实验二 中子活化定性分析.docx

实验二 中子活化定性分析一、实验目的了解定性分析的内容和过程掌握定性分析中谱光滑、寻峰确定峰位、能量刻度、计算峰位能量和确定核素的方法二、实验条件1、中子活化伽马谱数据2、计算机三、实验原理1、中子活化基本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。从本质上讲说，中子活化分析是一种核分析方法，它的基础是核反应。公式：X:靶核， Y:生成核，W:最终衰变产物β:衰变方式，n:中子，γ:放出γ射线Z:原子序数，A:质量数 因为不同放射性同位素的半衰期和发射γ射线的能量都是不同的，如同人的指纹一样；没有发现两个不同的放射性同位素有相同的半衰期或γ射线能量。而且不同的稳定元素被中子照射，活化生成不同的放射性同位素，其半衰期和γ射线能量也不同。所以中子活化分析根据这种特征来分析样品中元素种类，最后通过测量元素放出的射线的能量强度来分析元素的含量。2、能量刻度能量刻度的目的是求道址与能量之间的对应关系，将道址转换成能量。在刻度中采用的方法是：最小二乘法或解线性方程组。峰位道址与能量之间可以用一多项式表示：用一组Ei—chi，确定系数：a0，a1，a2，…，an当系统线性很好时，可简化为一次线性方程：用二对Ei—chi，确定系数：a , b3、谱光滑由于核衰变及测量的统计性，当计数较小时，计数的统计涨落比较大，计数最多的道不一定是高斯分布的期望值，真正的峰被淹没在统计涨落之中。为了在统计涨落的影响下，能可靠的识别峰的存在，并且准确地确定峰的位置和能量，从而完成定性，就需要进行谱光滑。由于散射的影响，峰的两边即峰的边界受统计涨落干扰大，影响峰面积的计算，从而影响准确的定量分析，所以必须对谱数据进行数据光滑。谱光滑的方法主要有：1）算术滑动平均法（平均移动法）设x0=i为待光滑点坐标，左右各取m个点(j=i, i±1, i±2, …, i±m)，则共有2m+1个点，用所有2m+1个点的算术平均值作为这点的改正值。公式：a、当m=1时，为三点法，公式如下：当m=2时，为五点法，公式如下：2）重心法基本方法：选取加权因子和归一化因子，使光滑后的数据成为原来数据的重心。常见的有3点、5点和7点光滑。 a、三点法公式如下：b、五点法公式如下：c、七点法公式如下：3）多项式最小二乘拟合法基本思想：用一个n次多项式与W=2m+1个谱数据点逐次分段进行拟合，以达到光滑的目的。 设在谱数据中取2m+1个等距点：x -m，x-m+1，…，x-1，x0，x1，…，xm-1，x m对应数据：y- m，y- m+1，…，y-1，y0，y1，…，ym-1，y m令h为xi之间的距离，做变换i=(x-x0)/h，则上述各点将变为：-m，-m+1，…，-1， 0， 1，……，m-1，m假定h=1，用一个n次多项式去拟合这些数据（n小于2m+1）：根据最小二乘原理，实际观测值yi与由多项式的计算值fi之差的平方和最小。即：对2m+1个数据点，用n次多项式作最小二乘法拟合时，为了便于在实际中根据需要采用不同点数的光滑公式，导出了一个一般的公式，由此公式随时可以方便的计算所需要数值。Kb：规范化常数，Ai：光滑系数以 5 个数据点，三次多项式拟合，进行光滑为例，各项系数如下：拟合公式的系数如下：光滑点数5(m=2)7(m=3)9(m=4)11(m=5)Kb 3521231429±2- 333969A±3- 21444A±4-219A±5-364、寻峰a、目的 1.判断有没有峰存在2.确定峰位（高斯分布的数学期望），以便把峰位对应的道址，转换成能量——定性 3.确定峰边界——计算峰面积（定量）b、方法1.简单比较法（极值定峰法、IF函数找峰法） 峰的左右边界道i-L和i+R的确定，公式为：当峰形出现 左、右 “拖尾” 时，应限制 L、 R 的长度——半高宽。如果寻峰宽度因子小，即m小，寻峰灵敏度高，但可能会把统计涨落引起的假峰也作为真峰，所以，用R=N0 / Nb ≥ R0确定峰是否有意义，如果寻峰宽度因子大，即m大，寻峰灵敏度低，可能丢掉弱峰。常用的5点、7点极大值法。即 m 取 2 、3简单比较法特点：方法简单，只能用于简单明显的峰，不能用于寻找重峰。2.导数法 计算给定谱段的光滑化的一阶导数（最小二乘拟合法），一阶导数值由正变负、过零点对应的道址，即为峰位。公式为：三次多项式五点光滑一阶导数公式如下：3.对称零面积变换法 A、基本思想：面积为零的“窗”函数与实验谱数据进行褶积变换，且要求“窗”函数为对称函数。对线性基底的褶积变换将为零，只有存在峰的地方不为零。因此对原始谱数据的对称零面积变换谱反映了峰形的变化。数学表达式 ：其