核分析基礎(chǔ)習(xí)題成都理工大學(xué)

1、一、填空題 1.核分析是利用核輻射粒子與物質(zhì)的原子或原子核相互作用，采用核物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)獲得可觀測(cè)信息，分析物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)的一種髙靈敏分析方法。 核輻射粒子主要有：中子 、射線、粒子等，相互作用主要是電磁作用 ，以及核力作用。2.中子活化的中子源主要有同位素中子源、加速器中子源、核反應(yīng)堆中子源。3.活化分析主要有中子活化分析和帶電粒子活化分析兩類，中子活化分析又分為反應(yīng)堆中子活化分析和快中子活化分析。4.X射線熒光分析的激發(fā)方式主要有 X射線管的X射線激發(fā)、電子束激發(fā)、和加速器的、p、d等重帶電粒子和重離子激發(fā)方式。5.背散射分析對(duì) 輕 （輕，重）元素基體樣品中的 重 （輕，重）元素雜質(zhì)有較高的

2、分析靈敏度。6.射線來(lái)自于核內(nèi)躍遷，X射線來(lái)自內(nèi)層電子躍遷，由此可知可見光來(lái)自于外層電子躍遷。7.粒子誘發(fā)X射線熒光分析PIXE的制靶方法有灰化法和硝化法方式。8.做中子活化分析時(shí)，為求得樣品中元素的濃度，需確定測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化方法，即采用絕對(duì)測(cè)量法還是相對(duì)測(cè)量法。9.慢中子活化是通過（n,）俘獲反應(yīng)生成放射性核素?？熘凶踊罨峭ㄟ^(n, p)、(n, )、(n, 2n)、和(n, n)閾能反應(yīng)生成放射性核素。10.中子活化分析中，譜線干擾的解決辦法有用不同的半衰期解決、利用分支比扣除法、解重峰等等。11.由于帶電粒子在靶物質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)受能量損失，在靶中不同深度處粒子能量不同，因而反應(yīng)截面不同，反

3、應(yīng)產(chǎn)額隨之而改變。所以，在推導(dǎo)帶電粒子活化分析公式時(shí)，要區(qū)分薄樣品和厚樣品。12.帶電粒子核反應(yīng)分析包括帶電粒子緩發(fā)分析和帶電粒子瞬發(fā)分析。13.帶電粒子核反應(yīng)瞬發(fā)分析中，伴隨發(fā)射的輻射包括出射的帶電粒子、射線，以及出射的中子。14.盧瑟福背散射分析中，入射離子與靶原子碰撞的運(yùn)動(dòng)學(xué)因子、散射截面和能量損失因子是背散射分析中的三個(gè)主要參量。二、名詞解釋 1. 中子活化分析：用中子輻照樣品，使原子核發(fā)生核反應(yīng)，生成具有一定壽命的放射性核素，然后對(duì)生成的放射性核素進(jìn)行鑒別，從而確定樣品中的核素成分和含量的一種分析方法。2.X射線熒光分析：本法系利用原級(jí)X射線光子或其他微觀粒子激發(fā)待測(cè)物質(zhì)中的原子，使

4、之產(chǎn)生次級(jí)的特征X射線（X光熒光）而進(jìn)行物質(zhì)成分分析和化學(xué)態(tài)研究的方法。3. 帶電粒子活化分析（CPAA）：具有一定能量的帶電粒子與物質(zhì)中的原子核發(fā)生核反應(yīng)，如果反應(yīng)的剩余核是放射線核素，則測(cè)量這次放射性核素的半衰期和活度，就可以確定樣品中被分析元素的種類和含量。4. 核分析：利用核輻射粒子與物質(zhì)的原子或原子核相互作用，采用核物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)獲得可觀測(cè)信息，分析物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)的一種高靈敏分析方法。5. 核分析技術(shù)：在痕量元素的含量和分布的分析研究中，利用核探測(cè)技術(shù)、粒子加速技術(shù)和核物理實(shí)驗(yàn)方法的一大類分析測(cè)試技術(shù)。6. 活化：粒子從外界獲得足夠能量后，其電子由較低的基態(tài)能級(jí)躍遷到較高能級(jí)的過程，及

