V.3. A „vékonyrés” módszer méréstechnikai továbbfejlesztése 51 Cr felhalmozódásának vizsgálatára
V.3.1. Méréstechnikai vizsgálatok plasztik szcintillátorral
A „vékonyrés” módszer alkalmazásának technikai feltétele, hogy az adott detektor a cella alját szolgáló kerámiatokba beépíthető legyen. A szóba jöhető detektorok száma így jelentős mértékben csökken. A „fólia” módszerrel végzett vizsgálatok során egyértel
17. ábra. Alumínium felületen a „fólia” módszerrel végzett adszorpciós vizsgálatok során a 51Cr izotóppal jelzett specieszek által emittált Kα + Kβ –sugárzás energiaspektrumai: (1) teljes energiaspektrum, (2) a detektor „látóterében” lévő oldatrétegekből származó sugárzás energiaspektruma nem korrigálva a ger-jesztett zajjal és környezeti háttérrel, (3) a zavaró és másodlagos kölcsönhatások által gerger-jesztett zaj és a
környezeti háttér energiaspektruma, ill. (4) környezeti háttérsugárzás esetén.
(A differenciális részecskeszámlálást szaggatott vonalak közötti tartományon végeztem ROI – Region of Interest.)
-műnek adódott a vékonykristály NaI(Tl) szcintillációs detektor alkalmazása, a 51Cr által emittált 4,9 keV energiájú röntgensugárzás energiaszelektív detektálására [16, 81].
A NaI(Tl) kedvezőtlen kémiai tulajdonságainak, elsősorban higroszkóposságának kö-szönhetően a tokozása és a kerámiatartóba való beépítése megoldhatatlan problémát jelentett. Így választásunk a nagyobb kémiai stabilitású, ugyanakkor spektrális szem-pontból kedvezőtlenebb plasztik szcintillátorra esett. A plasztik szcintillátort előszere-tettel alkalmazzák a β-sugárzás detektálására. Bár energiafelbontása nem kielégítő, de-tektálási hatásfoka megfelelő. Jó mechanikai tulajdonságainak köszönhetően könnyen esztergálható és optikailag polírozható. 2 mm –es vastagsága, és spektroszkópiai tulaj-donságai miatt azonban számolnunk kell azzal a ténnyel, hogy a mérések során nem tudjuk szétválasztani a karakterisztikus röntgensugárzás jeleit, a γ-sugárzás, a γ-sugárzás
által indukált másodlagos sugárzásoktól. Mivel a detektor nem teszi lehetővé a primer és másodlagos sugárzások szeparálását, a felületi többletkoncentráció értékek meghatáro-zásának alapvető feltétele, hogy a kevert sugárzási tér összetétele, a másodlagos sugár-zások mérhető részaránya a szorpciós folyamatok során ne változzon. Ebben az esetben ugyanis a III.1.1.3. fejezetben ismertetett elektród pozíciókban az energiaspektrumokat detektálva lehetőség nyílik arra, hogy mennyiségi információt kapjunk a felületen ad-szorbeálódott specieszekről.
A detektor kiválasztása után fontos lépés az optimális nagyfeszültség és erősítés megválasztása. A nagyfeszültség értékeket függvényében mértük a jel/zaj arányt, és az optimális nagyfeszültség érték 2200 V –nak adódott.
A különböző felületi többletkoncentrációjú pontforrásokhoz tartozó adszorpciós intenzitásértékeket ábrázolva láthatjuk, hogy a Γ vs. Iads összefüggés egyenest ad (6.
ábra). A kalibrációs görbe linearitása a detektor alkalmazhatóságának szükséges, de nem elégséges feltétele. A következőkben azt vizsgáltuk, miképp módosul az energia-spektrum alakja, illetve az integrális beütésszám, ha a pontforrás fölé különböző vastag-ságú vízréteget helyezünk. Abban az esetben, ha az elektródot a cella aljára süllyesztjük, megtudhatjuk az elektród anyagában keletkező másodlagos sugárzások keletkezése, illetve az elektródfelület visszaszóró hatása milyen mértékben befolyásolja a detektor által mérhető sugárzás intenzitását és az energiaspektrumokat. Az eredményeket a 18.
