第2章中子活化分析

1、第2章 中子活化分析（NAA）賈文寶賈文寶12 第2章 中子活化分析（NAA）第一節(jié)第一節(jié) 中子活化分析原理中子活化分析原理第二節(jié)第二節(jié) 快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)第三節(jié)第三節(jié) 利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析第四節(jié)第四節(jié) 瞬發(fā)伽瑪中子活化分析瞬發(fā)伽瑪中子活化分析3 1936年匈牙利化學(xué)家赫維西和H.萊維用鐳-鈹中子源 (中子產(chǎn)額約 310中子/秒)輻照氧化釔試樣，通過Dy（n,）Dy反應(yīng)（活化反應(yīng)截面為2700靶（恩）, 生成核Dy的半衰期為2.35小時(shí)）測(cè)定了其中的鏑，定量分析結(jié)果為10克/克，完成了歷史上首次中子活化分析。隨著NaI探測(cè)器（1948）和反

2、應(yīng)堆（1951）的發(fā)展，中子活化分析的元素?cái)?shù)量、靈敏度都有了很大的提高。1960年代，當(dāng)?shù)谝慌_(tái)高分辨率Ge伽瑪譜儀與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的中子活化分析問世以后，中子活化分析更以其高靈敏度、高準(zhǔn)確度、非破壞性、無試劑空白污染和多元素同時(shí)分析等優(yōu)點(diǎn)成為元素分析領(lǐng)域的明星。廣泛地應(yīng)用于地球化學(xué)、宇宙科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、考古學(xué)、生命醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)和法醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。簡(jiǎn)史簡(jiǎn)史4 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理中子活化分析（中子活化分析（Neutron Activation Analysis ,NAANeutron Activation Analysis ,NAA）,活化分析中最重要的一種方法，用反應(yīng)堆、加

3、速器或同位素中子源產(chǎn)生的中子作為轟擊粒子的活化分析方法，是確定物質(zhì)元素成份的定性和定量的分析方法。它具有很高的靈敏度和準(zhǔn)確性，對(duì)元素周期表中大多數(shù)元素的分析靈敏度可達(dá)10-610-13g/g，因此在環(huán)境、生物、地學(xué)、材料、考古、法學(xué)等微量元素分析工作中得到廣泛應(yīng)用。由于準(zhǔn)確度高和精密度好，故常被用作仲裁分析方法。5 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理 活化分析大體分為5個(gè)步驟：l 試樣和標(biāo)準(zhǔn)的制備試樣和標(biāo)準(zhǔn)的制備l 活化（照射）活化（照射）l 放射化學(xué)分離（冷卻）放射化學(xué)分離（冷卻）l 核輻射測(cè)量核輻射測(cè)量l 數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理。 本法的特點(diǎn)在于靈敏度極高，可進(jìn)行ppt級(jí)以下的超痕量

4、分析；準(zhǔn)確度和精密度也很高；可測(cè)定元素范圍廣，對(duì)原子序數(shù)1-83之間的所有元素都能測(cè)定，并具有多成分同時(shí)測(cè)定的功能，在同一試樣中，可同時(shí)測(cè)定30-40種元素。因而適用于環(huán)境固體試樣中的多元素同時(shí)分析，如大氣顆粒物、工業(yè)粉塵、固體廢棄物等中的金屬元素測(cè)量。由于儀器價(jià)格昂貴，分析周期較長(zhǎng)，操作技術(shù)比較復(fù)雜，目前，在我國尚少配置。它是大氣顆粒物的多元素同時(shí)分析方法中靈敏度較高的一種，在國外環(huán)境監(jiān)測(cè)中廣為應(yīng)用?；罨治霾襟E活化分析步驟6 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理特點(diǎn)特點(diǎn)NAA法特別適合考古學(xué)中的元素分析。它與其他元素分析法相比較，有有許多優(yōu)點(diǎn)許多優(yōu)點(diǎn)：l 其一，靈敏度高，準(zhǔn)確度、精

5、確度高。NAA法對(duì)周期表中80%以上的元素的靈敏度都很高，一般可達(dá)10-6-10-12g，其精度一般在5%。l 其二，多元素分析，它可對(duì)一個(gè)樣品同時(shí)給出幾十種元素的含量，尤其是微量元素和痕量元素，能同時(shí)提供樣品內(nèi)部 和表層的信息，突破了許多技術(shù)限于表面分析的缺點(diǎn)。l 第三，樣量少，屬于非破壞性分析，不易沾污和不受試劑空白的影響。還有儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，分析速度快。它適合同類文物標(biāo)本的快速批量自動(dòng)分析，其缺點(diǎn)是檢測(cè)不到不能被中子活化的元素及含量，半衰期短的元素也無法測(cè)量。此外，探測(cè)儀器也較昂貴。7 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理中子活化分析亦存在一些缺點(diǎn)如下：l 一般情況下，只

6、能給出元素的含量，不能測(cè)定元素的化學(xué)形態(tài)及其結(jié)構(gòu)。一般情況下，只能給出元素的含量，不能測(cè)定元素的化學(xué)形態(tài)及其結(jié)構(gòu)。l 靈敏度因元素而異，且變化很大。例如，中子活化分析對(duì)鉛的靈敏度很差而對(duì)錳、金等元素的靈敏度很高，可相差達(dá)10個(gè)數(shù)量級(jí)。l 由于核衰變及其計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)性，致使中子活化分析法存在的獨(dú)特的分析誤差。誤差的減少與樣品量的增加不成線性關(guān)系。 特點(diǎn)特點(diǎn)8 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理 中子是電中性的，所以當(dāng)用中子輻照試樣時(shí)，中子與靶核之間不存在庫侖斥力，一般通過核力與核發(fā)生相互作用。 核力是一種短程力，作用距離為E-13厘米，表現(xiàn)為極強(qiáng)的吸引力。中子接近靶核至E-13厘米時(shí)，由

7、于核力作用，被靶核俘獲，形成復(fù)合核。 復(fù)合核一般處于激發(fā)態(tài)（用*表示）,壽命為E-12E-16秒，它通過多種方式退激發(fā)，可用下式表示： 原理原理（出射粒子）（生成核）】【（靶核）中子）bBnAA(*n9 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理中子與靶核碰撞時(shí)，有三種作用方式：彈性散射，靶核與中子的動(dòng)能之和在散射作用前后不變，這種作用方式無法應(yīng)用于活化分析；非彈性散射，若靶核與中子的動(dòng)能之和在作用前后不等，則該能量差導(dǎo)致復(fù)合核的激發(fā)，引起非彈性散射，此時(shí)生成核為靶核的同質(zhì)異能素，一些同質(zhì)異能素的特征輻射可通過探測(cè)器測(cè)定，這種作用方式可用于活化分析；核反應(yīng)，若靶核俘獲中子形成復(fù)合核后放出光子

8、，則被稱為中子俘獲反應(yīng)，即(n,)反應(yīng)，這就是中子活化分析利用的主要反應(yīng).此外(n,2n)、(n,p)、(n,a)和 (n,f)等反應(yīng)也可用于中子活化分析。 原理原理10 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理中子輻照試樣所產(chǎn)生的放射性活度取決于下列因素：試樣中該元素含量的多少，嚴(yán)格地講，是產(chǎn)生核反應(yīng)元素的某一同位素含量的多少；輻照中子的注量；待測(cè)元素或其某一同位素對(duì)中子的活化截面；輻照時(shí)間等。原理原理11 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理原理原理12 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理原理原理13 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理1.1活化分析公式推導(dǎo)

9、活化分析公式推導(dǎo)照射時(shí)間等于?個(gè)半衰期時(shí)，活度為最大值的99.2%。14 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理輻照時(shí)放射性核素的產(chǎn)額輻照時(shí)放射性核素的產(chǎn)額tNP其中 為中子與該原子核發(fā)生核反應(yīng)的幾率或截面。又稱活化截面； Nt為總的靶核數(shù)； 為入射中子束的通量密度。輻照時(shí)間為t0（11.1） 假設(shè)一定通量密度的單能中子束，照射到被測(cè)靶樣品上15 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理 )1 (1)(tteNtN （11.4） 與此同時(shí)，已生成的放射性核素發(fā)生衰變，衰變率為：（11.2）輻照某一時(shí)刻的放射性核數(shù)目的變化率為)(tNNdtdNt)(tNA （11.3） 解方程，利用初

10、始條件，即可得：16 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理SNNtAt)(0 （11.6）SNePeNtNtttt1)1 (1)1 (1)(000 （11.5） A（t0）為活度17 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理 在冷卻時(shí)間內(nèi)，放射性核素衰變，冷卻到時(shí)刻t1未發(fā)生衰變的放射性核素為： )(0101)()(ttetNtN)(0101)()(ttetAtA)(01tteD（11.7）活度為：（11.8）其中稱為衰變因子。18 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理在測(cè)量時(shí)間間隔t2-t1內(nèi),樣品放射性核衰變總數(shù)為：21)(tttdttAA（11.9）對(duì)中子活化生成的放

11、射性核素，可用探測(cè)器測(cè)量他所放出的射線的能量和強(qiáng)度。假定衰變時(shí)只有一種衰變方式，而且只放出一種能量的射線；并假定探測(cè)系統(tǒng)的總絕對(duì)效率為：4t（11.10）：探測(cè)器對(duì)一定能量的射線的本證效率19 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理1 )1 ()()(012010ttttttteeeNN稱放射性收集因子 （11.11） 1 )()(1201ttttee)(00)1 ()()(tttttteeNtAtn因此，停止輻照后某一時(shí)刻記錄到的伽馬射線的強(qiáng)度為（11.12） 20 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理0(cANSD活度）SDNeeeNeeeNNtttttttttttttttt

12、)1 (1 )1 ()()()()(0020101201021 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理afeeeNNttttttt111 )1 ()()(012010（11.13） afeeNtAtntttttt11)1 ()()()(00（11.14） 考慮內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)以及放射性核素發(fā)出某一能量的射線的分支比。放射性核素發(fā)出某一能量的射線的分支比。其中：為內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)aa11f為發(fā)射射線的幾率22 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理 （11.15）aSDfMWNtntA11)(（11.16） afeeeMWNNttttttA111 )1 ()()(012010如用樣品重量百分比W

13、來示元素含量，則其中：:為同位素豐度 M:被測(cè)元素的原子量 ：探測(cè)器探測(cè)效率t23 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理 如果如果 等參數(shù)精確已知，便得到樣品中靶核的含量，這就是絕對(duì)活等參數(shù)精確已知，便得到樣品中靶核的含量，這就是絕對(duì)活化分析。而實(shí)際的化分析。而實(shí)際的NAANAA常采用相對(duì)法，即把已知參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測(cè)樣品在相同條件下常采用相對(duì)法，即把已知參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測(cè)樣品在相同條件下同時(shí)照射，在相同條件下，進(jìn)行活性測(cè)量，則得到：同時(shí)照射，在相同條件下，進(jìn)行活性測(cè)量，則得到： M Ms s 、分別為標(biāo)準(zhǔn)樣品中的待測(cè)元素的含量和計(jì)數(shù)率，分別為標(biāo)準(zhǔn)樣品中的待測(cè)元素的含量和計(jì)數(shù)率，、

14、分別為待測(cè)樣品中分別為待測(cè)樣品中該元素的含量和計(jì)數(shù)率。該元素的含量和計(jì)數(shù)率。 sxxsMMnn、aftt24 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理1.2 1.2 中子能量、通量和反應(yīng)截面中子能量、通量和反應(yīng)截面在推導(dǎo)式（11.1）時(shí)，認(rèn)為入射到樣品上的中子通量密度和核反應(yīng)截面都是單能中子的通量密度和截面值。當(dāng)輻照源 的中子能量不是單能時(shí)，必須考慮中子通量密度分布和中子活化截面隨能量的變化，這時(shí)放射性核的產(chǎn)生率為 （11.17） 式中 是單位能量間隔內(nèi)的中子通量密度。對(duì)于中子閾能反應(yīng)，能量小于 時(shí) ，式（11.17）可改寫為 （11.18）所以，在活化分析的定量計(jì)算中，應(yīng)該根據(jù)具體的輻照

15、中子源條件，對(duì)不同的中子能區(qū)采用相應(yīng)能量下的中子通量密度和截面值。tNP（1.1） 25 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理1.2.1 反應(yīng)堆中子的能量、通量和反應(yīng)截面反應(yīng)堆中子的能量、通量和反應(yīng)截面對(duì)于反應(yīng)堆中子源，在理想的慢化條件（反應(yīng)堆中慢化區(qū)無限大，慢化劑不吸收中子，慢化材料的原子是自由粒子）下的中子能譜分為熱區(qū)、中能區(qū)、快區(qū)。圖11.2給出了典型的裂變反應(yīng)堆中子通量密度隨能量的分布。圖11.2 典型的裂變反應(yīng)堆中子通量密度隨能量的分布26 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理1）熱區(qū)）熱區(qū)熱區(qū)中子的速度是慢化劑處于熱平衡時(shí)的速度，其分布為麥克斯韋分布。在20時(shí)的最可

16、幾速度 為2200m/s，相應(yīng)的中子能量為0.025eV，這種中子稱為熱中子。圖11.2中ECd =0.55eV為鎘截止能量。由于Cd對(duì)熱中子的吸收截面很大，能量小于ECd 的反應(yīng)堆中子通過Cd片時(shí)吸收，只有能量較高的中子才能穿過。能量小于ECd的中子稱為鎘下中子，對(duì)于 的稱為鎘上中子。熱中子的密度為00( )nnd（11.19）式中 n( ) 為單位速度間隔內(nèi)的中子密度。27 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理熱區(qū)中子與原子核作用的總截面遵循1/ 定律，速度為 的中子的活化截面 可以寫成 （11.20）根據(jù)式（11.17），由式（11.19）和（11.20）得到熱區(qū)中子活化時(shí)每一個(gè)

