核分析原理及技术第五章
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加一19m厚的Mylar膜，可以 阻止散射的d粒子进入探测器， 克服堆积效应的干扰，且由于 粒子与p0的能损不同而将与 粒子与p0峰值分开。
改变探测器偏压来 改变灵敏层厚度
(2)半导体探测器和分析磁铁
E
R mv
qB
(3)望远镜计数器,
也叫E-E探测器
三、实验条件的选择
1. 反应道的选择 选择高Q值，高截面的反应道，干扰反应较少，
Ea
Z1Z2
1
1 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMeV)
Ma 3 MA 3
才能克服库仑位垒
对Q<0的阈反应
Ea
Eth
MAMa MA
Q
高、中Z值的核库仑势垒大，当入射粒子为MeV量级时
不能发生核反应。且如果发生核反应，其相应的Q值也
很大，往往比入射粒子能量高。因此核反应方法适于分
析重基体中的轻元素杂质。
§3.实验装置与技术
一、实验装置
1.本底干扰的来源
a. 待测元素其它反应道 的出射粒子:
B+b+Q
a+A
B '+ b '+ Q '
B
"
+
b
"
+
Q
"
M
c. 与核反应同时产生的光子
A+a B*+b+Q
B+γ
b. 其它核素的反应产物
A B Q
a+
A ' A ''
B B
' "
+
b
+
Q '
Q
"
M M M
d. 脉冲堆积
短时间内若干小噪 声信号脉冲叠加成 一个伪信号脉冲
2. 粒子鉴别
除了要测量粒子能量外，还要再同时测量粒子的另一 个动力学参数（如动量、能损、飞行时间、射程等）
(1) 半导体探测器和吸收片
E
dE
dx
例: (d, p)反应分析TaO5中氧含量
Ed=1.4MeV， =30时，
16O(d, )14N和16O(d, p0)17O两 反应的粒子和p0峰重叠。
： 核反应微分截面，其值以激发曲线及角分布
的形式给出
激发曲线可以从NDT (Nuclear Date)及相关数据库 （见的链接）中查到
三、深度分析
对厚靶有 Eb Ea
E[(d dE x)in(d dE x)out]t
核反应的反应因子
比照RBS的K因子，有何异同？
四、反应条件
对Q>0的核反应
可避免弹性散射的干扰。
2. 入射离子能量选择
高截面的能量可以获得较高的灵敏度，但 还要考虑尽可能减少干扰反应。
非共振反应尽量选择激发曲线的坪区。共 振核反应分析要选择共振能量。
例： 在有C、O存在的情况下测Cu-Ni合金上的 薄S层
选用32S(d, p)33S反应，Q＝6.419MeV，比C和O 的(d, p)反应Q值高很多，避免了C、O的干扰。 Ed=4MeV时，d与Cu、Ni反应的产生质子峰很强， 从而测不到与S反应产生的质子。 Ed=2MeV时，由于Cu、Ni的库仑位垒较高，这时 d与Cu、Ni反应产生的质子很少，与S反应产生的 质子变得容易测量。
一般采用静电加速器或串列加速器，获得 0.5~5MeV的离子束。 探测器：带电粒子——Au-Si面垒
——闪烁NaI(Tl)，Ge(Li) 中子——中子探测器
入 射 粒 子 多 用 p、d、t、3He、 粒 子 等 轻 粒 子 ， 也 有用6Li、7Be、15N和19F做轻元素和氢分析的。
二、粒子鉴别技术
设待测核素浓度分布为n(t)，则第i道计数
Yi N n(t)(,E(t)) [d dE x]1E
E为道宽
若入射粒子能量选择在激发曲线的坪区，即
(,E(t))(,E 0)
则有
Yi n(t)N[ddE x]1E
若选(E)的坪区，能谱形状直接反映杂质的深度分布；
反之，若杂质均匀分布，能谱形状直接反映激发曲线。
K2(MaM M AA )(M M BbMB)
K3
Mb Mb MB
• 给定入射粒子(Ma, Ea)，一定的靶核(MA)和一定的反应道
(MB, Mb和Q)，在方向出射的粒子的能量Eb有特定的值。
• B处于不同激发态， Q有不同的值， Eb能谱中与之相对 应的位置出现峰。
二、核反应截面
对薄靶有 YQ (,E )(N t)
核反应
核反应
<10-14s 出射粒子
瞬发
放射性复合核 可测半衰期
出射粒子 缓发（活化）
同样的入射粒子和靶核，可以有多个反应道
B+b+Q
a+A
B '+ b '+ Q '
B
"
+
b
"
+
Q
"
M
各反应道开通的条件不同，但同一条件下有 可能开通多个反应道。
例如：
7 Li p
p
7
Li
500 keV 1.89 MeV
He α 7 Be n
5.07MeV 5 Li t
§2. 基本原理
一、出射粒子能量
在非相对论情况下，对核反应a+AB+b+Q 有
E b 1 2 ( K 1 E a ) 1 2 c o s [ K 3 Q ( K 2 K 1 s i n 2) E a ] 1 2
K1(Ma M M Aa)M (M bbMB)
实际测量中采用标样法
n(t
)
ns
(t
)( Yi Yis
)
[dE ] dx
[
dE dx
]s
深度分辨
δt δED
[ dE ] dx
影响深度分辨的因素：
a. 反应道：例如对16O(d, p)反应, t~600Å；而 对16O(d, )反应, t~100Å。
b. 分析深度：t→E
c. 入射角和出射角1、2
掠入射可以提高深度分辨
2. 利用共振核反应测定深度分布
在有些核反应 激发曲线上， 会有尖锐的共 振峰存在。将 能量选择在峰 位上就能发生 共振反应。
Γ1 Γ2
共振核反应能量扫描谱
N ( E 0 ) Q n ( t ) G ( E 0 , E i ) F ( E i , E , t ) ( E , E R ,) d E d E i d t
3. 探测几何选择
• 调整可以使反应微分截面最大。 • 调整可以使欲分析的粒子位于能谱中无干扰范围内。
常用后角区以减少散射粒子影响。 • 探测器立体角的大小由灵敏度和深度分辨来折衷考虑。
四、定量分析
1. 从能谱分析元素浓度分布
E [dE ]t dx
[d d E x]co s1(d d E x)inco 1 s2(d d E x)o u t
NRA通常指带电粒子引起的瞬发核反应分析， 也 叫 CPPRA（Charged Particle Prompt Reaction Analysis），而“活化分析”（Neutron Activation Analysis简称NAA 或 Charged Particle Activation Analysis简称PAA）是指缓发核反应分析。
改变探测器偏压来 改变灵敏层厚度
(2)半导体探测器和分析磁铁
E
R mv
qB
(3)望远镜计数器,
也叫E-E探测器
三、实验条件的选择
1. 反应道的选择 选择高Q值，高截面的反应道，干扰反应较少，
Ea
Z1Z2
1
1 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMeV)
Ma 3 MA 3
才能克服库仑位垒
对Q<0的阈反应
Ea
Eth
MAMa MA
Q
高、中Z值的核库仑势垒大，当入射粒子为MeV量级时
不能发生核反应。且如果发生核反应，其相应的Q值也
很大，往往比入射粒子能量高。因此核反应方法适于分
析重基体中的轻元素杂质。
§3.实验装置与技术
一、实验装置
1.本底干扰的来源
a. 待测元素其它反应道 的出射粒子:
B+b+Q
a+A
B '+ b '+ Q '
B
"
+
b
"
+
Q
"
M
c. 与核反应同时产生的光子
A+a B*+b+Q
B+γ
b. 其它核素的反应产物
A B Q
a+
A ' A ''
B B
' "
+
b
+
Q '
Q
"
M M M
d. 脉冲堆积
短时间内若干小噪 声信号脉冲叠加成 一个伪信号脉冲
2. 粒子鉴别
除了要测量粒子能量外，还要再同时测量粒子的另一 个动力学参数（如动量、能损、飞行时间、射程等）
(1) 半导体探测器和吸收片
E
dE
dx
例: (d, p)反应分析TaO5中氧含量
Ed=1.4MeV， =30时，
16O(d, )14N和16O(d, p0)17O两 反应的粒子和p0峰重叠。
： 核反应微分截面，其值以激发曲线及角分布
的形式给出
激发曲线可以从NDT (Nuclear Date)及相关数据库 （见的链接）中查到
三、深度分析
对厚靶有 Eb Ea
E[(d dE x)in(d dE x)out]t
核反应的反应因子
比照RBS的K因子，有何异同？
四、反应条件
对Q>0的核反应
