中子活化分析
《中子活化分析技术》课件
中子活化分析技术可以对样品进行无损分析，不会破坏样品。
3 广泛应用
中子活化分析技术在环境监测、材料科学、医学研究等领域有着广泛的应用。
中子活化分析技术的发展历程
2 0世纪4 0年代
中子活化分析技术首次被提出。
2 0世纪50年代
发展出用反应堆产生高强度中子 束的方法。
2 0世纪60年代
发展出多道γ能谱法和低能量中子 活化法。
数据处理方法
中子活化分析数据处理方法主要包括峰面积法和峰高法。其中峰面积法是一种常用的分析方法，利用γ能谱峰的面积 与元素含量成正比关系进行元素含量分析。
中子活化分析技术的优缺点
优点
准确度高、非破坏性、灵敏度高、分析范围广、可同时分析多种元素。
缺点
需要配备高强度的中子源，分析时间较长，对样品数量和形状有一定要求。
中子活化分析技术
中子活化分析技术是一种非破坏性分析技术，通过中子源激发样品中核素发 生核反应，分析样品中元素的含量和组成。本课件将带您了解中子活化分析 技术的发展历程和应用领域，以及实验步骤和数据处理方法。
中子活化分析技术简介
什么是中子活化分析技术
中子活化分析技术是分析元素含量和组成的一种无 损分析方法。
中子活化分析技术的应用领域
考古学
通过分析考古遗物中的元素含量， 了解人类活动和文化演变历程。
材料科学
分析材料中微量元素的含量、分 布和迁移规律，为材料的研究和 开发提供依据。
医学研究
用于研究药物的吸收、分布、代 谢、排泄等过程，以及分析组织 中的微量元素含量。
环境监测
研究环境中污染物的来源、运移、 转化等过程，评价环境质量和污 染程度。
中子源的分类及特点
中子活化分析技术在典型元素定量检测上的应用
中子活化分析技术在典型元素定量检测上的应用中子活化分析技术是一种利用中子诱导核反应来进行元素分析的非破坏性分析方法，具有高灵敏度、广泛的元素测量范围和准确性高的优点。
它在典型元素定量检测上的应用广泛而重要。
典型元素是指那些在自然界中广泛存在并且在人类活动中起着重要作用的元素，如钙、钾、镁、铁、铜、锌、铝等。
这些元素在生物、环境、食品、地质等领域中具有重要的意义。
而中子活化分析技术能够对这些典型元素进行定量分析，为各个领域的研究和应用提供了重要的支持。
在生物领域，中子活化分析技术被广泛应用于生物样品的微量元素分析。
通过中子活化分析技术，可以准确测定生物样品中微量元素的含量，如血液中的钙、镁、铁等。
这对于生物的生理功能和代谢过程研究具有重要意义，也对于疾病的诊断和治疗提供了可靠的依据。
在环境领域，中子活化分析技术能够对大气、水体、土壤等环境样品中的典型元素进行准确测量。
在环境监测中，中子活化分析技术可以帮助人们了解环境中典型元素的含量和分布情况，对环境污染的来源和影响进行定量分析，为环境保护和治理提供科学依据。
在食品领域，中子活化分析技术能够对食品中的典型元素进行快速准确的定量分析。
食品中的微量元素对于人类的健康和营养具有重要作用，而中子活化分析技术可以对食品样品进行非破坏性的分析，不会影响其品质和营养价值，同时能够提供准确的元素含量信息，有助于食品质量检测和安全评价。
在地质领域，中子活化分析技术能够对岩石、土壤等样品中的典型元素进行定量分析。
岩石和土壤是地质研究的重要对象，而其中的典型元素含量对于了解地质成因、矿物赋存和环境变化具有重要意义。
中子活化分析技术可以对地质样品进行全面、准确的元素分析，为地质研究提供重要的数据支持。
总结而言，中子活化分析技术在典型元素定量检测上的应用广泛且重要。
它能够在生物、环境、食品和地质等领域进行准确的元素分析，为各个领域的研究和应用提供了重要的支持。
随着仪器设备和技术的不断改进，中子活化分析技术的应用前景将更加广阔，为人类社会的可持续发展提供更多有力的支撑。
中子活化分析技术在农业上的应用
中子活化分析技术在农业上的应用
近些年来，许多科学家和农业研究人员发现，中子活化分析技术可以在农业上得到广泛应用。
中子活化分析技术是一种非常有效的核技术，其主要原理是把中子照射到物体上，然后能量就会被转换为另一种物质，并发出放射性示踪物质，从而可以测定和分析物质中的元素含量。
利用中子活化分析技术，能够准确测定农作物中含量各不相同的元素，如磷、氮和钾等，从而更好地掌握农作物的成长情况，进而提出有针对性的施肥等农业技术管理措施。
此外，中子活化分析技术还可以应用在农业土壤研究中，对土壤中的元素进行测定，分析土壤中各种养分的含量，能够有效指导施肥，建立合理的肥料施用方案，进而提高生产率。
此外，中子活化分析技术也可以应用在废水污染研究方面，能够准确地分析废水中的污染物，及时发现问题，制定有效的污染治理技术，从而有效降低农作物对污染的不良影响。
中子活化分析技术的应用还可以扩展到食品安全检测领域，可以检测出食品中的有毒元素，如重金属和有机污染物等，为消费者提供安全的食品。
总之，中子活化分析技术的应用可以为农业生产、食品安全提供良好的保障，它对改善农业效益和食品安全，有很大的帮助。
要想发挥中子活化分析技术在农业上的最大功效，必须加强对技术应用的研究，推广和使用中子活化分析技术，提高技术应用水平，
加快技术研发进度，为建设农业强国做出积极贡献。