17、樣品原子的放射性產(chǎn)生率為 （11.21）式中 為熱中子通量密度。1）熱區(qū)）熱區(qū)00( )=/ 28 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理2）中能區(qū)中能區(qū)在反應(yīng)堆中，超熱中子或鎘上中子為中能區(qū)中子。在理想的慢化介質(zhì)情況下的超熱在反應(yīng)堆中，超熱中子或鎘上中子為中能區(qū)中子。在理想的慢化介質(zhì)情況下的超熱中子能量分布為中子能量分布為1/ E分布，即分布，即1( )EE (11.22)式中 是單位對(duì)數(shù)能量間隔內(nèi)的熱中子通量密度。中能中子與原子核作用的總截面存在許多共振峰，故中能區(qū)也稱共振區(qū)。共振區(qū)的截面 包含兩個(gè)部分：布賴特-維格納共振截面 和 截面曲線 的尾部，即1/( )=( )( )R (1

18、1.23)29 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理我們把熱區(qū)和中能區(qū)統(tǒng)稱為慢區(qū)我們把熱區(qū)和中能區(qū)統(tǒng)稱為慢區(qū)。用慢區(qū)中子做活化分析時(shí)，每個(gè)樣品原子通過（n,）反應(yīng)生成為放射性核的產(chǎn)生率為 (11.24)式中積分上限 Cd為對(duì)應(yīng)于 Ecd時(shí)的中子速度，第一個(gè)積分項(xiàng)是鎘下中子對(duì)活化的貢獻(xiàn)，第二項(xiàng)是鎘上中子的貢獻(xiàn)。根據(jù)式（11.21），式（11.24）中的第一個(gè)積分項(xiàng)也可以寫成類似的形式：2）中能區(qū)中能區(qū)(11.25)30 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理2）中能區(qū)中能區(qū)利用式（11.22）和（11.23），可把式（11.24）的第二項(xiàng)寫成(11.26)(11.27)31 第一節(jié)

19、第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理2）中能區(qū)中能區(qū)利用式（11.25）和（11.26），式（11.24）可以寫成（11.28） (11.29)32 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理3）快區(qū)快區(qū)反應(yīng)堆中快區(qū)中子的能譜為裂變譜。該能區(qū)的中子通量密度弱，只占總通量密度的百分之幾。輻照時(shí)，快區(qū)中子通過（n,p）、（n,）、（n,2n）、（n,n）、（n,）反應(yīng)活化樣品?？熘凶拥?n,)反應(yīng)截面很下,（n,p）、（n,）等反應(yīng)是閾能反應(yīng)，反應(yīng)截面比熱中子活化截面小得多，所以反應(yīng)堆中快中子對(duì)活化的貢獻(xiàn)較小。用快中子做活化分析時(shí)，每個(gè)樣品原子通過核反應(yīng)生成放射性核的產(chǎn)生率為(11.30)33

20、 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理1.2.2加速器加速器中子的能量、通量和反應(yīng)截面中子的能量、通量和反應(yīng)截面加速器上帶電粒子核反應(yīng)產(chǎn)生的中子是快中子，在一定的中子發(fā)射方向可以獲得單能的快中子，中子的通量密度比反應(yīng)堆中熱中子通量密度弱的多。加速器中子的活化分析中（d，T）加速器和（d，D）加速器分別以14MeV和2.5MeV快中子的活化分析最為重要。輻照時(shí)，樣品原子的放射性產(chǎn)生率就用式（11.1）表示。17.59dTnMeVl （d，D）反應(yīng)）反應(yīng)l （d，T）反應(yīng)）反應(yīng)33.274.03 nHeM eVpTMdeVD34 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理1.3 中子活化

21、分析中的標(biāo)準(zhǔn)化方法中子活化分析中的標(biāo)準(zhǔn)化方法l相對(duì)測(cè)量法相對(duì)測(cè)量法l絕對(duì)測(cè)量法絕對(duì)測(cè)量法l單標(biāo)準(zhǔn)法單標(biāo)準(zhǔn)法做中子活化分析時(shí)，為求得樣品中元素的濃度，需確定測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化方法，即采用絕對(duì)測(cè)量法還是相對(duì)測(cè)量法。絕對(duì)測(cè)量法要求活化時(shí)的中子通量分布、截面、探測(cè)效率、放射性核的有關(guān)核參數(shù)等都為已知，然后再按公式計(jì)算元素濃度。相對(duì)測(cè)量法是將待分析樣品與已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品作比較測(cè)量，從而求得元素濃度35 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理1.3.1 相對(duì)測(cè)量法相對(duì)測(cè)量法將待分析樣品與相同材料但含量已知的標(biāo)準(zhǔn)樣品在相同的中子能量和通量條件下輻照，并在相同的測(cè)量條件下測(cè)量它們的放射性，比較它們的放射性活

22、度就可以求得待分析樣品中的元素含量。根據(jù)公式（11.16），可以分別寫出對(duì)應(yīng)于待分析樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品中子活化分析的表達(dá)式為afDSNMWnxxtAxx11afDSNMWnSStASS11 (11.32) (11.33)36 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理sxSxSDnSDnWW)/()(sxSxNNWW sxsxnnWW(11.34)(11.35)1.3.1 相對(duì)測(cè)量法相對(duì)測(cè)量法SNiXNiSNixNinnnnWWWW相對(duì)測(cè)量法的準(zhǔn)確度，取決于標(biāo)準(zhǔn)樣品的準(zhǔn)確度 (11.36) SNittXNittSNixNiSDnSDnSDnSDnWWWW37 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化

23、分析原理1.3.2 絕對(duì)測(cè)量法絕對(duì)測(cè)量法*DSMNWntASDMWNntA（11.38） （11.37） 絕對(duì)活化分析要求知道中子通量密度絕對(duì)值和探測(cè)器絕對(duì)效率以及有關(guān)核參數(shù)的精確數(shù)值，才能計(jì)算出元素含量。中子通量密度可以通過中子通量監(jiān)測(cè)樣品的活化分析確定。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將通量監(jiān)測(cè)器樣品與待測(cè)樣品一起輻照。常用的有：Cu、Au、Zn、Fe以及Ni。式中：*為監(jiān)測(cè)樣品；af1138 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理tttMMSDnDnSWSDMnDSMnWW*對(duì)慢區(qū)中子活化分析（將熱區(qū)和中能中子能區(qū)稱為慢區(qū)中子），參見書中第9頁（1.29）式和（1.39）式tttQfQfMMSDnDnSW

