第二章核分析技術(shù)

第三章核分析技術(shù)第一節(jié)核分析方法概述從功能上說，核分析技術(shù)有兩大類：元素分析技術(shù)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析技術(shù)元素分析技術(shù)主要有：中子活化分析、帶電粒子活化分析、X熒光分析、質(zhì)譜分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析技術(shù)包括：穆斯堡爾分析、正電子湮沒技術(shù)等活化分析活化分析通過鑒別和測量試樣受中子、光子和其他帶電粒子輻照感生的放射性同位素的特征輻射，進行元素和核素分析的核分析方法。又稱放射化分析。從原理上講，活化分析是一種絕對分析方法。1934年英國物理學(xué)家J.查德威克和M.戈德哈伯實現(xiàn)了第一次光子活化分析。1936年匈牙利化學(xué)家G.C.de赫維西和H.萊維完成了歷史上首次中子活化分析。1938年美國化學(xué)家G.T.西博格和J.J.利文古德進行了第一次帶電粒子活化分析?；罨治龅幕A(chǔ)是核反應(yīng)。用中子、光子或其他帶電粒子（如質(zhì)子等）照射試樣，使被測元素轉(zhuǎn)變?yōu)榉派湫酝凰亍８鶕?jù)所生成同位素的半衰期以及發(fā)出的射線的性質(zhì)、能量等，以確定該元素是否存在。測量所生成的放射性同位素的放射性強度或在生成放射性同位素反應(yīng)過程中發(fā)出的射線，可以計算試樣中該元素的含量。按照輻照粒子不同，活化分析可以分為：中子活化分析、帶電粒子活化分析、光子活化分析3類。其中以中子活化分析應(yīng)用最廣。①中子活化分析。主要利用的核反應(yīng)有（nγ）、（n、p）和（n、α），熱中子反應(yīng)幾乎都是（n、γ），反應(yīng)載面一般比較大，而且很少有副反應(yīng)產(chǎn)生，因此熱中子活化分析在中子活化分析中一直占有首要地位。中子活化分析可以測定原子序數(shù)1～83中的77種元素。②帶電粒子活化分析。利用的核反應(yīng)有（p，n）、（d，n）、（d，p）、（α，n）、（，p）、（，n)和（，α）等。帶電粒子的射程很短，引起的核反應(yīng)基本上發(fā)生在樣品表面，適宜于作表面分析。帶電粒子對元素的反應(yīng)載面比熱中子小，活化反應(yīng)比較復(fù)雜，但優(yōu)點是能測定用中子活化和光子活化分析無法測定的鋰、鈹和硼等輕元素。③光子活化分析。利用的主要核反應(yīng)是（γ，n），對于原子序數(shù)小的輕元素，核反應(yīng)（γ，p）也是重要的。與熱中子活化分析相比，它測定碳、氮、氧、氟等輕元素和某些中、重元素鈦、鐵、鋯、鉈和鉛的靈敏度較高；與帶電粒子活化分析相比，干擾反應(yīng)較少。一、中子活化分析簡介定義：中子活化分析就是把待分析的巖礦樣品放在反應(yīng)堆、加速器或其它中子源所提供的中子束的照射下，使之通過核反應(yīng)生成放射性核素，然后根據(jù)其衰變過程中放出的γ射線的能量及強度來鑒定待測的元素及其含量。法國皇帝拿破侖之死一直是一個謎，直到現(xiàn)代用中子活化分析對被保存的他的頭發(fā)進行分析后，才知道他是因慢性砷中毒而死的。中子活化分析主要利用的核反應(yīng)有（n、γ）、（n、p）和（n、α）。中子活化分析的優(yōu)點①檢出限好10－13～10－14，這是其它分析方法所不及的。②分析速度快、精度高采用微機控制多道脈沖幅度分析器及的自動化分析裝置，使樣品的轉(zhuǎn)移、照射、分析及數(shù)據(jù)處理等全部自動化，每天可分析數(shù)百個樣品。