L’analisi dell’attivazione dei neutroni (NAA) è un metodo molto sensibile e accurato per determinare gli elementi presenti in un campione di materiale. Il campione è preso di mira con neutroni provenienti da una sorgente radioattiva. Questo fa sì che molti degli elementi presenti emettano raggi gamma a frequenze specifiche, dalle quali possono essere identificati. In questo modo è possibile rilevare circa 65 elementi diversi. È una delle tecniche scientifiche più utili per indagare la composizione elementare dei campioni e ha molte applicazioni in chimica analitica, geologia, scienze forensi e altre aree.
Quando un neutrone colpisce il nucleo di un atomo, viene spesso assorbito, formando un isotopo più pesante ed emettendo un raggio gamma. In molti casi, questi isotopi sono instabili e decadranno in un altro isotopo più leggero dopo un breve ritardo, emettendo uno o più raggi gamma a energie che sono caratteristiche per quell’isotopo. Ad esempio, l’isotopo più comune del sodio – sodio-23 – può assorbire un neutrone, formando l’isotopo instabile sodio-24, che poi decade in magnesio-24, emettendo due raggi gamma a energie specifiche. Misurando le energie dei raggi gamma e la quantità emessa, è possibile determinare sia gli elementi presenti che la loro abbondanza all’interno del campione. Il raggio gamma iniziale, emesso immediatamente quando il neutrone viene assorbito, è noto come raggio gamma immediato, ma di solito sono i raggi gamma ritardati che vengono misurati.
L’analisi dell’attivazione dei neutroni è una tecnica molto sensibile. Può rilevare elementi a una parte per milione o meno e, in alcuni casi, fino a una parte per miliardo. Il metodo è anche molto versatile, in quanto può analizzare campioni in forma solida, liquida e gassosa e può gestire campioni di dimensioni fino a 0.000035 once (0.001 grammi).
La sorgente di neutroni è talvolta nota come obice di neutroni. Quando alcuni elementi leggeri sono soggetti a particelle alfa, i loro nuclei emettono neutroni. L’elemento berillio è particolarmente adatto a questo scopo. Mescolando il berillio con una sorgente di particelle alfa, come il plutonio 239 o il radio 226, si può creare una forte sorgente di neutroni. Questo può essere racchiuso in un’adeguata schermatura contro le radiazioni, ma con un’apertura da cui possono emergere i neutroni.
I reattori nucleari sono anche usati come sorgenti di neutroni. Negli Stati Uniti, a Oak Ridge, nel Tennessee, l’High Flux Isotope Reactor (HFIR) fornisce una fonte di neutroni all’Oak Ridge National Laboratory, rendendolo un importante centro per l’analisi dell’attivazione dei neutroni. Gli elementi radioattivi che producono neutroni attraverso la fissione nucleare, ad esempio il californio-252, possono essere utilizzati anche su scala ridotta, consentendo l’utilizzo di sorgenti di neutroni di dimensioni desktop.
L’analisi dell’attivazione dei neutroni ha un’ampia gamma di applicazioni. Può essere utilizzato nell’industria manifatturiera per rilevare le impurità nei metalli, in biologia per studiare il metabolismo degli oligoelementi, in geologia per analizzare campioni di roccia e suolo e nella scienza forense per ottenere informazioni cruciali dai campioni della scena del crimine. Un noto esempio specifico di analisi dell’attivazione dei neutroni in azione è la scoperta che tutti i frammenti di proiettile dalla scena dell’assassinio di John F. Kennedy provenivano dagli stessi due proiettili, sparati dalla stessa pistola. Un altro esempio è stata la scoperta di uno strato di sedimento ricco di iridio al confine tra il cretaceo e il periodo geologico terziario, indicando un importante impatto di meteoriti che più o meno ha coinciso con un evento di estinzione di massa che ha segnato la scomparsa dei dinosauri.