CS243954B1

CS243954B1 - A method for determining the valency state of radioactive atoms

Info

Publication number: CS243954B1
Application number: CS834465A
Authority: CS
Inventors: Otokar Dragoun; Miroslav Fiser; Vlastimil Brabec; Alojz Kovalik; Ales Kuklik; Petr Mikusik
Original assignee: Otokar Dragoun; Miroslav Fiser; Vlastimil Brabec; Alojz Kovalik; Ales Kuklik; Petr Mikusik
Priority date: 1983-06-20
Filing date: 1983-06-20
Publication date: 1986-07-17
Also published as: CS446583A1

Abstract

Řešení se týká radioehemie a řeší eroblém určováni valenčního stavu radioaktivních atomů prvků vybraných ze skupiny radionuklidů, emitujících nízkoenergetické konverzní elektrony, snočívající v měření jejich energetických spekter. Metodou elektronové soektroskopie se změří změny kinetické energie konverzních elektronů emitovaných radioaktivními atomy v množství těchto atomů vytvořeném nukleární transformací, přičemž změny kinetických energií odpovídají změnám vazbových energii elektronů atomového obalu a tyto změny jsou v korelaci s valencnimi stavy radioaktivních atomů.The solution concerns radiochemistry and solves the problem of determining the valence state of radioactive atoms of elements selected from the group of radionuclides emitting low-energy conversion electrons, consisting in measuring their energy spectra. The method of electron spectroscopy measures changes in the kinetic energy of conversion electrons emitted by radioactive atoms in the amount of these atoms created by nuclear transformation, while changes in kinetic energies correspond to changes in the binding energies of electrons in the atomic shell and these changes are correlated with the valence states of radioactive atoms.

Description

Vynález se týká způsobu určování valenčního stavu radioaktivních atomů prvků vybraných ze skupiny radionukliďů emitujících nízkoenergetické konverzní elektrony, spočívající v měření jejich spekter.The invention relates to a method for determining the valency state of radioactive atoms of elements selected from the group of radionuclides emitting low energy conversion electrons by measuring their spectra.

K určování valenčních stavů prvků ve sloučeninách lze v současné době využít několika metod, z nichž lze jmenovat polarografii, chromatografické metody, optickou spektroskopii, Mossbauerovu, Augerovu a fotoelektronovou spektroskopii, případně hmotnostní spektroskopii.Currently, several methods can be used to determine the valence states of compounds in compounds, including polarography, chromatographic methods, optical spectroscopy, Mossbauer, Auger and photoelectron spectroscopy, or mass spectroscopy.

Pro určování valenčních stavů v tuhých látkách je nejpoužívanější metodou fotoelektronová spektroskopie - tzv. metoda ESCA. Princip této metody spočívá v tom, že se měří kinetická energie fotoelektronů, emitovaných z povrchu vzorku při jeho ozařování monoenergetickým svazkem fotonů. Měřené spektrum kinetických energií odpovídá spektru vazbových energií elektronů jednotlivých prvků, nebot platí vztah E^ = Ε_χ - E^ , v němž Ε_χ je energie fotonů rentgenová záření, E^ je kinetická energie fotoelektronu a E^ je vazbová energie elektronu na slupce atomu. Tyto vazbové energie jsou právě veličiny, charakteristické pro valenční stavy prvků ve sloučeninách, nebot změna valenčního stavu prvku způsobí změnu hodnoty vazbové energie. V případě metody ESCA se měří změna hodnoty kinetické energie fotoelektronu, to znamená hodnota Δ E^ = - · Veličiny vztažené ke standardním sloučeninám se označují jako chemické posuvy vazbových energií a jejich hodnoty, získané metodou ESCA, jsou pro jednotlivé prvky a sloučeniny uváděny v literatuře. Citlivost metody se pohybuje v oblasti 10 θ až 10 θ g.For the determination of valence states in solids the most used method is photoelectron spectroscopy - the so-called ESCA method. The principle of this method is to measure the kinetic energy of photoelectrons emitted from the sample surface when irradiated with a monoenergetic photon beam. The measured spectrum of kinetic energies corresponds to the spectrum of electron binding energies of individual elements, since the relation E ^ = Ε _χ - E ^ holds, where Ε _χ is photon energy of X-rays, E ^ is kinetic energy of photoelectron and E ^ is electron binding energy of atomic shell . These binding energies are precisely the variables characteristic of the valency states of the elements in the compounds, since the change in the valency state of the element causes a change in the value of the binding energy. In the case of the ESCA method, the change in the kinetic energy of the photoelectron is measured, that is hodnota E ^ = - · Quantities relative to standard compounds are referred to as chemical shifts of the bonding energies and their values obtained by ESCA are reported in the literature. . The sensitivity of the method ranges from 10 θ to 10 θ g.

