Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Локальные методы анализа материалов

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

13.21 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 3012 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

излучения будет р а с т и непрерывно. В некоторых случаях часть спектра поглощения будет иметь линейчатый ха рактер.

Спектральное положение ^-спектра поглощения опре

деляется	по	положению	этого	резкого скачка	по шкале
частот v g	и	называется	главным (основным		краем	по
глощения).		Произведение llVq		ОПрЄДЄЛЯЄТ ЭНерГИЮ		Eq,

необходимую для удаления электрона с q-то электронно го уровня на бесконечность пли первый незанятый элек тронами уровень.

Непрерывный рентгеновский спектр возникает в ре зультате торможения заряженной частицы (любого зна ка и массы), обладающей кинетической энергией и им пульсом при взаимодействии с атомами вещества.

В технике рентгеновское излучение при возбуждении заряженными частицами получается в рентгеновских трубках. Последние представляют собой двухили трехэлектродные вакуумные приборы, разборные, с постоян ной откачкой или с постоянным высоким вакуумом. На пряжение, создающее ускоряющее поле для заряженных частиц в рентгеновских трубках, создается напряжением от специальных высоковольтных устройств [1, 2].

Приведенный диапазон длин волн рентгеновского из лучения определяет и значения напряжений питающих устройств для их получения (от 106 до 10 эв)*.

Спектральный состав и интенсивность рентгеновского излучения исследуют при помощи рентгеновских спектро метров. Анализаторами рентгеновского спектра являют ся монокристаллы, псевдокристаллы, а также штриховые дифракционные решетки с числом штрихов от 600 до 1200 на 1 мм. В большинстве современных приборов для увеличения светосилы их используют изогнутые по ци

линдрической	поверхности	монокристаллы		(псевдокри
сталлы) и сферические дифракционные решетки [5].
Любой из видов взаимодействия рентгеновского излу
чения, позволяющий устанавливать			и регистрировать его,
определяется	долей поглощенной		энергии в	детекторе.
В качестве	регистратора	рентгеновского		излучения
используют фото- и ионизационные методы.
* Для специальных исследований тонкой структуры рентгенов
ских спектров поглощения в длинноволновой области				спектра (50—
о

300 А) широко используют квазинепрерывное орбитальное излучение электрона мощных ускорителей (с энергией от 100 до 7000 Мэв). синхротронов [3, 4].

В некоторых случаях исследования спектрального со става и интенсивности рентгеновского излучения исполь зуют пропорциональные или полупроводниковые «барь ерные» счетчики [6], обладающие высокой энергетиче ской разрешающей способностью, в сочетании с много канальными амплитудными анализиторами.

Рентгеновское излучение, возникающее при торможе нии заряженной частицы, имеет характер сплошного (не прерывного) спектра. Распределение интенсивности по длинам воли для некоторых значений энергий, тормозя щихся электронов, бомбардирующих анод из массивного материала, приведено на рис. 37. Значение наименьшей длины волны в нем определяется кинетической энергией и массой тормозящейся заряженной частицы и не зави сит от атомного номера Z элемента вещества, на кото ром происходит торможение электрона. От Z зависит только интенсивность непрерывного спектра, характери зующегося интегральной интенсивностью h, определяе

мой площадью, ограничен ной КрИВОЙ /j = f(?i) и осью абсцисс:

			U = \l,dv		= ]lxd%,					(22)
				v„		х
			где	I v ,	1%—спектральная
			интенсивность				непрерывно
			го	спектра,		измеряемая				ор
			динатой		кривой			Ii —		f(X).
			для данного значения						ta(v,-).
				Распределения					I=f(X)
			для	тонкого		анода*			пред
			ставлены на рис. 38. Зави-
"о,г	о,ь	о,ба 0,8	1,0 симость		I i t	Iv	от	Z	и Vn
		л,А	имеет следующий вид [7, 8]:
Рис.	37. Распределение интен			для толстого			анода
Рис.	37. Распределение интен						V2	Z-
сивности в непрерывном спект-				/ . = C O n s t			V2	Z-
ре по длинам		волн на массив-		'			0	'
	ном	аноде	=	c o n s t	Z (V0 — V);					(23)
			7 V ^ Z ' - 3		[9];					(24)

* Тонким анодом называется такой, в котором можно пренебречь потерей энергий электронов при прохождении через анод. Например, для электронов с энергией порядка 20 кэв тонким анодом из меди будет фольга толщиной 0,1 мкм.

