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1、核分析基础,教师：刘晓辉 成都理工大学 核技术与自动化工程学院,第二章 中子活化分析技术,第2节 中子活化分析原理,中子活化分析方程式,第二章 中子活化分析技术,第3节 中子活化分析工作方法,一 中子活化分析设备 1.中子源 反应堆中子源 四个基本部分构成： 活性区（堆芯）、反射层、屏蔽层和控制系统 在活性区和反射层中都设有许多辐照孔道，用来放置接受中子 照射的样品 中子通量密度可达10121014 cm-2s-1； 高通量反应堆可达1015 cm-2s-1以上；,加速器中子源 主要由离子源、加速系统和靶三部分组成 根据加速系统产生高压电场的方式或粒子加速方式的不同，目前用作中子源的加速器主要
2、有：高压倍加器（或中子发生器）、静电加速器（包括串列式）、回旋加速器和直线加速器。,放射性核素中子源,2. 能谱探测系统,二 中子活化分析过程 1. 样品制备 2. 中子辐照 3. 样品冷却 冷却12 d，测量元素As、Na、K等； 冷却46 d，测量元素La、Sm、Br、U、Ca等； 冷却1215 d，测量元素Ba、Cr、Co、Fe、Zn、Ce、Sc、Nd、Sb、Yb、Lu、Hf、Th、Ta、Tb、Eu、Zr、Cs等 4. 能谱测量 5. 谱数据处理,粘土页岩样品中子活化能谱图,三 干扰反应及修正 1. 谱线重叠干扰 2. 235U裂变干扰 3. 其它核反应干扰 4. 同位素丰度变化造成的干
3、扰,四 堆中子活化分析的特点 1）分析灵敏度高。对于一般地质类样品，大部分元素的分析检出限可达10-7 gg-1，经过前处理的样品检出限更低。非常擅长分析痕量元素和一些超痕量元素。 2）分析的精确度好。样品经活化后，受外界影响小，采用相对法测量的线性好。 3）不破坏样品。一般地质类样品无需化学处理，样品经研磨、制备后，即可入堆辐照，直接测量。 4）分析的用样量小。用样量一般在10100mg范围内。 5）可同时进行多元素的定性、定量分析，分析效率较高。,地质样品中部分元素中子活化分析检出限,五 短寿核素的中子活化分析,气动传输辐照装置（跑兔）示意图,气动传输管道传送样品的简单示意图 1、2. 送
4、气管； 3、4. 排气管； 5、6、7、8. 气阀； 9. 样品传输管； 10. 辐照孔道； 11. 样品盒； 12. 填充物； 13. 样品（片状）； 14. 样品固定装置,因为测量的核素均为短寿核素，冷却时间不能过才，因此每次只辐照一份样品或标样，一组试样及标样是逐个辐照，依次测量的。 辐照时间一般为数十秒到数十分钟，冷却时间一般为几分钟。由于每份样品（包括标样）的辐照时间和冷却时间互不相同，计算过程中要引入辐照时间和冷却时间的修正。 对于一般地质样品，能够分析的元素有Al、Ba、Br、Ca、Cl、Cu、Dy、Ge、I、In、K、Mg、Mn、Na、Ni、S、Si、Sr、Th、Ti、Tl、U
5、、V。,式中：Qx 试样中目标元素的含量； Qb 标样中目标元素的含量； Ix 试样中目标元素的特征射线的照射量率； Ib 标样中目标元素的特征射线的照射量率； Wx 试样的质量； Wb 标样的质量； ti 试样的辐照时间； ti， 标样的辐照时间； tc 试样的冷却时间； tc， 标样的冷却时间。,第二章 中子活化分析技术,第4节 其它活化分析技术,一 瞬发中子活化分析 （Prompt gamma neutron activation analysis，PGNAA）,可分析元素： 地质样品：H、Cl，C，Si、Ca、Mg等; 生物样品：H、N、Na、P、S、C1、Ni、Co、Cd等,二 带电
6、粒子活化分析 （Charged Particle Activation Analysis ，CPAA） 1.概述 具有一定能量的带电粒子与原子核发生核反应时，如果反应的剩余核是放射性核素，则测量这放射性核素的半衰期和活度，就可以确定样品中被分析元素的种类和含量。 带电粒子活化分析也包括三个主要步骤：辐照、冷却和测量。 由于带电粒子在靶物质中运动时经受能量损失，在靶中不同深度处粒子能量不同，因而反应截面不同，反应产额随之而改变。所以，在推导带电粒子活化分析公式时，要区分薄样品和厚样品。,2.工作方法 多种带电粒子都可以用来做活化分析。p、d、t、3He和4He核等粒子是最常用的轰击粒子，这些核反
7、应生成的剩余核大多是日+衰变放射性核素。 带电粒子活化分析中的入射粒子能量大多在几MeV到十几MeV量级，故在小型静电加速器、串列静电加速器、回旋加速器上可进行带电粒子活化分析。 带电粒子活化分析技术主要应用于样品表面层的轻元素分析以及某些重元素分析，如B、C、N，O、P、S、Pb、Nb等。,三 光子活化分析 （Gamma Photon Activation Analysis ，GPAA） 高能电子感应加速器或电子直线加速器的电子束，打在高Z元素靶上产生的轫致辐射强度大，能量高。利用高能光子与原子核的( ，n)、( ，p)等光核反应及 (， )非弹性散射过程，可以做活化分析。 (，n)反应截面最大，生成的放射性核素是+衰变核。 高能光子活化分析主要用于B、C，N、O、F等轻元素分析，也可用于Ca，Mg、Ti、Ni等元素分析。,
