Qu'est-ce que l'analyse d'activation neutronique?
L'analyse par activation neutronique (ANN) est une méthode très sensible et précise pour déterminer les éléments présents dans un échantillon de matériau. L'échantillon est ciblé avec des neutrons provenant d'une source radioactive. Cela a pour effet que de nombreux éléments présents émettent des rayons gamma à des fréquences spécifiques, à partir desquelles ils peuvent être identifiés. De cette manière, environ 65 éléments différents peuvent être détectés. C'est l'une des techniques scientifiques les plus utiles pour étudier la composition élémentaire des échantillons et elle a de nombreuses applications dans les domaines de la chimie analytique, de la géologie, de la criminalistique, etc.
Lorsqu'un neutron frappe le noyau d'un atome, il est souvent absorbé, formant un isotope plus lourd et émettant un rayon gamma. Dans de nombreux cas, ces isotopes sont instables et se décomposent en un autre isotope plus léger après un court délai, émettant un ou plusieurs rayons gamma à des énergies caractéristiques de cet isotope. Par exemple, l'isotope le plus commun du sodium - le sodium 23 - peut absorber un neutron, formant ainsi l'isotope instable sodium 24, qui se désintègre ensuite en magnésium 24 émettant deux rayons gamma à des énergies spécifiques. En mesurant les énergies des rayons gamma et la quantité émise, les éléments présents et leur abondance dans l'échantillon peuvent être déterminés. Le rayon gamma initial, émis immédiatement lorsque le neutron est absorbé, est appelé rayon gamma rapide, mais ce sont généralement les rayons gamma retardés qui sont mesurés.
L'analyse par activation neutronique est une technique très sensible. Il peut détecter des éléments à une partie par million ou moins et, dans certains cas, à une partie par milliard. La méthode est également très polyvalente, dans la mesure où elle peut analyser des échantillons sous forme solide, liquide et gazeuse et traiter des échantillons d'une taille allant jusqu'à 0,000035 onces (0,001 gramme).
La source de neutrons est parfois connue sous le nom d'obusier à neutrons. Lorsque certains éléments légers sont soumis à des particules alpha, leurs noyaux émettent des neutrons. L'élément béryllium convient particulièrement à cet effet. En mélangeant du béryllium avec une source de particules alpha, telle que du plutonium 239 ou du radium 226, une source importante de neutrons peut être créée. Cela peut être encapsulé dans une protection contre les rayonnements appropriée, mais avec une ouverture où les neutrons peuvent émerger.
Les réacteurs nucléaires sont également utilisés comme sources de neutrons. Aux États-Unis, à Oak Ridge, dans le Tennessee, le réacteur à isotopes à haut flux (HFIR) fournit une source de neutrons au laboratoire national d’Oak Ridge, ce qui en fait un centre majeur pour l’analyse de l’activation neutronique. Les éléments radioactifs qui produisent des neutrons par fission nucléaire, par exemple le californium 252, peuvent également être utilisés à plus petite échelle, ce qui permet d'utiliser des sources de neutrons de la taille d'un ordinateur de bureau.
L'analyse par activation neutronique a une large gamme d'applications. Il peut être utilisé dans l'industrie manufacturière pour détecter les impuretés dans les métaux, en biologie pour étudier le métabolisme des oligo-éléments, en géologie pour analyser des échantillons de roche et de sol et en criminalistique pour obtenir des informations cruciales sur des échantillons de scènes de crime. Un exemple spécifique bien connu d'analyse d'activation neutronique en action est la découverte que tous les fragments de balle de la scène de l'assassinat de John F. Kennedy provenaient des deux mêmes balles, tirés du même canon. Un autre exemple est la découverte d’une couche de sédiment riche en iridium à la limite des périodes géologiques crétacée et tertiaire, indiquant un impact météorologique majeur qui a plus ou moins coïncidé avec un événement d’extinction de masse qui a marqué la disparition des dinosaures.