Die Neutronenaktivierungsanalyse (NAA) ist eine sehr empfindliche und genaue Methode zur Bestimmung der in einer Materialprobe vorhandenen Elemente. Die Probe wird mit Neutronen aus einer radioaktiven Quelle gezielt. Dies führt dazu, dass viele der vorhandenen Elemente Gammastrahlen mit bestimmten Frequenzen emittieren, anhand derer sie identifiziert werden können. Rund 65 verschiedene Elemente können auf diese Weise nachgewiesen werden. Es ist eine der nützlichsten wissenschaftlichen Techniken zur Untersuchung der elementaren Zusammensetzung von Proben und hat viele Anwendungen in der analytischen Chemie, Geologie, Forensik und anderen Bereichen.
Wenn ein Neutron auf den Kern eines Atoms trifft, wird es oft absorbiert, bildet ein schwereres Isotop und sendet Gammastrahlen aus. In vielen Fällen sind diese Isotope instabil und zerfallen nach einer kurzen Verzögerung in ein anderes, leichteres Isotop und emittieren eine oder mehrere Gammastrahlen mit Energien, die für dieses Isotop charakteristisch sind. Zum Beispiel kann das häufigste Isotop von Natrium – Natrium-23 – ein Neutron absorbieren und das instabile Isotop Natrium-24 bilden, das dann in Magnesium-24 zerfällt und zwei Gammastrahlen mit bestimmten Energien emittiert. Durch Messung der Energien der Gammastrahlen und der emittierten Menge können sowohl die vorhandenen Elemente als auch deren Häufigkeit innerhalb der Probe bestimmt werden. Der anfängliche Gammastrahl, der sofort bei der Absorption des Neutrons emittiert wird, wird als prompter Gammastrahl bezeichnet, aber normalerweise werden die verzögerten Gammastrahlen gemessen.
Die Neutronenaktivierungsanalyse ist eine sehr empfindliche Technik. Es kann Elemente mit einem Teil pro Million oder weniger und in einigen Fällen bis zu einem Teil pro Milliarde erkennen. Die Methode ist auch sehr vielseitig, da sie Proben in fester, flüssiger und gasförmiger Form analysieren kann und Probengrößen von bis zu 0.000035 Unzen (0.001 Gramm) verarbeiten kann.
Die Neutronenquelle wird manchmal als Neutronenhaubitze bezeichnet. Wenn einige leichte Elemente Alphateilchen ausgesetzt werden, emittieren ihre Kerne Neutronen. Hierfür eignet sich besonders das Element Beryllium. Durch Mischen von Beryllium mit einer Quelle von Alphateilchen, wie Plutonium 239 oder Radium 226, kann eine starke Neutronenquelle erzeugt werden. Diese kann mit einer geeigneten Strahlenabschirmung umhüllt werden, jedoch mit einer Öffnung, durch die die Neutronen austreten können.
Kernreaktoren werden auch als Neutronenquellen verwendet. In den USA stellt der High Flux Isotope Reactor (HFIR) in Oak Ridge, Tennessee, eine Neutronenquelle am Oak Ridge National Laboratory zur Verfügung und ist damit ein wichtiges Zentrum für Neutronenaktivierungsanalysen. Auch radioaktive Elemente, die Neutronen durch Kernspaltung erzeugen, zum Beispiel Californium-252, können in kleinerem Maßstab eingesetzt werden, so dass Neutronenquellen in Tischgröße verwendet werden können.
Die Neutronenaktivierungsanalyse hat ein breites Anwendungsspektrum. Es kann in der verarbeitenden Industrie zum Nachweis von Verunreinigungen in Metallen, in der Biologie zur Untersuchung des Stoffwechsels von Spurenelementen, in der Geologie zur Analyse von Gesteins- und Bodenproben und in der Forensik zur Gewinnung entscheidender Informationen aus Tatortproben eingesetzt werden. Ein bekanntes spezifisches Beispiel für die Neutronenaktivierungsanalyse in Aktion ist die Feststellung, dass alle Kugelfragmente aus der Mordszene auf John F. Kennedy von denselben zwei Kugeln stammten, die aus derselben Waffe abgefeuert wurden. Ein weiteres Beispiel war die Entdeckung einer iridiumreichen Sedimentschicht an der Grenze zwischen der Kreidezeit und der Tertiärgeologie, was auf einen großen Meteoriteneinschlag hinweist, der mehr oder weniger mit einem Massenaussterben zusammenfiel, das den Untergang der Dinosaurier markierte.