带电粒子活化分析

[拼音]：daidian lizi huohua fenxi

[外文]：charged particle activation analysis

通过鉴别和测量试样因带电粒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。

简史

1938年美国化学家G.T.西博格和J.J.利文古德用回旋加速器加速的氘核辐照纯铁试样，通过⁶⁹Ga(d，p)⁷⁰Ga和⁷¹Ga(d，p)⁷²Ga反应，测定了其中镓的含量，实现了第一次带电粒子活化分析。

原理

用带电粒子辐照试样时，为使带电粒子与靶核碰撞发生核反应，就必须克服核的库仑势垒。库仑势垒E可用下式表示：

式中Z₁和Z₂分别为靶核和入射带电粒子的原子序数，A₁和A₂分别为靶核和入射带电粒子的质量数。

为使带电粒子克服库仑势垒进入靶核，就必须用加速器等设备加速带电粒子。但入射粒子的能量并不是越高越好，这是因为随着入射粒子能量的提高，发生竞争反应的几率也增高，这样将发生许多个出射道，从而使反应产物复杂化，干扰待测元素的分析。带电粒子在试样中的穿透性较差，例如15兆电子伏的质子在铝中的射程仅为1.5厘米。核反应基本上发生在试样的表层，因此适于作表面分析。

带电粒子核反应产生的放射性核素的活度A_t可用下式表示： A_t＝φσN[1-exp(-0.693t/T┩)]式中N为靶核数目；φ为入射粒子的注量率；σ为核反应截面，是入射粒子能量的函数；T┩为放射性核素的半衰期；t为照射时间。

分类

带电粒子活化分析的分类见表1。

分析灵敏度

对于轻元素，中子活化分析无法测定，光子活化分析也有局限性，这时就必须借助于带电粒子活化分析。一些轻元素的带电粒子活化分析的灵敏度见表2。

应用

（1）质子活化分析，可用于超纯硅中硼的测定（灵敏度可达3×10^-9克），特种钢表层中痕量碳的测定，玻璃中氟的测定，岩矿试样中锂、镍和铜的测定；

（2）氘子活化分析可用于钢表层中碳、氮、氧和镁的测定，高纯铝中碳和铜的测定，铁中镓的测定，玻璃中钠的测定，生物等有机物试样中碳、氮和磷的测定，岩矿试样中钠、镁、铝和磷的测定；

（3）氢3粒子活化分析可用于金属铍中氧的测定；

（4）氦3粒子活化分析可用于锕系元素中微量氧的测定，不破坏样品，避免了由于重核裂变造成的干扰；

（5）α粒子活化分析可用于血液、尿和生物组织中的铍、钠和铝的测定；

（6）重离子活化分析可用于石油地质和水文地质试样中氢和氘的测定，中子活化分析无法测定的铅可用高能碳离子活化分析测定。

发展趋势

（1）对氢、氦、锂、铍、硼、碳、氮、氧和氟等在生命科学、材料科学、环境科学和地学研究中具有重要意义的轻元素，带电粒子活化分析有较高的分析灵敏度，因此，带电粒子活化分析在上述领域中的应用将日趋广泛。

（2）带电粒子活化分析的一个新的应用领域是γ射线天文学。其内容之一是通过测定行星、小行星和月球等地外物质表面发射的γ射线能谱来确定其化学组成。方法是先进行模拟实验，利用加速器产生的氘束流轰击二氧化硅等地外物质样品，活化后，根据样品发射的γ射线，有可能反演地外物质的化学组成。

（3）分析技术的发展，改变了过去那种单一应用某种分析方法的状况，大量的研究课题都要求几种分析测试方法的相互配合和验证。特别是在微区和表面分析方面，带电粒子活化分析与电子能谱、电子探针等方法的配合和验证更为重要。