Principios de análisis instrumental

822 Capítulo 32 Métodos radioquímicos <« Tapa de plomo removible Pozo Blindaje de plomo Cubierta del contador FIGURA 32.5 Contador de centelleo tipo pozo con un cristal Nai(TI). cia de elementos en la superficie de ese planeta, ubicar la distri– bución de agua, estudiar los casquetes polares de acuerdo con las estaciones e investigar la naturaleza de las explosiones de rayos gamma cósmicos. 32C MÉTODOS DE ACTIVACIÓN DE NEUTRONES Los métodos de activación se basan en la medición de la radiac– tividad o la radiación que se produce en muestras cuando son irradiadas con neutrones o partículas cargadas, como los iones hidrógeno, deuterio o helio. 8 El tipo más común de activación de neutrones se ilustra en la figura 32.6. Un neutrón es capturado por el núcleo diana para formar un núcleo compuesto excitado. La excitación del núcleo compuesto cesa casi de manera instantánea mediante la emisión de uno o más rayos gamma inmediatos carac– terísticos. En muchos casos se forma un nuevo núcleo radiac– tivo, el cual puede pasar por la desintegración ¡r hasta llegar a un núcleo producto excitado con la emisión de otro rayo gamma retrasado característico. El análisis mediante activación de neutrones (NAA, por sus siglas en inglés) se puede efectuar con mediciones de los rayos gamma inmediatos durante la irradiación o con la medición de los rayos gamma retrasados. Es más común esta última. 32C.1 Neutrones y fuentes de neutrones En los métodos de activación de neutrones se utilizan tres fuen– tes de neutrones: reactores, radionúclidos y aceleradores. Los tres producen neutrones de alta energía (del orden de mega-electron- 8 Mayor información sobre los métodos de activación se encuentra en Handbook of Prompt Gamma Activation Analysis with Neutron Beams, G. Molnar, ed., Dordrecht, Países Bajos: Kluwer Academic Publishers, 2004; Z. B. Alfassi y C. Chung, Prompt Gamma Neu tron Activation Analysis, Boca Ratón, FL: CRC Press, 1995; S. ]. Parry, Activation Spectrometry in Chemical Analysis, Nueva York: Wiley, 199 1; Activation Analysis, vols. 1 y 2, Z. B. Alfassi, ed., Boca Ratón, FL: CRC Press, 1989. voltios), que atraviesan por lo regular un material moderador que reduce su energía a pocas centésimas de un electronvoltio. La pérdida de energía en el moderador se produce por disper– sión elástica, en la que los neutro.nes salen del núcleo del material moderador y transfieren parte de su energía cinética al núcleo con el que chocan. Finalmente, los núcleos llegan a un equilibrio tér– mico con su entorno. Los neutrones con estas temperaturas (ener– gías de alrededor de 0.04 eV) se llaman neutrones lentos o térmicos y el proceso de transformación de los neutrones de alta energía en condiciones térmicas se llama termalización. Los moderado– res más efectivos son sustancias que contienen hidrógeno, como agua, óxido de deuterio y parafina. La mayoría de los métodos de activación utiliza neutrones térmicos, que reaccionan eficazmente con la mayoría de los ele– mentos de interés analítico. Sin embargo, para algunos de ellos más ligeros, como nitrógeno, oxígeno, flúor y silicio, los neutrones rápidos que tienen una energía de casi 14 MeV son más eficaces para inducir radiactividad. Por lo regular, estos neutrones de alta energía se producen en los aceleradores de partículas. Reactores Los reactores nucleares son una fuente de neutrones térmicos y se utilizan ampliamente para el análisis de activación. Un reactor típico que se utiliza en investigación tiene un flujo de neutrones de 10 11 a 10 14 n cm- 2 s- 1 (n es el número de neutrones). Esta ele– vada densidad de neutrones permite obtener límites de detección que, para muchos elementos, oscilan entre 10- 3 y lO f!g. Fuentes de neutrones radiactivas Los radionúclidos son fuentes de neutrones adecuadas y relativa– mente baratas para los análisis de activación. Sus densidades de flujo de neutrones oscilan entre alrededor de 10 5 y 10 10 n cm- 2 s- I. Debido a los flujos bajos, los límites de detección no son tan buenos como los alcanzados cuando se utiliza un reactor como fuente. Una fuente de neutrones radiactiva ordinaria es un elemento transuránico que experimenta una fisión espontánea en la que se producen neutrones. El ejemplo más común de este tipo de fuen– tes es el 252 Cf (californio-252), que tiene una vida media de 2.6 años. Alrededor de 3% de su desintegración se debe a una fisión espontánea, que produce 3.8 neutrones por fisión . Con este tipo de fuente se puede obtener una densidad de flujo térmico de alre– dedor de l 0 7 n cm- 2 s- I o superior. Los neutrones también se pueden producir al preparar una mezcla de un emisor alfa, como plutonio, americio o curio, con un elemento ligero, como berilio. Una fuente de este tipo que se utiliza comúnmente sigue la reacción ~Be + ~ He ~ 1 ~C + 6n + 5.7 MeV Para producir neutrones térmicos, se utiliza parafina como mode– rador. Aceleradores Existen en el mercado pequeños aceleradores de partículas carga– das, de los que se pueden colocar en una mesa, para la generación de neutrones. Un generador típico consta de una fuente que libera iones deuterio en un área donde son acelerados por un potencial