中子活化分析原理及应用
中子活化分析原理及应用
中子活化分析是以一定能量和流强的中子轰击试样中元素的同位素发生核反应，通过测定产生的瞬发伽玛或放射性核素衰变产生的射线能量和强度(主要是伽玛射线)，进行物质中元素的定性和定量分析。中子活化分析主要分为常规中子活化分析、放射化学中子活化分析和瞬发伽玛中子活化分析。
中子活化分析原理
中子是电中性的，所以当用中子辐照试样时，中子与靶核之间不存在库仑斥力，一般通过核力与核发生相互作用。核力是一种短程力，作用距离为10fm，表现为极强的吸引力。中子接近靶核至10fm时，由于核力作用，被靶核俘获，形成复合核。复合核一般处于激发态(用*表示),寿命为10-12～10-14秒，它通过各种方式退激发，可用下式表示： 中子与靶核碰撞时，有三种作用方式：
①弹性散射，靶核与中子的动能之和在散射作用前后不变，这种作用方式无法应用于活化分析;
②非弹性散射，若靶核与中子的动能之和在作用前后不等，则该能量差导致复合核的激发，引起非弹性散射，此时生成核为靶核的同质异能素，一些同质异能素的特征辐射可通过探测器测定，这种作用方式可用于活化分析;
③核反应，若靶核俘获中子形成复合核后放出光子，则被称为中子俘获反应，即(n,γ)反应，这就是中子活化分析利用的主要反应，此外(n,2n)、(n,p)、(n,a)和 (n,f)等反应也可用于中子活化分析。
中子辐照试样所产生的放射性活度取决于下列因素：
①试样中该元素含量的多少，严格地讲，是产生核反应元素的某一同位素含量的多少;
②辐照中子的注量;
③待测元素或其某一同位素对中子的活化截面;④辐照时间等。
中子活化分析分类
根据入射中子的能量的不同通常被分为：
冷中子活化分析
热中子活化分析
超热中子活化分析
快中子活化分析
根据测量不同过程的产生的伽玛射线或者样品处理方式，中子活化分析又被分为：
瞬发伽玛中子活化分析
常规中子活化分析/仪器中子活化分析
放射化学中子活化分析
冷中子活化分析：入射中子为冷中子的活化分析。冷中子通常需要有专门的冷源设施，一般采用液氦对热中子进行冷却，达到接近于单一波长的中子。这样的设施在全世界为数不多，一般设在核反应堆内部。国内中国先进研究堆(CARR)和绵阳研究堆(MYRR)都建立了冷中子源。
热中子活化分析：入射中子能量范围一般在0.025eV-1eV的活化分析，也是中子活化分析最广泛使用的一种。热中子通常指一定的中子。
超热中子活化分析：入射中子能量范围一般在1eV-1MeV的活化分析。单独使用超热中子活化分析使用较少。在实际应用中通常是把待分析样品放在1毫米厚的金属镉(Cd)盒中进行中子辐照。由于镉对热中子的吸收截面非常高，所以镉盒的作用是吸收热中子。透过1毫米镉片的中子被称为超热中子。
快中子活化分析：入射中子能量超过3MeV的活化分析。快中子活化分析主要以(n，p)、(n，a)核反应为主，也有部分(n，n’)、(n，2n)、(n,ng)核反应发生，通常使用反应堆的快中子或者D-T中子源产生的14.7MeV中子进行辐照。
瞬发伽玛中子活化分析：直接测量(n,g)反应产生的瞬发伽玛所进行的活化分析。瞬发伽玛的优势在于分析速度快，可以进行在线分析，对氢(H)、硼(B)等难以通过测量衰变伽玛进行分析的元素的灵敏度很高，缺点是用于瞬发伽玛活化分析的中子注量率都很低，因而对大部分元素的灵敏度不如常规中子活化分析。
常规中子活化分析/仪器中子活化分析：通常是指将待分析式样直接送入反应堆进行中子(热中子、超热中子、快中子)辐照，然后经过一定时间的冷却(衰变)，将式样分装后直接使用高纯锗探测器进行测量和分析。通常被称为常规中子活化分析或仪器中子活化分析。
放射化学中子活化分析：样品需要进行化学处理的中子活化分析。有时候式样中的待测元素含量很低或者有其它因素干扰，这时需要通过化学处理把待测元素从样品中分离出来或者把主要干扰元素去掉。为了在化学处理过程中不引入污染，人们通常先把待测样品进行中子辐照，把待分析元素变成放射性元素。然后在化学处理过程中通过加入非放射性载体元素进行放射化学分离。从而提高分析灵敏度和准确度。
中子活化分析应用
中子活化分析在考古学中主要用来测量陶瓷器、玻璃、银币、铜镜、燧石、骨头化石等样品中的微量元素和痕量元素，进行统计分析，寻找共同性和差异性，从而确定元素成分的演变、产地及矿源等。不同地区的陶瓷土的元素组成差异，特别是微量、痕量元素组成差异大于它们在同一陶土源不同部位的涨落。以我国古瓷研究为例，古代瓷器原料就地取材，其中所含的微量元素种类不多，一般不影响瓷器质量，但在瓷器中长期保存，因而成为各类瓷器的分辨特征。经中子活化分析不仅确定了古瓷中微量元素的古瓷窑窑系，分析了各处古窑的瓷土来源，瓷釉中元素含量的分布说明了原料配方上的差别。更重要的是利用中子活化分析的测量数据建立了各窑系、各瓷类的微 量元素特征谱系，瓷类特征谱系因配料不同而形成，其中所含的元素和含量有明显差别，如浙江龙泉窑青瓷釉的宋代和明代特征迥异。外国学者用中子活化分析技术已积累了许多资料。通过对古陶瓷的大量数据积累从中选出地域性特征微量、痕量元素及其含量，用现代陶器、源粘土进行对比，进一步推断古陶瓷的制作年代和烧制地点。我国也用此法进行研究。
中子活化分析在水泥生产过程中用来测量物料成分。特别适用于生料配料及预均化堆场。不需取样，直接测量通过皮带的大宗物料，即时给出成分结果，参与自动控制 ，提高产品合格率。
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