Neutronenaktivierung

Neutronenaktivierung bezeichnet die Umwandlung eines Atomkerns durch Aufnahme eines Neutrons, meist gefolgt von einer Gamma-Abstrahlung. Die häufigste Reaktion ist der radiative Neutroneneinfang (n,γ): ein Kern nimmt ein Neutron auf, wird in einen angeregten Zustand überführt und gibt daraufhin Gammastrahlung ab, wodurch ein neuer Kern entsteht. Oft ist dieser neue Kern radioaktiv und zerfällt mit charakteristischen Halbwertszeiten.

Die Aktivierungsrate hängt von der Neutronenflussdichte, der mikroskopischen Kreuzsektion der Reaktion und der Anzahl der Zielkerne ab. Die Kreuzsektion variiert stark mit der Neutronenenergie. Thermische Neutronen führen häufig zu (n,γ), während schnelle Neutronen neben radiativem Einfang auch weitere Pfade wie (n,p) oder (n,α) eröffnen können.

In der Neutronenaktivierungsanalyse (NAA) wird eine Probe einer Neutronenbestrahlung in einem Reaktor oder einer Spallationsquelle ausgesetzt. Nach der Bestrahlung wird das Produktmaterial abgekühlt und anschließend mit Gammaspektroskopie gemessen. Die gemessenen Gammasignale ermöglichen Identifikation und Quantifizierung der enthaltenen Elemente. Die Analyse nutzt Vergleichskerne oder Kalibrierungsverfahren, oft auch k0- oder ähnliche Methoden zur Bestimmung der Konzentrationen.

Typische Quellen für die Neutronenbestrahlung sind Forschungsreaktoren, Spallationsquellen oder Beschleunigeranlagen. Die Reaktion kommt besonders bei thermischen Neutronen zum Tragen, die zu stabilen oder kurzlebigen Aktivierungsprodukten führen.

Anwendungen der Neutronenaktivierung reichen von archäologischer und Umweltanalyse über Materialwissenschaft und Forensik bis zur medizinischen Forschung. Vorteile sind Mehrfachelementanalytik und geringe Probenzerstörung; Nachteile sind induzierte Aktivität, Kalibrierungsaufwand und potenzielle Kreuzreaktionen.

Sicherheitsaspekte umfassen Strahlenschutz, Abschirmung und Abklingzeit, da die Aktivierung radioaktive Zerfälle erzeugt. Proben müssen entsprechend gelagert und entsorgt werden.