09-10核技术应用作业答案

第一篇X射线荧光分析技术
1、从应用角度讲，核技术的主要功能有哪些？
2、什么是X荧光？试述XRF的工作原理。

3、俄歇效应的实质是什么？它对X射线的激发有什么影响？
4、吸收限的定义是什么？它对原子的激发和特征X射线的产生有何意义？
5、放射性同位素激发源有哪些种类？各有何优缺点？
6、在什么情况下必须使用滤片？滤片能否改善探测器的能量分辨率？说明平衡
滤片对的工作原理。

7、工作曲线的意义是什么？选择标准样品时主要应注意些什么问题？
8、试从纯样品X射线照射量率基本公式出发，讨论厚层、薄层样品方法的优缺点。

9、什么是基体？什么是基体效应？基体效应一般是指哪些物理过程？
10、室内研究和校正基体效应的方法有哪些？试归纳出它们的依据、特点和应用条件。

11、现场X射线荧光测量受到哪些限制？
12、为什么要选择测量点距？如何选择？
13、在采矿、选矿、冶金工作中X射线荧光方法可以完成哪些任务？
14、用X射线荧光方法测定厚度应用了X射线荧光的哪些性质？
15、用X射线荧光方法测定价态的依据是什么？
16、选做题：测量目标元素Cu、Cr（铬）、As（砷）时各用什么元素作平衡滤片对？若滤片
直径为60mm，计算滤片厚度。

答题要点：
1、答：
核技术的基本功能（应用角度）：信息获取，物质改性或材料加工，能量释放。

2、答：
X荧光：原子近核轨道电子丢失造成外层电子跃迁而导致的各种闪光。

XRF的工作原理：利用外界辐射激发待分析样品中的原子，使原子发出特征X射线（荧光），通过测定这些特征X射线的能量和强度，确定样品中微量元素的种类和含量。

3、答：
俄歇效应：入射粒子从原子内壳层打出光电子，留下空位，使原子处于激发态，退激过程中，原子的激发能交给外壳层的其它电子，使之成为自由电子，而不再发射特征X射线，这一物理过程即为俄歇效应；
对X射线激发的影响：
当高能量子与原子发生碰撞并使其内层电子轨道上形成空位时，在较外层电子的跃迁过程中，可以是辐射跃迁，即发射特征X射线，也可以是非辐射跃迁，即发射俄歇电子，并且各具一定的几率。

俄歇效应的存在，会抑制特征X射线的发射，影响X荧光产额。

4、答：
射线从给定元素原子特定能级上逐出一个电子所需的最小能量，称为该元素该能级的吸收限。

当靶原子一定时，不同能量入射射线的激发效率不同。

入射粒子能量越接近吸收限，激发效率越高。

因此，必须根据测量元素选择激发射线能量，激发相应电子层的X射线，所用射线能量以略大于吸收限为宜，由此可以选择性地激发相应元素的原子产生特征X射线，提高目标元素的激发效率，抑制干扰。

5、 答：
按射线种类分： 同位素激发源 优点
缺点
X 、γ射线源 有较高选择激发效率；可直接激发
有轫致辐射，本底较高 β-X 射线源
有较高选择激发效率，可广泛地分析各种元素 激发活性低
组合源（源靶装置） 有较高选择激发效率
可激发元素较有限；激发活性低
α射线源 轫致辐射少，反散射粒子少，灵敏度高 只适于分析轻元素 β射线源
可直接激发
有较强的轫致辐射
6、答：
在X 射线荧光现场测量中，主要使用的闪烁计数器谱仪，其能量分辨率往往不能区别相邻元素的X 射线荧光，此时如不便于使用分辨率较好的半导体探测器，则必须使用滤片。

滤片不能改善探测器的能量分辨率。

利用两种物质吸收限能量的差别形成能量通带，使两者在通带内的透过率差别很大，通带外的透过率近似相等，在一定时间间隔内读取透过片计数与吸收片计数，以计数率差值来度量入射射线束中能量通带内的照射量率；这样可排除通带外射线（主要来自周围伴生元素）的干扰，达到能量选择的目的，使分辨率较差的探测器也能分别测定相邻元素X 射线荧光照射量率。

