文章專區

在1936 年，由海凡塞（George Hevesy, 1885~1966）及李維（Hilde Levi, 1909~2003）兩位科學家使用中子撞擊稀土元素，而在稀土元素釔（yttrium）中定量分析微量不純物鏑（dysprosium）而開展了化學分析之一種新技術。

在那一個年代，微量分析的儀器，如感應耦合電漿光譜儀（ICP-OES）、感應耦合電漿質譜儀（ICP-MS）都尚未被研發上市。 因此使用中子撞擊待分析的樣品，使微量元素被活化而具有放射性，再量測其輻射強度，用以分析其成份及含量就成了重要的微量分析技術。然而，為了尋求適當中子射源，使這種「中子活化分析」仍不能成為普遍應用的分析技術。直到 1950 年代，由於各國紛紛建立原子反應爐，且開放用於科學研究，所以能提供穩定方便的中子源。更由於半導體科學的發展，鍺鋰偵檢器圖一：中子活化分析之核反應路徑。更由於半導體科學的發展，鍺鋰偵檢器（偵測γ射線用的固態偵檢器，簡稱 Ge(Li)偵檢器）及多頻道分析儀的發展，使得能譜解析度有長足的進展。因此 「中子活化分析」方法，曾領一時風騷。在地質學、犯罪學、月球岩石、材料科學、環境樣品分析等各領域有很多貢獻。

中子活化分析— 利用中子撞擊原子

中子活化分析技術之原理，主要是使用中子撞擊樣品內各類組成成份的原子核。中子被原子核吸收捕獲後，原子核獲得了能量，成為激發的不穩定狀態，且具放射性。激發態的原子核再將能量以放射線或其他粒子放出。我們在測定這些放射線或粒子時， 就可以由其能量而分辨此原子為何種元素； 又由其放射性強度可測定其含量。

例如圖一所示，我們使用一束中子去撞擊待分析的樣品。樣品中的^₅₉Co（鈷– 59；自然界中的鈷，全部都是不具放射性的⁵⁹Co同位素）， 其原子核捕獲了中子而成為激發態的 60mCo，其半衰期只有10.5分鐘，因此經內部轉換後放出59keV（千電子伏特）之γ射 線，而成為⁶⁰Co，而⁶⁰Co具有1.173MeV（百 萬電子伏特）以及1.333MeV之γ射線。偵測其放射的強度，均可作為Co之定量。而 1.173MeV 及 1.333MeV 能量之γ射線，又可作為辨識其為⁶⁰Co 之依據。因此中子活化分析方法，可作為定性分析（依據放射線能量辨識其元素名稱），又可作為定量分析 （依據放射線之強度而作為其含量比對）。

                                                                                                                                                         Y射線（瞬發Y中子活化分析）

中子活化分析是利用原子核反應而度量其放射性；一般化學分析方法，多為原子核外之電子能階轉變而度量其光度之變化，（如紫外線光譜、原子吸收光譜及感應耦合 電漿光譜儀）。每一元素之同位素又各有其半衰期（half-life），因此調整中子照射的時間長短，及配合照射後冷卻時間之長短 （使短半衰期同位素先衰變而消失），可以使我們要分析的元素更清楚而精確的定量，避去了能量相近的干擾。……【更多內容請閱讀科學月刊第515期】