《核分析技术》PPT课件

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1、核分析基础成都理工大学核自学院第二章带电粒子活化分析ChargedParticleActivationAnalysis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ChargedParticleActivationAnalysis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

2、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。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。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

3、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：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

4、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。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。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。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

5、处，待测元素含量为C(x)的反应产生率为：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：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D[cm]A[cm2]C[ato

6、ms/cm3]I[s-1]束流强度S-1单位体积内的原子数cm-3截面cm-2样品厚度cm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*E0EthE=0R(Eth)R(E0)D*:活化有效路径D*=R(E0)-R(Eth)Eth:带电粒子核反应阈能R(Eth),R(E0):能量分别为Eth和E0时的射程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：理论计算与实验结果表明，对不同的靶材料Z2=

7、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：第二章带电粒子活化分析辐照样品的放射性核数目辐照ti时刻，样品中的放射性核数目：辐照结束时—t0时刻—样品中的放射性活度：冷却到t1时刻的活度：探测器测量到的总计数：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

8、且计算繁琐。第二章带电粒子活化分析测量方法2）相对测量已知元素含量的标准样品与待测样品在相同的粒子能量下辐照，相同的测量条件下测量第二章带电粒子活化分析测量方法活化有效路径的计算N:单位体积内的靶原子数；I0:平均电离能；Z1,Z2:入射粒子和靶核电离能；m0: