atw - International Journal for Nuclear Power | 04.2022

atw Vol. 67 (2022) | Ausgabe 4 ı Juli
FEATURE | OTHER APPLICATIONS 16
| Abb. 12
Doktorand Markus Trunk mit Probe zur Untersuchung an der Prompten Gamma-Aktivierungsanalyse an
der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRMII) der Technischen Universität München ©
Bernhard Ludewig, FRM II / TUM
oder in passenden Behältern auch als Flüssigkeiten
oder Gase. Chemische Bindungen verändern die
Resultate der Elementanalyse nicht. Ergebnis der
zerstörungsfreien Untersuchung ist ein Massenanteil
für das jeweilige Element über den gesamten
Probenkörper im Strahl, d. h. eine Bulkanalyse.
Die analytische Empfindlichkeit hängt hauptsächlich
vom Neutroneneinfangsquerschnitt der
Elemente ab, aber grundsätzlich können alle
chemischen Elemente mit der PGAA analysiert
werden. Einige Elemente können nur als Hauptbestandteile
identifiziert werden (O, C, Be, Bi), andere
können auch als Spurenelemente (B, Cd, Metalle
der seltenen Erde) bestimmt werden, mit Nachweisgrenzen
bis in den Nanogramm-Bereich. Meist
liegen die Nachweisgrenzen im Mikrogramm-
Bereich. Besondere Vorteile hat die Methode bei
der Untersuchung von leichten Elementen, insbesondere
bei Wasserstoff und Bor, die im part per
million- (ppm) beziehungsweise part per billion-
Bereich (ppb) – gewichtsbezogen – nachgewiesen
werden können 23 .
Die PPGA kann durch die In-beam-Neutronaktivierungsanalye
(ibNAA) ergänzt werden. Vorteil der
ibNAA ist, dass die Neutronselbstabsorption in
einem Neutronenstrahl viel einfacher zu korrigieren
ist als in einem isotropen Neutronenfeld und
die Energieniveaus der Neutronen homogener sind.
Mit der Hochflussbestrahlung werden viele
Elemente aktiviert, die darüber hinaus mit einer
besseren Empfindlichkeit nachgewiesen werden
können als mit PGAA alleine. Es können sogar
kurzlebige Nuklide (Halbwertszeiten von wenigen
Sekunden) nachgewiesen werden. PGAA und NAA
ergänzen einander. PGAA eignet sich für die
Bestimmung der Hauptbestandteile, mit NAA
können am besten Spurenelemente analysiert
werden 24 . Als Neutronenquellen kommen neben
Forschungsreaktoren, in denen ggf. unterschiedliche
Neutronenenergieniveaus und vor allem hohe
Flussdichten zur Verfügung stehen, besonders in
industriellen Anwendungen auch Alpha- (Am, Pu,
Ra) oder Gamma-Berylliumquellen (Sb) oder Spontanspaltungsquellen
(Cf-252) zum Einsatz.
Fast Neutron-induced Gamma-ray
Spectrometry (FaNGaS)
Im Gegensatz zu den oben genannten Verfahren,
die v. a. mit kalten, thermischen und epithermischen
Neutronen arbeiten, werden für die Fast
Neutron-induced Gamma-ray Spectrometry
schnelle Neutronen verwendet. Ein solches Instrument
findet sich ebenfalls am FRM II. Es besteht
aus einem gekühlten (elektrisch und mechanisch)
HPGE Detektor (High Purity Germanium), der zur
Datenerfassung mit einem Digital-Spektrometer
verbunden ist. Das gesamte System ist abgeschirmt.
FaNGaS ermöglicht die Bestrahlung von großen
Objekten. Die durch Spaltneutronen hervorgerufene
prompte Gammastrahlung (beispielsweise
aus (n,n’), (n,2n), (n,p) und (n,α) Reaktionen)
ermöglicht eine zerstörungsfreie qualitative sowie
quantitative Elementanalyse 25 .
C14-Datierung
Die C14-Methode beruht auf der Ermittlung des
Anteils des natürlich vorkommenden, radioaktiven
Nuklids Kohlenstoff-14, das aus stabilem atmosphärischem
Kohlenstoff durch kosmische Strahlung
gebildet wird und im Gewebe jedes Lebewesens
enthalten ist. Mit dem Tod nimmt der Gehalt
im Körper allmählich entsprechend der Halbwertszeit
von 5.700 Jahren ab. Die C14-Methode ist am
besten auf Fossilien und organische Artefakte
anwendbar, die zwischen 500 und 50.000 Jahre alt
sind. Auch andere Radionuklide sind für solche
Analysen geeignet, zum Beispiel Kalium-40. Mit
Rubidium-87 wurden die ältesten Mineralien der
Erde auf etwa vier Milliarden Jahre datiert.
Uran-Blei-Datierung
Die Uran-Blei-Datierung ist eine absolute Datierungsmethode,
bei der der radioaktive Zerfall von
Uranisotopen zur Datierung geologischer Proben
23 https://mlz-garching.de/pgaa/de
24 https://mlz-garching.de/naa/de
25 https://mlz-garching.de/fangas/de
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Jenseits der Stromerzeugung – vielfältiger Nutzen der Kerntechnik ı Nicolas Wendler