Analyse d’activation des neutrons – Wikipedia

Le Analyse d’activation des neutrons (NAA) est une méthode physique nucléaire pour l’analyse quantitative de l’élément ou la composition isotopique des plus petits échantillons de toutes sortes qui sont irradiés avec des neutrons. Les noyaux atomiques (noyaux analytiques) à déterminer interagissent avec les neutrons et, selon le type de réaction nucléaire, divers produits peuvent se produire. Ce processus, qui est réalisé dans un réacteur de recherche ou à l’aide d’une autre source de neutrons, est appelé activation de neutrons. Les produits d’activation résultants peuvent être radioactifs puis se désintégrer avec leur demi-vie caractéristique. Avec l’activation et la décroissance, le rayonnement avec des énergies également caractéristiques utilisés pour l’analyse est libéré.

Cours temporaire de l’activité d’un indicateur instruit dans un échantillon irradié avec des neutrons.

L’analyse d’activation des neutrons fonctionne généralement en quatre phases.

Radiation [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Les neutrons thermiques sont le plus souvent utilisés pour l’activation. La plupart des noyaux cibles ont des sections croisées de capture bon marché pour les neutrons de ce secteur de l’énergie et fournissent donc un rendement facilement mesurable de produits d’activation. Cependant, il peut également être activé par épithherm ou neutrons plus rapides.

Phase de compensation [ Modifier | Modifier le texte source ]]

En raison de la durée de la phase d’abonnement, il peut être contrôlé si vous préférez mesurer les produits d’activation avec une demi-vie longue ou courte. Dans de nombreux cas, les interférences spectrales peuvent être exclues dans de nombreux cas.

Messphase [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Un spectre gamma de l’échantillon irradié est enregistré en utilisant la spectrométrie gamma. Le type de produits d’activation peut être lu à partir de l’emplacement des signaux en forme de pointe dans le spectrogramme gamma. Le montant des signaux est lié à la quantité. L’analyt peut être conclu via une norme interne ou une série d’étalonnage.

Analyse [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Les informations obtenues sont désormais analysées et converties en graphiques via des algorithmes mathématiques.

Il existe plusieurs variantes d’analyse d’activation des neutrons:

• Analyse d’activation de la gamma de promotion (PG-NAA ou PGAA): les énergies du soi-disant gamma quanta rapide libéré dans le noyau atomique dans le noyau atomique dans le noyau atomique sont déterminés. Cela nécessite des lieux de mesure spéciaux qui permettent le rayonnement des neutrons simultanés et la mesure du rayonnement gamma.
• Analyse de l’activation des neutrons instrumentaux (INAA): L’analyse d’activation de neutrons destructrice classique, dans laquelle l’activité des radionucléides générée est mesurée. Cette procédure permet l’activation dans un réacteur et une analyse ultérieure dans un endroit différent.
• Analyse d’activation radiochimique des neutrons (RNAA): Voici une séparation chimique avant ou après le rayonnement. Cela exclut l’activité d’autres éléments de la mesure. La procédure est donc très sensible, c’est-à-dire adaptée aux isotopes analytes en faible concentration.
• Analyse d’activation du neutrron retardé (DNAA, anglais retardé ): Mesure des neutrons retardés qui sont libérés par les noyaux purs après une réaction de base. La procédure est utilisée particulièrement pour l’analyse du matériau enleme.

Qui avait commencé à utiliser les Américains Taylor, Havens et Anderson pour utiliser le rayonnement gamma pour analyser les oligo-éléments, ^[d’abord] Le développement de l’analyse d’activation des neutrons permet la détermination de l’élément quantitatif dans des matériaux d’échantillon très différents, dont certains seraient de déverrouiller avec un effort considérable (roches, alliages), ou dont la destruction serait indésirable (artefacts archéologiques et œuvres d’art). Dans ce dernier, l’avantage vient de transporter que le NAA peut le découvrir avec les plus petites quantités d’échantillon. Avec de nombreux éléments (par exemple l’or et l’arsenic), l’enregistrement de minuscules traces est possible. L’excellente performance de l’analyse d’activation des neutrons est également due au fait qu’une préparation d’échantillons (avec le risque de contamination) n’est pas nécessairement requise.

