Η ανάλυση ενεργοποίησης νετρονίων (NAA) είναι μια πολύ ευαίσθητη και ακριβής μέθοδος προσδιορισμού των στοιχείων που υπάρχουν σε ένα δείγμα υλικού. Το δείγμα στοχεύεται με νετρόνια από μια ραδιενεργή πηγή. Αυτό προκαλεί πολλά από τα στοιχεία που υπάρχουν να εκπέμπουν ακτίνες γάμμα σε συγκεκριμένες συχνότητες, από τις οποίες μπορούν να αναγνωριστούν. Με αυτόν τον τρόπο μπορούν να εντοπιστούν περίπου 65 διαφορετικά στοιχεία. Είναι μια από τις πιο χρήσιμες επιστημονικές τεχνικές για τη διερεύνηση της στοιχειακής σύνθεσης των δειγμάτων και έχει πολλές εφαρμογές στην αναλυτική χημεία, τη γεωλογία, την εγκληματολογική επιστήμη και άλλους τομείς.
Όταν ένα νετρόνιο χτυπά τον πυρήνα ενός ατόμου, συχνά απορροφάται, σχηματίζοντας ένα βαρύτερο ισότοπο και εκπέμποντας μια ακτίνα γάμμα. Σε πολλές περιπτώσεις, αυτά τα ισότοπα είναι ασταθή και θα διασπαστούν σε άλλο, ελαφρύτερο, ισότοπο μετά από μια σύντομη καθυστέρηση, εκπέμποντας μία ή περισσότερες ακτίνες γάμμα σε ενέργειες που είναι χαρακτηριστικές για αυτό το ισότοπο. Για παράδειγμα, το πιο κοινό ισότοπο νατρίου – το νάτριο-23 – μπορεί να απορροφήσει ένα νετρόνιο, σχηματίζοντας το ασταθές ισότοπο νατρίου-24, το οποίο στη συνέχεια διασπάται σε μαγνήσιο-24, εκπέμποντας δύο ακτίνες γάμμα σε συγκεκριμένες ενέργειες. Μετρώντας τις ενέργειες των ακτίνων γάμμα και την ποσότητα που εκπέμπεται, τα στοιχεία που υπάρχουν και η αφθονία τους μέσα στο δείγμα μπορούν να προσδιοριστούν και τα δύο. Η αρχική ακτίνα γάμμα, που εκπέμπεται αμέσως όταν απορροφάται το νετρόνιο είναι γνωστή ως άμεση ακτίνα γάμμα, αλλά συνήθως μετρώνται οι καθυστερημένες ακτίνες γάμμα.
Η ανάλυση ενεργοποίησης νετρονίων είναι μια πολύ ευαίσθητη τεχνική. Μπορεί να ανιχνεύσει στοιχεία σε ένα μέρος ανά εκατομμύριο ή λιγότερο, και σε ορισμένες περιπτώσεις, έως ένα μέρος ανά δισεκατομμύριο. Η μέθοδος είναι επίσης πολύ ευέλικτη, καθώς μπορεί να αναλύσει δείγματα σε στερεές, υγρές και αέριες μορφές και μπορεί να χειριστεί μεγέθη δειγμάτων έως και 0.000035 ουγγιές (0.001 γραμμάρια).
Η πηγή νετρονίων είναι μερικές φορές γνωστή ως όπλο νετρονίων. Όταν ορισμένα ελαφρά στοιχεία υποβάλλονται σε σωματίδια άλφα, οι πυρήνες τους εκπέμπουν νετρόνια. Το στοιχείο βηρύλλιο είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για το σκοπό αυτό. Με την ανάμειξη του βηρυλλίου με μια πηγή σωματιδίων άλφα, όπως το πλουτώνιο 239 ή το ράδιο 226, μπορεί να δημιουργηθεί μια ισχυρή πηγή νετρονίων. Αυτό μπορεί να εγκλωβιστεί σε κατάλληλη θωράκιση ακτινοβολίας, αλλά με ένα άνοιγμα όπου μπορούν να αναδυθούν τα νετρόνια.
Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται επίσης ως πηγές νετρονίων. Στις ΗΠΑ, στο Oak Ridge του Τενεσί, ο αντιδραστήρας ισοτόπων υψηλής ροής (HFIR) παρέχει μια πηγή νετρονίων στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge, καθιστώντας το σημαντικό κέντρο ανάλυσης ενεργοποίησης νετρονίων. Τα ραδιενεργά στοιχεία που παράγουν νετρόνια μέσω της πυρηνικής σχάσης, για παράδειγμα το καλιφόρνιο-252, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε μικρότερη κλίμακα, επιτρέποντας τη χρήση πηγών νετρονίων μεγέθους επιφάνειας εργασίας.
Η ανάλυση ενεργοποίησης νετρονίων έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη μεταποιητική βιομηχανία για την ανίχνευση ακαθαρσιών σε μέταλλα, στη βιολογία για τη διερεύνηση του μεταβολισμού των ιχνοστοιχείων, στη γεωλογία για την ανάλυση δειγμάτων πετρωμάτων και εδάφους και στην εγκληματολογική επιστήμη για τη λήψη κρίσιμων πληροφοριών από δείγματα σκηνής εγκλήματος. Ένα πολύ γνωστό συγκεκριμένο παράδειγμα ανάλυσης ενεργοποίησης νετρονίων σε δράση είναι η διαπίστωση ότι όλα τα θραύσματα σφαίρας από τη σκηνή της δολοφονίας του John F. Kennedy προήλθαν από τις ίδιες δύο σφαίρες, που εκτοξεύτηκαν από το ίδιο όπλο. Ένα άλλο παράδειγμα ήταν η ανακάλυψη ενός στρώματος ιζήματος πλούσιου σε ιρίδιο στο όριο μεταξύ της κρητιδικής και της τριτογενούς γεωλογικής περιόδου, υποδεικνύοντας μια μεγάλη πρόσκρουση μετεωρίτη που συνέπεσε λίγο πολύ με ένα γεγονός μαζικής εξαφάνισης που σηματοδότησε τον θάνατο των δεινοσαύρων.