核分析基礎(chǔ),成都理工大學(xué)核自學(xué)院,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,中子活化分析技術(shù)具有分析靈敏度高、元素選擇好、可分析的元素種類多、非破壞性分析，以及可做樣品體內(nèi)元素分析的優(yōu)點(diǎn)它在材料、生命、環(huán)境、地質(zhì)、考古、農(nóng)業(yè)等學(xué)科領(lǐng)域里已廣泛應(yīng)用；在某些工業(yè)部門，它甚至已成為產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)的手段。,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,中子活化分析技術(shù)使用這一分析技術(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)待分析核素的性質(zhì)，例如中子核反應(yīng)截面、元素豐度、放射性核素的半衰期、干擾情況，以及測(cè)量精度要求等，選擇合適的活化條件、樣品制備方法和測(cè)量方法，以實(shí)現(xiàn)高靈敏度、多元素分析。,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,中子活化分析技術(shù)中子活化分析巳程序化，能從核參數(shù)、干擾因素、輻照條件，選擇最佳活化和測(cè)量參數(shù)，然后對(duì)譜進(jìn)行分解，最后輸出分析得到的元素濃度數(shù)據(jù)。下面列舉一些中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例。,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析由于反應(yīng)堆中熱中子通量密度高和熱中子對(duì)大多數(shù)元素的活化截面大，熱中子活化分析應(yīng)用的范圍最廣。但因?yàn)闊嶂凶訉?duì)輕元素的(n,)反應(yīng)截面小，或者活化后的放射性核壽命不是太短，就是太長，例如:11B(n,)12B反應(yīng)截面小于5*10-30m2，12B的T1/2為0.021s。熱中子對(duì)輕元素分析不適用,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析地質(zhì)樣品在地質(zhì)勘探、地球化學(xué)、地質(zhì)年代等研究中，許多礦石樣品的成分分析，均可以用熱中子活化分析法來分析。,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析地質(zhì)樣品地球化學(xué)的主要任務(wù)就是測(cè)定地球及其各部分的組成，并找出控制地殼中各種元素的分布和遷移規(guī)律。為了達(dá)到這個(gè)目的，就要測(cè)定巖石、生物、水、大氣圈乃至隕石和月球等天體物質(zhì)中的元素組成，從中尋出有關(guān)宇宙中元素的成因以及宇宙、太陽和地球的演變過程。,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析地質(zhì)樣品地球化學(xué)一般把地質(zhì)樣品中的元素按其豐度大小而分為:主要元素（含量大于1%）次要元素（0.011%）微量元素（10-6）痕量元素（10-9）,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析地質(zhì)樣品活化分析在地球化學(xué)中的應(yīng)用大致可分為下列四個(gè)方面：研究地殼巖石和礦樣巖性地球化學(xué)；研究以海水為主要水文地球化學(xué)；研究隕石及天體樣品的宇宙化學(xué)；研究地質(zhì)年代的地球化學(xué)。,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析地質(zhì)樣品如：確定石灰?guī)r中的U和它的衰變鏈子體的含量，可用來判斷地質(zhì)年代。在宇宙化學(xué)研究中，也可通過宇宙樣品(例如隕石)的中子活化分析來探討宇宙的演變過程及其變化的物理和化學(xué)條件。