核分析基础习题成都理工大学.doc

一、填空题 1.核分析是利用核辐射粒子与物质的原子或原子核相互作用，采用核物理实验技术获得可观测信息，分析物质成分和结构的一种髙灵敏分析方法。 核辐射粒子主要有：中子 、射线、粒子等，相互作用主要是电磁作用 ，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、核反应堆中子源。3.活化分析主要有中子活化分析和带电粒子活化分析两类，中子活化分析又分为反应堆中子活化分析和快中子活化分析。4.X射线荧光分析的激发方式主要有 X射线管的X射线激发、电子束激发、和加速器的、p、d等重带电粒子和重离子激发方式。5.背散射分析对 轻 （轻，重）元素基体样品中的 重 （轻，重）元素杂质有较高的分析灵敏度。6.射线来自于核内跃迁，X射线来自内层电子跃迁，由此可知可见光来自于外层电子跃迁。7.粒子诱发X射线荧光分析PIXE的制靶方法有灰化法和硝化法方式。8.做中子活化分析时，为求得样品中元素的浓度，需确定测量的标准化方法，即采用绝对测量法还是相对测量法。9.慢中子活化是通过（n,）俘获反应生成放射性核素。快中子活化是通过(n, p)、(n, )、(n, 2n)、和(n, n)阈能反应生成放射性核素。10.中子活化分析中，谱线干扰的解决办法有用不同的半衰期解决、利用分支比扣除法、解重峰等等。11.由于带电粒子在靶物质中运动时经受能量损失，在靶中不同深度处粒子能量不同，因而反应截面不同，反应产额随之而改变。所以，在推导带电粒子活化分析公式时，要区分薄样品和厚样品。12.带电粒子核反应分析包括带电粒子缓发分析和带电粒子瞬发分析。13.带电粒子核反应瞬发分析中，伴随发射的辐射包括出射的带电粒子、射线，以及出射的中子。14.卢瑟福背散射分析中，入射离子与靶原子碰撞的运动学因子、散射截面和能量损失因子是背散射分析中的三个主要参量。二、名词解释 1. 中子活化分析：用中子辐照样品，使原子核发生核反应，生成具有一定寿命的放射性核素，然后对生成的放射性核素进行鉴别，从而确定样品中的核素成分和含量的一种分析方法。2.X射线荧光分析：本法系利用原级X射线光子或其他微观粒子激发待测物质中的原子，使之产生次级的特征X射线（X光荧光）而进行物质成分分析和化学态研究的方法。3. 带电粒子活化分析（CPAA）：具有一定能量的带电粒子与物质中的原子核发生核反应，如果反应的剩余核是放射线核素，则测量这次放射性核素的半衰期和活度，就可以确定样品中被分析元素的种类和含量。4. 核分析：利用核辐射粒子与物质的原子或原子核相互作用，采用核物理实验技术获得可观测信息，分析物质成分和结构的一种高灵敏分析方法。5. 核分析技术：在痕量元素的含量和分布的分析研究中，利用核探测技术、粒子加速技术和核物理实验方法的一大类分析测试技术。6. 活化：粒子从外界获得足够能量后，其电子由较低的基态能级跃迁到较高能级的过程，及激发。7. 冷却时间：在活化分析中，一般照射后并不立刻进行测量，而是让样品“冷却”（即衰变）一段时间。8. 中子瞬发射线活化分析：通过测量中子与原子核发生反应时发射的瞬发射线，达到识别元素和确定元素含量的目的，就可以知道元素种类和含量的分析方法。9. 带电粒子活化分析：具有一定能量的带电粒子与原子核发生核反应时，如果反映的剩余核是放射性核素，则测量这放射性核素的半衰期和活度，就可以确定样品中被分析元素的种类和含量10. 核反应的产生率：单位时间内入射粒子在靶中引起的核反应数。11. 带电粒子核反应瞬发分析法：是直接测量核反应过程中伴随发射的辐射确定反应原子核的种类和元素浓度的方法。12. 卢瑟福散射截面：在卢瑟福背散射分析中，研究的是入射粒子与靶原子核之间的库仑排斥力作用下的弹性散射过程。这种散射过程的微分截面就是卢瑟福散射截面。13. 俄歇效应：在某些情况下，较外层（如L层）电子像K层跃迁时，多余的能量不一他正X射线形式放出，而是直接给予同一层（仍为L层）的某个电子，这个电子就脱离原子的舒服，成为自由电子。14.荧光产额：形成电子空位后产生特征X射线的几率15.穆斯堡尔效应：是一种原子核无反冲的射线共振吸收或共振散射现象。16.穆斯堡尔谱学：穆斯堡尔谱学是应用穆斯堡尔效应研究物质的微观结构的学科17.沟道技术：利用带电粒子与单晶体的相互作用研究物质微观结构的一种分析技术18.沟道效应：当注入离子沿着基材的晶向注入时，则注入离子可能与 晶格原子发生较少的碰撞而进入离表面较深的位置，这一现象称为沟道效应。19.阻塞效应：阻塞效应是以晶体点阵位置作为发射点，某方向出射的带电粒子几率强烈地依赖于出射方向同晶轴的夹角的效应。 