Les peintures peuvent également être examinées par autoradiographie à neutrons, une variante de l’analyse d’activation des neutrons. ^[2] Dernièrement, cette méthode a été utilisée avec succès pour enquêter sur plusieurs œuvres de maîtres anciens, par exemple à “Susanna Im Batz” de Rembrandt ^[3] et “Portrait d’un homme en costume militaire”, ^[4] Titien “fille avec le bol de fruits” ^[5] et “jeune femme avec un groupe de perles” de Vermeer. ^[6]

L’effort instrumental élevé est désavantageux. La performance la plus élevée n’est obtenue qu’à des densités d’écoulement à neutrons élevées. Un réacteur de recherche doit être disponible pour cela. Des sources de neutrons plus petites sont beaucoup plus faciles à utiliser. Ils sont limités dans leurs paramètres de performance, mais conviennent néanmoins à de nombreux examens. C’est également un inconvénient que, selon le rayonnement et la composition de l’échantillon, une activité résiduelle peut être conservée pendant longtemps.

En 1961, une analyse d’activation des neutrons a été démontrée en 1961 sur un échantillon de cheveux de Napoléon, retiré le lendemain de sa mort (5 mai 1821). En raison de l’analyse de section d’un brin de long de 13 cm de long, selon la croissance naturelle des cheveux, il a été démontré qu’il avait reçu de l’arsenic avec des interruptions pendant une phase d’un an et à quels moments cela s’est produit. ^[7] Cependant, il y a aussi des doutes sur cette théorie. ^[8]

Pour enquêter sur le Mordfalls Bouchard Au Canada, les scientifiques nucléaires ont pour la première fois utilisé la méthode d’analyse de l’activation des neutrons dans la criminalité, en comparant un seul cheveux dans la main de la fille de Gaetane Boudhard tuée en 1958 avec les cheveux de son meurtrier, le fabricant de pêche John Jakob Vollman. En 1955, le pionnier dans le domaine de cette NAA était le chimiste canadien Robert E. Jervis (* 1927 à Toronto), qui a effectué de nombreuses comparaisons de cheveux à l’Université de Toronto avec son étudiant Auseklis K. Percons à partir de 1958. À peu près au même moment, Vincent P. Guinn, le chef du Programme d’analyse d’activation Les examens de trace criminalistes de l’atomique générale des États-Unis de peinture, de verre, d’autogum, de poudre, de matières plastiques, de graisses et de bois à l’aide d’une analyse d’activation des neutrons. Aussi dans Case de meurtre Pamela Mason (1964) Jervis a été invité en tant qu’expert pour les analyses NAA effectuées par les chimistes Michael Hoffman et Maynard Pro. ^[9]

En archéologie, le NAA est principalement utilisé pour déterminer les matières premières, en particulier pour comparer les produits en céramique avec des dépôts d’argile locaux. ^{[dix] [11]}

