Anàlisis de reacció nuclear

El anàlisis de reacció nuclear (NRA, per les seues sigles en anglés) és un método nuclear en la ciència de materials per a obtindre distribucions de concentració vs. profunditat per a certs elements químics objectiu en una película prima i sòlida.

Si es irradian en núcleus proyectils en energies cinètiques seleccionats I_cinètica, estos elements diana poden experimentar una reacció nuclear en condicions de resonància per a una energia de resonància clarament definida. El producte de reacció sol ser un núcleu en un estat excitat que decau immediatament, emetent radiació ionizante.

Per a obtindre informació de profunditat, deu conéixer-se l'energia cinètica inicial del núcleu proyectil (que té que excedir l'energia de resonància) i la seua poder de detenció (pèrdua d'energia per distància recorreguda) en la mostra. Per a contribuir a la reacció nuclear, els núcleus dels proyectils tenen que disminuir la velocitat en la mostra per a alcançar l'energia de resonància. Aixina, cada energia cinètica inicial correspon a una profunditat en la mostra a on ocorre la reacció (quant més alta és l'energia, més profunda és la reacció).

Per eixemple, una reacció comunament utilisada per a perfilar hidrogen en un fes de ions de ¹⁵N enèrgic és

¹⁵N + ¹H → ¹²C + α + γ (4.965 MeV)

en una resonància quan el ion incident de ¹⁵ N té una energia de 6.385 MeV. Com el ion pert energia en el material, el fes de ions deu tindre una energia més alta que l'energia de resonància per a excitar-ho (és dir, per a emetre rajos gamma).

Esta reacció generalment s'escriu "¹H(¹⁵N,αγ)¹²C". És inelástico perque el valor Q no és zero (en este cas és 4.965 MeV). Les reaccions de retrodispersión de Rutherford (RBS) són elàstiques (Q = 0), i la secció travessera d'interacció (dispersió) σ donada per la famosa fòrmula derivada per Lord Rutherford en 1911. Pero les seccions travesseres que no - Rutherford (cridades EBS, espectrometria de retrodispersión elàstica) també pot ser resonante: per eixemple, la reacció ¹⁶O (α,α)¹⁶O té una resonància forta i molt útil a 3038.1 ± 1.3 keV.

En la reacció de ¹H(¹⁵N,αγ)¹²C (o inclús en la reacció inversa de ¹⁵N(p,αγ)¹²C), el raig γ emés és característic de la reacció i del número que es detecta en qualsevol energia incident. és proporcional a la concentració a la profunditat respectiva de l'hidrogen en la mostra. El perfil de concentració d'H s'obté després escanejant l'energia del fes incident de ¹⁵N.

L'hidrogen és un element inaccessible per a l'espectrometria de retrodispersión de Rutherford ya que res pot fer còpies de dispersió d'H (ya que tots els àtoms són més pesats que l'hidrogen). Pero a sovint s'analisa per mig de la detecció de reculada elàstica.

El NRA també es pot utilisar sense resonància (per supost, RBS no és resonante). Per eixemple, el deuteri es pot perfilar fàcilment en un fes de ³He sense canviar l'energia incident usant el

³He + D = &x3B1; + p + 18.353 MeV

reacció, generalment escrita ²H(³He,p)α. L'energia del protó ràpit detectat depén de la profunditat de l'àtom de deuteri en la mostra.