20.正电子湮没技术：通过测量正电子与材料中电子湮没是所发出的射线的角度、能量以及正电子与电子湮没前的寿命，来研究材料的电子结构和缺陷结构22.正电子素：当一个已热化的正电子和一个电子碰撞时，有可能在发生湮没之前暂时形成一个由正电子和负电子组成的中性束缚体系(e+e-)，即称为正电子素，以Ps表示。23.正电子的寿命：正电子产生的起始时间到湮灭的终止时间。比如Na-22放出正电子时同时放出能量1.28Mev的光子，正电子遇到电子湮灭时放出两个0.511光子。这段时间称为Na-22正电子寿命 21.加速器质谱分析：放射性同位素原子被电离后，在加速管中被加速至数兆或数十兆电子伏高能，然后通过选择和鉴别，直接测量目标同位素原子数。三、简答题1. 简述（n,）中子活化分析的工作原理，中子活化分析的四个步骤。原理：中子辐照生成放射性同位素，不同的同位素半衰期和射线能量也不同，由此确定元素中的核素成分。步骤：1.样品的制备 2.样品的辐照 3.放射性活度测量 4.进行数据处理2. 简述中子活化分析的优点，主要应用领域，以及应用中要注意哪些因素和条件的选择。优点：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 应用领域：在材料、生命、环境、地质、考古、农业等学科领域里已广泛应用；注意：使用中子活化分析技术时，应根据待分析核素的性质，如核反应截面、元素丰度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. 中子活化分析测量核素的选择、照射条件的选择、冷却时间的选择原则。测量核素的选择：热中子（或超热中子）的反应截面要大；有适当的半衰期（T1/2）; 有可供测量的能谱，干扰要尽量小；有稳定的同位素丰度，且宜选择同位素丰度大的。照射条件的选择：照射时间长、短的选择要根据生成核素B的半衰期来定，半衰期长其照射时间就要长；半衰期短其照射时间就可以短，一般24h就认为要短，要长短结合，综合考虑。我们一般在（中子注量率）在1013情况下，照射时间为10小时。冷却时间的选择原则：关键要看大多数目标元素半衰期，由于它们的半衰期相差很大，一般为停止照射后23个半衰期后开始测量，对远离反应堆的测量，一个样品通常需要测23次，第1次测量半衰期短的核素。4中子活化分析中测量条件的选择及测量中应注意的问题。测量条件的选择：放射源（样品或标准）与探测器之间的距离应尽可能近；死时间不能太大，太大不仅漏记严重，而且会使探测器的分辨率变差。测量中应注意：同一组中样品和标准必须在相同的几何位置上进行测量；为了提高测量精度，可对同一核素不同的谱峰都进行测量，例如Sc的889KeV、1120Kev； 对同一核素不同的谱峰都进行分析，例如Yb(177KeV、197KeV)；U的228、277KeV； 对同一核素可进行不同时间的跟踪测量，例如Sb的564KeV,与As的559KeV很近，但是半衰期相差很大；测量时间的修正：由于标准和样品不可能在同一探测器上同时测量，总有先后，因此必须对测量时间进行修正，修正是指对峰面积的修正，修正到和标准同时测量时样品的面积应该是多少？【或者说修正到和样品同时测量时标准的面积应该是多少？5. 中子活化分析中的干扰因素及解决办法。（1）同位素丰度是否正常，解决办法尽可能用同位素丰度高的作为标准。（2）中子通量密度是否均匀，解决办法：a、尽量减少样品重量；b、溶解稀释；c、作自屏蔽曲线进行修正。（3）干扰反应，解决：需要了解Mg/Na的比值，在超基性岩中，Mg/Na=103左右。（4）谱线干扰，解决：用不同的半衰期解决、利用分支比扣除法6. 试述X射线荧光分析的工作原理。X射线荧光分析中使用滤光片的作用，滤片能否改善探测器的能量分辨率？原理：入射粒子与原子发生碰撞，从中逐出一个内层电子，此时原子处于受激状态。随后(10-1210-14s)，原子内层电子重新配位，即原子中的内层电子空位由较外层电子补充，两个壳层之间电子的能量差，就以X射线荧光的形式释放出来。作用：1）、抑制特殊元素的谱线（Pd）；2）改变激发源谱线的能量分布3）降低背景；不能改善探测器能量分辨率。7. 简述X射线荧光分析中的基体效应，以及克服或校正基体效应的方法由于X光子有一定的贯穿本领，X荧光分析一般用于厚样品分析，这又引起基体效应X射线被基体的吸收。方法：（1）基体匹配法（2）薄试样法（3）内标法（4）标准加入法（5）散射比法8.X射线激发源的种类？X射线荧光分析仪器的分类？X射线荧光分析干扰因素？9.X射线能谱的探测系统？X射线荧光分析技术的特点及应用？应用：仪器轻便、易携带（1kg左右），分析速度快（几秒种至几分钟）和可分析元素范围广（从原子序数13Al至92U），其测量对象可以是岩矿石的原生露头、块状岩石矿石、土壤、运动的矿浆、不同颗粒度的粉末样品和金属铸件等10. 简述中子瞬发射线活化分析及其特点原理：中子被原子核俘获形成复合核，后，处于激发态的复合核退激发射射线，测量这射线的能量和强度，就可以知道元素种类和含量特点：具有非破坏性、体样品分析的特点，而且还具有辐照时间短、分析速度快和活化后的剩余放射性低等优点。11. 简述带电粒子活化分析和特点，以及该方法的主要干扰问题及其解决办法。具有一定能量的带电粒子与物质中的原子核发生核反应，如果反应的剩余核是放射线核素，则测量这次放射性核素的半衰期和活度，就可以确定样品中被分析元素的种类和含量。干扰问题：1.不同元素经照射后生成相同放射性核素的干扰 2.不同元素经照射后生成不同放射性核素，但发射相同射线能量的干扰解决办法：1.根据阈能，改变入射粒子能量 2.根据半衰期，增加辐照后的冷却时间t12. 简述带电粒子核反应瞬发分析方法、优点及其适于分析范围。核反应瞬发分析法直接测量核反应过程中伴随发射的辐射确定反应原子核的种类和元素浓度的方法优点：方法简便、分析速度快、可利用不同的核反应道、不同的出射粒子和核反应运动学关系更有利地鉴别元素和消除干扰反应，特别是它能在不破坏样品结构的情况下提供元素深度分布信息分析范围：样品表面轻元素分析、分析靶物质中的杂质成分13. 简述带电粒子核反应瞬发分析的特点1.有极高的选择性，干扰小2.核反应特性不受靶所处的物理和化学状态的影响，样品可以在高温和高压下被分析。3. 适合分析重基体中的轻元素。4.有较高的灵敏度和精密度。5. 适合对表面和近表面层内的元素进行分析。6.可给出表面或近表面层内杂质浓度随深度分布的情况。7.经过高度准直和聚焦的微米束，可以进行杂质空间分布分析 。8.和固体的沟道效应相结合，可以确定杂质在晶格中的位置和进行晶体损伤的测量。 9.方法简便，分析速度快。10.不破坏样品。14. 简述卢瑟福背散射分析的特点及其应用范围特点1. 无损快速2. 不需要标准样品3. 特别适于分析轻基体中的重元素4. 分析灵敏度好，一般为10-6 gg-1量级5. 分析样品深度为m量级，深度分辨率为10.020.0nm。应用范围：样品表面层杂质成分和深度分布分析，材料表面各种薄膜组成和厚度分析，薄膜界面特性分析，化合物的化学配比分析，以及离子束混合材料分析等。15. 简述卢瑟福背散射分析原理及特点原理：当一束具有一定能量的离子入射到靶物质时，只有离子束中极小部分离子与靶原子核发生大角度库仑散射而离开原来的入射方向；用探测器对这些背散射粒子进行测量，能获得有关靶原子的质量、含量和深度分布等信息，通过测量散射粒子能量和强度，就能实现样品的定性、定量分析。16.穆斯堡尔谱学的原理和特点原理：原子核无反冲地发射或共振吸收射线的现象（穆斯堡尔效应）特点：1.穆斯堡尔谱具有极高的能量分辨率，很容易探测出原子核能级的变化。 2.利用穆斯堡尔谱可以方便地研究原子核与其周围环境见的超精细相互作用，可以灵敏地获得原子核周围的物理和化学环境的信息。17. 穆斯堡尔三种主要的超精细作用？穆斯堡尔谱仪的设备？三种主要的超精细作用：同质异能位移、四级分裂、磁超精细分裂设备：18.正电子湮没原理？正电子湮没三种实验方法？正电子湮没技术的应用？原理：通过测量正电子与材料中电子湮没是所发出的射线的角度、能量以及正电子与电子湮没前的寿命，来研究材料的电子结构和缺陷结构三种实验方法：2角关联测量、多普勒线性展宽谱、正电子寿命谱应用：目前能够用PAT测量空位形成能的纯金属几乎都已测完，并开始进入了稀薄合金（低合金）中空位形成能定量测定的阶段。19.正电子按能量高低分类？正电子与物质相互作用过程？慢正电子束技术特点？20.沟道效应的两个重要特征参数？退道现象？退道比？随机产额？定向产额？两个重要参数：临界角、归一化产额极小值退道现象：部分粒子从沟道中逃逸除去，成为非定向束（随机束）。退道比：指某些深度处的近距离相互作用事件（背散射）的归一产额，它代表随机束成分的比例。随机产额： 随机入射，离子靠晶轴很近很近与晶格原子发生单次或少数几次碰撞就导致较大角度的偏转，背散射产额和入射到无定型靶上一样，陈随机产额定向产额：，发生沟道效应，背散射产额降低。当在入射属于晶轴或晶面方向完全一致（）时，入射束中绝大部分粒子处在沟道中，只有很靠近晶轴或晶面的那一小部分粒子发生背散射，所以背散射产额最少，称定向产额。21.常规质谱的局限性与解决措施？电感耦合等离子体质谱ICP-MS分析特点及应用？