第三章-核分析技术与方法.pptVIP

核技术应用概论——核分析技术与方法 荧光X射线及俄歇电子产生过程 谱线系 莫斯莱定律 中子活化分析的应用举例（1） 第一起使用中子活化分析侦破的案例。 1958年5月1日傍晚，16岁的加拿大小女孩加埃塔恩·布查德离家去埃德蒙斯顿地区的新布朗斯威克镇上买东西。结果在城外的一处早已经废弃的采煤厂里被人杀害。重点嫌疑人约翰·沃莱曼，他在几个月前的一个舞会上和埃塔恩·布查德相识并开始交往。当警方找到他并审讯时，他始终坚持说他有几个月没有见过埃塔恩。第二次尸检时，警方在女孩的指甲上发现缠绕着一根头发，有25英寸长。为了验证是否是嫌疑人的头发，警探们把注意力转到了当时尚有争议的中子活化分析上。把约翰·沃莱曼头上取下的头发样本和死者的头发，以及现场发现的头发通过中子活化分析技术测定硫、磷的比例，发现死者的头发是2．02，约翰·沃莱曼的头发和死者手上的这根头发则分别是1．07和1．02，死者手上的头发非常接近约翰·沃莱曼的头发。法庭上受审时约翰·沃莱曼开始仍辩解说自己无罪，但是，当一些科学家作为专家证人解释这种新技术以及整个检验过程时，法庭的态度明显倾向于约翰·沃莱曼有罪。最后，约翰·沃莱曼收回自己的无罪辩解，承认自己杀了埃塔恩。被判死刑，后改为缓期执行。 中子活化分析的应用举例（2） 法国皇帝拿破仑死亡之谜。 1815年，在滑铁卢战役失败后，拿破仑被流放于南大西洋的圣赫勒拿岛，六年之后死于该岛，终年52岁。拿破仑之死一直是一个谜。外界对法国皇帝拿破仑之死是众说纷纭，有说他是砒霜中毒而死，有说他是被情妇所杀，还有说他是得胃癌而死，其中以死于砒霜中毒的说法最为盛行。1961年人们用中子活化分析对他被保存的头发进行分析后发现含有大量砷，因此认为他是因慢性砷中毒而死的。2007年美国科学家研究后认为拿破仑是死于胃癌晚期，而非此前外界广为传说的砒霜中毒，这与拿破仑死亡当年的尸体解剖和临床症状结论是一致的。 一、活化分析的分类 按照辐照粒子的不同 应用最广 活化分析技术 带电粒子活化 γ 射线活化 中子活化 主要利用（n，γ）、（n，p）和（n，α）核反应。 主要利用（p，n）、（d，n）、（d，p）、（α，n）等。适宜于作表面分析，锂、铍等轻元素。 主要核反应是（γ，n），对于原子序数小的轻元素，核反应（γ，p）也重要。 二、活化分析的原理 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，使试样“活化”，“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γ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。 γ核指纹 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。 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射线能量也是不同的。 中子活化分析就是根据获得样品的“核指纹”特征，判别材料中含有的元素种类及其含量。 活化方程式——绝对分析方法 “冷却”（即衰变）一段时间t’后的放射性活度： 上式就是活化分析中最基本的活化方程式。从原理上讲，活化分析是一种绝对分析方法。 照射t时间时生成的放射性核素的放射性总活度： 将N值代入，得 活化方程式——相对分析方法 所谓相对法，就是用标准样与试样在相同条件下照射和测量，标准样中待测元素的含量是已知的。 绝对法分析时遇到的问题：σ和f不容易准确测出。 计数率 三、中子活化分析技术基础 1936年，化学家赫维西（G.Hevesy）和列维（H.Levy）进行了历史上的第一次中子活化分析（Neutron activation analysis，NAA）。当时他们用Ra-Be中子源通过164Dy（n,γ)165Dy反应（活化截面为3900±300bar，生成核的半衰期为139.2min），测定了氧化钇（Y2O3）中的镝。 中子活化分析从1936年诞生至今，已有70余年历史。现已成为常量、次量、微量乃至超微量元素的重要分析方法之一，是现代核分析技术中最重要的方法之一。 （一）中子活化源 中子活化源 反应堆中子源 加速器中子源 同位素中子源 (alpha, n)中子源: 9Be + 4He → 12C + n 10Be + 4He →13N + n +e+1.07MeV 自发裂变中子源：252Cf 热中子注量率高，且有好的空间均匀性和时间稳定性； 对多数元素活化截面大； 反应道单纯〔多为（n，γ）〕； （p,n）：7Li(p,n)7Be; 3H(p,n)3He （d,n）：2H(d,n)3He; 3H(d,n)4