Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Ивановский государственный университет»

Изучение устройсва и работы рентгеновского спектрометра

Методические указания к выполнению лабораторной работы № 1 по курсу “Рентгеноспектральный анализ”

Для студентов физического факультета

Иваново

Издательство “Ивановский государственный университет”

2007

Министерство образования и науки Российской Федерации

Составитель:кандидат физико-математических наук, доцент Т.В.Пашкова

Печатается по решению методической комиссии физического факультета Ивановского государственного университета

Рецензент:

кандидат физико-математических наук, профессор А.И.Александров (Ивановский государственный университет)

РЕНТГЕНОВСКАЯ СПЕКТРАЛЬНАЯ АППАРАТУРА (Р.с.а.) — аппаратура для рентгеновской спектроскопии и рентгеноспектралъного анализа, в которой рентгеновское излучение исследуемого объекта (или рентгеновское излучение непрерывного спектра, прошедшее через исследуемый объект) разлагается в спектр, регистрируется и анализируется. С помощью Р.с.а., например, исследуют тонкую структуру рентгеновских спектров, определяют элементный состав вещества, осуществляют диагностику высокотемпературной плазмы (по рентгеновским спектрам многозарядных ионов).

Р.с.а. принципиально отличается от оптической спектральной аппаратуры, т. к. прозрачных для рентгеновского излучения оптических материалов не существует и в Р.с.а. не используется линзовая оптика. Отражение рентгеновского излучения основано на эффекте полного внешнего отражения, а в дисперсионных системах используется дифракция рентгеновских лучей. В Р.с.а. диспергирующие и фокусирующие элементы объединены. Для рентгеновского излучения с длиной волны  < 2 Å вся оптическая часть Р.с.а. должна быть помещена в вакуум, высокая энергия квантов рентгеновского излучения (l0² - 10⁵ эВ) позволяет проводить его регистрацию в счётном режиме.

Р.с.а. классифицируют по способу разложения излучения в спектр, типу рентгеновского источника и способу регистрации излучения. В дисперсионной Р.с.а. для разложения излучения в спектр используют дифракционные решётки и кристаллы-анализаторы, в недисперсионной — нужный узкий участок спектра выделяют сцинтилляционным счётчиком или пропорциональным счётчиком и полупроводниковым детектором с амплитудным анализатором импульсов. Источниками рентгеновского излучения могут служить высокотемпературная плазма, синхротроны, рентгеновские трубки, причём с помощью Р.с.а. исследуют как спектры испускания (флуоресцентные спектры), так и спектры поглощения (абсорбционные). По способу регистрации излучения Р. с. а. разделяют на спектрографы с фоторегистрацией (применяются в основном в рентгеновской спектроскопии) и спектрометры с регистрацией детекторами рентгеновских квантов. По области спектра Р.с.а. делится на коротковолновую (с длиной волны  — 0,1 - 2 Å), длинноволновую ( — 2 - 20 Å) и ультрадлинноволновую (~ 20 - 100 Å) аппаратуру.

В дисперсионной Р.с.а. в ультрадлинноволновой области спектра излучение разлагают в спектр с помощью вогнутых дифракционных решёток скользящего падения (рис. 1).

Разрешение спектрометров с дифракционной решёткой, как правило, ограничивается шириной входной щели и равно

где S — ширина щели, d — период решётки, т — порядок дифракции, R — радиус решётки.

В области спектра с  < 20 Å излучение разлагают в спектр с помощью кристаллов-анализаторов (см. табл.1). В них происходит дифракция рентгеновских лучей на атомной структуре. В случае более длинноволнового излучения дифракция происходит при отражении излучения от поверхности кристалла, в случае коротковолнового излучения — при его прохождении через кристалл. В первом случае отражающие атомные плоскости должны быть расположены вдоль, во втором — перпендикулярно поверхности кристалла

Рис. 1. Схема рентгеновского спектрометра с вогнутой дифракционной решёткой: G — дифракционная решётка; S — щель; I — источник излучения; f — фокальная окружность; О' — её центр; О — центр окружности, по которой изогнут кристалл, или центр вогнутой дифракционной решётки; D — детектор; 1, 2 — дисперсионные лучи (2>1).

Таблица 1