5、激發(fā)。7. 冷卻時(shí)間：在活化分析中，一般照射后并不立刻進(jìn)行測(cè)量，而是讓樣品“冷卻”（即衰變）一段時(shí)間。8. 中子瞬發(fā)射線活化分析：通過測(cè)量中子與原子核發(fā)生反應(yīng)時(shí)發(fā)射的瞬發(fā)射線，達(dá)到識(shí)別元素和確定元素含量的目的，就可以知道元素種類和含量的分析方法。9. 帶電粒子活化分析：具有一定能量的帶電粒子與原子核發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，如果反映的剩余核是放射性核素，則測(cè)量這放射性核素的半衰期和活度，就可以確定樣品中被分析元素的種類和含量10. 核反應(yīng)的產(chǎn)生率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)入射粒子在靶中引起的核反應(yīng)數(shù)。11. 帶電粒子核反應(yīng)瞬發(fā)分析法：是直接測(cè)量核反應(yīng)過程中伴隨發(fā)射的輻射確定反應(yīng)原子核的種類和元素濃度的方法。12. 盧瑟

6、福散射截面：在盧瑟福背散射分析中，研究的是入射粒子與靶原子核之間的庫(kù)侖排斥力作用下的彈性散射過程。這種散射過程的微分截面就是盧瑟福散射截面。13. 俄歇效應(yīng)：在某些情況下，較外層（如L層）電子像K層躍遷時(shí)，多余的能量不一他正X射線形式放出，而是直接給予同一層（仍為L(zhǎng)層）的某個(gè)電子，這個(gè)電子就脫離原子的舒服，成為自由電子。14.熒光產(chǎn)額：形成電子空位后產(chǎn)生特征X射線的幾率15.穆斯堡爾效應(yīng)：是一種原子核無(wú)反沖的射線共振吸收或共振散射現(xiàn)象。16.穆斯堡爾譜學(xué)：穆斯堡爾譜學(xué)是應(yīng)用穆斯堡爾效應(yīng)研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)的學(xué)科17.溝道技術(shù)：利用帶電粒子與單晶體的相互作用研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的一種分析技術(shù)18.溝道

7、效應(yīng)：當(dāng)注入離子沿著基材的晶向注入時(shí)，則注入離子可能與 晶格原子發(fā)生較少的碰撞而進(jìn)入離表面較深的位置，這一現(xiàn)象稱為溝道效應(yīng)。19.阻塞效應(yīng)：阻塞效應(yīng)是以晶體點(diǎn)陣位置作為發(fā)射點(diǎn)，某方向出射的帶電粒子幾率強(qiáng)烈地依賴于出射方向同晶軸的夾角的效應(yīng)。 20.正電子湮沒技術(shù)：通過測(cè)量正電子與材料中電子湮沒是所發(fā)出的射線的角度、能量以及正電子與電子湮沒前的壽命，來(lái)研究材料的電子結(jié)構(gòu)和缺陷結(jié)構(gòu)22.正電子素：當(dāng)一個(gè)已熱化的正電子和一個(gè)電子碰撞時(shí)，有可能在發(fā)生湮沒之前暫時(shí)形成一個(gè)由正電子和負(fù)電子組成的中性束縛體系(e+e-)，即稱為正電子素，以Ps表示。23.正電子的壽命：正電子產(chǎn)生的起始時(shí)間到湮滅的終止時(shí)間。

