中子活化分析.ppt

1、1 1 什麼是核分析什麼是核分析u核分析：核分析：利用核輻射粒子利用核輻射粒子與物質(zhì)的原子或原子核相互作用，與物質(zhì)的原子或原子核相互作用，采用核物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)獲得可觀測信息，分析研究物質(zhì)材料成采用核物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)獲得可觀測信息，分析研究物質(zhì)材料成分和結(jié)構(gòu)的方法。分和結(jié)構(gòu)的方法。 u核粒子：核粒子： 中子、中子、 射線、射線、 粒子、粒子、 粒子、正電子、質(zhì)子、粒子、正電子、質(zhì)子、以及加速器出射的其它粒子。以及加速器出射的其它粒子。u相互作用：相互作用：主要是電磁作用主要是電磁作用 ，以及核力作用。，以及核力作用。u核分析方法大量出現(xiàn)、發(fā)展和廣泛應(yīng)用起始于上世紀(jì)核分析方法大量出現(xiàn)、發(fā)展和廣泛應(yīng)用起始

2、于上世紀(jì)6060年代。年代。加速器和反應(yīng)堆等大型儀器設(shè)備從核物理實(shí)驗(yàn)專用設(shè)備加速器和反應(yīng)堆等大型儀器設(shè)備從核物理實(shí)驗(yàn)專用設(shè)備“解解放放”出來，有條件用于應(yīng)用方面的研究。出來，有條件用于應(yīng)用方面的研究。2 2 核分析特點(diǎn)核分析特點(diǎn) 在近代科學(xué)的發(fā)展中，人們十分重視材料的研究和發(fā)展。在近代科學(xué)的發(fā)展中，人們十分重視材料的研究和發(fā)展。許多材料的重要的物理性能和化學(xué)性能與材料中的許多材料的重要的物理性能和化學(xué)性能與材料中的痕量雜痕量雜質(zhì)元素質(zhì)元素、晶體的缺陷晶體的缺陷和和微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。人們發(fā)展了許多物有關(guān)。人們發(fā)展了許多物理的和化學(xué)的分析方法，對(duì)元素成分、物質(zhì)結(jié)構(gòu)以及雜質(zhì)理的和化學(xué)的分析方法，

3、對(duì)元素成分、物質(zhì)結(jié)構(gòu)以及雜質(zhì)濃度體分布和表面層的形貌特征等進(jìn)行測量和表征。這些濃度體分布和表面層的形貌特征等進(jìn)行測量和表征。這些分析方法同樣也適用其它領(lǐng)域。分析方法同樣也適用其它領(lǐng)域。 核分析方法是其中的一種，它的出現(xiàn)和廣泛的應(yīng)用對(duì)傳統(tǒng)核分析方法是其中的一種，它的出現(xiàn)和廣泛的應(yīng)用對(duì)傳統(tǒng)的化學(xué)的、物理的方法是一個(gè)挑戰(zhàn)，的化學(xué)的、物理的方法是一個(gè)挑戰(zhàn)，具有高靈敏、快速和具有高靈敏、快速和不破壞樣品等特點(diǎn)，有時(shí)，不破壞樣品等特點(diǎn)，有時(shí)，“非核莫屬非核莫屬”，是一種不可替，是一種不可替代的特殊的分析技術(shù)。這是和平利用核科學(xué)和核技術(shù)的重代的特殊的分析技術(shù)。這是和平利用核科學(xué)和核技術(shù)的重要方面。要方面。3

4、 3 核分析分類核分析分類1 1）活化分析）活化分析 中子活化分析中子活化分析* * 帶電粒子活化分析帶電粒子活化分析* *2 2）離子束分析）離子束分析 盧瑟福背散射分析盧瑟福背散射分析* * 溝道技術(shù)分析溝道技術(shù)分析* * 核反應(yīng)分析核反應(yīng)分析* * 粒子誘發(fā)粒子誘發(fā)x x熒光分析熒光分析* *3 3）核效應(yīng)分析）核效應(yīng)分析 穆斯堡爾效應(yīng)分析穆斯堡爾效應(yīng)分析* * 正電子淹滅技術(shù)正電子淹滅技術(shù)* * 擾動(dòng)角關(guān)聯(lián)擾動(dòng)角關(guān)聯(lián) 核磁共振核磁共振4 4）超靈敏質(zhì)譜分析）超靈敏質(zhì)譜分析 * * 19世紀(jì)末、20世紀(jì)初，法國物理學(xué)家貝克勒耳和居里夫婦發(fā)現(xiàn)了放射性，居里夫婦提煉出放射性元素鐳；英國科學(xué)家

5、盧瑟福等人發(fā)現(xiàn)了放射性衰變規(guī)律并建立了原子模型。這一切都為活化分析奠定了理論基礎(chǔ)。1932年英國物理學(xué)家查德威克發(fā)現(xiàn)了中子。這一發(fā)現(xiàn)引起了科學(xué)家們的極大興趣，他們用中子來研究各種反應(yīng)。1936年化學(xué)家海維希和列維進(jìn)行了歷史上第一次中子活化分析。他們測定了氧化釓中的鏑，定量分析的結(jié)果為10-3克/克。1938年美國化學(xué)家西博格和利文格德用加速器氘束測定了純鐵中的鎵，進(jìn)行了第一次帶電粒子活化分析。1942年建成了可提供比同位素中子源要高得多的通量的反應(yīng)堆，1948年出現(xiàn)了NaI 閃爍探測器，在此基礎(chǔ)上雷第考脫等人于1951年首次用反應(yīng)堆進(jìn)行熱中子活化分析法。用活化分析能測定 ppm 以至ppb X

6、e .活化分析技術(shù)的發(fā)展活化分析技術(shù)的發(fā)展 此時(shí)，中子發(fā)生器，多道能譜分析器等供活化分析用的儀器相繼問世，使得活化分析成為當(dāng)時(shí)具有最高靈敏度的分析方法。 60年代初期出現(xiàn)了半導(dǎo)體探測器使分辨率提高了好幾十倍，鍺探測器的應(yīng)用使一次照射便可同時(shí)測定四五十種元素，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用更把活化分析推向一個(gè)新的領(lǐng)域。第一章第一章 中子活化分析中子活化分析 u中子活化分析是一種有效的核分析技術(shù)，在中子活化分析是一種有效的核分析技術(shù)，在微量和痕量元素分析中占有重要的地位。微量和痕量元素分析中占有重要的地位。u自從自從1936年第一次用熱中子活化分析元素以年第一次用熱中子活化分析元素以來，由于反應(yīng)堆和加速器技術(shù)、射線

7、探測器來，由于反應(yīng)堆和加速器技術(shù)、射線探測器技術(shù)和核電子學(xué)技術(shù)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)技術(shù)和核電子學(xué)技術(shù)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使中子活化分析術(shù)得到迅速發(fā)展。展，使中子活化分析術(shù)得到迅速發(fā)展。u從原先的放射化學(xué)分離中子活化分析發(fā)展到從原先的放射化學(xué)分離中子活化分析發(fā)展到如今的儀器中子活化分析，成為高靈敏度、如今的儀器中子活化分析，成為高靈敏度、多元素、非多元素、非 破壞性元素分析的可靠方法。破壞性元素分析的可靠方法。 目前，慢中子和快中子活化分析，幾乎能分析所有的核素；目前，慢中子和快中子活化分析，幾乎能分析所有的核素；分析的靈敏度為百萬分之一（分析的靈敏度為百萬分之一（ppmppm） ， 甚至可

