核分析基础期末考试题库及答案.docx

核分析基础一、填空题1.核分析方法分类：活化分析、离子束分析和核效应分析2 .活化分析定义：是一种由中子、带电粒子、Y射线等将样品活化,对其衰变特性进行测量的分析技术。（分类包括中子活化分析、带电粒子活化分析和光子活化分析几种）3 .离子束分析技术包括：瞬发核反应分析、背散射、沟道技术、质子激发X荧光分析等4 .中子活化分析相对测量法原理：将待分析样品与相同材料但含量已知的标准样品在相同的中子能量和通量条件下辐照，并在相同的测量条件下测量它们的放射性，比较它们的放射性活度就可以求得待分析样品中元素含量。5 .中子活化分析分类：按中子能量范围的不同，中子活化分析可分为：慢中子活化分析和快中子活化分析6 .中子活化分析中的初级干扰反应：不同元素通过不同中子反应道形成相同的放射性核素7 .中子活化分析技术中测量辐照生成的放射性核素的活度或者射线强度测量有三种方法:1）衰变曲线法2）能谱法3）能谱和衰变曲线法的结合8 .仪器中子活化分析（记为INAA）：使用高分辨率Y谱仪和解谱程序省去样品活化后的放射化学分离步骤，实现对样品进行非破坏性、多元素分析。9 .放射化学中子活化分析（记为RNAA）:在某些情况中，为提高分析灵敏度和元素鉴别能力，必要的放射化学分离步骤是需要的。这时样品结构被破坏，称这种分析方法为放射化学中子活化分析10 .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，如果反应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，这种元素分析方法称为带电粒子活化分析。11 .重粒子活化分析12 .光子活化分析包含英文缩写13 .带电粒子活化分析设备：辐照设备、样品表面处理设备、放射性测量设备14 .中子活化分析辐射源分类：反应堆中子源、加速器中子源、同位素中子源15 .带电粒子活化分析的阻止本领：带电粒子进入靶物质后，与靶原子的电子和靶原子核碰撞而损失能量。16 .反应道：对于一定的入射粒子和靶核，能发生的核反应过程往往不止一种，对应于每一种核反应过程,称为一个反应道。17 .带电粒子辐照样品时，放射性核素活度的增长与一定能量下的反应截面、束流强度和辐照时间有关18 .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。19 .带电粒子核反应瞬发分析时，由于入射带电粒子的固有能散度、能量歧离效应、探测器的有限能量分辨率的影响,探测器记录到的样品中同一深度X处发射的粒子能量有一分布（谱线展宽），因而造成对深度分析的不确定性。20 .带电粒子核反应瞬发分析过程中能谱分析法，共振核反应测量深度分布时的深度分辨率几到几十nm范围，比能谱分析法的深度分辨率好。21 .带电粒子核反应分析包括带电粒子缓发分析（带电粒子活化分析）、带电粒子瞬发分析。22 .带电粒子弹性散射分析包括：卢瑟福背散射分析、前向弹性反冲分析23 .卢瑟福背散射分析中三个主要参量：运动学因子、散射截面、能量损失因子24 .背散射分析的灵敏度由散射截面及样品性质决定25 .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26 .通常用测量背散射产额随入射角力的变化来观察沟道现象27 .对沟道效应，沿着主晶轴方向入射时，12的典型值为零点几度到几度之间。28 .沟道技术中退道程度的影响因素：入射束的方向准直性、单晶表面的无定形影响和晶体中的缺陷、杂质的存在等。29 一般，在沟道中带电粒子的能量损失是随机时的能量损失的l2-23o且随入射离子种类、能量以及晶轴或晶面方向不同而异。30.沟道实验技术实验几何分类1）视单晶样品厚薄，可采用透射几何和散射几何2）按离子与晶轴的定向条件，可分为单定向和双定向31、X荧光荧光产额：发射特征X射线的几率二、简答题1、中子活化分析原理：靶样品在中子束照射下，通过（n,）,（n,）,（n,p）的等反应生成放射性核素，处理照射样品，测量放射性活度和射线能量，可以确定靶样品中某种核素的含量和种类。2、活化分析原理：中子、带电粒子或Y射线同样品中所含核素发生核反应，使之成为放射性核素（这个过程称为活化），测量此放射性核素的衰变特性（如半衰期、射线的能量和射线的强度等）来确定待分析样品中所含核素的种类及其含量。3、中子活化分析原理的标准化方法：绝对测量法要求活化时的中子通量分布、截面、探测效率、放射性核的有关核参数等都为己知，然后再按公式计算元素浓度。相对测量法是将待分析样品与已知浓度的标准样品作比较测量，从而求得元素浓度。4、中子活化分析中的干扰：1）不同元素通过不同核反应形成同一种被用来作鉴定的放射性核素；2）生成的不同放射性核素的半衰期相近及发射的Y射线能量差小于探测器能量分辨率；3）某种放射性核素衰变后的子核与待鉴定的核素相同；4）测量丫射线时的其它木底干扰等。5、中子活化分析设备主要有：辐照中子源、样品传送设备及必要的放射化学分离设备、射线能量和强度测量设备，以及数据记录和处理设备。6、样品制备需考虑哪些因素：1）样品的大小、状态2）样品的包装3）样品的采集4）制备和辐照过程中的沾污、挥发、吸附等7、初级干扰反应的严重程度取决于：1）样品中干扰元素的相对含量2）中子通量分布3）活化截面8、中子活化分析的误差来源：样品制备的准确性；辐照的均匀性；测量条件的重复性；计数的统计涨落；记录系统的死时间；有关核参数的准确性；干扰反应等因素在有化学分离步骤时，还与分离过程中待测放射核素的回收率准确度有关。9、带电粒子活化分析主要包括三个步骤：1）辐照2）冷却3）测量10、带电粒子活化分析原理：具有一定能量的带电粒子与原子核发生核反应时，如果反应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，这种元素分析方法称为带电粒子活化分析。11、带电粒子核反应瞬发分析中防止入射粒子在样品上发生弹性碰撞后的散射粒子对探测器造成计数率过我的方法：在探测器前放一适当厚度的吸收箔把散射粒子挡住，只让核反应出射粒子通过；用磁偏转方法把散射粒子偏转掉。12、带电粒子核反应瞬发分析中厚样品分析，出射带电粒子的能谱宽度与哪些因素有关：入射束的能散度；探测器的固有能量分辨率；出射粒子的运动学展宽；出射粒子在吸收箔中的能量展宽；带电粒子在样品中的能量展宽。13、歧离效应：快速带电粒子在物质中的能量损失是带电粒子与许多靶原子的电子相互作用的平均能量损失。由于碰撞事件的统计涨落，带点粒子的能量损失有一涨落。14、带电粒子核反应瞬发分析中从实验测到的能谱和激发曲线求出元素浓度分布的四种方法:用已知浓度分布的标准样品作相对比较测量；最小二乘法拟合；迭代法；退卷积处理15、带电粒子核反应瞬发分析中干扰问题包括哪些方面？防止样品表面的沾污；测量核反应瞬发Y射线时，不同元素的核反应产生相同的剩余核，发射能量相同的Y射线；测量核反应瞬发的带电粒子时，根据运动学关系和截面曲线，改变测量角度或改变轰击粒子能量可鉴别不同的核反应并消除干扰反应。有时也可改变半导体探测器的工作偏压来达到甄别粒子的目的；实验厅中的电磁干扰。16、卢瑟福背散射原理：由离子源产生离子，经加速器加速到一定能量，经过磁偏离、聚焦、准直后，单能离子束打到真空靶室中的样品（靶）上。在入射能量低于使它和靶核发生核反应的阈能的条件下，入射离子和靶核发生弹性碰撞。用探测器记录被散射的离子的能谱，通过对能谱的分析可以得到靶中元素的质量、深度及深度分布。17、卢瑟福背散射分析影响背散射谱的因素:探测系统的有限能量分辨率;入射束的能散度；粒子在靶物质中的能量歧离；散射角度有一定角宽度引起散射能量的几何展宽。18、卢瑟福背散射分析中提高质量分辨率的措施：增大入射离子能量；散射角尽可能大；利用大质量的入射离子；提高探测系统分辨率19、沟道效应：当一束准直的正离子入射到单晶靶上时，离子与靶原子之间相互作用几率，与离子入射方向和单晶体的晶轴或晶面间的相对取向有关。