核分析检测

θ = 165° °
信号放大 分析和记录 仪器
计 数
Z2M2 Z3M3
Au-Si 半导体 α 谱仪 Eb
4 背散射方法首次用于分析月球表面元素
α 探测器 测量背散射 α粒子能量 背散射α 背散射α α 放射源
α 探测器
入射α 入射α
α粒子穿过表面 25.4 µ
阿波罗月亮登陆舱中的 阿波罗月亮登陆舱中的 α 散射实验
卢瑟福背散射分析（ 二 卢瑟福背散射分析（RBS)
1
卢瑟福散射实验的思考 究“对象”,分析实验现象和 对象” 结果，推知弹与靶有关信息。 结果，推知弹与靶有关信息。 前 向 散 射
背散射ϑ 90 背散射ϑ﹥90º
• 基本思想：用“炮弹”轰击研 基本思想： 炮弹”
•1911 由于观测到大角度散射的α粒 1911 由于观测到大角度散射的α 子发现了原子核， 子发现了原子核，表明大角度散射 粒子载有原子核大小的信息。 粒子载有原子核大小的信息。
3
核分析分类
3） 核效应分析 穆斯堡尔效应分析 正电子淹灭技术 扰动角关联 核磁共振 4） 超灵敏质谱分析 *
1） 离子束分析 * 卢瑟福背散射分析* 卢瑟福背散射分析* 沟道技术分析* 沟道技术分析* 核反应分析* 核反应分析* 质子x荧光分析* 质子x荧光分析* 2） 活化分析 中子活化分析 带电粒子活化分析* 带电粒子活化分析*
7000
qz0195/0197 H021118B 680-700ch, 1.7%
测量角扫描谱 定义χ 定义 =a沟/a背≤5% 可知：晶体样品的晶 可知： 轴方向、结晶品质、 轴方向、结晶品质、 四方畸变、辐射损伤、 四方畸变、辐射损伤、 及杂质替位率
6000
5000
Y Axis Title
4000
三 中子活化分析 NAA （Neutron Active Analysis） ）
1 什麽是中子活化分析 用中子照射稳定核素，稳定核素吸收中子变成放射性核素， 用中子照射稳定核素，稳定核素吸收中子变成放射性核素， 发射γ射线，测量γ 发射γ射线，测量γ射线的能量和强度可以得知原来稳定核 素的元素名称和含量。 素的元素名称和含量。 特点： 高灵敏： 1 微克 / 1克 特点：1）高灵敏：ppm（10-6） （ 克 ppb（10-9） （ 10-3 微克 克 微克/1
中子活化（ n,γ 中子活化（ n,γ ) 分析探测限
同位素丰度 100% 51% 100% 1.2% 100% 30% 31% 57% 探测限* g 探测限* 10-11 – 10-12 10-9 10-7 10-9 10-8 10-9 10-9 – 10-10 – 10-8 – 10-10 – 10-9 – 10-10 – 10-10 10-10 – 10-11
C
7Li
90 散射角
180
散射能量损失 ∆E = E0-Eb
3 卢瑟福背散射分析 (RBS ) **
Rutherford Backscattering 是什麽 有多少 在哪里 基本实验方块图 薄膜厚度 成分 组分 分布 加速器 靶样品 样品 入射
。。 。． 。。 。。 。。 。。
入射α 入射α
Z1M1
1967 年
5
实验结果
月球土壤表面元素 Ca Fe Si Al Mg Na O C 等 开辟了离子束分析 技术的迅速发展和 广泛应用： 广泛应用： 半导体材料， 半导体材料，金属 材料， 材料，薄膜材料以 及材料改性等 新材料 新器件研制
沟道分析（ 沟道分析（Channel analysis） ）
3000
2000
1000
0 0 200 400 600 800 1000
X Axis Title
适用于半导体、 适用于半导体、光电 材料、 材料、金属及其他薄 膜样品
核反应分析（ 核反应分析（Nuclear reation analysis） ）
A(a, b)B A 靶 a 炮弹；B 剩余核 b 出射 炮弹； 测量核反应产物b，可知靶A微量轻元素的含量及分布 测量核反应产物 ，可知靶 微量轻元素的含量及分布 共振核反应分析： 共振核反应分析： 分析N 15N（p，αγ ）12C 分析 （ ， 19F（p，αγ ）16O F（p， 骨骼、 分析F 骨骼、牙齿 分析F 分析H H（ 19F ，αγ ）16O 太阳能电池 分析 （ 金刚石、 金刚石、GaN 非卢瑟福共振散射分析： 非卢瑟福共振散射分析： 12C（ α ，α ）12C 分析C 分析 （ 14N（ α ，α ）14N 分析N 分析 （ 16O（ α ，α ）16O （ 分析O 分析
2） 破解拿破伦与牛顿死亡之谜
拿破伦 1821年5月5日死于流放的小岛上。 1821年 日死于流放的小岛上。 有许多猜测： 有许多猜测：胃癌 谋害 进入金字塔受惊而死等 1961年一位瑞士人给英国法医部门送去了一个写有“ 1961年一位瑞士人给英国法医部门送去了一个写有“不 年一位瑞士人给英国法医部门送去了一个写有 朽的拿破伦之发”的信封。拿破伦死后第2天整容时取下的。 朽的拿破伦之发”的信封。拿破伦死后第2天整容时取下的。 45cm范围内砷 As） 范围内砷（ 中子活化分析分段测量发现头发中部 45cm范围内砷（As） 含量高达11 11× 超出正常人13 13倍 含量高达11×10-6 克，超出正常人13倍。 推算砷中毒时间 长达数月。 长达数月。 结论：拿破伦死于砒霜（ 慢性中毒急性发作。 结论：拿破伦死于砒霜（As2O3)慢性中毒急性发作。 牛顿（1642-1727）两束头发中 汞（Hg) 铅（Pb） 锑（Sb） 牛顿（1642-1727） Pb） Sb） 等含量超标。 中毒而死， 等含量超标。 因汞 铅 锑 中毒而死，否认了内脏结石 症的传统说法。牛顿怎样会重金属中毒呢？ 症的传统说法。牛顿怎样会重金属中毒呢？ 晚年光学和化学实验经常与这些重金属打交道； 晚年光学和化学实验经常与这些重金属打交道； 喜欢鉴赏 重金属，经常用手抚摩； 重金属，经常用手抚摩；一间居室用含有有毒硫化汞漆粉 刷的。 刷的。
4
4 中子活化分析设备
中国原子 能科学院 重水实验 反应堆
5 中子活化分析广泛用于： 头发样品、水质分析 中子活化分析广泛用于： 头发样品、水质分析*
64Cu
197mHg
69mZn
计 数
198Au 76As 122Sb 56Mn
γ 中子活化
MeV
6 核 素
55Mn 107Ag 197Au 64Ni 75As 202Hg 65Cu 121Sb
散射粒子是否还载有其他信息呢？ 散射粒子是否还载有其他信息呢？
2
卢瑟福散射理论指出： 卢瑟福散射理论指出：
在一定的实验条件下， 在一定的实验条件下，散射 α 粒子能量 Eb Eb (Mi M
，Zi ，θ
197Au
27Al
)
12
θ > 90° 散射α粒子能量差别大 90° 散射α 背散射 α 粒子能量和强度 （数目）载有信息: 数目）载有信息: 1） 样品成分 （ Zi,, Mi) 2） 各元素的含量 0
2 什麽是核分析 • 核分析：利用核辐射粒子与物质的原子或原子核相互 核分析：利用核辐射粒子与物质的原子或原子核相互 作用，采用核物理实验技术获得可观测信息， 作用，采用核物理实验技术获得可观测信息，分析研 究物质材料成分和结构的方法。 究物质材料成分和结构的方法。 • 核粒子： 中子、γ 射线、 α粒子、β粒子、正电子、 核粒子： 中子、 射线、 粒子、 粒子、正电子、 质子、以及加速器出射的其它粒子。 质子、以及加速器出射的其它粒子。 • 相互作用：主要是电磁作用 ，以及核力作用。 相互作用： 以及核力作用。 • 核分析方法大量出现、发展和广泛应用起始于上世纪 核分析方法大量出现、 60年代。 60年代。加速器和反应堆等大型仪器设备从核物理实 年代 验专用设备“解放”出来， 验专用设备“解放”出来，有条件用于应用方面的研 究。
多元素： 302) 多元素：一次同时可分析 30-40 种核素 3）非破坏：利用原样品 非破坏： ppm parts per million ppb parts per billion ppt parts per trillion
中子活化分析——（ n , γ )方法基本原理 2 中子活化分析 （
第三章 高灵敏的核分析与核检测
一 核分析与核检测简介 卢瑟福背散射分析（ 二 卢瑟福背散射分析（RBS) 中子活化分析（NAA） 三 中子活化分析（NAA） 四
14C测定年代及加速器质谱分析
(AMS)Leabharlann 五 核检测工业应用一
1 核分析特点
核分析及核检测
• 在近代科学的发展中，人们十分重视材料的研究和发 在近代科学的发展中， 展。许多材料的重要的物理性能和化学性能与材料中 痕量杂质元素、晶体的缺陷和微观结构有关 有关。 的痕量杂质元素、晶体的缺陷和微观结构有关。人们 发展了许多物理的和化学的分析方法，对元素成分、 发展了许多物理的和化学的分析方法，对元素成分、 物质结构以及杂质浓度体分布和表面层的形貌特征等 进行测量和表征。这些分析方法同样也适用其它领域。 进行测量和表征。这些分析方法同样也适用其它领域。 • 核分析方法是其中的一种，它的出现和广泛的应用对 核分析方法是其中的一种， 传统的化学的、物理的方法是一个挑战，具有高灵敏、 传统的化学的、物理的方法是一个挑战，具有高灵敏、 快速和不破坏样品等特点，有时， 非核莫属” 快速和不破坏样品等特点，有时，“非核莫属”，是 一种不可替代的特殊的分析技术。 一种不可替代的特殊的分析技术。这是和平利用核科 学和核技术的重要方面。 学和核技术的重要方面。
3 中子活化分析及步骤
1）样品 2）辐照 3）放射性测量 4）结果评价
2 中子束照射样品 活化 化学分离
3 测量样品放射性 γ 射线能谱
1 样 品 稳定核素 构成