8、達(dá)十億分之一（甚至可達(dá)十億分之一（ppbppb）直至億萬分之一（）直至億萬分之一（pptppt）；一次能同時(shí)分析）；一次能同時(shí)分析40504050個(gè)核素；個(gè)核素；可分析壽命非常短的放射性核素，甚至可以做中子俘獲瞬發(fā)射線可分析壽命非常短的放射性核素，甚至可以做中子俘獲瞬發(fā)射線活化分析；而且自動(dòng)化分析的程度很高?；罨治?；而且自動(dòng)化分析的程度很高。 中子活化分析不僅是作為一種常規(guī)的元素定量分中子活化分析不僅是作為一種常規(guī)的元素定量分析方法，已廣泛用于析方法，已廣泛用于廣泛應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)、廣泛應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、冶金、半導(dǎo)體工業(yè)、地質(zhì)、冶金、半導(dǎo)體工業(yè)、地

9、質(zhì)、地球化地球化學(xué)、考古學(xué)學(xué)、考古學(xué)刑庭偵查等許多領(lǐng)域；而且也是作為驗(yàn)證刑庭偵查等許多領(lǐng)域；而且也是作為驗(yàn)證其他分析方法可靠性的一種監(jiān)測手段，在許多場合用其他分析方法可靠性的一種監(jiān)測手段，在許多場合用于對(duì)比測量。中子活化分析的發(fā)展雖已較為成熟，但于對(duì)比測量。中子活化分析的發(fā)展雖已較為成熟，但在進(jìn)一步提高測量精確度和分析效率及提高分析靈敏在進(jìn)一步提高測量精確度和分析效率及提高分析靈敏度和選擇性方面，在改善輻照設(shè)備、譜儀和譜的分解度和選擇性方面，在改善輻照設(shè)備、譜儀和譜的分解及計(jì)算機(jī)程序等方面仍有新的進(jìn)展。及計(jì)算機(jī)程序等方面仍有新的進(jìn)展。 我們在這一章里主要敘述儀器中子活化我們在這一章里主要敘述儀

10、器中子活化分析，并附帶介紹中子俘獲瞬發(fā)射線活分析，并附帶介紹中子俘獲瞬發(fā)射線活化分析?；治?。中子特性中子特性（Neutron characteristicNeutron characteristic）中子的基本性質(zhì)（中子的基本性質(zhì)（The basic property of neutron）Mass - Mp , Mn=1.008665012 uCharge - zero ? 實(shí)驗(yàn)測得中子在電場中偏轉(zhuǎn) (-1.5 2.2) 10-20 eHalf life - 10.69 min n 1H + e + (中微子)Decay energy - Emax = (782 13) keVSpin -

11、 1/21 keV0.5 MeV10 MeV0Slow neutronMedium neutronFast neutronCold neutronE0.5 eVEpithermal neutronE=1eV100 eVResonance neutronElastic scatteringNuclear reaction中子源（中子源（Neutron source） 同位素中子源（同位素中子源（Radioisotope） Neutron yield units ： s-1 g-1 1. (alpha, n)中子源: 9Be + 4He 12C + n 10Be + 4He 13N + n + 1

12、.07MeV 2. 自發(fā)裂變中子源(Spontaneous fission) For 252Cf, yield=106 g-1 s-1 1 gram 252Cf 1012 s-1 加速器中子源加速器中子源(Accelerator based nuclear reaction) 1. (p,n)中子源: 7Li(p,n)7Be; 3H(p,n)3He 2. (d,n)中子源: 2H(d,n)3He; 3H(d,n)4He 反應(yīng)堆中子源反應(yīng)堆中子源(Nuclear reactor) 第一節(jié)第一節(jié) 中子活化分析原理中子活化分析原理 中子活化分析是用中子輻照樣品，使原子核中子活化分析是用中子輻照樣品，

13、使原子核發(fā)生核反應(yīng)，生成具有一定壽命的放射性核發(fā)生核反應(yīng)，生成具有一定壽命的放射性核素，然后對(duì)生成的放射性核素進(jìn)行鑒別，從素，然后對(duì)生成的放射性核素進(jìn)行鑒別，從而確定樣品中的核素成分和含量的一種分析而確定樣品中的核素成分和含量的一種分析方法。方法?！?核指紋”： 不同放射性同位素的半衰期和發(fā)射不同放射性同位素的半衰期和發(fā)射 射線的能量射線的能量都是不同的，如同人的指紋一樣；沒有發(fā)現(xiàn)兩個(gè)不都是不同的，如同人的指紋一樣；沒有發(fā)現(xiàn)兩個(gè)不同的放射性同位素有相同的半衰期或同的放射性同位素有相同的半衰期或 射線能量。射線能量。 不同的穩(wěn)定元素被中子照射，活化生成不同的不同的穩(wěn)定元素被中子照射，活化生成不同

14、的放射性同位素，其半衰期和放射性同位素，其半衰期和 射線能量也是不同的。射線能量也是不同的。 中子活化分析就是根據(jù)獲得樣品的中子活化分析就是根據(jù)獲得樣品的“核指紋核指紋”特征，判別材料中含有的元素及其含量特征，判別材料中含有的元素及其含量。（ n , n , ) )中子活化分析基本原理中子活化分析基本原理 一是將樣品放在中子場中輻照一是將樣品放在中子場中輻照 二是取出已輻照的樣品，如有必要可對(duì)樣二是取出已輻照的樣品，如有必要可對(duì)樣品進(jìn)行放射化學(xué)元素分離；品進(jìn)行放射化學(xué)元素分離； 三是進(jìn)行放射性活度測量，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)三是進(jìn)行放射性活度測量，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，按一定的標(biāo)準(zhǔn)化方法求出樣品中元處理，按

15、一定的標(biāo)準(zhǔn)化方法求出樣品中元素的濃度。素的濃度。 除了輻照樣品的制備步驟外，中除了輻照樣品的制備步驟外，中子活化分析主要包括三個(gè)步驟：子活化分析主要包括三個(gè)步驟：3 3 測量樣品放射性測量樣品放射性 射線能譜射線能譜4 4 根據(jù)根據(jù) 射線能譜（能量和射線能譜（能量和強(qiáng)度）以及半衰期等分析，強(qiáng)度）以及半衰期等分析，確定確定樣品中對(duì)應(yīng)穩(wěn)定核素樣品中對(duì)應(yīng)穩(wěn)定核素 及其含量。及其含量。 1 樣樣 品品穩(wěn)定核素穩(wěn)定核素構(gòu)成構(gòu)成 活化：穩(wěn)定活化：穩(wěn)定核素吸收中核素吸收中子變成放射子變成放射性的性的 射線譜儀射線譜儀1 1）樣品）樣品 2 2）輻照）輻照 3 3）放射性測量）放射性測量 4 4）結(jié)果評(píng)價(jià)）結(jié)

16、果評(píng)價(jià)（ n , n , ) )2 中子束照射樣品中子束照射樣品 活化活化化學(xué)分離化學(xué)分離（ n , n , ) )中子活化分析步驟中子活化分析步驟中子活化技術(shù)的應(yīng)用舉例中子活化技術(shù)的應(yīng)用舉例1 1） 恐龍滅絕原因恐龍滅絕原因：2 2） 破解拿破倫死亡之謎破解拿破倫死亡之謎3 3） 破解牛頓死亡之謎破解牛頓死亡之謎4 4） 秦兵馬俑秦兵馬俑“產(chǎn)地產(chǎn)地” 之謎之謎5 5） 第一起使用中子活化分析偵破的案例第一起使用中子活化分析偵破的案例6 6） 古老照片的復(fù)活古老照片的復(fù)活： 65006500萬年前小行星萬年前小行星( (高含高含 IrIr( (銥銥)或者彗星沖撞地球，在或者彗星沖撞地球，在空氣

