Die Neutronenaktivierung ist der Prozess, durch den ein Neutronenfluss zur Radioaktivität in dem Material induziert wird, durch das er fließt (Phänomen Radioaktivierung ).
Jedes Material , von einem Neutronenquert flux erfährt allmählich Transmutation durch Neutroneneinfang den Teil ihres Kern radioaktive rendert, und die Lebensdauer dieser Radioaktivität im Allgemeinen erfordert es anschließend als verwaltet wird radioaktive Abfälle (meist als Abfall von geringer Aktivität).
Die Neutronenaktivierung hat auch wichtige praktische Anwendungen. Die Neutronenaktivierungsanalyse ist eine der empfindlichsten Methoden der chemischen Analyse, bei der das Vorhandensein winziger Spuren von Bestandteilen oder Verunreinigungen analysiert wird. In Frankreich ist die Verwendung dieser Technik für Lebensmittel und Bauprodukte verboten, es sei denn, es gibt eine Ausnahme (z. B. für Zementfabriken).
Die durch Neutronenaktivierung induzierte Radioaktivität resultiert aus der Tatsache, dass die Nuklide, die einem Neutronenfluss unterliegen , freie Neutronen einfangen , was ihre Atommasse um eine Einheit erhöht und sie im Allgemeinen in einen angeregten Kernzustand versetzt . In den meisten Fällen wird der Atomkern sofort abgeschaltet. Dies kann durch Emission eines neuen Neutrons (unelastische Kollision nn) erreicht werden. durch Verlust eines Teilchens, eines Protons (np) oder eines Alpha-Teilchens (n-alpha); oder durch Emittieren von Gammastrahlung , was zu einem Neutron Capture (Einfangen eines Neutrons durch n-Gamma - Reaktion).
Wenn ein Neutroneneinfang stattgefunden hat, ist der resultierende Kern selbst nach einer möglichen Zwischenentregung meistens instabil. Das so gebildete Nuklid ist radioaktiv und seine Halbwertszeit kann sehr unterschiedliche Werte annehmen, von wenigen Sekundenbruchteilen bis zu vielen Jahren.
Ein Beispiel für eine solche Reaktion ist die, die zur Produktion von Kobalt 60 in einem Kernreaktor führt :
59 Co + n → 60 Co.Die Kobalt - 60 erfährt Zerfall β durch einen emittierenden Gammastrahlen und verwandelt sich zu Nickel 60 .
60 Co → 60 Ni + e - + γDiese Reaktion hat eine Halbwertszeit von 5,27 Jahren. Das Cobalt-60 ist ein wichtiges Produkt in der Strahlentherapie und der industriellen Radiographie als Quelle der Gammastrahlenintensität .
Je nach Material ist die Empfindlichkeit gegenüber Aktivierung größer oder kleiner.
Dies hängt sowohl vom Querschnitt des Neutroneneinfangs als auch von der Halbwertszeit des erzeugten Radionuklids ab (eine sehr kurze Halbwertszeit ist schnell kein Problem mehr und die extrem lange Halbwertszeit ist nur geringfügig radioaktiv) und von der Energie des Gammastrahlung, die durch ihren Zerfall erzeugt wird.
Darüber hinaus ist für einige Elemente das Isotop, das durch Erhöhen der Atommasse um eine Einheit erhalten wird, in den meisten Fällen stabil, und der Neutroneneinfang, der sich aus dem Neutronenfluss ergibt, aktiviert es nur in einer Minderheit der Fälle.
Beispielsweise wird Sauerstoff, der überwiegend aus Sauerstoff 16 besteht, in den meisten Fällen in stabilen Sauerstoff 17 umgewandelt. Nur der in einem sehr geringen Anteil vorhandene Sauerstoff 18 wird in ein radioaktives Isotop 19 umgewandelt. Dieses Sauerstoffisotop 19 mit einer Halbwertszeit von 22 Sekunden verschwindet jedoch schnell und bildet stabiles Fluor.
Wasserstoff, der überwiegend aus Wasserstoff-1 besteht, wird in Wasserstoff-2, Deuterium, umgewandelt . Das natürlich in einem Anteil von 0,015% in natürlichem Wasserstoff enthaltene Deuterium wird mit einer Lebensdauer von 12 Jahren in Tritium umgewandelt , dessen Strahlung energiearm ist (100-mal weniger stark als die von Cäsium 137).
Somit kann chemisch reines Wasser, das nur aus Wasserstoff und Sauerstoff besteht, die Neutronenstrahlung stoppen , indem es nur schwach aktiviert wird.
Die chemische Analyse durch Neutronenaktivierung ist eine sehr empfindliche Analysemethode , die sich besonders gut zur Analyse der Reinheit einer Probe eignet . Dieses Verfahren erfordert keine Solubilisierung oder spezielle Vorbereitung und kann daher auch auf ein Objekt angewendet werden, dessen Integrität unbedingt erhalten bleiben muss, wie z. B. ein Kunstwerk.
Das Verfahren besteht darin, eine Probe mit einem Neutronenstrom zu bestrahlen . Die verschiedenen in der Probe enthaltenen Verunreinigungen gehen dann Kernreaktionen ein , die zur Bildung instabiler Isotope führen . Diese Isotope werden dann identifiziert und quantifiziert, indem ihr Spektrum von γ-Strahlen untersucht wird .
Die in der Probe induzierte Radioaktivität ist gering, unter Berücksichtigung der geringen Intensität des verwendeten Neutronenflusses ; und der größte Teil dieser Radioaktivität wird in relativ kurzer Zeit freigesetzt. Die langfristigen Auswirkungen sind vernachlässigbar. In diesem Sinne kann die Analyse durch Neutronenaktivierung als zerstörungsfreie Analyse bezeichnet werden.