7、答：
工作曲线又称为标定曲线或校准曲线。

它表示测量数据（照射量率）与样品中待测元素含量之间的关系。

将标样的待测元素含量和在一定条件下测得的X 射线荧光照射量率作图，得到相应条件下该元素的工作曲线。

只要曲线附近的测点比较集中，就可以根据工作曲线上的照射量率测量值反推求取元素含量。

标准样品的主要要求： 1）待测元素含量准确可靠。

2）具有多个含量不同的标样系列。

3）化学组成和物理性质与待测样品一致。

4）物理，化学性质稳定，便于长期保存和使用。

8、答：
激发源具有单一能量E 0的单色源；初级辐射照射量率为I 0；准直后的入射角ϕ；表面平坦的均匀、纯元素试样厚度M ；试样对初级辐射的吸收系数0μ；照射量率I K ；试样本身对荧光吸收系数为K μ；探测器探测效率ε；忽略空气的吸收。

则厚度为M 的试样的照射量率： 0()0
0[1]
K M K K
KI I e μμμμ−+=
⋅−+
薄样（M →0）
厚样（M →∞）
（不同文献定义不一，此处参考《核地球物理勘查方法》）基体即样品的基本化学组成，就是整个试样，包括非待测元素和待测元素在内的全部组分。

基体效应：是指样品的基本化学组成和物理－化学状态的变化，对X荧光强度所造成的影响．即样品所有成分对X、γ射线产生吸收、散射、逃逸等现象的总和。

一般包括吸收-增强作用、散射-增强作用和样品的均匀性、粒度以及表面效应。

11、答：
1）现场测量使用的探测器主要是闪烁探测器和充气的正比计数器，这些探测器的能量分辨率较差，必须使用平衡滤光片来提高整机相对能量的鉴别能力，而一个探测器不可能同时装很多滤片和很多激发源，所以一次定量测量一两种元素，最多三种。

若还要求测定其它元素，必须重新调整仪器工作状态，更换滤片，甚至更换激发源才能进行。

2）在现场条件下，试样可能是未经加工的自然状态的样品，成分复杂而不均匀，基体变化幅度大，测量结果的准确度较差；在一般情况下，只能得到半定量的结果。

3）一些需要改变样品的物质成分和试样厚度的基体效应校正方法，由于条件的限制不能用于现场测量。

12、答：
在试样有效测量面积上，探测器密集排列时，所采集的数据越多，也越具代表性，但是
这样测量时工作量会非常大，所以为了减小工作量同事不影响测量结果的准确度，采取在允许误差范围内选择恰当的点距。

测点点距的选择：
a选择两三处有代表性的矿石样段；
b进行密集测量。

点距为探测器有效口直径，测量数据平均值作为这一样段的最佳测量值；c按不同间距选取数据进行平均，并与最佳测量值比较，根据原设置的允许误差，选定测量点距；
13、答：
（1）未知样品的元素分析
a多元素分析
b单元素测定
c矿物定名和分类
d矿点检查
e钻孔岩心测定
f岩壁测量
g矿石样品的快速鉴定
h贵金属元素找矿勘探中的应用
i沉积环境研究
（2）厚度测量：镀层和涂层厚度测量
14、答：
X射线荧光照射量率和吸收过程都与物质厚度有关。