17、中產(chǎn)生了大量碎片，地球上陽光大大減少，植物不能生長，空氣中產(chǎn)生了大量碎片，地球上陽光大大減少，植物不能生長，沒有可吃的食物，動(dòng)物的數(shù)量毀滅性減少，非常嚴(yán)重導(dǎo)致大多沒有可吃的食物，動(dòng)物的數(shù)量毀滅性減少，非常嚴(yán)重導(dǎo)致大多數(shù)動(dòng)物包括恐龍都滅絕了。數(shù)動(dòng)物包括恐龍都滅絕了。 中子活化分析技術(shù)測定了世界上幾個(gè)地方，相應(yīng)于白堊系中子活化分析技術(shù)測定了世界上幾個(gè)地方，相應(yīng)于白堊系/ /第三系（第三系（K/TK/T）的界限內(nèi)黏土層中銥（的界限內(nèi)黏土層中銥（IrIr) )的含量比普通背景的含量比普通背景值高出值高出 30-16030-160倍，認(rèn)為銥是地外物質(zhì)指示元素，提出了小行倍，認(rèn)為銥是地外物質(zhì)指示元素，提出

18、了小行星撞擊地球的假設(shè)；后來在許多地方，包括我國在內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了星撞擊地球的假設(shè)；后來在許多地方，包括我國在內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果，進(jìn)一步支持了小行星撞擊地球?yàn)?zāi)變學(xué)說。類似的結(jié)果，進(jìn)一步支持了小行星撞擊地球?yàn)?zāi)變學(xué)說。 地球表層地球表層 IrIr 1 1 g/kg (ppb) g/kg (ppb) 隕石隕石 n n 100 100 g/kg g/kg 1 1） 恐龍滅絕原因恐龍滅絕原因：2 2） 破解拿破倫死亡之謎破解拿破倫死亡之謎 拿破倫拿破倫 18211821年年5 5月月5 5日死于流放的小島上。日死于流放的小島上。 有許多猜測：胃癌有許多猜測：胃癌 謀害謀害 進(jìn)入金字塔受驚而死等進(jìn)入金字塔受驚

19、而死等 19611961年一位瑞士人給英國法醫(yī)部門送去了一個(gè)寫年一位瑞士人給英國法醫(yī)部門送去了一個(gè)寫有有“不朽的拿破倫之發(fā)不朽的拿破倫之發(fā)”的信封。拿破倫死后第的信封。拿破倫死后第2 2天整天整容時(shí)取下的。中子活化分析分段測量發(fā)現(xiàn)頭發(fā)中部容時(shí)取下的。中子活化分析分段測量發(fā)現(xiàn)頭發(fā)中部 45cm45cm范圍內(nèi)砷（范圍內(nèi)砷（AsAs）含量高達(dá)含量高達(dá)1111 1010-6 -6 克，超出正常人克，超出正常人1313倍。倍。 推算砷中毒時(shí)間長達(dá)數(shù)月。推算砷中毒時(shí)間長達(dá)數(shù)月。 結(jié)論：拿破倫死于砒霜（結(jié)論：拿破倫死于砒霜（AsAs2 2O O3 3) )慢性中毒急性發(fā)作。慢性中毒急性發(fā)作。 3 3） 破解

20、牛頓死亡之謎破解牛頓死亡之謎 牛頓（牛頓（1642-17271642-1727）兩束頭發(fā)中）兩束頭發(fā)中 汞（汞（Hg) Hg) 鉛（鉛（PbPb） 銻銻（SbSb）等含量超標(biāo)。等含量超標(biāo)。 因汞因汞 鉛鉛 銻銻 中毒而死，否認(rèn)了內(nèi)中毒而死，否認(rèn)了內(nèi)臟結(jié)石癥的傳統(tǒng)說法。臟結(jié)石癥的傳統(tǒng)說法。 牛頓怎樣會(huì)重金屬中毒呢？牛頓怎樣會(huì)重金屬中毒呢？ 晚年光學(xué)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)常與這些重金屬打交道；晚年光學(xué)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)常與這些重金屬打交道； 喜歡喜歡鑒賞重金屬，經(jīng)常用手撫摩；一間居室用含有有毒硫化汞鑒賞重金屬，經(jīng)常用手撫摩；一間居室用含有有毒硫化汞漆粉刷的。漆粉刷的。4 4）秦兵馬俑）秦兵馬俑“產(chǎn)地產(chǎn)地” 之謎之

21、謎 氣勢恢宏的氣勢恢宏的80008000多秦兵馬俑多秦兵馬俑-深埋地下的深埋地下的“古代大軍古代大軍”位于陜西臨潼縣秦始皇陵東側(cè)，有位于陜西臨潼縣秦始皇陵東側(cè)，有“世界第八大奇跡世界第八大奇跡”美稱。美稱。 解謎方法：解謎方法：選取秦陵兵馬俑樣品選取秦陵兵馬俑樣品8383個(gè)個(gè), ,秦陵附近的黏土樣秦陵附近的黏土樣品品2020個(gè)個(gè), ,耀州瓷胎樣品耀州瓷胎樣品2 2個(gè)個(gè). .將樣品進(jìn)行儀器中子活化分析將樣品進(jìn)行儀器中子活化分析(INAA),(INAA),測定每個(gè)樣品的測定每個(gè)樣品的3232種元素含量種元素含量. .將所有樣品的元素進(jìn)行將所有樣品的元素進(jìn)行模糊聚類分析。模糊聚類分析。 基本結(jié)論：基

22、本結(jié)論：兵馬俑的原料在秦陵附近的壚土層，燒制兵馬兵馬俑的原料在秦陵附近的壚土層，燒制兵馬俑的窯址在土壤的產(chǎn)地附近。中國陶窯有就地取土的傳統(tǒng)，兵俑的窯址在土壤的產(chǎn)地附近。中國陶窯有就地取土的傳統(tǒng)，兵馬俑也不例外。馬俑也不例外。5 5）第一起使用中子活化分析偵破的案例）第一起使用中子活化分析偵破的案例 1958年年5月月1日傍晚時(shí)分，日傍晚時(shí)分，16歲的小女孩加埃塔恩歲的小女孩加埃塔恩布查德在布查德在一采煤廠遇害，尸檢時(shí)，警探們發(fā)現(xiàn)，在女孩的指甲上纏繞著一采煤廠遇害，尸檢時(shí)，警探們發(fā)現(xiàn)，在女孩的指甲上纏繞著一根頭發(fā)，有一根頭發(fā)，有25英寸長。英寸長。 用中子活化分析技術(shù)（樣品制成膠囊，放入原子核反

23、應(yīng)堆用用中子活化分析技術(shù)（樣品制成膠囊，放入原子核反應(yīng)堆用中子進(jìn)行照射），檢測重點(diǎn)嫌疑人約翰中子進(jìn)行照射），檢測重點(diǎn)嫌疑人約翰沃萊曼頭上取下的頭沃萊曼頭上取下的頭發(fā)樣本和死者的頭發(fā)，以及現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的頭發(fā)，測定硫、磷的比發(fā)樣本和死者的頭發(fā)，以及現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的頭發(fā)，測定硫、磷的比例，發(fā)現(xiàn)死者的頭發(fā)是例，發(fā)現(xiàn)死者的頭發(fā)是2.02，約翰，約翰沃萊曼的頭發(fā)和死者手上沃萊曼的頭發(fā)和死者手上的這根頭發(fā)則分別是的這根頭發(fā)則分別是1.07和和1.02，顯然死者手上的這根頭發(fā)不，顯然死者手上的這根頭發(fā)不是死者本人的，而非常接近約翰是死者本人的，而非常接近約翰沃萊曼的頭發(fā)。沃萊曼的頭發(fā)。 約翰約翰沃萊曼承認(rèn)自己殺了埃塔恩

