A ativação de nêutrons é o processo pelo qual um fluxo de nêutrons induz a radioatividade no material por onde passa (fenômeno radioativação ).
Qualquer material atravessado por um fluxo de nêutrons passa gradualmente por transmutação por captura de nêutrons, o que torna parte de seus núcleos radioativos, e o tempo de vida dessa radioatividade geralmente requer que seja subsequentemente gerenciado como resíduo radioativo (mais frequentemente como resíduo de baixa atividade).
A ativação de nêutrons também tem importantes aplicações práticas. A análise de ativação de nêutrons é um dos métodos mais sensíveis de análise química, que analisa a presença de vestígios diminutos de constituintes ou impurezas. Na França, o uso desta técnica é proibido para produtos alimentares e de construção, a menos que haja uma isenção (para fábricas de cimento por exemplo).
A radioatividade induzida pela ativação de nêutrons resulta do fato de que os nuclídeos que sofrem um fluxo de nêutrons capturam nêutrons livres, o que aumenta sua massa atômica em uma unidade e geralmente faz com que eles entrem em um estado nuclear excitado . Na maioria dos casos, o núcleo atômico é desenergizado imediatamente. Ele pode fazer isso emitindo um novo nêutron (colisão inelástica nn); ao perder uma partícula, um próton (np) ou uma partícula alfa (n-alfa); ou pela emissão de radiação gama , levando à captura de nêutrons (captura de um nêutron pela reação n-gama).
Quando a captura de nêutrons ocorre, o núcleo resultante é mais frequentemente instável, mesmo após uma possível desexcitação intermediária. O nuclídeo assim formado é radioativo e sua meia-vida pode assumir valores muito variados, de algumas frações de segundo a muitos anos.
Um exemplo de tal reação é aquela que leva à produção de cobalto 60 em um reator nuclear :
59 Co + n → 60 CoO cobalto 60 sofre desintegração β emitindo um raio gama e se transforma em níquel 60 .
60 Co → 60 Ni + e - + γEssa reação tem meia-vida de 5,27 anos. O cobalto-60 é um importante produto em radioterapia e radiografia industrial , como fonte de intensidade de raios gama .
Dependendo dos materiais, a sensibilidade à ativação é maior ou menor.
Isso depende tanto da seção transversal da captura de nêutrons , da meia-vida do radionuclídeo assim criado (meias-vidas muito curtas rapidamente deixam de ser um problema e meias-vidas extremamente longas são apenas fracamente radioativas) e da energia de a radiação gama produzida por sua decadência.
Além disso, para alguns elementos, o isótopo obtido pelo aumento da massa atômica em uma unidade será estável na maioria dos casos, e a captura de nêutrons resultante do fluxo de nêutrons só o ativará em uma minoria de casos.
Por exemplo, o oxigênio, composto predominantemente de oxigênio 16, é convertido na maioria dos casos em oxigênio estável 17. Apenas o oxigênio 18 presente em uma proporção muito pequena será transformado em um isótopo radioativo 19. Mas este isótopo de oxigênio 19 com meia-vida de 22 segundos desaparece rapidamente, formando flúor estável.
O hidrogênio, composto predominantemente de hidrogênio-1, será transformado em hidrogênio-2, deutério . O deutério naturalmente presente na proporção de 0,015% no hidrogênio natural será transformado em trítio , com vida útil de 12 anos e cuja radiação é de baixa energia (100 vezes menos potente que a do césio 137).
Assim, a água quimicamente pura, consistindo apenas de hidrogênio e oxigênio, é capaz de interromper a radiação de nêutrons por ser apenas fracamente ativada.
A análise química por ativação de nêutrons é um método analítico muito sensível, particularmente adequado para analisar a pureza de uma amostra . Este método não requer solubilização ou preparação especial e, portanto, pode ser aplicado até mesmo a um objeto cuja integridade deve ser absolutamente preservada, como uma obra de arte.
O método consiste em irradiar uma amostra com um fluxo de nêutrons . As várias impurezas contidas na amostra, então, sofrem reações nucleares que levam à formação de isótopos instáveis. Esses isótopos são então identificados e quantificados pelo estudo de seu espectro de raios γ .
A radioatividade induzida na amostra é baixa, levando em consideração a baixa intensidade do fluxo de nêutrons empregado; e a maior parte dessa radioatividade é liberada em um tempo razoavelmente curto. Os efeitos de longo prazo são insignificantes. Nesse sentido, a análise por ativação de nêutrons pode ser qualificada como análise não destrutiva.