17 • Méthodes de dosage par marquage
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17.12 ANALYSE PAR ACTIVATION NEUTRONIQUE (NAA)
Une soixantaine d’éléments peuvent être identifiés et dosés après avoir été transformés en
radio-isotopes de ces mêmes éléments par irradiation au moyen de particules. Cette méthode
de marquage, dont la sensibilité dépend de l’élément (de 1000ppm au ppb), fait partie du
domaine de l’analyse nucléaire multiélémentaire. L’activation par des neutrons est la plus
employée car la technique est comparativement plus facile d’accès que celles faisant appel
aux particules chargées. La capture d’un ou plusieurs neutrons par un noyau cible conduit à
des isotopes de masses supérieures de l’élément correspondant, dont certains sont instables
et se décomposent généralement par radioactivité de type b − (voir équation ci-dessous).
La radioactivité totale, qui naît au sein d’un échantillon formé de plusieurs éléments —
chacun constitué d’une famille isotopique — conduit évidemment à un spectre d’émission
complexe.
A
Z
X +
1
0
n −→
A+1
Z
X
∗ b −
−→
A+1
Z +1
Y
L’activité totale de l’échantillon diminue avec le temps, en suivant une courbe correspondant
à l’enveloppe des activités superposées (à décroissance exponentielle) de chaque radionucléide présent. Cette activité globale ne permet pas, sauf cas exceptionnel, de retrouver la
nature des éléments formés.
Le spectre b − étant continu, on ne peut reconnaître la composition des éléments par
le simple examen du rayonnement. On recherche plutôt l’émission g, caractéristique de
chaque nucléide, qui accompagne l’émission b − . Ce rayonnement donne naissance à un
spectre situé dans le même domaine que celui de la fluorescence X .
17.13 SOURCES DE NEUTRONS THERMIQUES
La probabilité de provoquer une transformation nucléaire dépend du nucléide et de l’énergie
des neutrons, facteurs réunis dans un paramètre appelé section efficace. Parmi les procédés
connus pour irradier un échantillon avec des neutrons, figure le recours aux flux intenses,
de 10 14 à 10 18 neutrons·m −2 ·s −1 , disponibles dans les réacteurs nucléaires d’au moins
100 kW. Pour un analyte dont la concentration est très faible, on atteint en quelques minutes des niveaux d’activation suffisants, même si l’isotope formé à une période longue.
Le procédé impose quelques restrictions concernant l’échantillon à traiter. Celui-ci doit être
thermiquement stable et de préférence sous forme solide. Il est enfermé dans un tube avec
un témoin de concentration connue à usage d’étalon, avant d’être introduit dans le réacteur
pourvu d’emplacements d’irradiation.
Pour éviter ces contraintes logistiques et coûteuses, de petites sources de neutrons constituées d’un émetteur a (quelques mg de 241 Am ou de 124 Sb) encapsulé dans une enveloppe
de béryllium ont été développées. L’équation nucléaire génératrice de neutrons, est la suivante :
4
2
He +
9
4
Be −→
12
6
C +
1
0
n
Une variante est constituée par quelques mg de 252 Cf (t = 2,6 ans, source de neutrons rapides (2 MeV), ralentis par collision sur des atomes d’hydrogène (2,4·10 6 neutrons
·s −1 · mg −1 ). Ces sources de faible intensité libèrent quelques millions de neutrons par seconde. Elles permettent de doser une vingtaine d’éléments.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
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17.12 ANALYSE PAR ACTIVATION NEUTRONIQUE (NAA)
Une soixantaine d’éléments peuvent être identifiés et dosés après avoir été transformés en
radio-isotopes de ces mêmes éléments par irradiation au moyen de particules. Cette méthode
de marquage, dont la sensibilité dépend de l’élément (de 1000ppm au ppb), fait partie du
domaine de l’analyse nucléaire multiélémentaire. L’activation par des neutrons est la plus
employée car la technique est comparativement plus facile d’accès que celles faisant appel
aux particules chargées. La capture d’un ou plusieurs neutrons par un noyau cible conduit à
des isotopes de masses supérieures de l’élément correspondant, dont certains sont instables
et se décomposent généralement par radioactivité de type b − (voir équation ci-dessous).
La radioactivité totale, qui naît au sein d’un échantillon formé de plusieurs éléments —
chacun constitué d’une famille isotopique — conduit évidemment à un spectre d’émission
complexe.
A
Z
X +
1
0
n −→
A+1
Z
X
∗ b −
−→
A+1
Z +1
Y
L’activité totale de l’échantillon diminue avec le temps, en suivant une courbe correspondant
à l’enveloppe des activités superposées (à décroissance exponentielle) de chaque radionucléide présent. Cette activité globale ne permet pas, sauf cas exceptionnel, de retrouver la
nature des éléments formés.
Le spectre b − étant continu, on ne peut reconnaître la composition des éléments par
le simple examen du rayonnement. On recherche plutôt l’émission g, caractéristique de
chaque nucléide, qui accompagne l’émission b − . Ce rayonnement donne naissance à un
spectre situé dans le même domaine que celui de la fluorescence X .
17.13 SOURCES DE NEUTRONS THERMIQUES
La probabilité de provoquer une transformation nucléaire dépend du nucléide et de l’énergie
des neutrons, facteurs réunis dans un paramètre appelé section efficace. Parmi les procédés
connus pour irradier un échantillon avec des neutrons, figure le recours aux flux intenses,
de 10 14 à 10 18 neutrons·m −2 ·s −1 , disponibles dans les réacteurs nucléaires d’au moins
100 kW. Pour un analyte dont la concentration est très faible, on atteint en quelques minutes des niveaux d’activation suffisants, même si l’isotope formé à une période longue.
Le procédé impose quelques restrictions concernant l’échantillon à traiter. Celui-ci doit être
thermiquement stable et de préférence sous forme solide. Il est enfermé dans un tube avec
un témoin de concentration connue à usage d’étalon, avant d’être introduit dans le réacteur
pourvu d’emplacements d’irradiation.
Pour éviter ces contraintes logistiques et coûteuses, de petites sources de neutrons constituées d’un émetteur a (quelques mg de 241 Am ou de 124 Sb) encapsulé dans une enveloppe
de béryllium ont été développées. L’équation nucléaire génératrice de neutrons, est la suivante :
4
2
He +
9
4
Be −→
12
6
C +
1
0
n
Une variante est constituée par quelques mg de 252 Cf (t = 2,6 ans, source de neutrons rapides (2 MeV), ralentis par collision sur des atomes d’hydrogène (2,4·10 6 neutrons
·s −1 · mg −1 ). Ces sources de faible intensité libèrent quelques millions de neutrons par seconde. Elles permettent de doser une vingtaine d’éléments.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit