И это всё о нём. Место рентгеновского излучения среди других видов ионизирующих излучений Е. В. Штрыкова (№2, 2013)
Главный специалист-эксперт отдела специализированного надзора за радиационной безопасностью Межрегионального управления № 153 Федерального медико-биологического агентства Е.В. Штрыкова
Радиоактивность – это спонтанный (самопроизвольный) распад ядер со строго определенной вероятностью, сопровождающийся ядерным (ионизирующим) излучением.
Рентгеновское излучение по своей природе относится к волновому (фотонному) излучению, которое в шкале электромагнитных излучений (ЭМИ) следует за ультрафиолетовым излучением и имеет меньшую длину волны.
По способу взаимодействия с облучаемым объектом все ионизирующие излучения можно разделить на три вида: корпускулярное излучение с массой покоя и зарядом (альфа-, бета-, протонное, мезонное и пр.); корпускулярное излучение с массой покоя, но без заряда (нейтронное) и электромагнитное излучение (гамма- и рентгеновское).
Что отличает генерируемые ионизирующие излучения от ионизирующих излучений ядерного происхождения? Эти излучения различны по своему происхождению (поспособу генерирования) со всеми вытекающими из этого последствиями. Характеристики ядерного излучения (такие как: вид излучения, энергия, период полураспада, ионизирующая и проникающая способности и многие другие) зависят исключительно от свойств распадающегося ядра и не могут быть изменены по желанию человека.
То есть, рентгеновское излучение, также как и ядерные излучения, относится к ионизирующему излучению (ИИ). Общим свойством всех ионизирующих излучений является их характер действия на окружающую среду, через которую проходит излучение, а именно, способность излучения при взаимодействии со средой передавать ей свою энергию. Эта энергия достаточно велика, чтобы в процессе взаимодействия со средой ядерного излучения (независимо от его вида) и рентгеновского излучения произвести ионизацию и (или) возбуждение атомов среды. По этой причине все излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию ионов разных знаков, называются ионизирующими.
Удельная ионизация (линейная плотность ионизации ЛПИ) – число ионных пар на единице длины пробега. Сравним удельную ионизацию альфа-, бета- и рентгеновского излучений. Например, в воздухе на 1 см пробега альфа-частиц с энергией 1 МэВ образуется 40 тысяч пар ионов, для бета-частиц такой же энергии – примерно в 800 раз меньше. Плотность ионизации фотонного излучения примерно на два порядка меньше, чем бета-излучения. К примеру, при поглощении фотона с энергией 100 кэВ в воздухе образуется примерно 3 тыс. пар ионов, при длине пробега порядка 50 м.
Виды ионизирующих излучений
Все свойства ИИ спонтанны
Все свойства ИИ регулируемы
Электромагнитные волны (ЭМВ)
Нет массы покоя и заряда
Нет массы покоя и заряда
К примеру, ускорен-ные электроны
Моноэнергетические (С одинаковой начальной энергией)
Тормозное (непрерывный энергетический спектр)
Характеристи-ческое (диск-ретный спектр энергии)
Нейтронное (масса покоя, нет заряда).
Корпускулярное, но косвенно ионизирующее
Механизмы ионизации облучаемой среды каждым из трех вышеназванных видов ИИ различны. Корпускулярное излучение (к примеру, альфа- и бета-) относится к классу непосредственно ионизирующего излучения, в то время как нейтроны (частицы без заряда) и фотоны сами не производят ионизации, поэтому относятся к косвенно ионизирующему излучению. При их попадании в среду на первом этапе должно появиться непосредственно ионизирующее излучение, которое и производит ионизацию. В среде, пронизываемой фотонами, конечные эффекты (ионизация и возбуждение) происходят не за счет прямого взаимодействия фотонов со средой, а через посредство вторичных электронов и позитронов. Фотон является слабо ионизирующей частицей, испытывающей редкие взаимодействия (но теряющей при каждом взаимодействии значительную часть своей энергии).
Своеобразно, косвенным образом, ионизируют среду нейтроны. Нейтроны различных энергий могут создавать в облучаемой среде разнообразные непосредственно ионизирующие частицы: протоны, альфа-частицы, ядра отдачи и пр., а также могут образовывать новые радиоизотопы (наведенная активность).
Для каждого вида излучений пространственное распределение поглощенной энергии, затраченной на «производство» пар ионов по всей длине пробега излучения в облучаемой среде и последствия этого, в том числе радиобиологические эффекты, имеют явно выраженную специфику. Чем больше потери энергии на единице пути пробега излучения, тем меньше пробег. Очень малую длину пробега в среде имеет альфа-излучение в силу того, что оно обладает самой большой удельной ионизацией или плотностью ионизации. Это значит, что альфа-частицы расходуют (на ионизацию) всю свою энергию на очень малой длине пробега; иными словами, альфа-излучение имеет самую большую величину линейной передачи энергии (ЛПЭ–пространственное распределение энергии вдоль траектории частицы), (кэВ/мкм). Отметим, что гамма- и рентгеновское излучения имеют самую низкую величину ЛПЭ.
Таким образом, при равенстве энергий длина пробега в среде бета-излучения будет значительно больше, чем альфа-излучения. Особенностью рентгеновского и гамма-излучений является их самая большая проникающая способность (при малой плотности ионизации).
Физические свойства рентгеновского излучения
ЛПЭ – это энергия, локально переданная среде движущейся заряженной частицей при перемещении ее на некоторое расстояние, к этому расстоянию: ЛПЭ=dE/dl.
Все электромагнитное излучение может быть представлено как непрерывный спектр от низкого энергетического уровня до высокого: от радиоволн (волн Герца) до космического излучения (или излучения, получаемого в мощных ускорителях). Не все типы электромагнитных излучений (ЭМИ) относятся к категории ионизирующих. Среди ЭМИ только те способны вызвать ионизацию атомов облучаемой среды, энергетические кванты которых по меньшей мере равны энергии связи электронов в атоме. Эта энергия связи для некоторых металлов порядка 4 эВ и УФ-излучение с длинами волн ниже 3000 Å способны вызвать ионизацию этих металлов. Между тем название «ионизирующее излучение» сохраняется только за излучением, способным ионизировать воздух, то есть кванты которых имеют энергию выше чем 15 эВ.
Согласно этому, ионизирующими свойствами обладают излучения, расположенные в шкале ЭМИ правее УФ-излучения.
Переход от одного вида электромагнитного излучения к другому достаточно условен. В представленном выше спектре ЭМИ рентгеновское
и гамма-излучение одной длины волны – это одни и те же фотоны, различие состоит, во-первых, в их происхождении и, во-вторых, в том, что рентгеновское излучение состоит из двух компонент (тормозное и характеристическое излучение). Несмотря на то, что поглощающие свойства рентгеновского и гамма-излучения при равных энергиях одинаковы, но распределение его в теле из-за разной однородности (по энергии) различно.
Сравнительные данные для различных электромагнитных излучений
Область спектра
Длина волны (l), нм
Частота (n), герц
Энергия кванта (hn), эВ
Видимые лучи
4,3×10 14
5×10 14
6×10 14
7,7×10 14
8,6×10 14
10 15
1,5×10 15
3×10 16
Рентгеновское излучение
3×10 17
3×10 18
3×10 19
3×10 20
1250
1,25×10 4 (12,5 кэВ)
1,25×10 5 (125 кэВ)
1,25×10 6
Гамма-излучение (условная граница диапазона)
3×10 21
1,25×10 7
Электромагнитное излучение обладает следующими свойствами:
Для понимания формирования рентгеновского изображения также используется понятие «фотоны», энергия которых и определяет взаимодействие излучения с телом пациента, рентгеновской пленкой, усиливающими экранами и др. объектами.
Перечислим основные свойства рентгеновского излучения, делающие этот вид ионизирующего излучения незаменимым в визуальной диагностике:
4. Рентгеновское излучение, обладая высокой энергией и воздействуя на вещество, приводит к его ионизации.
Генерирование рентгеновского излучения
Практический путь получения рентгеновского излучения – это «разгон» электронов (электрическим полем) до высоких энергий и «обстрел» ими атомов вещества-мишени (анода). Рентгеновское излучение возникает при резком торможении высокоэнергетических электронов на аноде рентгеновской трубки.
Согласно классической теории электромагнетизма электрический заряд, подвергнутый ускорению (положительному или отрицательному), при резком торможении в электрическом поле ядер атомов мишени испускает электромагнитное излучение. Генерируемое таким способом рентгеновское излучение состоит из двух компонент: тормозного и характеристического рентгеновского излучения.
Количественное соотношение характеристической и тормозной компонент в значительной степени зависит от напряжения на рентгеновской трубке. Рентгеновское излучение, используемое для диагностических целей, почти полностью состоит из тормозного излучения.
Рентгеновская трубка является основным элементом любого рентгеновского аппарата. В ней происходит генерирование рентгеновского излучения. Рентгеновская трубка представляет собой высоковольтный электровакуумный прибор с двумя электродами: катодом (-) и анодом (+).
В последнее время появились рентгеновские трубки с сеточным управлением, которые позволяют формировать импульсы рентгеновского излучения с крутыми фронтами. Это особенно важно для рентгеноскопии.
Электроны разгоняются сильным электрическим полем (главная цепь), которое создается высоким напряжением (Ua), приложенным между электродами.
Катод имеет вольфрамовую нить, которая накаливается электрическим током и служит источником свободных электронов. На нить накала подается небольшое, около 10 В, напряжение. В этом случае (в электронных рентгеновских трубках) используется явление термоэлектронной эмиссии электронов. Чем выше температура катода, тем больше скорость испускания электронов и их количество. Далее к электродам рентгеновской трубки подводится высокое напряжение, и электроны устремляются к положительно заряженному аноду.
Конструкция рентгеновских трубок может быть разной в зависимости от условий применения и предъявляемых требований. В рентгенодиагностике применяются излучатели двух типов: излучатель в виде защитного кожуха с рентгеновской трубкой стационарного аппарата и излучатель в виде моноблока. Надежная работа излучателя возможна только при условии, что он не перегрет. При неправильной эксплуатации (превышение допустимой мощности, слишком частые включения, несоблюдение перерывов между отдельными включениями) трубка может выйти из строя.
Моноблочная конструкция позволяет обойтись без высоковольтных кабелей и разъемов, благодаря чему экономятся масса и габаритные размеры.
Почти вся кинетическая энергия тормозящихся электронов превращается в тепловую энергию, и лишь малая доля порядка 1 % превращается в энергию рентгеновского излучения. Поэтому в трубках должно предусматриваться охлаждение анода. Вследствие эрозии анода интенсивность рентгеновского излучения в процессе эксплуатации трубки падает. За срок службы трубки принимается такое количество включений на предельных режимах, за которое доза излучения уменьшается не более чем на 30 %. Это
1000-40 000 включений.
Электрическая мощность рентгеновской трубки (Р, кВт) – это произведение максимального анодного напряжения (кВ) на среднее значение анодного тока (А):
Допустимая мощность, то есть мощность, которую можно подвести к аноду трубки без его перегрева, зависит от длительности рабочего включения трубки: чем меньше выдержка, тем больше допустимая мощность.
Допустимая мощность определяется также видом схемы выпрямления рентгеновского аппарата. В трехфазных аппаратах допустимая мощность в 1,5 раза больше, чем в однофазных.
Таким образом, рентгеновским питающим устройством определяется возможность работы рентгеновского аппарата в импульсном режиме, а также нагрузочная способность трубки является важным фактором, влияющим на качество изображения.
Участок поверхности анода, на котором тормозятся электроны, называется действительнымфокусным пятном. Рентгеновское излучение распространяется от фокусного пятна прямолинейно в виде расходящегося пучка. При практическом использовании рентгеновского излучения важно, чтобы рентгеновская трубка имела небольшое, резко выраженное фокусное пятно. Формирователи пучка излучения – фильтры, диафрагмы, тубусы – служат для направления пучка и ограничения зоны облучения, соответственно снимаемому объекту.
В рентгенодиагностике применяются излучатели двух типов: излучатель в виде защитного кожуха с рентгеновской трубкой стационарного аппарата и излучатель в виде моноблока.
Рентгеновская трубка, свинцовая защита от неиспользуемого излучения и пр. закрепляются в защитный кожух, представляющий собой отрезок металлической трубы с отверстиями для присоединения высоковольтных кабелей и окно, через которое выходит рабочий пучок излучения. Кожух заполняют трансформаторным маслом. Эта конструкция называется рентгеновским излучателем. Его надежная работа возможна только при условии, что он не перегрет: наружная температура кожуха – не более 80 0 С.
Моноблок отличается от кожуха тем, что кроме перечисленных выше элементов, он содержит высоковольтный трансформатор, выпрямители и трансформатор накала. Моноблочная конструкция позволяет обходиться без высоковольтных кабелей и разъемов.
Чем выше разность потенциалов (Ua) между катодом и анодом, тем больше энергия электронов. Для возбуждения рентгеновского излучения на рентгеновскую трубку нужно подать напряжение порядка нескольких тысяч вольт (нескольких десятков кВ); при этом идеальной формой кривой напряжения является постоянное напряжение. Величина напряжения на рентгеновской трубке Ua (кВ) определяет такую важную характеристику рентгеновского излучения, как его максимальную энергию Емакс(кэВ), а значит и проникающую способность рентгеновского излучения.
В зависимости от применяемого при медицинской рентгенографии напряжения на рентгеновской трубке технику производства рентгенограмм по «жесткости» излучения можно разделить на 3 вида:
Ортопантомография до 125 кВ, компьютерная томография – 100-150 кВ.
В соответствии с принципом нормирования (ОСПОРБ-99/2010):
облучение пациентов всегда преднамеренно и добровольно, поскольку предназначено принести им больше пользы от уточнения диагноза, чем вреда от дополнительного облучения.
Поэтому методы регулирования медицинского облучения пациентов должны быть соразмерны получаемой ими пользе и не должны препятствовать оказанию необходимой медицинской помощи.
В качестве альтернативы можно использовать источники гамма-излучения без необходимости в сложном источнике питания, что упрощает использование в небольших портативных приборах.
Дисперсия
При энергодисперсионном анализе флуоресцентные рентгеновские лучи, испускаемые образцом материала, направляются в твердотельный детектор, который производит «непрерывное» распределение импульсов, напряжения которых пропорциональны энергиям поступающих фотонов. Этот сигнал обрабатывается многоканальным анализатором (MCA), который формирует накапливаемый цифровой спектр, который можно обработать для получения аналитических данных.
Обнаружение
В спектрально-дисперсионном анализе одно длинноволновое излучение, создаваемое монохроматором, проходит в фотоумножитель (детектор, подобный счетчику Гейгера ), который считает отдельные фотоны по мере их прохождения. Счетчик представляет собой камеру, содержащую газ, ионизируемый рентгеновскими фотонами. Центральный электрод заряжается (обычно) +1700 В по отношению к проводящим стенкам камеры, и каждый фотон запускает импульсный каскад тока через это поле. Сигнал усиливается и преобразуется в накопительный цифровой счет. Затем эти подсчеты обрабатываются для получения аналитических данных.
Интенсивность рентгеновского излучения
Процесс флуоресценции неэффективен, а вторичное излучение намного слабее первичного. Кроме того, вторичное излучение от более легких элементов имеет относительно низкую энергию (длинную длину волны) и низкую проникающую способность, а также сильно ослабляется, если луч проходит через воздух на любое расстояние. По этой причине для высокопроизводительного анализа путь от трубки до образца и детектора поддерживается под вакуумом (остаточное давление около 10 Па). На практике это означает, что большая часть рабочих частей инструмента должна располагаться в большой вакуумной камере. Проблемы поддержания движущихся частей в вакууме, а также быстрого ввода и извлечения образца без потери вакуума создают серьезные проблемы для конструкции прибора. Для менее требовательных приложений или когда образец поврежден вакуумом (например, летучий образец), можно заменить рентгеновскую камеру с продувкой гелием с некоторой потерей интенсивностей с низким Z (Z = атомный номер ).
Химический анализ
Использование первичного рентгеновского луча для возбуждения флуоресцентного излучения от образца было впервые предложено Глокером и Шрайбером в 1928 году. Сегодня этот метод используется в качестве неразрушающего аналитического метода и как инструмент управления процессом во многих экстрактивных и обрабатывающие производства. В принципе, самым легким элементом, который можно проанализировать, является бериллий (Z = 4), но из-за инструментальных ограничений и низкого выхода рентгеновского излучения для легких элементов часто бывает трудно количественно определить элементы легче натрия (Z = 11), если не вносятся фоновые исправления и очень всеобъемлющие межэлементные исправления.
Энергодисперсионная спектрометрия
В энергодисперсионных спектрометрах (EDX или EDS) детектор позволяет определять энергию фотона при его обнаружении. Исторически детекторы основывались на кремниевых полупроводниках в форме кремниевых кристаллов с дрейфом лития или кремниевых пластин высокой чистоты.
Si (Li) детекторы
Детекторы пластин
Усилители
Обработка
Значительные вычислительные мощности затрачиваются на коррекцию наложения импульсов и извлечение данных из плохо разрешенных спектров. Эти сложные процессы коррекции, как правило, основаны на эмпирических зависимостях, которые могут изменяться со временем, поэтому требуется постоянная бдительность для получения химических данных адекватной точности.
Цифровые импульсные процессоры широко используются в высокопроизводительных ядерных контрольно-измерительных приборах. Они способны эффективно уменьшать скопление и сдвиги базовой линии, что упрощает обработку. Встроенный фильтр нижних частот улучшает отношение сигнал / шум. Цифровой импульсный процессор требует значительного количества энергии для работы, но обеспечивает точные результаты.
использование
Спектрометры EDX отличаются от спектрометров WDX тем, что они меньше, проще по конструкции и имеют меньше инженерных деталей, однако точность и разрешение спектрометров EDX ниже, чем у WDX. В спектрометрах EDX также могут использоваться миниатюрные рентгеновские трубки или источники гамма-излучения, что удешевляет их, позволяет их миниатюризировать и переносить. Этот тип инструментов обычно используется для портативных приложений проверки качества, таких как проверка игрушек на содержание свинца (Pb), сортировка металлолома и измерение содержания свинца в краске для жилых помещений. С другой стороны, низкое разрешение и проблемы с низкой скоростью счета и длительным мертвым временем делают их хуже для высокоточного анализа. Однако они очень эффективны для высокоскоростного многоэлементного анализа. Переносные полевые XRF-анализаторы, представленные в настоящее время на рынке, весят менее 2 кг и имеют пределы обнаружения порядка 2 частей на миллион свинца (Pb) в чистом песке. С помощью сканирующего электронного микроскопа и EDX исследования были расширены до образцов на органической основе, таких как биологические образцы и полимеры.
Спектрометрия с дисперсией по длине волны
В спектрометрах с дисперсией по длине волны ( WDX или WDS ) фотоны перед обнаружением разделяются путем дифракции на монокристалле. Хотя спектрометры с дисперсией по длине волны иногда используются для сканирования широкого диапазона длин волн, создавая график спектра, как в EDS, они обычно настраиваются для выполнения измерений только на длине волны эмиссионных линий интересующих элементов. Это достигается двумя разными способами:
Базовые приготовления
Чтобы сохранить неизменной геометрию сборки трубка-образец-детектор, образец обычно готовят в виде плоского диска, обычно диаметром 20–50 мм. Он расположен на стандартном небольшом расстоянии от окна трубки. Поскольку интенсивность рентгеновского излучения подчиняется закону обратных квадратов, допуски для этого размещения и плоскостности поверхности должны быть очень жесткими, чтобы поддерживать повторяемый поток рентгеновских лучей. Способы получения пробных дисков различаются: металлы могут быть обработаны на станке для придания формы, минералы могут быть тонко измельчены и спрессованы в таблетку, а стекла могут быть отлиты для придания необходимой формы. Еще одна причина получения плоской и представительной поверхности образца заключается в том, что вторичные рентгеновские лучи от более легких элементов часто испускаются только из нескольких верхних микрометров образца. Чтобы еще больше уменьшить влияние неровностей поверхности, образец обычно вращается со скоростью 5–20 об / мин. Необходимо убедиться, что образец достаточно толстый, чтобы поглотить весь первичный пучок. Для материалов с более высоким Z достаточно толщины в несколько миллиметров, но для матрицы из легких элементов, такой как уголь, необходима толщина 30-40 мм.
Монохроматоры
Общей чертой монохроматоров является сохранение симметричной геометрии между образцом, кристаллом и детектором. В этой геометрии получается условие дифракции Брэгга.
Линии рентгеновского излучения очень узкие (см. Рис. 2), поэтому углы необходимо определять с большой точностью. Это достигается двумя способами:
Плоский кристалл с коллиматорами Зёллера
Soller Коллиматор представляет собой стопку параллельных металлических пластин, расположенных на несколько десятых миллиметра друг от друга. Для улучшения углового разрешения необходимо удлинить коллиматор и / или уменьшить расстояние между пластинами. Такая конструкция имеет преимущество простоты и относительно невысокой стоимости, но коллиматоры снижают интенсивность и увеличивают рассеяние, а также уменьшают площадь образца и кристалла, которую можно «увидеть». Простота геометрии особенно полезна для монохроматоров с переменной геометрией.
Изогнутый кристалл с прорезями
Хрустальные материалы
Желательные характеристики дифракционного кристалла:
Кристаллы с простой структурой, как правило, дают лучшие дифракционные характеристики. Кристаллы, содержащие тяжелые атомы, могут хорошо дифрагировать, но также сильнее флуоресцируют в области более высоких энергий, вызывая помехи. Кристаллы, которые являются водорастворимыми, летучими или органическими, имеют тенденцию к плохой стабильности.
По этой причине соответствующие индексы, используемые для конкретной экспериментальной установки, всегда отмечаются за материалом кристалла (например, Ge111, Ge444).
Свойства обычно используемых кристаллов
материал
самолет
d (нм)
мин λ (нм)
макс λ (нм)
интенсивность
тепловое расширение
долговечность
LiF
200
0.2014
0,053
0,379
+++++
+++
+++
LiF
220
0,1424
0,037
0,268
+++
++
+++
LiF
420
0,0901
0,024
0,169
++
++
+++
ADP
101
0,5320
0,139
1.000
+
++
++
Ge
111
0,3266
0,085
0,614
+++
+
+++
Ge
222
0,1633
запрещенный
запрещенный
+++
+
+++
Ge
333
0,1088
0,17839
0,21752
+++
+
+++
Ge
444
0,0816
0,13625
0,16314
+++
+
+++
Ge
310
0,1789
запрещенный
запрещенный
+++
+
+++
Ge
620
0,0894
0,14673
0,17839
+++
+
+++
Графитовый
001
0,3354
0,088
0,630
++++
+
+++
InSb
111
0,3740
0,098
0,703
++++
+
+++
PE
002
0,4371
0,114
0,821
+++
+++++
+
КАП
1010
1,325
0,346
2,490
++
++
++
RbAP
1010
1,305
0,341
2,453
++
++
++
Si
111
0,3135
0,082
0,589
++
+
+++
TlAP
1010
1,295
0,338
2,434
+++
++
++
YB 66
400
0,586
6 нм LSM
—
6.00
1,566
11,276
+++
+
++
Линии элементного анализа
Спектральные линии, используемые для элементного анализа химических веществ, выбираются на основе интенсивности, доступности для прибора и отсутствия перекрытия линий. Типичные используемые линии и их длины волн следующие:
элемент
линия
длина волны (нм)
элемент
линия
длина волны (нм)
элемент
линия
длина волны (нм)
элемент
линия
длина волны (нм)
Ли
Kα
22,8
Ni
Kα 1
0,1658
я
Lα 1
0,3149
Pt
Lα 1
0,1313
Быть
Kα
11,4
Cu
Kα 1
0,1541
Xe
Lα 1
0,3016
Au
Lα 1
0,1276
B
Kα
6,76
Zn
Kα 1
0,1435
CS
Lα 1
0,2892
Hg
Lα 1
0,1241
C
Kα
4,47
Ga
Kα 1
0,1340
Ба
Lα 1
0,2776
Tl
Lα 1
0,1207
N
Kα
3,16
Ge
Kα 1
0,1254
Ла
Lα 1
0,2666
Pb
Lα 1
0,1175
О
Kα
2,362
В качестве
Kα 1
0,1176
Ce
Lα 1
0,2562
Би
Lα 1
0,1144
F
Kα 1,2
1,832
Se
Kα 1
0,1105
Pr
Lα 1
0,2463
По
Lα 1
0,1114
Ne
Kα 1,2
1,461
Br
Kα 1
0,1040
Nd
Lα 1
0,2370
В
Lα 1
0,1085
Na
Kα 1,2
1,191
Kr
Kα 1
0,09801
Вечера
Lα 1
0,2282
Rn
Lα 1
0,1057
Mg
Kα 1,2
0,989
Руб.