K nedestruktivnímu stanovení valenčních stavů radioaktivních atomů v pevných látkách v množstvích, která vznikají při nukleárních transformacích, již nepostačuje ani citlivost metody ESCA, ani žádná z metod uvedených v úvodu. Používá se proto destruktivních separačních metod, což přináší riziko nekontrolovatelné zrně2 ny valenčního stavu. 243954Neither the ESCA sensitivity nor any of the methods mentioned in the introduction is sufficient for the non-destructive determination of the valence states of radioactive atoms in solids in amounts resulting from nuclear transformations. Therefore, destructive separation methods are used, which carries the risk of uncontrolled grain valency. 243954

Uvedené nevýhody odstraňuje podle vynálezu způsob určování valenčního stavu radioaktivních atomů prvků vybraných ze skupiny radionuklidů emitujících nízkoenergetické konverzní elektrony, spočívající v měření jejich spekter, jehož podstata spočívá v tom, že se změří metodou elektronové spektroskopie změny kinetické energie konverzních elektronů emitovaných radioaktivními atomy v množství těchto atomů vytvořeném nukleární transformací, přičemž změny kinetických energií odpovídají změnám vazbových energií elektronů atomového obalu a tyto změny jsou v korelaci s valenčními stavy radioaktivních atomů.According to the present invention, the method of determining the valency state of radioactive atoms of elements selected from the group of low-energy conversion electron emitting radionuclides by measuring their spectra is based on measuring the change in kinetic energy of the conversion electrons emitted by radioactive atoms. the changes in kinetic energies correspond to changes in the binding energies of the atomic envelope and these changes correlate with the valence states of the radioactive atoms.

Přitom platí analogické rovnice jako v případě metody ESCA to znamená, že E^ = E - E^ a ΔΕ^ = -ΔΕ^» kde E je energie jaderného přechodu ve zkoumaném radionuklidu, E^ je kinetická energie konverzních elektronů a E^ je vazbová energie atomových elektronů.Analogous equations apply to the ESCA method, ie E ^ = E - E ^ and ΔΕ ^ = -ΔΕ ^ »where E is the nuclear transition energy in the radionuclide under investigation, E ^ is the kinetic energy of the conversion electrons and E ^ is the bonding electron energy of atomic electrons.

Hlavní výhody navrhovaného způsobu podle vynálezu spočívaj v tom, že se umožňuje stanovení valenčních stavů ve stopových množstvích radioaktivních látek; je to přímý způsob zkoumání vzorků v pevné fázi, je nedestruktivní a umožňuje sledovat časo vé změny chemických stavů radioaktivních atomů ”in šitu.The main advantages of the proposed method according to the invention are that it is possible to determine the valence states in trace amounts of radioactive substances; it is a direct way of examining solid-state samples, is non-destructive and makes it possible to monitor temporal changes in the chemical states of radioactive atoms ”in situ.

Předností způsobu podle vynálezu je citlivost, která o několik řádů převyšuje citlivost dosud užívarvých nedestruktivních metod a dosahuje hodnoty 10The advantage of the method according to the invention is a sensitivity which by several orders of magnitude exceeds the sensitivity of the hitherto used non-destructive methods and reaches a value of 10

Dále je uveden příklad způsobu podle vynálezu, který jej dokresluje, aniž by jej omezoval.The following is an example of a method according to the invention which illustrates it without limiting it.

P říkladExample

Elektrolytickou metodou, která je používána k přípravě važitelných množství technecia ve formě dioxidu, bylo na platinovou podložku naneseno řádově 10^4, atomů radioaktivního izotopu fn technecia Tc. Elektrostatickým elektronovým spektrometrem byl změřen chemický posuv kinetické energie konverzních elektro nů emitovaných z podslupky při energii jaderného přechodu 2,,173 keV mezi standardem, jímž byl technecistan amonný NH₄3An electrolytic method, which is used to prepare a usable amount of technetium in the form of the dioxide, was applied to the platinum substrate on the order of 10 ⁴ atoms of the radioactive isotope fn technetium Tc. The chemical shift of the kinetic energy of the conversion electrons emitted from the subshell was measured by an electrostatic electron spectrometer at the energy transition of 2, 173 keV between the ammonium pertechnetate standard NH ₄ 3.

243 954 gg_m 99m243,954 g _m 99m

TcO₄, a zkoumaným vzorkem elektrolytického depozitu Tc .TcO ₄ , and a sample of the electrolytic deposit Tc.

Výsledek byl porovnán s tabulkou hodnot vazbových energií elektronů podslupky v různých sloučeninách technecia. Bylo zjištěno, že atomy Tc ve zkoumaném vzorku jsou ve stavu odpovídajícím dioxidu technecičitému. Původní vzorek byl podroben částečné oxidaci a popsanou metodou bylo zjištěno, že přibližně 50 % původního dioxidu přešlo do stavu odpovídajícího technecistanu. Po následující energické oxidaci bylo v tomto stavu nale99m zeno přibližně 90 ý, atomů 'Tc.The result was compared with a table of electron binding energies of the subshell in various technetium compounds. The Tc atoms in the sample were found to be in the state corresponding to technetium dioxide. The original sample was subjected to partial oxidation, and by the method described, it was found that approximately 50% of the original dioxide had gone to the pertechnetate state. Following the vigorous oxidation, approximately 90% of the Tc atoms were left in this state.

Způsobu podle,vynálezu lze využít v základním výzkumu ke studiu chemických efektů vyvolaných procesy nukleárních transformací v pevné fázi a v aplikovaném výzkumu k vývoji chemických metodik přípravy radioaktivních preparátů v definovaném chemickém stavu.The method of the invention can be used in basic research to study the chemical effects induced by solid-phase nuclear transformation processes and in applied research to develop chemical methodologies for preparing radioactive preparations in a defined chemical state.

Claims

Method for determining the valency state of radioactive atoms of elements ₍ selected from the group of radionuclides emitting low-energy conversion electrons by measuring their energy spectra), characterized by measuring the kinetic energy of the conversion electrons ₍ emitted by radioactive atoms in the amount of these atoms generated by nuclear transformation) , wherein the changes in kinetic energies correspond to changes in the electron binding energies of the atomic shell and these changes correlate with the valence states of the radioactive atoms.