ФГБУ Государственный научный центр Российской Федерации «Федеральный медицинский биофизический центр им. А. И. Бурназяна», Москва, Россия:

В. Ю. Соловьев, зав. лабораторией анализа техногенных рисков, эл. почта: soloviev.fmbc@gmail.com
В. Ф. Демин, ведущий научный сотрудник
В. А. Демин, зам. руководителя отделения
С. С. Фатькина, инженер лаборатории информационно-аналитических систем

Исследована возможность применения ядерно-физических методов для детектирования цветных металлов и их соединений, в том числе в ультрадисперсной форме, в различных средах, включая биологические. Проведены эксперименты по определению содержания наночастиц Ag, Au, ZnO в биологических образцах с использованием нейтронно-активационного анализа на базе исследовательского ядерного реактора ИР-8, а также тестовые эксперименты с наночастицами TiO₂ с использованием реакций на быстрых нейтронах и быстрых протонах изохронного циклотрона У-150 НИЦ «Курчатовский институт». Показано, что можно достигнуть чувствительности метода количественной оценки содержания золота в образцах до 10^–11 г (по радиоактивной метке ¹⁹⁸Au). Проведен модельный эксперимент для оценки содержания золота в ультрадисперсной форме в образцах почвы с использованием исследовательского реактора ИР-8 со средней плотностью потока тепловых нейтронов 3·10¹² н/(см²·с). Показана принципиальная возможность определения указанным методом концентрации золота до 0,012 мкг/г в образцах массой ~1 г. С учетом принципиального ограничения по объему образца в 500 см³, имеется возможность оценивать концентрацию золота в образцах на уровне в сотни раз меньшем, чем промышленно-рентабельное значение. Подобная технология имеет определенные перспективы использования в золотодобыче. Теоретически рассмотрена возможность использования ядерных реакций с заряженными частицами для количественного определения содержания цветных металлов, таких как Ti, Eu, Pt. Наиболее существенным достоинством этих методов является практически отсутствие необходимости специальной пробоподготовки для их использования и неразрушение образца, который остается пригодным для дополнительного изучения.

Работа выполнена при финансовой поддержке государства в лице Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение № 14.604.21.0114 от 11.08.2014 г. Уникальный идентификатор соглашения RFMEFI60414X0114). В процессе выполнения работы использовали уникальную установку — исследовательский реактор ИР-8 НИЦ «Курчатовский институт» и оборудование Центра коллективного пользования МГУ.

1. Гмошинский И. В., Хотимченко С. А., Попов В. О., Дзантиев Б. Б., Жердев А. В., Бузулуков Ю. П., Демин В. Ф. Наноматериалы и нанотехнологии: методы анализа и контроля // Успехи химии. 2013. Т. 82, № 1. С. 48–76.
2. Фронтасьева М. В. Нейтронный активационный анализ в науках о жизни // Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2011. Т. 42, № 2. С. 636—716.

3. Frontasyeva M. V., Steinnes E. // Harmonization of health related environmental measurements using nuclear and isotopic techniques. Vienna, 1997. P. 301–311.
4. Кузнецов Р. А. Активационный анализ. — М. : Атомиздат, 1974. — 343 с.
5. Dimitriou P., Pedro de Jesus A. Development of a reference database for particle-induced gamma ray emission (PIGE) spectroscopy // 3rd Research Coordination Meeting. Summary Report. 7–11 April 2014. — 43 p.
6. Kotenko K. V., Belyaev I. K., Buzulukov Yu. P., Bushmanov A. Yu., Demin V. F., Gmoshinski I. V., Zhorova E. S., Kalistratova V. S., Marchenkov N. S., Nisimov P. G., Raspopov R. V., Soloviev V. Yu. Experimental research of zinc oxide-labeled nanoparticles biokinetics in rats’ organizm after single oral administration // Med. Radiol. and Radiat. Safety. 2012. Vol. 57, No. 5. P. 5–10.
7. Shilo N. A., Ippolitov E. G., Ivanenko V. V., Kustov V. N., Zheleznov V. V., Aristov G. N., Shtan A. S., Ivanov I. N., Kovalenko V. V., Kondrat’ev N. B. Instrumental neutron activation determination of gold in mineral raw materials using a californium neutron source // J. Radioanal. Nucl. Chem. 1983. Vol. 79. P. 309–316.
8. Агеев О. А., Медков М. А., Иванников С. И., Юдаков А. А. Перспективы золотодобычи из техногенных объектов месторождения Нагима // Цветные металлы. 2015. № 3. С. 78–84. DOI: 10.17580/tsm.2015.03.2016.
9. Datta J., Chowdhury D. P., Verma R. Determination of concentrations of trace elements in nuclear grade graphite by charged particle activation analysis // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2014. Vol. 300. P. 147–152.
10. D’Agostino G., Bergamaschi L., Giordani L., Oddone M., Kipphardt H., Richter S. Use of instrumental neutron activation analysis to investigate the distribution of trace elements among subsamples of solid materials // Metrologia. 2014. Vol. 51, No. 1. DOI: 10.1088/0026-1394/51/1/48
11. Debrun J. L., Riddle D. C., Schweikert E. A. Nondestructive charged particle activation analysis using short-lived nuclides // Anal. Chem. 1972. Vol. 44, No. 8. P. 1386–1391.
12. Meijers P., Aten A. H. W. Average cross sections in charged particle activation analysis // Radiochimica Acta. 1968. Vol. 10, No. 3/4. P. 175–176.
13. Rovni I., Szieberth M., Sandor F. Secondary charged particle activation method for measuring the tritium production rate in the breeding blankets of a fusion reactor // Nucl. Instr. and Meth. A. 2012. Vol. 690. P. 85–95.
14. Litz M., Waits C., Mullins J. Neutron-activated gamma-emission: technology review // Army Research Laboratory. 2012. — 37 p.