熱中子活化分析，對80多種元素的分析檢出限好，可達到10－6～10－11g，少數(shù)元素可高達③能作多元素同時分析。④能作非破壞性分析這點對需要保持樣品完好狀態(tài)的分析工作具有重要意義。中子活化分析——（“核指紋”：不同放射性同位素的半衰期和發(fā)射射線的能量都是不同的，如同人的指紋一樣；沒有發(fā)現(xiàn)兩個不同的放射性同位素有相同的半衰期或射線能量。n,)方法基本原理不同的穩(wěn)定元素被中子照射，活化生成不同的放射性同位素，其半衰期和射線能量也是不同的。中子活化分析就是根據(jù)獲得樣品的“核指紋”特征，判別材料中含有的元素及其含量。1）元素定量分析方法：生物醫(yī)學(xué)環(huán)境地質(zhì)半導(dǎo)體考古刑庭偵察等2）驗證其他分析方法可靠性的一種手段中子活化分析的基本方程中子輻照過程中，生成的放射性核素數(shù)N的變化率滿足如下方程2dN2NNdt12式中，λ為生成核的衰變常數(shù)；φ為樣品所在位置處的中子束密度；σ為靶核活化截面；N1為靶核的原子數(shù)目。N1＝6.02×1023ξ·W·m/M（ξ為靶核在自然界的同位素豐度，的質(zhì)量，M為靶核的原子量）。由上式可推出W為待測元素含量，m為分析樣品NN21(1et)根據(jù)活度定義，生成核得放射性活度A等于λ×N2，即ANN[(1exp(tln2/T)]21中子活化分析及步驟1樣品穩(wěn)定核素構(gòu)成氣體樣品、固體樣品、液體樣品、糊狀物等等2中子束照射樣品活化3測量樣品放射性射線能譜4根據(jù)射線能譜（能量和強度）以及半衰期等分析，確定樣品中對應(yīng)穩(wěn)定核素及其含量。其時間過程見圖2.1圖2.1中子活化的時間過程在停止輻照后某一時刻t測量到的γ射線強度為其中W為樣品中待測元素的核素的豐度，σ為中子核反應(yīng)截面，φ中子的分支比，α為內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)。實際測量中，總是在某一時間間隔(圖中總質(zhì)量，A為原子量，NA阿伏伽德羅常數(shù)，η為待測元素中感生放射性f為該放射性核素發(fā)射某種γ能量通量，ε為γ探測器效率，γt－t)記錄γ譜中峰面積(峰下的總計數(shù))，則只需對上式積分l2即可。中子活化分析設(shè)備加速器和反應(yīng)堆中進行。中子活化分析應(yīng)用中子活化分析在工業(yè)(如冶金、煤炭、水泥、玻璃、食品等)，農(nóng)業(yè)(如農(nóng)作物生長，元素分布調(diào)查等)，地球和宇宙科學(xué)(如研究元素在地質(zhì)物質(zhì)中的豐度和分布，巖石、礦物的形成和演化，礦藏資源考察分析等)，環(huán)境科學(xué)方面(如大氣污染和水生環(huán)境中的污染研究；土壤環(huán)境背景值調(diào)查等)，生命科學(xué)(如痕量元素與疾病和健康關(guān)聯(lián)的研究，組織和體液中痕量元素的含量測量，痕量元素代謝機制及生理、病理作用等)，材料科學(xué)領(lǐng)域以及考古學(xué)和參考物認證等方面均有廣泛的應(yīng)用。原理”是20世紀80年代地氣測量所謂“地氣測量發(fā)展起來的一種找深部金礦和其它金屬礦的新方法，它的找礦機理在于地殼中存在著垂直上升的氣流，這種氣流在經(jīng)過礦體時，可以將那些以納米顆粒形式存在的成礦元素、伴生元素攜帶至地表，采用專用采樣器捕獲這些到達地表的分析方法分析這些元素的含量，即可發(fā)現(xiàn)礦體地氣異常，進而達到尋找隱伏礦的由于達到地表的地氣元素濃度一般在10－9～10－11，比土壤中相應(yīng)元素的含量低3～4個數(shù)量級，必須采用分析靈敏度高、探測限滿足要求的分析手段才能獲得地氣異常。