Wat is neutronenactiveringsanalyse?
Neutronenactiveringsanalyse (NAA) is een zeer gevoelige en nauwkeurige methode voor het bepalen van de elementen die aanwezig zijn in een materiaalmonster. Het monster is gericht met neutronen van een radioactieve bron. Dit veroorzaakt dat veel van de aanwezige elementen gammastralen met specifieke frequenties uitzenden, waaruit ze kunnen worden geïdentificeerd. Zo'n 65 verschillende elementen kunnen op deze manier worden gedetecteerd. Het is een van de meest bruikbare wetenschappelijke technieken voor het onderzoeken van de elementaire samenstelling van monsters en heeft vele toepassingen in analytische chemie, geologie, forensische wetenschap en andere gebieden.
Wanneer een neutron de kern van een atoom raakt, wordt het vaak geabsorbeerd, vormt een zwaardere isotoop en geeft een gammastraal af. In veel gevallen zijn deze isotopen instabiel en zullen na een korte vertraging in een andere, lichtere isotoop vervallen, waarbij een of meer gammastralen worden uitgezonden bij energieën die kenmerkend zijn voor die isotoop. De meest voorkomende isotoop van natrium - natrium-23 - kan bijvoorbeeld een neutron absorberen en de onstabiele isotoop natrium-24 vormen, die vervolgens vervalt in magnesium-24 en twee gammastralen uitzendt bij specifieke energieën. Door de energieën van de gammastralen en de uitgestraalde hoeveelheid te meten, kunnen de aanwezige elementen en hun overvloed in het monster beide worden bepaald. De initiële gammastraling, die onmiddellijk wordt uitgezonden wanneer het neutron wordt geabsorbeerd, staat bekend als de snelle gammastraling, maar meestal worden de vertraagde gammastralen gemeten.
Neutronenactiveringsanalyse is een zeer gevoelige techniek. Het kan elementen detecteren met een deel per miljoen of minder, en in sommige gevallen tot een deel per miljard. De methode is ook zeer veelzijdig, in die zin dat het monsters in vaste, vloeibare en gasvorm kan analyseren en monstergroottes tot 0,001 gram (0,001 gram) kan verwerken.
De neutronenbron wordt soms een neutronenhouwitser genoemd. Wanneer sommige lichte elementen worden onderworpen aan alfadeeltjes, stoten hun kernen neutronen uit. Het element beryllium is bijzonder geschikt voor dit doel. Door beryllium te mengen met een bron van alfadeeltjes, zoals plutonium 239 of radium 226, kan een sterke bron van neutronen worden gecreëerd. Dit kan worden ingepakt in een geschikte stralingsafscherming, maar met een opening waar de neutronen kunnen uitkomen.
Nucleaire reactoren worden ook gebruikt als neutronenbronnen. In de VS, in Oak Ridge, Tennessee, biedt de High Flux Isotope Reactor (HFIR) een bron van neutronen in het Oak Ridge National Laboratory, waardoor het een belangrijk centrum is voor analyse van neutronenactivatie. Radioactieve elementen die neutronen produceren door kernsplijting, bijvoorbeeld californium-252, kunnen ook op kleinere schaal worden gebruikt, waardoor neutronenbronnen op desktopformaat kunnen worden gebruikt.
Neutronenactiveringsanalyse heeft een breed scala aan toepassingen. Het kan worden gebruikt in de maakindustrie om onzuiverheden in metalen te detecteren, in de biologie om het metabolisme van sporenelementen te onderzoeken, in de geologie om steen- en bodemmonsters te analyseren en in de forensische wetenschap om cruciale informatie te verkrijgen uit monsters van plaats delicten. Een bekend specifiek voorbeeld van analyse van neutronenactivatie in actie is de ontdekking dat alle kogelfragmenten uit de moord op John F. Kennedy afkomstig waren van dezelfde twee kogels, afgevuurd vanuit hetzelfde pistool. Een ander voorbeeld was de ontdekking van een laag iridium-rijk sediment op de grens tussen de krijtachtige en tertiaire geologische perioden, wat wijst op een grote meteorietinslag die min of meer samenviel met een massa-uitstervingsgebeurtenis die de ondergang van de dinosauriërs markeerde.