核分析技术 (2)ppt课件

核分析基础,成都理工大学核自学院,1,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,中子活化分析技术具有分析灵敏度高、元素选择好、可分析的元素种类多、非破坏性分析，以及可做样品体内元素分析的优点它在材料、生命、环境、地质、考古、农业等学科领域里已广泛应用；在某些工业部门，它甚至已成为产品质量监测的手段。,2,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,中子活化分析技术使用这一分析技术时，应根据待分析核素的性质，例如中子核反应截面、元素丰度、放射性核素的半衰期、干扰情况，以及测量精度要求等，选择合适的活化条件、样品制备方法和测量方法，以实现高灵敏度、多元素分析。,3,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,中子活化分析技术中子活化分析巳程序化，能从核参数、干扰因素、辐照条件，选择最佳活化和测量参数，然后对谱进行分解，最后输出分析得到的元素浓度数据。下面列举一些中子活化分析技术的应用实例。,4,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析由于反应堆中热中子通量密度高和热中子对大多数元素的活化截面大，热中子活化分析应用的范围最广。但因为热中子对轻元素的(n,)反应截面小，或者活化后的放射性核寿命不是太短，就是太长，例如:11B(n,)12B反应截面小于5*10-30m2，12B的T1/2为0.021s。热中子对轻元素分析不适用,5,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析地质样品在地质勘探、地球化学、地质年代等研究中，许多矿石样品的成分分析，均可以用热中子活化分析法来分析。,6,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析地质样品地球化学的主要任务就是测定地球及其各部分的组成，并找出控制地壳中各种元素的分布和迁移规律。为了达到这个目的，就要测定岩石、生物、水、大气圈乃至陨石和月球等天体物质中的元素组成，从中寻出有关宇宙中元素的成因以及宇宙、太阳和地球的演变过程。,7,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析地质样品地球化学一般把地质样品中的元素按其丰度大小而分为: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）,8,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析地质样品活化分析在地球化学中的应用大致可分为下列四个方面：研究地壳岩石和矿样岩性地球化学；研究以海水为主要水文地球化学；研究陨石及天体样品的宇宙化学；研究地质年代的地球化学。,9,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析地质样品如：确定石灰岩中的U和它的衰变链子体的含量，可用来判断地质年代。在宇宙化学研究中，也可通过宇宙样品(例如陨石)的中子活化分析来探讨宇宙的演变过程及其变化的物理和化学条件。,10,粘土页岩样品中子活化能谱图,11,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析地质样品部分元素中子活化分析检出限,12,6500万年前小行星(高含Ir(铱)或者彗星冲撞地球，在空气中产生了大量碎片，地球上阳光大大减少，植物不能生长，没有可吃的食物，动物的数量毁灭性减少，非常严重导致大多数动物包括恐龙都灭绝了。中子活化分析技术测定了世界上几个地方，相应于白垩系/第三系（K/T）的界限内黏土层中铱（Ir)的含量比普通背景值高出30-160倍，认为铱是地外物质指示元素，提出了小行星撞击地球的假设；后来在许多地方，包括我国在内也发现了类似的结果，进一步支持了小行星撞击地球灾变学说。地球表层Ir1g/kg(ppb)陨石n100g/kg,恐龙灭绝原因：,13,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析环境样品70年代以来，环境污染问题引起全世界极大的重视，为保护人体健康，需对空气、水源、土壤污染情况进行监测。