帶電粒子活化分析

用帶電粒子輻照試樣時，為使帶電粒子與靶核碰撞發生核反應，就必須克服核的庫侖勢壘。庫侖勢壘E可用下式表示：式中Z1和Z2分別為靶核和入射帶電粒子的原子序數，A1和A2分別為靶核和入射帶電粒子的質量數。

基本介紹

• 中文名：帶電粒子活化分析
• 提出者：美國化學家G.T.西博格和J.J.利文古德
• 提出時間：1938

基本含義

帶電粒子活化分析指的是通過鑑別和測量試樣因帶電粒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。

簡史

1938年美國化學家G.T.西博格和J.J.利文古德用回旋加速器加速的氘核輻照純鐵試樣,通過69Ga(d，p)70Ga和71Ga(d,p)72Ga反應,測定了其中鎵的含量,實現了第一次帶電粒子活化分析。

原理

為使帶電粒子克服庫侖勢壘進入靶核，就必須用加速器等設備加速帶電粒子。但入射粒子的能量並不是越高越好，這是因為隨著入射粒子能量的提高，發生競爭反應的幾率也增高，這樣將發生許多個出射道，從而使反應產物複雜化，干擾待測元素的分析。帶電粒子在試樣中的穿透性較差，例如15兆電子伏的質子在鋁中的射程僅為1.5厘米。核反應基本上發生在試樣的表層,因此適於作表面分析。

帶電粒子核反應產生的放射性核素的活度At可用下式表示：At=φσN【1-exp(-0.693t/T┩)】式中N為靶核數目；φ為入射粒子的注量率；σ為核反應截面,是入射粒子能量的函式；T┩為放射性核素的半衰期；t為照射時間。

分類 　帶電粒子活化分析的分類見表。

帶電粒子活化分析

分析靈敏度 　對於輕元素，中子活化分析無法測定，光子活化分析也有局限性，這時就必須藉助於帶電粒子活化分析。一些輕元素的帶電粒子活化分析的靈敏度見表。

套用

①質子活化分析，可用於超純矽中硼的測定（靈敏度可達3×10-9克）,特種鋼表層中痕量碳的測定，玻璃中氟的測定，岩礦試樣中鋰、鎳和銅的測定；②氘子活化分析可用於鋼表層中碳、氮、氧和鎂的測定，高純鋁中碳和銅的測定，鐵中鎵的測定，玻璃中鈉的測定，生物等有機物試樣中碳、氮和磷的測定，岩礦試樣中鈉、鎂、鋁和磷的測定;③氫3粒子活化分析可用於金屬鈹中氧的測定;④氦3粒子活化分析可用於錒系元素中微量氧的測定，不破壞樣品，避免了由於重核裂變造成的干擾；⑤ α粒子活化分析可用於血液、尿和生物組織中的鈹、鈉和鋁的測定；⑥重離子活化分析可用於石油地質和水文地質試樣中氫和氘的測定，中子活化分析無法測定的鉛可用高能碳離子活化分析測定。

發展趨勢

①對氫、氦、鋰、鈹、硼、碳、氮、氧和氟等在生命科學、材料科學、環境科學和地學研究中具有重要意義的輕元素，帶電粒子活化分析有較高的分析靈敏度，因此，帶電粒子活化分析在上述領域中的套用將日趨廣泛。②帶電粒子活化分析的一個新的套用領域是γ射線天文學。其內容之一是通過測定行星、小行星和月球等地外物質表面發射的γ射線能譜來確定其化學組成。方法是先進行模擬實驗，利用加速器產生的氘束流轟擊二氧化矽等地外物質樣品，活化後，根據樣品發射的γ射線,有可能反演地外物質的化學組成。③分析技術的發展，改變了過去那種單一套用某種分析方法的狀況，大量的研究課題都要求幾種分析測試方法的相互配合和驗證。特別是在微區和表面分析方面，帶電粒子活化分析與電子能譜、電子探針等方法的配合和驗證更為重要。