Kα 1
0,09256
См
Lα 1
0,2200
Пт
Lα 1
0,1031
Al
Kα 1,2
0,834
Sr
Kα 1
0,08753
ЕС
Lα 1
0,2121
Ра
Lα 1
0,1005
Si
Kα 1,2
0,7126
Y
Kα 1
0,08288
Б-г
Lα 1
0,2047
Ac
Lα 1
0,0980
п
Kα 1,2
0,6158
Zr
Kα 1
0,07859
Tb
Lα 1
0,1977
Чт
Lα 1
0,0956
S
Kα 1,2
0,5373
Nb
Kα 1
0,07462
Dy
Lα 1
0,1909
Па
Lα 1
0,0933
Cl
Kα 1,2
0,4729
Пн
Kα 1
0,07094
Хо
Lα 1
0,1845
U
Lα 1
0,0911
Ar
Kα 1,2
0,4193
Tc
Kα 1
0,06751
Э
Lα 1
0,1784
Np
Lα 1
0,0888
K
Kα 1,2
0,3742
RU
Kα 1
0,06433
Тм
Lα 1
0,1727
Пу
Lα 1
0,0868
Ca
Kα 1,2
0,3359
Rh
Kα 1
0,06136
Yb
Lα 1
0,1672
Являюсь
Lα 1
0,0847
Sc
Kα 1,2
0,3032
Pd
Kα 1
0,05859
Лу
Lα 1
0,1620
См
Lα 1
0,0828
Ti
Kα 1,2
0,2749
Ag
Kα 1
0,05599
Hf
Lα 1
0,1570
Bk
Lα 1
0,0809
V
Kα 1
0,2504
CD
Kα 1
0,05357
Та
Lα 1
0,1522
Cf
Lα 1
0,0791
Cr
Kα 1
0,2290
В
Lα 1
0,3772
W
Lα 1
0,1476
Es
Lα 1
0,0773
Mn
Kα 1
0,2102
Sn
Lα 1
0,3600
Re
Lα 1
0,1433
FM
Lα 1
0,0756
Fe
Kα 1
0,1936
Sb
Lα 1
0,3439
Операционные системы
Lα 1
0,1391
Мкр
Lα 1
0,0740
Co
Kα 1
0,1789
Te
Lα 1
0,3289
Ir
Lα 1
0,1351
Нет
Lα 1
0,0724
Часто используются другие линии, в зависимости от типа пробы и доступного оборудования.
Линии структурного анализа
Рентгеновская дифракция (XRD) по-прежнему является наиболее часто используемым методом структурного анализа химических соединений. Тем не менее, с увеличением детализации взаимосвязи линейных спектров и окружающей химической среды ионизированного атома металла измерения так называемой энергетической области валентности к сердцевине (V2C) становятся все более и более жизнеспособными. K β <\ displaystyle K _ <\ beta>>
Это означает, что путем интенсивного изучения этих спектральных линий можно получить несколько важных фрагментов информации об образце. Особенно, если есть ссылки, которые были подробно изучены и по которым можно разглядеть отличия. Информация, полученная в результате такого измерения, включает:
Эти виды измерений в основном выполняются на синхротронных установках, хотя был разработан ряд так называемых «лабораторных» спектрометров, которые используются для измерения времени до луча (времени на синхротроне).