1 \ 1

- 1 3 .

К = 2,26-10~13; К = 2,2610"1 Л 2с£ г,; dAA, = 3,42-10~5 Z

/ = 2 , 2 - 1 0 - 9 Z f - ^			Г**
д л я тонкого анода
16л2	e 2 z	//L- — =	const
3 У з	mc•s	£		£ "

(25)

(26)

Экспериментальные кривые приведены на рис. 39, 40. Ионизованный атом возвращается в нормальное со

стояние,	соответствующее минимуму потенциальной
		энергии,		путем	последова-
і		тельных,		каскадных			пере
		ходов	электронов			с	более
		удаленных от ядра				атомных
		уровнен		на свободные. Зна
		чение	приложенной				разно-
		сти потенциалов			Vq,		доста-
Рис. 38. Распределение		для тон
кого	анода (/?_ =	а Д 2 )
		20
		16
		12

Cr Ni	Mo Pd	W Pt	At	CoCu AgSn	Pt
				J	1 L _

2U 26	b2 46	7b 78	WI32027JOm75060 70 7080
				29
Рис. 39. Зависимость h		от Z при	Рис. 40.	Зависимость	от Z
	У = 3 5 кв		при V = 10,47 кв

Нормирована в числе квант на один электрон [5, с. 80].

точной для удаления электродов с ^-оболочки заряжен ными частицами, называется критической разностью потенциалов V(](q=K; L ; М и т. д.). Избыток энергии атома во вне может проявиться в виде характери стического рентгеновского излучения. Спектр является линейчатым и имеет простое строение. Совокупность ли ний, возникающих при переходах электронов с дискрет ного ряда уровней па один общий уровень, называется серией.

Строение одноименных серии характеристического спектра атомов Периодической системы практически

—• Удален К-электрон

Рис. 41. Схема возникно вения спектров

Удален L-элешрон

I 1

/1-	Удален tl-злектрон
/V-
=^^^^~ф=£^:~^=^==.	Удалены валентнбіе злектраны

одинаково. Возникновение рентгеновских спектров и виц их схематически представлены на рис. 41.

Если из атома удален электрон с наиболее глубокого, ближнего к ядру уровня, то возникает наиболее коротко волновая для данного элемента так называемая Л'-серия рентгеновского характеристического спектра; следу ющие, более длинноволновые для данного атома серии характеристического спектра носят соответственно наз вания L , М, N и т. д. серий.

Все серии, кроме К, являются сложными: L состоит из трех подсерий, М — из пяти подсерий и т.д.

Частоты наиболее интенсивных линий характеристи ческого спектра рентгеновских лучей, называемых диа граммными, могут быть выражены разностями двух ве личии, прямо пропорциональных энергии однократно ио низованного атома, называемых термами. Частоты

8—693

113

сателлитных линий также могут быть выражены раз ностью двух термов, но каждый из них соответствует кратной ионизации атома. Обозначения основных линий К-, L - , М-серий показаны на рис. 42, 43.

Зависимость частоты диаграммных линий, так же как и частот основных краев поглощения, от атомного номе-

	К- край
А	I	Линии
		К-серий
її	ІІ
	"їй

-L, - край

Линии L - серий

~L„ - край

\7s

I I

ft, fi,v

Рис. 42. Обозначение основных диаграммных линий К- и L-cepiiii (под каждой линией указан начальный уровень перехода для нее)

ра элемента Z была впервые установлена Мозли и носит

название закона Мозли:
	V^R=A(Z-o);	(27)
І ? = ^	= 109737,303	см-1.
кч
Из этого закона следует возможность проведения ка
чественного анализа	элементов по	рентгеновским спек
трам.

