การวิเคราะห์ธาตุด้วยเทคนิคการวัดรังสีแกมมาพรอมต์จากการอาบนิวตรอน
(Prompt Gamma Neutron Activation Analysis : PGNAA)
เครื่องมือ
- ลำนิวตรอนสำหรับระบบ PGNAA ของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย
- ระบบวัดรังสี HPGe ประสิทธิภาพสูง
วัตถุประสงค์
- วิเคราะห์ชนิดของธาตุและปริมาณธาตุโดยไม่ทำลายตัวอย่าง
สถานที่
อาคารเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย
ชื่อผู้ติดต่อ
วิเชียร รตนธงชัย
วิธีการวิเคราะห์
เทคนิคการวัดรังสีแกมมาพรอมต์จากการอาบนิวตรอน หรือ PGNAA เป็นการวิเคราะห์ชนิดของธาตุและปริมาณธาตุจากการเกิดปฏิกิริยาจับนิวตรอน (Neutron capture) และวัดรังสีแกมมาพรอมต์ (Prompt gamma ray) ที่ปลดปล่อยออกมาทันทีที่นิวเคลียสของธาตุได้รับนิวตรอน
เมื่อนิวเคลียสของธาตุได้รับเทอร์มัลนิวตรอน (Thermal neutron) ซึ่งเป็นนิวตรอนพลังงานต่ำ จะทำให้เกิดการรวมกันเป็นนิวเคลียสประกอบ (Compound) ในเวลาสั้นๆ ซึ่งจะให้รังสีแกมมาพรอมต์ออกมา และลดระดับพลังงานลงเป็นนิวเคลียสกัมมันตรังสี ที่มีการสลายตัวไปเป็นนิวเคลียสเสถียร โดยมีครึ่งชีวิตและการปลดปล่อยรังสีที่มีพลังงานจำเพาะออกมา
รูปที่ 1 ปฏิกิริยาจับนิวตรอน
การวิเคราะห์ด้วยเทคนิคการอาบนิวตรอน (Neutron activation analysis: NAA) โดยทั่วไปใช้การวัดรังสีแกมมาดีเลย์ (Delayed gamma ray) ที่ให้ออกมาจากการสลายตัวของนิวเคลียสกัมมันตรังสีหรือไอโ.ซโทปรังสี ซึ่งบางกรณี มีข้อจำกัดในการวิเคราะห์ เช่น ปฏิกิริยาจับนิวตรอนไม่ทำให้เกิดไอโซโทปรังสี หรือไอโซโทปรังสีมีครึ่งชีวิตยาวนานมาก ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาและอัตราการสลายตัวต่ำมาก หรือไอโซโทปรังสีมีครึ่งชีวิตที่สั้นมาก ทำให้สลายตัวหมดอย่างรวดเร็ว
การวิเคราะห์ด้วยเทคนิค PGNAA เป็นการวัดรังสีแกมมาพรอมต์ ที่ปลดปล่อยออกมาทันทีที่นิวเคลียสของธาตุได้รับนิวตรอน จึงต้องทำการติดตั้งระบบวัดรังสีแกมมาขณะที่ตัวอย่างได้รับนิวตรอน ขณะเดียวกัน ก็ต้องป้องกันไม่ให้หัววัดได้รับรังสีนิวตรอน โดยติดตั้งในแนวตั้งฉากกับลำนิวตรอน ดังรูปที่ 2 รังสีแกมมาพรอมต์ที่ปลดปล่อยออกมามีช่วงพลังงานกว้าง เป็นรังสีแกมมาพลังงานสูงและมีสเปกตรัมรังสีที่ซับซ้อน ระบบวัดรังสีที่ใช้จึงจำเป็นต้องมีประสิทธิภาพสูง (High efficiency detector)
รูปที่ 2 การติดตั้งอุปกรณ์การทดลองวัดรังสีแกมมาพรอมต์จากการอาบนิวตรอน
การวิเคราะห์ด้วยเทคนิค PGNAA นอกจากใช้ในการวิเคราะห์ชนิดของธาตุและปริมาณธาตุเช่นเดียวกับเทคนิค NAA โดยทั่วไปแล้ว สามารถใช้ในการวิเคราะห์ธาตุที่ NAA ปกติไม่สามารถทำได้เนื่องจากปฏิกิริยาจับนิวตรอนไม่ทำให้เกิดไอโซโทปรังสี เช่น โบรอน (B) ไฮโดรเจน (H) ออกซิเจน (O) ไนโตรเจน (N) คาร์บอน (C)