核分析技术-活化分析-2018z

活化分析简介——发展简史
开创阶段（1936-1948）
1938年美国化学家西博格和利文格德用加速器 产生的氘束测定了纯铁中的镓，进行了第一次 带电粒子活化分析。 与此同时，费米等企图用中子轰击铀来制备超 铀元素，发现了核裂变。 1942年建成了可提供比同位素中子源要高得多 的通量的反应堆。
活化分析简介——发展简史
应用阶段（1970至今）
进入七十年代后，活化分析大规模地应用于环 境科学、生物学、医学、材料科学、地球化学、 考古学以及其他部门。 活化分析已走出核物理和放射化学实验室而进 入各个学科的分析实验室和工矿企业之中。
活化分析简介——发展简史
我国发展情况
1958年，我国第一座实验室重水反应堆建成， 随即利用该堆开展了堆中子活化分析工作，以 后又在14MeV活化分析、带电粒子活化分析等 方面取得了一些进展。 原子能工业、环境保护、地质勘探、高纯材料 及生物医学等方面。 1978年，我国举行了第一次全国活化分析学术 会议。
活化分析简介——发展简史
巩固阶段（1948-1959）
1948年，出现了NaI 闪烁探测器，反应堆和探 测器将活化分析推进到一个新阶段。 1951年，雷第考脱等人首次用反应堆进行热中 子活化分析，使活化分析成为一种当时具有最 高灵敏度的分析方法。用活化分析能测定 ppm 以至ppb级，甚至含量更低的杂质元素，为当 时的原子能工业、半导体材料及地球化学的发 展做出了重要贡献。在痕量分析中确立了活化 分析的地位。
活化分析简介
作业与思考题
1）活化、活化分析、中子活化分析、中 子瞬发γ射线活化分析的概念。 2）活化分析的特点。 3）活化分析的分类。 4）活化分析的工作步骤。
中子活化分析
Neutron Activation Analysis（NAA） 我们在这一章里主要叙述仪器中子活 化分析，并附带介绍中子俘获瞬发射 线活化分析。
优点
无试剂空白。一般在照射前不作化学处 理，因此无试剂沾污。 可测元素的范围广。
对最常用的中子活化分析，可测1-83之间的 77种元素（H,He,Li,Be,B,C除外） 但中子活化分析不能测定的元素，用其它活 化分析可以测定
活化分析简介——特点
优点
多元素分析。可同时测定三、四十种元 素，最高可达56种。 非破坏性分析。加快分析速度 无需定量分离。放化处理采用加载体、 测化学回收率的方法，避免定量分离
活化分析简介——分类
按照射粒子分类
①热中子活化分析
照射粒子：热中子（En=0.025eV） 中子源：反应堆、加速器、同位素中子源 核反应：（n, γ） 例：75As（n, γ）76As 检出限：在10-6~10-9之间。
活化分析简介——分类
按照射粒子分类
②超热中子活化分析
照射粒子：超热中子(共振中子0.3~0.5eV) 中子源：反应堆（包镉照射）； 核反应：（n, γ） 例：127I（n, γ）76As
如对Pb的灵敏度低，对Au的灵敏度高
由于核衰变及计数的统计性，活化分析 存在独特的分析误差——误差的减小与 样品量的增加不成比例。
活化分析简介——特点
缺点
用于活化分析的设备复杂，价格较贵， 尤其是照射装置不易获得；还需一定的 辐射防护。 给出分析结果的时间较长
活化分析简介——工作步骤
活化分析主要包括六个步骤：
活化分析简介——发展简史
发展阶段（1959-1970）
计算机的应用更把活化分析推向一个新的领域 1959年，费特等人首次将计算机用于活化分析， 解5个组分的混合γ 谱。 同年，魏纳迪和吉本斯设计了与计算机配套的 自动活化分析装置，用计算机控制照射时间、 冷却时间、计数时间等，实现数据的自动获取 和处理。
19世纪末20世纪初，法国物理学家贝克勒尔和 居里夫妇发现了放射性，居里夫妇提炼出放射 性元素镭；英国科学家卢瑟福等人发现了放射 性衰变规律并建立了原子模型。这一切都为活 化分析奠定了理论基础。 1928年研制成功G-M计数管 1930年出现高压倍加器 1931年建成回旋加速器和静电加速器
活化分析简介——本质
射线能量和半衰期是放射性核素的特征
通过测定放射性核素的半衰期或所放出的射线 的能量，便可做出定性鉴定 通过测定射线强度，便可完成定量分析
活化分析不仅可以测定样品中待测元素含量， 而且可测定同位素组成。
不过目前除了发现轻元素有不同程度的同位素 效应以及在地球化学中通过测定同位素比值来 测定地质年龄外，一般认可同位素组成恒定不 变，所以通常把活化分析视作元素分析方法。
活化分析本质上是一种绝对分析方法 只要测出照射粒子通量、核反应激发曲线以 及生成核的绝对放射性强度，就可以用活化 公式算出待测元素的含量
用的较少，主要核参数准确度不高，造成绝 对法误差大。
活化分析简介——分类
按活化分析的性质分类
②相对法
为了克服绝对法的困难，减小分析误差，实 际工作中一般采用相对法。 使用已知含量的待测元素的标准物质，将其 和样品在相同条件下经受照射和测量，然后 根据测得的标准和试样的相对放射性强度， 求出试样中的待测元素的含量。 根据标准形式不同，分为混合标准法、内标 法。
活化分析简介——特点
优点
灵敏度高。10-6——10-13g/g之间 取样量少，对于稀少珍贵样品的分析极 为可取。 准确度高，精密度好。
是痕量元素分析方法中准确度相当高的一种 方法。当与其它方法不符时倾向活化分析
准确度：实验测定值与真值的偏离程度 精密度：一系列实验值的离散程度
活化分析简介——特点
⑤γ光子活化分析
照射粒子：光子 粒子来源：电子直线加速器、同位素γ源等 核反应：（γ，n）、（γ，p）等 例：12C（γ, n）11C， 9Be（γ, n）8Be
活化分析简介——分类
按工作方法分类
①放射化学（破坏性）活化分析
经化学处理，纯化分离 优点：灵敏度高，精密度好
• 例：分析水中Hg时，由于钠、氯等常量元素的干扰，使Hg 的活化分析灵敏度下降到数百ppm，甚至无法测量，但经 过放化分离后，灵敏度可达1*10-10水平。
中子活化分析
从原先的放射化学分离中子活化分析发展到如今 的仪器中子活化分析，成为高灵敏度、多元素、 非破坏性元素分析的可靠方法。 目前，慢中子和快中子活化分析，几乎能分析所 有的核素；分析的灵敏度为百万分之一（ppm） ， 甚至可达十亿分之一（ppb）直至亿万分之一 （ppt）；一次能同时分析40~50个核素；可分析 寿命非常短的放射性核素，甚至可做中子俘获瞬 发射线活化分析；而且自动化分析的程度很高。
活化分析简介——分类
按照射粒子分类
③快中子活化分析
照射粒子：快中子（14MeV） 中子源：加速器 核反应：（n,p）、（n,α）、（n,2n）、（ n,nα）等 主要用于钢材、铝材中微量元素的分析，取 样后活化30秒，一分钟出结果，对于含量经 常变化的样品特别适用，可以分析钢材中的 氧含量。
核分析基础
活化分析
成都理工大学 核自学院
活化分析简介——本质
活化：一些稳定的原子核在粒子的作 用下，发生核反应，变成新的放射性 核素，这种现象称为活化。
活化分析简介——本质
活化分析是一种核分析方法 基础：核反应 用一定能量和强度的中子（热中子、超热中 子、快中子）、带电粒子（质子、氘、He-3、 He-4及重离子等）或高能γ光子轰击待测试 样发生核反应，然后测定由核反应生成放射 性核素衰变时放出的缓发辐射或直接测量核 反应中放出的瞬发辐射，从而实现元素的定 性和定量分析。
方法选择、灵敏度计算、干扰反应的考 虑以及最佳照射条件和冷却时间的计算 样品和标准的制备
取样代表性 防治样品被污染
样品和标准的辐照（活化）。将样品放 在粒子场中照射
活化分析简介——工作步骤
活化分析主要包括六个步骤：
放射化学分离*。取出已辐照的样品，如 有必要对样品进行放射化学元素分离。 进行放射性活度测量。 进行数据处理，按一定的标准化方法求 出样品中元素的含量或浓度。
活化分析简介——分类
按照射粒子分类
④带电粒子活化分析
照射粒子 质子 氘 He-4 He-3
粒子来源 回旋、串列式加速器等 回旋、串列式加速器等 回旋、串列式加速器等 回旋、串列式加速器等 所用核反应 (p,n)(p,α)等 (d,n)(d,2n)(d,p)等 (α,d)等 (3He,α)(3He,p)等 示例 α)11C 11B(p, n)11C
缺点：放化分离繁琐、受照射，需相应设备 和人员。
活化分析简介——分类
按工作方法分类
②仪器（非破坏性）活化分析
样品受辐照后，直接用仪器测量，不做任何 处理。 自半导体(Ge(Li))探测器出现后迅速发展。 对短寿命核素更具突出的优点。
活化分析简介——分类
按活化分析的性质分类
①绝 发展阶段（1959-1970）
60年代初期出现了半导体探测器，由于半导体 探测器分辨率比NaI提高了好几十倍，使活化 分析的传统工作方式发生了重大变革：放化分 离纯仪器分析。 同时，Ge(Li)探测器的应用使一次照射便可同 时测定四、五十种元素，提高了活化分析的竞 争力。
活化分析简介——发展简史
巩固阶段（1948-1959）
与此同时，中子发生器、多道能谱分析器以及 其他一些供活化分析用的仪器设备都开始作为 工业产品而大量生产，为活化分析的发展打下 了物质基础。
这一阶段主要标志：堆中子活化、放化分离、 用NaI 闪烁探测器测量，应用对象以超纯材料 为主。
活化分析简介——发展简史
开创阶段（1936-1948）
1932年英国物理学家查德威克发现了中子。这 一发现引起了科学家们的极大兴趣，他们用中 子来研究各种（n, γ ）反应。 1936年化学家海维希和列维进行了历史上第一 次中子活化分析。他们用200-300mg的Ra-Be 中子源（中子产额3*106中子/秒），通过164Dy （ n, γ ）165Dy反应（活化截面约3900靶，生成 核半衰期139.2分），测定了氧化钇(Y2O3)中的 镝(Dy)，定量分析的结果为10-3克/克。
14N(p, 12C(d,n)13N 14N(d,n)15O 16O
(α,d)18F
α)11C 16O(3He, p)18F
12C(3He,
氚 重离子
回旋、串列式加速器等
重离子加速器
(3H,n)等
(7Li,n)等
16O(3H,n)18F
1H (7Li,n)7Be
活化分析简介——分类
按照射粒子分类
活化分析简介——分类
按照射粒子分类
④带电粒子活化分析
带电粒子主要是指质子（p），还有氘、氦-4 、氦-3、氚、重离子等。 对于原子序数 3~9的元素特别有用，例如B、 C、N、O。地质上为了解金刚石的成因，需 了解N的含量；半导体材料中，经常要了解 杂质元素的含量，特别是轻元素杂质的含量 。
活化分析简介——特点
优点
基体效应小。
适用于各种化学组成复杂的样品，如核材料 、环境样品、生物组织、陨石等 因为是一种核分析方法，不是物理化学方法 如许多化学性质相似的元素
可实现自动化分析 可测定同位素组成。如：235U/238U,16O/18O
活化分析简介——特点
缺点
一般只能分析元素含量，不能测定元素 的化学状态及结构。 分析灵敏度因元素而异，且变化很大。
活化分析简介——分类
按测量射线发射对象分类
①中子缓发γ射线活化分析
测量活化后具有一定寿命的放射性核素衰变 的γ射线，我们称这种活化分析为中子缓发 γ射线活化分析，通常就称中子活化分析。
活化分析简介——分类
按测量射线发射对象分类
②中子瞬发γ射线活化分析
通过测量中子与原子核发生反应时发射的瞬 发射线，达到识别元素和确定元素含量的目 的，这种分析为中子瞬发γ射线活化分析(记 为NPGAA)；有时也称中子俘获γ射线分析。
活化分析简介——本质
主要核反应
A Z
X (n， ）
1 0
A 1 Z
76 33
Y

A 1
Z 1
W
n 33 As
75
As
x X x ' X ' Q
12C(d,n)13N 14N(d,n)15O 16O(3He,p)18F
活化分析简介——发展简史
开创阶段（1936-1948）