可避免弹性散射的干扰。
2. 入射离子能量选择
高截面的能量可以获得较高的灵敏度，但 还要考虑尽可能减少干扰反应。
非共振反应尽量选择激发曲线的坪区。共 振核反应分析要选择共振能量。
例： 在有C、O存在的情况下测Cu-Ni合金上的 薄S层
选用32S(d, p)33S反应，Q＝6.419MeV，比C和O 的(d, p)反应Q值高很多，避免了C、O的干扰。 Ed=4MeV时，d与Cu、Ni反应的产生质子峰很强， 从而测不到与S反应产生的质子。 Ed=2MeV时，由于Cu、Ni的库仑位垒较高，这时 d与Cu、Ni反应产生的质子很少，与S反应产生的 质子变得容易测量。
一般采用静电加速器或串列加速器，获得 0.5~5MeV的离子束。 探测器：带电粒子——Au-Si面垒
——闪烁NaI(Tl)，Ge(Li) 中子——中子探测器
入 射 粒 子 多 用 p、d、t、3He、 粒 子 等 轻 粒 子 ， 也 有用6Li、7Be、15N和19F做轻元素和氢分析的。
二、粒子鉴别技术
设待测核素浓度分布为n(t)，则第i道计数
Yi N n(t)(,E(t)) [d dE x]1E
E为道宽
若入射粒子能量选择在激发曲线的坪区，即
(,E(t))(,E 0)
则有
Yi n(t)N[ddE x]1E
若选(E)的坪区，能谱形状直接反映杂质的深度分布；
反之，若杂质均匀分布，能谱形状直接反映激发曲线。
K2(MaM M AA )(M M BbMB)
K3
Mb Mb MB
• 给定入射粒子(Ma, Ea)，一定的靶核(MA)和一定的反应道
(MB, Mb和Q)，在方向出射的粒子的能量Eb有特定的值。
• B处于不同激发态， Q有不同的值， Eb能谱中与之相对 应的位置出现峰。
二、核反应截面
对薄靶有 YQ (,E )(N t)
核反应
核反应
<10-14s 出射粒子
瞬发
放射性复合核 可测半衰期
出射粒子 缓发（活化）
同样的入射粒子和靶核，可以有多个反应道
B+b+Q
a+A
B '+ b '+ Q '
B
"
+
b
"
+
Q
"
M
各反应道开通的条件不同，但同一条件下有 可能开通多个反应道。
例如：
7 Li p
p
7
Li
500 keV 1.89 MeV
He α 7 Be n
5.07MeV 5 Li t
§2. 基本原理
一、出射粒子能量
在非相对论情况下，对核反应a+AB+b+Q 有
E b 1 2 ( K 1 E a ) 1 2 c o s [ K 3 Q ( K 2 K 1 s i n 2) E a ] 1 2
K1(Ma M M Aa)M (M bbMB)
实际测量中采用标样法
n(t
)
ns
(t
)( Yi Yis
)
[dE ] dx
[
dE dx
]s
深度分辨
δt δED
[ dE ] dx
影响深度分辨的因素：
a. 反应道：例如对16O(d, p)反应, t~600Å；而 对16O(d, )反应, t~100Å。
b. 分析深度：t→E
c. 入射角和出射角1、2
掠入射可以提高深度分辨
2. 利用共振核反应测定深度分布
在有些核反应 激发曲线上， 会有尖锐的共 振峰存在。将 能量选择在峰 位上就能发生 共振反应。
Γ1 Γ2
共振核反应能量扫描谱
N ( E 0 ) Q n ( t ) G ( E 0 , E i ) F ( E i , E , t ) ( E , E R ,) d E d E i d t
3. 探测几何选择
• 调整可以使反应微分截面最大。 • 调整可以使欲分析的粒子位于能谱中无干扰范围内。
常用后角区以减少散射粒子影响。 • 探测器立体角的大小由灵敏度和深度分辨来折衷考虑。
四、定量分析
1. 从能谱分析元素浓度分布
E [dE ]t dx
[d d E x]co s1(d d E x)inco 1 s2(d d E x)o u t
NRA通常指带电粒子引起的瞬发核反应分析， 也 叫 CPPRA（Charged Particle Prompt Reaction Analysis），而“活化分析”（Neutron Activation Analysis简称NAA 或 Charged Particle Activation Analysis简称PAA）是指缓发核反应分析。