Che cos'è l'analisi di attivazione di neutroni?
L'analisi di attivazione dei neutroni (NAA) è un metodo molto sensibile e accurato per determinare gli elementi presenti in un campione di materiale. Il campione è mirato con neutroni da una fonte radioattiva. Questo fa sì che molti degli elementi presenti emettano raggi gamma a frequenze specifiche, da cui possono essere identificati. In questo modo è possibile rilevare circa 65 elementi diversi. È una delle tecniche scientifiche più utili per studiare la composizione elementare dei campioni e ha molte applicazioni in chimica analitica, geologia, scienze forensi e altre aree.
Quando un neutrone colpisce il nucleo di un atomo, viene spesso assorbito, formando un isotopo più pesante ed emettendo un raggio gamma. In molti casi, questi isotopi sono instabili e si decompongono in un altro, più leggero, isotopo dopo un breve ritardo, emettendo uno o più raggi gamma ad energie caratteristiche di quell'isotopo. Ad esempio, l'isotopo più comune del sodio - sodio-23 - può assorbire un neutrone, formando l'isotopo instabile sodio-24, che poi decade in magnesio-24, emettendo due raggi gamma a energie specifiche. Misurando le energie dei raggi gamma e la quantità emessa, è possibile determinare entrambi gli elementi presenti e la loro abbondanza all'interno del campione. Il raggio gamma iniziale, emesso immediatamente quando il neutrone viene assorbito è noto come raggio gamma rapido, ma di solito sono i raggi gamma ritardati che vengono misurati.
L'analisi di attivazione dei neutroni è una tecnica molto sensibile. Può rilevare elementi a una parte per milione o meno e, in alcuni casi, fino a una parte per miliardo. Il metodo è anche molto versatile, in quanto può analizzare i campioni in forma solida, liquida e gassosa e può gestire dimensioni del campione fino a 0,000035 once (0,001 grammi).
La sorgente di neutroni è talvolta nota come obice di neutroni. Quando alcuni elementi luminosi sono soggetti a particelle alfa, i loro nuclei emettono neutroni. L'elemento berillio è particolarmente adatto a questo scopo. Miscelando il berillio con una fonte di particelle alfa, come il plutonio 239 o il radio 226, è possibile creare una forte fonte di neutroni. Questo può essere racchiuso in un'adeguata protezione dalle radiazioni, ma con un'apertura in cui i neutroni possono emergere.
I reattori nucleari sono anche usati come fonti di neutroni. Negli Stati Uniti, a Oak Ridge, nel Tennessee, il reattore isotopico ad alto flusso (HFIR) fornisce una fonte di neutroni presso il Oak Ridge National Laboratory, rendendolo un importante centro per l'analisi dell'attivazione dei neutroni. Gli elementi radioattivi che producono neutroni attraverso la fissione nucleare, ad esempio californium-252, possono anche essere utilizzati su scala minore, consentendo di utilizzare sorgenti di neutroni di dimensioni desktop.
L'analisi di attivazione dei neutroni ha una vasta gamma di applicazioni. Può essere utilizzato nell'industria manifatturiera per rilevare le impurità nei metalli, in biologia per studiare il metabolismo degli oligoelementi, in geologia per analizzare campioni di roccia e suolo e nella scienza forense per ottenere informazioni cruciali da campioni di scene del crimine. Un noto esempio specifico di analisi dell'attivazione dei neutroni in azione è la scoperta che tutti i frammenti di proiettili della scena dell'assassinio di John F. Kennedy provenivano dagli stessi due proiettili, sparati dalla stessa pistola. Un altro esempio è stato la scoperta di uno strato di sedimenti ricchi di iridio al confine tra il periodo geologico cretaceo e terziario, indicando un forte impatto meteoritico che più o meno coincideva con un evento di estinzione di massa che ha segnato la scomparsa dei dinosauri.