмульсии 10 мкм. Для фотографической обработки ядерных фотоматериалов использовали проявитель Kodak GBX Developer. Рабочий раствор для проявления готовили смешиванием 4 объемов воды и 1 объема проявителя Kodak GBX Developer. "Стоп-раствор" -0.5% раствор уксусной кислоты. Временной режим фотографической обработки (мин): вода - 3,
проявитель - 9, вода - 0.5, стоп-раствор - 3, вода -0.5, фиксаж - (20-30), вода - 30.
Полученные авторадиограммы сканировали на слайд-сканере фирмы Microtek, модель FilmScan 3600 (разрешение 3600 точек на дюйм, динамический диапазон 3.0 D). Сканер для денсито-метрии градуировали с помощью микрофотометра ИФО-451.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Предварительные эксперименты показали, что основным мешающим элементом при определении БМ является магний, из которого по реакции 25Mg(y, p)24Na образуется радионуклид натрия с периодом полураспада 15 ч. Так как порог этой реакции, равный 12.06 МэВ, заметно выше, чем пороги основных ядерных реакций, используемых в анализе, был проведен расчет их выхода на золоте, магнии, меди и никеле при энергии электронов 25, 20 и 15 МэВ для всех известных сечений ядерных реакций [9]. Проведенные расчеты показали, что при уменьшении энергии электронов с 25 до 20 Мэв, активность уменьшается в 1.43 раза для 197Au; 7.05 - для 24Na; 2.54 - для 57Ni; 2.14 - для 57Co и 2.12 - для 64Cu. При уменьшении энергии электронов с 25 до 15 Мэв, активность этих радионуклидов уменьшается для 197Au в 2.53 раз; 24Na -206; 57Ni - 20; 57Co - 15.1 и 64Cu - 7.7. Эти расчеты - оценочные, так как в них не учитывался спектр электронов, полученных на ускорителе.
Таблица 3. Наведенная радиоактивность (А) благородных металлов и основных мешающих элементов, полученная при гамма-активации
Элемент Реакция Порог, МэВ о, мб [11] Радионуклид T1/2 А, Бк/мг
25 МэВ 15 МэВ [8] [10]
Pt (Y, n) 8.767 481.5 191Pt 2.8 дн 21 49 37 -
(Y, n) 7.557 21.5 197Pt 19.8 ч 967 463 814 2746
(Y, n) 7.96 32.5 197mpt 95.4 мин - 419 - 3869
Au (Y, n) 8.071 543.8 196Au 6.18 дн 895 1528 2300 6628
Pd (Y, n) 8.818 180 109Pd 13.7 ч 1260 1204 2900 -
(Y, n) 10.59 197 101Pd 8.47 ч 126 102 300 587
(Y, P) 7.809 6.54 101mRh 4.34 дн 15 11 8 -
Rh (Y, 2n) 16.75 101Rh 3.3 г 1 0.1 - -
(Y, 2n) 16.92 101mRh 4.34 дн 151 1 85 450
(Y, n) 9.32 172 102Rh 207 дн 0.4 - 0.7 38
(Y, n) 9.32 250 102mRh 2.9 г 23 10.98 27 -
Cr (Y, n) 13 84.8 49Cr 42.3 мин 395 80 - 8062
(Y, n) 12.04 36.75 51Cr 27 дн 48.1 10 - 430
Mg (Y, P) 12.06 51.2 24Na 15 ч 162 40 - 585
Cu (Y, n) 9.91 106 64Cu 12.7 ч 1690 2387 - 6776
Fe (Y, n) 13.38 44.84 53Fe 8.51 мин - 1125 - 6302
(Y, P) 10.56 6.09 56Mn 2.58 ч 115 24 - 389
Ni (Y, P) 8.18 37.5 57Co 271 дн 10 16 - -
(Y, n) 12.22 32.8 57Ni 35.6 ч 841 203 - 6162
Ti (Y, n) 13.19 34.2 45Ti 184 мин 916 426 - 3160
(Y, P) 10.46 10 46Sc 83.79 дн 1 - - -
(Y, P) 11.45 5.2 47Sc 3.35 дн 134 26 - 1193
(Y, P) 11.36 3.12 48Sc 43.67 ч 12 3 - 39
Экспериментальную проверку выходов ядерных реакций проводили при энергии электронов 25 и 15 МэВ. Результаты определения активности приведены в табл. 3. Фольги из БМ в дальнейшем использовали в качестве образцов сравнения. Кроме того, в табл. 3 представлены значения пороговой энергии, максимального сечения ядерной реакции, период полураспада и наведенной активности радионуклидов ЭПГ и золота, полученные в работах [8, 10], при облучении тормозным излучением. В [8] образцы облучали на микротроне и активность измеряли на ППД из чистого германия (Canberra) с относительной эффективностью регистрации гамма-излучения 18% и разрешением 2 кэВ по линии 1332 кэВ. В [10] облучение проводили на линейном ускорителе электронов "Tohoku University" (ток 70 мкА, энергия 30 МэВ), в течение 1 ч, активности измеряли на GeLi-детек-торе (ORTEC); объем детектора 24 см3, разрешение 2.6 кэВ по линии 60Co с энергией 1332 кэВ.
Проведенные исследования показали удовлетворительное совпадение относительных выходов радионуклидов, полученных в разных работах на разных ускорителях. Различие абсолютных значений выходов объясняется особенностями ускорения электронов и, в частности, энергетическим спектром электронного пучка на вых
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.