1. Кіріспе Пәннің мақсаты мен мазмұны Кристалдардың құрылымы
Сцинтилляционные детекторы
жүктеу/скачать 1,81 Mb.
|
357434-1
- Бұл бет үшін навигация:
- Полупроводниковые детекторы
- Тема 11. Факторы, влияющие на интенсивность дифракционных максимумов.
- 2.Атомный множитель. Рассеяние рентгеновских лучей элементарной ячейкой. Факторы, влияющие на интенсивность дифракционных максимумов
- Рассеяние рентгеновских лучей электроном
- Рассеяние рентгеновских лучей атомом. Атомный множитель
- Рассеяние рентгеновских лучей элементарной ячейкой
| Сцинтилляционные детекторы. Высокая эффективность регистрации, высокая разрешающая способность во времени, возможность измерения спектров в широком диапазоне интенсивностей и энергий, сравнительная дешевизна и простота в обращении способствовали дальнейшему быстрому развитию этого метода регистрации с помощью сцинтилляторов.
Рис. 2.17 Сцинтилляционный счетчик: 1 – сцинтиллятор; 2 – диноды ФЭУ; 3 – анод; 4 – фотокатод Полупроводниковые детекторы. В настоящее время получают распространение полупроводниковые детекторы для спектрометрии рентгеновского излучения. Полупроводниковый детектор представляет собой кристалл с нанесенными на его поверхность электродами. При взаимодействии ионизирующего излучения в материалом детектора электроны, получившие энергию, могут переместиться из валентной зоны в зону проводимости. В результате в валентной зоне появляются дырки, а в зоне проводимости – электроны, что приводит к существенному возрастанию проводимости кристалла. Перемещаясь под воздействием электрического поля, которое может быть создано с помощью внешнего источника, электроны и дырки создают ток. Собираемый на электродах заряд может служить мерой поглощенной энергии. Время собирания заряда можно оценить по формуле: = d / (me) где m – подвижность носителя заряда электрона или дырки; d – толщина детектора; е – напряженность электрического поля. Тема 11. Факторы, влияющие на интенсивность дифракционных максимумов. 1.Рассеяние рентгеновских лучей электроном. Рассеяние рентгеновских лучей атомом. 2.Атомный множитель. Рассеяние рентгеновских лучей элементарной ячейкой. Факторы, влияющие на интенсивность дифракционных максимумов. На рис.2.18 приведен вид участка дифрактограммы, полученной при облучении образца меди рентгеновскими лучами. Каждый дифракционный максимум на рентгенограмме соответствует отражению от определенной плоскости кристалла. Рис. 2.18 Вид участка дифрактограммы порошка меди Линии на дифрактограмме (рентгенограмме) любого кристаллического образца отличаются по интенсивности друг от друга. Это свидетельство того, что разные плоскости по разному отражают рентгеновские лучи. Очевидно, интенсивность отражений непосредственно связана с расположением атомов в элементарной ячейке и зависит от ряда факторов, их мы называем «множителями интенсивности». Эти факторы необходимо знать, так как решение ряда задач с помощью рентгеноструктурного анализа связано с определением (вычислением) интенсивности дифракционных максимумов. Интенсивность рентгеновских линий на рентгенограммах (максимумы на дифрактограммах) зависят от многих факторов: Jдиф. = Jo* коэффициенты где коэффициенты – это множители интенсивности: атомный (f2)*; структурный (F2)*; множитель повторяемости (Р); угловой (L()); абсорбционный (А()); тепловой (М). При рассмотрении влияния этих факторов на интенсивность лучей, сначала определяют рассеяние электроном, атомом, а затем элементарной ячейкой (структурой) и потом уже рассматривают влияние остальных множителей на интенсивность дифрагированных рентгеновских лучей. Поскольку рентгеновское излучение имеет волновую природу, то в основе теоретических расчетов рассеяния отдельным электроном, атомом, элементарной ячейкой лежит уравнение падающей волны и вычисление амплитуды волны, наблюдаемой в некоторой точке М. Амплитуда характеризуется углом рассеяния и энергией. Экспериментально измеряют не амплитуду, а интенсивность рентгеновских лучей J. Интенсивность лучей J, рассеянных кристаллом в направлении М, является квадратом амплитуды, который может быть найден путем умножения значения амплитуды на комплексно-сопряженную величину. Если известна зависимость интенсивности отраженных лучей от множителей интенсивности, то, сравнивая результаты теоретического расчета и экспериментальные данные для кристалла известной структуры, можно определить степень блочности кристаллов. Если неизвестна структура – можно определить структурный фактор, после чего сделать вывод о структуре и т.