带电粒子与单晶体中原子相互作用的这种强烈的方向效应，称为沟道效应20、轴沟道效应：当一定能量的正离子相对于主晶轴入射的角度由很小时，离子进入晶体表面后，与晶轴上的原子发生小角度库仑散射，方向偏转很小，接着它必定与邻近的晶格原子发生同样的小角度散射。由于离子与晶轴上的许多原子发生一系列相关的小角度散射，离子被限制在晶轴之间的空间里来回偏折行进。21、阻塞效应：处在晶格位置上的原子核发射正电荷粒子（例）,发射粒子方向与晶轴夹角为力。在偏离晶轴方向发射的粒子，能被探测器记录到；而沿着晶轴方向（W=（T）发射的粒子，它受到邻近晶格原子的散射，不能沿这方向出射，所以在2=0。方向记录到的粒子数最少，这种现象就是阻塞效应。22、在沟道中，带电粒子的能量损失比随机时的能量损失小，为什么？快速带电粒子的能量损失主要是电子阻止的贡献。在晶体中，电子密度分布不均匀，在晶格原子附近密度高，在沟道中间密度低。沟道粒子是在电子密度低的空间内运动，与电子碰撞的几率小，能量损失减小。沟道粒子不能靠近原子太近，沟道粒子要使晶格原子的内层电子电离很难，因而原子的内层电子对阻止没有贡献。沟道粒子不能靠近原子核发生碰撞，故核阻止引起的能量损失也比通常的核阻止小。23、基体效应：样品中基本化学组成和物理、化学状态的变化，对X射线荧光分析结果的影响的统称。24、能量色散X荧光分析的干扰因素：不平度效应，不均匀效应，水分影响，粉尘影响，吸收效应，增强效应，特征吸收25、微型X光管工作原理：发射电子的阴极物质在稳定的灯丝电流加热下，发射电子；电子在高压的作用下，加速并飞向阳极，与阳极靶材的原子作用，并发射X射线。通过改变灯丝电流的大小可以改变灯丝的温度及电子的发射量，从而改变发射X射线照射量率的大小；改变高压可改变X射线的能量范围。26、能量色散法X射线探测器应满足下列要求：具有较高的探测效率和全能峰效率。具有良好的能量分辨率和能量线性。死时间短，有优良的高计数率特性。使用方便，工作稳定、可靠。价廉、寿命长。便携式仪器应具有轻便、低功耗的特点。27、穆斯堡尔谱学的特点：穆斯堡尔谱具有极高的能量分辨本领，很容易探测出原子核能级的变化。利用穆斯堡尔谱可以方便地研究原子核与其周围环境间的超精细相互作用，可以灵敏地获得原子核周围的物理和化学环境的信息。28、质谱分析法的特点：（1）应用范围广（2）灵敏度高，样品用量:少（3）分析速度快，并可实现多组分同时测定（4）与其它仪器相比，仪器结构复杂，价格昂贵，使用及维修比较困难。对样品有破坏性。29 .吸收突变比：当X射线与物质发生光电效应时，由于要激发某一壳层电子就需要入射X射线光子具有一定能量（吸收限）。当光子能量小于这一特定值时，不能激发壳层电子，光电截面较小。当光子能量大于这一特定值时，则产生光电效应，光电截面突然增加，造成光电截面随能量变化而出现不连续性,这一不连续性必然造成宏观吸收系数随能量变化而突然变化。30 .便携式X荧光仪整机性能指标三、论述题1、中子瞬发丫射线活化分析优点：1）可分析元素种类很多，且可进行多元素同时分析，分析灵敏度较高。例对H、10B、C、N、S、113Cd;2）非破坏性、体样品分析的特点；3）辐照时间短、分析速度快和活化后的剩余放射性低；4）中子活化分析寿命短的核素的分析准确度较差，而用中子瞬发丫射线活化分析法可提高分析准确度。注意：探测器必须与辐照源靠近，这一点与中子活化分析十分不同，应防止探测器直接受到源中子的辐照而造成损坏。应用：1）用同位素中子源和密封中子管做瞬发丫射线活化分析，具有设备小巧、适用于野外或工业生产线上使用的优越性；2）用于地质、海底矿产勘探、工业生产控制和监测，医学诊断，考古等。2、特征X射线的形成过程：当高速电子能量大到一定程度（靶材料产生X射线的临界值）后，高能电子可以把靶面材料原子结构中内层电子撞击出去,使原子处于不稳定的激发状态；为使原子恢复至稳定的低能态，邻近层的高能态电子立即自发地填补其空穴，该电子出发地能级E2扣除空穴处能级El后多余的能量以能量辐射形式（hv=E2-El）释放，此即为X光（X射线）。