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
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
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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。
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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
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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
中子活化分析的应用情况
王家豪 PB15061384
1.材料元素分析中旳应用
• 水泥旳品质受其多种元素旳 相对含量旳影响很大。
2.地质样品旳元素分析
• 玉石原石 • 煤质分析 • 天文学上旳应用
2.1 玉石原石旳分析
对于玉石原石，怎原石旳分析
是这么用手电照一照？
2.1玉石原石旳分析
还是像这么切下一 小块？
2.1玉石原石旳分析
参照：Study on trace element geochemistry of Dushan jade from Nanyang area of Henan Provice by NAA JIA Xiuqin HAN Song WANG Changsui
3. 文物鉴定上旳应用
文物旳年代一般能够比较轻易地鉴定，但是对于其产地和品种就 没那么简朴了。
4. 人体中旳元素鉴定
头发能够反应人体中金属元素旳含量，故能够经过头发样品对人体金属中 毒及缺乏情况进行评估，进而对治疗金属中毒或缺乏提供参照。
4. 人体中旳元素鉴定
• 应用中子活化分析法测定了地方性砷中毒病区病人头发中 23 种 微量元素旳质量分数, 并与北京健康人发中微量元素旳质量分数 进行了比较。成果表白: As, Fe, Re, Ba,Br, Sb 在重病患者发中旳质 量分数最高, 轻病患者次之,正常人最低; 而 Se, Ca 在健康人发中旳 质量分数最高。而且头发中 As质量分数越高, 病人病情越严重。 Fe,Re 和 Ba 等微量元素可能加重砷旳中毒, 而 Se,Ca 和 Co 可能拮 抗砷旳毒性。
中子活化法研究砷中毒病区人发中微量元素旳分布 杨瑞瑛, 张智勇, 朱旭萍 Journal of Nuclear and Radiochemistry Nov. 2023
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。
中子活化多元素分析仪
中子活化多元素分析仪中子活化多元素分析仪是一种用于测定材料中多种元素含量的科学仪器。
它通过利用核反应中子与目标样品原子核相互作用产生核反应，进而测定样品中不同元素的含量。
中子活化多元素分析仪具有快速、非破坏性、准确性高等特点，在许多领域中被广泛应用。
中子活化多元素分析仪的工作原理是利用中子与目标样品原子核发生反应，产生放射性核素，再通过测量核素的放射性衰变来确定原样中不同元素的含量。
中子源一般采用核反应堆或加速器产生。
样品放置在中子源附近，中子与样品发生核反应，产生新的核素，这些核素通过不同的衰变方式放出特定的射线，根据射线的特征可以确定原样中元素的含量。
中子活化多元素分析仪可以广泛应用于各种材料的分析，如土壤、水样、岩石、金属等。
在环境科学领域中，中子活化多元素分析仪可以用来测定土壤中的重金属含量，评估土壤的污染状况。
在地质学领域中，可以用来确定岩石中的元素含量，研究地质过程和岩石的形成与演化。
在冶金学和材料科学领域中，可以用来分析金属样品的成分，评估材料的纯度和质量。
中子活化多元素分析仪具有许多优点。
首先，它具有快速测定的特点，通常只需要数分钟到几十分钟，可以同时测量多个元素。
其次，中子活化多元素分析仪是一种非破坏性分析方法，样品在分析过程中不需要任何处理，可以保留样品的完整性。
此外，中子活化分析的结果准确性高，测量误差通常在1%以下。
然而，中子活化多元素分析仪也存在一些局限性。
首先，中子活化多元素分析仪需要专门的设备和设施，如中子源和辐射防护措施，操作和维护成本较高。
其次，中子活化分析的样品制备和处理比较复杂，需要一定的技术和经验。
此外，由于中子活化分析使用放射性核素，对实验室环境和操作人员的辐射安全要求较高。
总之，中子活化多元素分析仪是一种快速、非破坏性、准确的分析方法，具有广泛的应用前景。
在科学研究和工程领域中，它可以用于分析和研究各种材料的元素组成和含量，为科学研究和工程设计提供可靠的数据支持。
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。
核分析技术
中子活化分析原理
A t ' = N (1 e
In 2 t T1/2
)e
In 2 ' t T 1/2
若靶核的丰度为������ m0 这种靶元素的摩尔 , 靶元素的质量为 N A , 整理可得到样品中这种靶 质量为M , 阿伏加德罗常量为 核的数目为
N A m0 N M
最后得到中子活化分析理论方程式:
N A m0 A t' = (1 e M
In 2 t T1/2
)e
In 2 ' t T1/2
中子活化分析原理
由于实际实验中探测器的效率不可能为100% , 设为������ 实际活化方程式为
N A m0 A t' = (1 e M
In 2 t T1/2
,则
)e
In 2 ' t T1/2
• 中子活化分析设备—γ能谱探测系统
– 结构
高压电 源 探 测 器 低压电 源
前置 电路
主 放大 器
多道 脉冲 幅度 分析 器
接口
微计 算机 系统
• 中子活化分析设备—γ能谱探测系统
中子活化技术的应用趣例
1） 恐龙灭绝原因 2） 破解拿破伦死亡之谜 3） 破解牛顿死亡之谜 4） 秦兵马俑“产地” 之谜 5） 第一起使用中子活化分析侦破的案例 6） 古老照片的复活：
、 由上式可知, 在测量中必须知道 、 B 、、M、t、 t ' 等物理量, 才能求出在样品中待测元素A 的质量 m0 , 这就是 中子活化分析的绝对分析法。
由于绝对分析法必须很准确地知道上述各种核参数, 而准确 等非常困难,所以在实际分析测量 测定这些核参数, 如 、 中很少采用, 而是采取相对分析法, 即事先配制含有已知质量 的标准样品 m标 , 与待测样品在相同条件下活化和测量, 由此 可得：
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
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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：