Детекторы
Детекторы, используемые для спектрометрии с дисперсией по длине волны, должны иметь высокую скорость обработки импульсов, чтобы справляться с очень высокими скоростями счета фотонов, которые могут быть получены. Кроме того, им необходимо достаточное энергетическое разрешение, чтобы можно было отфильтровать фоновый шум и паразитные фотоны первичного луча или флуоресценции кристаллов. Есть четыре распространенных типа детекторов:
Герметичные детекторы газа аналогичны счетчикам пропорционального расхода газа, за исключением того, что газ не проходит через них. Газ обычно представляет собой криптон или ксенон при давлении в несколько атмосфер. Обычно они применяются для длин волн в диапазоне 0,15–0,6 нм. В принципе, они применимы для более длинных волн, но ограничены проблемой изготовления тонкого окна, способного выдерживать большой перепад давления.
Сцинтилляционные счетчики состоят из сцинтилляционного кристалла (обычно из йодида натрия, легированного таллием), прикрепленного к фотоумножителю. Кристалл производит группу сцинтилляций для каждого поглощенного фотона, число которых пропорционально энергии фотона. Это переводится в импульс от фотоумножителя напряжения, пропорционального энергии фотона. Кристалл должен быть защищен относительно толстым окном из алюминиевой / бериллиевой фольги, которое ограничивает использование детектора длинами волн ниже 0,25 нм. Сцинтилляционные счетчики часто соединяются последовательно с пропорциональным счетчиком расхода газа: последний снабжен выходным окном напротив входа, к которому прикреплен сцинтилляционный счетчик. Такое расположение особенно используется в последовательных спектрометрах.
Полупроводниковые детекторы можно использовать в теории, и их применение расширяется по мере совершенствования их технологий, но исторически их использование для WDX ограничивалось их медленным откликом (см. EDX ).
Получение аналитических результатов
Усиление происходит, когда вторичное рентгеновское излучение, испускаемое более тяжелым элементом, достаточно энергично, чтобы стимулировать дополнительное вторичное излучение более легкого элемента. Это явление также можно смоделировать и внести поправки при условии, что можно вывести полный состав матрицы.
Макроскопические эффекты образца состоят из эффектов неоднородностей образца и нерепрезентативных условий на его поверхности. Образцы идеально однородны и изотропны, но часто отклоняются от этого идеала. Смеси нескольких кристаллических компонентов в минеральных порошках могут привести к эффектам абсорбции, которые отличаются от тех, которые рассчитываются теоретически. Когда порошок прессуется в таблетку, более мелкие минералы концентрируются на поверхности. Сферические зерна имеют тенденцию мигрировать к поверхности больше, чем угловатые зерна. В обработанных металлах более мягкие компоненты сплава имеют тенденцию размазываться по поверхности. Чтобы свести к минимуму эти эффекты, требуются значительная осторожность и изобретательность. Поскольку они являются артефактами метода пробоподготовки, эти эффекты не могут быть компенсированы теоретическими поправками и должны быть «откалиброваны». Это означает, что калибровочные материалы и неизвестные должны быть сходными по составу и механике, и данная калибровка применима только к ограниченному диапазону материалов. Стекла наиболее близко подходят к идеалу однородности и изотропии, и для точной работы минералы обычно готовятся путем растворения их в боратном стекле и отливки в плоский диск или «бусину». Подготовленный в таком виде применим практически универсальная калибровка.
Другие спектроскопические методы, использующие тот же принцип
Также возможно создать характеристическое вторичное рентгеновское излучение, используя другое падающее излучение для возбуждения образца:
При облучении рентгеновским лучом образец также испускает другие излучения, которые можно использовать для анализа:
