Co to jest analiza aktywacji neutronów?
Analiza aktywacji neutronów (NAA) jest bardzo czułą i dokładną metodą określania pierwiastków obecnych w próbce materiału. Próbka jest kierowana neutronami ze źródła radioaktywnego. Powoduje to, że wiele obecnych pierwiastków emituje promienie gamma o określonych częstotliwościach, na podstawie których można je zidentyfikować. W ten sposób można wykryć około 65 różnych elementów. Jest to jedna z najbardziej przydatnych technik naukowych do badania składu pierwiastkowego próbek i ma wiele zastosowań w chemii analitycznej, geologii, medycynie sądowej i innych obszarach.
Kiedy neutron uderza w jądro atomu, jest często absorbowany, tworząc cięższy izotop i emitując promień gamma. W wielu przypadkach izotopy te są niestabilne i po krótkim czasie rozpadają się na inny, lżejszy izotop, emitując jeden lub więcej promieni gamma przy energiach charakterystycznych dla tego izotopu. Na przykład najczęstszy izotop sodu - sód-23 - może pochłaniać neutron, tworząc niestabilny izotop sodu-24, który następnie rozpada się na magnez-24, emitując dwa promienie gamma przy określonych energiach. Mierząc energie promieni gamma i emitowaną ilość, można określić zarówno obecne pierwiastki, jak i ich liczebność w próbce. Początkowy promień gamma, emitowany natychmiast po wchłonięciu neutronu, jest znany jako szybki promień gamma, ale zwykle mierzone są opóźnione promienie gamma.
Analiza aktywacji neutronów jest bardzo czułą techniką. Może wykrywać pierwiastki w ilości jednej części na milion lub mniej, aw niektórych przypadkach nawet do jednej części na miliard. Metoda jest również bardzo wszechstronna, ponieważ może analizować próbki w postaci stałej, ciekłej i gazowej oraz może obsługiwać próbki o wielkości do 0,000035 uncji (0,001 grama).
Źródło neutronów jest czasem znane jako haubica neutronowa. Kiedy niektóre lekkie elementy są poddawane cząstkom alfa, ich jądra emitują neutrony. Element beryl jest szczególnie odpowiedni do tego celu. Przez zmieszanie berylu ze źródłem cząstek alfa, takim jak pluton 239 lub rad 226, można stworzyć silne źródło neutronów. Można to zamknąć w odpowiedniej osłonie przed promieniowaniem, ale z otworem, w którym mogą pojawić się neutrony.
Reaktory jądrowe są również wykorzystywane jako źródła neutronów. W Stanach Zjednoczonych w Oak Ridge w Tennessee reaktor izotopowy o wysokim strumieniu (HFIR) stanowi źródło neutronów w Oak Ridge National Laboratory, co czyni go głównym ośrodkiem analizy aktywacji neutronów. Elementy promieniotwórcze, które wytwarzają neutrony poprzez rozszczepienie jądrowe, na przykład californium-252, można również stosować na mniejszą skalę, umożliwiając stosowanie źródeł neutronów wielkości pulpitu.
Analiza aktywacji neutronów ma szeroki zakres zastosowań. Może być stosowany w przemyśle wytwórczym do wykrywania zanieczyszczeń w metalach, w biologii do badania metabolizmu pierwiastków śladowych, w geologii do analizy próbek skał i gleby oraz w medycynie sądowej w celu uzyskania kluczowych informacji z próbek z miejsca zbrodni. Jednym z dobrze znanych konkretnych przykładów analizy aktywacji neutronów w akcji jest odkrycie, że wszystkie fragmenty pocisków ze sceny zabójstwa Johna F. Kennedy'ego pochodziły z tych samych dwóch pocisków, wystrzelonych z tego samego pistoletu. Innym przykładem było odkrycie warstwy osadu bogatego w iryd na granicy między okresami geologicznymi kredy i trzeciorzędu, co wskazuje na duży wpływ meteorytu, który mniej więcej zbiegł się z masowym wyginięciem, które oznaczało śmierć dinozaurów.