我國科學(xué)工作者以儀器中子活化分析（也有采用質(zhì)子熒光分析）作為地氣測量的分析手段，獲得了良好的結(jié)果，形成了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的“地氣理論＋專用地氣取樣器＋中子活化分析”構(gòu)成的“地氣測量”方法。在山東東季金礦16號勘探線上開展了地氣測量研究。該地金礦賦存在地下300m深。中元素包括：Au、Ag、As、Sb、Zn、Fe、Cr、Co、Sc、Na、La、Br。左圖僅展示了該勘探線上Au的地氣常成果。測量結(jié)果表明：在沿破碎帶的礦體傾向的上方Au、As、Sb、Zn、Fe、Cr、Sc、Na、La、Br元素成礦元素、伴生元素的納米顆粒，以高靈敏度上方的目的。子活化分析的異出現(xiàn)異常（圖中2號異常）；對應(yīng)于地下300m深處的礦體在地表的垂直投影區(qū)，則出現(xiàn)了Au、As、Sb、Zn、Ag元素的相對較弱的異常。東季金礦的地氣異常特征具有典型性與代表性，揭示出地氣測量在對深部礦體進行定位上，具有獨特的優(yōu)點。核活化分析除了中子活化分析外，還有帶電粒子活化分析和光子活化分析。這些活化分析技術(shù)的輻照條件各不相同，但測量方法大體相同；分析元素的范圍和靈敏度，以及分析的樣品厚度也有差異。自1938年首次用氘束轟擊樣品用于分析目的以來，帶電粒子活化分析技術(shù)就有了較大的發(fā)展。二、帶電粒子活化分析1．概述荷電粒子活化分析簡稱CPAA，是用加速器產(chǎn)生的荷電粒子去轟擊樣品的活化分析法。它與中子活化分析一樣都是靈敏度很高的微量分析技術(shù)，但由于荷電粒子本身的特點使它與中子活化分析又有很多不同的地方CPAA所使用的入射粒子，常用的表(3.2.2)是CPAA的分類和主要應(yīng)用。CPAA可分為延遲法和的放射性，因為測量是在核反應(yīng)以后進行的，所以叫延遲法；后者是測定核反應(yīng)過程中放出的粒子，這樣測量是在核反應(yīng)的同時進行的，所以叫瞬發(fā)法。表3.2.1常用帶電粒子的核性質(zhì)。是質(zhì)子、氘、α粒子、3He和H。它們的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)見表(3.2.1)。3瞬發(fā)法兩類。前者是測定核反應(yīng)后產(chǎn)核表3.2.2CPAA的分類和主要應(yīng)用這里主要敘述比較成熟的延遲法，瞬發(fā)法作為一個新的發(fā)展動向也簡要地作一些介紹。2.基本原理和特點基本原理CPAA主要是靠荷電粒子引起的核反應(yīng)來進行工作的。荷電粒子照射物質(zhì)時，與物質(zhì)作用強烈，能量不斷損耗，所以荷電粒子在物質(zhì)中的射程較短，一般只行幾百微米。另外，由于核反應(yīng)的截面(用σ表示，它標(biāo)志著核反應(yīng)發(fā)生的幾率)是與能量有關(guān)的，所以σ隨入射深度而不斷變化。荷電粒子的這些性質(zhì)與中子明顯不同，中子能貫穿很厚的樣品而截面可看作不變。CPAA是把樣品做成荷電粒子輻照的靶。荷電粒子與靶核起核反應(yīng)。其誘導(dǎo)放射性是正比于靶核在樣品中的含量，這是延遲法分的析基礎(chǔ)。設(shè)薄靶在輻照結(jié)束時產(chǎn)核的誘導(dǎo)放射性為A，則（3.2.1）推導(dǎo)見《活化分基析礎(chǔ)21－23》NA為靶核數(shù)，φ為粒子通量(粒子數(shù)／秒·厘米2)，σ為截面(厘米2)，因是薄靶，可認為它是常數(shù)；1-e稱為飽和因子，其中λ是產(chǎn)核的衰變常數(shù)(秒1)，t為輻照時間(秒)。