Nötron Aktivasyon Analizi (NAA)
| Malzemenin element tanımlaması ve kompozisyon analizi, konu çok düşük seviyeli algılama söz konusu olduğunda, yani parça başına parça olarak bilinen başka bir materyalin bir milyon ünitesinden bir materyalin bir ünitesini aramak zorunda kaldığımızda, bilimsel topluluk için bir zorluktur. milyon (ppm). Malzemeyi ppm seviyesinden bile daha az düşündüğümüzde karmaşıklık daha da artar. Benzer şekilde, çok ince katmanları (nanometre boyutunda veya daha az) analiz etme sorusu geldiğinde, son derece zor bir iş haline gelir. Rutherford geri saçılımı, nükleer reaksiyon analizi, nötron aktivasyon analizi vb. gibi birkaç nükleer fizik tabanlı teknik vardır. Bunlar, malzemelerin tanımlanması ve miktar tayini açısından son derece hassas tekniklerdir. Çok ince bir malzeme tabakası da analiz edilebilir ve uygun bir analiz sistemi ile tek tabakalı malzeme birikimi hakkında bilgi almak mümkündür. | ||
| Geleneksel olarak, malzemelerin majör, minör ve eser elementi aşağıdaki şekilde tanımlanır: | ||
| Binbaşı: Kütle olarak %1'i aşan konsantrasyon | ||
| Minör: Kütle olarak %0.1 ila %1.0 aralığında konsantrasyon | ||
| iz: Kütle olarak %0.1'den az konsantrasyonlar | ||
| Farklı izleme seviyeleri | ||
| ppm: μg/g (mikro gram/gram = 10-6 gram/gm) | ||
| sayfa: ng/g (nano gram/gram = 10-9 gram/gm) | ||
| sayfa: pg/g (piko gram/gram = 10-12 gram/gm) | ||
| ppf: fg/g (femto gram/gram = 10-15 gram/gm) | ||
| baba: ag/g (gram/gram = 10-18 gram/gm) | ||
| NAA nedir? | ||
| Nötron aktivasyon analizinde (NAA), numune bir nükleer reaktörün yoğun radyasyon alanına maruz bırakılır. Numune böylece nötronlarla bombardıman edilir ve elementlerin radyoaktif izotoplar oluşturmasına neden olur. Her element için radyoaktif emisyonlar ve radyoaktif bozunma yolları iyi bilinmektedir. Bu bilgiyi kullanarak, radyoaktif numunenin emisyonlarının spektrumlarını incelemek ve içindeki elementlerin konsantrasyonlarını belirlemek mümkündür. Kinetik enerjilere göre nötronlar, termal, epitermal, rezonans, orta ve hızlı olmak üzere beş grupta sınıflandırılabilir. Hedef çekirdekler nötronlarla bombalandığında, gerçekleşen dört ana reaksiyon nötron yakalama, dönüştürme, fisyon reaksiyonu ve esnek olmayan saçılmadır. Nötron yakalamada, hedef çekirdek bir nötronu emer (yakalar), bu da kütle numarası bir artan bir ürün izotopuyla sonuçlanır. Ürün çekirdeği kararsız ise, genellikle gama ışınları ve/veya β- emisyonu ile uyarımı azaltır. Örneğin, | ||
/equ5_1.png){kind=small} | ||
| Dönüşüm reaksiyonunda, hedef çekirdek bir nötronu emer, alfa, proton vb. gibi yüklü/yüksüz parçacıklar yayar. Kararsız ürün çekirdeği genellikle β-emisyon yoluyla hedef çekirdeğe geri döner. Dönüşüm nötron reaksiyonları, yüksek enerjili nötronlardan (hızlı veya ara nötronlar) kaynaklanır. Fisyon reaksiyonu temel olarak daha ağır çekirdeklerin nötron bombardımanı altında nispeten daha düşük kütleli çekirdeklere parçalanmasıdır ve modül 3'te ayrıntılı olarak tartışılmaktadır. NAA için kullanılan en yaygın nükleer reaksiyon türü sırasında meydana gelen olayların sırası, yani nötron yakalamaları veya (n) , gama) reaksiyonu Şekil m5.1'de gösterilmektedir. Bildiğimiz gibi, bir nötron hedef çekirdek ile etkileşime girdiğinde, bileşik çekirdek bir veya daha fazla karakteristik hızlı gama ışını emisyonu yoluyla neredeyse anında daha kararlı bir konfigürasyona uyarılır. Bazı durumlarda, gecikmeli gama ışınları emisyonu olabilir, ancak çok daha yavaş bir oranda. Bu, radyoaktif çekirdeğin bir saniyeden birkaç yıla kadar sürebilen yarı ömürleriyle uyumludur. | ||
/m5.1.png) | ||
ŞEKİL m5.1 Bir hedef çekirdek tarafından nötron yakalanması ve ardından gama ışınlarının emisyonu | ||
| Temel NAA süreçlerini görelim | ||
| Genel olarak, iki tür NAA vardır: hızlı gama ışını NAA veya PGNAA ve gecikmeli gama ışını NAA veya DGNAA. PGNAA durumunda ölçümler ışınlama sırasında gerçekleşir ve DGNAA durumunda ölçümler radyoaktif bozunmayı takip eder. PGNAA tekniği genellikle bir reaktör ışını portundan çıkarılan bir nötron ışını kullanılarak gerçekleştirilir. Son derece yüksek nötron yakalama kesitlerine sahip elemanlara (B, Cd, Sm ve Gd) en çok uygulanabilir. DGNAA, radyoaktif nüklidler üreten elementlerin büyük çoğunluğu için faydalıdır. Teknik zamana göre esnektir, öyle ki daha kısa ömürlü bir radyonüklidin parazitinden muzdarip olan uzun ömürlü bir radyonüklidin hassasiyeti, kısa ömürlü radyonüklidin bozunması beklenerek geliştirilebilir. | ||
| Şimdi herhangi bir malzemede bulunan herhangi bir elementin konsantrasyonunu belirlemek için gereken matematiksel formülasyonu görelim. | ||
| NAA için aktivite denklemi aşağıdaki şekilde elde edilebilir:1,2 | ||
| , Let A = saniyedeki bozunma sayısı (aktivite) N = hedef izotopun atom sayısı = m = ışınlanmış numunedeki elementin kütlesi a = izotopik bolluk w = elementin atom ağırlığı λ = bozunma sabiti φ = nötron akısı σ = aktivasyon kesiti | ||
| Eğer tkusura bakma ışınlama zamanı o zaman yazabiliriz | ||
/equ5_21.png) | ||
| t gecikmesinden sonrad | ||
/equ5_3.png){kind=small} | ||
| t sayma süresi içinc | ||
/equ5_4.png){kind=small} |
/equ5_2.png){kind=small}