中子活化分析 图文

收稿日期:2004209206;修回日期:2005201217作者简介:张锋(1970～),男(汉族),山东莒南人,副教授,从事放射性测井方法研究和蒙特卡罗模拟工作第18卷第3期2005年8月同　位　素Journal of IsotopesVol.18　No.3Aug.2005利用252Cf 源对镍精矿进行中子活化分析张　锋1,张高龙2,贾文宝3(1.中国石油大学(华东),地球资源与信息学院,山东东营　257061;2.北京大学物理学院,北京　100871;3.南京大陆中电科技股份公司,江苏南京　211100)摘要:利用MCN P 模拟改进了中子活化分析的装置,并采用中子产额较高的252Cf 作中子源,对镍精矿样品和标准样品进行照射;利用相对测量法对用高纯锗探测器得到的镍精矿和标准样品的活化能谱进行能谱处理,得到镍精矿的元素成分和含量。

结果显示,252Cf 中子源中子活化在线分析可以较好地满足工业要求。

关键词:252Cf 中子源;镍精矿;中子活化分析;能谱中图分类号:O657.4;TD926.3 文献标识码:A 文章编号:100027512(2005)0320129205N eutron Activation Analysis of Nickel Concentrates SamplesWith 252C f N eutron SourceZHAN G Feng 1,ZHAN G Gao 2long 2,J IA Wen 2bao 3(1.College of Geo 2resources and I nf ormation China ,Universit y of Pet roleum (H uadong ),Dong ying 257061,China;2.College of Physics ,Peking Universit y ,B ei j ing 100871,China;3.Dal u Zhong dian Technolog y J oint 2S tock Co.,N anj ing 211100,China )Abstract :The experimental equip ment of t he neutron activation analysis is imp roved using MCN P code simulation ,and 252Cf neutron source is used as an irradiation source because ofit s high neut ron yield.The nickel concentrates sample and standard samples are irradiatedwit h252Cf neut ron source ,and t he energy spect roscopes of t hese samples activated by neu 2t rons are obtained wit h a H P Ge detector.The compo nent s and content s of t his sample are o btained wit h t he relative measurement met hod by t he energy spect roscopy process.It con 2cluds t hat t he neutron activation analysis met hod on line can commendably meet t he demand of t he indust ry by virt ue of a 252Cf neutron source.K ey w ords :252Cf neut ron source ;nickel concent rates ;neut ron activation analysis ;energyspect roscopy 中子活化分析是一种有效的核分析技术,利用中子源产生的中子辐照样品,发生(n,γ)、(n, p)、(n,α)、(n,d)或(n,2n)等核反应,生成具有一定寿命并放出特征射线的放射性核素,然后对放射性核素进行鉴别和测量,从而确定该样品中的元素成分和含量。

第一章中子活化分析中子活化分析是一种有效的核分析技术，在微量和痕量元素分析中占有重要的地位。

自从1936年第一次用热中子活化分析元素以来，由于反应堆和加速器技术、γ射线探测器技术和核电子学技术，以及计算机技术的发展，使中子活化分析术得到迅速发展。

从原先的放射化学分离中子活化分析发展到如今的仪器中子活化分析，成为高灵敏度、多元素、非破坏性元素分析的可靠方法。

目前，慢中子和快中子活化分析，几乎能分析所有的核素；分析的灵敏度为百万分之一（ppm），甚至可达十亿分之一（ppb）；一次能同时分析30~40个核素；可分析寿命非常短的放射性核素，甚至可以做中子俘获瞬发γ射线活化分析；而且自动化分析的程度很高。

中子活化分析不仅是作为一种常规的元素定量分析方法，已广泛用于生物医学、环境、地质、冶金、半导体工业、考古、刑庭侦查等许多领域；而且也是作为验证其他分析方法可靠性的一种监测手段，在许多场合用于对比测量。

中子活化分析的发展虽已较为成熟，但在进一步提高测量精确度和分析效率及提高分析灵敏度和选择性方面，在改善辐照设备、γ谱仪和谱的分解及计算机程序等方面仍有新的进展。

我们在这一章里主要叙述仪器中子活化分析，并附带介绍中子俘获瞬发γ射线活化分析。

第一节中子活化分析原理中子活化分析是用中子辐照样品，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。

除了辐照样品的制备步骤外，中子活化分析主要包括三个步骤：一是将样品放在中子场中辐照；二是取出已辐照的样品，如有必要可对样品进行放射化学元素分离；三是进行放射性活度测量，然后进行数据处理，按一定的标准化方法求出样品中元素的浓度。