24、SDMnDSMnWW*0*00*0*kSDnDnSW1* = （11.40） （11.39） 0*0*0MMk 0*01QfQfkttk*2式中：ethf為鎘下熱中子通量密度與超熱中子通量密度之比thIQ00為共振積分截面與熱中子截面之比k0與核參數(shù)有關(guān)，k1與中子能譜有關(guān)，k2與探測(cè)器有關(guān)。當(dāng)k確定時(shí)便可得到W210kkkk 1.3.2 絕對(duì)測(cè)量法絕對(duì)測(cè)量法39 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理1.3.3 單標(biāo)準(zhǔn)法單標(biāo)準(zhǔn)法事先選擇某一種元素作為標(biāo)準(zhǔn)參考元素（或稱比較器），將已知重量的參考元素樣品與已知重量的某一其他元素樣品一起輻照，并在確定的幾何條件下測(cè)定計(jì)數(shù)，從而求得這一元素相

25、對(duì)于比較器元素的相對(duì)的ki。與此類推，建立一套各種元素的k值數(shù)據(jù)庫。注意條件。常用的比較器Au，Co，Cl40 第一節(jié)第一節(jié)中子活化分析原理中子活化分析原理在單標(biāo)準(zhǔn)法基礎(chǔ)上有發(fā)展k0因子法。把k中不受輻照條件和測(cè)量條件影響，而只與核參數(shù)有關(guān)的k0作為常量。實(shí)驗(yàn)上事先建好一套各種元素相對(duì)于單比較器的k0i值作為參考標(biāo)準(zhǔn)，而把與中子能譜和探測(cè)器因素有關(guān)的k1和k2值在分析樣品時(shí)確定。ttQfQfkSDnDnSWW*0*00*1（11.41）1.3.3 單標(biāo)準(zhǔn)法單標(biāo)準(zhǔn)法41 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.1 常用的中子核反應(yīng)常用的中子核反應(yīng) 按中子能量范圍的不同，中子活

26、化分析可區(qū)分為慢中子活化分析和快中子活化分析。慢中子活化分析是通過(n，)俘獲反應(yīng)生成放射性核素。大多數(shù)核的慢化中子活化截面很大，故分析靈敏度高?？熘凶踊罨峭ㄟ^(n，p)、(n，)、(n，2n)和(n，n )閾能反應(yīng)生成放射性核素?？熘凶拥幕罨孛姹嚷凶拥幕罨孛嫘。珜?duì)輕元素分析具有較高靈敏度。快、慢中子活化分析技術(shù)包括輻照源的選擇、樣品的制備和處理、干擾反應(yīng)影響的考慮、放射性測(cè)量和數(shù)據(jù)處理等實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)。42 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.2 中子活化分析設(shè)備中子活化分析設(shè)備 中子源； 樣品傳輸系統(tǒng)； 傳感器（一般采用伽瑪探測(cè)器）； 數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)（多道譜

27、儀）； 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。43 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.2 中子活化分析設(shè)備中子活化分析設(shè)備中子源中子源中子源主要有反應(yīng)堆中子源，加速器中子源和同位素中子源。l反應(yīng)堆中子源主要做熱中子活化分析，其特點(diǎn)是通量密度高，其分析靈敏度非常高，主要做高靈敏度痕量分析。l加速器中子源 靜電加速器、回旋加速器、高壓倍加器以及電子加速器均能產(chǎn)生中子。產(chǎn)生中子的核反應(yīng)有（d,n）、(p,n)、(,n)、(,n)。其中T（d,n）He反應(yīng)產(chǎn)生的14MeV單能中子（可看作各向同性）廣泛應(yīng)用于快中子活化分析。通過慢化，加速器中子源均可用于熱中子活化分析 l同位素中子源是由放射性同位素放

28、出的粒子或射線與輕核（Be核）發(fā)生核反應(yīng)產(chǎn)生中子。44 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)放射性同位素源放射性同位素源中子源名稱半衰期(MeV)源強(qiáng)(n/sCi)(MeV)距源1米處每106n/s時(shí)照射量率(mR/h)226Ra-Be1602年4.781.51073.9060238Pu-Be86.4年5.482.851065.00.5239Pu-Be2.44104年5.142.221060.7241241Am-BeAm-Be432432年年03.2010106 65.05.01.01.0252252CfCf2.652.65年年2.342.341010

29、1212n/n/s sg g2.1582.1580.160.1610105 5sv/sv/ggh h利用放射性核素衰變時(shí)放出的射線，去轟擊某些輕靶核發(fā)生核反應(yīng)，從而放出中子的裝置?；蛘咦园l(fā)裂變產(chǎn)生中子 45 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.2 中子活化分析設(shè)備中子活化分析設(shè)備放射性反應(yīng)芯發(fā)射體靶物質(zhì)不銹鋼典型 Be(,n) 源的雙層殼結(jié)構(gòu)雙層鋼殼防泄漏常用的常用的 a-Be a-Be 源結(jié)構(gòu)源結(jié)構(gòu)46 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.2 中子活化分析設(shè)備中子活化分析設(shè)備核反應(yīng)Q值/MeV入射粒子能量/MeV競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)域能/MeVD(

30、d,n)3He3.2700.14.5D(d,np)D4.45T(d,n)4He17.5900.13.8T(d,np)T3.717Li(p,n)3Be1.6441.922.47Li(p,n)7Be*2.38T(p,n)3He0.7631.158.4T(p,np)D8.34表1-2 用在加速器上產(chǎn)生單能中子的核反應(yīng)47 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)20L4S反應(yīng)堆中子源是利用重核裂變，在反應(yīng)堆內(nèi)形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，不斷地產(chǎn)生大量的中子反應(yīng)堆中子源的特點(diǎn)是中子注量率大，能譜形狀比較復(fù)雜；中子注量率：?jiǎn)挝粫r(shí)間進(jìn)入某一截面的單位面積的中子數(shù)；由活性區(qū)通過試驗(yàn)孔道引出堆外的中子束的注

31、量率為：0為反應(yīng)區(qū)活性區(qū)的中子注量率，一般為10121014s-1cm-2,少數(shù)可達(dá)1015s-1cm-2以上中子源堆中子源堆2.2 中子活化分析設(shè)備中子活化分析設(shè)備反應(yīng)堆中子源反應(yīng)堆中子源48 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.2 中子活化分析設(shè)備中子活化分析設(shè)備kTEeEC)E(N0.010.010.11101002020808060601004040中子能量中子能量/eV相對(duì)強(qiáng)度相對(duì)強(qiáng)度熱中子堆內(nèi)的中子能譜熱中子堆內(nèi)的中子能譜反應(yīng)堆內(nèi)的中子能譜不是裂變中子能譜，特別是熱中子反應(yīng)堆，低能部分可以用麥克斯韋分布去擬和T400K1/E譜譜高能部分大體服從1/E率，利用

