核反應分析

用帶電粒子、中子和γ射線都可以引起核反應，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，測量反應過程中瞬發放出的反應產物(出射粒子)，就可以實現元素定量分析。

原理 在原子核反應中，當入射粒子的種類和能量確定后，核反應產生的出射粒子的能量同樣品中引起反應的核（靶核）性質有關。用高解析度探測器，結合粒子鑒別技術，分析出射粒子能譜，根據出射粒子峰的能量和強度，可識別靶核的種類並確定其含量。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。在樣品不同深度處發生反應，產生的出射粒子有不同的能量；而出射粒子的強度同該深度處靶核的含量有關。對於核共振反應，改變入射粒子能量，反應將發生在樣品的不同深度，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佈。

實驗方法 核反應分析實驗中常採用能量在 的等帶電粒子。一般用金硅面壘型探測器探測核反應產生的帶電粒子，用晶體或探測器探測γ射線（見半導體探測器）。分析系統同電子計算機連接，可以實現數據自動處理。

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。

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佈。入射帶電粒子束可以聚焦，用聚焦后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，也是目前分析氫元素在樣品中分佈的有效方法。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 ，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，可達2nm。

應用 主要用於表面或近表面分析，了解樣品的元素成分和雜質分佈隨深度的變化。自1962年利用氧-18示蹤研究陽極上氧化鋁中氧的轉移情況以後，核反應分析技術越來越廣泛地應用於各個領域。目前，主要在固體物理中研究擴散現象、薄膜生長機理、表面微量沾污、離子摻雜等，在冶金學中研究金屬改性、腐殖現象、表面雜質含量等；在材料科學和半導體工業中對氧化現象、腐殖現象的研究，離子注入器件的分析等；此外，在地質、考古、天體物理及生物醫學等方面也越來越多地得到應用。利用核反應測定樣品表層的含量及深度分佈的一種分析方法。

分子式：

CAS號：

性質：基於核反應(包括彈性散射、非彈性散射、重排碰撞、多體反應、光核反應、輻射俘獲等)的分析物質組成的方法。與基於探測緩發輻射的核分析方法不同，這類方法是探測核反應過程中放出的瞬發輻射，而與核反應產物是放射性的還是穩定的無關。其特點是不受產物核性質的影響，分析速度快，可用於在線分析，可分析塊狀物質，非破性等。是活化分析的重要補充。缺點是分析靈敏度較低，大體在範圍，瞬發γ譜識別複雜。

鈾燃料通過核分裂產生熱量。大的鈾原子分裂成更小的原子，這樣就產生熱量及中子（構成原子的一種粒子）。當中子撞擊另外一個鈾原子時，就觸發分裂，產生更多的中子並一直繼續下去。這就是核裂變的鏈式反應。

而現在的情況是，當一堆燃料棒湊在一起時就會很快導致過熱，然後在 45 分鐘后就會導致燃料棒融化。但是值得指出的是，在核反應堆內的燃料棒是絕對不可能導致像原子彈那樣的核爆炸的。製造一顆原子彈實際上是相當困難的（不信你們可以去問問伊朗）。當年切爾諾貝利的情況是，爆炸是由於大量的壓力積攢，氫氣爆炸然後摧毀了所有的護罩，然後將大量的融化的核心揮灑到了外界（就像一顆“臟彈”）。這樣的情況為什麼在日本沒有發生，及為什麼不會發生，請繼續看下面。

為了控制鏈式反應的發生，反應堆操作員會用到“控制棒”。控制棒可以吸收中子，從而瞬間停止鏈式反應。一個核反應堆是這樣設計的：當一切正常運轉時，所有的控制棒是不會用到的。冷卻水會在核心產生熱量的同時帶走熱量（並轉化為蒸汽和電力），並且在常規的 250 攝氏度的運轉溫度下還有許多餘地。

而挑戰在於將控制棒插入並停止鏈式反應后，核心依然在產生熱量。雖然鈾元素的鏈式反應已經停止，但是在鈾元素的核裂變過程中會產生一些具有放射性的副產品，比如銫和碘同位素，這些元素的放射性同位素會最終衰變為更小的原子，然後失去放射性。在這些元素的衰變過程中，也會產生熱量。因為它們不會再從鈾元素中產生（在控制棒插入之後鈾元素就停止衰變了），所以它們的數量會越來越少，然後在衰變結束的過程中，大約幾天時間內，核心就會最終冷卻下來。

目前讓人頭痛的就是這些餘熱。

核反應堆內的第一類放射性物質就是燃料棒中的鈾元素，及放射性副產物銫和碘同位素。這些物質都在燃料棒內部。

而除此之外，還存在第二類放射性物質，產生於燃料棒外部。而首先需要說明的是，這些外部的放射性物質的半衰期都非常短，這意味著它們會在很短的時間內衰變為沒有放射性的物質。“很短”的意思就是幾秒。所以即使這類放射性物質被釋放到自然環境中，他們也是毫無危害的。為什麼呢？因為大約就你在讀完“”的這幾秒內，這類物質就衰變到完全不具有放射性了。這類放射性物質就是氮，也就是氮氣（構成大氣的氣體之一）的具有放射性的同位素。另外就是一些稀有氣體比如氬。但是這些物質是如何產生的呢？當鈾原子裂變時，會產生一個中子。大部分的這些中子都會撞擊到其他的鈾原子由此鏈式反應就一直持續發生。但是其中的一些會離開燃料棒並撞擊到水分子，或是冷卻水中的空氣。然後，一個不具有放射性的元素就會“捕獲”這個中子，並變得有放射性。而就如前文所述，在數秒內它就會衰變到它本來的面目。

上面所描述第二類的放射性物質在我們接下來要討論的核泄露中非常重要