Если частота (длина волны) линии, края поглощения однозначно определяется Z, то при определении длины волны линии /<- и L-серий с точностью 0,1—0,01% одно значно определяется атомный номер элемента.

При возбуждении характеристического рентгеновско го спектра происходит взаимодействие большого числа возбуждающих частиц (фотонов) с большим числом ато мов вещества. Чем больше электронов находится на на-

Рис. 43. Обозначе ние основных диа граммных линий jW-серии

чальном уровне перехода, тем большая вероятность пе рехода электрона с этого уровня на конечный и тем большей будет относительная интенсивность этой линии в рассматриваемой серии. В пределах серии относитель ная интенсивность линии изменяется на два-три порядка. Основные линии К-, L - и М-серий и их относительные интенсивности приведены в табл. 4—6.

При практическом рентгеноспектральном анализе в большинстве случаев используют наиболее яркие ли нии К- и L-серий; для самых тяжелых элементов с Z > > 8 0 — линии М-серии.

Переход атома из ионизованного состояния в нор мальное путем излучения характеристического спектра не является единственным. Одним из наиболее вероят ных переходов атома из ионизованного в нормальное

115

	ТАБЛИЦА		4. О Т Н О С И Т Е Л Ь Н Ы Е						И Н Т Е Н С И В Н О С Т И				Л И Н И Й		/( - СЕРИИ
Эле					Линия					Э.10-				Линия
Эле										Э.10-
мент			a2		Pi		P,			MCHT							P.,
	«і		a2		Pi		P,	P;.			a,	a.		Pi	p2		P.,
V	100		52,1		20,5		0,48	—		Rb	100	49,3		23,0	2,62		—
Сг	100		50,6		21,0		0,66	—		Sr	I0J	48,6		22	27,2		—
Мп	100		54,9		22,4		0,34	—		Y	100	50,0		23,3	3,19		—
Fe	100		49,1		18,2		0,26	— Zr			100	49,1		22,9	3,28		.—
Со	100		53,2		19,1		0,23	—		Mo	100	50,6		23,3	3,48		11
Ж	100		17,6		17,1		0,20	—		Pd	100	52,3		25,0	4,14		—
Gu	100		46,0		15,8		0,15	—		Ag	100	51,7		24	4,2		—
Zn	100		48,9		18,5		0,19	—		Cd	100	53,8		26	4,2		—
Ga	100		50,6		21,6		0,29	—		In	100	51,8		22	3,6		—
Ge	100		50,7		22,8		0,46	—		Sb	100	49		26	—		13
As	100		49,2		21,7		0,69	—		W	100	52		21	4,5		11
Se	100		50,3		21,0		1,07	—		Au	100	48		29	—		13
Br	100		50,9		22,2		1,73	—-		U	100	47		32			12
ТАБЛИЦА			5. О Т Н О С И Т Е Л Ь Н Ы Е						И Н Т Е Н С И В Н О С Т И				Л И И И П		/ . - СЕРИИ
										Линия
	а .	Pi Р. \|			Р.	Р. \| Рв \| Р.				Р: \| Vi \|	Vi \|	Ъ \|	V. \| 7с		Vol	1	\| И
Мо	13	62	8	14,2		9,9			— 6,8		—	—			—	—	—
Rh	13	61 13		12,1		7,9			—	7,7	—	—			—	—	—
Pd	12	59 13		10,0		6,4			—	8,5	—	—			—	3,4	2,0
Ag	12	59 21			9,4	5,8	—	—	—	12 — — — — —						4,1 2,2
Та	11	57	20		7,4	6,4			0,4	11 2,0		2,7	0,80,6		0,2	3 , 6 1 , 2
W	11,5	52 20			8,2	5,2	0,2	1,0	—	9	1,5	2,0	0,60,4		0,3	3,2	1,3
Pt	11,4	51 23			8,2	5,2	—	1,5	—	11	—	—			—	3,4	1,5
Th	12	52	26		3,3			1,4	0,5	14	1,5	—			3,9	3,6	1,8
U	11	49 28			4,2	4,1	6,4	/,6	—	12	1,5	1,4			2,2	2,4	1,0
	П p и м e ч а н и е. Интенсивность									линии olx ДЛЯ всех					элементов
равна 100.
состояние			является				так называемый					безызлучательный
переход		(эффект				Оже, внутренняя					конверсия, автоиони
зация) .
	Как показывает теория, вероятность безызлучатель-
ных переходов не зависит от атомного номера															элемента,