32、晶體單色器、過濾器和機(jī)械轉(zhuǎn)子等，可從反應(yīng)堆中得到單能中子反應(yīng)堆中子源反應(yīng)堆中子源49 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.2 中子活化分析設(shè)備中子活化分析設(shè)備 樣品裝在特殊的容器內(nèi)，通過氣動(dòng)傳送裝置將它們迅速準(zhǔn)確地送到輻照位置，輻照完后再由這傳送裝置將樣品快速送到測(cè)量部位。這樣避免了高輻照劑量對(duì)人體的危害，同時(shí)能滿足做短壽命核素活化分析的需要。由于樣品包裝容器在輻照時(shí)同時(shí)也可能產(chǎn)生放射性，并且長(zhǎng)期輻照后，材料會(huì)因輻照而損傷，所以應(yīng)選擇純度高、活化截面小和耐輻照材料，如二氧化硅。聚乙烯等做包裝材料和跑兔。為避免在反應(yīng)堆中輻照時(shí)由于吸收射線和其他輻照產(chǎn)生的熱量，傳送管道是需

33、要冷卻的，樣品等也應(yīng)盡量保持良好的熱傳導(dǎo)。樣品傳輸系統(tǒng)樣品傳輸系統(tǒng)50 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.2 中子活化分析設(shè)備中子活化分析設(shè)備射線探測(cè)器射線探測(cè)器 活化后放射性核素發(fā)射的伽瑪能量和強(qiáng)度，用伽瑪探測(cè)器來測(cè)量。常見的伽瑪探測(cè)器有： 碘化鈉探測(cè)器（NaI（Tl） 高純鍺探測(cè)器（HPGe） 鍺鋰探測(cè)器（Ge（Li） 鍺酸鉍探測(cè)器（BGO） 溴化鑭探測(cè)器（BrilLanceTM） 其中，鍺鋰探測(cè)器和高純鍺探測(cè)器的能量分辨率最好，可達(dá)2keV內(nèi)，溴化鑭探測(cè)器次之，碘化鈉探測(cè)器再次之，最差的是BGO探測(cè)器。在離線痕量分析中，一般采用鍺鋰探測(cè)器和高純鍺探測(cè)器。51 第

34、二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.2 中子活化分析設(shè)備中子活化分析設(shè)備射線探測(cè)器射線探測(cè)器 52 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.2 中子活化分析設(shè)備中子活化分析設(shè)備射線探測(cè)器射線探測(cè)器 53 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.3 樣品制備樣品制備 固體樣品的制備十分簡(jiǎn)單，切割成合適大小的薄片即可。粉末樣品可以密封在一個(gè)容器內(nèi)，或者壓成薄片，用純Al箔或清潔的濾紙包裝。作標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)，粉末應(yīng)充分混合均勻。液體和氣體樣品可密封在石英安瓿或聚乙烯容器內(nèi)。生物樣品可通過冷凍干燥、粉碎后壓成片狀，采樣時(shí)可使用石英刀或Ti刀以減

35、少沾污。氣溶膠樣品可采集在多孔濾膜上，然后包裝壓成薄片。包裝用的Al箔和濾紙可單獨(dú)壓成樣品進(jìn)行輻照，以便以后樣品分析的數(shù)據(jù)處理時(shí)扣除包裝材料的本底元素濃度。 有些元素分析需對(duì)樣品進(jìn)行濃縮后再做成合適的樣品，例如灰化處理是一種常用的方法。樣品制備過程中須嚴(yán)格防止沾污，以及由揮發(fā)或容器壁吸附引起的損失。對(duì)輻照后的樣品進(jìn)行必要的化學(xué)分離時(shí)應(yīng)確保元素的回收率恒定。樣品輻照后進(jìn)行處理過程中來自溶劑、容器的元素污染（一般不是放射性污染）不會(huì)干擾樣品中已形成的放射性核素的測(cè)量，所以活化分析法的相對(duì)抗污染性強(qiáng)。54 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.4 干擾反應(yīng)干擾反應(yīng) 中子活化分析

36、中的干擾，泛指不同元素通過不同核反應(yīng)形成了同一中被用來做鑒定的放射性核素；或者，生成的不同放射性核素的半衰期相近及發(fā)射的射線能量差小于探測(cè)器能量分辨率；某種放射性核素衰變后的子核與待鑒定的核素相同；測(cè)量射線能量時(shí)的其他本底干擾等。來自于核反應(yīng)的干擾包括初級(jí)反應(yīng)和次級(jí)反應(yīng)。l 初級(jí)干擾反應(yīng)初級(jí)干擾反應(yīng)l 次級(jí)干擾反應(yīng)次級(jí)干擾反應(yīng)l 其他干擾其他干擾55 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.4 干擾反應(yīng)干擾反應(yīng)2.4.1、初級(jí)干擾反應(yīng)、初級(jí)干擾反應(yīng)不同核素通過不同的核反應(yīng)道生成同一種放射性核素，稱初級(jí)干擾反應(yīng)。初級(jí)干擾反應(yīng)的嚴(yán)重程度取決于樣品中干擾元素的相對(duì)含量、中子通量分

37、布和活化截面。易裂變反應(yīng)也可能干擾待分析核素，尤其是對(duì)稀土元素的測(cè)量。減少初級(jí)干擾反應(yīng)采取的措施：化學(xué)分離，通過化學(xué)分離的辦法將干擾元素分離；選擇合適的中子能量區(qū)，根據(jù)閾能，減小干擾核反應(yīng)的產(chǎn)額；56 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.4 干擾反應(yīng)干擾反應(yīng)2.4.2、次級(jí)干擾反應(yīng)、次級(jí)干擾反應(yīng)中子與樣品中的其他核素發(fā)生(n,)、（n,p）、（n,）核反應(yīng)產(chǎn)生的射線，質(zhì)子和粒子與某些原子核發(fā)生核反應(yīng)，生成了待鑒定的放射性核素，稱為次級(jí)干擾核反應(yīng)。次級(jí)干擾核反應(yīng)的產(chǎn)額一般都很低的，在慢中子活化分析中可以不予考慮，在快中子活化分析時(shí)，有時(shí)會(huì)帶來一些影響。57 第二節(jié)第二節(jié)快

38、、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.4 干擾反應(yīng)干擾反應(yīng)2.4.3、其他干擾、其他干擾 除上述的干擾反應(yīng)外，還有樣品中含量多的元素和基體元素的活化產(chǎn)物，通過-、+及電子俘獲衰變成待測(cè)元素的穩(wěn)定同位素，然后在被活化成待鑒定的放射性核素。這種干擾往往發(fā)生在干擾元素的豐度高、原子序數(shù)為Z，而待分析的痕量元素的原子序數(shù)為Z+1的那些核素的熱中子活化分析中。 此外，還有樣品中天然放射性的高能伽馬射線的影響以及包裝材料結(jié)構(gòu)材料以及周圍材料可能引起的干擾反應(yīng)。58 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.5放射性活度測(cè)量和核素鑒別放射性活度測(cè)量和核素鑒別輻照生成的放射性核素的活

