Радиометрический анализ

Радиометри'ческий ана'лиз, метод анализа химического состава веществ, основанный на использовании радиоактивных изотопов и ядерных излучений. В Р. а. для качественного и количественного определения состава веществ используют радиометрические приборы (см. Детекторы ядерных излучений). Различают несколько способов Р. а. Прямое радиометрическое определение основано на осаждении определяемого иона в виде нерастворимого осадка избытком реагента известной концентрации, содержащего радиоактивный изотоп с известной удельной активностью. После осаждения устанавливают радиоактивность осадка или избытка реагента.

  Радиометрическое титрование основано на том, что определяемый в растворе ион образует с реагентом малорастворимое или легкоэкстрагируемое соединение. Индикатором при титровании служит изменение, по мере введения реагента, радиоактивности раствора (в 1-м случае) и раствора или экстракта (во 2-м случае). Точка эквивалентности определяется по излому кривой титрования, выражающей зависимость между объёмом введённого реагента и радиоактивностью титруемого раствора (или осадка). Радиоактивный изотоп может быть введён в реагент или определяемое вещество, а также в реагент и определяемое вещество.

  Метод изотопного разбавления основан на тождественности химических реакций изотопов данного элемента. Для его осуществления к анализируемой смеси добавляют некоторое количество определяемого вещества m, содержащего в своём составе радиоактивный изотоп с известной радиоактивностью I. Затем выделяют любым доступным способом (например, осаждением, экстракцией, электролизом) часть определяемого вещества в чистом состоянии и измеряют массу m₁ и I₁ радиоактивность выделенной порции вещества. Общее содержание искомого элемента в анализируемом объекте находят из равенства отношений радиоактивности выделенной пробы к радиоактивности введённого вещества и массы выделенного вещества к сумме масс введённого вещества и находящегося в анализируемой смеси:

, откуда .

  При активационном анализе исследуемое вещество облучают (активируют) ядерными частицами или жёсткими g-лучами, а затем определяют активность образующихся радиоактивных изотопов, которая пропорциональна числу атомов определяемого элемента, содержанию активируемого изотопа, интенсивности потока ядерных частиц или фотонов и сечению ядерной реакции образования радиоактивного изотопа.

  Фотонейтронный метод основан на испускании нейтронов при действии фотонов высокой энергии (g-квантов) на ядра атомов химических элементов. Количество нейтронов, определяемое нейтронными детекторами, пропорционально содержанию анализируемого элемента. Эта энергия фотонов должна превышать энергию связи нуклонов в ядре, которая для большинства элементов составляет ~ 8 Мэв (лишь для бериллия и дейтерия она равна соответственно 1,666 Мэв и 2,226 Мэв; при использовании в качестве источника g-квантов изотопа ¹²⁴Sb, с E_g = 1,7 и 2,1 Мэв, можно определять бериллий на фоне всех др. элементов).

  В Р. а. применяются также методы, основанные на поглощении нейтронов, g-лучей, b-частиц и квантов характеристического рентгеновского излучения радиоактивных изотопов. В методе анализа, основанном на отражении электронов или позитронов, измеряется интенсивность отражённого потока. Энергия частиц, отражённых от лёгких элементов, во много раз меньше энергии частиц, отражённых от тяжёлых элементов, что позволяет определять содержание тяжёлых элементов в их сплавах с лёгкими элементами и в рудах. См. также Радиохимический анализ.

  Лит.: Крешков А. П., Основы аналитической химии, книга 3 — Физико-химические (инструментальные) методы анализа, 3 изд., М., 1970; Несмеянов Ан. Н., Радиохимия, М., 1972.

  А. Н. Несмеянов.

Радиометрический эффект

Радиометри'ческий эффе'кт, проявление действия силы отталкивания между двумя поверхностями, поддерживаемыми при разных температурах (T₁ > T₂) и помещенными в разреженный газ. Р. э. вызывается тем, что молекулы, ударяющиеся о поверхность с T₁, отскакивают от неё, имея более высокую среднюю кинетическую энергию, чем молекулы, ударяющиеся о поверхность с T₂. Холодная пластина со стороны, обращенной к горячей, бомбардируется молекулами, имеющими в среднем более высокую энергию, чем молекулы, бомбардирующие пластину с противоположной стороны (со стороны стенки сосуда с Т = T₂). Благодаря разнице в импульсах, передаваемых молекулами противоположным сторонам пластины, возникает сила отталкивания. При достаточно низких давлениях газа р, когда средняя длина свободного пробега молекул больше, чем расстояние между поверхностями, сила отталкивания, приходящаяся на единицу площади:

. При более высоких F становится меньше, несмотря на то, что в передаче энергии участвует большее количество молекул, т.к. быстрые молекулы теряют часть своей энергии при столкновении с более медленными молекулами. Т. о., при низких давлениях сила F прямо пропорциональна р, а при высоких — обратно пропорциональна. При некотором промежуточном р значение силы F проходит через максимум. На Р. э. основано действие радиометрического манометра.

Радиометрическое обогащение

Радиометри'ческое обогаще'ние, отделение полезных минералов от пустой породы, основанное на свойстве минералов испускать излучения (эмиссионно-радиометрические методы) или ослаблять их (абсорбционно-радиометрические методы). В эмиссионно-радиометрических методах используется естественная радиоактивность минералов, их люминесценция и др. В абсорбционно-радиометрических методах используются рентгеновское, нейтронное и гамма-излучение.

  Р. о. осуществляется с помощью радиометрических сепараторов (рис. 1), в которых датчик регистрирует излучение и преобразует его в электрические импульсы. Из датчика импульсы поступают в радиометр, в котором частота поступления импульсов сравнивается с заранее заданной «пороговой» величиной и при превышении её поступает команда на исполнительный механизм, разделяющий полезное ископаемое на обогащенный продукт и отходы (хвосты).

  Режимы радиометрической сепарации: покусковой, при котором регистрируется излучение отдельных кусков полезного ископаемого; порционный — регистрируется излучение порций, состоящих из нескольких кусков, и поточный — регистрируется излучение движущегося непрерывного потока полезного ископаемого. Покусковой режим технологически наиболее эффективен, но наименее производителен.

  Р. о. получило распространение при обработке урановых руд, являясь основным методом обогащения этого вида сырья. Кроме того, оно используется для обработки бериллиевых руд (фотонейтронный процесс), золотосодержащих руд и неметаллических полезных ископаемых (фотометрический процесс), алмазосодержащих руд (люминесцентный процесс), железных РУД (гамма-абсорбционный процесс), борных руд (нейтронно-абсорбционный процесс) и др.

  Разновидность Р. о. — радиометрическая сортировка, с помощью которой сортируются загруженные полезным ископаемым транспортирующие устройства (вагонетки, автомашины, скипы и др.). Сортировка осуществляется радиометрической контрольной станцией (рис. 2), которая работает с большой производительностью, но коэффициент обогащения полезного ископаемого при этом невелик. В связи с этим они используются главным образом для выделения из горной массы наиболее бедной части полезного ископаемого, удаляемой в отвал.