核分析基礎(chǔ)(成理工)-練習(xí)題考題題目

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 、光子 、帶電粒子 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 、和反應(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(lèi)，中子活化分析又分為中子緩發(fā)射線(xiàn)活化分析（簡(jiǎn)稱(chēng)中子活化分析）和中子俘獲瞬發(fā)射線(xiàn)活化分析。4. X射線(xiàn)熒光分析的激發(fā)方式主要有 、 、和 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)有較高的分析靈

2、敏度。6. 射線(xiàn)來(lái)自于 核內(nèi) 躍遷，X射線(xiàn)來(lái)自 內(nèi)層電子 躍遷，由此可知可見(jiàn)光來(lái)自于 外層電子 躍遷。7. 粒子誘發(fā)X射線(xiàn)熒光分析PIXE的制靶方法有 和 方式。灰化法；硝化法；蒸發(fā)干燥法；化學(xué)提取法等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(guò)(n，)俘獲反應(yīng)生成放射性核素?？熘凶踊罨峭ㄟ^(guò)(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(xiàn)干擾的解決辦法有用不同的半衰期解決（不同的冷卻時(shí)間）、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)

3、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(即帶電粒子活化分析)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(xiàn)，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：中子活化分析是用中子輻照樣品，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

4、素成分和含量的一種分析方法。2. X射線(xiàn)熒光分析 3. 帶電粒子活化分析（CPAA）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)的一種髙靈敏分析方法。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(lèi)分析測(cè)試技術(shù)，統(tǒng)稱(chēng)為核分析技術(shù)。6. 活化：一些穩(wěn)定的原子核在粒子的作用下，發(fā)生核反應(yīng)，變成新的放射性核素，這種現(xiàn)象稱(chēng)為活化。7. 冷卻時(shí)間：從停止照射至樣品開(kāi)始測(cè)量的這一段時(shí)間叫做冷卻時(shí)間。8. 中子瞬發(fā)射線(xiàn)活化分析：通過(guò)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(xiàn)，達(dá)到識(shí)別元素

5、和確定元素含量的目的，我們稱(chēng)這種分析為中子瞬發(fā)射線(xiàn)活化分析(記為NPGAA)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)，如果反應(yīng)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(lèi)和含量。10. 核反應(yīng)的產(chǎn)生率：?jiǎn)挝粫r(shí)間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(guò)程中伴隨發(fā)射的輻射確定反應(yīng)原子核的種類(lèi)和元素濃度的方法12. 盧瑟福散射截面：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(guò)程的微分截面稱(chēng)為盧瑟福散射截面。俄歇效應(yīng)：在某些情況下，較外層（如L層）電子向K層躍遷時(shí),多余的能量不是以特征

6、X射線(xiàn)形式放出,而直接給予同一層(仍為L(zhǎng)層)的某個(gè)電子,這個(gè)電子就脫離原子的束縛,成為自由電子。這種效應(yīng)稱(chēng)為俄歇效應(yīng)。熒光產(chǎn)額：形成電子空位后產(chǎn)生特征X射線(xiàn)的幾率。三、簡(jiǎn)答題1. 簡(jiǎn)述（n,）中子活化分析的工作原理，和中子活化分析的四個(gè)步驟。原理：中子活化分析是用中子輻照樣品，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。通過(guò)對(duì)生成核素放出射線(xiàn)能量的測(cè)量，達(dá)到對(duì)放射性核素進(jìn)行成分的鑒別，從而確定樣品中的核素成分；通過(guò)對(duì)放射強(qiáng)度的測(cè)量來(lái)確定核素含量。四個(gè)步驟：樣品的制備樣品的輻照。將樣品放在中子場(chǎng)中照射取出已輻照的

7、樣品，如有必要對(duì)樣品進(jìn)行放射化學(xué)元素分離，進(jìn)行放射性活度測(cè)量。進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，按一定的標(biāo)準(zhǔn)化方法求出樣品中元素的含量或濃度。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。具有分析靈敏度高、元素選擇好、可分析的元素種類(lèi)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(mén)，它甚至已成為產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)的手段。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