若薄靶厚度為Δx，(3.2.1)式可改-tλ—寫為（3.2.2）n靶核數(shù)／毫克；I為流強(粒子數(shù)／秒)；Δx為厚度(毫克／厘米）。2對厚靶，因σ隨深度改變，所以A只能用積分形式表示，由于n、I和1-e都是與深度無關(guān)的常數(shù)，-tλ可放在積分號外面，得（3.2.3）式中R為射程(毫克／厘米由于σ隨深度改變的關(guān)系很復(fù)雜，要用數(shù)學(xué)方法求得(3.2.3)式中的定積分很困難，所以用從實驗求得某些參數(shù)來解決。這些參數(shù)是等效厚度，平均截面和厚靶產(chǎn)額，它們都包括了該定積分的值?，F(xiàn)以平)。2－均截面法為例來說明。平均截面是指在射程范圍內(nèi)截面的平均值，其定義為這樣代入(3.2.3)式得n與待測元素在樣品中的含量W(元素克數(shù)／樣品克數(shù))有如下關(guān)系式中：θ：靶核的核素豐度。A：阿佛加德羅常數(shù)；M：待測元素原子量，得υ(3.2.4)－所以測得了絕對計數(shù)率A以及I和值，在核數(shù)據(jù)手冊上查到θ和R(R的值，可根據(jù)入射能量，由能量－射程表查得)，可按(3.2.4)式計算出含量W，這是絕對的方法。一般用相對法較為方便，這是用已知待測元素含量的材料作為標(biāo)準，并分別輻照標(biāo)準和樣品。標(biāo)準材料的選擇，如用SiO2作氧的標(biāo)準，H3BO3作硼的標(biāo)準等，它們都可以從分子式算出待測元素含量。當(dāng)然用其他已知含量的材料也可。實驗表明，只要入射能量相同，平均截面對于不同的靶材料基本上是一個常數(shù)。這樣按(3.2.4)式，標(biāo)準(下角標(biāo)s和樣品(下角標(biāo)x)的放射性之比可表示為：(3.2.5)根據(jù)實驗得到的A、I和t值，查表得到R值以及已知的Ws值，可以求得Wx值。由于(3.2.5)式采用相對比較的形式，可用實驗直接得到的放射性計數(shù)率和束流強度代替絕對放射性和絕對流強，這是相對法方便的地方。特點CPAA的特點，以延遲法為例，主要有如下幾點(1)分析對象主要是原子序數(shù)從4到9的幾個輕元素(鈹、硼、碳、氮、氧、氟)。這是因為荷電粒，而待測元素的原于核(靶核)也帶正電，存在斥力。荷電粒子要起核反應(yīng)必須克服庫侖勢壘，其值V0。子帶正電可用下式表示式中：Z1、Z2分別為入射粒子和靶核的電荷數(shù)；A1、A2分別為入射粒子和靶核的質(zhì)量數(shù)；K：常數(shù)。由此式可見，靶核的原子序數(shù)越大，V就越大，越難起核反應(yīng)。因此CPAA適合于分析輕元素。，CPAA比起其他現(xiàn)代分析方法靈敏度要高，一般可測出ppb至ppm級的含量。表(2.1)說明CPAA的檢出限量好于其他分析方法。其中火花質(zhì)譜雖有更高的靈敏度，但準確度不及CPAA。ppm10-6(10的負6次方)相當(dāng)微克級ppb10-9(10的負9次方)相當(dāng)納克級ppt10-12(10的負12次方)相當(dāng)皮克級0(2)靈敏度高。對于輕元素來說表2.1CPAA與其他分析方法檢出限量的比較[單位：[pg(10—9g)](3)表面沾污容易清除。用活化分析法時，只要在輻照以后將樣品表面的沾污層腐蝕掉，就可避免污染的影響。這因為腐蝕時再沾上非放射性的待測元素，并不影響放射性測量的結(jié)果。對硼、氮、氧這些CPAA最擅長分析的元素來說，環(huán)境中是大量存在的，用其他方法難以除去這些元素的沾染，而CPAA則容易得到樣品內(nèi)部的真實含量。這是其獨到之處。(4)能測元素的深度分布和表面分布。荷電粒子在樣品中的射程短，所以CPAA是分析樣品表面層含量的。