39、度或者強(qiáng)度測(cè)量有三種方法： 一是衰變曲線法；一是衰變曲線法； 二是能譜法；二是能譜法； 三是能譜和衰變曲線法的結(jié)合。三是能譜和衰變曲線法的結(jié)合。59 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.5放射性活度測(cè)量和核素鑒別放射性活度測(cè)量和核素鑒別2.5.1 衰變曲線法衰變曲線法)/693. 0exp()(2/10TtAtA測(cè)量放射性核素的衰變曲線，從衰變曲線的分析可以確定被冊(cè)核素的半衰期，而且能在樣品基體元素和其他雜質(zhì)元素的干擾存在的情況下鑒別出待測(cè)元素種類和確定其活度。對(duì)于只存在單種放射性核素的簡(jiǎn)單情況，在t時(shí)刻的活度為：（11.44）式中A0是輻照結(jié)束時(shí)刻的放射性活度。lnA

40、(t)與t為直線關(guān)系，直線的斜率表示半衰期T1/2，與縱坐標(biāo)lnA(t)的焦點(diǎn)可得A060 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.5放射性活度測(cè)量和核素鑒別放射性活度測(cè)量和核素鑒別 如果輻照后生成好幾種放射性核素，則測(cè)得的衰變曲線時(shí)這些放射性核素的混合衰變曲線，在任意時(shí)刻t測(cè)得的活度是各個(gè)核素成分的活度之和，即： 將混合衰變曲線進(jìn)行分解，可以得到每一種核素的衰變曲線。 最簡(jiǎn)單的就是圖解法，即從混合衰變曲線中斜率最小的那部分曲線開始做一直線，定出壽命最長(zhǎng)的放射性核素的半衰期，然后從混合衰變曲線中扣除這壽命最長(zhǎng)的放射性核素成分的貢獻(xiàn)，得到壽命較短的核素的衰變曲線，再對(duì)這修正后

41、的混合衰變曲線進(jìn)行分解。對(duì)所包含的每一種核素成分度重復(fù)這樣的分解步驟，就求得每種核素的活度。當(dāng)樣品中包含的核素種類較少，而且半衰期相差較大（大于5倍）時(shí)，這種圖解法鑒別核素得到較好的結(jié)果。 混合衰變曲線的分解目前基本用計(jì)算機(jī)程序來完成，采用最小二乘法擬合。對(duì)半衰期相差23倍的核素的鑒別，得到較好的結(jié)果)/693.0exp()(,2/1,0iiiTtAtA（1.45）61 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.5放射性活度測(cè)量和核素鑒別放射性活度測(cè)量和核素鑒別2.5.2 能譜測(cè)量法能譜測(cè)量法 用高純鍺或者鍺鋰伽瑪探測(cè)器測(cè)量放射性核素發(fā)出的伽馬射線能譜，由伽瑪射線全能峰能量來

42、鑒別待測(cè)核素的種類，由全能峰計(jì)數(shù)、測(cè)量時(shí)間以及全能峰探測(cè)效率，計(jì)算出該元素的含量。 測(cè)得的射線能譜一般是各種射線成分的譜線以及本底成分的疊加（混合譜），譜線由于射線探測(cè)器固有的能量分辨率影響而展寬，峰之間相互重疊，甚至不能區(qū)分開。為了得到真實(shí)的能譜，需要對(duì)所測(cè)得的混合能譜進(jìn)行退卷積處理。目前，已發(fā)展很多譜解譜方法和商業(yè)化的計(jì)算機(jī)程序，能夠自動(dòng)鑒別復(fù)雜的譜中的各個(gè)峰，確定其中心位置（能量）和峰面積（扣除了本底級(jí)康普頓峰的全能峰凈計(jì)數(shù)），從而確定核素成分和計(jì)算出待測(cè)樣品中的元素濃度。 計(jì)算中要對(duì)射線峰面積計(jì)數(shù)損失作修正，包括死時(shí)間修正和復(fù)合計(jì)數(shù)修正。 優(yōu)點(diǎn)是：準(zhǔn)確度高，可作多元素同時(shí)分析； 缺點(diǎn)是

43、：受探測(cè)效率的限制，靈敏度受到一定影響 當(dāng)兩種放射性核素的半衰期幾乎相同，化學(xué)分離又很困難，而且伽瑪射線能量又十分接近的情況下，只能用能譜測(cè)量法。62 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.5放射性活度測(cè)量和核素鑒別放射性活度測(cè)量和核素鑒別2.5.3能譜和衰變曲線法的結(jié)合能譜和衰變曲線法的結(jié)合選取一定能量的射線，測(cè)量核素的半衰期，從而提高了元素鑒別能力。這種測(cè)量方法在實(shí)際應(yīng)用中用得較多，尤其是對(duì)于- 衰變放射性核素的測(cè)量，通常是在射線譜上選0.511MeV湮沒光子測(cè)衰變曲線。63 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.5放射性活度測(cè)量和核素鑒別放射性

44、活度測(cè)量和核素鑒別2.5.4 中子活化分析的準(zhǔn)確度和靈敏度中子活化分析的準(zhǔn)確度和靈敏度中子活化分析的誤差主要來源于： 樣品制備的準(zhǔn)確性；樣品制備的準(zhǔn)確性； 輻照的均勻性；輻照的均勻性； 測(cè)量條件的重復(fù)性；測(cè)量條件的重復(fù)性； 計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)漲落；計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)漲落； 記錄系統(tǒng)的死時(shí)間；記錄系統(tǒng)的死時(shí)間； 有關(guān)核參數(shù)的準(zhǔn)確性；有關(guān)核參數(shù)的準(zhǔn)確性； 干擾反應(yīng)；干擾反應(yīng)； 樣品量的稱重誤差等等樣品量的稱重誤差等等64 第二節(jié)第二節(jié)快、慢中子活化分析技術(shù)快、慢中子活化分析技術(shù)2.5放射性活度測(cè)量和核素鑒別放射性活度測(cè)量和核素鑒別BLD29. 371. 20,/ SLWDLD在中子活化分析中，在一定的輻照和測(cè)量條

45、件下，元素探測(cè)的下限為：式中S0以計(jì)數(shù)/mg，或計(jì)數(shù)/g，或計(jì)數(shù)/ppm為單位，則WD,L以mg或g或ppm為單位。S0與中子通量密度、靶元素同位素豐度、原子量、反應(yīng)截面、輻照和等待時(shí)間、放射性核算衰變綱圖、計(jì)數(shù)幾何條件、探測(cè)效率等有關(guān)。中子活化分析的靈敏度可達(dá)ppb量級(jí)。（11.48）（11.47）式中B為本地計(jì)數(shù)，B和LD均以計(jì)數(shù)為單位。這是95%置信度時(shí)可測(cè)到的信號(hào)凈計(jì)數(shù)最低水平。通過校正因子S0，可以換算到以重量為單位的探測(cè)限大小65 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析3.1反應(yīng)堆中子活化分析反應(yīng)堆中子活化分析(ReNAA)簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 反應(yīng)堆中子活化分析是利用反

46、應(yīng)堆中子轟擊待分析的樣品，通過核反應(yīng)使其中多種元素（每種元素的至少一種同位素）生成放射性核素，根據(jù)這些核素衰變中發(fā)射特征射線的性質(zhì)和強(qiáng)度，對(duì)相應(yīng)元素進(jìn)行定性、定量分析定性、定量分析的方法?；驹砘驹?6 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析1)定性分析定性分析3.1反應(yīng)堆中子活化分析反應(yīng)堆中子活化分析(ReNAA)簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 由于現(xiàn)代高分辨Ge 射線譜儀的使用，射線全能峰的能量已經(jīng)成為核素鑒定的最重要（往往是唯一）依據(jù)。例如，Na的定性鑒定是利用元素Na的唯一天然同位素23Na（稱之為靶核素）的如下核反應(yīng)（稱之為分析反應(yīng)）進(jìn)行的： 23 Na ( n , ) 24N

47、a生成核，24Na（稱之為Na的指示核素）是一個(gè)-放射核，其有關(guān)核參數(shù)在圖11. 5中標(biāo)出。活化樣品的能譜中，1368（或2754 ) keV峰的存在，可以作為24Na的指示，而峰強(qiáng)度（面積）按照24Na的半衰期衰減，則可作為該峰完全由24Na貢獻(xiàn)的進(jìn)一步驗(yàn)證。圖11.5 24Na的簡(jiǎn)化衰變綱圖67 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析2)定定量量分析分析3.1反應(yīng)堆中子活化分析反應(yīng)堆中子活化分析(ReNAA)簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介68 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析2)定定量量分析分析3.1反應(yīng)堆中子活化分析反應(yīng)堆中子活化分析(ReNAA)簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介69

48、 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析ReNAA的主要優(yōu)缺點(diǎn)的主要優(yōu)缺點(diǎn)l 原則上，可以分析任何樣品，固體、液體或氣體。唯一的限制是，樣品的輻照不能違犯反應(yīng)堆的安全條例。l ReNAA對(duì)樣品量亦有極寬的適用范圍，從幾g（如4g地質(zhì)微粒中32種元素的測(cè)定）至50 kg。l 分析元素范圍廣，通常用ReNAA測(cè)定的元素4060種；l ReNAA有較低的探測(cè)極限，較高的選擇性，較高的精密度和準(zhǔn)確度，普遍適用于各類物質(zhì)和較寬的樣品量范圍，以及非破壞、多元素同時(shí)分析能力。相對(duì)低的待測(cè)元素污染和丟失問題是活化分析所獨(dú)具的可貴優(yōu)點(diǎn)。ReNAA需要的設(shè)備和技術(shù)（反應(yīng)堆，放射性操作的設(shè)施，

49、核科學(xué)知識(shí)和技術(shù)等）決定了它難于廣泛普及。此外，核粒子轟擊改變了樣品中元素固有的化學(xué)結(jié)合形式，所以，單純的ReNAA（以及任何活化分析）不能進(jìn)行元素化學(xué)種態(tài)分析。放射性衰變的本質(zhì)決定了通?；罨瘶悠芬?jīng)過一段時(shí)間的“冷卻”（衰變）方可測(cè)量，ReNAA不是“即答性”的分析方法。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺缺點(diǎn)點(diǎn)70 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析 3.2 ReNAA的基本操作的基本操作l 樣品制備樣品制備l 標(biāo)準(zhǔn)制備標(biāo)準(zhǔn)制備l 輻照和衰變輻照和衰變l 照后處理和測(cè)量照后處理和測(cè)量l 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理l 不確定度和探測(cè)極限不確定度和探測(cè)極限71 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反

50、應(yīng)堆中子的元素分析 3.2 ReNAA的基本操作的基本操作3.2.1 樣品制備樣品制備1)非破壞樣品制備非破壞樣品制備兩個(gè)基本要求：兩個(gè)基本要求：待測(cè)定的組分不被污染（因而使含量偏高）或丟失（因而使含量偏低），即所謂保證樣品的完整性（完整性（integrity )；用于分析的樣品，在各待測(cè)組分的含量方面應(yīng)能代表待研究的物質(zhì)總體，即所謂保證樣品的代表性（代表性（representativeness）。72 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析樣品制備應(yīng)在低顆粒物濃度的清潔環(huán)境中進(jìn)行。電子工業(yè)中使用的超凈房可用于這一操作。一種簡(jiǎn)單的層流式工作臺(tái)可以顯著減低顆粒物濃度。清潔環(huán)

51、境也包括操作者自身的清潔。儲(chǔ)存和照射樣品/標(biāo)準(zhǔn)用的玻璃、石英、聚乙烯、聚四氟乙烯容器的清洗和處理已有專文論述（機(jī)械清洗，HNO3浸洗，去離子水清洗 ）。塊狀固體樣品照射后應(yīng)作徹底的表面去污（最好是切去表面一層）。這一操作基本上消除了任何污染。當(dāng)必須粉碎、均勻化，以制成粉末樣品時(shí)，應(yīng)使用瑪瑙研缽、尼龍篩子等非金屬器具。生物樣品的切取忌用不銹鋼刀剪（以防Cr污染），最好用石英制品或鈦制品。以優(yōu)級(jí)純HNO3調(diào)節(jié)水樣（或標(biāo)準(zhǔn)溶液）的酸度至pH 0.5 1，可以有效地抑制絕大多數(shù)金屬陽離子的吸附和膠體形成。大氣顆粒物分析中，應(yīng)選用低空白和有合適捕集特性的過濾膜（如聚碳酸酯核孔膜或?yàn)V紙等）。樣品包裝材料通

52、常使用清潔處理過的高純鋁箔，高純石英瓶（用于較高溫度和/或較長(zhǎng)時(shí)間照射），和高純聚乙烯容器（用于低溫/短時(shí)間照射）。對(duì)含水分的樣品（土壤、地質(zhì)和生物樣品等），在制樣的同時(shí)，另外稱取一份 3.2 ReNAA的基本操作的基本操作3.2.1 樣品制備樣品制備完整性（完整性（integrity )73 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析 3.2 ReNAA的基本操作的基本操作3.2.1 樣品制備樣品制備代表性代表性（representativeness） 首先需要依照研究目的制定采樣計(jì)劃。如，為測(cè)定礦山中某礦物品位選取的采樣部位和混樣設(shè)計(jì)；為研究生物組織中某些元素含量選取的代

53、表性個(gè)體、采樣時(shí)間和方式；為研究某地區(qū)大氣顆粒物污染選取的采樣地、采樣時(shí)間和方式等。這一工作的目標(biāo)是得到有代表性的實(shí)驗(yàn)室樣品。 目前通用的均勻度檢驗(yàn)方法是基于“瓶間方差與瓶?jī)?nèi)方差之比”的F檢驗(yàn)法。即，隨機(jī)n 瓶待分析樣品中各取給定樣品量的m 個(gè)隨機(jī)子樣，計(jì)算待測(cè)元素測(cè)定值的瓶?jī)?nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差Sb 和瓶間標(biāo)準(zhǔn)偏差Sa，F(xiàn)=S 2a/S2b。若F Sc，說明有明顯的非計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)不確定度；SstSc,說明計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)不確定度在總統(tǒng)計(jì)不確定度中占主導(dǎo)地位，通常稱之“分析結(jié)果在計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)控制中” ; SstSc這一異常現(xiàn)象是以有限個(gè)子樣品偶然得到的“異常一致”結(jié)果所致，應(yīng)以Sc代替Sst更為合理。平均值的統(tǒng)計(jì)不確定度