反应堆中子活化分析应用进展
反应堆中子活化分析应用中的问题与解决方法
2、分析软件与算法问题：中子活化分析涉及大量的数据处理和解析工作，需 要高效的软件和算法进行数据处理和分析。目前，尽管已经开发出一些中子活化 分析软件和算法，但仍存在一些问题，如数据处理速度较慢、算法可靠性不足等。 为了解决这些问题，需要进一步优化软件和算法，提高数据处理速度和可靠性。
4、高能中子测量问题：高能中子在反应堆运行过程中扮演着重要角色，但高 能中子的测量难度较大。为了解决这个问题，需要研发更加灵敏和高精度的探测 器和技术，以提高高能中子的测量精度和效率。
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反应堆中子活化分析应用中的问题与解决方法
3、交叉污染问题：在样品处理过程中，不同样品之间可能存在交叉污染，影 响测量结果的准确性。为了解决这个问题，需要采取严格的样品处理措施，避免 不同样品之间的交叉污染。同时，需要对每个样品进行独立的测量和分析，以确 保测量结果的准确性。
反应堆中子活化分析应用中的问题与解决方法
4、安全分析
4、安全分析
安全分析是中子活化分析的重要应用之一。在核电站或核设施的安全分析中， 中子活化分析可以用于评估放射性物质的分布和活化产物，进而为安全防护措施 的制定和实施提供依据。例如，在中子源项计算中，中子活化分析可以提供精确 的中子注量率分布，为放射性物质的屏蔽和防护设计提供重要数据支持。
反应堆中子活化分析的基本原理
反应堆中子活化分析的基本原理
中子活化分析的基本原理是利用中子与原子核相互作用，使得特定原子核发 生激发或跃迁，并产生特征X射线或γ射线。通过测量这些特征射线的能量和强 度，可以推断出中子注量率或中子通量分布。在实际应用中，中子活化分析通常 采用多道脉冲幅度分析器（PAA）或高速示波管（HOM）等设备进行测量。
第2章中子活化分析
核分析基础及应用
第二章 中子活化分析
成都理工大学 核自学院
成都理工大学 李丹
1
核分析基础及应用
主要内容
概述 第一节 中子活化分析原理 第二节 快、慢中子活化分析技术 第三节 中子活化分析技术的应用 第四节 中子瞬发γ射线活化分析
2
核分析基础及应用
概 述
中子活化分析是一种有效的核分析技术，在 微量和痕量元素分析中占有重要的地位。 发展：
(n, α)，(n, p)的等反应生成放射性核素， 处理照射样品，测量放射性活度和射线能 量，可以确定靶样品中某种核素的含量和 种类。
irradiation
Out; radiochemical separation; decay;
measureme nt
11
核分析基础及应用
第一节 中子活化分析原理
7
核分析基础及应用
概 述
应用
• 作为一种常规的元素定量分析方法，广泛用于生物医学、
环境、地质、冶金、半导体工业、考古、刑侦等；
• 作为验证其它分析方法可靠性的一种检测手段，在许多
场合用于对比测量。
8
核分析基础及应用
概 述
新进展
• 进一步提高测量精确度、分析效率及提高分析灵敏度、
选择性
• 改善辐照设备、γ谱仪和谱的分解及计算机程序
21
核分析基础及应用
第一节 中子活化分析原理
一、活化分析公式
2. 冷却时间内的放射性活度 在冷却时间内，放射性核衰变，冷却到时刻t1未发生衰变的 放射性核数为：
N (t1 ) N (t 0 )e (t1 t0 )
活度为：
A(t1 ) N (t1 ) N (t0 )e (t1 t0 ) A(t0 )e (t1 t0 ) A(t0 ) D
中子活化分析
第一章中子活化分析中子活化分析是一种有效的核分析技术，在微量和痕量元素分析中占有重要的地位。
自从1936年第一次用热中子活化分析元素以来，由于反应堆和加速器技术、射线探测器技术和核电子学技术，以及计算机技术的发展，使中子活化分析术得到迅速发展。
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）次能同时分析30~40个核素；可分析寿命非常短的放射性核素，甚至可以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。
中子活化分析不仅是作为一种常规的元素定量分析方法，已广泛用于生物医学、环境、地质、冶金、半导体工业、考古、刑庭侦查等许多领域；而且也是作为验证其他分析方法可靠性的一种监测手段，在许多场合用于对比测量。
中子活化分析的发展虽已较为成熟，但在进一步提高测量精确度和分析效率及提高分析灵敏度和选择性方面，在改善辐照设备、谱仪和谱的分解及计算机程序等方面仍有新的进展。
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。
第一节中子活化分析原理中子活化分析是用中子辐照样品，使原子核发生核反应，生成具有一定寿命的放射性核素，然后对生成的放射性核素进行鉴别，从而确定样品中的核素成分和含量的一种分析方法。
除了辐照样品的制备步骤外，中子活化分析主要包括三个步骤：一是将样品放在中子场中辐照；二是取出已辐照的样品，如有必要可对样品进行放射化学元素分离；三是进行放射性活度测量，然后进行数据处理，按一定的标准化方法求出样品中元素的浓度。
