Tecnologie Laboratorio RNR

L’analisi per attivazione neutronica è un metodo di analisi chimica quantitativa basata sull’attivazione nucleare degli elementi chimici presenti nei campioni analizzati. Tale metodo è uno dei metodi più sensibili nell’analisi chimica. La scoperta dell’attivazione nucleare avvenne ad opera di Irene Joliot Curie e Frederic Joliot che nel 1934 bombardarono alluminio, boro, e magnesio con particelle α presenti in natura. L’idea di utilizzare l’attivazione come metodo per l’analisi elementale si ebbe nel 1936 da parte di Hevesy e Levi che impiegarono i neutroni come proiettili per poter attivare elementi chimici come il disprosio e l’europio.

Per attivazione neutronica si intende un processo in cui un generico materiale originariamente non radioattivo, irraggiato con opportuna radiazione (neutroni nel caso di un reattore nucleare) diviene radioattivo, emettendo radiazione caratteristica degli elementi attivati. L’attivazione neutronica consente analisi qualitative e quantitative degli elementi in composizione di un materiale, ed è particolarmente efficace verso gli elementi presenti in traccia. Se, infatti, con una spettrometria di massa a plasma induttivamente accoppiato (ICP MS) possono effettuarsi valutazioni con elemento d’interesse nel range dai ppt (10-12) fino ai ppm (10-6), con la tecnica di attivazione neutronica si ha la possibilità di estendere il campo di indagine nel range dai ppq (10-15) fino ai ppm (10-6), da cui l’elevata sensibilità.

Nei reattori nucleari, l’attivazione mediante neutroni termici (energia dei neutroni nell’ordine di centesimi di eV) è la modalità più utilizzata sia grazie ai significativi flussi neutronici facilmente ottenibili che alle significative volumetrie disponibili per l’irraggiamento. Inoltre, il campo dei neutroni termici, grazie alle elevate sezioni d’urto di cattura radiativa (n,γ) per la grande maggioranza degli isotopi, risulta particolarmente favorevole a condurre tali analisi.

L’attivazione mediante neutroni veloci (energie da qualche centinaio di keV a qualche MeV) è particolarmente utile a ingenerare altre tipologie di reazioni, es. (n,p), (n,α), (n,2n), sebbene sia più complesso realizzare tale tipo di attivazione in ragione della minore disponibilità dei flussi neutronici appropriati (è necessario una sorgente o un reattore a spettro neutronico veloce non dotati di sistemi di moderazione) e delle più contenute volumetrie d’irraggiamento tipiche di tali sistemi.

In un reattore a spettro termico come il TRIGA RC-1, i campioni possono essere irraggiati sia in prossimità del nocciolo del reattore sia esternamente, utilizzando i canali di irraggiamento disponibili. Le successive analisi spettrometriche, generalmente con rivelatori al germanio iperpuro (HPGe).

Per mezzo dell’Analisi per Attivazione Neutronica eseguita presso il reattore TRIGA RC-1 del Centro Ricerche Casaccia è stata studiata una gamma molto estesa di materiali e di matrici determinando macro-costituenti, costituenti minori ed elementi in traccia ed ultra-traccia, e sono state eseguite molte applicazioni specifiche.  I campioni che possono essere analizzati spaziano dalle leghe ai minerali, dai sedimenti al solido sospeso e al particolato atmosferico, dai materiali archeologici ai materiali utilizzati in rivelatori nel campo della fisica delle particelle elementari, dai radio traccianti all’ esecuzione di studi forensi.

Il Laboratorio Reattori Nucleari di Ricerca del C.R. Casaccia è dotato di un Laboratorio esclusivamente dedicato alle tecniche di analisi per Attivazione Neutronica, con una stanza riservata al confezionamento opportuno dei campioni da irraggiare e un laboratorio di caratterizzazione radiologica che ospita sistemi di conteggio dei maggiori brand disponibili sul mercato, ossia MIRION e ORTEC, con relativi software aggiornati. In particolare, sono a disposizione diversi rivelatori al germanio iperpuro e un sistema di conteggio assoluto che sfrutta tecniche di coincidenza beta-gamma.