Диспергирующие и детектирующие устройства рентгеновских спектрометров.

Рентгеновский спектрометр состоит из источника возбуждения, анализатора и детектора излучения.

Источники возбуждения – рентгеновская трубка и радиоактивные источники (дают менее интенсивное излучение, чем рентгеновские трубки). Он состоит либо из одного только излучателя (долгоживущего радиоактивного изотопа, испускающего либо γ-кванты низкой энергии, либо γ- и β-частицы большой энергии) и мишени (в-ва, которое испускает своё рентген. излучение). Материал мишени выбирается в зависимости от номера элемента, определяемого в пробе. Для возбуждения наиболее тяжелых элементов используется γ-излучение Со-57, а для возбуждения элементов с порядковым номером меньше23 – изотоп Fе-55.

Анализаторы – фильтры и кристалланализаторы (кристаллы 20×40×1(мм) из кварца, топаза, фторида лития или др. материалов с известным межплоскостным расстоянием, изогнутые крист. с радиусом кривизны, при к-ром ур-ние Брегге выполняется при попадании на него расходящихся рентг. пучков).

Принцип действия фильтра основан на том, что он поглощает характеристическое рентг. излучение образца, мешающее определению интенсивности характеристических линий определяемого элемента, а также тормозное излучение.

Принцип действия кристалланализатора состоит в разложении полихроматического рентг. излучения на монохроматические компоненты.

Ур-ние Брегге: nλ=2dsinθ, где λ-длина волны характеристического изл-ния, d-расстояние между плоскостями кристалла.

Пучок рентгеновского излучения сложного состава падает на кристалл под углом скольжения θ к его атомным плоскостям. При этом под углом θ’=θ отражается монохроматический пучок с длиной волны λ,удовлетворяющей уравнению Брегге.

Рентгеновские лучи, не удовлетворяющие этому ур-нию, рассеиваются и частично поглощаются кристаллом. Изменяя θ можно из полихроматического пучка выделить все монохроматические волны, входящие в его состав.

Детекторы – газоразрядные счетчики Гейгера-Мюллера, сцинтилляционные счетчики, фотопластинки, чувствительные в рентгеновской области.

Газоразрядный счетчик Гейгера-Мюллера (инерционный детектор, т. е. медленнодействующий):

В стекл. колбе 1, наполненной инертным газом под давлением 10-20 мм. рт. ст., находятся цилиндрический катод 2 и по его оси метал. нить – анод 3. Ист. напряжения 4 создает постоянное эл. поле между анодом и катодом. Счетчик подключен к электрической схеме 6. Рентгеновский квант, попавший в счетчик, ионизирует инертный газ. Образовавшиеся свободные электроны ускоряются эл. полем в направлении анода и производят дополнительную ионизацию газа, вызывая появление новых электронов. Число ионизированных частиц быстро нарастает от катода к аноду. Каждый рентгеновский квант образует лавину электронов, к-рая приводит к кратковременной вспышке самостоятельного эл. тока в счетчике (разряду). На сопротивлении 5 происходит падение напряжения, регистрируемое измерительной схемой 6. она дает показания пропорциональные общему числу квантов, попавших на счетчик за все время регистрации сигнала. Амплитуда импульса не зависит от энергии кванта.

Сцинтилляционный счетчик

3

4

1 2 5 6

1- источник постоянного напряжения, 2 - ФЭУ, 3 – пластинка фосфоресцирующего кристалл. в-ва, которая вплотную прилежит к фотокатоду 4 умножителя. Рентг. квант, попадая на пластинку 3, вызывает в кристалле кратковременную вспышку света, к-рая попадая на фотокатод 4 выбивает из него электроны. В эл. цепи ФЭУ возникает фототок. Сигнал, получаемый на ФЭУ, попадает на усилитель 5, а усиленный сигнал измеряется электронно-измерительной схемой 6.

Амплитуда импульса тем больше, чем ярче световая вспышка на кристалле 3, к-рая пропорциональна энергии (частоте) рентг. кванта. Число вспышек за время регистрации сигнала пропорционально числу рентгеновских квантов, попавших на фосфоресцирующую пластинку 3.

Сцинтилляционный счетчик позволяет дифференцировать излучение компонентов пробы по частотам без использования анализатора, разделяя импульсы, имеющие разные характеристики, и благодаря этому непосредственно измерять интенсивность отдельных спектральных линий.

На использовании таких счетчиков основана работа безкристального рентгеновского анализатора (БРА).