Vad är Neutron Activation Analys?

Neutronaktiveringsanalys (NAA) är en mycket känslig och exakt metod för att bestämma elementen som finns i ett materialprov. Provet riktas mot neutroner från en radioaktiv källa. Detta får många av de närvarande elementen att avge gammastrålar vid specifika frekvenser, från vilka de kan identifieras. Cirka 65 olika element kan detekteras på detta sätt. Det är en av de mest användbara vetenskapliga teknikerna för att undersöka den elementära sammansättningen av prover och har många tillämpningar inom analytisk kemi, geologi, kriminalteknik och andra områden.

När en neutron träffar en atoms kärna absorberas den ofta, bildar en tyngre isotop och avger en gammastråle. I många fall är dessa isotoper instabila och kommer att försvinna till en annan, lättare, isotop efter en kort fördröjning, och avger en eller flera gammastrålar vid energier som är karakteristiska för den isotopen. Till exempel kan den vanligaste isotopen av natrium - natrium-23 - absorbera en neutron och bilda den instabila isotopen natrium-24, som sedan sönderfaller till magnesium-24 och avger två gammastrålar vid specifika energier. Genom att mäta energin från gammastrålarna och den mängd som släpps ut kan båda elementen som finns och deras överflöd i provet båda bestämmas. Den initiala gammastrålen, som avges omedelbart när neutronen absorberas är känd som den snabba gammastrålen, men det är vanligtvis de försenade gammastrålarna som mäts.

Neutronaktiveringsanalys är en mycket känslig teknik. Den kan upptäcka element med en del per miljon eller mindre, och i vissa fall ner till en del per miljard. Metoden är också mycket mångsidig, genom att den kan analysera prover i fast, flytande och gasform och kan hantera provstorlekar ner till 0,000035 ounce (0,001 gram).

Neutronkällan är ibland känd som en neutron howitzer. När vissa ljuselement utsätts för alfapartiklar avger deras kärnor neutroner. Elementet beryllium är särskilt lämpligt för detta ändamål. Genom att blanda beryllium med en källa av alfapartiklar, såsom plutonium 239 eller radium 226, kan en stark källa för neutroner skapas. Detta kan inneslutas i lämplig strålningsskärmning, men med en öppning där neutronerna kan dyka upp.

Kärnreaktorer används också som neutronkällor. I USA, i Oak Ridge, Tennessee, tillhandahåller High Flux Isotop-reaktorn (HFIR) en källa till neutroner vid Oak Ridge National Laboratory, vilket gör det till ett viktigt centrum för neutronaktiveringsanalys. Radioaktiva element som producerar neutroner genom kärnklyvning, till exempel californium-252, kan också användas i mindre skala, vilket gör att neutronkällor i stationär storlek kan användas.

Neutronaktiveringsanalys har ett brett spektrum av applikationer. Det kan användas i tillverkningsindustrin för att upptäcka föroreningar i metaller, i biologi för att undersöka metabolism av spårelement, i geologi för att analysera berg- och markprover och i kriminalteknisk vetenskap för att få viktig information från brottsplatsprover. Ett välkänt specifikt exempel på neutronaktiveringsanalys i aktion är upptäckten att alla kulfragment från mordplatsen John F. Kennedy kom från samma två kulor, avfyrade från samma pistol. Ett annat exempel var upptäckten av ett skikt med iridiumrikt sediment vid gränsen mellan den kritiska och tertiära geologiska perioden, vilket indikerade en stor meteoritpåverkan som mer eller mindre sammanföll med en massutrotningshändelse som markerade dinosauriernas bortgång.