а вероятность переходов с излучением растет пропор ционально четвертой степени 2. Например, из 1000 ато мов бора с одним удаленным ls-электроном лишь в од ном произойдет переход с излучением /С-характеристи-

ТАБЛИЦА		б. О Т Н О С И Т Е Л Ь Н Ы Е И Н Т Е Н С И В Н О С Т И Л И Н И Й						/( - СЕРИИ
Эле		Линия			Эле		Линия
Эле					Эле
мент					мент		Pi	її	1
							Pi	її	1
к	.		80	100	Сг	60	20	20	60
Са	40	20	60	100	Мп	80	60	20	80
Sc	40	0	20	100	Fe	100	60	20	80
Ті	40	20	20	100	Со	80	40	20	60
V	40	40	20	100

ческого рентгеновского спектра бора, а в 999 других произойдут безызлучательные переходы. При ионизации 1000 атомов тория на /(-оболочке безызлучательный пе реход произойдет лишь в 20 атомах.

Для	определения	числа	излучивших	ионизованных
атомов	вводится	понятие	выхода	флуоресценции.
Численно выход		флуоресценции cog		равен отноше

нию числа атомов испустивших характеристическое рент геновское излучение данной серии q к общему числу иони зованных атомов на <7-том уровне. Если щ атомов иони

зованы на ./(-оболочке,		то число		испущенных	фотонов
характеристического спектра (с				совокупностью	линий
Ках, Ка2, tfp,	и т. д.)	NK	будет	равно NK=wKtii.	Для
случая сложной L-серии			необходимо ввести частичные
коэффициенты	выхода	флуоресценции, определяющие

вероятность излучательных переходов с отдельных под уровней Li—со/.,; Ln—a>Ln; £ш—<*>/.ш- Однако в отличие от /(-серии в широком интервале атомных номеров существеное влияние оказывают безызлучательные пере ходы между подуровнями L-серии, вероятность которых

fij обозначим		fiz,	/і 3 ; f2i. Обозначая				через	n L	l , n L n ,		n L l u
число атомов		с	ионизованными			уровнями			2-і,	LIT,	Lin,
получим следующее				число	излученных			[ 1 0 ]		фотонов,
имеющих	в качестве			начальных		уровни. 2-і,			Ьц	и	Ьщ:
				NLl=	a>Li nLl;
N L n f =	fi>tn,		[nLm	+fiSnLl	+	f2s{nLu	+	htf-Li)};			(28)

Для /(-серии coif определены с хорошей точностью. Опре деление величин CUL для большого числа легких элемен-

