核分析基礎習題成都理工大學

1、一、填空題 1.核分析是利用核輻射粒子與物質的原子或原子核相互作用，采用核物理實驗技術獲得可觀測信息，分析物質成分和結構的一種髙靈敏分析方法。 核輻射粒子主要有：中子 、射線、粒子等，相互作用主要是電磁作用 ，以及核力作用。2.中子活化的中子源主要有同位素中子源、加速器中子源、核反應堆中子源。3.活化分析主要有中子活化分析和帶電粒子活化分析兩類，中子活化分析又分為反應堆中子活化分析和快中子活化分析。4.X射線熒光分析的激發(fā)方式主要有 X射線管的X射線激發(fā)、電子束激發(fā)、和加速器的、p、d等重帶電粒子和重離子激發(fā)方式。5.背散射分析對 輕 （輕，重）元素基體樣品中的 重 （輕，重）元素雜質有較高的

2、分析靈敏度。6.射線來自于核內(nèi)躍遷，X射線來自內(nèi)層電子躍遷，由此可知可見光來自于外層電子躍遷。7.粒子誘發(fā)X射線熒光分析PIXE的制靶方法有灰化法和硝化法方式。8.做中子活化分析時，為求得樣品中元素的濃度，需確定測量的標準化方法，即采用絕對測量法還是相對測量法。9.慢中子活化是通過（n,）俘獲反應生成放射性核素?？熘凶踊罨峭ㄟ^(n, p)、(n, )、(n, 2n)、和(n, n)閾能反應生成放射性核素。10.中子活化分析中，譜線干擾的解決辦法有用不同的半衰期解決、利用分支比扣除法、解重峰等等。11.由于帶電粒子在靶物質中運動時經(jīng)受能量損失，在靶中不同深度處粒子能量不同，因而反應截面不同，反

3、應產(chǎn)額隨之而改變。所以，在推導帶電粒子活化分析公式時，要區(qū)分薄樣品和厚樣品。12.帶電粒子核反應分析包括帶電粒子緩發(fā)分析和帶電粒子瞬發(fā)分析。13.帶電粒子核反應瞬發(fā)分析中，伴隨發(fā)射的輻射包括出射的帶電粒子、射線，以及出射的中子。14.盧瑟福背散射分析中，入射離子與靶原子碰撞的運動學因子、散射截面和能量損失因子是背散射分析中的三個主要參量。二、名詞解釋 1. 中子活化分析：用中子輻照樣品，使原子核發(fā)生核反應，生成具有一定壽命的放射性核素，然后對生成的放射性核素進行鑒別，從而確定樣品中的核素成分和含量的一種分析方法。2.X射線熒光分析：本法系利用原級X射線光子或其他微觀粒子激發(fā)待測物質中的原子，使

4、之產(chǎn)生次級的特征X射線（X光熒光）而進行物質成分分析和化學態(tài)研究的方法。3. 帶電粒子活化分析（CPAA）：具有一定能量的帶電粒子與物質中的原子核發(fā)生核反應，如果反應的剩余核是放射線核素，則測量這次放射性核素的半衰期和活度，就可以確定樣品中被分析元素的種類和含量。4. 核分析：利用核輻射粒子與物質的原子或原子核相互作用，采用核物理實驗技術獲得可觀測信息，分析物質成分和結構的一種高靈敏分析方法。5. 核分析技術：在痕量元素的含量和分布的分析研究中，利用核探測技術、粒子加速技術和核物理實驗方法的一大類分析測試技術。6. 活化：粒子從外界獲得足夠能量后，其電子由較低的基態(tài)能級躍遷到較高能級的過程，及

5、激發(fā)。7. 冷卻時間：在活化分析中，一般照射后并不立刻進行測量，而是讓樣品“冷卻”（即衰變）一段時間。8. 中子瞬發(fā)射線活化分析：通過測量中子與原子核發(fā)生反應時發(fā)射的瞬發(fā)射線，達到識別元素和確定元素含量的目的，就可以知道元素種類和含量的分析方法。9. 帶電粒子活化分析：具有一定能量的帶電粒子與原子核發(fā)生核反應時，如果反映的剩余核是放射性核素，則測量這放射性核素的半衰期和活度，就可以確定樣品中被分析元素的種類和含量10. 核反應的產(chǎn)生率：單位時間內(nèi)入射粒子在靶中引起的核反應數(shù)。11. 帶電粒子核反應瞬發(fā)分析法：是直接測量核反應過程中伴隨發(fā)射的輻射確定反應原子核的種類和元素濃度的方法。12. 盧瑟

6、福散射截面：在盧瑟福背散射分析中，研究的是入射粒子與靶原子核之間的庫侖排斥力作用下的彈性散射過程。這種散射過程的微分截面就是盧瑟福散射截面。13. 俄歇效應：在某些情況下，較外層（如L層）電子像K層躍遷時，多余的能量不一他正X射線形式放出，而是直接給予同一層（仍為L層）的某個電子，這個電子就脫離原子的舒服，成為自由電子。14.熒光產(chǎn)額：形成電子空位后產(chǎn)生特征X射線的幾率15.穆斯堡爾效應：是一種原子核無反沖的射線共振吸收或共振散射現(xiàn)象。16.穆斯堡爾譜學：穆斯堡爾譜學是應用穆斯堡爾效應研究物質的微觀結構的學科17.溝道技術：利用帶電粒子與單晶體的相互作用研究物質微觀結構的一種分析技術18.溝道

7、效應：當注入離子沿著基材的晶向注入時，則注入離子可能與 晶格原子發(fā)生較少的碰撞而進入離表面較深的位置，這一現(xiàn)象稱為溝道效應。19.阻塞效應：阻塞效應是以晶體點陣位置作為發(fā)射點，某方向出射的帶電粒子幾率強烈地依賴于出射方向同晶軸的夾角的效應。 20.正電子湮沒技術：通過測量正電子與材料中電子湮沒是所發(fā)出的射線的角度、能量以及正電子與電子湮沒前的壽命，來研究材料的電子結構和缺陷結構22.正電子素：當一個已熱化的正電子和一個電子碰撞時，有可能在發(fā)生湮沒之前暫時形成一個由正電子和負電子組成的中性束縛體系(e+e-)，即稱為正電子素，以Ps表示。23.正電子的壽命：正電子產(chǎn)生的起始時間到湮滅的終止時間。

8、比如Na-22放出正電子時同時放出能量1.28Mev的光子，正電子遇到電子湮滅時放出兩個0.511光子。這段時間稱為Na-22正電子壽命 21.加速器質譜分析：放射性同位素原子被電離后，在加速管中被加速至數(shù)兆或數(shù)十兆電子伏高能，然后通過選擇和鑒別，直接測量目標同位素原子數(shù)。三、簡答題1. 簡述（n,）中子活化分析的工作原理，中子活化分析的四個步驟。原理：中子輻照生成放射性同位素，不同的同位素半衰期和射線能量也不同，由此確定元素中的核素成分。步驟：1.樣品的制備 2.樣品的輻照 3.放射性活度測量 4.進行數(shù)據(jù)處理2. 簡述中子活化分析的優(yōu)點，主要應用領域，以及應用中要注意哪些因素和條件的選擇。

9、優(yōu)點：具有分析靈敏度高、元素選擇好、可分析的元素種類多、非破壞性分析，以及可做樣品體內(nèi)元素分析 應用領域：在材料、生命、環(huán)境、地質、考古、農(nóng)業(yè)等學科領域里已廣泛應用；注意：使用中子活化分析技術時，應根據(jù)待分析核素的性質，如核反應截面、元素豐度等選擇合適的活化條件、樣品制備方法和測量方法，以實現(xiàn)高靈敏度、多元素分析。3. 中子活化分析測量核素的選擇、照射條件的選擇、冷卻時間的選擇原則。測量核素的選擇：熱中子（或超熱中子）的反應截面要大；有適當?shù)陌胨テ冢═1/2）; 有可供測量的能譜，干擾要盡量??；有穩(wěn)定的同位素豐度，且宜選擇同位素豐度大的。照射條件的選擇：照射時間長、短的選擇要根據(jù)生成核素B的半

10、衰期來定，半衰期長其照射時間就要長；半衰期短其照射時間就可以短，一般<24h就認為要短，要長短結合，綜合考慮。我們一般在（中子注量率）在1013情況下，照射時間為10小時。冷卻時間的選擇原則：關鍵要看大多數(shù)目標元素半衰期，由于它們的半衰期相差很大，一般為停止照射后23個半衰期后開始測量，對遠離反應堆的測量，一個樣品通常需要測23次，第1次測量半衰期短的核素。4中子活化分析中測量條件的選擇及測量中應注意的問題。測量條件的選擇：放射源（樣品或標準）與探測器之間的距離應盡可能近；死時間不能太大，太大不僅漏記嚴重，而且會使探測器的分辨率變差。測量中應注意：同一組中樣品和標準必須在相同的幾何位置上

11、進行測量；為了提高測量精度，可對同一核素不同的譜峰都進行測量，例如Sc的889KeV、1120Kev； 對同一核素不同的譜峰都進行分析，例如Yb(177KeV、197KeV)；U的228、277KeV； 對同一核素可進行不同時間的跟蹤測量，例如Sb的564KeV,與As的559KeV很近，但是半衰期相差很大；測量時間的修正：由于標準和樣品不可能在同一探測器上同時測量，總有先后，因此必須對測量時間進行修正，修正是指對峰面積的修正，修正到和標準同時測量時樣品的面積應該是多少？【或者說修正到和樣品同時測量時標準的面積應該是多少？5. 中子活化分析中的干擾因素及解決辦法。（1）同位素豐度是否正常，解決

12、辦法盡可能用同位素豐度高的作為標準。（2）中子通量密度是否均勻，解決辦法：a、盡量減少樣品重量；b、溶解稀釋；c、作自屏蔽曲線進行修正。（3）干擾反應，解決：需要了解Mg/Na的比值，在超基性巖中，Mg/Na=103左右。（4）譜線干擾，解決：用不同的半衰期解決、利用分支比扣除法6. 試述X射線熒光分析的工作原理。X射線熒光分析中使用濾光片的作用，濾片能否改善探測器的能量分辨率？原理：入射粒子與原子發(fā)生碰撞，從中逐出一個內(nèi)層電子，此時原子處于受激狀態(tài)。隨后(10-1210-14s)，原子內(nèi)層電子重新配位，即原子中的內(nèi)層電子空位由較外層電子補充，兩個殼層之間電子的能量差，就以X射線熒光的形式釋放

13、出來。作用：1）、抑制特殊元素的譜線（Pd）；2）改變激發(fā)源譜線的能量分布3）降低背景；不能改善探測器能量分辨率。7. 簡述X射線熒光分析中的基體效應，以及克服或校正基體效應的方法由于X光子有一定的貫穿本領，X熒光分析一般用于厚樣品分析，這又引起基體效應X射線被基體的吸收。方法：（1）基體匹配法（2）薄試樣法（3）內(nèi)標法（4）標準加入法（5）散射比法8.X射線激發(fā)源的種類？X射線熒光分析儀器的分類？X射線熒光分析干擾因素？9.X射線能譜的探測系統(tǒng)？X射線熒光分析技術的特點及應用？應用：儀器輕便、易攜帶（1kg左右），分析速度快（幾秒種至幾分鐘）和可分析元素范圍廣（從原子序數(shù)13Al至92U），

14、其測量對象可以是巖礦石的原生露頭、塊狀巖石礦石、土壤、運動的礦漿、不同顆粒度的粉末樣品和金屬鑄件等10. 簡述中子瞬發(fā)射線活化分析及其特點原理：中子被原子核俘獲形成復合核，后，處于激發(fā)態(tài)的復合核退激發(fā)射射線，測量這射線的能量和強度，就可以知道元素種類和含量特點：具有非破壞性、體樣品分析的特點，而且還具有輻照時間短、分析速度快和活化后的剩余放射性低等優(yōu)點。11. 簡述帶電粒子活化分析和特點，以及該方法的主要干擾問題及其解決辦法。具有一定能量的帶電粒子與物質中的原子核發(fā)生核反應，如果反應的剩余核是放射線核素，則測量這次放射性核素的半衰期和活度，就可以確定樣品中被分析元素的種類和含量。干擾問題：1.

15、不同元素經(jīng)照射后生成相同放射性核素的干擾 2.不同元素經(jīng)照射后生成不同放射性核素，但發(fā)射相同射線能量的干擾解決辦法：1.根據(jù)閾能，改變?nèi)肷淞Ｗ幽芰?2.根據(jù)半衰期，增加輻照后的冷卻時間t12. 簡述帶電粒子核反應瞬發(fā)分析方法、優(yōu)點及其適于分析范圍。核反應瞬發(fā)分析法直接測量核反應過程中伴隨發(fā)射的輻射確定反應原子核的種類和元素濃度的方法優(yōu)點：方法簡便、分析速度快、可利用不同的核反應道、不同的出射粒子和核反應運動學關系更有利地鑒別元素和消除干擾反應，特別是它能在不破壞樣品結構的情況下提供元素深度分布信息分析范圍：樣品表面輕元素分析、分析靶物質中的雜質成分13. 簡述帶電粒子核反應瞬發(fā)分析的特點1.有

16、極高的選擇性，干擾小2.核反應特性不受靶所處的物理和化學狀態(tài)的影響，樣品可以在高溫和高壓下被分析。3. 適合分析重基體中的輕元素。4.有較高的靈敏度和精密度。5. 適合對表面和近表面層內(nèi)的元素進行分析。6.可給出表面或近表面層內(nèi)雜質濃度隨深度分布的情況。7.經(jīng)過高度準直和聚焦的微米束，可以進行雜質空間分布分析 。8.和固體的溝道效應相結合，可以確定雜質在晶格中的位置和進行晶體損傷的測量。 9.方法簡便，分析速度快。10.不破壞樣品。14. 簡述盧瑟福背散射分析的特點及其應用范圍特點1. 無損快速2. 不需要標準樣品3. 特別適于分析輕基體中的重元素4. 分析靈敏度好，一般為10-6 gg-1量

17、級5. 分析樣品深度為m量級，深度分辨率為10.020.0nm。應用范圍：樣品表面層雜質成分和深度分布分析，材料表面各種薄膜組成和厚度分析，薄膜界面特性分析，化合物的化學配比分析，以及離子束混合材料分析等。15. 簡述盧瑟福背散射分析原理及特點原理：當一束具有一定能量的離子入射到靶物質時，只有離子束中極小部分離子與靶原子核發(fā)生大角度庫侖散射而離開原來的入射方向；用探測器對這些背散射粒子進行測量，能獲得有關靶原子的質量、含量和深度分布等信息，通過測量散射粒子能量和強度，就能實現(xiàn)樣品的定性、定量分析。16.穆斯堡爾譜學的原理和特點原理：原子核無反沖地發(fā)射或共振吸收射線的現(xiàn)象（穆斯堡爾效應）特點：1

18、.穆斯堡爾譜具有極高的能量分辨率，很容易探測出原子核能級的變化。 2.利用穆斯堡爾譜可以方便地研究原子核與其周圍環(huán)境見的超精細相互作用，可以靈敏地獲得原子核周圍的物理和化學環(huán)境的信息。17. 穆斯堡爾三種主要的超精細作用？穆斯堡爾譜儀的設備？三種主要的超精細作用：同質異能位移、四級分裂、磁超精細分裂設備：18.正電子湮沒原理？正電子湮沒三種實驗方法？正電子湮沒技術的應用？原理：通過測量正電子與材料中電子湮沒是所發(fā)出的射線的角度、能量以及正電子與電子湮沒前的壽命，來研究材料的電子結構和缺陷結構三種實驗方法：2角關聯(lián)測量、多普勒線性展寬譜、正電子壽命譜應用：目前能夠用PAT測量空位形成能的純金屬幾乎都已測完，并開始進入了稀薄合金（低合金）中空位形成能定量測定的階段。19.正電子按能量高低分類？正電子與物質相互作用過程？慢正電子束技術特點？20.溝道效應的兩個重要特征參數(shù)？退道現(xiàn)象？退道比？隨機產(chǎn)額？定向產(chǎn)額？兩個重要參數(shù)：臨界角