、活化分析公式推导1,21样品在一定能量的中子辐照下，通过（n , ）、（n , ：•）（n , p）、（n , 2 n）等核反应生成放射性核素。
图 1.1给出了样品中放射性活度随时间的变化关系。
果叶中主量元素与微量元素的中子活化分析
果叶中主量元素与微量元素的中子活化分析果叶中的元素包括主量元素和微量元素，其中主量元素是果叶中含量较高的元素，微量元素是果叶中含量较低的元素，因此，对它们的分析对果叶的品质和功能有重要的影响。
最近，中子活化分析（NAA）技术受到了广泛的关注，它可以有效地分析出果叶中的元素，既可以用来评估果叶的品质和营养，也可以用来判断果叶是否受到有害物质的污染。
中子活化分析技术是一种利用中子照射样品，并对放射性产物的放射性来测定和分析样品中元素含量的分析方法。
它是一种半定量分析技术，可以检测出果叶中含量较低的元素，比如钛（Ti）和锶（Sr）等，同时还可以检测出大量的元素，如铝（Al），钙（Ca），镁（Mg）和钾（K）等。
在实验中，中子照射对果叶中的元素会产生一定的“中子活化产物”，如放射性氦（He），用测量仪可以测量出果叶中的元素含量。
中子活化分析技术具有很多优点：首先，NAA是一种非破坏性技术，它不会对果叶产生任何污染。
其次，它可以用来快速分析出果叶中含量较低和较高的元素，而且能够快速精确地分析出元素的含量。
再次，它可以通过不同的中子活化产物进行分析，可以用来分析不同类型的果叶，如多糖果叶，苦果叶，酸果叶等，它可以用来测定果叶中的元素含量，并有助于更准确地控制和评估果叶的质量。
此外，NAA技术也可以用来检测果叶中固定元素和游离元素的含量，并可以更准确地评估果叶中元素的含量，有助于研究其影响果叶质量的因素。
另外，由于NAA可以快速准确地测定果叶中的元素，也可以用来检测果叶中的有害物质，如重金属离子等，有助于评估果叶是否受到污染。
因此，中子活化分析技术在分析果叶中主量元素和微量元素的应用中是十分有效的，它不仅可以用来评估果叶的品质和营养，而且可以用来检测果叶是否受到有害物质的污染，从而提高果叶的质量。
另外，它也可以帮助我们快速精确地定量分析果叶中的元素，有助于我们更准确地评估果叶的质量。
因此，中子活化分析技术可以说是一项全面而有效的技术，对于评估果叶的品质和提高果叶质量具有重要意义。
中子活化法
其三，由于核衰变及其计数的统计性，致使中子活化分析法存在的独特的分析误差。误差的减少与样品量的 增加不成线性关系。
常用的中子核反应
按中子能量范围的不同，中子活化分析可区分为慢中子活化分析和快中子活化分析。慢中子活化分析是通过 (n，γ)俘获反应生成放射性核素。大多数核的慢化中子活化截面很大，故分析灵敏度高。快中子活化是通过(n， p)、(n，α)、(n，2n)和(n，n’ γ)阈能反应生成放射性核素。快中子的活化截面比慢中子的活化截面小，但 对轻元素分析具有较高灵敏度。快、慢中子活化分析技术包括辐照源的选择、样品的制备和处理、干扰反应影响 的考虑、放射性测量和数据处理等实验方法和技术 。
活化分析步骤
活化分析大体分为5个步骤：
本法的特点在于灵敏度极高，可进行ppt级以下的超痕量分析；准确度和精密度也很高；可测定元素范围广， 对原子序数1-83之间的所有元素都能测定，并具有多成分同时测定的功能，在同一试样中，可同时测定30-40种 元素。因而适用于环境固体试样中的多元素同时分析，如大气颗粒物、工业粉尘、固体废弃物等中的金属元素测 量。由于仪器价格昂贵，分析周期较长，操作技术比较复杂，在我国尚少配置。它是大气颗粒物的多元素同时分 析方法中灵敏度较高的一种，在国外环境监测中广为应用 。
的优缺点
优点
缺点
其一，灵敏度高，准确度、精确度高。NAA法对周期表中80%以上的元素的灵敏度都很高，一般可达10-6-1012g，其精度一般在±5%。
其二，多元素分析，它可对一个样品同时给出几十种元素的含量，尤其是微量元素和痕量元素，能同时提供 样品内部和表层的信息，突破了许多技术限于表面分析的缺点。
中子活化分析原理及应用简介_李德红
以及靶核数目 N 成正比, 与活化( 照射) 时间 t 是 指数关系. 在中子活化分析过程中, 样品被中子束活
化后并不立刻进行放射性测量, 而是将活化后的样
品 冷却 ( 衰变) 一段时间, 才开始测量, 若冷却时间
为 t , 则冷却后的放射性活度为
ln 2
ln 2
At =
N
1-
-
e
Tt
1/2
e- T t 1/2
第 24 卷第 6 期 2005 年 6 月
大学物理 COL L EGE PHYSICS
Vol. 24 N o. 6 June. 2006
物理 自然 技术 社会
中子活化分析原理及应用简介
李德红, 苏桐龄
( 兰州大学 物理科学与技术学院, 甘肃 兰州 730000)
摘要: 介绍了中子活化分析的基本原理 , 详细给出中子活化方程的推导过程, 概述其主要特点, 通过实例 对其应用进行 了
已经得到大量运用. 4) 无需定量分离, 不受试剂空白影响, 避免了
在痕量分析中定量分离操作的困难, 且不会造成试 剂污染. 这在超微量分析中非常重要.
