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ⓘ Attivazione neutronica



Attivazione neutronica
                                     

ⓘ Attivazione neutronica

Il processo di attivazione neutronica consiste nellinduzione secondaria di radioattività in materiali sottoposti a un flusso di neutroni, e avviene quando i nuclei atomici catturano i neutroni liberi, diventando così più pesanti e passando a uno stato eccitato. Il nucleo eccitato spesso decade immediatamente per lemissione di particelle come neutroni, protoni, oppure particelle alfa. La cattura neutronica, anche dopo qualsiasi decadimento intermedio, spesso risulta nella formazione di un isotopo instabile. Questi nuclei radioattivi possono esibire tempi di dimezzamento che vanno da piccole frazioni di un secondo fino a molti anni. Un esempio di questo tipo di reazione nucleare avviene nella produzione dellisotopo cobalto-60 allinterno di un reattore nucleare:

59 27 Co + n → 60 27 Co

Il cobalto-60 decade per emissione di una particella β accompagnata da raggi gamma, diventando nichel-60. Questa reazione avviene con unemivita di circa 5.27 anni. Il fenomeno viene sfruttato come sorgente costante e affidabile di raggi gamma impiegati in medicina nucleare per la radioterapia con il cobalto-60.

In altri casi, e dipendendo dallenergia cinetica dei neutroni, la cattura di un neutrone può provocare la fissione nucleare la suddivisione del nucleo atomico in due nuclei più piccoli. Se la fissione richiede un apporto di energia, quella proviene dallenergia cinetica del neutrone. Un esempio di questo tipo di fissione verso elementi più leggeri può avvenire quando lunico isotopo stabile del berillio, il berillio-9, viene bombardato con neutroni veloci e va incontro alle seguenti reazioni nucleari:

9 4 Be + n → 24 2 He + 2n + energia

In altre parole, la cattura di un neutrone da parte del berillio-9 causa il suo splitting in due energetiche particelle alfa nucleari di elio-4 e due neutroni liberi. Infatti qualsiasi reazione nucleare che produca berillio-8 causa limmediato frazionamento "splitting" in due nuclei di elio-4 dal momento che il nucleo di berillio-8 è estremamente instabile.

In qualsiasi luogo con elevato flusso neutronico, come ad esempio allinterno dei core dei reattori nucleari, lattivazione neutronica contribuisce allerosione dei materiali, e i materiali stessi che costituiscono il reattore nei tempi lunghi divengono scorie radioattive di basso livello che devono essere scaricate con modalità particolari in luoghi appositi. Alcuni materiali sono più soggetti ad attivazione neutronica rispetto ad altri, dunque un adeguato materiale a bassa-attivazione può ridurre significativamente questi problemi. Un modo di dimostrare che davvero avviene la fusione nucleare allinterno di un fusore nucleare è quello di adoperare un contatore Geiger per misurare la radioattività prodotta in un sottile foglio di alluminio.

La radiazione risultante da unesplosione nucleare è in parte dovuta allattivazione neutronica che sperimentano i materiali stessi della bomba e il materiale circostante, in aggiunta ai prodotti di fissione. Per questa ragione lesplosione di una bomba termonucleare al suolo, con la conseguente attivazione del terreno, è molto più "sporca" rispetto allesplosione "standard" di una bomba a fusione a 5–10 km di quota.

                                     

1. Analisi per attivazione neutronica

Lattivazione con neutroni ha anche un altro utilizzo pratico. Lanalisi per attivazione neutronica è uno dei metodi più sensibili ha bassi limiti di quantificazione e specifici pochi falsi negativi e pochi falsi positivi per la ricerca di elementi in tracce. Non richiede la preparazione del campione oppure la sua solubilizzazione e può dunque essere applicata a oggetti che devono rimanere intatti, come ad esempio opere darte di grande valore. Anche se lattivazione induce radioattività nelloggetto in questione, il suo livello sarà tipicamente basso e la sua emivita corta, dunque i suoi effetti presto spariscono. In questo senso, la procedura di attivazione neutronica è un metodo di analisi non distruttiva.

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