Ανάλυση ενεργοποίησης νετρονίων

Από archaeology
Πήδηση στην πλοήγησηΠήδηση στην αναζήτηση
Πυρηνικές αντιδράσεις που συμβαίνουν κατά την ακτινοβόληση του κοβαλτίου με νετρόνια

Η ανάλυση ενεργοποίησης νετρονίων (Neutron Activation Analysis, NAA) αποτελεί μία από τις πιο αξιόπιστες μεθόδους για την ποσοτική και ποιοτική ανάλυση στοιχείων σε δείγματα στερεάς ή υγρής μορφής. Η τεχνική βασίζεται στην ακτινοβόληση του δείγματος με νετρόνια, ώστε να παραχθούν ραδιενεργά ισότοπα των στοιχείων που περιέχει, τα οποία στη συνέχεια ταυτοποιούνται μέσω της χαρακτηριστικής γ-ακτινοβολίας τους[1].

Η NAA είναι ιδιαίτερα χρήσιμη διότι δεν απαιτεί χημική επεξεργασία του δείγματος, μειώνοντας έτσι τον κίνδυνο επιμόλυνσης και επιτρέποντας μη καταστροφική ανάλυση. Η μέθοδος έχει βρει εφαρμογή στην αρχαιομετρία, στη γεωχημεία, στην περιβαλλοντική ανάλυση και στη βιοϊατρική έρευνα [2].

Φυσική αρχή της μεθόδου

Η τεχνική βασίζεται στην αλληλεπίδραση των νετρονίων με τους ατομικούς πυρήνες του δείγματος. Όταν ένας πυρήνας συλλάβει ένα νετρόνιο, σχηματίζεται ένα διεγερμένο ισότοπο που αποδιεγείρεται εκπέμποντας γ-ακτινοβολία. Κάθε στοιχείο εκπέμπει ακτινοβολία με χαρακτηριστικές ενέργειες, επιτρέποντας την ταυτοποίησή του[3].

Η ένταση της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας εξαρτάται από τη συγκέντρωση του στοιχείου και τις συνθήκες ακτινοβόλησης, γεγονός που καθιστά τη μέθοδο ποσοτικά αξιόπιστη[4].

Πηγές νετρονίων και συνθήκες ακτινοβόλησης

Οι πιο συνηθισμένες πηγές νετρονίων για την εφαρμογή της NAA είναι οι ερευνητικοί πυρηνικοί αντιδραστήρες, οι οποίοι παρέχουν θερμικές ροές νετρονίων υψηλής έντασης. Αυτές οι ροές επιτρέπουν την ενεργοποίηση ακόμη και ιχνοποσοτήτων στοιχείων[5].

Σε περιπτώσεις όπου απαιτείται κινητό ή τοπικό σύστημα, χρησιμοποιούνται γεννήτριες νετρονίων ή επιταχυντές, αν και προσφέρουν χαμηλότερες ροές και άρα μικρότερη ευαισθησία. Η επιλογή της ενέργειας των νετρονίων και του χρόνου ακτινοβόλησης καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την απόδοση και την καθαρότητα των μετρήσεων[6].

Φασματομετρία και ανάλυση δεδομένων

Μετά την ακτινοβόληση, τα δείγματα μετρώνται σε ανιχνευτές ημιαγωγών υψηλής καθαρότητας (HPGe-High-Purity Germanium). Οι ανιχνευτές αυτοί καταγράφουν το φάσμα της γ-ακτινοβολίας που προέρχεται από τις ραδιενεργές διασπάσεις του δείγματος[7].

Κάθε κορυφή του φάσματος αντιστοιχεί σε συγκεκριμένο ισότοπο, ενώ το εμβαδόν της κορυφής είναι ανάλογο της συγκέντρωσης του στοιχείου. Για την ακριβή ποσοτικοποίηση εφαρμόζονται διορθώσεις ως προς τη γεωμετρία μέτρησης, την απόδοση του ανιχνευτή και την απορρόφηση της ακτινοβολίας[8].

Μέθοδοι τυποποίησης και ποιοτικός έλεγχος

Η NAA εφαρμόζεται με δύο κύριες μεθόδους τυποποίησης: τη σχετική και την απόλυτη.

Στη σχετική μέθοδο, το δείγμα και ένα πρότυπο γνωστής σύστασης ακτινοβολούνται ταυτόχρονα και συγκρίνονται οι οι ενεργειακές υπογραφές τους. Στην απόλυτη μέθοδο, η συγκέντρωση του στοιχείου υπολογίζεται απευθείας με βάση τις φυσικές σταθερές και τη ροή των νετρονίων[9].

Η ποιότητα των αποτελεσμάτων διασφαλίζεται μέσω αυστηρών διαδικασιών ελέγχου: τακτικές βαθμονομήσεις, χρήση πιστοποιημένων προτύπων αναφοράς και αξιολόγηση αβεβαιοτήτων. Η τήρηση αυτών των διαδικασιών εξασφαλίζει τη συγκρισιμότητα των αποτελεσμάτων μεταξύ εργαστηρίων[10].

Εφαρμογές της NAA

Αρχαιομετρία

Η NAA χρησιμοποιείται ευρέως για τη μελέτη αρχαιολογικών τεχνέργων. Η ανάλυση ιχνοστοιχείων σε κεραμεικά ή λίθινα δείγματα αποκαλύπτει την προέλευση των πρώτων υλών και τα εμπορικά δίκτυα των αρχαίων κοινωνιών[11].