5) 非破坏性分析, 在考古、艺术品鉴别等非破 坏性分析领域具有特殊优势.
中国陆地水元素组成的中子活化分析试验
中国陆地水元素组成的中子活化分析试验
中子活化分析是一种新兴的实验技术，它可以用来测定物质中不
同元素的含量。
它是比传统分析方法更精确、更方便、更快速的一种
方法。
此外，它可以extract新未知物质的chemicochemical原子成份，分析和比较不同物质的浓度分布和累积，以及识别以前未被发现的未
知元素和它们的组成分布情况。
中国陆地水元素组成的中子活化分析试验是一项由中国海洋环境
科学研究中心一研究小组完成的重要研究工作。
该组用游离中子源对
中国各省、自治区和直辖市的水样进行游离中子活化分析，构建了中
国陆地水质元素含量分布格局。
研究发现，各个省份和自治区的水样
中都含有大量元素，其中以氯、硫、铵、氟最多，其次依次是铁、锰、铜和锌等，继其后的是铅、镉、砷和汞等。
综合考虑水处理过程中的
破坏物质特性，水样中还存在大量有毒、有害元素，如硅、锆等。
该研究结果表明，中国广大省份和自治区的水样中含有多种微量
元素，相应的元素的分布也不尽相同。
它只是仅仅是中国水质特征的
粗略展示，以后可以根据不同区域水质的分布特性，采取有针对性的
管理措施做出更科学、更合理的污染防治策略。
中子活化分析
中子活化分析中子活化分析（NAA）[仪器中子活化分析instrumental neutron-activation analysis (INAA)]最初由匈牙利放射化学家Hevesy和Levi于1936年提出，直到60、70年代才广泛使用并日趋成熟。
目前使用中子活化分析技术可分析周期表中的大部分元素，并且随着实验技术和数据处理方法的不断完善，已建立在线分析系统，从而使中子活化分析的应用范围迅速扩大，现已在材料科学、环境科学、地质科学、生物医学、考古学和法学等领域得到广泛应用。
NAA法特别适合考古学中的元素分析。
它与其他元素分析法相比较，有许多优点，其一是灵敏度高，准确度、精确度高。
NAA法对周期表中80%以上的元素的灵敏度都很高，一般可达10-6-10-12g，其精度一般在±5%。
其二是多元素分析，它可对一个样品同时给出几十种元素的含量，尤其是微量元素和痕量元素，能同时提供样品内部和表层的信息，突破了许多技术限于表面分析的缺点。
第三取样量少，属于非破坏性分析，不易沾污和不受试剂空白的影响。
还有仪器结构简单，操作方便，分析速度快。
它适合同类文物标本的快速批量自动分析，其缺点是检测不到不能被中子活化的元素及含量，半衰期短的元素也无法测量。
此外，探测仪器也较昂贵。
1、中子活化分析原理及操作所谓中子活化分析是利用有一定能量和流强的中子、带电粒子或高能r光子去轰击待分析样品，使样品中核素产生核反应，生成具有放射性的核素，然后则测定放射性核素衰变时放出的瞬发辐射或缓发辐射，对元素作定性定量分析，从而确定样品中的元素含量。
中子活化分析的基本过程如图所示（见图廿八）。
首先寻找最佳方案，熟悉样品的属性，大致特征，计算最佳辐射条件和冷却时间。
接着，制备样品和标准样品，后者为防止反应堆中子强度变化带来的误差作参照标准。
不同形态的样品采取不同的制备方法。
固体块直接截取放入容器中，粉末状还应称重，液体要放在聚乙烯容器或石英安瓶内，气体量好体积后放入石英管中。
简述中子活化的原理及应用
简述中子活化的原理及应用1. 中子活化是什么？中子活化是一种利用中子与原子核发生碰撞产生核反应的方法。
中子是一种不带电的粒子，能够与原子核发生强相互作用。
当中子与原子核碰撞时，可能会发生弹性散射、非弹性散射、吸收等反应，其中非弹性散射和吸收反应会导致原子核激发或者产生新的放射性核素。
这种利用中子激发和产生放射性核素的过程就是中子活化。
2. 中子活化的原理中子活化的原理基于以下几个主要过程：2.1 中子激发中子在与原子核碰撞时，可以将原子核激发到高能级。
处于高能级的原子核会通过发射光子或者其他带电粒子来跃迁到低能级。
这个过程一般发生在市面上所称的“冷中子”能量范围内，即几电子伏特到几百千电子伏特。
2.2 中子俘获中子可以被原子核吸收，形成一个新的核素。
这个新的核素可能处于稳定态或者不稳定态，如果是不稳定态，会通过发射一些带电粒子来变为稳定态。
这个过程一般发生在高能中子入射时。
2.3 中子诱发核反应中子还可以诱发原子核发生不同种类的核反应，如（n, α）（中子与原子核碰撞后，原子核发射一个α粒子）、（n, p）（中子与原子核碰撞后，原子核发射一个质子）、（n, γ）（中子与原子核碰撞后，原子核发射一个光子）等。