ábrán foglaltuk össze. Láthatjuk, hogy a spektrumok alatti integrális beütésszám értéke csökken, ahogy növeljük az oldattérfogatot (18.(a) ábra). Ennek magyarázata, hogy a γ–
sugárzás által keltett másodlagos sugárzás intenzitása, amely a cella anyagában keletke-zik, a vízoszlop vastagságának növelésével csökken (részben elnyelődik). A maximális intenzitásra normált spektrumokból megállapítható, hogy nincs torzulás a vízréteg vál-toztatásával, vagyis a sugárzási tér összetétele lényegesen nem változik a mérés folya-mán (18.(b) ábra). Amikor azonban megvizsgáljuk, hogy az elektród felhúzott és lesüly-lyesztett állapotában felvett normált spektrumok között milyen a viszony, azt tapasztal-juk, hogy kismértékű torzulás figyelhető meg 30 cm3 vízréteg esetében (18.(c) ábra). A torzulás feltehetően a γ-sugárzás különböző kölcsönhatásainak eredménye. A γ-fotonok ugyanis a fotoeffektus, Compton szórás, párképződés révén másodlagos elektronokat indukálnak, melyek detektálásra kerülhetnek. Valószínűsíthető, hogy főként Compton-elektronok detektor által mérhető részaránya növekszik, mert a spektrum a nagyobb csatornaszámok (energiák) felé tolódik el.
18. ábra. A 51Cr radionuklid plasztik szcintillátorral detektált energiaspektrumai (a) és normált eneriaspektrumai (b), a pontforrás fölé különböző vastagságú vízréteget helyezve és az elektródot a cella
aljához szorítva.
(c) A 51Cr radionuklid normált spektruma az elektród felhúzott és lesüllyesztett állapotában.
0
0 1000 2000 3000 4000 5000
Csatornaszám
0 1000 2000 3000 4000 5000
Csatornaszám
0 1000 2000 3000 4000 5000
Csatornaszám
In felhúzott állapot
lesüllyesztett állapot
Szorpciós vizsgálatokat végeztünk 51Cr-el jelzett Na2CrO4 + 0,1 mol dm-3 HClO4
oldatból azzal a céllal, hogy tanulmányozzuk a teljes mérhető energiaspektrum változá-sát a jelzett specieszek potenciálfüggő megkötődése során Pt felületen. Az V.1.3. feje-zetben tárgyalt kísérleti eredmények alapján becsülhető [89], hogy széles potenciáltar-tományban hogyan változik a kromátionok felületi többletkoncentrációja polikristályos platina felületén. Ennek ismeretében megvizsgáltuk a spektrumok alakulását 350, 1000 és 1400 mV potenciálértékeken. Az 19.(a) ábrán látható, hogy a különböző potenciálér-tékeknél mért energiaspektrumokból meghatározható integrális intenzitás értéke lénye-gében azonos. Ebből következik, hogy a vizsgált rendszerben az alkalmazott detektorral rendkívül nagy mérési hibával különíthető el az adszorpciós többletből származó nö-vekmény. További gondot jelent a kedvezőtlen hasznos jel/oldatháttér arány; azaz az oldatháttérből származó intenzitás jóval nagyobb mértékű, mint az adszorpciós többlet-ből származó érték. A normált spektrumok az 19.(b) és (c) ábrán egyértelműen mutat-ják, hogy az adszorpciós növekményt tartalmazó spektrum kis energiaértékeknél nagy-mértékben torzul. Ez arra utal, hogy a mérés folyamán a másodlagos sugárzások – me-lyeket a γ–sugárzás kelt az elektród anyagában – egyes komponenseinek detektálható intenzitása a szorpciós folyamat során változik. Ez viszont ellentmond a mennyiségi kiértékelés alapelvének, mely szerint a kevert sugárzási tér összetétele, a másodlagos sugárzások mérhető részaránya a szorpciós folyamatok során nem változhat. Ebből az következik, hogy a 51Cr lágy röntgensugárzásának detektálása alapján - plasztik szcin-tillátort alkalmazva - az in situ radioizotópos nyomjelzéses „vékonyrés” módszer nem alkalmas a krómtartalmú specieszek felületi többletkoncentrációjának becslésére. Ezen tények tükrében új detektor alkalmazása vált szükségessé.