Vad är neutronaktiveringsanalys?

Neutronaktiveringsanalys (NAA) är en mycket känslig och exakt metod för att bestämma elementen som finns i ett materialprov.Provet är riktat med neutroner från en radioaktiv källa.Detta gör att många av de element som finns 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 elementkompositionen av prover och har många tillämpningar inom analytisk kemi, geologi, kriminalteknisk och andra områden.

När en neutron träffar kärnan i en atom, absorberas den ofta, bildas, bildasen tyngre isotop och avger en gammastråle.I många fall är dessa isotoper instabila och kommer att förfalla till en annan, lättare, isotop efter en kort fördröjning och avge en eller flera gammastrålar vid energier som är karakteristiska för den isotopen.Till exempel den vanligaste isotopen av natrium mdash;Natrium-23 mdash;kan absorbera en neutron, bilda den instabila isotopen natrium-24, som sedan förfaller till magnesium-24 och avger två gammastrålar vid specifika energier.Genom att mäta energierna i gammastrålarna och den mängden som släpps ut kan de närvarande elementen och deras överflöd inom provet bestämmas.Den initiala gammastrålen, som släpps ut 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.Det kan upptäcka element vid en del per miljon eller mindre, och i vissa fall ner till en del per miljard.Metoden är också mycket mångsidig, eftersom den kan analysera prover i fasta, vätskor och gasformer och kan hantera provstorlekar ner till 0,000035 uns (0,001 gram).

Neutronkällan är ibland känd som en neutronhowitzer.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 till alfapartiklar, såsom plutonium 239 eller radium 226, kan en stark källa till neutroner skapas.Detta kan inneslutas i lämplig strålningsskydd, men med en öppning där neutronerna kan dyka upp.

Kärnreaktorer används också som neutronkällor.I USA, i Oak Ridge, Tennessee, tillhandahåller den höga flödesisotopreaktorn (HFIR) en källa till neutroner vid Oak Ridge National Laboratory, vilket gör det till ett stort centrum för neutronaktiveringsanalys.Radioaktiva element som producerar neutroner genom kärnklyvning, till exempel californium-252, kan också användas i mindre skala, vilket gör att skrivbordsstora neutronkällor kan användas.

Neutronaktiveringsanalys har ett brett utbud av applikationer.Det kan användas i tillverkningsindustrin för att upptäcka föroreningar i metaller, i biologi för att undersöka metabolismen av spårelement, i geologi för att analysera berg- och jordprover och i kriminalteknisk vetenskap för att få avgörande information från brottsplatsprover.Ett välkänt specifikt exempel på neutronaktiveringsanalys i handling är upptäckten att alla kulafragment från John F. Kennedy-mordsscenen kom från samma två kulor, avfyrade från samma pistol.Ett annat exempel var upptäckten av ett skikt av iridiumrikt sediment vid gränsen mellan de krita och tertiära geologiska perioderna, vilket indikerar en viktig meteoriteffekt som mer eller mindre sammanföll med en massutrotningshändelse som markerade dinosauriernas bortgång.