3. 中子活化的应用中子活化在科学研究、工业生产、环境监测等领域具有广泛的应用。
下面列举几个主要应用领域：3.1 材料分析中子活化分析可以用于材料成分的定量和定性分析。
通过测量样品在中子激发下产生的放射性核素的活度，可以推算出样品中各元素的含量。
这种方法广泛应用于材料科学、地质学、环境科学等领域，可以用于分析金属、矿石、土壤、水等样品。
3.2 放射性同位素生产中子活化可以用于放射性同位素的生产。
通过将靶材料与中子源进行重离子反应，靶材料中的一部分元素会被激活成放射性同位素。
这些放射性同位素可以用于医学诊断、放射治疗、放射性示踪等领域。
3.3 放射性测量技术中子活化分析还可以用于放射性核素的测量。
堆中子活化分析技术概述
堆中子活化分析技术概述一、前言中子活化分析技术自20世纪30年代产生以来，由于其灵敏度高等优点，一直是一种重要的分析手段。
目前，这种技术已被广泛地用于地化分析、环境分析、材料分析等领域。
二、方法原理中子活化分析简单地可分为两个部分，即样品经中子辐照转变成放射性物质（活化）和用探测器采集活化后的样品所放出的γ射线，对其进行定性、定量分析。
反应堆（实验型）是最好的中子源，小型游泳池式反应堆的辐照孔道内中子通量可达1×1013 n.cm -2.s -1，且温度低，能够满足大部分的活化分析要求。
在辐照过程中，样品中的稳定同位素主要与热中子（E=0.025eV ）发生核反应，生成相应的放射性同位素，如23Na + n 24Na + γ 或 23Na （n ，γ）24Na而大部分所生成的放射性同位素会衰变并放出γ射线。
这些核素有固定的半衰期，γ射线能量具有特征性，即与核素存在对应关系，如24Na 的半衰期为15 h ，特征γ射线能量为1368 keV 。
因此，中子活化技术可对样品作定性分析，即通过测量活化后样品放出的特征γ射线能量来确定样品中的元素组成。
特征γ射线强度与样品中相应的元素含量有关，两者间的换算可由以下公式得出，活化方程式：c i t t e e f MQP I λλεσθ---∙∙=)1(10023.623 式中：I — 放射性核素在探测器上的照射量率；Q — 样品中靶元素含量；P — 样品质量；θ — 放射性核素的丰度；M — 靶元素的原子量；σ — 靶核的中子活化截面；f — 辐照孔道的中子通量密度；ε — 探测系统的探测效率；λ — 放射性核素的衰变常数；t i — 辐照时间；t c — 冷却时间。
显然，换算过程是很复杂的，涉及到一些即时性因素，如中子通量密度、辐照时间和冷却时间。
所以，活化分析通常采用相对测量方法，即将待测样品与标准物质在相同条件下辐照、测量，通过比较两者特征γ射线的强度，根据标准物质中已知的元素含量来确定待测样品中相应元素的含量，从而达到定量测量的目的。
第二篇 中子活化分析
5
6
中子活化分析
用中子照射样品，使待测核素发生核反应，产生 放射性核素，测定其放射性活度和射线能谱，根据活 化反应截面、粒子束能量和强度、半衰期等，确定被 测样品的元素成分和含量的分析方法。 1936年,赫维西(Hevesy和利瓦伊(Levi)首先提出;40 年代中期以后,在反应堆技术发展的基础上开始得到广 泛应用。
A∞ = N 0 σf
32
3、活化方程式
AB = fσN A ( 1 - e
-λB t1
)e
-λB tC
qA N A = 6.023 × 10 θ A MA
23
6.023 × 10 ⋅ q A ⋅ θ A -λB tC -λB t1 IB = ε σA f (1 - e ) e MA
23
IB ⋅ M A qA = -λB tC -λB t1 23 6.023 × 10 θ A fσ A ε ( 1 - e ) e
27
四、中子活化分析的基本原理
核反应中生成的放射性子核的净增长速度 与两个因素有关： 1）靶核发生核反应的速度； 2）生成子核本身的衰变速度；
28
1、活化后子核的积累 在0～t1时间间隔内连续照射靶核：
dN = n ⋅ v ⋅ N 0 ⋅ σ ⋅ dt = fσN 0 dt
-λ( t1 -t )
AC = A∞ ( 1 - e A∞ = fσN 0
-λt1
)e
-λtC
此过程称样品“冷却”，式中 D = e-λtc 称为冷却因子。
AC = f σ N 0 SD
31
A1 = A∞ ( 1 - e
-λt1
)
随时间t1增加，活化核 的数目呈指数增加; 若t1>>t1/2，则饱和因子 约为1，饱和放射性活度为：
中子活化分析范文
中子活化分析范文中子活化分析（Neutron Activation Analysis, NAA）是一种用于物质样品分析的无损分析方法。
它基于核化学的原理，通过将样品暴露在中子束中，使其发生中子活化反应，进而实现对样品中元素的分析与定量。
中子活化分析的工作原理是将待测样品暴露在由加速器或核反应堆产生的中子束中。
中子与样品中的原子发生弹性碰撞，通过中子俘获产生放射性同位素，这些同位素具有不稳定的核结构，进而放射出特定的射线，如γ射线、β射线等。
通过检测和测量这些放射线的强度和能量，可以确定样品中元素的含量和同位素的种类。
1.灵敏度高：由于中子俘获反应是一种核转变反应，它的灵敏度高，可以实现对微量元素的检测和分析。
相比之下，其他分析方法如原子吸收分光光度法和电感耦合等离子体发射光谱法的灵敏度相对较低。
2.多元素分析：中子活化分析可以同时分析多种元素。
不同元素对中子俘获的效率和放射性同位素的半衰期有所不同，因此可以通过选择适当的中子源和检测器来实现对不同元素的分析。
3.无损分析：中子活化分析是一种无损分析方法，不需要破坏样品。
这样可以保护样品的完整性，并且在分析过程中可以对样品进行多次分析。
4.反应速度快：中子活化分析的反应速度相对较快。
中子活化反应的半衰期通常在几分钟到几天之间，因此可以迅速得到分析结果。
然而，中子活化分析也存在一些限制：1.中子源选择：中子源的选择对中子活化分析的结果和实验条件有重要影响。
不同的中子源具有不同的能量和强度，对不同元素的分析有不同的适用性。
选择合适的中子源需要在实验前进行充分的研究和评估。
2.样品预处理：由于中子活化分析是一种无损分析方法，对样品的预处理要求较高。
样品应尽可能纯净，避免含有杂质对分析结果造成干扰。
并且样品的密度和形状也会对中子活化分析的结果产生影响。
3.放射性废物处理：中子活化分析的样品在分析过程中会产生放射性同位素，这需要进行放射性废物处理。
正确处理和处置这些放射性废物需要严格的安全措施和合规性。
第二篇 中子活化分析
qA =
6.023 × 10 θ A fσ A εgF ( 1 - e
23
IB ⋅ M A (1 + α )
-λB t1
)e
-λB tC
35
五、中子活化分析步骤
中子活化分析，测量时可使用顺序(延时)测量法或 即时(平行)测量法。顺序测量的样品可粉碎制样，如化 学分析。也可使用不需要粉碎的原样品测量，如核测井 原始样品等。 中子活化分析的主要流程如下：
7
8
一、中子与中子源
1、中子及其分类
中子按能量可划分为： ⎧冷中子 ≤ 0.005eV ⎪ ⎪热中子 ≈ 0.025eV 3 慢中子（0 -10 eV） ⎨ ⎪超热中子 ≥ 0.5eV ⎪共振中子1-1000 eV ⎩
中能中子: 1-100 keV 快中子:0.1- 20 MeV 中子按能量的划分并不严格，各文献之间略有差别。
• 硬件特点： 1、可同时使用6个照射孔道（活化站）； 2、两个缓发γ-Ge（Li）测量站； 3、8个Ge（Li）测量站； 4、两个容量各为6000个样品的贮藏室； 5、用计算机控制样品在活化站、测量站和贮藏室之 间的传送；
45
例：美国萨凡纳河实验室的全自动化堆活化装置
• 软件特点： 1、可实现无人自动连续运行； 2、控制计算机可合理调度，使每个活化测量站在任何时 刻都处理着一个样品，从而达到3500个样品/周的效率 3、软件和数据区设计使当硬件改动或扩充时，程序的修 改减至最小； 4、有完善的诊断功能，以便于硬软件的维修； 5、软件可感知和记录故障，并且正确使用硬件系统中的 备用部件； 6、在线数据处理；
12
一般中子源发射的中子初始能量多在百万电子伏级。 1）同位素源中子能量：几个MeV； 2）而加速器中子源中子能量：十几个MeV； 3）反应堆中子源的中子能量：0.075～17MeV。
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四、激活片的制备 1.滚筒多次压缩法:适用于稳定性好较软的金属如铟，金，银等。一般可以做到 小于0.1mm厚，用称重法定出厚度d，然后，将压延的激活片冲切或剪割成所需 形状，在平整地粘贴在铝片衬底上。最后，在激活片表面涂上很薄的有机膜做保 护层。 2.真空喷涂法:对要求激活片厚度很薄，则可以用真空喷涂法蒸发在铝衬底上。 对于不稳定金属，则应该选择其稳定化合物作为原料。 3.不能压延的金属，如镝，则可用氧化镝粉末均匀混合在火棉胶的香蕉水溶液 中做的很稀，用滴管滴在铝片上，待香蕉水蒸发后，铝片上会留下一薄层均匀的 三氧化二镝。 五、隔差法 1.作用：激活片的感生反射性由热中子和共振中子共同 作用产生，隔差法可以把两种贡献区分开来。 2.过程：测量两次，第一次测量不包隔的激活片的饱和 放射性，第二次测量包隔的饱和放射性。二者做差就是 热中子的贡献。 3.激活片必须很薄