在激发源激发下，根据表层发射的X射线照射量率随厚度呈指数增长关系，可建立“镀层特征X射线法”，以计算镀层或涂层厚度。

在激发过程中，底层特征Ｘ射线被表层吸收，而照射量率随表层厚度的增加而按指数衰减的关系，可建立“底层特征X射线吸收法”，以计算表层厚度。

对于不同能量的X射线，在某一厚度范围内，测量和计算均可取得很好的结果。

15、答：
根据莫塞莱定律，X射线荧光的能量主要取决于原子序数，即核电荷数。

但当外层电子向内层空位跃迁时，其初态能级会较明显地受价电子的影响。

当价态不同，外层轨道可能缺少或多于电子。

这一层或靠近这一层轨道电子的能量会发生少量变化，由此引起与这一轨道有关的X射线荧光的能量也会发生微小变化，这是用X射线荧光方法测定元素价态的依据。

16、答：
选做题答题要点：
查表得：
29Cu 24Cr 33As
特征X射线能量Kα1=8.046keV
Kα2=8.026keV Kα1=5.414keV
Kα2=5.405
Kα1=10.542keV
Kα2=10.506keV
相应可选用作平衡滤片的元素：
目标元素29Cu 24Cr 33As
主要特征X射线能量(keV) 8.0 5.4 10.5 平衡滤片对元素57Co 28Ni 22Ti 23V 31Ga 32Ge
滤片元素吸收限(keV) 7.709 8.333 4.965 5.465 10.368 11.104 质量衰减系数（查表插值得到）(cm2/g) 3.57e2 5.12e1 6.086e27.63e1 3.045e1 3.255e1
第二篇 中子活化分析
1、中子活化分析中常用的辐射源有哪三大类？
2、简述中子活化分析的工作原理；感生放射性核素的积累与衰变有何规律?
3、与带电离子活化分析相比较而言，中子活化分析有什么特点？
答题要点（用自己的语言合理表述）：
1答：
同位素中子源、反应堆中子源、加速器中子源 2答：
用中子照射样品，使待测核素发生核反应，产生放射性核素，测定其放射性活度、射线能谱和强度，根据活化反应截面、中子通量、射线能量和强度、半衰期等，确定被测样品的元素成分和含量。

[1e ]i t n n λσφλ−∗=
−积累：
()(1e )i c
t t c n t n e λλσφ−−∗=−衰变：
3、 答：
分析类别 灵敏度 样品厚度 射线源 反应复杂性 中子活化分析 中等 厚 反应堆、加速器、 放射性同位素 最简单 带电粒子活化分析 高
薄
加速器、放射性同位素
复杂
第三篇 放射性同位素示踪技术
1、什么是放射性示踪？
2、放射性同位素示踪的本质是什么？
3、在不同领域应用放射性同位素示踪技术时，需要考虑那些基本问题？
答题要点： 1、答：
利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析技术。

2、 答：
对于含有X 个A 类原子和Y 个放射性核素A *原子的系统S ，变化进入Z 或Z ‘状态，可示意表示为
(',')'('',''*)
(,*)Z x A y A Z x A y A S xA yA ⎡⎣
认为同种元素的各同位素的物理化学行为相同，而同位素效应可以忽略的情况下，则
y
y x x y y x x '
''',''== 即非放射性原子和放射性原子将有相同等的分数进入变化生成的中间物或最终产物之
中。

这是放射性示踪技术的基本性质。

3、答：
（1）类型选择：化学型RIT、物理型RIT、可活化RIT、无载体RIT；根据实际应用选择具体的示踪剂类型。

（2）放射性质选择：
a、半衰期：较短不易操作，较长不便防护及后处理；
b、射线种类：β射线在同等强度下易于防护；γ射线穿透力强，且便于能量甄别，可进行
多元素RIT；α射线射程太短，一般不用；
c、放射性比（活）度：至少应满足：ACK/D>B，C-原始放射性物质用量；K-计数效率；D-冲稀倍数；B-本底计数；至多不超过剂量安全限制。

（3）RIT 核素以射线能量单一、生物毒性小、易于获得为宜，也要考虑标记分子的稳定性、纯度、比活度、标记难度以及标记反应的可重复性等。

第四篇核辐射工业检测仪表
1、辐射型工业检测仪表的基本原理是什么？
2、辐射型工业检测仪表的特点有那些？
3、辐射型工业检测仪表由哪几部分构成？按检测方式有哪两种基本形式？
4、辐射型工业检测仪表中的“老三计”是指哪三种仪器？γ射线料位计分为哪几类？
答题要点：
1、答：
吸收效应、散射效应、电离效应
2、答：
1）非接触式测量。

