Analiza aktywacyjna

Aktywacja neutronowa

Aktywacja neutronowa jest metodą analitycznego określania rodzaju i zawartości pierwiastków w badanych substancjach. Jako akceleratorowe źródło neutronów stosowane są wysokonapięciowe akceleratory jonowe.
W zastosowaniach przemysłowych analiza aktywacyjna stosowana jest do wyznaczania zawartości tlenu, krzemu, chloru, wapnia, miedzi, baru, uranu i plutonu.

Diagram rekacji wykorzystywanej w analizie aktywacyjnej [1]

Analiza zawartości tlenu i krzemu wykonywana jest głównie w przemyśle metalurgicznym, przy produkcji stali w zasadowych piecach tlenowych. Badana próbka, wraz z próbką wzorcową (w które znana jest zawartość tlenu) podawana jest do komory aktywacyjnej. Izotop tlenu 16O ulega przemianie w azot promieniotwórczy zgodnie z reakcja 16O(n,p)16N. Rozpadowi izotopu azotu z półokresem 7,4s towarzyszy emisja kwantów gamma o energiach 6,13 i 7,11 MeV. Pomiar aktywności próbek pozwala na ustalenie zawartości tlenu w stali co ma znaczący wpływ na jej właściwości. Czas pełnego cyklu oznaczania zawartości tlenu metodą aktywacyjną wynosi około 2min. podczas gdy analiza metodami chemicznymi wymaga od 10 do 90min. Metoda aktywacyjna jest również badaniem nieniszczącym które może zostać w razie potrzeby powtórzone.
Analiza zawartości krzemu wykonywana przy użyciu reakcji 28Si(n,p)28Al. Izotop 28Al rozpada się z półokresem 2,3min emitując kwanty gamma o energii 1,78 MeV.
Podobne reakcje zachodzą także dla innych pierwiastków, a nieniszczący charaktery badania sprawia że analiza aktywacyjna stosowana jest do określania zawartości srebra i miedzi np. w średniowiecznych monetach.
Analiza aktywacyjna za pomocą neutronów wykorzystywana jest do badań geologicznych, szczególnie przy poszukiwaniu ropy naftowej i siarki. Specjalne lampy neutronowe pozwalają na określenie litologii odwiertu, porowatości złóż, kontaktu ropa naftowa – woda słona, ropa naftowa – gaz i identyfikację rud metali.

Aktywacja ciężkimi cząstkami

W wyniku aktywacji ciężkim cząstkami wzbudzane jest promieniowanie charakterystyczne badanej substancji, które następnie jest defekowane. Do aktywacji stosowane są protony i cząstki alfa o energiach rzędu MeV. W porównaniu z aktywacją elektronową aktywacja ciężkimi cząstkami obniża w przybliżeniu o rząd wielkości poziom promieniowania hamowania stanowiącego nieporządne tło.
Aktywacja ciężkimi cząstkami stosowana jest do:

Aktywacja fotonowa

Aktywacja fotonowa wykorzystuje kwanty twardego promieniowania gamma o energiach 8 … 20 MeV. Otrzymywane są one jako promieniowanie hamowania w akceleratorach elektronów na energie 20 … 50 MeV. Analiza fotoaktywacyjna stosowana jest jako uzupełnienie aktywacji neutronowej i ciężkimi cząstkami, gdy czułość tych metod nie jest wystarczająca. Dotyczy to przypadków gdy analizowany pierwiastek ma bardzo mały przekrój czynny na neutrony lub znajduje się w otoczeniu substancji o bardzo dużym przekroju czynnym lub gdy czas rozpadu oraz energie charakterystyczne utrudniają detekcję.
Fotoaktywacja stosowana jest do analizy próbek biologicznych i geologicznych, także do analizy substancji o wysokim stopniu czystości, zwłaszcza metali.

Źródła

  1. http://archaeometry.missouri.edu/naa_overview.html
  2. Waldemar Scharf, Akceleratory cząstek naładowanych i ich zastosowania, PWN, Warszawa 1987, strony 404-414