Источники возбуждения рентгеновского излучения

1.1 Рентгеновская трубка. Электроны, эмитируемые катодом трубки, ускоряются высокой разностью потенциалов и бомбардируют анод. В результате возникают тормозное и характеристическое излучения. Такой способ получения характеристического излучения практически не очень удобен при изучении спектров разных элементов, так как для смены образца требуется замена вещества анода. Однако полученным излучением можно воспользоваться в качестве первичного излучения (возбуждающий фотонный пучок), направив его на образец исследуемого вещества. При соблюдении условия Е_перв³ Е^*, где Е^* - энергия связи электрона соответствующей оболочки, возникнут линии спектра вторичного излучения - спектра флуоресценции.

На рис.5 изображена конструкция рентгеновской трубки. Для возбуждения излучения использовалась рентгеновская трубка с параметрами: максимальное напряжение 45 кВ, максимальный ток 100мкА. Заметим, что в спектрах флуоресценции будут наблюдаться не только линии исследуемого элемента, но и линии того элемента, из которого сделан анод (в данном случае Мо), в том числе будет наблюдаться и рассеянный мишенью тормозной спектр, генерируемый электронами, падающими на анод.

1.2. Источник a-частиц. Возбуждение рентгеновского характеристического излучения можно осуществить a-частицами радиоактивного изотопа. С этой целью использовался изотоп Pu²³⁹, испускающий a-частицы с энергией 5,1 МэВ и активностью 500 микрокюри. Пластина с нанесенным изотопом помещена в специальную камеру, изображенную на рис.6, которая монтируется на анод рентгеновской трубки таким образом, чтобы оба излучателя (рентгеновская трубка и камера изотопа) были соосны. При работе рентгеновской трубки камера закрыта.

Рис. 5. Схематическая конструкция Рис.6 Коллиматор рентгеновского

рентгеновской трубки. пучка с камерой альфа-источника

1.3. Возбуждение рентгеновских спектров в атомах радиоактивных изотопов. Некоторые радиоактивные изотопы излучают рентгеновские спектры без предварительного возбуждения их внешними источниками в результате электрон-ядерных взаимодействий. Существует три механизма этих взаимодействий:

1) внутренний фотоэффект, когда g-квант, вылетающий из ядра, выбивает электрон из своего же атома,

2) внутренняя конверсия – эффект прямой передачи энергии возбужденным ядром атомному электрону, приводящий к ионизации атома,

3) захват ядром одного из внутренних электронов атома (К-захват).

Реализуется в основном второй и третий механизмы, поскольку вероятность внутреннего фотоэффекта мала.

В установке представлены четыре радиоактивных источника, которые излучают рентгеновские спектры элементов, получающихся в результате радиоактивных превращений. Радиоактивные изотопы излучают следующие спектры:

1. Fe⁵⁵- спектр марганца.

2. Co⁵⁷- спектр железа.

3. Ra²²⁶- спектр висмута.

4. Am²⁴¹- спектр нептуния.

5. Спектр титана возбуждается тритиевым источником, легированным в матрицу из титана и не требует других источников возбуждения.

Для исследования спектров различных элементов были изготовлены 27 образцов, перечисленных в таблице 1.

Таблица 1

1. Титан Z=22 – спектр возбуждается тритиевым источником.

2. Железо Z=26 (радиоактивный изотоп Fe⁵⁵)

3. Железо Z=26.

4. Кобальт Z=27 (радиоактивный изотоп Co⁵⁷)

5. Никель Z=28.