【正文】 核分析基礎成都理工大學 核自學院第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析技術包括：161。輻照源的選擇161。樣品制備和處理161。干擾反應影響的考慮161。放射性測量和數(shù)據(jù)處理第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l常用的中子核反應161。按 中子能量 范圍的不同，中子活化分析可區(qū)分為 慢中子活化分析 和 快中子活化分析 。161。慢中子活化 是通過 (n， γ) 俘獲反應 生成放射性核素。大多數(shù)核的慢中子活化 截面很大 ，故分析 靈敏度高 。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l常用的中子核反應161。快中子活化 是通過 (n, p)、 (n, α) 、 (n, 2n)、和 (n, n’γ) 閾能反應 生成放射性核素。l快中子的活化 截面 比慢中子的活化截面 小 ，l但對 輕元素 分析具有較高的分析靈敏度。161。常用的 熱中子 和 14MeV快中子 核反應列于附錄表 1和表 2中，表中也給出了 活化截面值和生成的放射性核素的 半衰期 。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。同位素 中子源 —— 核反應產(chǎn)生中子l最早用同位素中子源，有 RaBe中子源 ， 優(yōu)點 是 Ra的 半衰期長 ， T1/2=1620a， 缺點 是子體有 很強的 β、 γ輻射體 ， 防護困難 ，另外 強度太弱 ，只能達到 10 7n/()，檢出限只能達到 103（ g/g），相當?shù)?。l還有 PoBe中子源 ，但 T1/2=138d ， 太短 。l較實用的是 锎 252（ 252Cf）， T1/2= ，中子注量率可達 310 9n/()，價格昂貴。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。加速器 中子源l主要由 離子源 、 加速系統(tǒng) 和 靶 三部分組成。 第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。加速器 中子源l根據(jù)加速系統(tǒng)產(chǎn)生高壓電場的方式或粒子加速方式的不同，目前用作中子源的加速器主要有： 高壓倍加器 （或 中子發(fā)生器 ）、靜電加速器（包括串列式）、回旋加速器和直線加速器。 第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。加速器 中子源lT(d， n) He反應是最常用的核反應，用 100一200keV的 高壓倍加器 做成 中子發(fā)生器 能獲得產(chǎn)額為 109n/cm2 s的單能中子，比 D(d， n)He反應的中子產(chǎn)額 高 100倍 。l14MeV中子可使許多原子核發(fā)生閾能反應，而 (n， γ)反應截面小，用于 快中子活化分析。中子發(fā)生器價格便宜，操作方便、易于推廣使用，可做成小型中子管用于地質(zhì)勘探。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。加速器 中子源l中子發(fā)生器上 D(d， n)3He反應產(chǎn)生的 中子能量較低 (~)，對許多原子核不能引起中子閾能反應，而這種能量的中子的 (n， γ)反應 對活化卻有貢獻。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。反應堆 中子源l 中子活化分析的中子源主要依靠反應堆，反應堆一般能產(chǎn)生 1012~1015 n/(）的中子，是理想的中子源。l自然界中， U有三個同位素， 238U、 235U、234U，它們的同位素豐度分別為 %，%， 610 3%。其中 235U叫做 易裂變物質(zhì)，它能吸收中子，產(chǎn)生裂變，同時產(chǎn)生二個以上（ ）的新中子。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。反應堆 中子源l反應堆由 四個基本部分 構成? 活性區(qū)（堆芯）、反射層、屏蔽層和控制系統(tǒng)第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。反應堆 中子源l在 活性區(qū) 和 反射層 中都設有許多 輻照孔道 ，用來放置接受中子 照射的樣品 。中子通量密度可達 1012～ 1014 n. cm2s 1；l高通量 反應堆可達 1015 s 1以上；第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。反應堆 中子源l裂變吸收 ：產(chǎn)生更多的新中子l非裂變吸收 ， 泄漏 ：損失中子，l僅當新產(chǎn)生的中子，平均至少有一個中子再去引起核裂變，則 鏈式反應 才能自續(xù)進行下去。一個反應堆能不能實現(xiàn) 自續(xù)裂變 反應，取決于裂變產(chǎn)生的中子數(shù)與非裂變吸收和泄漏所消失的總數(shù)之間的平衡，為了研究鏈式反應的條件，定義 增值系數(shù) Keff。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。反應堆 中子源lKeff=反應堆內(nèi)中子 產(chǎn)生率 /（反應堆內(nèi)中子吸收率 +反應堆內(nèi)中子 泄漏率 ）? Keff=1時 ，反應堆內(nèi)中子產(chǎn)生率等于中子消失率， 裂變穩(wěn)定運行 核電廠? Keff1時，反應堆內(nèi)中子產(chǎn)生率大于中子消失率，相當于啟動 或 提升功率 。? Keff1時，反應堆內(nèi)中子產(chǎn)生率小于中子消失率，相當于降低功率 或 停堆 。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。反應堆 中子源 —— 堆芯l① 核燃料 ： 235U、 239Pu， 235U為自然界中的天然放射性核素，是 238U的 1/140 ， 239Pu用人工方法轉(zhuǎn)換得到。 濃縮的 UO2+鎂粉 是主要的核燃料，做成直徑 D=7mm，長 L=500mm，濃縮越高，其體積越小，反應堆的核燃料一般只有幾 %。