中子活化分析(NAA)是一種很有前途的技術，最近在醫學領域得到了應用。它對地質科學也很重要。該方法已被用于研究世界各地的地質構造、溫泉、寶石和考古物品。

圖片來源：斯蒂芬巴恩斯

什么是中子活化分析中子活化分析是一種尖端分析技術，可識別元素并確定其在眾多不同應用中的濃度。

憑借準確、快速的伽馬能譜技術和先進的數據分析和自動化，中子活化分析在研究和工業環境等領域廣受歡迎。

隨著大功率中子源、準確快速的中子探測器和先進的電子連接技術的發展，該分析技術現已進入成熟階段。這導致中子活化分析具有極低的最低檢測限。

該過程涉及用中子輻照樣品，這會導致樣品粒子中的同位素發射伽馬射線。這些伽馬射線可以被檢測和計數，以指示目標元素的存在和濃度。

樣品經過輻照后的伽馬光譜分析用于確定樣品中的元素組成和任何雜質。

在非破壞性中子活化分析中，輻照往往發生在反應堆中，或來自中子源。然后分析暴露的樣品，在輻照和伽馬光譜分析之間不需要化學處理。

非破壞性中子活化分析有兩個子類別：快速伽馬中子活化分析 (PGNAA) 和延遲伽馬中子活化分析 (DGNAA)。

PGNAA 方法使用儀器在樣品仍在被照射時對伽馬射線進行計數。中子與目標原子核相互作用，目標原子核被激發并衰變為低能態，從而產生伽馬輻射。

反應需要 10 到 15 秒，PGNAA 提供有關入射中子通量以及樣品元素組成的信息。

DGNAA 技術涉及輻照樣品，然后等到進行伽馬光譜測定。在這種方法中，測量了次級放射性同位素的衰變伽馬輻射。

在放射化學中子活化分析中，輻照后的化學處理根據它們的溶解度或其他特性分離樣品中的不同元素。然后，單獨測量單獨的構成材料。

地質學家如何在他們的研究中使用中子活化分析?最近發表在《中子活化分析的先進技術和應用》雜志上的一篇論文詳細介紹了中子活化分析的許多其他實例，為地質研究提供了有價值的數據，其應用范圍廣泛，包括核能和農業、建筑和考古學。

不同類型的中子活化分析都用于地質研究，以幫助科學家發現和量化地質構造中的微量元素，如鈾和稀有礦石。

PGNAA 和 DGNAA 等無損中子活化分析技術用于磷酸鹽巖及其周圍地質中的鈾含量測量。

地質學家在巖石樣本中使用稀土和其他微量元素分析來了解不同巖層的化學性質。中子活化分析數據是證據基礎的一部分，表明恐龍在大型隕石著陸影響整個地球的天氣狀況后不久就滅絕了。

精確測量磷酸鹽巖的元素組成是開發地球化學模型的重要一步，該模型顯示了數百萬年來巖石是如何形成的。

延遲中子活化分析 (DNAA) 已被用于幫助了解來自埃及的 Toshki 土壤和阿斯旺鐵礦石以及來自紅海沿岸的磷酸鹽的環境樣品中鈾的濃度。研究表明，磷酸鹽巖往往富含鈾的天然來源。

非接觸式中子活化分析已被用于確定尼日利亞貝努埃地區三種主要元素(鈾、鉈和鉀)的濃度水平。盡管鉀含量沒有增加，但科學家們在這里觀察到比其他地區更多的鉈。

在核能生產中，地質學家使用中子活化分析來確定退役核電站混凝土中的放射性水平。放射性混凝土對健康和環境構成重大風險，正確收集、處置和監測至關重要。中子活化分析技術的高精度使其非常適合這項重要任務。

它們能夠對巖石樣品進行重要的微量元素分析。在一個例子中，地質學家使用中子活化分析方法來尋找含有微量屏蔽材料的粗骨料，使其非常適合混凝土應用。

科學家們利用中子活化分析研究的結果來開發自密實混凝土。通過分析來自印度卡納塔克邦周圍 11 個不同地層的巖石樣本，地質學家能夠確定哪些巖石類型最適合自密實混凝土應用。他們發現白云巖是最合適的選擇，而不推薦德干圈閉和紅土巖。