3.3.1. Общие принципы

Метод применим для измерения активности нуклидов, распад которых сопровождается испусканием одного или нескольких квантов γ- или рентгеновского излучения. Таким образом, возможность применения этого метода несколько ограничена, однако он обладает большим преимуществом перед другими, более универсальными методами, заключающимся в том, что не требует определения поправки на «самопоглощение» и благодаря этому позволяет достичь более высокой точности результата измерений. Со времени первых публикаций о применении метода совпадений он получил широкое распространение и используется в настоящее время как один из наиболее точных методов воспроизведения единицы активности нуклидов в метрологических институтах многих стран.

При измерении активности нуклидов методом совпадений регистрируются совпадения между α-частицами и γ-квантами, между β-частицами и γ-квантами, между двумя γ-квантами, между квантами γ- и рентгеновского излучений или, наконец, между квантами рентгеновского излучения (например, между К- и L-квантами). Измерения осуществляют, как правило, с помощью двух счетчиков, соединенных с радиоэлектронным устройством, регистрирующим число импульсов в каждом счетчике и число совпадающих во времени импульсов в обоих счетчиках.

Принцип метода совпадений удобно рассмотреть на наиболее простом случае измерения активности нуклида, распадающегося, с испусканием одной β-частицы, сопровождаемой одним γ-квантом (рис. 3.35 а).

Рис. 3.35 Схемы распада радионуклидов

При этом необходимо, чтобы среднее время жизни возбужденного состояния распавшегося ядра было много меньше разрешающего времени радиоэлектронного устройства счета совпадений («схемы совпадений»), т. е. чтобы можно было считать, что частица и γ-квант испускаются практически одновременно.

Положим, что каждый из двух счетчиков чувствителен только для одного вида излучения. Тогда скорости счета в β- и γ-счетчиках при точечном источнике с активностью нуклида будут равны соответственно

(3.78),

,

где и – относительные телесные углы, внутри которых излучение попадает в счетчики; и – эффективности регистрации β- и γ-излучения с учетом эффектов поглощения и «самопоглощения». Произведения и можно рассматривать как вероятности регистрации излучений. Если угловая корреляция между направлениями вылета частиц и квантов отсутствует, то эти вероятности будут независимы. Тогда число совпадений в единицу времени между импульсами от частиц и квантов

(3.79).

В результате получаем

(3.80).

Полученная формула применима также и при измерении активности нуклидов, у которых простой β-распад сопровождается испусканием двух и более квантов (рис. 3.35, б и в).

Формула (3.80) показывает, что значение активности нуклида, измеренное методом совпадений, не зависит ни от телесных углов, ни от эффективности регистрации частиц и квантов, и, следовательно, поглощение излучения источника в самом источнике и подложке не отражается на результатах измерений. Благодаря этому метод совпадений, примененный для измерения активности нуклидов с подходящей схемой распада, может дать более точные результаты по сравнению с другими методами, например методом 4π-счета.