Analyse d’activation des neutrons avec des neutrons pulsés 14 MEV pour caractériser les déchets radioactifs [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Le contrôle des produits des déchets radioactifs est un défi spécial. Les déchets radioactifs sont généralement brûlés, pressés puis conditionnés dans des barils en acier de 200 litres sous forme cimentée. La méthode courante de contrôle des produits comprend une mesure purement radiologique des radionucléides à l’aide de scanners dits gamma. Les tissus et les éléments non radioactifs ne peuvent pas être enregistrés de cette manière. Afin de capturer des éléments non radioactifs et chimiotoxiques et de pouvoir se comparer avec les conditions de stockage du référentiel correspondant, un noyau de forage avec une analyse chimique humide ultérieure est traditionnellement réalisé. En plus des déchets secondaires radioactifs, cela signifie également une exposition aux radiations au personnel de fonctionnement et d’analyse. De plus, le forage des noyaux n’est pas représentatif, en particulier pour les compositions matérielles fortement hétérogènes. Dans ce contexte, un programme de recherche a été lancé au Centre de recherche de Jülich en 2007 pour développer une méthode d’analyse destructrice et représentative pour les substances et éléments radioactifs et non radioactifs. Cette méthode est basée sur l’analyse d’activation des neutrons avec des neutrons pulsés 14 MEV. Contrairement à l’analyse d’activation des neutrons classiques avec des neutrons thermiques (E = 25 Neutrons MEV), qui sont principalement extraits d’un réacteur, l’utilisation de neutrons rapides (E = neutrons de 14 MeV) ouvre de nouvelles possibilités dans la caractérisation matériale d’échantillons de petits et grands volumes. La profondeur de pénétration des neutrons rapides dans la matière est significativement plus élevée que la probabilité d’interaction plus faible par rapport aux neutrons thermiques. La caractérisation des matériaux est particulièrement intéressante pour le contrôle des produits des déchets radioactifs. Néanmoins, cette procédure peut être utilisée à la fois comme PGAA, INAA ou comme DNAA dans des échantillons à grande échelle (produits en vrac, produits industriels, etc.).

Les premiers succès dans la caractérisation qualitative et quantitative des échantillons homogènes de 25L et 50L ont pu être obtenus en combinaison avec la PGAA au moyen d’une source de neutrons de 14 MeV pulsée (générateur de neutrons). ^[douzième]

Pour la caractérisation qualitative et quantitative d’échantillons de béton homogènes à grand volume (échantillons de béton 200L) pour la caractérisation matérielle des déchets radioactifs dans des barils de 200L, les neutrons pulsés 14 MEV en combinaison avec la PGAA peuvent également être utilisés avec succès. Cette méthode permet également aux éléments concentrés localement (feuille de cadmium) d’identifier et de quantifier dans des échantillons de béton homogènes à grand volume. ^[13]

Dans le cadre de la caractérisation des déchets radioactifs à l’aide de l’analyse d’activation des neutrons, d’autres progrès ont été réalisés. Il est possible de caractériser les déchets radioactifs hétérogènes à partir d’un mélange de béton et de polyéthylène, avec un MEV pulsé 14 et la combinaison de PGAA et DNAA qualitativement et quantitativement. L’émission de neutrons pulsées au moyen d’un générateur de neutrons permet également l’adaptation à la durée des spectres gamma rapides et retardés, à partir desquels, par exemple, le taux de mortalité (le temps dit que le temps de la mort) peut être dérivé des neutrons thermiques. Cette méthode permet également l’identification et la quantification des éléments concentrés locaux tels qu’une feuille de cadmium pour des échantillons mixtes hétérogènes en béton et en polyéthylène. ^[14]

• Georg Schwedt: Chimie analytique. Thieme Verlag, Stuttgart 1995, ISBN 3-527-31206-4, pp. 280-286.
• K. Cammann (Hrsg.): Chimie analytique instrumentale. Spectrum Akademischer Verlag, Heidelberg / Berlin 2001, ISBN 3-8274-0057-0, pp. 4-91 à 4-101.
• CO. Fischer, C. Laurenze-Landsberg W. Leuther, K. Slusallek: Autoradiographie à neutrons. Analyse en profondeur de l’image, bases physiques, mise en œuvre technique. Dans: J. Kelch (éd.): Images dans l’attention: l’homme avec le casque d’or. Berlin 1986, DNB 870087533 , S. 38–47.
• Jürgen Thorwald: L’heure des détectives. Devenir et mondes de criminalistique. Droemer Knaur, Zurich / Munich 1966, DNB 576679402 , S. 483–537.

1. ↑ Jürgen Thorwald: L’heure des détectives. Devenir et mondes de criminalistique. Droemer Knaur, Zurich / Munich 1966, p. 498.
2. ↑ Autoradiographie à neutrons à Colourlex
3. ↑ Matthias Alfeld, Claudia Laurenze-Landsberg, Andrea Denker, Koen Jansens, Petria Noble: Autoradiographie à l’activation des neutrons et scanne macro-xrf de Susanna et les anciens de Rembrandt van Rijn (Gemäldegalerie Berlin): une comparaison de deux méthodes d’imagerie des peintures historiques avec contraste élémentaire. Dans: Appl. Phys. UN. Bande 119, Nr. 3, 2015, S. 795-805, Deux: 10.1007 / S00339-015-9081-8 .
4. ↑ Karen Trentelman, Koen Janssens, Geert van der Snickt, Yvonne Szafran, Anne T. Woollett, Joris Dik: Rembrandt est un vieil homme en costume militaire: l’image sous-jacente a réexaminé. Dans: Physique appliquée A. Bande 121, nr. 3, novembre 2015, S. 801-811, Deux: 10.1007 / S00339-015-9426-3 .
5. ↑ CO. Fischer, J. Kelch, C. Laurenze-Landsberg, W. Leuther, C. Schmidt, K. Slusallek: Actualités sur l’autoradiographie de l’activation des neutrons. Titian “Girl with Fruit Bowl” et l’utilisation de Naplesgelb. Dans: Restauration. Bande 6, Nr. 105, 1999, S. 426-431.
6. ↑ C. Laurenze-Landsberg: Autoradiographie à neutrons de deux peintures de Jan Vermeer dans le Gemäldegalerie Berlin. Il: W..s Laissez les situres seping: À l’intérieur de la caméra obscura – optique et art sous le sort de l’image projetée. (= Préimprimée. 333). Berlin 2007, DNB 985810726 , S. 211–225.
7. ↑ A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Manuel de chimie inorganique. 101. Édition. Walter de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9.
8. ↑ Friedrich Scherer, Steffi Schöbel: La fin de Napoléon – l’empereur a-t-il été empoisonné? ( Mémento du 5 avril 2003 Archives Internet ) 6 mars 2002.
9. ↑ Jürgen Thorwald: L’heure des détectives. Devenir et mondes de criminalistique. Droemer Knaur, Zurich / Munich 1966.
10. ↑ Sa maman u. A.: Analyse d’activation des neutrons de la poterie de la naucratis et d’autres vaisseaux apparentés. Dans: UDo a guéri un chapeau, Alexandra viabe: Naukratis. Diversité grecque en Égypte. Études sur la poterie grecque orientale et l’échange en Méditerranée orientale. Londres 2006, ISBN 0-86159-162-6 , S. 69.
11. ↑ Meral Akurgal U. (Éd.): Centres de poterie de l’Eastegean. Études archéométriques et archéologiques sur la céramique mycénée, géométrique et archaïque des endroits de l’ouest de la Kleinasie (= Livres supplémentaires sur les numéros annuels de l’Institut archéologique autrichien. Numéro 3). Vienne 2002, ISBN 3-900305-39-0, pp. 11-24.
12. ↑ Keutter, John Paul Herran: Analyse d’activation de Gamma-neutron pour la caractérisation destructrice des déchets radioactifs . Dans: Centre de recherche Jülich GmbH (éd.): Énergie et environnement . Groupe 82 . Centre de recherche, Central Library, Jülich 2010, ISBN 978-3-89336-665-1, S. 230 (Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010).
13. ↑ Havenith, Andreas Wilhelm: Caractérisation des matériaux des déchets radioactifs à l’aide d’un processus d’analyse multi-éléments basé sur l’analyse de l’activation des neutrons instrumentaux-médina- . Dans: Centre de recherche Jülich GmbH (éd.): Énergie et environnement . Groupe 248 . Centre de recherche Jülich, Jülich 2015, ISBN 978-3-95806-033-3, S. 311 (Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014).
14. ↑ Frank Mildenberger: Analyse d’activation des neutrons avec des neutrons pulsés 14 MeV pour caractériser les déchets radioactifs hétérogènes . Dans: Centre de recherche Jülich GmbH (éd.): Énergie et environnement . Groupe 395 . Centre de recherche Jülich, Jülich 2017, ISBN 978-3-95806-271-9, S. 128 (Dissertation, Rwth Aachen University, 2017).