中子活化分析

[拼音]：zhongzi huohua fenxi

[外文]：neutron activation analysis

通过鉴别和测量试样因中子辐照感生的放射性核素的特征辐射，来进行元素和核素分析的活化分析方法。英文缩写为NAA。

简史

1936年匈牙利化学家G.C.de赫维西和H.莱维用镭-铍中子源 (中子产额约 3×10⁶中子/秒)辐照氧化钇试样，通过¹⁶⁴Dy（n，γ）¹⁶⁵Dy反应（活化反应截面为2700靶（恩）， 生成核¹⁶⁵Dy的半衰期为2.35小时）测定了其中的镝，定量分析结果为10^-3克/克，完成了历史上首次中子活化分析。

原理

中子是电中性的，所以当用中子辐照试样时，中子与靶核之间不存在库仑斥力，一般通过核力与核发生相互作用。核力是一种短程力，作用距离为10^-13厘米，表现为极强的吸引力。中子接近靶核至10^-13厘米时，由于核力作用，被靶核俘获，形成复合核。复合核一般处于激发态（用*表示），寿命为10^-12～10^-16秒，它通过各4种方式退激发，可用下式表示：

中子与靶核碰撞时，有三种作用方式：

（1）弹性散射，靶核与中子的动能之和在散射作用前后不变，这种作用方式无法应用于活化分析；

（2）非弹性散射，若靶核与中子的动能之和在作用前后不等，则该能量差导致复合核的激发，引起非弹性散射，此时生成核为靶核的同质异能素，一些同质异能素的特征辐射可通过探测器测定，这种作用方式可用于活化分析；

（3）核反应，若靶核俘获中子形成复合核后放出光子，则被称为中子俘获反应，即(n，γ)反应，这就是中子活化分析利用的主要反应，此外(n，2n)、(n，p)、(n，a)和 (n，f)等反应也可用于中子活化分析。

中子辐照试样所产生的放射性活度取决于下列因素：

（1）试样中该元素含量的多少，严格地讲，是产生核反应元素的某一同位素含量的多少；

（2）辐照中子的注量；

（3）待测元素或其某一同位素对中子的活化截面；

（4）辐照时间等。（见活化分析）

分类

根据辐照中子的能量，可分为三类（表1）。

分析灵敏度

中子活化分析的元素分析范围宽，灵敏度高(表2)。

应用

中子活化分析是一种具有广泛应用价值的方法。50年代，它在解决当时核工业和半导体工业超纯材料的分析问题中，发挥了重要作用；70年代以来，更大规模地用于生物学、医学、环境科学、材料科学、地球化学、宇宙化学和考古学等领域。

发展趋势

（1）从单纯的元素分析扩展到化学状态的测定:随着中子活化分析应用领域的扩大，不仅需要测定样品中元素的含量，而且还要求深入研究元素的分布和状态。例如，在环境科学研究中分析水中痕量元素时，增加超过滤法前处理，将水样分解成低分子量组分、胶体、假胶体和颗粒物，再用中子活化法分别测定处于不同状态的元素含量。

（2）瞬发分析的应用：常规中子活化分析无法利用核反应截面高而生成稳定核素的核反应，例如¹¹³Cd(n，γ)¹¹⁴Cd(反应截面为 2×10⁴靶)；而瞬发γ射线中子活化分析却能够克服这一困难。应用瞬发法可以测定河流沉积物中的硅、硫、铜、镉和汞等元素，这些都是常规中子活化分析很难测定的元素。

（3）计算机的广泛应用:70年代以来，中子活化分析的样品日趋复杂，例如，环境科学中的大气颗粒物，生命科学中的生物组织，地球化学中的陨石，考古学中的陶、瓷器等，都要求同时提供数百个样品中的几十种元素的含量。计算机与自动活化分析装置配合使用，可以控制照射时间、冷却时间、计数时间，控制样品的输运、分析操作以及数据处理等。

参考书目

1. D.德索埃脱等著，伍任译：《中子活化分析》，原子能出版社，北京，1978。(D.De Soete， et al.，Neutron Activation Analysis， John Wiley & Sons， New York，1972.)