,粘土頁巖樣品中子活化能譜圖,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析地質(zhì)樣品部分元素中子活化分析檢出限,6500萬年前小行星(高含Ir(銥)或者彗星沖撞地球，在空氣中產(chǎn)生了大量碎片，地球上陽光大大減少，植物不能生長，沒有可吃的食物，動(dòng)物的數(shù)量毀滅性減少，非常嚴(yán)重導(dǎo)致大多數(shù)動(dòng)物包括恐龍都滅絕了。中子活化分析技術(shù)測(cè)定了世界上幾個(gè)地方，相應(yīng)于白堊系/第三系（K/T）的界限內(nèi)黏土層中銥（Ir)的含量比普通背景值高出30-160倍，認(rèn)為銥是地外物質(zhì)指示元素，提出了小行星撞擊地球的假設(shè)；后來在許多地方，包括我國在內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果，進(jìn)一步支持了小行星撞擊地球?yàn)?zāi)變學(xué)說。地球表層Ir1g/kg(ppb)隕石n100g/kg,恐龍滅絕原因：,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析環(huán)境樣品70年代以來，環(huán)境污染問題引起全世界極大的重視，為保護(hù)人體健康，需對(duì)空氣、水源、土壤污染情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。中子活化分析法能用來做這種大量樣品的分析工作和做環(huán)境中有害元素(如Hg、As、Cd等)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析環(huán)境樣品、大氣污染的調(diào)查測(cè)量大氣飄塵中微量元素的濃度是環(huán)境監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，由于氣溶膠中的元素濃度一般在10-7克10-10克/m3。所以用靈敏度高的活化分析方法是一種比較理想的方法?？諝鈿馊苣z樣品可用采樣儀采集，對(duì)吸附在干凈的微孔濾膜上的樣品進(jìn)行中子輻照?？梢詼y(cè)量Hg、As、U、Th、Pb等。,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析環(huán)境樣品、測(cè)定水生環(huán)境中的污染對(duì)于水和冰雪樣品的活化，了解有毒有害元素和必要的生物元素。對(duì)河水中的Hg含量，為提高分析靈敏度，可對(duì)河水中的Hg進(jìn)行濃縮處理，讓水流過濾紙，雜質(zhì)沉積在紙上，然后與多元素標(biāo)準(zhǔn)樣品一起輻照35h，最后求出Hg含量。在未沾污的河水中Hg的含量很低(50-100ng/l),第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析環(huán)境樣品、土壤背景值的調(diào)查環(huán)境體系中，除了大氣圈和水圈之外，土壤也是一大類重要的環(huán)境物質(zhì)。土壤中的微量與痕量元素可通過動(dòng)物群和植物群而進(jìn)入體內(nèi)，產(chǎn)生相應(yīng)的生物效應(yīng)。通過對(duì)土壤、淤泥、河流沉積物等樣品的分析了解其中元素的分布情況。大米中Ge超標(biāo),為了調(diào)查由工廠排出的煤煙或廢水引起的公害，也常常離不開使用活化分析。例如，對(duì)大氣中的微量塵埃取樣，進(jìn)行活化分析，就能獲得很多有關(guān)大氣的情報(bào)。如塵埃中含有哪些元素？每種元素的含量是多少。也可以查清城市廢物焚燒爐、各種鍋爐、鋼鐵廠的冶煉電爐等不同污染源與環(huán)境污染的關(guān)系等等。另一個(gè)與環(huán)境污染有關(guān)的問題，就是煤煙或廢水是如何擴(kuò)散的？要想得到這一問題的答案，也需要利用活化分析進(jìn)行研究。例如，從工廠煙囪排放霧狀的硫酸鈷，或者把溴化銨的溶液混入排水中，然后從各個(gè)取樣點(diǎn)采集塵?；蛩畼?