Τι είναι η ανάλυση ενεργοποίησης νετρονίων;

Η ανάλυση ενεργοποίησης νετρονίων (NAA) είναι μια πολύ ευαίσθητη και ακριβής μέθοδος καθορισμού των στοιχείων που υπάρχουν σε ένα δείγμα υλικού.Το δείγμα στοχεύεται με νετρόνια από μια ραδιενεργή πηγή.Αυτό προκαλεί πολλά από τα στοιχεία που υπάρχουν να εκπέμπουν ακτίνες γάμμα σε συγκεκριμένες συχνότητες, από τις οποίες μπορούν να ταυτοποιηθούν.Περίπου 65 διαφορετικά στοιχεία μπορούν να ανιχνευθούν με αυτόν τον τρόπο.Είναι μία από τις πιο χρήσιμες επιστημονικές τεχνικές για τη διερεύνηση της στοιχειακής σύνθεσης των δειγμάτων και έχει πολλές εφαρμογές στην αναλυτική χημεία, τη γεωλογία, την εγκληματολογική επιστήμη και σε άλλους τομείς. Όταν ένα νετρονομικό χτυπά τον πυρήνα ενός ατόμου, συχνά απορροφάται, σχηματίζονταςένα βαρύτερο ισότοπο και εκπέμπει μια ακτίνα γάμμα.Σε πολλές περιπτώσεις, αυτά τα ισότοπα είναι ασταθή και θα αποσυντεθούν σε ένα άλλο, ελαφρύτερο, ισότοπο μετά από μια σύντομη καθυστέρηση, εκπέμποντας μία ή περισσότερες ακτίνες γάμμα σε ενέργειες που είναι χαρακτηριστικές για αυτό το ισότοπο.Για παράδειγμα, το πιο συνηθισμένο ισότοπο του νατρίου mdash;Νάτριο-23 mdash;μπορεί να απορροφήσει ένα νετρόνιο, σχηματίζοντας το ασταθές ισότοπο νατρίου-24, το οποίο στη συνέχεια διασπάται σε μαγνήσιο-24, εκπέμποντας δύο ακτίνες γάμμα σε συγκεκριμένες ενέργειες.Με τη μέτρηση των ενεργειών των ακτίνων γάμμα και την εκπεμπόμενη ποσότητα, τα στοιχεία που υπάρχουν και η αφθονία τους εντός του δείγματος μπορούν να προσδιοριστούν και οι δύο.Η αρχική ακτίνα γάμμα, που εκπέμπεται αμέσως όταν απορροφάται το νετρόνιο, είναι γνωστή ως η προτροπή ακτίνων γάμμα, αλλά είναι συνήθως οι καθυστερημένες ακτίνες γάμμα που μετριούνται.Μπορεί να ανιχνεύσει στοιχεία σε ένα μέρος ανά εκατομμύριο ή λιγότερο, και σε ορισμένες περιπτώσεις, μέχρι ένα μέρος ανά δισεκατομμύριο.Η μέθοδος είναι επίσης πολύ ευπροσάρμοστη, καθώς μπορεί να αναλύσει δείγματα σε στερεές, υγρές και αερίου και να χειρίζεται τα μεγέθη δείγματος μέχρι 0,000035 ουγκιές (0,001 γραμμάρια)

Η πηγή νετρονίων είναι μερικές φορές γνωστή ως Howitzer Neutron.Όταν κάποια φωτεινά στοιχεία υποβάλλονται σε σωματίδια άλφα, οι πυρήνες τους εκπέμπουν νετρόνια.Το στοιχείο beryllium είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για το σκοπό αυτό.Με την ανάμειξη του βηρυλλίου με πηγή σωματιδίων άλφα, όπως το πλουτώνιο 239 ή το ραδίου 226, μπορεί να δημιουργηθεί ισχυρή πηγή νετρονίων.Αυτό μπορεί να εγκλωβιστεί σε κατάλληλη θωράκιση ακτινοβολίας, αλλά με ένα άνοιγμα όπου μπορούν να εμφανιστούν τα νετρόνια. Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται επίσης ως πηγές νετρονίων.Στις ΗΠΑ, στο Oak Ridge, Tennessee, ο αντιδραστήρας ισοτόπων υψηλής ροής (HFIR) παρέχει πηγή νετρονίων στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge, καθιστώντας το σημαντικό κέντρο για την ανάλυση ενεργοποίησης νετρονίων.Τα ραδιενεργά στοιχεία που παράγουν νετρόνια μέσω της πυρηνικής σχάσης, για παράδειγμα Californium-252, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε μικρότερη κλίμακα, επιτρέποντας τη χρήση πηγών νετρονίων μεγέθους επιφάνειας εργασίας.

Η ανάλυση ενεργοποίησης νετρονίων έχει ευρύ φάσμα εφαρμογών.Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη βιομηχανία κατασκευής για την ανίχνευση ακαθαρσιών στα μέταλλα, στη βιολογία για να διερευνηθεί ο μεταβολισμός των ιχνοστοιχείων, στη γεωλογία για την ανάλυση δειγμάτων βράχου και εδάφους και στην εγκληματολογική επιστήμη για να αποκτηθούν κρίσιμες πληροφορίες από δείγματα σκηνής του εγκλήματος.Ένα γνωστό συγκεκριμένο παράδειγμα ανάλυσης ενεργοποίησης νετρονίων σε δράση είναι το εύρημα ότι όλα τα θραύσματα σφαίρας από τη σκηνή δολοφονίας John F. Kennedy προήλθαν από τις ίδιες δύο σφαίρες, που πυροβόλησαν από το ίδιο όπλο.Ένα άλλο παράδειγμα ήταν η ανακάλυψη ενός στρώματος πλούσιου σε ιριδίου ιζήματος στο όριο μεταξύ των κρητιδικών και τριτοβάθμιων γεωλογικών περιόδων, υποδεικνύοντας μια σημαντική επίδραση μετεωρίτη που συνέπεσε περισσότερο ή λιγότερο με ένα γεγονός μαζικής εξαφάνισης που σηματοδότησε την κατάρρευση των δεινοσαύρων.