24、。沃萊曼承認(rèn)自己殺了埃塔恩。 中子活化分析非常靈敏，它可以檢驗(yàn)出中子活化分析非常靈敏，它可以檢驗(yàn)出1英寸長的頭發(fā)中的英寸長的頭發(fā)中的14種元素。科學(xué)家認(rèn)為種元素?？茖W(xué)家認(rèn)為100萬人中，只有兩人萬人中，只有兩人9種元素可能相同。種元素可能相同。 現(xiàn)代化技術(shù)幫助人們查清了隱藏在頭發(fā)之中的現(xiàn)代化技術(shù)幫助人們查清了隱藏在頭發(fā)之中的“微量元素微量元素譜譜”。 19世紀(jì)初英國發(fā)明家塔爾博塔攝了幾幅照片，由于當(dāng)時(shí)的照相技術(shù)原始，又年代久遠(yuǎn)，130年后，已經(jīng)破損不堪，模糊不清。 后來，有人將此照片拿到反應(yīng)堆的中子流中照射。中子使保存在潛像中的銀活化了，穩(wěn)定的銀-l07和銀-l09，通過核轉(zhuǎn)變成為放射性同位素

25、銀-l08和銀-l10。當(dāng)照片從反應(yīng)堆中取出時(shí)，立刻把它同現(xiàn)在的新照相底片接觸。被活化的銀，發(fā)出和輻射，照射在新照相底片上，實(shí)際上就把塔爾博塔照片中的潛像轉(zhuǎn)移到了新底片上。這樣，古老的照片在放射自顯影技術(shù)的作用下，獲得了新生。 也就是說，通過照片本身的輻射作用，把它們自己展現(xiàn)出來了。許多原來以為無法挽救的古老照片，在相當(dāng)大的程度上，就此復(fù)活了。6 6）古老照片的復(fù)活）古老照片的復(fù)活： 為了調(diào)查由工廠排出的煤煙或廢水引起的公害，也常常離不開使用活化分析。例如，對(duì)大氣中的微量塵埃取樣，進(jìn)行活化分析，就能獲得很多有關(guān)大氣的情報(bào)。如塵埃中含有哪些元素？每種元素的含量是多少。也可以查清城市廢物焚燒爐、各

26、種鍋爐、鋼鐵廠的冶煉電爐等不同污染源與環(huán)境污染的關(guān)系等等。 另一個(gè)與環(huán)境污染有關(guān)的問題，就是煤煙或廢水是如何擴(kuò)散的？要想得到這一問題的答案，也需要利用活化分析進(jìn)行研究。例如，從工廠煙囪排放霧狀的硫酸鈷，或者把溴化銨的溶液混入排水中，然后從各個(gè)取樣點(diǎn)采集塵?；蛩畼樱诺椒磻?yīng)堆中接受照射，便能獲得放射性的鈷-60和溴-82，它們能夠放出射線和射線；再將它們與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照，以作定量測定。這樣就能了解煤煙和廢水在各處的分布狀態(tài)。7 7）分析環(huán)境污染情況：）分析環(huán)境污染情況：u樣品在一定能量的中子輻照下，通過樣品在一定能量的中子輻照下，通過(n, )、 (n, )、(n, p)、 (n, 2n)等核反應(yīng)

27、生成放射等核反應(yīng)生成放射性核素。性核素。u圖圖1.1給出了樣品中放射性活度隨時(shí)間的變給出了樣品中放射性活度隨時(shí)間的變化關(guān)系。橫坐標(biāo)上給出了活化分析中的三個(gè)化關(guān)系。橫坐標(biāo)上給出了活化分析中的三個(gè)時(shí)間標(biāo)志。我們可以分別寫出這三段時(shí)間內(nèi)時(shí)間標(biāo)志。我們可以分別寫出這三段時(shí)間內(nèi)放射性活度的表達(dá)式。放射性活度的表達(dá)式。 一、活化分析公式推導(dǎo)一、活化分析公式推導(dǎo) 1.輻照時(shí)放射性核素的產(chǎn)額輻照時(shí)放射性核素的產(chǎn)額 設(shè)樣品中的原子總數(shù)為設(shè)樣品中的原子總數(shù)為Nt，中子能量為，中子能量為E，單能中子通量密度為單能中子通量密度為 ，且不隨時(shí)間變化，且不隨時(shí)間變化。 不考慮中子通量衰減（即沒有樣品自吸收不考慮中子通量衰

28、減（即沒有樣品自吸收）時(shí)，樣品在中子輻照下放射性核的產(chǎn)生）時(shí)，樣品在中子輻照下放射性核的產(chǎn)生率為率為tPN式中式中 是中子與樣品中原子核發(fā)生反應(yīng)的截面，或稱活化是中子與樣品中原子核發(fā)生反應(yīng)的截面，或稱活化截面。截面。(1.1)(1.1) 在這同時(shí)，已生成的放射性核發(fā)生衰變，在這同時(shí)，已生成的放射性核發(fā)生衰變，衰變率（活度）為衰變率（活度）為 AN 式中為衰變常數(shù)，N為放射性核數(shù)。 輻照時(shí)某一時(shí)刻的放射性核數(shù)目的變化率為dNPNdttNN(1.2)(1.2)(1.3)(1.3)上式中上式中N(t) 是輻照時(shí)是輻照時(shí)t時(shí)刻的放射性核數(shù)。時(shí)刻的放射性核數(shù)。 1111tttNtNePe 解這方程，并利

29、用初始條件（解這方程，并利用初始條件（t=0時(shí)，時(shí)，N=0），可得到，可得到(1.4)(1.4)如果輻照的時(shí)間為如果輻照的時(shí)間為t0，那么，在，那么，在t0時(shí)刻停止輻照時(shí)時(shí)刻停止輻照時(shí)樣品中所生成的放射性核數(shù)為樣品中所生成的放射性核數(shù)為0011tNtPe1tNS 0tA tNS或者寫成或者寫成 式中式中A(t0)為為t0時(shí)刻的放射性活度，時(shí)刻的放射性活度，S=1-e - t0 稱為飽和因子。稱為飽和因子。(1.6)(1.6) 當(dāng)輻照時(shí)間為當(dāng)輻照時(shí)間為2個(gè)半衰期時(shí)，放射性活度為個(gè)半衰期時(shí)，放射性活度為最大值的最大值的75%； 而輻照而輻照7個(gè)半衰期時(shí)，活度為最大值個(gè)半衰期時(shí)，活度為最大值99.2

30、%，只增加，只增加22%； 輻照時(shí)間小于輻照時(shí)間小于1個(gè)半衰期時(shí)放射性活度的增個(gè)半衰期時(shí)放射性活度的增長與時(shí)間近似成線性關(guān)系；長與時(shí)間近似成線性關(guān)系； 輻照時(shí)間足夠長時(shí)，放射性活度達(dá)到飽和輻照時(shí)間足夠長時(shí)，放射性活度達(dá)到飽和值值A(chǔ)() 。 2.2.冷卻時(shí)間內(nèi)的放射性活度冷卻時(shí)間內(nèi)的放射性活度在冷卻時(shí)間內(nèi)，放射性核衰變持續(xù)，冷卻到在冷卻時(shí)間內(nèi)，放射性核衰變持續(xù)，冷卻到時(shí)刻時(shí)刻t t1 1未發(fā)生衰變的放射性核數(shù)為未發(fā)生衰變的放射性核數(shù)為 1010ttN tN te活度為 1010ttA tA te 0A tD式中式中D 稱為衰變因子。稱為衰變因子。(1.7)(1.7)(1.8)(1.8)在測量時(shí)間