[]1,2一、活化分析公式推导样品在一定能量的中子辐照下，通过（n，γ）、（n，α）、（n，p）、（n，2n）等核反应生成放射性核素。

图1.1给出了样品中放射性活度随时间的变化关系。

中子活化分析中子活化分析（NAA）[仪器中子活化分析instrumental neutron-activation analysis (INAA)]最初由匈牙利放射化学家Hevesy和Levi于1936年提出，直到60、70年代才广泛使用并日趋成熟。

目前使用中子活化分析技术可分析周期表中的大部分元素，并且随着实验技术和数据处理方法的不断完善，已建立在线分析系统，从而使中子活化分析的应用范围迅速扩大，现已在材料科学、环境科学、地质科学、生物医学、考古学和法学等领域得到广泛应用。

NAA法特别适合考古学中的元素分析。

它与其他元素分析法相比较，有许多优点，其一是灵敏度高，准确度、精确度高。

NAA法对周期表中80%以上的元素的灵敏度都很高，一般可达10-6-10-12g，其精度一般在±5%。

其二是多元素分析，它可对一个样品同时给出几十种元素的含量，尤其是微量元素和痕量元素，能同时提供样品内部和表层的信息，突破了许多技术限于表面分析的缺点。

第三取样量少，属于非破坏性分析，不易沾污和不受试剂空白的影响。

还有仪器结构简单，操作方便，分析速度快。

它适合同类文物标本的快速批量自动分析，其缺点是检测不到不能被中子活化的元素及含量，半衰期短的元素也无法测量。

此外，探测仪器也较昂贵。

1、中子活化分析原理及操作所谓中子活化分析是利用有一定能量和流强的中子、带电粒子或高能r光子去轰击待分析样品，使样品中核素产生核反应，生成具有放射性的核素，然后则测定放射性核素衰变时放出的瞬发辐射或缓发辐射，对元素作定性定量分析，从而确定样品中的元素含量。

中子活化分析的基本过程如图所示（见图廿八）。

首先寻找最佳方案，熟悉样品的属性，大致特征，计算最佳辐射条件和冷却时间。

接着，制备样品和标准样品，后者为防止反应堆中子强度变化带来的误差作参照标准。

不同形态的样品采取不同的制备方法。

固体块直接截取放入容器中，粉末状还应称重，液体要放在聚乙烯容器或石英安瓶内，气体量好体积后放入石英管中。

DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪一、产品概述DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪(图1-1)是跨皮带式水泥物料在线检测装置。

用于料堆管理、生料配料过程中元素成分的在线检测。

DF-5701的装置为模块化结构，不需切割皮带，可绕皮带安装。

DF-5701运行时，皮带从测量装置内托槽上滑过，对流经的所有物料进行检测，整个检测过程不接触物料，不影响皮带运行。

DF-5701每分钟给出一次检测结果，精确分析出各元素含量以及相关的质量控制参数。

根据分析仪实时检测信息，对生产过程进行有效控制，改良生产工艺，降低生产成本,提高产品质量。

图1-1 DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪装置二、产品结构DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪由测量装置、中子源、探测器、信号处理柜以及主机五个部分构成。

(图2-1)图2-1 DF-5701结构图1.测量装置测量装置采用模块式框架结构。

包含支持测量过程中核相互作用的关键部件，同时对射线进行辐射防护，使装置周围剂量率达到辐射安全国家标准，保证工作人员的健康安全。

2.中子源中子源安装于测量装置的下部，位于物料皮带的正下方，内部装有一个或多个不锈钢封装的252Cf源芯。

252Cf的半衰期为2.6年，放射性活度随着持续发射中子减小，约二年半时间，需补充新的中子源芯达到初始源强度。

3.探测器探测器安装于测量装置的上部，位于物料皮带的正上方，用于接收物料被中子作用后发出的射线。

探测器外包有射线抑制体和恒温部件。

其中，射线抑制体用于抑制干扰射线，并由恒温部件对探测器进行恒温。

4.信号处理柜信号处理柜内有探测器外围部件，电子信号处理部件和温度控制部件。

探测器外围部件为探测器运行提供高、低压电源。

电子信号处理部件的主要功能是将来自探测器的模拟信号，通过ADC转换为数字信号。

温度控制部件用于控制探测器温度和柜内温度。

信号处理柜可以安装在墙上或支架上，与探测器相连接的电缆线长度标准为25米。