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Neutronen - Aktivierungs - Analyse (NAA)
Der Bestrahlungsdienst am BER II und das Labor für Neutronen - Aktivierungs - Analyse stellen Experimentiertechniken zur Verfügung, bei denen kernchemische Reaktionen mit Neutronen ausgenutzt werden.
Bei der Analyse von Spurenelementen werden Verfahren mit sehr niedrigen Nachweisgrenzen benötigt. Diese Messgenauigkeit kann mit der Neutronen - Aktivierungs - Analyse erreicht werden. Außerdem können die Proben in fester Form analysiert werden, mögliche Elementverluste werden dadurch weitgehend vermieden. Dies ist eine Voraussetzung insbesondere für die Analyse von Spurenelementen.
Technik der Neutronen - Aktivierungs - Analyse mit Reaktor - Neutronen zur Elementbestimmung in biologischen Substanzen
Es können bei der Neutronen - Aktivierungs - Analyse drei zeitlich aufeinander ablaufende Prozesse unterschieden werden:
- Wird eine Probe, wie in Abb.1 skizziert, einem Neutronenfeld ausgesetzt, so können kernchemische Reaktionen induziert werden. Einige der in ihr enthaltenden stabilen Nuklide werden in Radionuklide umgewandelt, die Probe wird aktiviert.
- Die entstehenden Radionuklide können erhebliche Halbwertszeiten haben. Es ist daher eine aus verschiedenen Gründen sinnvolle Zwischenbehandlung zwischen Bestrahlungsende und Meßanfang möglich.
- Die Aktivität der produzierten Radionuklide wird bei der Neutronen - Aktivierungs - Analyse fast ausschließlich durch Messung der von ihnen ausgesandten Gamma - Strahlung mit hochauflösenden Spektrometern bestimmt. Aus der Aktivität kann die Konzentration von in der Probe enthaltenen Elementen bestimmt werden.
Allgemeine Reaktionsgleichung
Abb.2 Allgemeine Reaktionsgleichung: A = Ausgangskern, B = Produktkern, C = Tochterkern ( i.a. stabil)
Die verschiedenen Bestrahlungsvorrichtungen im Betriebsbecken des Reaktors
Die Bestrahlungsvorrichtungen unterscheiden sich u.a. bezüglich der Neutronenflußdichte und der Zugriffszeit:
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Trockenbestrahlungs- vorrichtungen am Reflektorrand (TBR 1-3): download PDF-Datei (112 KB)
Drehbare Bestrahlungs- vorrichtung im Kern (DBVK) und Reflektor (DBVR): download PDF-Datei (131 KB)
Schnelle Rohrpost im Strahlrohr TI (SRT1): download PDF-Datei (134 KB)
Links: Anordnung der Bestrahlungsvorrichtungen im Betriebsbecken des Reaktors. Rechts: Bestrahlungsposition und Neutronenflußdichte in den Bestrahlungsvorrichtungen.
Die Proben
Das Probenmaterial wird mit einer geschlossenen Hülle aus einem hochreinen Werkstoff umgeben.
Bei kleineren Bestrahlungszeiten oder niedrigen Neutronenflüssen ist Polyethylen dafür sehr gut geeignet. Ansonsten werden abgeschmolzene Ampullen aus Quarzglas spezieller Chargen verwendet.
An Stellen hoher Neutronenflußdichte im Kernreaktor sind die Proben auch intensiver Gamma - Strahlung ausgesetzt. In Kernpositionen nimmt das Probenmaterial eine Dosis von etwa 1012 rad pro Stunde auf. Durch die Einwirkung dieser Strahlung werden die organischen Moleküle zerstört. Auch wird durch die Strahlenfelder in den Proben eine Wärmeleistung von bis zu 5 W /g deponiert.
Biologische Proben enthalten einen großen Anteil Wasser. Durch Erwärmung des Wassers und durch seine Radiolyse entstehen bei der Bestrahlung in geschlossenene Ampullen hohe Drücke. Vor Langzeitbehandlungen biologischer Proben ist daher ihre Trocknung obligatorisch. Hierbei werden Gefriertrockenverfahren oder Ofentrocknung eingesetzt.
Anwendung und Meßergebnisse:
Beispiel: Analyse von Selen in Blutbestandteilen, Lebergewebe und Herzmuskel - Biopsien: PDF-Datei (54 KB)
