4.2.1 Характеристическое рентгеновское излучение
Страница 4 из 8
Таблица 4.1 Относительные веса рентгеновских линий
| Kα (1) | Kβ (0.1) | - | - |
| Lα1,2 (1) | Lβ1 (0.7) | Lβ2 (0.7) | Lγ1 (0.7 |
| - | Lγ3 (0.03) | LI (0.04) | Lη (0.01) |
| Mα (1) | Mβ (0.6) | Mζ (0.06) | Mγ (0.05) |
| MIINIV (0.01) |
Критическая энергия ионизации: для того чтобы ионизировать атом электронный пучок должен передать атому количество энергии большее, чем определенное значение для внутренней электронной оболочки. Эта энергия называется критической энергией ионизации (Ec). Если мы хотим, чтобы создать достаточно большое количество рентгеновских лучей, то энергия пучка E0 должна быть значительно больше, чем Ec. Величина Ec тем больше, чем сильнее электроны связаны с ядром, так, для данного элемента, внутренняя оболочка (K) имеет более высокую Ec, чем следующая (L) оболочка, и так далее. Атомы с более высоким Z имеют больше протонов для связывания внутренних электронов и, следовательно, имеют более высокую энергию ионизации Ec. Этот эффект можно увидеть на рентгеновском спектре, например, на рис 1.4 A, на котором энергия рентгеновских пиков возрастает с увеличением атомного номера. Так как существует много оболочек и множество атомов, то перечень критических энергий ионизации довольно большой, и может быть найден в любом учебнике по рентгеновскому излучению. Аналогичный список также имеет высокое значение в СПЭЭ так как Ec, очевидно, соответствует критическому количеству энергии теряемой электронным пучком и, следовательно, приводит к пикам (обычно называемым краем) в спектрах потерь энергии электронов. Края спектров потерь энергии электронов, как и характеристические рентгеновские пики, также могут быть использованы для идентификации однозначного присутствия того или иного элемента в образце.
Сечение ионизации (σ): Показано на рисунке 4.1, для электронов K-и L-оболочек. Сечение ионизации не сильно зависит от энергии и имеет сравнительно большое значение, и поэтому рентгеновские лучи генерируются во всех ПЭМ. В низко-вольтовой СЭМ есть параметр называемый перенапряжением, U, который представляет собой отношение E0 энергии пучка к энергии ионизации Ec. Сечение зависит от U, как показано на рисунке 4.4. Как видно из рисунка если E0 близко к Ec то вероятность ионизации довольна низка. Тем не менее, в ПЭМ практически всегда E0 >100 кэВ, в то время как Ec, как правило, <20 кэВ, таким образом U в ПЭМ обычно >5. Таким образом, в ПЭМ практически всегда происходит генерация рентгеновского излучения и сечение остается практически постоянным при всех значениях энергии. Несмотря на это относительно простое поведение, существует значительная неопределенность в отношении абсолютного значения сечений ионизации, потому что немногие надежные экспериментальные измерения были сделаны при ускоряющих напряжениях характерных для ПЭМ. Большинство моделей являются вариацией исходного выражения Бете (1930) которая описывает общее (не дифференциальное) сечение ионизации, как
(4.1)где ns является количеством электронов в ионизируемой подоболочке, а bs и cs являются константами для данной оболочки. Дифференциальная форма выражения Бете показывает две особенности:
