4.2.2 Тормозное рентгеновское излучение

Если электроны пучка полностью проникают через электронные оболочки, они могут неупруго взаимодействовать с ядром. Если электрон взаимодействует с кулоновским (заряд) полем ядра, он может испытывать существенные изменения импульса и во время этого процесса он может испускать рентгеновское излучение. Поскольку электрон может испытывать любое количество потерь энергии, в зависимости от силы взаимодействия, то эти рентгеновские лучи могут иметь любую энергию вплоть до энергии пучка. Такие рентгеновские лучи называются тормозным излучением.

Вероятность появления тормозного излучения обычно описывается сечением, полученным Крамерсом. Это выражение часто используется для тонких образцов ПЭМ, хотя изначально оно было выведено для объемных образцов. Общепринятым является использование сечение Крамерса для предсказания генерации тормозного излучения, а не вероятности взаимодействия. Используемое приближенное выражение:

(4.7)

где N(E) число тормозных фотонов с энергией Е (т. е. интенсивность) производимая электроном с энергией E0, K является постоянной Крамерса и Z-атомный номер ионизированных атомов.

Это соотношение предсказывает, что гораздо более вероятно, что взаимодействие приведет к небольшой потере энергии и чрезвычайно редко электрон теряет всю свою энергию в одном акте торможения в ядре. Таким образом, интенсивность тормозного излучения в зависимости от энергии показана на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 Интенсивность тормозного рентгеновского излучения в зависимости от энергии. Генерируемая интенсивность быстро растет с уменьшением энергии рентгеновского излучения, но при энергиях <2 кэВ тормозное излучение поглощается в образце и в любом используемом детекторе наблюдаемая интенсивность спектра быстро падает до нуля. E0 энергия электронов, вызывающих рентгеновское излучение. Две серии характеристических линий с определенными энергиями также показаны, наложенными на тормозное излучение.

В отличие от изотропного излучения характеристических рентгеновских лучей, тормозное излучение является сильно анизотропным, показывая сильное рассеяние вперед, которое увеличивается с увеличением энергии падающего пучка E0.

Эта анизотропия является очень полезной, поскольку она позволяет нам разрабатывать спектрометры, которые собирают много больше полезных характеристических рентгеновских лучей, чем относительно бесполезного тормозного рентгеновского излучения.

Тормозное излучение имеет непрерывный спектр энергий, на которое накладываются характеристические рентгеновские линии, как схематически показано на рисунке 4.6 и экспериментально получаемые на спектре, на рисунке 1.4. Поскольку характеристические рентгеновские лучи имеют узкий диапазон энергий, они появляются как острые пики в спектре с центром в определенной энергии. Интенсивность тормозного излучения зависит от среднего Z образца, и это полезно для биологов или исследованиия полимерных материалов, которые заинтересованы в этом аспекте их образцов. Но материаловеды вообще убирают тормозное излучение как сигнал, который только заслоняет характеристические линий.