Hva er nøytronaktiveringsanalyse?

Neutron aktiveringsanalyse (NAA) er en veldig følsom og nøyaktig metode for å bestemme elementene som er til stede i en prøve av materiale. Prøven er målrettet mot nøytroner fra en radioaktiv kilde. Dette får mange av elementene til stede til å avgi gammastråler ved spesifikke frekvenser, fra hvilke de kan identifiseres. Rundt 65 forskjellige elementer kan oppdages på denne måten. Det er en av de mest nyttige vitenskapelige teknikkene for å undersøke den elementære sammensetningen av prøver og har mange anvendelser innen analytisk kjemi, geologi, rettsvitenskap og andre områder.

Når et nøytron treffer kjernen i et atom, blir det ofte absorbert, og danner en tyngre isotop og avgir en gammastråle. I mange tilfeller er disse isotoper ustabile og vil råtne ned i en annen, lettere, isotop etter en kort forsinkelse, og avgir en eller flere gammastråler ved energier som er karakteristiske for den isotopen. For eksempel kan den vanligste isotopen av natrium - natrium-23 - absorbere et nøytron, og danne den ustabile isotopen natrium-24, som deretter avtar til magnesium-24 og avgir to gammastråler ved spesifikke energier. Ved å måle gamma-strålene og energien som avgis, kan begge elementer og deres overflod i prøven bestemmes. Den innledende gammastrålen som sendes ut umiddelbart når nøytronet absorberes er kjent som den umiddelbare gammastrålen, men det er vanligvis de forsinkede gammastrålene som måles.

Neutronaktiveringsanalyse er en veldig følsom teknikk. Den kan oppdage elementer med en del per million eller mindre, og i noen tilfeller ned til en del per milliard. Metoden er også veldig allsidig, ved at den kan analysere prøver i faste, flytende og gassformer og kan håndtere prøvestørrelser ned til 0,00135 gram (0,001 gram).

Nøytronkilden er noen ganger kjent som en nøytron-howitzer. Når noen lette elementer blir utsatt for alfapartikler, avgir kjernen deres nøytroner. Elementet beryllium er spesielt egnet for dette formålet. Ved å blande beryllium med en kilde med alfapartikler, for eksempel plutonium 239 eller radium 226, kan en sterk kilde til nøytroner skapes. Dette kan innkapsles i passende strålingsskjerming, men med en åpning der nøytronene kan dukke opp.

Atomreaktorer brukes også som nøytronkilder. I USA, i Oak Ridge, Tennessee, gir High Flux Isotope Reactor (HFIR) en kilde til nøytroner ved Oak Ridge National Laboratory, noe som gjør det til et viktig senter for nøytronaktiveringsanalyse. Radioaktive elementer som produserer nøytroner gjennom kjernefysjon, for eksempel californium-252, kan også brukes i mindre skala, slik at nøytronkilder i stasjonær størrelse kan brukes.

Neutron aktiveringsanalyse har et bredt spekter av applikasjoner. Det kan brukes i industrien for å oppdage urenheter i metaller, i biologi for å undersøke metabolismen av sporstoffer, i geologi for å analysere berg- og jordprøver og i rettsmedisinsk vitenskap for å skaffe viktig informasjon fra prøver fra kriminalitet. Et velkjent spesifikt eksempel på nøytronaktiveringsanalyse i aksjon er funnet at alle kulefragmentene fra attentatet mot John F. Kennedy kom fra de samme to kulene, avfyrt fra samme pistol. Et annet eksempel var oppdagelsen av et lag med iridiumrikt sediment ved grensen mellom krittens og tertiære geologiske perioder, noe som indikerte en stor meteorittpåvirkning som mer eller mindre falt sammen med en masseutryddelseshendelse som markerte dinosaurenes bortgang.