Qu'est-ce que l'analyse d'activation des neutrons?

L'analyse d'activation des neutrons (NAA) est une méthode très sensible et précise pour déterminer les éléments présents dans un échantillon de matériau.L'échantillon est ciblé avec des neutrons à partir d'une source radioactive.Cela fait que bon nombre des éléments présents émettent des rayons gamma à des fréquences spécifiques, à partir desquelles ils peuvent être identifiés.Environ 65 éléments différents peuvent être détectés de cette manière.C'est l'une des techniques scientifiques les plus utiles pour étudier la composition élémentaire des échantillons et possède de nombreuses applications en chimie analytique, géologie, science légale et autres domaines.

Lorsqu'un neutron frappe le noyau d'un atome, il est souvent absorbé, se formant en formantUn isotope plus lourd et émettant un rayon gamma.Dans de nombreux cas, ces isotopes sont instables et se décomposeront dans un autre isotope plus léger après un court délai, émettant un ou plusieurs rayons gamma à des énergies qui sont caractéristiques pour cet isotope.Par exemple, l'isotope le plus courant de sodium mdash;sodium-23 mdash;Peut absorber un neutron, formant l'isotope sodium-24 instable, qui se désintègre ensuite dans le magnésium-24, émettant deux rayons gamma à des énergies spécifiques.En mesurant les énergies des rayons gamma et la quantité émise, les éléments présents et leur abondance dans l'échantillon peuvent tous deux être déterminés.Le rayon gamma initial, émis immédiatement lorsque le neutron est absorbé, est connu sous le nom de rayon gamma rapide, mais il s'agit généralement des rayons gamma retardés qui sont mesurés.

L'analyse d'activation des neutrons est une technique très sensible.Il peut détecter des éléments à une partie par million ou moins, et dans certains cas, jusqu'à une partie par milliard.La méthode est également très polyvalente, en ce sens qu'elle peut analyser des échantillons sous des formes solides, liquides et gazeuses et peut gérer les tailles d'échantillon jusqu'à 0,000035 onces (0,001 grammes).

La source de neutrons est parfois connue sous le nom d'obusier à neutrons.Lorsque certains éléments légers sont soumis à des particules alpha, leurs noyaux émettent des neutrons.L'élément Beryllium est particulièrement adapté à cette fin.En mélangeant le béryllium avec une source de particules alpha, telles que le plutonium 239 ou le radium 226, une forte source de neutrons peut être créée.Cela peut être enfermé dans un blindage de rayonnement approprié, mais avec une ouverture où les neutrons peuvent émerger.

Les réacteurs nucléaires sont également utilisés comme sources de neutrons.Aux États-Unis, à Oak Ridge, au Tennessee, le réacteur isotopique à haut flux (HFIR) fournit une source de neutrons au Oak Ridge National Laboratory, ce qui en fait un centre majeur pour l'analyse d'activation des neutrons.Les éléments radioactifs qui produisent des neutrons par la fission nucléaire, par exemple Californium-252, peuvent également être utilisés à plus petite échelle, permettant d'utiliser des sources de neutrons de taille de bureau.

L'analyse d'activation des neutrons a un large éventail d'applications.Il peut être utilisé dans l'industrie manufacturière pour détecter les impuretés dans les métaux, en biologie pour étudier le métabolisme des oligo-éléments, en géologie pour analyser les échantillons de roches et de sols et en médecine légale pour obtenir des informations cruciales à partir d'échantillons de scène de crime.Un exemple spécifique bien connu d'analyse d'activation des neutrons en action est la constatation que tous les fragments de balles de la scène d'assassinat John F. Kennedy provenaient des deux mêmes balles, tirées du même pistolet.Un autre exemple a été la découverte d'une couche de sédiments riches en iridium à la frontière entre le Crétacé et les périodes géologiques tertiaires, indiquant un impact météorite majeur qui a coïncidé plus ou moins avec un événement d'extinction de masse qui a marqué la disparition des dinosaures.