带电粒子活化分析.pptVIP

核科学技术学院带电粒子活化分析第1页，共20页，星期日，2025年，2月5日何谓带电粒子活化分析具有一定能量的带电粒子与物质中的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（记为CPAA）。CPAA起始于上世纪五十年代后期，目前已发展成为一种较为成熟的材料分析手段。第2页，共20页，星期日，2025年，2月5日基本原理---入射粒子和靶发生核反应的条件入射粒子和靶和发生核反应的条件是两者的相对动能必须满足：第3页，共20页，星期日，2025年，2月5日带电粒子引起的核反应的反应式可写为：反应前后总电荷值和能量守恒，反应规律遵从微观量子力学的运动规律，一般情况下发射粒子为γ光子、中子、质子和α粒子。基本原理---带电粒子引起的核反应表达式第4页，共20页，星期日，2025年，2月5日Q方程阈能该方程可由能量守恒和动量守恒得出，详细推导请参见《原子核物理》。基本原理---核反应中的能量关系第5页，共20页，星期日，2025年，2月5日定义：单位时间入射粒子在靶中引起的核反应数，用P(t)表示。产生率的一般表达式：基本原理－核反应的产生率a)加速器束流的品质有一定的能量分布g(E0,Ei)，代表具有能量在Ei到Ei+dEi之间的粒子数占总数的份额，也就是粒子具有能量为Ei的几率。b)粒子穿透一定的深度后会产生一定的能量歧离f(Ei,E,x)，表示能量为Ei的粒子在进入深度为x处时，由于能损，使其能量变为E到E+dE之间的几率。所以，深度x处，待测元素含量为C(x)的反应产生率为：第6页，共20页，星期日，2025年，2月5日D[cm]A[cm2]C[atoms/cm3]I[s-1]束流强度S-1单位体积内的原子数cm-3截面cm-2样品厚度cm第7页，共20页，星期日，2025年，2月5日D*E0EthE=0R(Eth)R(E0)D*:活化有效路径D*=R(E0)-R(Eth)Eth:带电粒子核反应阈能R(Eth),R(E0):能量分别为Eth和E0时的射程2）厚样品1）薄样品σ可视为常数，则反应产生率为：第8页，共20页，星期日，2025年，2月5日入射粒子能量单一，待测元素均匀分布即C(x)为常数，能量歧离现象忽略，则反应产生率为：理论计算与实验结果表明，对不同的靶材料Z2=4~57,平均截面变化仅为3%，可认为与靶材料性质无关。第9页，共20页，星期日，2025年，2月5日束流强度恒定，即放射性核的产生率不变，则与中子活化分析原理类似有：基本原理公式第10页，共20页，星期日，2025年，2月5日辐照ti时刻，样品中的放射性核数目带电粒子活化分析原理---辐照样品的放射性核数目辐照结束时—t0时刻—样品中的放射性活度：冷却到t1时刻的活度探测器测量到的总计数：第11页，共20页，星期日，2025年，2月5日带电粒子活化分析的测量方法含量测定方法可分为绝对测定和相对测定两种：绝对测量：利用上述公式，并求出或测量出入射粒子的总数（即束流强度）、探测器的立体角、反应截面和探测效率等量。因此，绝对测量结果精度不高，而且计算繁琐。第12页，共20页，星期日，2025年，2月5日相对测量：已知元素含量的标准样品与待测样品在相同的粒子能量下辐照，相同的测量条件下测量积分截面简化为活化有效路径之比。第13页，共20页，星期日，2025年，2月5日N:单位体积内的靶原子数；I0:平均电离能；Z1,Z2:入射粒子和靶核电离能；m0:电子质量；：相对论修正项；活化有效路径的计算：壳修正：C/Z2第14页，共20页，星期日，2025年，2月5日核科学技术学院