中子活化分析法能用来做这种大量样品的分析工作和做环境中有害元素(如Hg、As、Cd等)的自动监测。,14,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析环境样品、大气污染的调查测量大气飘尘中微量元素的浓度是环境监测的一项重要内容，由于气溶胶中的元素浓度一般在10-7克10-10克/m3。所以用灵敏度高的活化分析方法是一种比较理想的方法。空气气溶胶样品可用采样仪采集，对吸附在干净的微孔滤膜上的样品进行中子辐照。可以测量Hg、As、U、Th、Pb等。,15,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析环境样品、测定水生环境中的污染对于水和冰雪样品的活化，了解有毒有害元素和必要的生物元素。对河水中的Hg含量，为提高分析灵敏度，可对河水中的Hg进行浓缩处理，让水流过滤纸，杂质沉积在纸上，然后与多元素标准样品一起辐照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),16,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析环境样品、土壤背景值的调查环境体系中，除了大气圈和水圈之外，土壤也是一大类重要的环境物质。土壤中的微量与痕量元素可通过动物群和植物群而进入体内，产生相应的生物效应。通过对土壤、淤泥、河流沉积物等样品的分析了解其中元素的分布情况。大米中Ge超标,17,为了调查由工厂排出的煤烟或废水引起的公害，也常常离不开使用活化分析。例如，对大气中的微量尘埃取样，进行活化分析，就能获得很多有关大气的情报。如尘埃中含有哪些元素？每种元素的含量是多少。也可以查清城市废物焚烧炉、各种锅炉、钢铁厂的冶炼电炉等不同污染源与环境污染的关系等等。另一个与环境污染有关的问题，就是煤烟或废水是如何扩散的？要想得到这一问题的答案，也需要利用活化分析进行研究。例如，从工厂烟囱排放雾状的硫酸钴，或者把溴化铵的溶液混入排水中，然后从各个取样点采集尘埃或水样，放到反应堆中接受照射，便能获得放射性的钴-60和溴-82，它们能够放出射线和射线；再将它们与标准进行对照，以作定量测定。这样就能了解煤烟和废水在各处的分布状态。,18,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析生物医学样品分析生物体中的大量元素是O、C、H和N，占总重量的96%；其次是Ca、P、S、K、Na、Cl和Mg，占3.6；,19,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析生物医学样品分析余下的0.4是其他81种元素在这81种痕量元素中，有些对生物体是起重要作用的，如Fe、Zn、Cu等；有些是不起重要作用的，如Rb、Br、Ni等；有些在正常情况下是不存在于体内的，而是由于沾污引进的，如Ag、Pb、Hg。,20,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析生物医学样品分析余下的0.4是其他81种元素这些元素的浓度变化情况，它们与生物体的生理、病理变化的关联等等，都是人们十分关心的。生物体中的许多微量和痕量元素能用中子活化分析法来分析。动物和人体的肝、肾内脏、血清、头发、骨头等均可作为样品，用灰化或冷冻干燥、粉碎后做成固体样品，在反应堆中辐照。,21,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析生物医学样品分析老鼠的肾脏样品热中子活化后的能谱辐照10min，然后冷却3.5h，计数时间为10min,22,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析生物医学样品分析老鼠的肾脏样品热中子活化后的能谱辐照5h，然后冷却29d，计数时间为4000s。能量以keV为单位，BG表示本底峰,23,破解拿破伦死亡之谜,拿破伦1821年5月5日死于流放的小岛上。有许多猜测：胃癌谋害进入金字塔受惊而死等1961年一位瑞士人给英国法医部门送去了一个写有“不朽的拿破伦之发”的信封。