Способ определения глубины диффузионного проникновения радиоактивных атомов в вещество

(19 51)5 С 01 Т 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И. ОЧНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАН К АВТОРСКОМ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР Р 184501, кл. С 01 Н 3/56, 1963.Авторское свидетельство СССР У 240864, кл, С 01 Т 1/36, 1967. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ ДИФФУЗИОННОГО ПРОНИКНОВЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ АТОМОВ В ВЕЩЕСТВО(57) Изобретение относится к способам определения глубины диффузионного проникновения радиоактивных атомов в вещество. Целью изобретения является расширение круга радиоактивных веществ, для которых определяется возникшее в результате диффузии рас" 3 ение ааетсялучей ов о глубине. енин спект с закл гамм изме еновских хара испускаемых и, внедреннымиренотон ист ки а диоактивнымиисследуемый опо этим спектностей гамма-лристическогония и в сравн том ределени а ам отношения интен иний и линий харак новского излучолученных отн ент ни нии с результатами расчета, основанного на модельном представлении ораспределении внедренных атомов поглубине. Параметр, характеризующийэто распределение, определяется иэусловия наилучшего согласия ответныхи расчетных данных, Физическая основа способа - различие в коэффициентах поглощения гамма-квантов и рентгеновских фотонов. 1 ил. ся к приклад ожет быть ис излучений ей гаммаы гамма- и рентгеновско тенсивн и по отношению и линий и линий ха ованиях возффузии распредетомов по глубичении процессадля измерения актери лучени мов, т ическо как са рентгеновского и радиоактивных ат к и неактивеляют средню оникновения,ных атомов матр глубину диффузи ы,оп ногоНа чертеж исследуемого расстоянии о ется расшивеществ, зникшее в еделение тектор гаммачений, облада шающей способ гамма-линий и обретения состоит в том,перпендикулярном по" эца направлении спект ого рентгено Изобретение относитной ядерной физике и мпользовано при исследникших вследствие дилений радиоактивных ане вещества и нри изудиффузии, в частностикоэффициента диффузии,Целью изобретения яврение круга радиоактивндля которых определяютрезультате диффузии расатомов по глубине,Сущность изчто измеряют вверхности обра изображен в разрезе слойещества, на некоторомкоторого находится деи рентгеновского излущий достаточной разреостью для выделениялиний характеристичесского излучения.Пусть диффузионное распределение радиоактивных атомов характеризуется их объемной концентрацией 1(2), которая для плоского достаточно протяженного образца зависит от координаты г. Тогда от радиоактивных атомов, находящихся н элементе объема ЫЧ, вблизи точки А, детектор зарегистрирует следующие количества гамма-кван О тов и рентгеновских лучей определенных энергий в единицу времени;-МХ,1 Б дет Едвтх,у =1ф ч е ак 4 (2)гдепостоянная распада радиоактивных атомов 20 доли испускаемых радиоактивными атомами гамма- и рентгеновских фотонов регистрируемых энергий, приходящиеся на 1 распад; 25 линейные коэффициенты полного поглощения гамма- и рентгенонских лучей радиоакт;.,нных атомов в данном веществе матрицы соответственно,;площадь детектора, на которую падают фотоныт= дет уи б - эффективности детектора длядет К,гамма-квантов и рентгеновских лучей радиоактивных атомов соответственно,1, - путь в вещестне образца, который проходят излученияиспущенные в объеме дЧ внаправлении детектора,г, - расстояние от ИЧ, до детектора.Общие регистрируемые детектороминтенсивности излучении получаютсяинтегрированием выражений (1) и (2)по объему образца.Кроме излучений, испускаемых непосредственно радиоактивными атомами,детектор регистрирует вторичное излучение, возникающее в образце вследствие рассеяния и поглощения первичного гамма- и рентгеновского излучений. В частности, в детектор попадаютфотоны, испытывающие комптоновскоеи релеевское рассеяния, а также рентгеновские лучи вещества матрицы, вкоторую введены радиоактивные атомы.Это последнее излучение образуетсягде 1 - объемная концентрация атомон матрицы;дифференциальное сечениерелеенского рассеяния наугол В;г показаны на чертеже;площадь детектора, просматриваемая" из точки В гтй 1 еи,Фет 1 Вклад нторичного рентгеновского излучения ранен;. фотологлощения атомами матрицы гаммакнантон и первичныхрентгеновских лучейсоответственно,- линейный коэффициентполного поглоеения вторичных рентгеновских лучей н веществематрицы вследствие фотопоглощения первичных излучений и иных процессов, ведущих к образованию вакансий в электронных, оболочках атомов матрицы, например, при комптоновском рассеянии гамма- квантов на связанных электронах глубоких оболочек, Вторичные процессы дают малые поправки к интенсивностям, гамма- и рентгеновского излучений, К .тому же некоторые из вторичных вкладов можно исключить с помощью отбора по энергии как, например, вклады комптоновского рассеяния и рентгеновских лучей матрицы, если она не состоит иэ тех же атомов, что и продукты распада внедренных в нее радиоактивных атомов,Для вычисления вкладов вторичных .излучений рассмотрим нторой элемент объема образца ЫЧ , находящийся вблизи точки В. Вклад гамма-излучения, испытывающего релеевское рассеяние,.составляет:1(ярСф )хе-0Л ,фф где 0 - коэффициент диффузиифф - продолжительность диффузии;эффЯ - общее количество продиффундировавшего вещества,Задавая различные значения параметра з уе С , характеризуиеего среднюю глубину диффузии, можно вычислить набор распределений внедряемых атомов но глубине.