其波长约为10-12-10-8mo由于不同原子具有不同的电子结构，原子内不同电子轨道间的跃迁能级之差各不相同，因此产生的X射线的频率（或波长）和强度均带有各自原子结构的印记特征，称其为特征X射线。定性分析的物理基础：各种元素放出的荧光，其能量（或波长的倒数）仅与原子系数平方成正比，故名“特征X射线”，或“特征荧光”。莫塞莱定律：EX=RhC（Z-（Xn）2（t一七）EXaZ2Z原子系数，其它为常数。原子内壳层产生空穴后释放能量的两种途径释放X射线（重元素的几率较大）发射俄歇电子（轻元素的几率较大）荧光产额：发射特征X射线的几率荧光产额可分为：K层、L层K层荧光产额定义：单位时间内K层特征X射线发射光子除以K层在同一时间形成的电子空位数（打出的电子数）。荧光产额（）半经验公式：低原子序数元素荧光产额低；随着原子序数的增加，荧光产额增大，特别是K层增长很快；大约Z大于60号以上的重元素，K层荧光产额增长才缓慢下来；荧光产额高低直接影响X荧光分析的灵敏度,故低原子序数元素的灵敏度低。K层荧光产额L层M层；X荧光分析时总希望激发K层；对于重元素，由于激发K层需要较大射线能量。一般用较低能量射线激发L层，也能获得较高的灵敏度。3、中子活化分析、带电粒子活化分析和光子活化分析的特点：1）分析灵敏度和准确度：热中子通量密度高、截面大,所以热中子活化分析灵敏度高,只要很少量的样品就可进行分析。中子活化分析中标准样品制备要求较高，带电粒子活化分析中标准样品选择比较方便。相对测量法的准确度较高。2）对样品的破坏性：中子和光子活化分析可做样品体内杂质元素的非破坏性分析，带电粒子活化分析只能做样品表面层元素分析；它们都只能给出元素成分和总量，不能结出深度分布信息。当采用放射化学元素分离手续或表面腐蚀处理手续时，则成为破坏性分析。3）选择性：中子活化分析中干扰反应较多，光子活化时的干扰比较容易消除。带电粒子的反应道多，采用不同粒子和不同能量，易于鉴别元素，排除干扰。4）多元素分析：采用高分辨率丫谱仪的活化分析技术，元素鉴别能力好，可同时分析多种元素。带电粒子活化后的核素大都是B+衰变核，测量比较简单，配以衰变曲线分解，也能做多元素分析。5）可分析元素范围：利用中子核反应可分析的元素种类从轻元素一直到重元素，带电粒子和光子活化分析主要分析轻元素杂质。用一种活化分析方法不能分析的元素，可用另一种方法来分析。对几种活化分析方法都能分析的元素，可进行比对分析。6）抗沾污性：中子和光子活化分析中，辐照时一般不会沾污样品。带电粒子活化分析中，在样品表面有沾污，可用表面腐蚀处理消除它。4、便携式X射线荧光分析仪的工作原理：由主机和探头组成探头由探测器、前置放大器、激发源等组成，完成特征X射线的激发与探测。主机由成形放大器、多道分析器（MCA）、多道缓存器（MCB）、计算机及外设、电源（高压、低压）等组成，完成对探测器信号的放大、处理及进行数据采集、数据处理。5、1）放射性同位素激发源的突出优点：体积小、重量轻、成本低；具有足够长的半衰期，良好的物理和化学稳定性，射线能量单一、稳定，不受其它电磁辐射的影响；不消耗其它能量。缺点：照射量率较低；发射的电磁辐射能量固定。直接制约着系统的检出限；激发源强度随时间而逐渐减弱；放射性同位素源在安装、存储和运输过程中容易对人体造成辐射损伤。2）微型X光管的优点：光子产额大，比同位素源高12个数量级；X射线源的能量和束流强度可调，便于选择最佳激发模式，进而改善X荧光分析的精度和速度；照射量率较高，有利于提高分析元素的灵敏度和降低检出限；具有较长的寿命，口射线源受使用时间的影响较小；结构紧凑，体积较小；储存及运输安全，断电以后不造成辐射污染。缺点：需要电源，体积较大，与探测器和被测对象间的组合方式不如放射性同位素源灵活，所以在原位测量中应用有一定的局限性。