8、比如Na-22放出正電子時(shí)同時(shí)放出能量1.28Mev的光子，正電子遇到電子湮滅時(shí)放出兩個(gè)0.511光子。這段時(shí)間稱為Na-22正電子壽命 21.加速器質(zhì)譜分析：放射性同位素原子被電離后，在加速管中被加速至數(shù)兆或數(shù)十兆電子伏高能，然后通過選擇和鑒別，直接測(cè)量目標(biāo)同位素原子數(shù)。三、簡(jiǎn)答題1. 簡(jiǎn)述（n,）中子活化分析的工作原理，中子活化分析的四個(gè)步驟。原理：中子輻照生成放射性同位素，不同的同位素半衰期和射線能量也不同，由此確定元素中的核素成分。步驟：1.樣品的制備 2.樣品的輻照 3.放射性活度測(cè)量 4.進(jìn)行數(shù)據(jù)處理2. 簡(jiǎn)述中子活化分析的優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用領(lǐng)域，以及應(yīng)用中要注意哪些因素和條件的選擇。

9、優(yōu)點(diǎn)：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 應(yīng)用領(lǐng)域：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；注意：使用中子活化分析技術(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)待分析核素的性質(zhì)，如核反應(yīng)截面、元素豐度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。3. 中子活化分析測(cè)量核素的選擇、照射條件的選擇、冷卻時(shí)間的選擇原則。測(cè)量核素的選擇：熱中子（或超熱中子）的反應(yīng)截面要大；有適當(dāng)?shù)陌胨テ冢═1/2）; 有可供測(cè)量的能譜，干擾要盡量小；有穩(wěn)定的同位素豐度，且宜選擇同位素豐度大的。照射條件的選擇：照射時(shí)間長(zhǎng)、短的選擇要根據(jù)生成核素B的半

10、衰期來(lái)定，半衰期長(zhǎng)其照射時(shí)間就要長(zhǎng)；半衰期短其照射時(shí)間就可以短，一般24h就認(rèn)為要短，要長(zhǎng)短結(jié)合，綜合考慮。我們一般在（中子注量率）在1013情況下，照射時(shí)間為10小時(shí)。冷卻時(shí)間的選擇原則：關(guān)鍵要看大多數(shù)目標(biāo)元素半衰期，由于它們的半衰期相差很大，一般為停止照射后23個(gè)半衰期后開始測(cè)量，對(duì)遠(yuǎn)離反應(yīng)堆的測(cè)量，一個(gè)樣品通常需要測(cè)23次，第1次測(cè)量半衰期短的核素。4中子活化分析中測(cè)量條件的選擇及測(cè)量中應(yīng)注意的問題。測(cè)量條件的選擇：放射源（樣品或標(biāo)準(zhǔn)）與探測(cè)器之間的距離應(yīng)盡可能近；死時(shí)間不能太大，太大不僅漏記嚴(yán)重，而且會(huì)使探測(cè)器的分辨率變差。測(cè)量中應(yīng)注意：同一組中樣品和標(biāo)準(zhǔn)必須在相同的幾何位置上進(jìn)行測(cè)量

11、；為了提高測(cè)量精度，可對(duì)同一核素不同的譜峰都進(jìn)行測(cè)量，例如Sc的889KeV、1120Kev； 對(duì)同一核素不同的譜峰都進(jìn)行分析，例如Yb(177KeV、197KeV)；U的228、277KeV； 對(duì)同一核素可進(jìn)行不同時(shí)間的跟蹤測(cè)量，例如Sb的564KeV,與As的559KeV很近，但是半衰期相差很大；測(cè)量時(shí)間的修正：由于標(biāo)準(zhǔn)和樣品不可能在同一探測(cè)器上同時(shí)測(cè)量，總有先后，因此必須對(duì)測(cè)量時(shí)間進(jìn)行修正，修正是指對(duì)峰面積的修正，修正到和標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)測(cè)量時(shí)樣品的面積應(yīng)該是多少？【或者說修正到和樣品同時(shí)測(cè)量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的面積應(yīng)該是多少？5. 中子活化分析中的干擾因素及解決辦法。（1）同位素豐度是否正常，解決辦法盡可