但射程比起表面沾污層仍大得多，所以CPAA的結(jié)果一般能夠代表樣品內(nèi)部的含量。由于荷電粒子的入射能量是可調(diào)的，所以對于元素分布不均勻的樣品可作深度分布的分析。又因荷電粒子帶電，在一定的磁場中可以聚焦和掃描，所以可作元素在樣品表面分布的研究。(5)有時可作無損分析，有時需放射化學(xué)分離。樣品能作無損實現(xiàn)這一點，只要能在無損的情況下消除干擾就行。無損分析時常用下面這些方法消除干擾：如果干擾的放射性核素是短壽命得多，就可以冷卻一段時間再測量放射性，讓干擾放射性衰變掉；如各放射性核素的半衰期差利用電子計算機來進行衰變曲線的分解以求出各組分；如干擾核反應(yīng)的閥能比主要核反應(yīng)的閥能高得多，可將入射粒子的能量調(diào)至低于干擾反應(yīng)的閥能，使干擾反應(yīng)不發(fā)生；如干擾放射性和待測放射性的射線性質(zhì)不同，可用高分辨率的測量儀器去區(qū)分它們。不過要做到無損分析，在很多情況下仍是困難的，還是要用放射化學(xué)分離法。采用放射化學(xué)分離，由于干擾放射性的排除，?？商岣哽`敏度，所以放射化學(xué)分離仍是常用的一種手段活化分析工作的步驟：樣品和標(biāo)準分析，這是人們所希望的。CPAA?？梢缘?，比起待測核素壽命短得較大，可。的制備――輻照――冷卻――測量――數(shù)據(jù)處理3實驗條件和方法CPAA的延遲法，實驗主腐蝕以后直接進行測量)。現(xiàn)就各環(huán)節(jié)中的一些問題進行討論。(一)輻照要包括輻照、腐蝕、放射化學(xué)分離和放射性測量這幾步(如果是無損分析、則圖2.3為靶室的示意圖。加速器產(chǎn)生的束流由薄窗引入，經(jīng)石墨準直孔照射至樣品上。樣品放在特制的樣品盒內(nèi)，這種樣品盒可用壓縮空氣吹至輻照位置，輻照后再吹出靶室。由于樣品盒在管道中跑動很快，所以稱它為“跑兔”。跑兔是否到了輻照位置，這由一個光源和光電管給出訊號。靶頭本身構(gòu)成一個法拉第筒，可用積分電流計測量荷電粒子的流強。樣品制成圓片，表面磨光，清洗。如果是粉末樣品，一船壓制成片狀。樣品包上鋁薄后，放入跑兔，即可送入靶室輻照。荷電粒子輻照樣品時，由于能量損耗，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。?dāng)靶過熱時，可能使樣品局部熔融，把表面的沾污深入到內(nèi)部，使結(jié)果偏高。或是造成產(chǎn)核，使結(jié)果偏低。產(chǎn)生的熱量與粒子能量和流強成正比，所以選擇能量和流強時，都要考慮靶發(fā)熱的問題。一般可用壓縮空氣冷卻揮發(fā)。2輻照條件輻照條件的選擇要根據(jù)具體對象，選用合適的核反應(yīng)，使主反應(yīng)截面大、干擾反應(yīng)少，或干擾反應(yīng)的影響容易消除。入射能量的選擇：一般能量高分析靈敏度高，但干擾反應(yīng)也增加了，所以要選擇合適的能量。輻照時間的選擇：主要看產(chǎn)核半衰期，因為從飽和因子(1-e-λt)看，它的大小是以輻照多少個半哀期來衡量的。照射一個半衰期左右，使飽和因子達0.5是比較合適的。如樣品含量高，輻照時間可短些。對高含量的樣品，常用短的照射時間。因即使飽和因子很小，由于含量高，也有足夠的放射性強度。輻照時的流強：流強大，靈敏度高。但流強大發(fā)熱就多。所以要在考慮靶冷卻條件的情況下，選擇合適的流強。(二)腐蝕輻照后將樣品表面層腐蝕掉，其目的是除去表面沾污以反及沖進度，應(yīng)從實驗得出在樣品含量提高時，表面沾污的影響就會減少。標(biāo)準樣品時，含氧量為53%，這樣就不怕環(huán)境中微量氧的沾染，所以高含量的標(biāo)準樣品不需腐蝕方法一般有化學(xué)法和機械法兩種?；瘜W(xué)法是用適當(dāng)?shù)母g劑將樣品表面腐蝕掉一層。表2.2為各體所用的腐蝕劑的例子。機械法一般是將樣品放在金剛砂中研磨。有些樣品，如巖石，用化學(xué)法難均勻地腐蝕，則以用機械法為宜。腐蝕厚度一般用稱量法求得。有時也可在腐蝕后將腐蝕液取出，用化學(xué)分析法得到腐蝕量。為了防止化學(xué)法和機械法最好連續(xù)腐蝕3—4次，每次腐蝕后都要清洗。利用式(3.2.5)計算結(jié)果時，標(biāo)準樣品和樣品的射程都要用腐蝕以后的射程，所以計算時需將原來的射程扣除腐蝕厚度。同時，標(biāo)準樣品和樣品的入射能量應(yīng)一致，才能用(3.2.5)式，這就要控制標(biāo)準樣品和樣品的腐蝕量，使腐蝕后的相應(yīng)入射能量一致。實際上標(biāo)準樣品?？刹桓g，所以可在輻照標(biāo)準當(dāng)厚度的吸收片放在標(biāo)準樣品前面，使打在標(biāo)準樣品表面上的粒子能量等于腐蝕以后樣品表面的能量，從樣品和樣品入射能量一致的要求。表2.2不同樣品所用的腐蝕劑入樣品的放射性。究竟應(yīng)腐蝕多少厚。樣品常有較高的待測元素含量，如用SiO2做氧的標(biāo)準要進行腐蝕。種基以樣品時用適而做到標(biāo)準(三)放射化學(xué)分離在放射化學(xué)分離時，常采用加入載體的方法方面可防止微量待測放射性核素的丟失，另一方面在分離過程中不需回收率進行校正即可。當(dāng)然，化學(xué)回收率應(yīng)盡可能地高，使測量時有足夠的放射性強度。此外，必須注意加入的載體與放射性核素之間應(yīng)達到同位素交換?；罨治鲋胁捎梅派浠瘜W(xué)分離時，不象一般微量元素后加入試劑時，試劑中非放射性雜質(zhì)不會影響放射性測量的結(jié)果。這是活化分析法的優(yōu)點之一。CPAA主要是測硼、碳、氮、氧等幾個輕元素，其核反應(yīng)后產(chǎn)核主要是11C、18N、15O、18F和17F。它們都是短壽命的，半衰期在66秒到1.8小時范圍內(nèi)，所以要求分離工作快速，操作時間不能超過待測核素。載體就是待測核素的穩(wěn)定同位素。加入常量的載體，一要定量回收，只要用常量分析法求得化學(xué)的化學(xué)分析法那樣需用高純試劑。這是因為輻照的半衰期太多，才能在測量時有足夠的放射性強度。(四)放射性測量CPAA主要是分析微量雜質(zhì)元素，它們活化后的放射性強度往往很低。為了有效地探測這些放射性，要求測量儀器的效率高、本底低。由于荷電粒子帶正電，所以核反應(yīng)的產(chǎn)核常常是缺電子的，極大多數(shù)為β＋發(fā)射體。正電子在物質(zhì)中的湮滅會同時發(fā)生兩個方向相反、能量為0.511兆電子伏的測量正電子湮沒輻射光子強度來確定核素含量，并要配合半衰期測量才能鑒別元素。通常采用NaI（Tl）探測器，可提高探測效率。兩個7.6cm×7.6cm的NaI（Tl）探測器相對方向放置，周圍用鉛屏蔽，并采用γ光子。這樣，可符合相加計數(shù)方法以減少本底計數(shù)。對于放射性核素電子俘獲后處于激發(fā)態(tài)的子核發(fā)射γ射線，用Ge（Li）譜儀選定某一特征γ射線進行計數(shù)。多道脈沖分析器作多定標(biāo)運行方式，用時鐘發(fā)生器的脈沖推進道址，這樣可直接測得放射性核素的衰變曲線。對測得的曲線進行分解，便可確定元素的種類和含量。為了在相對測量法中比較任何能量下標(biāo)準樣品的放射性活度，可事先用一系列已知不同厚度的吸收片標(biāo)準樣品前，然后進行輻照和放射dE性測量。由帶電粒子的吸收片中的數(shù)據(jù)，可以確定通過不同吸dx放在收片厚度后的粒子能量，從而得到不同能量下的標(biāo)準樣品的活化產(chǎn)額標(biāo)準曲線。