2）环境因素对核辐射的来源无影响。

3）实现在线测量。

4）对被测对象无损伤和破坏。

5）能实现同时多个参量测量。

6）测量结果相对性。

7）辐射测量的特殊性。

3、答：
有防护屏蔽的辐射源、有适当几何布置的辐射灵敏探测器、处理探测器输出信号的电子学仪器、用于储存和分析结果的仪器；
按检测方式辐射型工业检测仪表可分为透射式和反射式两种基本形式。

4、答：
“老三计”：
料位计、厚度计、密度计；
γ射线料位计分为：
γ射线定点料位计（γ开关）、γ射线连续料位计、γ射线跟踪（随动）料位计。

第五篇核子医学仪器
1、CT是核技术、计算机技术和数字化图像重建技术三者相结合的产物， X-CT的基本原
理是什么？试述XCT与ECT的异同。

2、NMRI的基本原理是什么？
3、什么是放射性治疗？常用仪器有那些？
答题要点：
1、答：
X射线穿过任何物质的衰减规律：
I=I0exp(-μd)
线性吸收系数μ与X射线能量，物质的原子序数N以及密度有关。

X-CT用X射线对被检测对象的某一断层(或称薄层)进行扫描，然后经计算机进行数字化图像处理后得到对比度很高的清晰图像。

从而克服X光机平面图像在深度方向的重叠，得到人体脏器的断层（即一薄层）图像，许多断层像重建成三维的立体像。

X-CT：X射线源与探测器在同一直线上，同步绕人体旋转。

E-CT：放射性核素做示踪剂，体外探测器记录组织放射性密度变化。

两者皆以射线穿过物质时所遵循的指数衰减规律为基础，以轴向截面的方式重建图像。

2、答：
将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。

在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经计算机处理获得图像。

3、答：
放射治疗学是利用核射线（X、γ、β和中子流等）对疾病进行辐射治疗的学科。

放射治疗的基本原理是当射线达到一定剂量时，射线照射对病变细胞有抑制和杀伤作用，通过直接效应和间接效应置癌细胞于死地。

60CO治疗机、后装治疗仪、快中子治疗仪、医用加速器、γ-刀、常用仪器：X射线治疗机、
X-刀。

第六篇 辐照加工技术及应用
1、什么是辐照加工技术？
2、辐照食品是否会有射线残留？卫生安全性如何？
答题要点：
1、答：
辐照加工是利用电离辐射与物质相互作用所发生的物理效应、化学效应和生物效应，对被加工的物质或材料进行处理的过程。

2答：
（1）关于射线残留问题：
a、产品不会污染上放射性物质；
被照产品在受辐射过程中从未直接接触过放射性核素，产品只是受到了射线的外照射，因此不会沾染上放射性物质，不存在放射污染问题。

b、产品经辐照处理后不会被诱发感生放射性；
据研究表明，要使组成产品的基本元素即C（碳）、O（氧）、N（氮）、P（磷）、S（硫）等转变成放射性核素，至少要超过10MeV以上的高能射线照射。

假使这样，它们所生成的放射性核素的寿命多数是非常短暂的。

不存在射线残留问题。

（2）关于卫生安全性：
a、辐照食品营养卫生；
b、无病原菌的危害；
c、辐照食品无产生毒性；
d、无致畸、致癌、致突变效应。

第七篇穆斯堡尔效应及其应用
1、什么是穆斯堡尔效应？影响原子核发生共振吸收的因素有那些？
答题要点：
穆斯堡尔效应亦即无反冲核的γ共振吸收；
影响因素：1）γ 辐射谱线宽度Г(自然线宽)；
2）核的反冲能量E
--γ辐射谱线的的漂移；
R
3）γ辐射谱线的多普勒展宽Δ(热展宽)。