，放到反應(yīng)堆中接受照射，便能獲得放射性的鈷-60和溴-82，它們能夠放出射線和射線；再將它們與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照，以作定量測(cè)定。這樣就能了解煤煙和廢水在各處的分布狀態(tài)。,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析生物醫(yī)學(xué)樣品分析生物體中的大量元素是O、C、H和N，占總重量的96%；其次是Ca、P、S、K、Na、Cl和Mg，占3.6；,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析生物醫(yī)學(xué)樣品分析余下的0.4是其他81種元素在這81種痕量元素中，有些對(duì)生物體是起重要作用的，如Fe、Zn、Cu等；有些是不起重要作用的，如Rb、Br、Ni等；有些在正常情況下是不存在于體內(nèi)的，而是由于沾污引進(jìn)的，如Ag、Pb、Hg。,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析生物醫(yī)學(xué)樣品分析余下的0.4是其他81種元素這些元素的濃度變化情況，它們與生物體的生理、病理變化的關(guān)聯(lián)等等，都是人們十分關(guān)心的。生物體中的許多微量和痕量元素能用中子活化分析法來分析。動(dòng)物和人體的肝、腎內(nèi)臟、血清、頭發(fā)、骨頭等均可作為樣品，用灰化或冷凍干燥、粉碎后做成固體樣品，在反應(yīng)堆中輻照。,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析生物醫(yī)學(xué)樣品分析老鼠的腎臟樣品熱中子活化后的能譜輻照10min，然后冷卻3.5h，計(jì)數(shù)時(shí)間為10min,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析生物醫(yī)學(xué)樣品分析老鼠的腎臟樣品熱中子活化后的能譜輻照5h，然后冷卻29d，計(jì)數(shù)時(shí)間為4000s。能量以keV為單位，BG表示本底峰,破解拿破倫死亡之謎,拿破倫1821年5月5日死于流放的小島上。有許多猜測(cè)：胃癌謀害進(jìn)入金字塔受驚而死等1961年一位瑞士人給英國法醫(yī)部門送去了一個(gè)寫有“不朽的拿破倫之發(fā)”的信封。拿破倫死后第2天整容時(shí)取下的。中子活化分析分段測(cè)量發(fā)現(xiàn)頭發(fā)中部45cm范圍內(nèi)砷（As）含量高達(dá)1110-6克，超出正常人13倍。推算砷中毒時(shí)間長達(dá)數(shù)月。結(jié)論：拿破倫死于砒霜（As2O3)慢性中毒急性發(fā)作。,破解牛頓死亡之謎,牛頓（1642-1727）兩束頭發(fā)中汞（Hg)鉛（Pb）銻（Sb）等含量超標(biāo)。因汞鉛銻中毒而死，否認(rèn)了內(nèi)臟結(jié)石癥的傳統(tǒng)說法。牛頓怎樣會(huì)重金屬中毒呢？晚年光學(xué)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)常與這些重金屬打交道；喜歡鑒賞重金屬，經(jīng)常用手撫摩；一間居室用含有有毒硫化汞漆粉刷的。,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析考古樣品分析儀器中子活化分析是非破壞性的，很適用于文物樣品分析。用中子活化分析對(duì)古代陶瓷樣品中微量元素成分測(cè)定，可研究陶瓷制作原料成分、制作工藝、制作歷史年代和制作地點(diǎn)，也可對(duì)文物的真?zhèn)巫鞒?。?duì)古錢幣、兵器、古畫顏料等也可用中子活化法進(jìn)行分析。這些分析能為研究一定歷史時(shí)期的文化經(jīng)濟(jì)及貿(mào)易往來提供線索。,秦兵馬俑“產(chǎn)地”之謎,氣勢(shì)恢宏的8000多秦兵馬俑-深埋地下的“古代大軍”位于陜西臨潼縣秦始皇陵東側(cè)，有“世界第八大奇跡”美稱。解謎方法：選取秦陵兵馬俑樣品83個(gè),秦陵附近的黏土樣品20個(gè),耀州瓷胎樣品2個(gè).將樣品進(jìn)行儀器中子活化分析(INAA),測(cè)定每個(gè)樣品的32種元素含量.將所有樣品的元素進(jìn)行模糊聚類分析?；窘Y(jié)論：兵馬俑的原料在秦陵附近的壚土層，燒制兵馬俑的窯址在土壤的產(chǎn)地附近。中國陶窯有就地取土的傳統(tǒng)，兵馬俑也不例外。,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析材料樣品分析硅（Si）材料的分析Si是一種極為重要的半導(dǎo)體材料，自然界中硅有三種穩(wěn)定同位素，其中30Si（豐度3%）受中子照射后，可生成31Si，反應(yīng)方程式30Si（n，）31Si，T1/2=2.62h，完全可用純儀器法活化分析來做。鍺（Ge)材料的分析76Ge（n，）77mGe,T1/2=11.3h,第一章中子活化分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用,熱中子活化分析材料樣品分析其它半導(dǎo)體材料和新型材料其它半導(dǎo)體材料如砷化稼、碘化汞等，主要用于測(cè)定其中的雜質(zhì)。新型材料如通訊電纜中所使用的光纖，為了達(dá)到光學(xué)損耗小于1分貝/公里的指標(biāo)，要求雜質(zhì)含量108中子/s)或。3T(d，n)4He反應(yīng)密封中子管組成的鉆孔探管(測(cè)井系統(tǒng))，成功地應(yīng)用于石油，天然氣、煤等礦產(chǎn)勘探。,第一章中子活化分析第四節(jié)中子瞬發(fā)射線活化分析,中子瞬發(fā)射線活化分析技術(shù)的應(yīng)用、地質(zhì)勘探方面的應(yīng)用用中子瞬發(fā)射線活化分析法測(cè)量地層中的H、Cl、C、Si、Ca、Mg等元素，由Ca與Si元素含量比數(shù)據(jù)可提供地層形式是石炭巖還是沙巖這一信息；元素含量比數(shù)據(jù)也是確定碳?xì)浠衔锖繒r(shí)必需的補(bǔ)充數(shù)據(jù),第一章中子活化分析第四節(jié)中子瞬發(fā)射線活化分析,中子瞬發(fā)射線活化分析技術(shù)的應(yīng)用、地質(zhì)勘探方面的應(yīng)用這種測(cè)井系統(tǒng)也能用于煤礦或其他金屬礦產(chǎn)實(shí)地勘探，如在AlNi礦床上同時(shí)勘探Ni、Fe和Si；在斑巖銅礦床上同時(shí)勘測(cè)Cu和Si；在煤礦上劃分煤層和確定含量。上下移動(dòng)中子瞬發(fā)射線測(cè)井系統(tǒng)時(shí)，H(n，)反應(yīng)產(chǎn)生的射線強(qiáng)度的增強(qiáng)和27A1（n，)反應(yīng)產(chǎn)額的減少，能十分靈敏地指示出煤層的存在。,第一章中子活化分析第四節(jié)中子瞬發(fā)射線活化分析,中子瞬發(fā)射線活化分析技術(shù)的應(yīng)用、地質(zhì)勘探方面的應(yīng)用若在煤層中某一固定位置分析H、C、N、Al、Si、Fe、Ti和Cl等元素，由這些元素濃度及假定的煤層中氧的平均含量，就能確定煤的灰分濃度和發(fā)熱量(即煤的品位)，用這種技術(shù)也能測(cè)定鐵礦和硫礦的品位。,第一章中子活化分析第四節(jié)中子瞬發(fā)射線活化分析,中子瞬發(fā)射線活化分析技術(shù)的應(yīng)用、地質(zhì)勘探方面的應(yīng)用除了陸地礦井勘探外，在海底礦產(chǎn)勘探中也使用了中子瞬發(fā)射線活化分沂技術(shù)。例如定量分析海底沉積物和錳礦結(jié)核。測(cè)量時(shí)的主要障礙是Cl(n，)反應(yīng)產(chǎn)生的了射線本底很強(qiáng)。有人在探管中注入淡水屏蔽層，降低本底射線，分析了幾km水深的錳礦結(jié)核中的Cu、Ni、Co和Mn元素。,第一章中子活化分析第四節(jié)中子瞬發(fā)射線活化分析,中子瞬發(fā)射線活化分析技術(shù)的應(yīng)用、工業(yè)生產(chǎn)過程的監(jiān)督和控制由于中子瞬發(fā)射線活化分析技術(shù)能連續(xù)對(duì)大量樣品進(jìn)行多元素實(shí)時(shí)分析，因而它能用在工業(yè)生產(chǎn)流程的監(jiān)督和控制方面。應(yīng)用最多的是