以后分析樣品時，不必再次轟擊標(biāo)準樣品。注意：對標(biāo)準樣品、待分析樣品、束流監(jiān)測器樣品的放射性進行測量時，需確保探測幾何條件、γ射線吸收情況保持不變，否則要進行修正。4CPAA中的干擾反應(yīng)帶電粒子活化分析時主要存在著初級干擾反應(yīng)。由于入射帶電粒子的種類和能量的選擇自由度較大，帶電粒子活化分析中的干擾問題比較容易消除。（1）相同性核素的干擾樣品中不同的元素經(jīng)帶電粒子輻存在著干擾反應(yīng)N(p，α)C。前一反時只要把入射粒子能量降到4MeV以下，就消除了就比較難區(qū)分這些元素，需要改變轟擊粒子種類及轟擊能量來消除干擾。（2）不同的β衰變核素的干擾放射照生成了相同的性核素，例如，用B(p，n)C反應(yīng)分析B元素1111應(yīng)的閥能為2.8MeV，后一反應(yīng)要在4MeV以上才發(fā)生。分析N的干擾反應(yīng)。有時可能三個元素生成同一放射放射時，141114性核素，這時＋不同元素O元素時，O(p,n)衰變核素，對γ譜上0.511MeV峰計數(shù)都有貢獻，因而造成干擾。但因所以可以通過增加輻照后的冷卻時間來消除干擾。5．CPAA在農(nóng)業(yè)和生物學(xué)上的應(yīng)用CPAA主要應(yīng)用于半導(dǎo)體材料和高純金屬中輕雜質(zhì)元素也發(fā)展了在農(nóng)業(yè)和生物學(xué)方面的某些應(yīng)用，分析的元素有碳、氮、氧、氟、磷、鉀、鈣等。隨著CPAA的元素分析面由輕元素向重元素的擴大，使這一分析方法在農(nóng)業(yè)和生物學(xué)方面的應(yīng)用也有了更廣闊的前景。經(jīng)輻照后可能生成不同的放射性核素，但這些核素發(fā)射的O(p，α)N和C(p，n)N的半衰期短（T＝10min），γ射線能量相同。例如，分析濃縮的181818F，T1/2＝110min，干擾反應(yīng)有15151313N。F和N都是β＋1813131/2(硼、碳、氮、氧等)的分析。七十年代以來，下面介紹幾個應(yīng)用的例子。(一)植物中蛋白質(zhì)含量的測定植物中的蛋白質(zhì)含量是它的營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)。測定1969年，國外用14N(p，d)13N反應(yīng)測定瞬發(fā)氘子的方應(yīng)，并測產(chǎn)核N的放射植物中蛋白質(zhì)含量。1974年，報道了用反應(yīng)，以6兆電子伏氘子轟擊，測定反應(yīng)過程中放出的瞬發(fā)α粒子和瞬發(fā)質(zhì)子，從而測定在1975年召開的第七屆回旋加速器及其應(yīng)用會議上，報道了用14N(p,n)14O反應(yīng)(閾能6.4兆電子伏植物中蛋白質(zhì)含量對于選種也具有很大意義。植物中氮含量。1972年報道了用該反N(d，α)C和N(d，p)了種子中的氮。法來測定N1513性來測定141214)測定氮，從而推算出谷物中蛋白質(zhì)含量。其中產(chǎn)核14O以下列形式衰變：。放出2.31兆電子伏的待征γ射線，所以測此γ射線，就能進行氮含量測定。16兆電子伏，流強0.1微安。分析中不須知道樣品的重量，被輻照谷物的有效質(zhì)量由近于反應(yīng)閾能(6.4兆電子伏)時的質(zhì)子和16兆電子伏時質(zhì)子的射程之差來測定。樣品的分析速度極快，一分鐘能測個以上樣品。本法比傳統(tǒng)的化學(xué)測氮法要優(yōu)越。傳統(tǒng)方法領(lǐng)先將樣品消化，然后進行蒸餾。本法則不須處理樣品。