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，甚至可以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。 中子活化分析不仅是作为一种常规的元素定量分 析方法，已广泛用于广泛应用于环境科学、生物学、 医学、材料科学、冶金、半导体工业、地质、地球化 学、考古学刑庭侦查等许多领域；而且也是作为验证 其他分析方法可靠性的一种监测手段，在许多场合用 于对比测量。中子活化分析的发展虽已较为成熟，但 在进一步提高测量精确度和分析效率及提高分析灵敏 度和选择性方面，在改善辐照设备、谱仪和谱的分解 及计算机程序等方面仍有新的进展。
Neutron Activation Analysis（NAA）
中子活化分析是一种有效的核分析技术， 在微量和痕量元素分析中占有重要的地位。
自从1936年第一次用热中子活化分析元素 以来，由于反应堆和加速器技术、射线探测器 技术和核电子学技术，以及计算机技术的发展， 使中子活化分析术得到迅速发展。
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。
五、放射性活度测量和核素鉴别
辐照生成的放射性核素的活度或者γ 射线强度 测量有三种方法：一是衰变曲线法，二是能谱法， 三是能谱和衰变曲线法的结合。 1．衰变曲线法 测量放射性核素的衰变曲线，从衰变曲线的分析可 以确定被测核素的半衰期，而且能在样品基体元素 和其他杂质元素的干扰存在的情况下鉴别出待测元 素种类和确定其活度。对于只存在单种放射性核素 的简单情况，在t时刻的活度为
N0 E N E ' f E E ' dE ' （1.46）
为了得到真实的γ 能谱(各个分立谱线) ，需对 实验测得的混合γ 谱进行退卷积处理(参见第三章第 二节) 。 迄今，已发展了许多γ 谱解谱方法和计算 机程序，能自动鉴别复杂的γ 谱中的各个峰，确定 其中心位置 (能量) 和峰面积(扣除了本底及康普顿 峰的全能峰净计数），从而确定核素成分和计算出 待测样品中的元素浓度。在鉴别核素时，不仅可以 从核素的—个γ 射线峰来进一步鉴别核素。这种测 量方法较之前述的衰变曲线法准确度高，且能作多 元素同时分析，但受探测效率限制，灵敏度受—定 影响。 计算中要对γ 射线峰面积计数损失作修正，包 括死时间修正和符合计数修正。在测量样品的放射 性时，由于存在偶然符合和真符合，使核素发射的
例如，几克重量的样品将会造成中子自屏蔽效应。 固体样本的制备十分简单，切割成合适大小的薄 片即可，粉末样品可以密封在一个容器内，或者压成 薄片，用纯Al箔或清洁滤纸包装。作标准样品时，粉 末应充分混合均匀。液体和气体样品可密封在石英安 瓿或聚乙烯容器内。生物样品可通过冷冻干燥、粉碎 后压成片状，采样时可使用石英刀或T1刀以减少沾污。 气溶胶样品可采集在多孔滤膜上，、然后包装压成薄 片。包装用的A1箔和滤纸可单独压成样品进行辐照， 以便以后样品分析的数据处理时扣除包装材料的本底 元素浓度。 有些元素分析需对样品进行浓缩后再做成合适的 样品，例如灰化处理是一种常用的方法。样品制备过 程中要严格防止沾污，以及由于挥发或容器壁吸附引
的相对活度及样品测量时的总计数率有关。计数率低时，统 计涨落大，衰变曲线分解结果误差较大。当然，在分解混合 衰变曲线前，先将实验数据点进行光滑，有利于曲线的分解。 衰变曲线法适合于短寿命核素的测定。短寿命核素分析 所需的辐照时间短，测量时间也短，分析速度很快。对于样 品基体元素产生的寿命短、但活度强的放射性核素，测量时 可以延长等待时间，让它先衰变，以减小对测量的影响。图 1．4给出了样品中稀土放射性核素混合衰变曲线分解的例子。
中子活化分析
目
录
中子活化测量中子通量密度
快、慢中子活化分析技术 中子活化分析技术的应用
中子活化法测量中子通量密度
三、激活材料的选取 1.考虑的因素： （1）材料的中子活化截面随中子能量的变化必须精确知道。测量弱中子通 量时应选择截面大的材料；测量强中子通量时，应选择截面小的材料。 （2）材料要纯，容易加工成薄箔。 （3）要求反应产产物的半衰期适宜于测量。 （4）激活片辐照后最好只产生一种放射性核素。 2.常用激活片材料
A(t ) A0i exp(0.693t / T1/ 2 , i) （1.45）
i
