核分析技术演示课件.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,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,:,11,B(n,),12,B,反应截面小于,5,*,10,-30,m,2,，,12,B,的,T,1/2,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,元素,检出限 （,gg,-1,）,Ca,、,Fe,、,K,、,Na,10,-5,10,-4,Sr,、,Zn,、,Zr,10,-6,10,-5,As,、,Ba,、,Br,、,Ce,、,Co,、,Cr,、,Cs,、,Hf,、,La,、,Nd,、,Rb,、,Sb,、,Ta,、,Tb,、,Th,、,U,、,Yb,10,-7,10,-6,Eu,、,Lu,、,Sc,、,Sm,10,-8,10,-7,Au,、,Ir,、,Os,、,Pt,、,Pd,、,Ru,（样品经前处理）,10,-12,10,-9,12,6500,万年前小行星,(,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,Ir 1,g/kg(ppb),陨石,n,100,g/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,/m,3,。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,11,10,-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（,As,2,O,3,),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,30,Si,（丰度,3%,）受中子照射后，可生成,31,Si,，反应方程式,30,Si,（,n,，,）,31,Si,，,T,1/2,=2.62h,，完全可用纯仪器法活化分析来做。,锗（,Ge),材料的分析,76,Ge,（,n,，,）,77m,Ge,T,1/2,=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,10,8,中子,/s),或。,3,T(d,，,n),4,He,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,27,A1,（,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线上的,煤质监测,，也可用于热电厂控制煤炭的合理使用，地热电站的,水质分析,和水泥厂,水泥质量,控制。,55,56,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,、在,医学,上以及,其他,方面的应用,人体中的某些元素，如,H,、,N,、,Na,、,P,、,S,、,Cl,、,Ni,、,Co,和,Cd,等，也可以用中子瞬发,射线活化分析法测定。所需的中子辐照剂量比通常的中子活化分析法的中子剂量低得多，所以可以发展成为医学上的诊断工具。,中子瞬发,射线活化分析技术可用来分析,半导体,材料中的痕量的,B,元素，分析,反应堆材料,中的,Be,杂质元素，分析,农作物,中的,N,元素。,57,