核分析讲义技术2

第二章 带电粒子活化分析
带电粒子活化分析原理
核反应的产生率
2）厚样品分析
• 入射粒子能量单一，待测元素均匀分布，即C(x)为常数， 能量歧离现象忽略，则反应产生率为：
p ( t ) C I ( t ) 0 D * x d C x I ( t ) D *
p(t)CI(t) E 0 EdE
带电粒子活化分析原理
核反应的产生率
1）薄样品分析 在薄样品内，元素的浓度分布可看作为常数
，即C(X)=C0。 则反应产生率为：
p (t)C I(t) D
第二章 带电粒子活化分析
带电粒子活化分析原理
核反应的产生率
C [atoms/cm3]
I ( t ) : 束流强度 S-1 C ( x ) : 单位体积内的原子数cm-3 ( E ) : 截面 cm-2 D : 样品厚度 cm
A [cm2]
D [cm]
I [ s-1]
第二章 带电粒子活化分析
带电粒子活化分析原理
核反应的产生率
2）厚样品分析
D* : 活化有效路径
Eth E=0
E0
D*
D* = R(E0)-R(Eth) Eth : 带电粒子核反应阈能
R(Eth)
R(E0)
R(Eth), R(E0) : 能量分别为Eth 和 E0时的射程
N 1 C I( 1 e ti)e (t1 t0 )1 e (t2 t1 ) D * 0
第二章 带电粒子活化分析
测量方法
含量测定方法可分为绝对测定和相对测 定两种。
1）绝对测量
利用上述公式，并求出或测量出入射粒子的 总数（即束流强度）、探测器的立体角、反 应截面和探测效率等量。因此，绝对测量结 果精度不高，而且计算繁琐。
辐照ti时刻，样品中的放射性核数目：
N (t)1C I(1 e ti) D * i
辐照结束时— t0时刻—样品中的放射性活度： A ( t ) N ( t ) C I ( 1 e t 0 ) D *
0
0
冷却到t1时刻的活度：
A(t1)A(t0)e(t1t0)
探测器测量到的总计数：
第二章 带电粒子活化分析
Charged Particle Activation Analysis 自1938年用氘d束轰击样品用于分析以来 ，带电粒子活化分析有了较大的发展， 从p、d、α、３He等重带电粒子活化发展 到重离子活化。应用也不断推广，已成 为样品表面层轻元素分析的重要工具。 CPAA起始于上世纪五十年代后期，已发 展成为一种较为成熟的材料分析手段。
靶原子核、发射粒剩子余和核 反应前后总电荷值和能量守恒，反应规律遵
从微观量子力学的运动规律，一般情况下发 射粒子为γ光子、中子、质子和α粒子。
第二章 带电粒子活化分析
带电粒子活化分析原理
Baidu Nhomakorabea核反应的产生率
定义： 单位时间入射粒子在靶中引起的核反 应数，用P(t)表示。
产生率的一般表达式：
• a) 加速器束流的品质有一定的能量分布g(E0, Ei)，代表具有 能量在Ei到Ei+dEi之间的粒子数占总数的份额，也就是粒 子具有能量为Ei的几率。
精品
核分析技术2
第二章 带电粒子活化分析
Charged Particle Activation Analysis 核活化分析除了中子活化分析外，还有 带电粒子活化分析和光子活化分析。 这些活化分析技术的辐照条件各不相同 ，但测量方法大体相同。分析元素的范 围和灵敏度，以及分析的样品厚度也有 差异。
第二章 带电粒子活化分析
概述
具有一定能量的带电粒子与原子核发生 核反应时，如果反应的剩余核是放射性 核素，则测量这放射性核素的半衰期和 活度，就可以确定样品中被分析元素的 种类和含量。
带电粒子活化分析也包括三个主要步骤 ：辐照、冷却和测量。
第二章 带电粒子活化分析
概述
在冷却阶段可进行必要的放射性化学分 离和样品表面沾污层腐蚀处理工作。
• b) 粒子穿透一定的深度后会产生一定的能量歧离f(Ei, E, x) ，表示能量为Ei的粒子在进入深度为x处时，由于能损，使 其能量变为E到E+dE之间的几率。
P ( t ) I ( t ) 0 0 0 C ( x ) g ( E 0 ,E i ) f( E i ,E ,x )( E ) d i d E xd
第二章 带电粒子活化分析
带电粒子活化分析原理
核反应的产生率
1）薄样品分析 设样品厚度为△x，若能量为E0的带电粒子
穿透△ x时能量损失△ E很小，则我们称这 种样品为薄样品。在薄样品中反应截面σ几 乎不变，可视为常数。 可用能量E0和 E0—△ E间隔内的平均截面作 为活化截面。
第二章 带电粒子活化分析
第二章 带电粒子活化分析
带电粒子活化分析原理
核反应的产生率
定义： 单位时间入射粒子在靶中引起的核反 应数，用P(t)表示。
所以，深度x处，待测元素含量为C(x)的反应 产生率为：
P ( t ) I ( t ) 0 0 0 C ( x ) g ( E 0 ,E i ) f( E i ,E ,x )( E ) d i d E xd
由测得的放射性活度按一定的标准化方 法计算出元素浓度。
第二章 带电粒子活化分析
概述
由于带电粒子在靶物质中运动时经受能 量损失，在靶中不同深度处粒子能量不 同，因而反应截面不同，反应产额随之 而改变。所以，在推导带电粒子活化分 析公式时，要区分薄样品和厚样品。
σt为总的截面，σa为某一特定反应道的截面；Eth为某一能量，叫反应阈能
E thd/E dx
理论计算与实验结果表明，对不同的靶材料Z2=4~57, 平均截面 变化仅为3%，可认为与靶材料性质无关。
第二章 带电粒子活化分析
基本原理公式
束流强度恒定，即放射性核的产生率不 变，则与中子活化分析原理类似有：
dN PN
dt
N P(1et )
第二章 带电粒子活化分析
辐照样品的放射性核数目
第二章 带电粒子活化分析
带电粒子活化分析原理
入射粒子和靶发生核反应的条件
入射粒子和靶和发生核反应的条件是两者的 相对动能必须满足：
E1.44Z1Z2 (Me)V r
r相互作用半径， 费单 米位 f（ m） 为
第二章 带电粒子活化分析
带电粒子活化分析原理
带电粒子引起的核反应表达式
x X x'X'Q 其中：x、X、x、 ' X'分别代表入射粒子、