ТАБЛИЦА 1. Т А Б Л И Ц А В Ы Х О Д О В Ф Л У О Р Е С Ц Е Н Ц И И

Z	К		м	Z	К	L	м
\	—	—	—	43	0,765	0,043	0,001
2	—	—	—	44	0,779	0,047	0,001
3	• —	—	—	45	0,792	0,052	0,001
4	—	—	—	46	0,805	0..058	0,001
5	—	—	—	47	0,816	0,063	0,002
6	0,001	—	—	48	0,827	0,069	0,002
\ l	0,002	- —.	• .—	49	0,836	0,075	0,002
8	0,003	- —.	• .—	50	0,845	0,081	0,002
9	0,005	—	—	51	0,854	0,088	0,002
10	0,008	—	—	52	0,862	0,095	0,003
11	0,013	—	—	53	0,869	0,102	0,003
12	0,019	—		54	0,876	0,110	0,003
13	0,026	—	—	55	0,882	0,118	0,004
14	0,036	—	—	56	0,888	0,126	0,004
15	0,047	—	—	57	0,893	0,135	0,004
16	0,061	—		58	0,898	0,143	0,005
17	0,078	—	—	59	0,902	0,152	0,005
18	0,097	—	—	60	0,907	0,161	0,006
19	0,118			61	0,911	0,171	0,006
20	0,142	0,001	—	62	0,915	0,180	0,007
21	0,168	0,001	—	63	0,918	0,190	0,007
22	0,197	0,001	—	64	0,921	0,200	0,008
23	0,227	0,002	—	65	0,924	0,210	0,009
24	0,258	0,002	—	66	0,927	0,220	0,009
25	0,291	0,003	—	67	0,930	0,231	0,010
26	0,324	0,003	—	68	0,932	0,240	0,011
2 7	0,358	0,004	—	69	0,934	0,251	0,012
28	0,392	0,005	—	70	0,937	0,262	0,013
29	0,425	0,006	—	71	0,939	0,272	0,014
30	0,458	0,007	—	72	0,941	0,283	0,015
31	0,489	0,009	—	73	0,942	0,293	0,016
32	0,520	0,010	—	74	0,944	0,304	0,018
33	0,549	0,012		75	0,945	0,314	0,019
34	0,577	0,014	—	76	0,947	0,325	0,020
35	0,604	0,016	—	77	0,948	0,335	0,022
36	0,629	0,019	—	78	0,949	0,345	0,024
37	0,653	0,021	0,001	79	0,951	0,356	0,026
38	0,675	0,024	0,001	80	0,952	0,366	0,028
39	0,695	0,027	0,001	81	0,953	0,376	0,030
40	0,715	0,031	0,001	82	0,954	0,386	0,032
41	0,732	0,035	0,001	83	0,954	0,396	0,034
42	0,749	0,039	0,001	84	0,955	0,405	0,037

Продолжение

z	К	L	м	z	к	L	м
85	0,956	0,415	0,040	93	0,960	0,486	0,068
86	0,957	0,425	0,043	94	0,960	0,494	0,073
87	0,957	0,434	0,046	95	0,960	0,502	0,077
87	0,957	0,434	0,046		0,961
88	0,958	0,443	0,049	96	0,961	0,510	0,083
89	0,958	0,452	0,052	97	0,961	0,517	0,088
90	0,959	0,461	0,056	98	0,961	0,524	0,093
90	0,959	0,461	0,056
91	0,959	0,469	0,060	99	0,961	0,531	0,099
92	0,9б0	0,478	0,064	100	0,961	0,538	0,106

тов выполнено с недостаточно высокой точностью. По лученные значения ©к и M L приведены в табл. 7. Для расчета выходов флуоресценции можно использовать следующие формулы:

				_=	(A +	BZ +		CZ3)*
			А " ~ 1 + (А + BZ + CZ 3 ) 4						'
или					-		Z*	Z 4 •
или				®к	-	а	/ ( +	Z 4 •
где Л = —0,0217;				В = —0,03318;' С= — 1,14 - 10-в [10];
А = —0,064; 5 = —0,034;							С = —І.ОЗ-ІО"6 [11].
Z					10			10—18	18—50
я*[12]	.	•	•	0,9-Ю6				1,19.10»	1,27-10»
af c [13]	•	•	•	0,75.10»				0,99-10»	l,06-10«

т м = - ^ Т г ї .

«д. = І.4-10».

(29)

Интенсивность линии характеристического спектра /я,- зависит от приложенной разности потенциалов Vo и плотности тока через трубку / по выражению, установ ленному эмпирически:

ht^i{V0-VqY;

п= 1,6-1,7. '

(30)

Последнее выражение справедливо для массивного анода и для Vo/Vq&3-i~4. Для теоретического расчета

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 3012 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