L’analyse par activation neutronique

La radiation permet d’analyser avec une précision sans égal un échantillon, sans l’abîmer, et de détecter les contaminations mêmes les plus réduites.

Les radiations sont généralement perçues comme un contaminant. Pourtant, dans bien des cas, plutôt que d’être une source, elles peuvent servir à révéler en grand détail la contamination d’un échantillon. On parle alors d’analyse par activation neutronique. Il s’agit d’irradier l’échantillon, ce qui « réveille » le noyau des substances présentes, qui à leur tour émettent des isotopes radioactifs (d’où le nom d’activation neutronique). Leur identification est possible avec certitude car chaque élément dispose d’un rayonnement gamma qui lui est propre. Il est également possible de quantifier les traces et même les ultra-traces.

Pour détecter la totalité des éléments, il est parfois nécessaire de faire appel à plusieurs modes d’irradiation. La technique dispose ainsi d’un spectre d’utilisation qui couvre de nombreux domaines, allant de la médecine, la nutrition, la biologie, la chimie, l’environnement, l’archéologie à l’exploitation minière. 80 % des analyses faites par activation le sont grâce à une irradiation aux neutrons (ils permettent d’identifier et de quantifier une soixantaine d’éléments dont une quarantaine après une seule irradiation). Il est également possible d’utiliser des photons ou des particules chargées (charged particles activation analysis – CPAA) pour obtenir des résultats complémentaires le cas échéant.

La technique est d’abord théorisée pat Walther Wilhelm Georg Bothe et Herbert Becker dans les années 30, puis se développe au cours des décennies suivantes, principalement dans les laboratoires européens de Joliot à Paris, Fermi à Rome, Hahn et Meitner à Berlin. Aujourd’hui, le site le mieux équipé est le Laboratoire Pierre Süe, à Saclay [1].

L’analyse par activation neutronique présente plusieurs avantages :

• Elle offre une sensibilité très élevée par rapport aux autres techniques (10 ⁻¹² g, parfois moins) ;
• Elle ne nécessite que de petites quantités de matériel de l’échantillon (100 à 200 milligrammes) ;
• Elle évite de devoir réduire la taille de l’échantillon, ce qui la rend non-destructive, et permet d’éviter unemodificationde matériaux complexes (métaux, semi-conducteurs, échantillons archéologiques, biologiques, géologiques…) ;
• Elle se fait à un coût relativement faible ;
• Il est possible d’analyser plusieurs échantillons simultanément.

Elle implique toutefois des contraintes difficilement réductibles, notamment les équipements lourds nécessaires à l’irradiation et la manipulation de substances radioactives (l’analyse peut dans certains cas générer de la radioactivité sur l’échantillon). Il faut également prendre gare à ne pas accidentellement contaminer l’échantillon en le manipulant (les résultats de l’analyse sont si sensibles qu’il faut un équipement spécial pour le préserver). De plus, le temps de réponse des radio-isotopes utilisés peut atteindre plusieurs jours, ce qui peut la rendre assez lente.

Aussi, à ce jour, l’analyse par activation neutronique est surtout utilisée pour des cas spécifiques, notamment vérifier les résultats obtenus par d’autres méthodes plus rapides qui n’ont pas sa fiabilité, ou pour des analyses de traces dans les cas difficiles.

[1] J. Phys. IV France – L’analyse par activation de neutrons de réacteur