Химия и Химики № 2 2014. Жидкий сцинтиллятор (для определения трития)

Сцинтиллятор - материал, который излучает свет при поглощении ионизирующего излучения (альфа-частиц, гамма-квантов, бета-частиц, рентгеновского излучения и т.д.). Это свойство можно использовать не только для обнаружения ионизирующего излучения, но и для измерения его интенсивности (энергии), поскольку энергия ионизирующего излучения пропорциональна количеству фотонов, излученных сцинтиллятором (как правило).

Чаше всего используют твердые неорганические сцинтилляторы, например, монокристаллы иодида натрия с добавкой небольшого количества таллия (иодид натрия, доппированный таллием), сульфид цинка с небольшим количеством серебра, вольфраматы кадмия и т.д. Составы и назначение таких сцинтилляторов разнообразны.

Существуют также органические сцинтилляторы, чаще всего они состоят из двух или нескольких компонентов. Первый компонент поглощает ионизирующее излучение и дает ультрафиолетовый свет, который потом поглощается вторым компонентом. В результате второй компонент излучает свет с бОльшей длиной волны (сместитель спектра), чем поглощенный ультрафиолетовый. Указанные компоненты сцинтиллятора растворяют в органической жидкости или "загоняют" в матрицу полимера.

На фотографиях показан жидкий сцинтиллятор, предназначенный для определения трития в воде. Анализируемую пробу воды смешивают со сцинтиллятором, который образует при этом однородную эмульсию (почти наверняка в состав сцинтиллятора входит ПАВ, предназначенный для стабилизации эмульсии). Далее пробу помещают в специальный фотометр. Тритий при распаде дает бета-излучение с низкой энергией, которое поглощается сцинтиллятором. Интенсивность свечения сцинтиллятора измеряется фотометром - оно пропорционально количеству трития в исследуемой воде.

Но не все так просто: если трития в воде не слишком много (в противном случае работа с такими пробами опасна и требует специальных условий), свечение сцинтиллятора очень слабое. Чтобы его зарегистрировать, используют специальный прибор - фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Само же измерение проводят в полностью темной комнате без окон: даже слабый свет может повредить ФЭУ (не говоря уже об искажении результатов анализа). Освещение включают только после окончания серии анализов.

Однако, увидеть, как работает сцинтиллятор, можно без помощи каких-либо приборов или радиоактивных веществ. Даже при дневном свете заметно, что жидкость дает синюю флуоресценцию. Флуоресцентный краситель излучает свет, не только поглощая жесткий ультрафиолет (который в свою очередь образуется при поглощении ионизирующего излучения другим - "первым" компонентом), но и светится, поглощая дневной свет.

Синее (вернее, фиолетово-синее) свечение мне показалось знакомым: такой же свет дают "оптические отбеливатели", которые добавляют в некоторые изделия из пластика, например - бесцветную ПВХ трубку или пластиковое ведро. Стоит включить ультрафиолетовую лампу и трубка светится ярким синим светом. А если посмотреть на торец трубки, фиолетово-синий оттенок становится виден даже без УФ лампы: в солнечном свете также присутствуют ультрафиолетовые лучи.

Решил проверить, как реагирует сцинтиллятор для определения трития на свет ультрафиолетовой лампы (лампа черного света), хотя ответ был очевиден заранее. И действительно: при включенной лампе жидкость ярко светится синим светом.

Состав сцинтиллятора является коммерческой тайной фирмы-производителя. Стоит сцинтиллятор довольно дорого, однако, догадаться о его примерном составе не сложно. Во-первых, это вещество, которое поглощает ионизирующее излучение и само излучает при этом ультрафиолет. Во-вторых, краситель, который поглощает УФ и переизлучает энергию в виде видимого света. Все это растворено в органической жидкости - нелетучей, нерастворимой в воде и по возможности прозрачной для УФ. Для того чтобы этот состав давал с водой устойчивую эмульсию, добавляют эмульгатор.

Какие именно вещества используют для описанных выше целей, можно найти в специальной литературе - шила в мешке не утаишь. Однако такая задача выходит за пределы данной статьи.