и использовать каждое из вычисленных распределений для расчета интенсивностей гамма- лучей и обоих видов рентгеновских излучений, Путем сравнения расчетных отношений интенсивностей гаммаквантов.и характеристических рентгеновских фотонов с экспериментально измеренными отношениями интенсивностей можно определить впд глубинного распределения радиоактивных атомов, реализовавшийся в данном случае. 55 5158926,р,ет хээффективность детектора для вторичныхрентгеновских лучей;а - доля регистрируемыхвторичных рентгеновс5ких лучей на 1 актфотопоглощения первичного излучения.Второе слагаемое в формуле (4) отличается от нуля только при условий, что энергия первичных рентгеновских лучей превосходит порог фотопоглощения, соответствующего появлению вакансии в электронной оболочке атома матрицы, после которого испускается регистрируемое вторичное рентгеновское излучениеПолные вклады вторичных процессов получаются двойным интегрированием 20 выражений (3) и (4) по объему образца (по 47, и по ЫЧ), Учет релеевского рассеяния по Формуле (3) требуется лишь при особо точных измерениях, Например, в случае диффузии кадмия25 в серебро вклад релеевского рассеяния в интенсивность гамма-лучей 88 кэВ меньше 1 Х.Результаты интегрирования всех четырех выражений зависят от характера распределения 1(г), При термодиффузионном внедрении радиоактивных атомов через протяженную плоскую поверхность образца их распределение по глубине г имеет вид:2 35еФПФэФф (5) 27В качестве примера приведем результаты опыта по диффузии атомов радиоактивного кадмияв моно- кристаллическую пластину особо чистого серебра. Пластина представляла собой диск диаметром 25,8 мм и толщиной 0,8 мм, отрезанный от моно- кристалла серебра на электроэрозионном станке, На одну из плоских сторон пластины было электролитически нанесено 50 мкг радиоактивного кадмия из раствора. СИС 1. Затем пластина была выдержана в течение,-92 ч при 750 С в вакуумно отпаянной кварцевой ампуле. Известные данные о коэффициенте диффузии кадмия в серебре позволили оценить расчетным путем среднюю глубину проникновения атомов кадмия е кристалл: з = ГЭ С . Эта величина оказалась равной 133 мкм, С помощью германиевого детектора были выполнены измерения интенсивностей гамма-лучей с энергией 88 кэВ, испускаемых образующимися после бета- распада кадмияядрами серебра, и рентгеновских фотонов К-серии серебра (в данном случае энергии рентгеновских лучей матрицы и атомов, образующихся после радиоактивного распада внедренных атомов, совпадают), Эти измерения проделаны как с иэго товленным серебряным гамма-источником, так и с тонким источником, представляющим собой кружок фильтровальной бумаги, пропитанной раствором ра-, диоактивного Сс 1 С 1. Этот последний источник позволил определить отношение эффективностей примененного детектора для гамма в луч и рентгеновс- . ких квантов серебра. По формулам (1), (2) и (4) с использованием формулы (5) на ЭВИ вычислялись отношения интенсивностей гамма-линии 88 кэВ и рентгеновских линий К-серии серебра для разных значений параметра я, Выяснилось, что наиболее близкое к экспериментально полученному значение этого отношения соответствует величине г = 125+10 мкм, что хорошо согласуется с вышеприведенной теоретической оценкой. Таким образом,предлагаемый способ является корректным.Использование предлагаемого способа определения глубины диффузионного проникновения радиоактивных ато мов в вещество позволяет проводить подобные измерения с гораздо большим числом разновидностей радиоактивныхаказ 2539 Тираж 360 ПодписноеНИИПИ Го ен ткрытиям при ГКНТ СЧСка д 45 ням и оя наб. сударственного комитета по иэобрет 113035, Москва, 3 К, Раушс одственно-издательский комбинат "Патент Ужгород, ул. Гагарина,Прои атомов, чем при использовании прототипа, Это приводит к резкому расширению круга веществ, для которых становится возможным изучение диф 5 фузии с использованием радиоактивных атомов, Данный способ пригоден не только к определению глубины залегания продиффундировавших атомов, но и ко всем тем случаям, когда имеется 10 обоснованное модельное представление о виде распределения атомов по глубине образца. Например, если в вещество внедряются тяжелые радиоактивные ионы, предварительно ускоренные до оп ределенной энергии, то .можно ожидать, что они будут иметь одинаковый. пробег и поэтому образуют внутри мишени структуру в виде тонкого плоского слоя. Глубину залегания этого слоя можно определить данным способом, Формула изобретенияСпособ определения глубины диффу.зионного проникновения радиоактивных 27 8атомов в вещество, основанный на измерении спектрального распределенияизлучения, испускаемого продиффундировавшими радиоактивными атомамии атомами вещества матрицы, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения круга радиоактивных веществ, для которых определяют возникшее в результате диффузии распределение атомов по глубине, измеряют спектры испускаемых образцомгамма- и характеристического рентгеновского излучений и по отношенияминтенсивности гамма-линий и линийхарактеристического рентгеновскогоизлучения как самих радиоактивныхатомов, так и неактивных атомов матрицы, в которую введена радиоактивность, определяют глубину диффузионного проникновения сравнением с результатами расчета этих отношенийдля разных задаваемых глубин диффу.зионного проникновения.