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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；
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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；
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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。
第2章-中子活化分析
第2章-中子活化分析第 2 章中子活化分析在现代科学技术的众多分析方法中，中子活化分析无疑是一颗璀璨的明珠。
它以其独特的原理和强大的功能，在众多领域发挥着重要作用。
中子活化分析的基本原理并不复杂。
简单来说，就是将待分析的样品置于中子束中，样品中的原子核与中子发生反应，从而被“激活”。
这些被激活的原子核会发生衰变，同时释放出具有特定能量和半衰期的放射性射线。
通过对这些放射性射线的测量和分析，就能够确定样品中所含元素的种类和含量。
这种分析方法具有极高的灵敏度。
哪怕是对于含量极低的微量元素，中子活化分析也能够准确检测出来。
这使得它在地质、环境、生物医学等领域具有无可替代的优势。
例如，在地质研究中，它可以帮助科学家们了解地球内部元素的分布和演化；在环境监测中，能够精确检测出土壤、水和空气中的微量污染物；在生物医学领域，对于人体组织中微量元素的分析，为疾病的诊断和治疗提供了重要依据。
中子活化分析的准确性也是其突出特点之一。
由于其基于原子核的反应，不受样品的物理形态和化学状态的影响，所以分析结果的准确性非常高。
而且，它还具有非破坏性的优点。
在分析过程中，样品不会受到破坏，这对于珍贵的文物、艺术品等的分析尤为重要。
然而，中子活化分析也并非完美无缺。
首先，它需要使用中子源，而中子源的获取和使用往往受到严格的监管和限制。
这不仅增加了分析的成本，也在一定程度上限制了其广泛应用。
其次，由于涉及到放射性物质，对实验人员的安全防护要求极高。
此外，分析过程相对较为复杂，需要专业的设备和技术人员，数据处理也需要一定的时间和专业知识。
在实际应用中，中子活化分析需要遵循一系列严格的操作流程。
首先，样品的采集和制备至关重要。
样品必须具有代表性，并且要经过精心的处理，以确保其符合分析的要求。
然后，将样品放入中子束中进行照射，照射时间和中子通量需要根据样品的性质和分析的目的进行精确控制。
照射完成后，需要对样品进行放射性测量，这通常需要使用专门的探测器和测量仪器。
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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。
• 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
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。
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。
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
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。
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）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。
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。
2.常用激活片材料
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。
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
3
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。
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
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
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。
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
活化分析原理
活化分析作为一种核分析方法，它的基础是核反应。该 方法是用一定能量和流强的中子、带电粒子或者高能γ 光子 轰击待测试样，然后测定核反应中生成的放射性核衰变时放 出的缓发辐射或者直接测定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。当使用中子轰击待测样品的原 子核时，待测样品的原子核会吸收中子，在大多数情况下会 形成不稳定的具有放射性的同位素，这就是所谓的“活化”。
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。
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。
“活化”后的核素将按照自身的规律进行衰变，同时放 出γ 射线。由于核素放出的γ 射线与核素之间存在特定的对 应关系，通过测定放射线的能量和强度，便可完成元素的定 性和定量分析。这就是“活化分析”的基本过程。
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。
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
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。
快、慢中子活化分析技术
一、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 是通过(n，γ )俘获反应生成放射性核素。大多数 核的慢中子活化截面很大，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 高的分析灵敏度。快、慢中子活化分析技术包括辐 照源的选择、样品制备和处理、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。