核分析技术应用和方法
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引言
X射线荧光分析（XRF）技术即是利用初级X射线或其它微 观粒子激发待测样品中的原子，使之产生荧光（次级X射线） 而进行物质成份分析和化学形态研究的方法。
X射线是一种电磁辐射，按传统的说法，其波长介于紫外
线和γ射线之间，但随着高能电子加速器的发展，电子轫致
辐射所产生的X射线，其能量可能远大于γ射线，故X射线的
第三章 核分析技术与方法
核分析技术应用和方法
主要内容
➢第一节 核分析技术基础 ➢第二节 X射线荧光分析 ➢第三节 中子活化分析技术 ➢第四节 同位素示踪技术
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引言
核技术应用
同位素技术
反应堆、加 速器等设施
核分析技术
核分析技术应用和方法
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第一节 核分析技术基础
核分析技术原理 核分析技术的种类 核分析技术特点
由于X射线具有一定
波长，又有一定能量，
因此，X射线荧光光谱
仪有两种类型：波长色
散型和能量色散型。
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1、 X射线管
X射线管产生的X射线透过铍窗入射到样品上，激
发出样品元素的特征X射线。X射线管所消耗功率的
0.2%左右转变为X射线辐射，其余均变为热能使X射
线管升温，因此必须不断的通冷却水冷却靶电极。
电子所填充，从
而可产生一系列
的谱线，称为K系
谱线：由L层跃迁
到K层辐射的X射
线叫Kα射线，由 M层跃迁到K层
辐射的X射线叫
Kβ射线
产生K系和L系辐射示意图
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莫斯莱定律
莫斯莱（H G Moseley）发现，荧光X射线的波长λ 与元素的原子序数Z满足
λ=k(Z-s)-2 式中 k和s对同组谱线来说是常数
可以定性分析，又可以定量分析。
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核分析技术的种类
核反应分析（NRA)；
离子束分析技术
卢瑟福背散射（RBS); 质子诱发X射线荧光分析（PIXE）；
（Ion beam analysis，IBA） 加速器质谱分析（AMS）；
沟道效应分析（CT）；
穆斯堡尔效应； 超精细相互作用核分析 核磁共振效应（NMR）； （Hyper fine effect analysis） 正电子湮灭效应（PAT）；
息。
NDA技术对核安全保障、军控核查、核设施退役和核污
染物处置等方面起到了积极的支撑作用。
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核分析技术应用
物理、化学、生物、地质、考古等学科所研究的 各种实体与物质的分析，如文物鉴定、年代测定、 产地确定、制作工艺水平分析等。
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第二节 X-射线荧光分析
X射线荧光分析的基本原理 X射线荧光光谱仪的基本结构 定性定量分析方法 X射线荧光光谱法的特点
中子衍射（Neutron diffraction）； 中子散射（Neutron scattering）；
活化分析技术 （Activation analysis）
带电粒子活化； γ 射线活化； 中子活化 。
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核分析技术特点
灵敏度高、准确度好、分辨率高、非破坏性、具备多元素 分析能力、能实施离线和在线测量。
流气正比计数器主要由金属圆筒负极和芯线正极组
成,筒内充氩（90%）和甲烷（10%）的混合气体。
适用于轻元素的检测。
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3、 检测记录系统
将X射线光子 能量转化为电 信号。 检测器有流气 正比计数器和 闪烁计数器。
闪烁计数器适用于重元素的检测。
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荧光X射线谱图
由X光激发产生 的荧光X射线， 经晶体分光后， 由检测器检测。
这种方法分辨率
高，但探测效率
低，主要用于化
学环境下的精细
结构研究。
2θ-荧光X射线强度关系曲线
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2、 分光系统
主要部件是晶体 分光器，它的作 用是通过晶体衍 射现象把不同波 长的X射线分开。
改变θ可观测到不同λ的
荧光X射线。分光晶体 转动θ角,检测器必须转
晶体的布拉格衍射定律
动2θ角。
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2dsinθ=nλ 17
3、 检测记录系统
将X射线光子 能量转化为电 信号。 检测器有流气 正比计数器和 闪烁计数器。
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核分析技术原理
核分析技术是基于被测定的材料或样品在射 线和粒子束的作用下，产生相应的辐射特征(射 线、粒子、辐射能量)，或者是有的材料或样品 本身具有辐射特征，利用相应的探测器测量材料 或样品中某核素辐射特征（如特征谱线）确定核 素种类，经过计数效率刻度可进一步确定样品中 核素的活度、含量等信息。
波长范围没有严格的界限，对于X射线荧光分析而言，一般
是指波长为0.001nm～50nm的电磁辐射。对化学分析来说，
最感兴趣的波段是0.01nm～24nm，0.01nm附近是超铀元
素的K系谱线，24nm则是最轻元素Li的K系谱线。
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一、 X射线荧光分析的基本原理
高能X射线与原子发生碰撞，激发出一个内层电 子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的 激发态，激发态原子寿命极短，约为10-12s~10-14s， 然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态， 这个过程称为弛豫过程。
弛豫过程可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃 迁。

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荧光X射线及俄歇电子产生过程 X射线荧光的能 量或波长是特征 性的。
俄歇电子的能量 是特征性的。
与元素有一一 对应的关系。
荧光X射线及俄歇电子产生过程示意图
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谱线系
原子K层电子被逐
出后，其空穴可
以被外层中任一
非破坏性分析（Non-destructive analysis，NDA ）
由于铀、钚是核武器的核心材料，是核保障的主要对象，
所以发展铀、钚材料的非破坏性辐射探测与分析技术是极为
重要的，不仅可以获得铀、钚材料的同位素丰度、化学组分
等化学信息，同时还可以获得铀、钚材料的质量、年龄、形
状、包装容器材料厚度、核设施内部污染分布状况等物理信
荧光X射线的能量为： E = hν = hC/λ
只要测出荧光X射线的波长或者能量，就可以确定 元素的种类，即进行元素的定性分析。测出荧光X 射线的强度即可进行元素的定量分析。
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二、 X射线荧光光谱仪的基本结构
X射线荧光光谱仪主 要由激发、色散、探 测、记录及数据处理 等单元组成。