El análisis de activación de neutrones (NAA) es un método muy sensible y preciso para determinar los elementos presentes en una muestra de material. La muestra está dirigida con neutrones de una fuente radiactiva. Esto hace que muchos de los elementos presentes emitan rayos gamma a frecuencias específicas, a partir de las cuales se pueden identificar. De esta forma se pueden detectar alrededor de 65 elementos diferentes. Es una de las técnicas científicas más útiles para investigar la composición elemental de muestras y tiene muchas aplicaciones en química analítica, geología, ciencia forense y otras áreas.
Cuando un neutrón golpea el núcleo de un átomo, a menudo es absorbido, formando un isótopo más pesado y emitiendo un rayo gamma. En muchos casos, estos isótopos son inestables y se descompondrán en otro isótopo más ligero después de un breve retraso, emitiendo uno o más rayos gamma a energías que son características de ese isótopo. Por ejemplo, el isótopo más común de sodio, el sodio-23, puede absorber un neutrón, formando el inestable isótopo sodio-24, que luego se descompone en magnesio-24, emitiendo dos rayos gamma a energías específicas. Al medir las energías de los rayos gamma y la cantidad emitida, se pueden determinar los elementos presentes y su abundancia dentro de la muestra. El rayo gamma inicial, que se emite inmediatamente cuando se absorbe el neutrón, se conoce como rayo gamma inmediato, pero por lo general son los rayos gamma retardados los que se miden.
El análisis de activación de neutrones es una técnica muy sensible. Puede detectar elementos a una parte por millón o menos y, en algunos casos, hasta una parte por mil millones. El método también es muy versátil, ya que puede analizar muestras en forma sólida, líquida y gaseosa y puede manejar tamaños de muestra de hasta 0.000035 onzas (0.001 gramos).
La fuente de neutrones a veces se conoce como obús de neutrones. Cuando algunos elementos ligeros se someten a partículas alfa, sus núcleos emiten neutrones. El elemento berilio es particularmente adecuado para este propósito. Mezclando berilio con una fuente de partículas alfa, como plutonio 239 o radio 226, se puede crear una fuerte fuente de neutrones. Ésta se puede encerrar en un blindaje de radiación adecuado, pero con una abertura por donde pueden emerger los neutrones.
Los reactores nucleares también se utilizan como fuentes de neutrones. En los EE. UU., En Oak Ridge, Tennessee, el reactor de isótopos de alto flujo (HFIR) proporciona una fuente de neutrones en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, lo que lo convierte en un centro importante para el análisis de activación de neutrones. Los elementos radiactivos que producen neutrones a través de la fisión nuclear, por ejemplo, el californio-252, también se pueden utilizar a menor escala, lo que permite utilizar fuentes de neutrones del tamaño de un escritorio.
El análisis de activación de neutrones tiene una amplia gama de aplicaciones. Se puede utilizar en la industria manufacturera para detectar impurezas en metales, en biología para investigar el metabolismo de oligoelementos, en geología para analizar muestras de rocas y suelos y en ciencia forense para obtener información crucial de muestras de la escena del crimen. Un ejemplo específico bien conocido de análisis de activación de neutrones en acción es el hallazgo de que todos los fragmentos de bala de la escena del asesinato de John F. Kennedy provienen de las mismas dos balas, disparadas con la misma pistola. Otro ejemplo fue el descubrimiento de una capa de sedimento rico en iridio en el límite entre los períodos geológicos cretácico y terciario, lo que indica un gran impacto de meteorito que coincidió más o menos con un evento de extinción masiva que marcó la desaparición de los dinosaurios.