Nötron Aktivasyon Analizi Nedir?

Nötron aktivasyon analizi (NAA), bir malzeme numunesinde mevcut olan elementleri belirlemek için çok hassas ve doğru bir yöntemdir. Örnek, radyoaktif bir kaynaktan gelen nötronlarla hedeflenir. Bu, mevcut elementlerin birçoğunun, tanımlanabilecekleri belirli frekanslarda gama ışınları yaymasına neden olur. Bu şekilde yaklaşık 65 farklı element tespit edilebilir. Numunelerin temel bileşimini araştırmak için en faydalı bilimsel tekniklerden biridir ve analitik kimya, jeoloji, adli tıp ve diğer alanlarda birçok uygulamaya sahiptir.

Bir nötron bir atomun çekirdeğine çarptığında, genellikle daha ağır bir izotop oluşturan ve bir gama ışını yayan, emilir. Çoğu durumda, bu izotoplar kararsızdır ve kısa bir gecikmeden sonra başka, daha hafif, izotoplara dönüşerek o izotop için karakteristik olan enerjilerde bir veya daha fazla gama ışını yayar. Örneğin, en yaygın sodyum-sodyum-23-izotopu, bir nötronu emebilir, kararsız izotop sodyum-24'ü meydana getirir, bu daha sonra belirli enerjilerde iki gama ışını yayan magnezyum-24'e dönüşür. Gama ışınlarının enerjilerini ve yayılan miktarı ölçerek, mevcut elementler ve bunların örnek içindeki bolluğu tespit edilebilir. Nötron absorbe edildiğinde hemen yayılan ilk gama ışını hızlı gama ışını olarak bilinir, ancak genellikle ölçülen gecikmiş gama ışınıdır.

Nötron aktivasyon analizi çok hassas bir tekniktir. Öğeleri milyonda bir veya daha az, bazı durumlarda ise milyarda bir parçaya kadar olan unsurları tespit edebilir. Yöntem ayrıca çok yönlüdür, çünkü örnekleri katı, sıvı ve gaz formlarında analiz edebilir ve 0.000035 ons'a (0.001 gram) kadar numune boyutlarını işleyebilir.

Nötron kaynağı bazen bir nötron obüs olarak bilinir. Bazı hafif elementler alfa partiküllerine maruz kaldıklarında, çekirdekleri nötronlar yayar. Berilyum elementi bu amaç için özellikle uygundur. Berilyumu plütonyum 239 veya radyum 226 gibi bir alfa parçacıkları kaynağıyla karıştırmak suretiyle güçlü bir nötron kaynağı oluşturulabilir. Bu, uygun radyasyon kalkanı ile korunabilir, ancak nötronların ortaya çıkabileceği bir açıklıkla.

Nükleer reaktörler de nötron kaynakları olarak kullanılır. ABD'de, Oak Ridge, Tennessee'de, High Flux İzotop Reaktörü (HFIR), Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda bir nötron kaynağı sağlar ve onu nötron aktivasyon analizi için büyük bir merkez yapar. Nükleer fisyon yoluyla nötronlar üreten, örneğin californium-252 gibi radyoaktif elementler, daha küçük bir ölçekte de kullanılabilir ve masaüstü boyutunda nötron kaynaklarının kullanılmasına izin verir.

Nötron aktivasyon analizi geniş bir uygulama alanına sahiptir. İmalat endüstrisinde metallerde, biyolojide iz elementlerin metabolizmasını araştırmak, jeolojide kaya ve toprak örneklerini analiz etmek ve adli tıpta olay yeri örneklerinden çok önemli bilgiler elde etmek için yabancı maddeleri tespit etmek için kullanılabilir. Eylemdeki nötron aktivasyon analizinin iyi bilinen özel bir örneği, John F. Kennedy suikast sahnesindeki tüm mermi parçalarının aynı silahtan ateşlenen aynı iki mermiden geldiği bulgusu. Diğer bir örnek, kretase ve üçüncül jeolojik dönemler arasındaki sınırda iridyum bakımından zengin bir tortu tabakasının keşfedilmesiydi ve bu da dinozorların ölümünü belirleyen kitlesel bir tükenme olayına denk gelen büyük bir göktaşı etkisine işaret ediyordu.