另外，本法的準確度也比傳統(tǒng)方法高。在加拿大這種分析每年要做一百萬個以上。所以，本法準確、無損、快速地解決了大量樣品分析的問題。(二)18O示蹤劑的測定在各種生物研究中，常使用穩(wěn)定性核素工作中，射至樣品表面上的質(zhì)子能量為四O作示蹤劑，大多數(shù)的最后產(chǎn)物為HO，水中O一般用1818182質(zhì)譜法分析，須把水中的氧游離為氣體(如CO和C02)，這就要求有復(fù)雜的真空設(shè)備和氣體收集器。另外也O的，但此法制各樣品困難，需要相當(dāng)多的樣品，使應(yīng)用受到限制。1975年，F(xiàn)反應(yīng)，測量F的湮滅γ光子(能量0.5ll兆電子伏)，從而測定了水中的O。該法的有用密度測量法來分析水中18國外報道用18O(p,n)181818特點是核反應(yīng)截面大(5兆電子伏質(zhì)子轟擊下，截面500毫靶)、靈敏度高。他們用質(zhì)子能量為8.5兆電子伏，流強為5微安，能分析少至1.5微升的水樣品。除樣品制備時要蒸發(fā)外，不要求其他化學(xué)處理。兩個競爭反應(yīng)16O(p,α)N和C(p,n)N，由于F的半衰期(110分鐘)比N的半衰期〔10分鐘)長得多，所以只13131813要在測量前冷卻兩小時就能消除干擾。所得的結(jié)果精密度好，比質(zhì)譜法準確13。穆斯堡爾效應(yīng)即是一種無中實現(xiàn)的，因此被命名為穆斯堡爾效應(yīng)。應(yīng)用穆斯應(yīng)可以研究原子核與周圍環(huán)境的超精細相互作用引起的原子核能級及其微小的變化，它已經(jīng)成為研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的有力的分析手段。穆斯堡爾效應(yīng)的實驗設(shè)備簡單，不必采加速器、反應(yīng)堆這類大型設(shè)備，因而易于普及使用。穆斯堡爾效應(yīng)已在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、冶金學(xué)、礦物學(xué)、材料學(xué)、考古學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，取得了不少成果。它是核物理與其它學(xué)科相互滲透和相互促進的一個突出例子。（一）原子核發(fā)射和吸收γ射線過程1.原子光譜的共振吸是一種常見的物理現(xiàn)象共振。如果我們敲擊一個音叉，使它振動，那么，另一音叉被A進行振動，這就是共振。早在18世紀末就有人提出光也應(yīng)該有共振現(xiàn)象證了原子體系中確實存在光的共振現(xiàn)象我們來看一下實驗來自鈉光源的一束鈉黃光(即Na—D線)通過上成象。如果坡璃瓶是空的，則我們可以在光屏上看到—個明亮的黃色光斑。當(dāng)玻璃瓶中引入鈉蒸氣后，光屏上黃色斑點的強度明顯減弱，但是我們可以看到玻璃瓶中的鈉蒸氣卻發(fā)出黃色的熒光。這是因為，玻璃瓶中的鈉蒸氣原子選擇吸收發(fā)自鈉光源的Na—D線的可見光子后，就躍遷到激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的鈉原于是不穩(wěn)定的，隔非常短的時間它會再發(fā)射出一個Na—D線可見光子而回到基態(tài)。由于再發(fā)射光子的方向可以是任意的，結(jié)果就出現(xiàn)了可見光的共振散射現(xiàn)象，使鈉蒸氣發(fā)出黃色的共振熒光。從本質(zhì)上來說可見光、紫外光、光、紫外光、X射線常來自原子能級間的躍遷，而γ射線常核能級間的躍遷，γ射線也應(yīng)能作類似的共振吸收及共振熒光實驗2原子核的共振吸早在