将混合衰变曲线进行分解，可以得到每一种核素的 衰变曲线，简单的分解办法是图解法，即从混合衰 变曲线中斜率最小的那部分曲线开始作一直线，定 出寿命最长的放射性核素的半衰期；然后从混合衰
变曲线中扣除这寿命最长的核素成分的贡献，得到
起的损失。对辐照后的样品进行必要的化学分离时， 应确保元素的回收率恒定。样品辐照后进行处理过 程中，来自溶剂、容器的元素污染(一般不是放射性 污染)不会干扰样品中已形成的放射性核素的测量， 所以活化分析法的相对抗污染性强。 四、干扰反应 中子活化分析中的干扰，泛指不同元素通过不 同核反应形成了同一种被用来作鉴定的放射性核素； 或者，生成的不同放射性核素的半衰期相近及发射 的γ 射线能量差小于探测器能量分辨率；某种放射 性核素衰变后的子核与待鉴定的核素相同；测量γ 射线时的其它本底干扰等。来自于核反应的干扰包 括初级反应和次级反应两种。
3
Байду номын сангаас
高分辨率γ 谱仪根解谱程序的使用，能省去样品活化后 的放射化学分离步骤，实现对样品进行非破坏性、多元素分 析。我们称这种分析法为仪器中子活化分析(记为INAA)。但 在某些情况中，为提高分析灵敏度和元素鉴别能力，必要的 放射化学分离步骤仍是需要的。这时样品结构被破坏，我们 称这种分析法为放射化学中子活化分析( 记为R N A A )。 另外，为避免或减少化学分离步骤，有时可采用符合测量、 康普顿补偿等计数装置和技术 。 三、样品制备 待分析样品和标准样品制备是十分重要的 ，它关系到 分析结果的可靠性和准确度。对样品的大小、状态，样品的 包装，样品的采集，以及在制备和辐照过程中的沾污、挥发、 吸附等因素，都必须认真考虑。从分析灵敏度考虑，样品应 大一些，但是样品太大影响中子通量密度分布和引起γ 射线 的自吸收。
A(t ) A0 exp(0.693t / T1/ 2 )
(1．44)
式中，是辐照结束时刻的放射性活度．InA(t)与t为 直线关系，直线的斜率表示半衰期与纵坐标InA(t) 且(z)的交点可得A。 如果辐照后生成好几种放射性核素，则测得的 衰变曲线是这些放射性核素的混合衰变曲线，在任 意时刻t测得的活度是各个核素成分的活度之和，即
寿命较短的核素的衰变曲线，再对这修正后的混合 衰变曲线进行分解。对所包含的每一种核素成分都 重复这样的分解步骤，就求得每种核素的活度。当 样品中包含的核素种类较少，而且半衰期数值相差 较大(约5倍)时，这种图解法鉴别核素能得到较好的 结果。 混合衰变曲线的分解也可以用计算机程序来完 成。采用最小二乘法拟合，解一线性方程组求得各 个核素在测量初始时刻的活度。对半衰期相差2~3倍 的核素的鉴别，计算机程序分解法能得到较好的结 果。衰变曲线的分解结果可靠性也与各个核素成分
活化分析技术的发展
• 此时，中子发生器，多道能谱分析器等供 活化分析用的仪器相继问世，使得活化分 析成为当时具有最高灵敏度的分析方法。 • 60年代初期出现了半导体探测器使分辨率 提高了好几十倍，锗探测器的应用使一次 照射便可同时测定四五十种元素，计算机 的应用更把活化分析推向一个新的领域。
中子活化分析
镉的吸收截面与中子 能量关系
活化分析
活化分析技术始于1936年，是检测荷能中子束或带电粒 子束轰击试样所产生的瞬发辐射和缓发辐射，这种分析技术 近年来还用于分子活化分析和体内活化分析中。 活化分析主要包括带电粒子活化、γ 射线活化和中子活 化三种。其中，中子活化分析灵敏度高、精度好，并可进行 多个元素的同时测定。活化分析的这些特点，在环境研究中 尤为凸显。例如，对于长距离大气输送问题，极区大气颗粒 的化学组成和来源，以及某些特殊情况下的环境背景值测定 等，当要求具有更高的灵敏度与准确度时，使用其它传统方 法是难以满足要求的。活化分析技术对于固体环境样品（如 大气尘埃、气溶胶、植物样品、大气悬浮物等）中的痕量元 素分析也具有明显的优越性。
某一能量的γ 射线全能峰计数丢失。偶然符合计数率和分 辨时间有关；而真符合计数是在分辨时间内核素发射的级 联γ 射线之间或γ 射线与内转换过程后发射的特征X射线 之间的相加脉冲计数，真符合计数只与核素性质有关，与 计数率无关。这两种效应所造成的后果都是使原来应属于 某一能量的γ 射线全能峰计数被记录到另一能量的峰计数 中去。所以，对多道分析器记录的γ 射线全能峰计数需进 行真符合和偶然符合计数修正，尤其是用绝对测量法计算 浓度时，应作这项修正。在相对测量中，只有当标准样品 和待测样品的γ 射线计数率相差太大时，才需对偶然符合 计数进行修正。 当两种放射性核素的半衰期几乎相同，化学分离又很 困难，而且γ 射线能量又十分接近的情况下，只能用能谱 测量法，并对能谱进行分解，才能鉴别核素。