Co je analýza aktivace neutronů?
Analýza aktivace neutronů (NAA) je velmi citlivá a přesná metoda stanovení prvků přítomných ve vzorku materiálu. Vzorek je zacílen neutrony z radioaktivního zdroje. To způsobuje, že mnoho přítomných prvků emituje paprsky gama při specifických frekvencích, z nichž je lze identifikovat. Tímto způsobem může být detekováno přibližně 65 různých prvků. Je to jedna z nejužitečnějších vědeckých technik pro zkoumání elementárního složení vzorků a má mnoho aplikací v analytické chemii, geologii, forenzní vědě a dalších oblastech.
Když neutron zasáhne jádro atomu, je často absorbován, vytváří těžší izotop a emituje paprsek gama. V mnoha případech jsou tyto izotopy nestabilní a po krátkém zpoždění se rozpadnou na jiný, lehčí izotop, emitující jeden nebo více paprsků gama při energiích, které jsou pro tento izotop charakteristické. Například, nejběžnější izotop sodíku - sodík-23 - může absorbovat neutron, čímž vytvoří nestabilní izotop sodný-24, který se pak rozpadne na hořčík-24 a emituje dva paprsky gama při specifických energiích. Měřením energií gama paprsků a emitovaného množství lze určit přítomné prvky a jejich hojnost ve vzorku. Počáteční gama paprsek, emitovaný okamžitě, když je neutron absorbován, je známý jako okamžitý gama paprsek, ale obvykle se měří paprsky gama, které jsou zpožděny.
Analýza aktivace neutronů je velmi citlivá technika. Může detekovat prvky na jednu část na milion nebo méně a v některých případech až na jednu část na miliardu. Metoda je také velmi univerzální v tom, že může analyzovat vzorky v pevné, kapalné a plynné formě a zvládne velikosti vzorků až do 0,000035 uncí (0,001 gramů).
Zdroj neutronů je někdy známý jako houfnice neutronů. Když jsou některé světelné prvky vystaveny alfa částicím, jejich jádra emitují neutrony. Pro tento účel je zvláště vhodný prvek berylium. Smícháním berylia se zdrojem alfa částic, jako je plutonium 239 nebo radium 226, lze vytvořit silný zdroj neutronů. Toto může být uzavřeno ve vhodném stínění záření, ale s otvorem, kde se mohou objevit neutrony.
Jaderné reaktory se také používají jako zdroje neutronů. V USA v Oak Ridge v Tennessee poskytuje reaktor s vysokým tokem izotopů (HFIR) zdroj neutronů v Oak Ridge National Laboratory, což z něj činí hlavní centrum pro analýzu aktivace neutronů. Radioaktivní prvky, které produkují neutrony prostřednictvím jaderného štěpení, například kalifornie-252, lze také použít v menším měřítku, což umožňuje použití neutronových zdrojů stolních počítačů.
Analýza aktivace neutronů má širokou škálu aplikací. Může být použit ve zpracovatelském průmyslu k detekci nečistot v kovech, v biologii při zkoumání metabolismu stopových prvků, v geologii k analýze vzorků hornin a půdy a ve forenzní vědě k získání klíčových informací ze vzorků místa činu. Jedním dobře známým konkrétním příkladem analýzy aktivace neutronů v akci je zjištění, že všechny fragmenty střely ze scény atentátu Johna F. Kennedyho pocházely ze stejných dvou kulek vystřelených ze stejné zbraně. Dalším příkladem bylo objevení vrstvy sedimentu bohatého na iridium na hranici mezi křídovými a terciárními geologickými obdobími, což naznačuje hlavní dopad meteoritu, který se více či méně časově shodoval s událostí hromadného vyhynutí, která označovala zánik dinosaurů.