2. Экспоненциальный закон ослабления γ-излучения. Потеря энергии при прохождении параллельного (узкого) пучка γ-квантов через вещество происходит в соответствии с экспоненциальным законом. Изменение числа γ-квантов в зависимости от толщины поглощающего материала также подчиняется экспоненциальной зависимости. Если обозначить соответственно через I_o и I числа γ-квантов, падающих на поглотитель l толщиной l, см (или d, г/см²), и проходящих через него, то

или

где μ' (см^-1)– линейный, а μ (см²/г) – массовый коэффициенты ослабления γ-излучения, причем μ=μ'/ρ.

Коэффициент ослабления представляет собой сумму коэффициентов фотоэлектрического поглощения τ, комптоновского рассеяния σ и образования пар χ. Например, для линейного коэффициента ослабления можно записать:

Зависимость этих коэффициентов от энергии γ-излучения для поглотителя из свинца показана на рис. 1.13.

Кривая ослабления γ-излучения в линейных координатах аналогична бета излучению. Конечного пробега в веществе для γ-излучения не существует, всегда имеется вероятность, что γ-квант не провзаимодействует с веществом ни по одному из рассмотренных механизмов. Поэтому проникающую способность γ-излучения характеризуют толщиной слоя половинного ослабления (l_1/2 или d _1/2) или связанным с ней значением коэффициента ослабления:

Рис. 1.13. Зависимость линейных коэффициентов ослабления γ-излучения в свинце от энергии γ-излучения

1 – поглощение γ-лучей за счет комптон-эффекта; 2 – поглощение за счет фотоэффекта; 3 -γ поглощение за счет образования пар электрон – позитрон; 4 – суммарная кривая

Изучая ослабление γ-квантов в зависимости от толщины поглотителя (например, свинца), можно оценить энергию γ-излучения. Заметим, что анализ кривых ослабления не позволяет выявить близкие по энергиям γ-компоненты сложной схемы распада. Поэтому в настоящее время для идентификации радионуклидов по γ-излучению используется не метод ослабления, а более точные методы γ-спектрометрии.

Выполнение химических исследований с использованием радионуклидов всегда включает проведение операций по регистрации их излучения. Под регистрацией излучения понимают получение качественной и количественной информации об излучении радиоактивных ядер, содержащихся в исследуемом объекте. Регистрация излучения позволяет решить ряд задач: установить присутствие радиоактивных атомов, определить тип и энергию излучения, найти содержание радиоактивных атомов в образце и т. д. Регистрацию излучения проводят при помощи соответствующих детекторов.

Основу любого метода регистрации составляет взаимодействие излучения с веществом (см. предыдущий раздел). Методы регистрации можно классифицировать в зависимости от того, какой именно эффект взаимодействия используется. Различают: а) ионизационные методы, которые основаны на ионизирующем действии излучения; б) сцинтилляционные методы, в основе которых лежит способность ряда материалов превращать энергию ядерных излучений в энергию фотонов светового излучения; в) авторадиографические методы, в которых используются химические реакции в фотоэмульсиях, протекающие под действием излучения исследуемого образца.

Кроме перечисленных существуют и другие способы регистрации излучения, пригодные для решения специальных задач.

В детектор, как правило, попадает не все излучение исследуемого радиоактивного препарата, а только какая-то его часть. Доля излучения, не зарегистрированная детектором, зависит от геометрического расположения препарата относительно детектора, поглощения излучения в самом препарате и на пути между препаратом и детектором и других причин. К тому же не все излучение, попавшее в детектор, будет обязательно зарегистрировано. Поэтому переход от показаний прибора, полученных при регистрации излучения исследуемого препарата и отнесенных к единице времени (т. е. от регистрируемой активности), к числу актов распада, происшедших в препарате за единицу времени (т. е. к абсолютной активности препарата), требует введения ряда поправочных коэффициентов. Произведение всех этих коэффициентов представляет собой коэффициент регистрации Кр (о котором уже говорилось ранее). Связь между абсолютной активностью препарата а и его регистрируемой активностью определяется формулой a = I / K_p. Точное определение коэффициента регистрации часто связано с большими трудностями. Довольно часто при выполнении работ с использованием метода радиоактивных индикаторов нет необходимости переходить от Ι к а. На практике обычно удовлетворяются значениями Ι , найденными непосредственно из показаний регистрирующего прибора. Пользоваться значениями Ι вместо соответствующих значений а можно лишь в тех случаях, если при измерении препаратов одного и того же радионуклида с абсолютными активностями а₁, а₂, а_i, коэффициент регистрации K_p остается постоянным, т. е. справедливы соотношения a_i= I_i / K_p . Измерения радиоактивности, при которых выполняется указанное условие, называют относительными.

Для практических целей определения активности значение коэффициента регистрации K_p определяют по следующей формуле:

где – K_p-имп/расп, коэффициент регистрации для исследуемого радионуклида, I_i, имп/сек – регистрируемая скорость счета эталона с активностью а, расп/сек (активность должна быть пересчитана на момент измерения).

Коэффициент регистрации в отличии от абсолютной эффективности содержит в себе данные о схеме распада и применим только для данного радионуклида.

Приближенное значение коэффициента регистрации (счетности) можно получить и не имея эталонного препарата определяемого радионуклида, если в распоряжении исследователя есть эталон другого радионуклида с похожей схемой распада (тот же тип излучения и близкие значения энергий). При этом исследуемый препарат изготовляют геометрически и технологически идентичным имеющемуся эталону-заменителю (одинаковая форма и размеры, один и тот же материал подложки и др.). В результаты измерений вносят только поправки на схему распада (если они существенны).

Иногда можно использовать эталон радионуклида, даже резко отличающегося от исследуемого по одному из важных параметров (например, по энергии излучения). При этом поступают следующим образом, с помощью эталона определяют его геометрический коэффициент (с учетом всех остальных поправок), а затем найденное значение этого коэффициента используют при определении активности исследуемого препарата в тех же самых геометрических условиях.

Тем не менее, самое надежное значение коэффициента счетности можно получить только с помощью стандартного препарата радионуклида, тождественного с определяемым.

Любой метод регистрации обеспечивает выполнение условия относительных измерений, в частности, если режим работы детектора (напряжение, температура и т. д.) правильно подобран и поддерживается в ходе измерения на постоянном уровне. Использование различных методов регистрации связано с разными затратами труда и средств, поэтому в каждом конкретном случае следует искать наиболее простой путь регистрации. Выбор наилучшего метода регистрации требует знания индивидуальных особенностей различных методов, которые обсуждаются ниже.