д. Рассеяние рентгеновских лучей электроном. Рассеяние рентгеновского излучения может быть описано на основе как классических, так и квантовых представлений. Причем, оба эти подхода приводят к сходным результатам. Процесс рассеяния состоит в том, что рентгеновские лучи (плоская электромагнитная волна с частотой порядка 10181019 сек-1) приводит электроны атомов облучаемого вещества в колебательное движение с частотой, соответствующей частоте электромагнитного излучения, падающего от первичного источника. Колеблющиеся электроны, в свою очередь, испускают сферические электромагнитные волны, образующие вторичное или рассеянное рентгеновское излучение. Количественная оценка рассеивающей способности одного электрона согласно закону классической электродинамики имеет вид: Jэ = где Jэ – интенсивность рассеяния, измеренная на расстоянии R от электрона под углом 2 к направлению первичного пучка; Jо – интенсивность падающей волны; е, m, с – соответственно заряд и масса электрона, скорость света. При наличии Z электронов, между излучениями которых нет никакой разности фаз: Jэ = Рассеяние рентгеновских лучей атомом. Атомный множитель. Электромагнитные волны, испущенные Z электронами одного атома, при сложении образуют суммарную волну, относительная интенсивность которой в f2 меньше, чем по формуле (2.22) в связи с наличием разницы фаз, обусловленной локализацией электронов в разных частях атома. Таким образом: = Функция f – атомная амплитуда рассеяния показывает, во сколько раз амплитуда лучей, рассеянных aтомом, больше амплитуды лучей, рассеянных электроном f = Ja/Jэ. Отсюда, атомный множитель (функция f2) характеризует интенсивность рассеяния рентгеновских лучей атомом, величина его зависит от распределения электронов (плотности) в самом атоме. Атомная амплитуда рассеяния зависит от соотношения частоты колебания (длины волны) падающего рентгеновского излучения () и частоты колебания электрона (э). Если частота колебаний электрона э>>, то интенсивность когерентного рассеяния мала, так как падающие лучи вызывают лишь слабое возмущение электрона. При частотах , близких к э, то есть когда длина волны падающего излучения близка к длинам волн К-серии (или соответственно L, М-серий), возникает так называемое аномальное рассеяние. Элeктрон рассеивает уже не как свободный и в итоге в атомную амплитуду вводят поправки и представляют в виде: |f| = |fэ + f` + f``| (2.24) где fэ – атомная амплитуда, рассчитанная в приближении свободных электронов; f` - поправка за счет эффектов связи; f`` - поправка на радиационные потери. Поправки f`, f`` называют дисперсионными. Величина и знак поправок зависят от соотношения длины волны падающего излучения и электронов атома, то есть от соотношения и э. f`, f``, fэ, как и fо – безразмерные величины. Значения атомной функции рассеяния рентгеновских лучей зависят от направления, то есть угла . Для многих элементов атомные амплитуды и дисперсионные поправки сведены в таблицы справочников по рентгеноструктурному анализу. Рассеяние рентгеновских лучей элементарной ячейкой. Вторичные электромагнитные волны, испущенные атомами кристалла, также будут складываться друг с другом. И в зависимости от правильной периодичности расположения атомов в кристалле (от кристаллической структуры) и разности фаз электромагнитных волн в результате сложения получится некоторая закономерная интерференционная картина, которую можно теоретически просчитать. Если электромагнитные волны в каком-то направлении совпадают по фазе, они усиливаются, если находятся в противофазе – гасятся, то есть в целом интерференционная картина будет зависеть от результирующей амплитуды. Результирующая амплитуда F, характеризующая рассеивающую способность элементарной ячейки, называется структурной амплитудой рассеивания. Структурная амплитуда F показывает, во сколько раз амплитуда рассеянных элементарной ячейкой рентгеновских лучей в направлении дифракционного максимума больше, чем амплитуда рассеяния 1 атома. Рассеяние от непримитивной элементарной ячейки, содержащей t атомов – базисом, состоящим из координат атомов [[minipi]] с их рассеивающей способностью fi, может быть представлено в виде: Квадрат структурной амплитуды рассеяния (F2) называется структурным множителем, он характеризует интенсивность рентгеновских лучей, рассеянных элементарной ячейкой. Кристалл можно рассматривать как систему из периодически расположенных одинаковых элементарных ячеек, и поэтому для определения амплитуды рассеяния рентгеновских лучей кристаллом необходимо, найдя амплитуду рассеяния одной элементарной ячейкой, можно эту величину, с учетом разности хода, просуммировать по всем ячейкам. Так как суммарная структурная амплитуда рассеяния зависит от числа атомов, их расположения в элементарной ячейке, то и структурный множитель при рассеянии рентгеновских лучей в любом направлении (под определенным углом ) будет находиться также в определенной зависимости от координат атомов базиса и индексов интерференции отражающих плоскостей. Численную величину структурного множителя интенсивности можно определить по формуле: (2.26) где mi, nipi – координаты i-го атома с рассеивающей способностью fi в ячейке, содержащей t атомов; Н, К, L – индексы интерференционных максимумов (на дифрактограммах), при этом Н=nh, K=nk, L=nl, n – порядок отражения. Зная координаты атомов базиса и их рассеивающую способность, можно определить индексы интерференции, для которых будет наблюдаться погасание рентгеновских лучей. Погасание будет наблюдаться у тех плоскостей, для которых величина структурного множителя будет равна нулю. жүктеу/скачать 1,81 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|