中子活化分析

　　通過鑒別和測量試樣因中子輻照感生的放射性核素的特徵輻射，來進行元素和核素分析的活化分析方法。英文縮寫為NAA。

　　簡史　1936年匈牙利化學傢G.C.de赫維西和H.萊維用鐳-鈹中子源(中子產額約3×10⁶中子/秒)輻照氧化釔試樣，通過^16>4Dy（n，γ）¹⁶⁵Dy反應（活化反應截面為2700靶（恩），生成核¹⁶⁵Dy的半衰期為2.35小時）測定瞭其中的鏑，定量分析結果為10^-3克/克，完成瞭歷史上首次中子活化分析。

　　原理　中子是電中性的，所以當用中子輻照試樣時，中子與靶核之間不存在庫侖斥力，一般通過核力與核發生相互作用。核力是一種短程力，作用距離為10^-13厘米，表現為極強的吸引力。中子接近靶核至10^-13厘米時，由於核力作用，被靶核俘獲，形成復合核。復合核一般處於激發態（用*表示），壽命為10^-12～10^-16秒，它通過各4種方式退激發，可用下式表示：

中子與靶核碰撞時，有三種作用方式：①彈性散射，靶核與中子的動能之和在散射作用前後不變，這種作用方式無法應用於活化分析；②非彈性散射，若靶核與中子的動能之和在作用前後不等，則該能量差導致復合核的激發，引起非彈性散射，此時生成核為靶核的同質異能素，一些同質異能素的特征輻射可通過探測器測定，這種作用方式可用於活化分析；③核反應，若靶核俘獲中子形成復合核後放出光子，則被稱為中子俘獲反應，即(n，γ)反應，這就是中子活化分析利用的主要反應，此外(n，2n)、(n，p)、(n，a)和(n，f)等反應也可用於中子活化分析。

　　中子輻照試樣所產生的放射性活度取決於下列因素：①試樣中該元素含量的多少，嚴格地講，是產生核反應元素的某一同位素含量的多少；②輻照中子的註量；③待測元素或其某一同位素對中子的活化截面；④輻照時間等。（見活化分析）

　　分類　根據輻照中子的能量，可分為三類（表1）。

表1　中子活化分析分類

　　分析靈敏度　中子活化分析的元素分析范圍寬，靈敏度高(表2)。

表2　一些痕量元素中子活化分析法的靈敏度

　　應用　中子活化分析是一種具有廣泛應用價值的方法。50年代，它在解決當時核工業和半導體工業超純材料的分析問題中，發揮瞭重要作用；70年代以來，更大規模地用於生物學、醫學、環境科學、材料科學、地球化學、宇宙化學和考古學等領域。

　　發展趨勢　①從單純的元素分析擴展到化學狀態的測定：隨著中子活化分析應用領域的擴大，不僅需要測定樣品中元素的含量，而且還要求深入研究元素的分佈和狀態。例如，在環境科學研究中分析水中痕量元素時，增加超過濾法前處理，將水樣分解成低分子量組分、膠體、假膠體和顆粒物，再用中子活化法分別測定處於不同狀態的元素含量。②瞬發分析的應用：常規中子活化分析無法利用核反應截面高而生成穩定核素的核反應，例如¹¹³Cd(n，γ)¹¹⁴Cd(反應截面為2×10⁴靶)；而瞬發γ射線中子活化分析卻能夠克服這一困難。應用瞬發法可以測定河流沉積物中的矽、硫、銅、鎘和汞等元素，這些都是常規中子活化分析很難測定的元素。③計算機的廣泛應用：70年代以來，中子活化分析的樣品日趨復雜，例如，環境科學中的大氣顆粒物，生命科學中的生物組織，地球化學中的隕石，考古學中的陶、瓷器等，都要求同時提供數百個樣品中的幾十種元素的含量。計算機與自動活化分析裝置配合使用，可以控制照射時間、冷卻時間、計數時間，控制樣品的輸運、分析操作以及數據處理等。

　　

參考書目

　D.德索埃脫等著，伍任譯：《中子活化分析》，原子能出版社，北京，1978。(D.De Soete，et al.，NeutronActivation Analysis，John Wiley &Sons，New York，1972.)