Что такое нейтронно-активационный анализ?

Нейтронно-активационный анализ (НАА) является очень чувствительным и точным методом определения элементов, присутствующих в образце материала. Образец подвергается воздействию нейтронов от радиоактивного источника. Это приводит к тому, что многие из присутствующих элементов излучают гамма-лучи на определенных частотах, по которым они могут быть идентифицированы. Таким образом, можно обнаружить около 65 различных элементов. Это один из наиболее полезных научных методов для исследования элементного состава образцов, который имеет множество применений в аналитической химии, геологии, криминалистике и других областях.

Когда нейтрон попадает в ядро ​​атома, он часто поглощается, образуя более тяжелый изотоп и испуская гамма-лучи. Во многих случаях эти изотопы нестабильны и через короткую задержку распадаются на другой, более легкий изотоп, испускающий один или несколько гамма-лучей при энергиях, характерных для этого изотопа. Например, самый распространенный изотоп натрия - натрий-23 - может поглощать нейтрон, образуя нестабильный изотоп натрий-24, который затем распадается на магний-24, испуская два гамма-излучения с определенной энергией. Измеряя энергии гамма-лучей и испускаемое количество, можно определить присутствующие элементы и их содержание в образце. Первоначальный гамма-излучение, испускаемое сразу после поглощения нейтрона, называется быстрым гамма-излучением, но обычно измеряются задержанные гамма-лучи.

Нейтронный активационный анализ является очень чувствительным методом. Он может обнаруживать элементы на одну часть на миллион или меньше, а в некоторых случаях - до одной части на миллиард. Этот метод также очень универсален, поскольку он может анализировать образцы в твердой, жидкой и газовой формах и может обрабатывать образцы размером до 0,000035 унций (0,001 грамма).

Источник нейтронов иногда называют нейтронной гаубицей. Когда некоторые легкие элементы подвергаются воздействию альфа-частиц, их ядра испускают нейтроны. Элемент бериллий особенно подходит для этой цели. Смешивая бериллий с источником альфа-частиц, таким как плутоний 239 или радий 226, можно создать сильный источник нейтронов. Это может быть заключено в подходящую защиту от излучения, но с отверстием, где могут появляться нейтроны.

Ядерные реакторы также используются в качестве источников нейтронов. В США, в Оук-Ридже, штат Теннесси, высокопоточный изотопный реактор (HFIR) обеспечивает источник нейтронов в Национальной лаборатории Оук-Риджа, что делает его главным центром анализа активации нейтронов. Радиоактивные элементы, которые производят нейтроны в результате ядерного деления, например калифорний-252, также могут использоваться в меньших масштабах, что позволяет использовать источники нейтронов размера рабочего стола.

Нейтронный активационный анализ имеет широкий спектр применения. Он может быть использован в обрабатывающей промышленности для обнаружения примесей в металлах, в биологии для исследования метаболизма микроэлементов, в геологии для анализа образцов горных пород и почвы и в криминалистике для получения важной информации из образцов на месте преступления. Одним хорошо известным конкретным примером анализа активации нейтронов в действии является обнаружение того, что все фрагменты пуль с места убийства Джона Ф. Кеннеди были получены из тех же двух пуль, выпущенных из одного и того же оружия. Другим примером было обнаружение слоя обогащенного иридием осадка на границе между меловым и третичным геологическими периодами, что указывало на сильное воздействие метеорита, которое более или менее совпало с массовым вымиранием, которое ознаменовало гибель динозавров.