31、間隔在測量時(shí)間間隔t2t1內(nèi)，樣品中放射性核內(nèi)，樣品中放射性核衰變的總數(shù)為衰變的總數(shù)為 3.3.測量階段的放射性計(jì)數(shù)測量階段的放射性計(jì)數(shù)210tttAAtd t對(duì)中子活化生成的放射性核素，可用對(duì)中子活化生成的放射性核素，可用 射線探測器射線探測器測量它所放出的測量它所放出的 射線的能量和強(qiáng)度。射線的能量和強(qiáng)度。假定衰變時(shí)只有一種衰變方式，而且只放出一種假定衰變時(shí)只有一種衰變方式，而且只放出一種能量的能量的 射線；并假定探測系統(tǒng)的總絕對(duì)效率射線；并假定探測系統(tǒng)的總絕對(duì)效率 t 為為(1.9)(1.9)4t 10210011tttttttNNeee式中式中 為探測器對(duì)一定能量的為探測器對(duì)一定能量的

32、 射線的本征效率，射線的本征效率， 為探測器為探測器對(duì)樣品所張的立體角。對(duì)樣品所張的立體角。那么，在那么，在t2t2t1t1時(shí)間間隔內(nèi)記錄到的射線總時(shí)間間隔內(nèi)記錄到的射線總計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)(1.10)(1.10)(1.11)(1.11) 或者，從式或者，從式 （1.8） 出發(fā)，可以寫出在停出發(fā)，可以寫出在停止輻照后的某一測量時(shí)刻止輻照后的某一測量時(shí)刻t記錄到的記錄到的 射線強(qiáng)射線強(qiáng)度度 為為 tn tA t001t ttttNee(1.12)(1.12)u當(dāng)生成的放射性核素還存在著其他衰變方式（例如內(nèi)當(dāng)生成的放射性核素還存在著其他衰變方式（例如內(nèi)轉(zhuǎn)換）和發(fā)射幾組不同能量的轉(zhuǎn)換）和發(fā)射幾組不同能量的 射

33、線時(shí)，在射線時(shí)，在t2t2t1t1時(shí)時(shí)間內(nèi)記錄到的某一能量的間內(nèi)記錄到的某一能量的 射線的總計(jì)數(shù)表達(dá)式（射線的總計(jì)數(shù)表達(dá)式（1.111.11） ，或在時(shí)刻，或在時(shí)刻t t測得的某一能量測得的某一能量 射線強(qiáng)度表達(dá)射線強(qiáng)度表達(dá)式（式（1.121.12），應(yīng)乘上修正因子），應(yīng)乘上修正因子 和和 。 1111rf 為內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)為內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)為核發(fā)射為核發(fā)射 射線的幾率射線的幾率rffr為該放射性核素發(fā)射某一定能量為該放射性核素發(fā)射某一定能量 射線射線的強(qiáng)度比的強(qiáng)度比(分文比分文比)。 于是，得到關(guān)系式于是，得到關(guān)系式001tttNNe1021111ttttreef(1.13)(1.13) 00111t

34、ttttrn tNeef和和(1.14)(1.14) 若用樣品的重量若用樣品的重量W來表示待測元素的含來表示待測元素的含量，則式量，則式(1.13)和和 (1.14)可以寫成可以寫成001tAtWNNeM1021111ttttreef (1.15)(1.15) 式中式中M是待測元素的原于量是待測元素的原于量,NA是阿伏伽德羅是阿伏伽德羅常數(shù)，常數(shù)， 是待測元素的同位素豐度，只有這是待測元素的同位素豐度，只有這種豐度的同位素才發(fā)生核反應(yīng)生成我們所鑒種豐度的同位素才發(fā)生核反應(yīng)生成我們所鑒定的放射性核素。定的放射性核素。 式式(113) (116)是中子活化分析中的基是中子活化分析中的基本公式。本公

35、式。 00111t ttAtrWn tNeefM和和(1.16)(1.16) 當(dāng)輻照和放射性測量的一些參數(shù)，以當(dāng)輻照和放射性測量的一些參數(shù)，以及有關(guān)的核數(shù)據(jù)等已知時(shí)，便可以從及有關(guān)的核數(shù)據(jù)等已知時(shí)，便可以從這些基本公式計(jì)算出樣品中待測元素這些基本公式計(jì)算出樣品中待測元素的濃度。的濃度。 當(dāng)然，輻照時(shí)的一些參數(shù)由具體的輻當(dāng)然，輻照時(shí)的一些參數(shù)由具體的輻照中子源條件而定。照中子源條件而定。 在推導(dǎo)式在推導(dǎo)式 (1.1) 時(shí)，認(rèn)時(shí)，認(rèn) 為為 入射到樣品上入射到樣品上的中子通量密度和核反應(yīng)截面都是單能的中子通量密度和核反應(yīng)截面都是單能中子的通量密度和截面值。當(dāng)輻照源的中子的通量密度和截面值。當(dāng)輻照源的

36、中子能量不是單能的，必須考慮中子通中子能量不是單能的，必須考慮中子通量密度分步和中子活化截面隨能量的變量密度分步和中子活化截面隨能量的變化，這時(shí)放射性核的產(chǎn)生率為化，這時(shí)放射性核的產(chǎn)生率為 (1.17) 0tPNEE dE二、中子能量、通量和反應(yīng)截面二、中子能量、通量和反應(yīng)截面 式中式中 是單位能量間隔內(nèi)的中子通是單位能量間隔內(nèi)的中子通量密度。對(duì)于中子閾能反應(yīng)，能小量密度。對(duì)于中子閾能反應(yīng)，能小于于 時(shí)，式時(shí)，式(117)可改寫為可改寫為 （1.18） 所以，在活化分析的定量計(jì)算時(shí)，應(yīng)根所以，在活化分析的定量計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體的輻據(jù)具體的輻 照照 中中 子源條件，對(duì)不同的子源條件，對(duì)不同的中子

37、能區(qū)采用相應(yīng)能量下中子能區(qū)采用相應(yīng)能量下 的中子通量密的中子通量密度和截面值。度和截面值。 EthE thtEPNEE dE 1.反應(yīng)堆中子的能量、通量和反應(yīng)截面反應(yīng)堆中子的能量、通量和反應(yīng)截面 對(duì)于反應(yīng)堆中子源，在理想的慢化條件對(duì)于反應(yīng)堆中子源，在理想的慢化條件 (反反應(yīng)堆中慢化區(qū)無限大，慢化劑不吸收中子，應(yīng)堆中慢化區(qū)無限大，慢化劑不吸收中子，慢化材料的原子是自由粒子慢化材料的原子是自由粒子) 下的中子能譜下的中子能譜分為熱區(qū)、中能區(qū)、快區(qū)。圖分為熱區(qū)、中能區(qū)、快區(qū)。圖1.2給給 出出 了典了典型的裂變反應(yīng)堆中子通量密度隨能量的分布型的裂變反應(yīng)堆中子通量密度隨能量的分布。熱區(qū)熱區(qū) 熱區(qū)中子的

38、速度是慢化劑處于熱平衡時(shí)的速熱區(qū)中子的速度是慢化劑處于熱平衡時(shí)的速度，其分析為麥克斯韋分布。度，其分析為麥克斯韋分布。 在在20時(shí)的最可幾速度時(shí)的最可幾速度 為為2200m/s， 相應(yīng)的中子能量為相應(yīng)的中子能量為0025eV，這種中子稱為熱中子，這種中子稱為熱中子。圖。圖12中的中的 =0.55為鎘為鎘 截止能量。由于截止能量。由于Cd對(duì)熱對(duì)熱中子的吸收截面很大，能量小于中子的吸收截面很大，能量小于 的反應(yīng)堆中子通的反應(yīng)堆中子通過過Cd片時(shí)被吸收，只有能量較高的中子才能穿過。片時(shí)被吸收，只有能量較高的中子才能穿過。能量小于能量小于 的中子稱鎘下中子，大于的中子稱鎘下中子，大于 的稱鎘上中的稱鎘