12、能用同位素豐度高的作為標(biāo)準(zhǔn)。（2）中子通量密度是否均勻，解決辦法：a、盡量減少樣品重量；b、溶解稀釋；c、作自屏蔽曲線進(jìn)行修正。（3）干擾反應(yīng)，解決：需要了解Mg/Na的比值，在超基性巖中，Mg/Na=103左右。（4）譜線干擾，解決：用不同的半衰期解決、利用分支比扣除法6. 試述X射線熒光分析的工作原理。X射線熒光分析中使用濾光片的作用，濾片能否改善探測(cè)器的能量分辨率？原理：入射粒子與原子發(fā)生碰撞，從中逐出一個(gè)內(nèi)層電子，此時(shí)原子處于受激狀態(tài)。隨后(10-1210-14s)，原子內(nèi)層電子重新配位，即原子中的內(nèi)層電子空位由較外層電子補(bǔ)充，兩個(gè)殼層之間電子的能量差，就以X射線熒光的形式釋放出來(lái)。作

13、用：1）、抑制特殊元素的譜線（Pd）；2）改變激發(fā)源譜線的能量分布3）降低背景；不能改善探測(cè)器能量分辨率。7. 簡(jiǎn)述X射線熒光分析中的基體效應(yīng)，以及克服或校正基體效應(yīng)的方法由于X光子有一定的貫穿本領(lǐng)，X熒光分析一般用于厚樣品分析，這又引起基體效應(yīng)X射線被基體的吸收。方法：（1）基體匹配法（2）薄試樣法（3）內(nèi)標(biāo)法（4）標(biāo)準(zhǔn)加入法（5）散射比法8.X射線激發(fā)源的種類？X射線熒光分析儀器的分類？X射線熒光分析干擾因素？9.X射線能譜的探測(cè)系統(tǒng)？X射線熒光分析技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用？應(yīng)用：儀器輕便、易攜帶（1kg左右），分析速度快（幾秒種至幾分鐘）和可分析元素范圍廣（從原子序數(shù)13Al至92U），其測(cè)量對(duì)

14、象可以是巖礦石的原生露頭、塊狀巖石礦石、土壤、運(yùn)動(dòng)的礦漿、不同顆粒度的粉末樣品和金屬鑄件等10. 簡(jiǎn)述中子瞬發(fā)射線活化分析及其特點(diǎn)原理：中子被原子核俘獲形成復(fù)合核，后，處于激發(fā)態(tài)的復(fù)合核退激發(fā)射射線，測(cè)量這射線的能量和強(qiáng)度，就可以知道元素種類和含量特點(diǎn)：具有非破壞性、體樣品分析的特點(diǎn)，而且還具有輻照時(shí)間短、分析速度快和活化后的剩余放射性低等優(yōu)點(diǎn)。11. 簡(jiǎn)述帶電粒子活化分析和特點(diǎn)，以及該方法的主要干擾問題及其解決辦法。具有一定能量的帶電粒子與物質(zhì)中的原子核發(fā)生核反應(yīng)，如果反應(yīng)的剩余核是放射線核素，則測(cè)量這次放射性核素的半衰期和活度，就可以確定樣品中被分析元素的種類和含量。干擾問題：1.不同元素

15、經(jīng)照射后生成相同放射性核素的干擾 2.不同元素經(jīng)照射后生成不同放射性核素，但發(fā)射相同射線能量的干擾解決辦法：1.根據(jù)閾能，改變?nèi)肷淞Ｗ幽芰?2.根據(jù)半衰期，增加輻照后的冷卻時(shí)間t12. 簡(jiǎn)述帶電粒子核反應(yīng)瞬發(fā)分析方法、優(yōu)點(diǎn)及其適于分析范圍。核反應(yīng)瞬發(fā)分析法直接測(cè)量核反應(yīng)過程中伴隨發(fā)射的輻射確定反應(yīng)原子核的種類和元素濃度的方法優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)便、分析速度快、可利用不同的核反應(yīng)道、不同的出射粒子和核反應(yīng)運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系更有利地鑒別元素和消除干擾反應(yīng)，特別是它能在不破壞樣品結(jié)構(gòu)的情況下提供元素深度分布信息分析范圍：樣品表面輕元素分析、分析靶物質(zhì)中的雜質(zhì)成分13. 簡(jiǎn)述帶電粒子核反應(yīng)瞬發(fā)分析的特點(diǎn)1.有極高的選

16、擇性，干擾小2.核反應(yīng)特性不受靶所處的物理和化學(xué)狀態(tài)的影響，樣品可以在高溫和高壓下被分析。3. 適合分析重基體中的輕元素。4.有較高的靈敏度和精密度。5. 適合對(duì)表面和近表面層內(nèi)的元素進(jìn)行分析。6.可給出表面或近表面層內(nèi)雜質(zhì)濃度隨深度分布的情況。7.經(jīng)過高度準(zhǔn)直和聚焦的微米束，可以進(jìn)行雜質(zhì)空間分布分析 。8.和固體的溝道效應(yīng)相結(jié)合，可以確定雜質(zhì)在晶格中的位置和進(jìn)行晶體損傷的測(cè)量。 9.方法簡(jiǎn)便，分析速度快。10.不破壞樣品。14. 簡(jiǎn)述盧瑟福背散射分析的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍特點(diǎn)1. 無(wú)損快速2. 不需要標(biāo)準(zhǔn)樣品3. 特別適于分析輕基體中的重元素4. 分析靈敏度好，一般為10-6 gg-1量級(jí)5.

17、分析樣品深度為m量級(jí)，深度分辨率為10.020.0nm。應(yīng)用范圍：樣品表面層雜質(zhì)成分和深度分布分析，材料表面各種薄膜組成和厚度分析，薄膜界面特性分析，化合物的化學(xué)配比分析，以及離子束混合材料分析等。15. 簡(jiǎn)述盧瑟福背散射分析原理及特點(diǎn)原理：當(dāng)一束具有一定能量的離子入射到靶物質(zhì)時(shí)，只有離子束中極小部分離子與靶原子核發(fā)生大角度庫(kù)侖散射而離開原來(lái)的入射方向；用探測(cè)器對(duì)這些背散射粒子進(jìn)行測(cè)量，能獲得有關(guān)靶原子的質(zhì)量、含量和深度分布等信息，通過測(cè)量散射粒子能量和強(qiáng)度，就能實(shí)現(xiàn)樣品的定性、定量分析。16.穆斯堡爾譜學(xué)的原理和特點(diǎn)原理：原子核無(wú)反沖地發(fā)射或共振吸收射線的現(xiàn)象（穆斯堡爾效應(yīng)）特點(diǎn)：1.穆斯堡

18、爾譜具有極高的能量分辨率，很容易探測(cè)出原子核能級(jí)的變化。 2.利用穆斯堡爾譜可以方便地研究原子核與其周圍環(huán)境見的超精細(xì)相互作用，可以靈敏地獲得原子核周圍的物理和化學(xué)環(huán)境的信息。17. 穆斯堡爾三種主要的超精細(xì)作用？穆斯堡爾譜儀的設(shè)備？三種主要的超精細(xì)作用：同質(zhì)異能位移、四級(jí)分裂、磁超精細(xì)分裂設(shè)備：18.正電子湮沒原理？正電子湮沒三種實(shí)驗(yàn)方法？正電子湮沒技術(shù)的應(yīng)用？原理：通過測(cè)量正電子與材料中電子湮沒是所發(fā)出的射線的角度、能量以及正電子與電子湮沒前的壽命，來(lái)研究材料的電子結(jié)構(gòu)和缺陷結(jié)構(gòu)三種實(shí)驗(yàn)方法：2角關(guān)聯(lián)測(cè)量、多普勒線性展寬譜、正電子壽命譜應(yīng)用：目前能夠用PAT測(cè)量空位形成能的純金屬幾乎都已測(cè)完，并開始進(jìn)入了稀薄合金（低合金）中空位形成能定量測(cè)定的階段。19.正電子按能量高低分類？正電子與物質(zhì)相互作用過程？慢正電子束技術(shù)特點(diǎn)？20.溝道效應(yīng)的兩個(gè)重要特征參數(shù)？退道現(xiàn)象？退道比？隨機(jī)產(chǎn)額？定向產(chǎn)額？?jī)蓚€(gè)重要參數(shù)：臨界角