核反應分析

核反應分析（nuclear reaction analysis）是利用核反應測定樣品中元素組成、表面雜質及其深度分布的分析方法。反應堆、加速器或同位素源 產生的中子、帶電粒子或γ射線均可用於核反應分析。在核反應分析中通常利用加速器產生的具有一定能量的離子束轟擊樣品，離子同樣品中待分析的核發生核反應，通過探測由核反應產生的反應產物或出射粒子，便可實現元素的定性和定量分析。

基本介紹

• 中文名：核反應分析 
• 外文名：nuclear reaction analysis
• 特徵：實現元素的定性和定量分析

反應原理

在核反應中，核反應產物及其出射粒子與靶核及入射粒子的種類和能量有關，因此利用高解析度的核輻射探測器（如高純鍺半導體探測器），結合粒子鑑別技術，分析出射粒子能譜，根據出射粒子峰的能量和強度，可得到反應產物和出射粒子的信息，然後根據入射粒子的性質，便可推斷出待測樣品中靶核的性質及反應產物的含量。此外，核反應能譜又同入射粒子和出射粒子在樣品中的電離能量損失有關。出射粒子的能量與樣品中發生核反應的深度有關，出射粒子的強度同該深度處靶核的數目有關，因此核反應分析法也可用於測定樣品中元素的深度分布。對於共振核反應，可通過改變入射粒子的能量，使核反應發生在樣品中的指定深度，共振反應產額同該處的靶核含量成正比。因此，分析核反應能譜或共振核反應產額曲線可以得到元素的深度分布，同樣可實現元素的深度分析。

實驗方法

用於核反應分析的入射粒子有中子、質子、氘核、α粒子、γ光子等，中子能量一般為電子伏量級至十幾個兆電子伏特，帶電粒子的能量在0.5至幾個兆電子伏。產生中子的設備有反應堆、中子發生器或²⁵²Cf同位素中子源，產生帶電粒子的是低能加速器。出射粒子的測定主要用金矽面壘型探測器（測帶電粒子）、高純鍺半導體探測器（測γ光子）或NaI（Tl）探測器（測γ光子）等。分析系統同電子計算機連線，可以實現數據自動處理。數據處理分為絕對法和相對法兩種。絕對法是根據入射粒子數目、核反應截面與產額、探測器效率及幾何條件、出射粒子的強度等參數，定量計算出樣品中待測元素的含量。相對法則是通過樣品與某一已知標準的比較，實現元素的定量分析。

分析方法

分絕對法和相對法。絕對法是根據核反應產額同截面、靶元素含量、入射離子數目、探測立體角等的關係，利用已知的核反應截面計算。相對法是比較在相同實驗條件下待測樣品和標準樣品的產額或能譜實現的。

反應特點

核反應分析不僅可作元素的定量分析，而且可測量樣品表面或近表面處元素的深度分布。入射帶電粒子束可以聚焦，用聚焦後的微束掃描能夠進行微區分析。利用重離子核反應（見重離子核物理）對同位素靈敏，可有極高選擇性，也是分析氫元素在樣品中分布的有效方法。選擇好的實驗條件可以實現兩種以上元素的同時分析。分析的絕對靈敏度一般為10^－7—10^－8g，高的可達10^－10g；相對靈敏度一般在百萬分之幾百，高的可達百萬分之幾。分析深度一般在幾微米到幾十微米，深度解析度在10—100nm，可達2nm。

實驗套用

核反應分析不僅可用於元素的定量分析，還可測量樣品表面或近表面處元素的深度分布。若將入射粒子束聚焦，還可實現微區掃描分析，給出元素的微區分布信息。自1962年利用¹⁸O示蹤研究陽極上氧化鋁中氧的轉移情況以後，核反應分析廣泛用於材料科學、生命科學與環境科學等領域中，如材料中氫的分析，固體物理中擴散現象、薄膜生長機理、表面微量雜質的玷污、離子摻雜等研究，冶金學中金屬改性、腐蝕現象及表面雜質等研究，生命科學中人全身氮的活體分析，考古學中青銅器的錫等元素的分析等。此外，在地質、天體物理及生物醫學等方面也得到套用。