39、上中子。熱中子的密度為子。熱中子的密度為 1.190vCdECdECdECdE 00nn v dv 式中式中 為單位速度間隔內(nèi)的中子密度為單位速度間隔內(nèi)的中子密度 n v 熱中子與原子核發(fā)生熱中子與原子核發(fā)生( ，)反應(yīng)，生成放反應(yīng)，生成放射性核素。熱中子的活化截面為射性核素。熱中子的活化截面為 。熱。熱區(qū)中子與原子核作用的總截面遵循區(qū)中子與原子核作用的總截面遵循 定定律，速度為律，速度為V的中子的活化截面的中子的活化截面 可以可以寫成寫成 (1 .20) 根據(jù)式根據(jù)式 (117) ，由式，由式 (l19) 和和 (120) 得到熱區(qū)中子活化時(shí)每個(gè)樣品原子的得到熱區(qū)中子活化時(shí)每個(gè)樣品原子的放射

40、性產(chǎn)生率為放射性產(chǎn)生率為n01/v v 0 0/vvv 10Pn v vv dv 0 00vn v dv00（1.21） 式中00 0n v 為熱中子通量密度。在反應(yīng)堆中，超熱中子或鎘上中子為中能區(qū)中子。在理在反應(yīng)堆中，超熱中子或鎘上中子為中能區(qū)中子。在理想的慢化介質(zhì)情況下的超熱中子能皇分布為想的慢化介質(zhì)情況下的超熱中子能皇分布為1/ 分布即分布即 中能區(qū)中能區(qū) E 1EE 式中 是單位對(duì)數(shù)能量間隔內(nèi)的超熱中子通量 密度。中能中子與原子核作用的總截面存在許多共振峰，故中能區(qū)也稱共振區(qū)。共振區(qū)的截面 包含兩個(gè)部分：布賴特維格納共振截面 和 截面曲線 的尾部，即 我們把熱區(qū)和中能區(qū)統(tǒng)稱為慢區(qū)。用慢

41、區(qū)中子 做活化分析時(shí)，每個(gè)樣品原子通過(n， )反應(yīng)生成為放射性核的產(chǎn)生率為 vR1/v 1/vv 1/Rvvvv 10Pn v vv dv式中積分上限式中積分上限 為對(duì)應(yīng)于為對(duì)應(yīng)于 時(shí)的中子速度，時(shí)的中子速度， 第一個(gè)積分項(xiàng)第一個(gè)積分項(xiàng)是鎘下中子對(duì)活化的貢獻(xiàn)，第二項(xiàng)是鎘下中子對(duì)活化的貢獻(xiàn)，第二項(xiàng) 是鎘上中子的貢獻(xiàn)。根據(jù)式是鎘上中子的貢獻(xiàn)。根據(jù)式(121)，式，式(124)中的第一個(gè)積分項(xiàng)也可以寫成類似的形式中的第一個(gè)積分項(xiàng)也可以寫成類似的形式 (125)式中 為鎘下熱中子通量密度， 為鎘下 熱 中子密度。利用式(122)和(123)，可把式(124)的第二項(xiàng)寫成 （1.26） 0CdCdvv

42、n v vv dvn v vv dvCdvCdE 0 000CdCdvvn v vv dvvn v dv0th0ththv nthn CdCdvEn v vv dvEE dE 1/CdCdRvEEEdEEdEEE 1/vRII 式中式中 ，而，而 （1.27）稱為共振積分截面。對(duì)稱為共振積分截面。對(duì)1mm厚的厚的Cd片，片， 。利用式利用式(125)和（和（1.26），式），式(124)可以寫成可以寫成 （1.28）式中式中 為鎘下熱中子通量密度與超熱中子通量密為鎘下熱中子通量密度與超熱中子通量密度之度之比。 1/0vRIII 0CdEEIdEE1/00.45vI100thPI 000thI0

43、0fQ /thf 為共振積分截面與熱中子截面之比。輻照時(shí)為共振積分截面與熱中子截面之比。輻照時(shí)樣品包上樣品包上Cd片后，鎘下中子對(duì)活化沒有貢獻(xiàn)，式片后，鎘下中子對(duì)活化沒有貢獻(xiàn)，式 (128) 中第中第項(xiàng)為零。于是，由式項(xiàng)為零。于是，由式 (128) 可以寫出慢中可以寫出慢中子活化分析中放射性核素發(fā)射的子活化分析中放射性核素發(fā)射的射線強(qiáng)度表達(dá)式射線強(qiáng)度表達(dá)式(與式與式(116)相似相似)為為 （1.29） (3) 快區(qū)快區(qū) 反應(yīng)堆中快區(qū)中子的能譜為裂變譜。這能區(qū)的反應(yīng)堆中快區(qū)中子的能譜為裂變譜。這能區(qū)的中子通量密度弱，只占總適量密度的百分之幾。中子通量密度弱，只占總適量密度的百分之幾。輻照時(shí)，快

44、區(qū)中子通過輻照時(shí)，快區(qū)中子通過(n，P)（n、）、（）、（n，2n）、（）、（n，）、，）、(n，)反應(yīng)活化樣品。快中子反應(yīng)活化樣品。快中子 000IQ 0001tAtWn tNfQeM 1011ttref n的的(n，)反應(yīng)截面很小，反應(yīng)截面很小， (n，p) 、 （n、a）等反應(yīng)是閾能反應(yīng)，）等反應(yīng)是閾能反應(yīng)，反應(yīng)截面比熱中子活化截面小得多，所以反應(yīng)堆中快中子對(duì)反應(yīng)截面比熱中子活化截面小得多，所以反應(yīng)堆中快中子對(duì)活化的貢獻(xiàn)較小?；罨呢暙I(xiàn)較小。 用快中子做活化分析時(shí)，每個(gè)樣品原子通過核反應(yīng)生成放射用快中子做活化分析時(shí)，每個(gè)樣品原子通過核反應(yīng)生成放射性核的產(chǎn)生率為性核的產(chǎn)生率為 10PEE

45、dE thEEE dE 0E dE （1.30） 而 00EE dEE dE 0thEEE dEE dE （1.31）三、中子活化分析中的標(biāo)準(zhǔn)化方法三、中子活化分析中的標(biāo)準(zhǔn)化方法做中子活化分析時(shí)，為求得樣品中元素的濃度，需確定測量的做中子活化分析時(shí)，為求得樣品中元素的濃度，需確定測量的標(biāo)準(zhǔn)化方法，即采用絕對(duì)測量法還是相對(duì)測量法。絕對(duì)測量法標(biāo)準(zhǔn)化方法，即采用絕對(duì)測量法還是相對(duì)測量法。絕對(duì)測量法要求活化時(shí)的中子通量分布、截面、探測效率、放射性核的有要求活化時(shí)的中子通量分布、截面、探測效率、放射性核的有關(guān)核參數(shù)等都為已知，然后再按公式計(jì)算元素濃度。相對(duì)測量關(guān)核參數(shù)等都為已知，然后再按公式計(jì)算元素濃度

46、。相對(duì)測量法是將待分析樣品與已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品作比較測量，從而求法是將待分析樣品與已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品作比較測量，從而求得元素濃度。得元素濃度。 0E dE2/cms 1.相對(duì)測量法相對(duì)測量法 將待分析樣品與相同材料但含量巳知的標(biāo)準(zhǔn)樣品在相同的中將待分析樣品與相同材料但含量巳知的標(biāo)準(zhǔn)樣品在相同的中子能量和通量條件下輻照，并在相同的測量條件下測量它子能量和通量條件下輻照，并在相同的測量條件下測量它們的放射性，比較它們的放射性活度就可以求得待分析樣們的放射性，比較它們的放射性活度就可以求得待分析樣品中的元素含量。根據(jù)基本公式品中的元素含量。根據(jù)基本公式(116) ， 可以分別寫出可以分別寫出對(duì)應(yīng)于待