54、 為stst/SSm（11.62）92 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析 3.2 ReNAA的基本操作的基本操作3.2.6 不確定度和探測(cè)極限不確定度和探測(cè)極限 2)系統(tǒng)不確定度系統(tǒng)不確定度系統(tǒng)不確定度Sy，是分析準(zhǔn)確度的量度，它反映測(cè)定值與“真值”的偏離。對(duì)分析過程的各個(gè)步驟進(jìn)行系統(tǒng)不確定度分析有兩個(gè)目的：盡可能探測(cè)所有的系統(tǒng)不確定度來源，采取措施消除或減小它們；對(duì)不能完全消除的系統(tǒng)不確定度因素，通過重復(fù)實(shí)驗(yàn)將之隨機(jī)化，從而進(jìn)行定量估計(jì)。93 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析 3.2 ReNAA的基本操作的基本操作3.2.6 不確定度和

55、探測(cè)極限不確定度和探測(cè)極限 2)系統(tǒng)不確定度系統(tǒng)不確定度ReNAA中，系統(tǒng)不確定度來源包括： 樣品或標(biāo)準(zhǔn)（比較器）制備中的稱重不確定度； 樣品制備中待測(cè)元素的污染或丟失； 待測(cè)元素在樣品和標(biāo)準(zhǔn)中有不同的靶核素同位素豐度 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、貯存和標(biāo)準(zhǔn)滴制中引人的元素含量不確定度； 照射過程中，樣品和標(biāo)準(zhǔn)（比較器）接受的中子注量率不一致（由于中子注量率的空間梯度或自屏蔽效應(yīng)） 不正確的干擾校正；放化分離中不正確的化學(xué)產(chǎn)額校正； 樣品和標(biāo)準(zhǔn)（比較器）測(cè)量幾何不一致（不正確的幾何歸一）等。94 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析 3.2 ReNAA的基本操作的基本操作3.2.6

56、不確定度和探測(cè)極限不確定度和探測(cè)極限3)不確定度合成不確定度合成分析報(bào)告中，測(cè)定值的不確定度應(yīng)表示為統(tǒng)計(jì)不確定度和系統(tǒng)不確定度的合成。單次（樣）測(cè)定的不確定度,0.05mstyStSS（11.63）平均值的不確定度,0.05stmyStSS（11.64）95 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析 3.3 ReNAA的主要應(yīng)用的主要應(yīng)用3.3.1 地球和宇宙科學(xué)地球和宇宙科學(xué) 1980年Alvarez等人以ReNAA發(fā)現(xiàn)了意大利Gubbio和丹麥Stevns Klint白堊系/第三系（K / T）界線黏土層中Ir的異常富集，對(duì)6500萬年前恐龍滅絕的地外星體撞擊理論提供了

57、強(qiáng)有力的科學(xué)證據(jù)。這是ReNAA對(duì)宇宙科學(xué)最突出的貢獻(xiàn)。隨后的大量研究又發(fā)現(xiàn)了其他地質(zhì)界線的Ir異常，以及火山成因說、混合成因說等不同模型的證據(jù)。我國科學(xué)家柴之芳等對(duì)這一研究亦作出了重要貢獻(xiàn)。柴之芳和Kieslt著文綜述了鉑族元素（PGE ) ReNAA方法學(xué)及其在宇宙科學(xué)中的應(yīng)用。此外，ReNAA亦廣泛用于隕石學(xué)研究（“隕石的元素豐度手冊(cè)”所列80余種元素中，50余種元素的數(shù)據(jù)主要來自ReNAA，約10種僅由ReNAA提供），宇宙塵研究，宇宙成因核33Mn測(cè)定等。96 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析 3.3 ReNAA的主要應(yīng)用的主要應(yīng)用3.3.1 地球和宇宙科

58、學(xué)地球和宇宙科學(xué) 自50年代初著名的倫敦大霧事件以來，大氣顆粒物（APM）的健康影響受到了普遍重視。近年的研究表明，粒徑小于10m，特別是小于2 .5m的APM構(gòu)成主要的健康危害。 ReNAA的高靈敏度（粒徑小于2 , 5m的APM樣品量常少于100g )，多元素（典型地測(cè)定40 50種元素），和非破壞（APM樣品中常含有極難溶解的顆粒）特點(diǎn)，最好地滿足了分粒徑APM多元素分析的要求。97 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析 3.3 ReNAA的主要應(yīng)用的主要應(yīng)用3.3.3 生命科學(xué)生命科學(xué) 目前全球約20億人微量營(yíng)養(yǎng)素缺乏。另外，環(huán)境污染帶來的毒性元素和化合物攝入亦

59、對(duì)人類和生物健康構(gòu)成威脅。自19世紀(jì)以來，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的必需微量元素有16種：Fe , I , Cu , Mn , Zn , Co ,Mo , Se , Cr , Sn , V , F , 51 , Ni , As , Cd 。 Mertz給出了它們作為必需元素的發(fā)現(xiàn)年代，缺乏癥狀等背景資料。痕量元素生命科學(xué)中涉及的分析問題包括：1) “正常人”組織和體液中痕量元素的含量2) 痕量元素與疾病和健康關(guān)聯(lián)研究3) 必需微量元素的代謝和生物利用率研究4) 痕量元素代謝機(jī)制及生理、病理作用研究98 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析 3.3 ReNAA的主要應(yīng)用的主要應(yīng)用3.3.

60、4 材料科學(xué)材料科學(xué) 20世紀(jì)五六十年代ReNAA作為亞g / g水平多元素分析的幾乎唯一方法，在電子級(jí)高純Si分析中發(fā)揮了重要作用。 90年代中國原子能科學(xué)研究院曾為上海某公司進(jìn)行了Si半導(dǎo)體器件中50余種雜質(zhì)元素的體分析，表面分析和靈敏層深度分布分析，探測(cè)極限在10-9-10-15之間。 可見，在現(xiàn)代痕量無機(jī)分析家族中，ReNAA已經(jīng)不再以高靈敏度見長(zhǎng)，其根本優(yōu)勢(shì)在于由低污染、低空白和基體無關(guān)性決定的高準(zhǔn)確度，以及非破壞多元素分析能力。99 第三節(jié)第三節(jié)利用反應(yīng)堆中子的元素分析利用反應(yīng)堆中子的元素分析 3.3 ReNAA的主要應(yīng)用的主要應(yīng)用3.3.5 考古學(xué)和法醫(yī)學(xué)考古學(xué)和法醫(yī)學(xué) 不同來源