拿破伦死后第2天整容时取下的。中子活化分析分段测量发现头发中部45cm范围内砷（As）含量高达1110-6克，超出正常人13倍。推算砷中毒时间长达数月。结论：拿破伦死于砒霜（As2O3)慢性中毒急性发作。,24,破解牛顿死亡之谜,牛顿（1642-1727）两束头发中汞（Hg)铅（Pb）锑（Sb）等含量超标。因汞铅锑中毒而死，否认了内脏结石症的传统说法。牛顿怎样会重金属中毒呢？晚年光学和化学实验经常与这些重金属打交道；喜欢鉴赏重金属，经常用手抚摩；一间居室用含有有毒硫化汞漆粉刷的。,25,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析考古样品分析仪器中子活化分析是非破坏性的，很适用于文物样品分析。用中子活化分析对古代陶瓷样品中微量元素成分测定，可研究陶瓷制作原料成分、制作工艺、制作历史年代和制作地点，也可对文物的真伪作出。对古钱币、兵器、古画颜料等也可用中子活化法进行分析。这些分析能为研究一定历史时期的文化经济及贸易往来提供线索。,26,秦兵马俑“产地”之谜,气势恢宏的8000多秦兵马俑-深埋地下的“古代大军”位于陕西临潼县秦始皇陵东侧，有“世界第八大奇迹”美称。解谜方法：选取秦陵兵马俑样品83个,秦陵附近的黏土样品20个,耀州瓷胎样品2个.将样品进行仪器中子活化分析(INAA),测定每个样品的32种元素含量.将所有样品的元素进行模糊聚类分析。基本结论：兵马俑的原料在秦陵附近的垆土层，烧制兵马俑的窑址在土壤的产地附近。中国陶窑有就地取土的传统，兵马俑也不例外。,27,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析材料样品分析硅（Si）材料的分析Si是一种极为重要的半导体材料，自然界中硅有三种稳定同位素，其中30Si（丰度3%）受中子照射后，可生成31Si，反应方程式30Si（n，）31Si，T1/2=2.62h，完全可用纯仪器法活化分析来做。锗（Ge)材料的分析76Ge（n，）77mGe,T1/2=11.3h,28,第一章中子活化分析第三节中子活化分析技术的应用,热中子活化分析材料样品分析其它半导体材料和新型材料其它半导体材料如砷化稼、碘化汞等，主要用于测定其中的杂质。新型材料如通讯电缆中所使用的光纤，为了达到光学损耗小于1分贝/公里的指标，要求杂质含量108中子/s)或。3T(d，n)4He反应密封中子管组成的钻孔探管(测井系统)，成功地应用于石油，天然气、煤等矿产勘探。,50,第一章中子活化分析第四节中子瞬发射线活化分析,中子瞬发射线活化分析技术的应用、地质勘探方面的应用用中子瞬发射线活化分析法测量地层中的H、Cl、C、Si、Ca、Mg等元素，由Ca与Si元素含量比数据可提供地层形式是石炭岩还是沙岩这一信息；元素含量比数据也是确定碳氢化合物含量时必需的补充数据,51,第一章中子活化分析第四节中子瞬发射线活化分析,中子瞬发射线活化分析技术的应用、地质勘探方面的应用这种测井系统也能用于煤矿或其他金属矿产实地勘探，如在AlNi矿床上同时勘探Ni、Fe和Si；在斑岩铜矿床上同时勘测Cu和Si；在煤矿上划分煤层和确定含量。上下移动中子瞬发射线测井系统时，H(n，)反应产生的射线强度的增强和27A1（n，)反应产额的减少，能十分灵敏地指示出煤层的存在。,52,第一章中子活化分析第四节中子瞬发射线活化分析,中子瞬发射线活化分析技术的应用、地质勘探方面的应用若在煤层中某一固定位置分析H、C、N、Al、Si、Fe、Ti和Cl等元素，由这些元素浓度及假定的煤层中氧的平均含量，就能确定煤的灰分浓度和发热量(即煤的品位)，用这种技术也能测定铁矿和硫矿的品位。,53,第一章中子活化分析第四节中子瞬发射线活化分析,中子瞬发射线活化分析技术的应用、地质勘探方面的应用除了陆地矿井勘探外，在海底矿产勘探中也使用了中子瞬发射线活化分沂技术。例如定量分析海底沉积物和锰矿结核。测量时的主要障碍是Cl(n，)反应产生的了射线本底很强。有人在探管中注入淡水屏蔽层，降低本底射线，分析了几km水深的锰矿结核中的Cu、Ni、Co和Mn元素。,54,第一章中子活化分析第四节中子瞬发射线活化分析,中子瞬发射线活化分析技术的应用、工业生产过程的监督和控制由于中子瞬发射线活化分析技术能连续对大量样品进行多元素实时分析，因而它能用在工业生产流程的监督和控制方面。应用最多的是煤炭生产