Взаимодействие излучения с веществом при формировании сигнала и фона в рентгенофлуоресцентной аппаратуре

• Автор: Портной, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Портной А.Ю. Диссертация

ГЛАВА 1. Физические процессы в рентгеновских флуоресцентных спектрометрах

1.1. Структурные схемы рентгеновских спектрометров

1.2. Источники первичного рентгеновского излучения

1.3. Процессы взаимодействия излучения с веществом

1.4. Процессы в образце для спектрометра с традиционной геометрией

1.5. Параметры кристаллов-анализаторов

1.6. Процессы в детекторе

1.7. Регистрирующая электроника

1.8. Цели и задачи работы

ГЛАВА 2. Совершенствование моделей возникновения
аналитического сигнала и фона
2.1. Последовательная модель формирования сигнала и фона
2.2. Уточнение геометрической модели источник - образец - детектор
2.3. Влияние геометрического фактора на интенсивности процессов
2.4. Оценка необходимости учета геометрического фактора
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. Рассмотрение процессов переноса и поглощения энергии в детекторах
3.1. Модель взаимодействия излучения с веществом детектора
3.2. Расчет параметров функции отклика детекторов
3.3. Экспериментальная проверка результатов расчета функции отклика детектора
в области энергий до 10 кэВ
3.4. Сопоставление результатов расчета функции отклика детектора
с экспериментальными данными для энергий излучения более 10 кэВ
3.5. Оценка пространственного разрешения координатно — чувствительных детекторов
3.6. Выводы
Портной АЛО. Диссертация

ГЛАВА 4. Аналитический сигнал и фок в энергодисперсионной
рентгенофлуоресцентной аппаратуре
4.1. Расчет геометрического фактора установки
4.2. Расчеты спектра, возникающего в образце при моноэнергетическом первичном излучении
4.3. Расчет аналитического спектра при использовании источников рентгеновского излучения 109Сс1 и 24|Аш. Сравнение с экспериментальными данными
4.4. Расчет сигнала и фона при использовании рентгеновских
трубок и 8і(Ьі) детектора
4.5. Выводы
ГЛАВА 5. Использование цифровой фильтрации амплитудных спектров
в спектрометрах с волновой дисперсией
5.1. Особенности прохождения сигнала в рентгенооптических схемах по Соллеру
и Иоганссону
5.2. Коррекция влияния наложения амплитудных спектров метода,ми
цифровой фильтрации
5.3. Применение фильтрации амплитудного спектра в экспериментах по подтверждению возбуждения флуоресценции углерода фото и
Оже-электронами
5.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы,

Портной А.Ю. Диссертация

Актуальность проблемы и состояние вопроса
Современная рентгенофлуоресцентная аппаратура и метод анализа позволяют быстро и с высокой точностью определять элементный состав веществ и материалов. Поэтому он широко используется в исследовательских организациях и промышленности для экспрессного контроля технологических процессов. Недостатком метода является недостаточный предел обнаружения (10"3-10'3%), который существенно уступает другим методам анализа вещества (индукционно связанная плазма, атомная эмиссия и абсорбция, активационный анализ и др.).
Изменение режимов работы аппаратуры не всегда улучшает контрастность аналитического сигнала, так как с увеличением интенсивности рентгеновской флуоресценции одновременно растет интенсивность фона, основная часть которого, как считается, обусловлена рассеянным непрерывным тормозным рентгеновским излучением. Высокая интенсивность и неконтролируемые флуктуации спектральной интенсивности фонового сигнала являются главным препятствием в снижении предела обнаружения. Простое измерение интенсивности фона с длинноволновой и коротковолновой стороны от аналитической линии не всегда возможно, а главное, лишает рассматриваемый метод его главного преимущества: экспрсссности.
Учету же фона на сегодняшний день мешают следующие причины. Процесс возникновения фонового сигнала является двухступенчатым. Первая ступень - фоновое излучение, связанное с самим образцом, изучена достаточно хорошо. Хотя и здесь следует обратить внимание на фрагментарность сведений о тормозном излучении фото и Оже электронов, возникающих в облучаемом материале, а также на практическое отсутствие исследований тормозного излучения Комптоновских электронов. Кроме того, возникновение фонового излучения обычно рассматривается изолированно от формирования рентгеновской флуоресценции, что затрудняет сопоставление процессов, определяющих контрастность полезного сигнала. Вторая ступень - искажение детектором и регистрирующим блоком аппаратуры спектрального состава попавшего в него излучения. На этой ступени следует учитывать особенности энергодисперсионной и кристалл- дифракционной аппаратуры.
Энергодисперсионные рентгенофлуоресцентные установки имеют компактную геометрию системы источник излучения - образец - детектор с сильно расходящимися пучками первичного и возникшего в образце излучения, что затрудняет учет
Портной А.Ю. Диссертация

2.3.4. Тормозное излучение электронов, возникающих в образце.
Для дальнейшего описания процессов, приводящих к возникновению тормозных спектров таких электронов, зададимся следующими ограничениями, упрощающими расчеты. Из-за того, что длина свободного пробега электрона в веществе много меньше, чем длина свободного пробега рентгеновского фотона (что справедливо для области энергий излучения выше 2 кэВ), будем считать, что процесс генерации тормозного излучения происходит в той же точке, что и взаимодействие, приводящее к появлению электрона. Из-за того, что направление движения электронов очень быстро хаотизируется, их поток примем изотропным, хотя это является не совсем корректным для коротковолновой части тормозного спектра.
В этом случае выражение (1.11) для спектрального состава тормозного излучения упрощается, поскольку не нужно учитывать обратное рассеяние электронов и поглощение излучения в веществе и окне рентгеновской трубки.
— (Ее1) = 7.52-КГ5 -Е-(— . Я(А)• —, [фотон/(электрон * ангстрем)] (2.9)
^А Ас А А А
где длина волны Ас, соответствует коротковолновой границе тормозного излучения электрона с энергией Ееь А - длина волны тормозного излучения.
С учетом сказанного модифицированный закон Крамерса можно представить как:
с/Д' с/.' уг ил с1Е с!Л с!Е ’
—"(£«■/) = 0-60-1 (Г5 -£)-В(£)-у при Е<Ее|, (2.10)
аЕ ЕЕ
—= 0 при Е>Ее:
(1Е
Вероятность тормозного излучения фотоэлектронов равна произведению вероятности Р(Е0 —> Ерк е,) появления фотоэлектрона на вероятность Р(Ерк е, -> Е) появления тормозного спектра излучения с энергией Е:
—> Е) = Р(Е0 —> Е!л_и') • Р(ЕрН_е, —> Е)

Р(.Ец Ери_е1 = Е0 — Еее /) = г,(Е0)
Р(Ер1ге1 -> Е) = ^-(Ер11е1)