8、分析。3. 簡(jiǎn)述中子瞬發(fā)射線(xiàn)活化分析及其特點(diǎn)通過(guò)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(xiàn)，達(dá)到識(shí)別元素和確定元素含量的目的，我們稱(chēng)這種分析為中子瞬發(fā)射 線(xiàn)活化分析(記為NPGAA)；有時(shí)也稱(chēng)中子俘獲射線(xiàn)分析。對(duì)用堆中子活化(中子緩發(fā)射線(xiàn)活化)分析不靈敏的H、10B、C、N、S和113Cd等這些元素(因?yàn)榉磻?yīng)生成穩(wěn)定的核素)，可以用中子瞬發(fā)了射線(xiàn)活化分析法分析。中子瞬發(fā)射線(xiàn)活化分析同樣具有非破壞性、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)。中子活化分析壽命極短的核素的分析準(zhǔn)確度較差，而用中子瞬發(fā)射線(xiàn)活化分析法可提高分析準(zhǔn)確度。4. 簡(jiǎn)述帶電粒子活化分析和特點(diǎn)

9、，以及該方法的主要干擾問(wèn)題及其解決辦法。具有一定能量的帶電粒子與原子核發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，如果反應(yīng)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(lèi)和含量。帶電粒子活化分析技術(shù)主要應(yīng)用于樣品表面層的痕量輕元素分析以及某些重元素分析。如B、C、N，O、P、S、Pb、Nb等。入射帶電粒子與輕元素之間的庫(kù)倫勢(shì)壘低；入射帶電粒子與重元素之間的庫(kù)倫勢(shì)壘雖然較高，但對(duì)有些重元素（如Pb，Nb），其它分析方法靈敏度低。雖然帶電粒子活化做常規(guī)分析不是十分方便，但可用來(lái)標(biāo)定其它分析方法的測(cè)量結(jié)果。干擾問(wèn)題不同元素經(jīng)照射后生成相同放射性核素的干擾根據(jù)閾能，改變?nèi)肷淞Ｗ幽芰?。不同元?/p>

10、經(jīng)照射后生成不同放射性核素,但發(fā)射的射線(xiàn)能量相同的干擾根據(jù)半衰期，增加輻照后的冷照時(shí)間 t。5. 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。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(guò)程中伴隨發(fā)射的輻射確定反應(yīng)原子核的種類(lèi)和元素濃度的方法。這種分析方法較之帶電粒子活化分析法具有更多的優(yōu)越性：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。帶電粒子與輕元素的反應(yīng)Q值大，產(chǎn)額高，只用幾個(gè)MeV能量的帶電粒子就可以進(jìn)行高靈敏度元素分析。帶電粒子核反應(yīng)瞬發(fā)分析是樣品表面層輕元素

11、分析不可缺少的一種分析方法。它的應(yīng)用范圍很廣，早在60年代就被用來(lái)分析靶物質(zhì)中的雜質(zhì)成分。近些年來(lái)在提高分析靈敏度和深度分辨率方面有了不少進(jìn)展。6. 簡(jiǎn)述帶電粒子瞬發(fā)分析的特點(diǎn)1.有極高的選擇性，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，（條件允許時(shí)）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，特別是B、H、He、Li、Be、C、N、O、F、Na、Mg和A1 等元素。 4.有較高的靈敏度和精密度，檢出限可達(dá)10-710-4 g·g-1 。5.適合對(duì)表面和近表面層內(nèi)的元素進(jìn)行分析，應(yīng)用23MeV以下的粒子，比較適合的分析深度在1m以下，其最大分析深度可達(dá)幾

12、個(gè)m到十幾個(gè)m。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(guò)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。7. 簡(jiǎn)述盧瑟福背散射分析的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍盧瑟福反散射分析的特點(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 g·g-1量級(jí)；5. 分析樣品深度為m量級(jí)，深度分辨率為10.020.0nm。背散射分析具有方法簡(jiǎn)便、可靠；不需要依賴(lài)于標(biāo)準(zhǔn)樣品就能得到定量的分析結(jié)果；不必用剝層

13、辦法破壞樣品宏觀結(jié)構(gòu)就能獲得深度分布信息等優(yōu)點(diǎn)。它是固體表面層元素成分，雜質(zhì)含量和元素濃度分布分析，以及薄膜界面特性分析不可缺少的分析手段，與彈性反沖分析結(jié)合，能對(duì)樣品無(wú)損分析從輕到重的各種元素。目前，背散射分析技術(shù)巳成為許多實(shí)驗(yàn)室和電子工業(yè)部門(mén)的一種常規(guī)的分析工具。在離子注入半導(dǎo)體材料、金屬材料，各種薄膜材料，以及材料改性等研究領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，為新材料、新器件的研制和新能源的開(kāi)發(fā)起著推動(dòng)作用。8. 簡(jiǎn)述盧瑟福背散射分析原理及特點(diǎn)當(dāng)一束具有一定能量的離子入射到靶物質(zhì)時(shí)，大部分離子沿入射方向穿透進(jìn)去，并與靶原子電子碰撞逐漸損失其能量，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

14、開(kāi)原來(lái)的入射方向。入射離子與靶原子核之間的大角度庫(kù)侖散射為盧瑟福背散射(記為RBS)。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，散射粒子的能量與原子核的質(zhì)量與散射角度有關(guān)；散射粒子的強(qiáng)度與樣品中含有這種類(lèi)型的原子核數(shù)目有關(guān)。通過(guò)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。盧瑟福反散射分析的特點(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 g·g-1量級(jí)；5. 分析樣品深度為m量級(jí)，深度分辨率為10.020.0nm。9. 試述X射線(xiàn)熒光分析的工作原理。X射線(xiàn)熒光分析中使用濾光

15、片的作用，濾片能否改善探測(cè)器的能量分辨率？XRF的工作原理：利用外界輻射激發(fā)待分析樣品中的原子，使原子發(fā)出特征X射線(xiàn) （熒光），通過(guò)測(cè)定這些特征X射線(xiàn)的能量和強(qiáng)度，確定樣品中微量元素的種類(lèi)和含量。濾光片作用1）抑制特殊元素的譜線(xiàn)（Pd）2）改變激發(fā)源譜線(xiàn)的能量分布用濾光片改變?cè)?jí)譜線(xiàn)的能量分布，以適合分析不同的元素3）降低背景濾片不能改善探測(cè)器的能量分辨率。 10. 簡(jiǎn)述粒子誘發(fā)x射線(xiàn)熒光分析（PIXE）方法、特點(diǎn)帶電粒子激發(fā)X熒光分析簡(jiǎn)稱(chēng)PIXE，它應(yīng)用的帶電粒子可以是質(zhì)子、 粒子或重離子，目前使用最多的是質(zhì)子。常用靜電加速器產(chǎn)生的幾兆電子伏能量的質(zhì)子束轟擊樣品，質(zhì)子使樣品中各元素原子的內(nèi)層

16、電子電離，接著較外層的電子向內(nèi)層躍遷,同時(shí)發(fā)射X射線(xiàn)。由于各種元素發(fā)射具有特定波長(zhǎng)（或能量）的標(biāo)識(shí)X射線(xiàn),可利用鋰漂移硅探測(cè)器及能譜分析儀來(lái)確定元素的種類(lèi)。而標(biāo)識(shí)譜線(xiàn)強(qiáng)度可用來(lái)確定元素含量。PIXE分析具有靈敏、快速、取樣少和無(wú)損 分析等特點(diǎn)。該方法對(duì)大多數(shù)元素（Z12）是很靈敏的其相對(duì)靈敏度為PPm（即百萬(wàn)分之一）量級(jí)， 可檢測(cè)的元素含量的下限為10-16 g。11. 簡(jiǎn)述X射線(xiàn)熒光分析中的基體效應(yīng)，以及克服或校正基體效應(yīng)的方法基體：就是除待測(cè)元素以外的樣品本身?；w使得含量Q與熒光強(qiáng)度IK之間呈現(xiàn)非線(xiàn)性關(guān)系，造成這一現(xiàn)象的原因主要有：1）吸收增強(qiáng)效應(yīng)，在復(fù)雜的樣品中，元素間的相互影響，引起

17、IK的變化； 2）非均勻效應(yīng)，該效應(yīng)來(lái)源于樣品的顆粒度、密度、均勻性、濕度等；3）表面效應(yīng)，由于表面不平整，大顆粒樣品造成對(duì)激發(fā)源初級(jí)輻射和特征X射線(xiàn)的吸收。克服或校正基體效應(yīng)忽略基體效應(yīng)基體匹配法：使用與未知樣基體組成相似的標(biāo)準(zhǔn)樣品，常常在較窄的濃度范圍內(nèi)或低濃度時(shí)與濃度成線(xiàn)性（或二次曲線(xiàn)）薄試樣法：當(dāng)試樣的厚度僅為幾百或幾千埃時(shí)，其基體效應(yīng)可以忽略克服或校正基體效應(yīng)減小基體效應(yīng)使用稀釋劑將樣品進(jìn)行高倍稀釋和（或）添加重吸收劑，使經(jīng)處理后的基體處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)?？朔蛐Ｕw效應(yīng)補(bǔ)償基體效應(yīng)內(nèi)標(biāo)法：在試樣內(nèi)加入已知量的內(nèi)標(biāo)元素，該內(nèi)標(biāo)元素的X射線(xiàn)熒光特性應(yīng)與分析元素相似；在分析元素與內(nèi)標(biāo)元

18、素譜線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的吸收限之間，不可有主量元素的特征譜線(xiàn)存在。標(biāo)準(zhǔn)加入法：在未知樣中加入一定量的待測(cè)元素，比較加入前后試樣中待測(cè)元素x射線(xiàn)熒光強(qiáng)度的變化；常用于復(fù)雜試樣中單個(gè)元素的測(cè)定。散射比法：試樣所產(chǎn)生的特征X射線(xiàn)熒光和試樣對(duì)原級(jí)譜的散射線(xiàn)在波長(zhǎng)相近處行為相似，也就是說(shuō)，它們的強(qiáng)度比與試樣無(wú)關(guān)；所選的散射線(xiàn)可以是：X光管靶材的相干和非相干散射線(xiàn)，試樣對(duì)原級(jí)譜的連續(xù)譜的散射（即背景）；所選散射線(xiàn)和待測(cè)元素分析線(xiàn)波長(zhǎng)之間不可以有主要元素的吸收線(xiàn)，所選散射線(xiàn)有足夠的強(qiáng)度?；w效應(yīng)校正的數(shù)學(xué)方法經(jīng)驗(yàn)影響系數(shù)法理論影響系數(shù)法基本參數(shù)法12. 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。

19、測(cè)量核素的選擇原則：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??；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：中子譜的選擇內(nèi)容包括選擇熱中子照射還是超熱中子照射，對(duì)于不同的元素，它的反應(yīng)截面不同，例如對(duì)于U其超熱中子反應(yīng)截面比熱中子反應(yīng)截面要高得多，Th也一樣，K就是熱中子反應(yīng)截面高。要看目標(biāo)元素中大多數(shù)是熱中子反應(yīng)截面高還是超熱中子反應(yīng)截面高。另外超熱中子照射時(shí)間要比熱中子照射長(zhǎng)得多，所以成本要高。照射時(shí)間的選擇照射時(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。冷卻時(shí)間的選擇：從停止照射至樣品開(kāi)始測(cè)量的這一段時(shí)間叫做冷卻時(shí)間。測(cè)的早衰變少，對(duì)于短壽核素來(lái)說(shuō)，當(dāng)然早一點(diǎn)好，但也不是越早越好，因?yàn)樘绺蓴_多，太晚目標(biāo)元素的強(qiáng)度衰減多。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(kāi)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；冷卻一周后測(cè)量中長(zhǎng)壽的；冷卻二周后測(cè)量長(zhǎng)壽的。13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(wèn)題。放射源（樣品或標(biāo)準(zhǔn)）