Περιβαλλοντική ανάλυση

Η μέθοδος χρησιμοποιείται για την ανίχνευση βαρέων μετάλλων και άλλων ρύπων σε δείγματα εδάφους, αέρα και νερού. Η υψηλή ευαισθησία της επιτρέπει τον εντοπισμό στοιχείων σε συγκεντρώσεις της τάξης των μέρους ανά δισεκατομμύριο[12].

Βιοϊατρικές εφαρμογές

Η NAA εφαρμόζεται σε δείγματα βιολογικού ιστού, όπως μαλλιά, αίμα ή οστά, για την εκτίμηση ιχνοστοιχείων που συνδέονται με μεταβολικές ή νευρολογικές διαταραχές. Η μη καταστροφική φύση της καθιστά δυνατή την ανάλυση ευαίσθητων δειγμάτων χωρίς αλλοίωση[13].

Πλεονεκτήματα και περιορισμοί

Η NAA είναι μέθοδος με εξαιρετικά χαμηλά όρια ανίχνευσης και δυνατότητα πολυστοιχειακής ανάλυσης σε ένα μόνο στάδιο. Παρέχει αποτελέσματα με υψηλή ακρίβεια και επαναληψιμότητα, ενώ δεν απαιτεί διαλυτοποίηση του δείγματος[14].

Ωστόσο, υπάρχουν περιορισμοί: η ανάγκη πρόσβασης σε ερευνητικό αντιδραστήρα, η διαχείριση ραδιενεργών υπολειμμάτων και η περιορισμένη χωρική ανάλυση. Παρά ταύτα, η ανάπτυξη φορητών πηγών νετρονίων και σύγχρονων ανιχνευτών καθιστά τη μέθοδο ολοένα πιο προσιτή και ευέλικτη[15].

Συμπερασματικά

Η Ανάλυση Ενεργοποίησης Νετρονίων παραμένει μία από τις πιο ακριβείς και αξιόπιστες τεχνικές στοιχειακής ανάλυσης. Ο συνδυασμός υψηλής ευαισθησίας, μη καταστροφικότητας και δυνατότητας πολυστοιχειακής ανίχνευσης την καθιστά ανεκτίμητη σε επιστημονικά πεδία που απαιτούν ακριβή ποσοτικά δεδομένα.

Παρά την εξέλιξη νέων τεχνολογιών, όπως η ICP-MS[16], η NAA διατηρεί σημαντικά πλεονεκτήματα, κυρίως στην αναπαραγωγιμότητα και την ακρίβεια των αποτελεσμάτων της[17].

Παραπομπές σημειώσεις

  1. ↑ De Soete 1972, 3–5.
  2. ↑ IAEA 1987, 15–18
  3. ↑ Glascock 2003, 2–4.
  4. ↑ IAEA 1987, 22.
  5. ↑ De Soete 1972, 45–52.
  6. ↑ IAEA 1990, 33–36.
  7. ↑ Knoll 2010, 667–670.
  8. ↑ De Soete 1972, 89–93.
  9. ↑ IAEA 1990, 12–16.
  10. ↑ De Corte 1986, 25–30.
  11. ↑ Perlman & Asaro 1969, 21–52.
  12. ↑ IAEA 1990, 55–58.
  13. ↑ Greenberg et al. 2011, 193–241.
  14. ↑ De Soete 1972, 5–7.
  15. ↑ IAEA 2017, 42–45.
  16. ↑ (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry — Φασματομετρία Μάζας με Επαγωγικά Συζευγμένο Πλάσμα)
  17. ↑ Greenberg et al. 2011, 239–241.

Βιβλιογραφία

  • International Atomic Energy Agency (IAEA). 1987. Handbook on Nuclear Activation Data. Technical Reports Series No. 273. Vienna: IAEA. ISBN 9201350872. https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:18047835
  • International Atomic Energy Agency (IAEA). 2017. Advances in Neutron Activation Analysis. IAEA-TECDOC-1823. Vienna: IAEA. ISBN 9789201035177. https://www.iaea.org/publications/12230
  • International Atomic Energy Agency (IAEA). 1990. Practical Aspects of Neutron Activation Analysis. IAEA-TECDOC-564. Vienna: IAEA. ISBN 9201026908.
  • Greenberg, R. R., Bode, P., & De Nadai Fernandes, E. A. 2011. “Neutron Activation Analysis: A Primary Method of Measurement.” Spectrochimica Acta Part B 66(3–4): 193–241. DOI 10.1016/j.sab.2010.12.011
  • De Corte, F. 1986. The k₀ Standardization Method in Neutron Activation Analysis. Ghent University. ISBN 9070254111. https://lib.ugent.be/en/catalog/rug01:000132230
  • Knoll, G. F. 2010. Radiation Detection and Measurement. 4th ed. Wiley. ISBN 9780470131480. https://books.google.com/books?id=RjJRAAAAMAAJ
  • Perlman, I., & Asaro, F. 1969. “Pottery Analysis by Neutron Activation.” Archaeometry 11(1): 21–52. DOI 10.1111/j.1475-4754.1969.tb00601.x
Ανακτήθηκε από «https://archaeology.archive.gr/mediawiki-1.44.0/index.php?title=Ανάλυση_ενεργοποίησης_νετρονίων&oldid=819»