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。反應堆 中子源 —— 堆芯l② 冷卻劑 ：裂變產(chǎn)生的能量以熱能的形式向外傳遞，所以必須采用液態(tài)或氣態(tài)加以冷卻，以保證反應堆安全運行。對固體燃料和固態(tài)慢化劑的反應堆，必須采用液態(tài)或氣態(tài)冷卻劑，常用的液態(tài)冷卻劑有 輕水 、 重水 及 液態(tài)金屬 —— 鈉或鈉鉀金屬等。 第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。反應堆 中子源 —— 堆芯l③ 慢化劑 ：在熱中子反應堆內(nèi)，慢化劑是重要的組成之一，它使裂變中子慢化成熱中子。常用的慢化劑分為二大類： 固體慢化劑 和液體慢化劑 。常用的固體慢化劑有 石墨 、 鈹及 氧化鈹 等，其中石墨是最常用的慢化劑。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。反應堆 中子源l反射層? 一般由石墨和鈹來做l控制系統(tǒng)? 包括控制棒（由 BeCd合金做成）、自動控制系統(tǒng)。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。反應堆 中子源 —— 實驗孔道l實驗型反應堆的實驗孔道很重要，孔道的布置除了一個 中心孔道 外，還有一些 其它孔道。l中心孔道 的特點是 中子通量密度最高 （比其他孔道高一個數(shù)量級）， 鎘比 Rcd小 ，對于熱中子 Rcd=150~170。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。反應堆 中子源 —— 實驗孔道l例如一個功率為 3MW反應堆，其中心可得到10 。中心孔道的周圍可布置一些垂直或水平孔道。l有些還有 “ 快速啟動裝置 ” —— 跑兔裝置 ，可作為 短壽命 （秒、分級） 核素的分析 使用。跑兔速度為 20m/s左右。例如利用跑兔裝置很容易測 28Al（ T1/2=）。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —— 輻照源161。反應堆 中子源l中子通量密度的變化? 孔道內(nèi) 不同的位置 其中子 通量密度 可能 不同 ，這是我們不希望的，在 中心孔道 堆芯處有一個 相當平緩區(qū) 。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —γ 能譜探測系統(tǒng)161。生成的放射性核素 B通常進行 β 衰變，并放出 γ 射線，用于測量 γ 射線能量的探測器，必須是 高分辨率 的 探測器 ，現(xiàn)在通常使用 HPGe探測器或者 Ge(Li)半導體探測器，這二種探測器都必須在低溫（液氮溫度 197C176。 ）下使用， HPGe探測器可以在 常溫下保存 。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —γ 能譜探測系統(tǒng)161。探測器使不同能量的 γ 射線輸出不同的脈沖幅度，即脈沖幅度 △ V∝ E γ (γ 射線的能量 )，然后通過 模 數(shù)轉(zhuǎn)換 ，即 A/D轉(zhuǎn)換，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，根據(jù)不同的數(shù)字大小放入不同的道址。例如l10V的脈沖 4096道（ chn）l5V的脈沖 2048道（ chn） 1024道（ chn）第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析設備 —γ 能譜探測系統(tǒng)161。結構第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術探測器前置電路主放大器 多道脈沖幅度分析器微計算機系統(tǒng)高壓電源 低壓電源接口l中子活化分析設備 —γ 能譜探測系統(tǒng)第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析工作方法161。在開展這一工作之前，首先要對 核參數(shù)進行了解，內(nèi)容包括：l① 靶核元素 (A)的同位素 豐度 、l② 它的 反應截面 、l③ 生成核 (B)的 半衰期 T1/l④ γ射線的 能量 E γ、 l⑤ 它的 干擾 情況等。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析工作方法161。⑴ 測量核素的選擇l靶核 A的同位素有很多個，選擇哪個合適？第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術靶 核 豐度（ %） σ0 T1/2 Eγ(KeV)Yb168 3200 32d 63,177,197Yb170 94 穩(wěn)定Yb171 52 ——Yb172 ——Yb173 19 ——Yb174 46 4d 282,396Yb176 6 150,l中子活化分析工作方法161。⑴ 測量核素的選擇 —— 選擇原則l① 熱中子（或超熱中子）的 反應截面 要 大 ；l② 有 適當?shù)?半衰期 （ T1/2） 。l③ 有可供測量的 γ能譜， 干擾 要盡量 小 ；l④ 有 穩(wěn)定 的同位素豐度，且宜選擇 同位素豐度 大 的。第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術l中子活化分析工作方法161。⑴ 測量核素的選擇l靶核 A的同位素有很多個，選擇哪個合適？第一章 中子活化分析 第二節(jié) 中子活化分析技術靶 核 豐度（ %） σ0 T1/2 Eγ(KeV)Yb168 3200 32d 63,177,197Yb170 94 穩(wěn)定Yb171 52 ——Yb172 ——Yb173 19 ——Yb174 46 4d 282,396Yb176 6 150,l中子活化分析工作方法161。⑵ 樣品的制備l制樣包括： ① 樣品； ② 標準。標準和樣品需放在一起入堆照射。? 取樣? 樣品前處理? 制樣l制樣工作是中子活化分析工作中最重要的內(nèi)容之一，雖然無多少理論，但卻十分重要。第一章 中子活化分析 第