(工学)核技术专业导论5-核分析技术

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1、核技术专业导论第五讲核分析技术及其应用南京航空航天大学材料学院高灵敏的核分析与核检测卢瑟福背散射分析（RBS）中子活化分析（NAA）14C测定年代及加速器质谱分析(AMS)带电粒子核反应分析X射线荧光分析核分析与核检测简介几种常用的核分析方法核检测工业应用第一节核分析及核检测技术简介1.1核分析特点在近代科学的发展中，人们十分重视材料的研究和发展。许多材料的重要的物理性能和化学性能与材料中的痕量杂质元素、晶体的缺陷和微观结构有关。人们发展了许多物理的和化学的分析方法，对元素成分、物质结构以及杂质浓度

2、体分布和表面层的形貌特征等进行测量和表征。这些分析方法同样也适用其它领域。核分析方法探针核分析方法是其中的一种，它的出现和广泛的应用对传统的化学的、物理的方法是一个挑战，具有高灵敏、快速和不破坏样品等特点，有时，“非核莫属”，是一种不可替代的特殊的分析技术。这是和平利用核科学和核技术的重要方面。核分析技术的定义核分析：利用核辐射粒子与物质的原子或原子核相互作用，采用核物理实验技术获得可观测信息，分析研究物质材料成分和结构的方法。核粒子：中子、射线、粒子、粒子、正电子、质子、以及加速器出射的其它

3、粒子。相互作用：主要是电磁作用，以及核力作用。粒子与离子的概念差异在微观领域，粒子是离子、电子、光子和亚核粒子等的总称离子束分析的概念总的来说：以离子束作为工具，通过它与物质相互作用来判断物质中元素组成及结构的一门学科具体来说：利用具有一定能量的离子（如：质子、alpha离子及其它重离子）束去轰击样品，使样品中的元素发生电离、激发、发射和核反应以及自身的散射等过程，通过测量这些过程中所产生的射线的能量和强度来确定样品中元素的种类和含量的一门学科为了对其概念有一深入的理解，大家来看离子束作用机制图样品

4、离子束（E,q）俄歇电子离子束作用机制图X射线γ射线发射粒子背散射粒子次级粒子离子束分析作用机制图次级离子质谱SecondaryIonMassSpectrometry(SIMS)俄歇电子谱AugerElectronSpectrometry(AES)粒子诱发X射线荧光分析ParticleInducedX-rayEmission(PIXE)核反应分析NuclearReactionAnalysis(NRA)卢瑟福背散射分析RutherfordBackscatteringSpectrometry(RBS)离

5、子--原子作用范畴离子--原子核作用范畴弹性反冲分析ElasticRecoilDetection(ERD)核分析方法大量出现、发展和广泛应用起始于上世纪60年代。加速器和反应堆等大型仪器设备从核物理实验专用设备“解放”出来，有条件用于应用方面的研究。1.2核分析的分类1）离子束分析卢瑟福背散射分析沟道技术分析核反应分析质子X荧光分析2）活化分析中子活化分析带电粒子活化分析3）核效应分析穆斯堡尔效应分析正电子淹灭技术扰动角关联核磁共振4）超灵敏质谱分析第二节卢瑟福背散射分析（RBS）背散射﹥90º前

6、向散射卢瑟福散射实验的思考基本思想：用“炮弹”轰击研究“对象”,分析实验现象和结果，推知弹与靶有关信息。1911由于观测到大角度散射的粒子发现了原子核，表明大角度散射粒子载有原子核大小的信息。2.1背散射研究的发展史1909年，盖革（H.Geiger）和马斯顿（E.Marsden）观察到了α粒子散射实验现象1911年，卢瑟福（LordErnestRutherford）揭示了该现象，并确立了原子的核式结构模型1957年，茹宾（Rubin）首次利用质子和氘束分析收集在滤膜上的烟尘粒子的成份1967年，

7、美国的测量员5号空间飞船发回月球表面土壤的背散射分析结果2.2卢瑟福背散射分析的原理RBS是利用带电粒子与靶核间的大角度库仑散射的能谱和产额确定样品中元素的质量数、含量及深度分布。该分析中有三个基本点，即：运动学因子—质量分析背散射微分截面—含量分析能损因子—深度分析2.3最佳实验条件的选取由背散射的原理可导出最佳的实验条件：质量分辨含量分辨深度分辨2.4实验设备一台小型加速器，目前实验式采用2X1.7MeV串列加速器（如图）2.4实验设备电子学探测系统2.5背散射能谱和产额薄靶单元素多元素厚靶单元

8、素多元素2.6RBS技术的应用表面层厚度的分析杂质的深度分布应用于阻止本领测定利用共振背散射探测重基体上得轻元素卢瑟福背散射分析（RBS）RutherfordBackscattering基本实验方块图靶样品入射Au-Si半导体谱仪加速器=165°。。。．。。。。。。。。样品入射Z1M1Z2M2Z3M3计数能量Eb是什麽有多少在哪里薄膜厚度成分组分分布信号放大分析和记录仪器放射源背散射探测器入射粒子穿过表面25.4阿波罗月亮登陆舱中的散射实验1967