Рентгеновское излучение, возникающее в толще материала анода
рентгеновской трубки, выходит из трубки, пройдя через определенный
слой вещества материала анода. При этом рентгеновское излучение как
характеристическое, так и тормозное, ослабляется за счет двух процессов:
поглощения и рассеяния.
Скачки поглощения
В процессе поглощения рентгеновского кванта атомом рентгеновская дырка
может быть создана в различных атомных оболочках, т.е. фотоэлектрон
может быть выбит с различных уровней системы. Вклад в поглощение
некоторой оболочки q, (где q может относиться к одной из атомных
оболочек K, L, M и т.д.) определяется так называемым коэффициентом
поглощения (μm)q. Полный коэффициент поглощения определяется суммой
всех частичных коэффициентов занятых оболочек атома
μ m =(μ m)K + (μ m)L+ (μ m)M +…=∑ μq
Если энергия ε поглощаемых фотонов превосходит энергию ЕK самого
внутреннего K-уровня, т.е. ε >ЕK, и в сумме необходимо учитывать все члены.
Если ε расположена в области энергий EL<ε<EK, то фотоэффект с K-уровня
невозможен, и сумма начинается со второго ее члена.
При постепенном уменьшении ε (увеличении λ) μ m быстро растет (μ=Z4λ3),
вплоть до значения ε=ЕK, при котором плавное возрастание μ m
прекращается (рис. 8), соответствующая λ=λK характеризует границу K-
края поглощения элемента, после которой поглощение K-
оболочкой прекращается, т.е. она выключается из процесса поглощения. При
дальнейшем возрастании λ коэффициент μ m снова возрастает. При
прохождении λ значения λq, соответствующим поглощению L-оболочкой
атома, прекращается фотоэффект с соответствующей оболочки. После L-
скачка следует М-скачок и т.д. (см. рис. 8). Отношение величин
коэффициентов поглощения на границе до и после скачка называют скачком
поглощения SK =μ m(до) /μ m(после) > 1. (15) Так например, для легкого
алюминия Al (Z= 13) скачок поглощения SK ~ 12,6, для тяжелого свинца Pb
(Z= 82) SK ~ 5,4. Для электронов L-оболочки имеется три близких
уровня рентгеновских переходов, (см. рис. 1), что и обуславливает зубчатую
структуру L-края поглощения. Аналогичную структуру имеет и М-край.
Частичные коэффициенты (μ m)q для относительного q-уровня могут быть
найдены, если известны полный коэффициент поглощения μ m (14) и
скачок поглощения этого уровня (15): (μ m)q= [(Sq – 1)/Sq]μ m. (16) Для
веществ сложного состава, представляющих собой совокупность элементов,
концентрация которых Сi, массовый коэффициент поглощения может быть
найден по формуле:
μ m =∑Ci(μ m)i.
Принципы РСА
Выше были рассмотрены основные физические процессы, приводящие к
появлению рентгеновского излучения при воздействии на вещество потока
высокоэнергетических электронов либо первичных рентгеновских фотонов.
Испущенное в этих процессах рентгеновское излучение может
быть использовано для качественного и количественного анализа
химического состава исследуемого вещества. Замечательным свойством
рентгеновского характеристического излучения является явно выраженная
зависимость энергий соответствующих линий рентгеновских
переходов от порядкового номера элемента Z. Согласно закону Мозли,
между длиной волны λ рентгеновской линии и
атомным номером Z существует соотношение
λ~ 1/Z2
Закон Мозли лежит в основе качественного РСА, так как позволяет
установить однозначную связь между измеренными длинами волн
характеристического рентгеновского спектра и его атомным номером.
Иными словами, качественный РСА состава образца заключается
в идентификации линий, испускаемых образцом, и определение по этим
линиям элементов, входящих в его состав.
Количественный РСА основан на измерении интенсивностей линий
отдельных элементов, находящихся в изучаемом образце. Ясно, что
интенсивность линии будет зависеть от количества атомов, ее испустивших, т.е. можно ожидать, что интенсивность той или иной характеристической линии будет пропорциональна концентрации соответствующего элемента:
IA ~CA,
где IA — интенсивность некоторой линии элемента А, а CA — концентрация этого элемента в образце.