47、分析樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品中子活化分析的表達(dá)式為對(duì)應(yīng)于待分析樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品中子活化分析的表達(dá)式為式中用角標(biāo)式中用角標(biāo)s表示標(biāo)準(zhǔn)樣品的有關(guān)參數(shù)，表示標(biāo)準(zhǔn)樣品的有關(guān)參數(shù)， x表示待分析樣品的表示待分析樣品的有關(guān)參數(shù)。兩式相除得到待分析樣品的元素含量為有關(guān)參數(shù)。兩式相除得到待分析樣品的元素含量為1n1xxAtxxrWNS D fM 1n1ssAtssrWNS D fM （1.33）（1.32） 和量密度的變化，實(shí)驗(yàn)時(shí)可用另一材料量密度的變化，實(shí)驗(yàn)時(shí)可用另一材料(例如例如Ni)作為中子通量作為中子通量監(jiān)測器，與標(biāo)準(zhǔn)樣品或待分析樣品一同輻照，測量通量監(jiān)測器監(jiān)測器，與標(biāo)準(zhǔn)樣品或待分析樣品一同輻照，測量通量監(jiān)測器的

48、的y射線計(jì)數(shù)。這時(shí)濃度計(jì)算公式可以寫成射線計(jì)數(shù)。這時(shí)濃度計(jì)算公式可以寫成/xsxsnnWWSDSD（1.34）或者由基本公式（1.15），可以寫出00/xsxsNNWWSDCSDC （1.35） 式中211ttCe /NiNittxsNixWWnnWWSDSD /ttNisnnSDSD （1.36）樣品與通量監(jiān)測器，或者標(biāo)準(zhǔn)樣品與待測樣品同時(shí)輻照時(shí)對(duì)中樣品與通量監(jiān)測器，或者標(biāo)準(zhǔn)樣品與待測樣品同時(shí)輻照時(shí)對(duì)中子通量和中子能譜的穩(wěn)定性就沒有要求。若待測樣品和標(biāo)子通量和中子能譜的穩(wěn)定性就沒有要求。若待測樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品都占有準(zhǔn)樣品都占有定體積，則它們在中子場中所在位置處的定體積，則它們在中子場中所在位置

49、處的中子通量密度不盡相同。實(shí)驗(yàn)時(shí)也應(yīng)該用中子通量監(jiān)測器中子通量密度不盡相同。實(shí)驗(yàn)時(shí)也應(yīng)該用中子通量監(jiān)測器監(jiān)測，計(jì)算時(shí)，應(yīng)對(duì)中子通量梯度作修正。若分析樣品自監(jiān)測，計(jì)算時(shí)，應(yīng)對(duì)中子通量梯度作修正。若分析樣品自身吸收中子，則在相對(duì)測量時(shí)要求待測樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品的身吸收中子，則在相對(duì)測量時(shí)要求待測樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品的形狀和組成成分相同，否則要對(duì)樣品的自屏蔽效應(yīng)作修正。形狀和組成成分相同，否則要對(duì)樣品的自屏蔽效應(yīng)作修正。另外，相對(duì)測量法要求對(duì)待測樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品放射性測量另外，相對(duì)測量法要求對(duì)待測樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品放射性測量條件條件 (例如立體角例如立體角) 相同。若樣品自相同。若樣品自 吸吸 收收y射線，則要求兩

50、射線，則要求兩種樣品的大小，種樣品的大小， 形狀和組成成分相同，否則要對(duì)形狀和組成成分相同，否則要對(duì)y射線自吸射線自吸收效應(yīng)作修正?？梢?，為了避免中子自屏蔽和收效應(yīng)作修正?？梢姡瑸榱吮苊庵凶幼云帘魏蛓射線射線自吸收修正，就要求對(duì)每一種待測樣品中每一 待測元素，有與待測樣品組成成分和形狀相同的標(biāo)準(zhǔn)樣品。制備這系列相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)樣品，顯然不是一件十分容易的事情。 相對(duì)測量法的測量準(zhǔn)確度較高，主要取決于標(biāo)準(zhǔn)樣品的準(zhǔn)確度。 1 矢量代數(shù)與張量初步*n* *AtWNSDM （1.37）和nAtWNSDM （1.38） *11rf式中的探測效率 和 是探測器對(duì)不同能量 射線的探測效率。對(duì)于慢區(qū)中子活化分析，由

51、式（1.29）可將式（1.39）寫成* *tMtWnMSDWnSD （1.39）tt0000*ttfQWnSDMWn SDMfQ * 1*WnSDn SDk （1.40）式中0 12kk k k,而000*MkM 010fQkfQ2*ttkk與核參數(shù)有關(guān)，k與中于能譜有關(guān)，k與探測器有關(guān)。當(dāng)k值巳知時(shí)，由式(140)就可以計(jì)算出待測樣品中的元素含量。 絕對(duì)測量法分析不同元素時(shí)，要分別計(jì)算k值，而且要求核數(shù)據(jù)o、I。以及f、c等數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度好才行。但是，這些數(shù)據(jù)，特別是活化截面和核發(fā)射射線的分支比參數(shù)的準(zhǔn)確度不高，絕對(duì)測量法的準(zhǔn)確度往往比相對(duì)測量法差。為避免在絕對(duì)測量法中使用不精確的核數(shù)據(jù)給分析結(jié)

52、果帶來誤差，于是就提出了另種標(biāo)準(zhǔn)化方法單標(biāo)準(zhǔn)法(或稱單比較器法)。 3單標(biāo)準(zhǔn)法單標(biāo)準(zhǔn)法6 事先選擇某種元素作為標(biāo)準(zhǔn)參考元素(或稱比較器)，將已知重量的參考元素樣品與已知重量的某其他元素樣品起輻照 并在確定的幾何條件下測量并在確定的幾何條件下測量射線計(jì)數(shù)，用式射線計(jì)數(shù)，用式(140)求得這一求得這一元素相對(duì)于比較器元素絕對(duì)活化分析時(shí)的元素相對(duì)于比較器元素絕對(duì)活化分析時(shí)的ki值。對(duì)其他不同值。對(duì)其他不同元素樣品分別做相同的實(shí)驗(yàn)，求得相應(yīng)的元素樣品分別做相同的實(shí)驗(yàn)，求得相應(yīng)的ki值，建立一套各值，建立一套各種元素相對(duì)于這比較器元素測量的種元素相對(duì)于這比較器元素測量的ki值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，作為參值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

53、庫，作為參考標(biāo)準(zhǔn)。以后分析任何樣品時(shí)，只要用該比較器與待分析樣考標(biāo)準(zhǔn)。以后分析任何樣品時(shí)，只要用該比較器與待分析樣品一起在原來測定品一起在原來測定ki值標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)的相同輻照條件下輻照，值標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)的相同輻照條件下輻照，并用原來測定并用原來測定ki值標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)的同一探測器在相同的測量幾值標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)的同一探測器在相同的測量幾何條件下測量何條件下測量射線，然后用已建立的射線，然后用已建立的ki值標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)便可計(jì)算值標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)便可計(jì)算出待分析樣品中元素含量。計(jì)算公式與式出待分析樣品中元素含量。計(jì)算公式與式(140)相同，帶相同，帶*號(hào)的參數(shù)表示單比較器的參數(shù)。常用的比較照元素足號(hào)的參數(shù)表示單比較器的參數(shù)。

54、常用的比較照元素足Au和和Co。 單標(biāo)準(zhǔn)法中的比較器，類似于絕對(duì)測量法中的中子通量監(jiān)測單標(biāo)準(zhǔn)法中的比較器，類似于絕對(duì)測量法中的中子通量監(jiān)測器。這兩種測量方法的不同之處是：在絕對(duì)測量法中，要知器。這兩種測量方法的不同之處是：在絕對(duì)測量法中，要知道探測器總絕對(duì)效率，而在單標(biāo)準(zhǔn)法中不必要知道探測效率。道探測器總絕對(duì)效率，而在單標(biāo)準(zhǔn)法中不必要知道探測效率。單標(biāo)淮法與相對(duì)測量法的不同之處是：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品的處理上，單標(biāo)淮法與相對(duì)測量法的不同之處是：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品的處理上，單標(biāo)準(zhǔn)法只用一種元素標(biāo)準(zhǔn)樣品作為參考，不必象相對(duì)測量單標(biāo)準(zhǔn)法只用一種元素標(biāo)準(zhǔn)樣品作為參考，不必象相對(duì)測量法要用各種元素的標(biāo)準(zhǔn)樣品，因而簡化了標(biāo)

55、樣的制備、輻照法要用各種元素的標(biāo)準(zhǔn)樣品，因而簡化了標(biāo)樣的制備、輻照和測量手續(xù)；在單標(biāo)準(zhǔn)法中要用到核數(shù)據(jù)，而在和測量手續(xù)；在單標(biāo)準(zhǔn)法中要用到核數(shù)據(jù)，而在 相對(duì)測量法中則不用核數(shù)據(jù)。所以，在做多元素活化分析時(shí)，相對(duì)測量法中則不用核數(shù)據(jù)。所以，在做多元素活化分析時(shí)，單標(biāo)準(zhǔn)法比相對(duì)測量法優(yōu)越，特別適用于只要想知道元素濃單標(biāo)準(zhǔn)法比相對(duì)測量法優(yōu)越，特別適用于只要想知道元素濃度相對(duì)變化情況的那些分析中。此方法也比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)度相對(duì)變化情況的那些分析中。此方法也比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分析。單標(biāo)化分析。單標(biāo)Ze法的測量準(zhǔn)確度與相對(duì)法的準(zhǔn)確度接近，測法的測量準(zhǔn)確度與相對(duì)法的準(zhǔn)確度接近，測量精密度較好。量精密度較好。

56、 單標(biāo)準(zhǔn)法要求測定單標(biāo)準(zhǔn)法要求測定ki值標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)和以后分析樣品時(shí)的值標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)和以后分析樣品時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件完全一致。若實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)條件完全一致。若實(shí)驗(yàn)條件(例如輻照位置上中子通量例如輻照位置上中子通量密度，探測器性質(zhì)和幾何條件密度，探測器性質(zhì)和幾何條件)稍有變化，就得重新測定稍有變化，就得重新測定ki值值標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，這是這標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，這是這方法的不足之處。方法的不足之處。 在單標(biāo)準(zhǔn)法基礎(chǔ)上又發(fā)展了在單標(biāo)準(zhǔn)法基礎(chǔ)上又發(fā)展了k標(biāo)準(zhǔn)化方法標(biāo)準(zhǔn)化方法7，8，把，把k中中 不受輻照條件和測量條件影響，而僅與核參數(shù)有關(guān)的不受輻照條件和測量條件影響，而僅與核參數(shù)有關(guān)的k作為作為常量，實(shí)驗(yàn)上事先建立常量，實(shí)驗(yàn)

57、上事先建立套各種元素相對(duì)于單比較器的套各種元素相對(duì)于單比較器的k值值作為參考標(biāo)準(zhǔn)，而把與中子能譜和探測器因素有關(guān)的作為參考標(biāo)準(zhǔn)，而把與中子能譜和探測器因素有關(guān)的k1和和k2：值在分析樣品時(shí)確定。值在分析樣品時(shí)確定。K標(biāo)淮法中的元素濃度計(jì)算公式為標(biāo)淮法中的元素濃度計(jì)算公式為000001*ttfQWnSDWn SDk fQ（1.41）第二節(jié)第二節(jié) 快、慢中子話化分析技術(shù)快、慢中子話化分析技術(shù) 按中子能量范圍的不同，中子活化分析可區(qū)分為慢中子活按中子能量范圍的不同，中子活化分析可區(qū)分為慢中子活化分析和快中子活化分析。慢中子活化是通過化分析和快中子活化分析。慢中子活化是通過(n，)俘獲反俘獲反應(yīng)生成放

58、射性核素。大多數(shù)核的慢中子活化截面很大，故應(yīng)生成放射性核素。大多數(shù)核的慢中子活化截面很大，故分析靈敏度高?？熘凶踊罨峭ㄟ^分析靈敏度高?？熘凶踊罨峭ㄟ^(n，p)、(n，)、(n，2n)、和、和(n，n)閾能反應(yīng)生成放射性核素。快中子的活化截面閾能反應(yīng)生成放射性核素?？熘凶拥幕罨孛姹嚷凶拥幕罨孛嫘?，但對(duì)輕元素分析具有較高的分析比慢中子的活化截面小，但對(duì)輕元素分析具有較高的分析靈敏度。快、慢中子活化分析技術(shù)包括輻照源的選擇、樣靈敏度?？?、慢中子活化分析技術(shù)包括輻照源的選擇、樣品制備和處理、干擾反應(yīng)影響的考慮、放射性測量和數(shù)據(jù)品制備和處理、干擾反應(yīng)影響的考慮、放射性測量和數(shù)據(jù)處理等實(shí)驗(yàn)方法和

59、技術(shù)。處理等實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)。一、一、 常用的中子核反應(yīng)常用的中子核反應(yīng)19 常用的熱中子和14MeV快小于核反應(yīng)列于附錄表l和表2中，表中也給出了活化截面值和生成的放射性核素的半衰期 中子活化分?jǐn)D設(shè)備中子活化分?jǐn)D設(shè)備1，10 中子活化分析設(shè)備主要有：輻照中子源、樣品傳送設(shè)備及必中子活化分析設(shè)備主要有：輻照中子源、樣品傳送設(shè)備及必要的放射化學(xué)分離設(shè)備、射線能量和強(qiáng)度測量設(shè)備，以要的放射化學(xué)分離設(shè)備、射線能量和強(qiáng)度測量設(shè)備，以及數(shù)及數(shù) 由于反應(yīng)堆中慢化介質(zhì)不是無限大和均勻的，慢化原子也不是自由粒子，慢化能力不是常數(shù)，實(shí)際的反應(yīng)堆超熱中子能譜也不是1E譜，而是1E譜，即 1( )1/eEE e（1.

60、42） 00I001/1( )CdvEdEIEE01( )CdREdEEE1/00()()vRII（1.43） (2)加速器中子源加速器中子源 靜電加速器、回旋加速器、高壓倍加器以及電子加速器上靜電加速器、回旋加速器、高壓倍加器以及電子加速器上核反應(yīng)均可產(chǎn)生中子。產(chǎn)生中于的核反應(yīng)有核反應(yīng)均可產(chǎn)生中子。產(chǎn)生中于的核反應(yīng)有(d，n)、 (p，n)、(，n)、 (，n)。T(d，n) He反應(yīng)是最常用的核反應(yīng)，用反應(yīng)是最常用的核反應(yīng)，用100一一200keV的高壓倍加器做成中子發(fā)生器能獲得產(chǎn)額為的高壓倍加器做成中子發(fā)生器能獲得產(chǎn)額為10 中子中子cms的單能中子，比的單能中子，比D(d，n)He反應(yīng)