Рентгеновская флуоресценция используется во всем мире для количественного анализа при следовом содержании элементов. Благодаря удобству, точности и широкому спектру применений этот метод получил значительное распространение и в Советском Союзе. Это — прекрасный пример практического использования в прикладных исследованиях и в технологии, от которых наше общество так сильно зависит, одного из достижений, начало которому было положено в фундаментальных исследованиях.
Применение техники спектрометрии рентгеновского излучения способствует эффективному развитию промышленности. Области применения этой техники многочисленны и разнообразны: измерение и контроль загрязнения окружающей среды, рентгенодиагностика, анализ материалов для контроля качества в промышленности, дозиметрическое обслуживание, научные исследования, обнаружение подделок в живописи и многое другое.
В книге Рольфа Вольдсета на высоком профессиональном уровне и в то же время в доступной форме описаны теоретические основы и приведены примеры использования спектрометрии рентгеновского излучения.
Эта книга полезна как специалистам, занимающимся применением этой техники, так и всем желающим лучше ознакомиться с одним из достижений нашего века, века научно-технической революции.
ГЛЕНН Т. СИ БОР Г
Беркли, шт. Калифорния 28 февраля 1977 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Мы живем в эпоху быстрого развития технологии, основанной на результатах фундаментальных исследований. Большая часть прикладных исследований и определяемое ими развитие технологии, от которой наше общество так сильно зависит, берут начало в фундаментальных исследованиях.
Яркой иллюстрацией того положения, что фундаментальные исследования имеют прикладное значение, является развитие спектрометрии рентгеновского излучения. Использование этой техники стало возможным благодаря фундаментальным исследованиям ядерной структуры и ядерных реакций, проведенным учеными лаборатории Лоу-ренса Калифорнийского университета в Беркли. Методы и средства, разработанные этими учеными, очень быстро стали использовать в' промышленности США для решения широкого круга практических задач.
Применение техники спектрометрии рентгеновского излучения способствует эффективному развитию промышленности. Области применения этой техники многочисленны и разнообразны: измерение и контроль загрязнения окружающей среды, рентгенодиагностика, анализ материалов для контроля качества в промышленности, дозиметрическое обслуживание, научные исследования, обнаружение подделок в живописи и многое другое.
В книге Рольфа Вольдсета на высоком профессиональном уровне и в то же время в доступной форме описаны теоретические основы и приведены примеры использования спектрометрии рентгеновского излучения.
Эта книга полезна как специалистам, занимающимся применением этой техники, так и всем желающим лучше ознакомиться с одним из достижений нашего века, века научно-технической революции.
ГЛЕНН Т. СИ БОР Г Беркли, шт. Калифорния 9 мая 1973 г.
ОТ АВТОРА
После открытия закона, позволяющего определить заряд ядра по положению линий рентгеновского спектра (Мозли, 1913 г.), появилась возможность использовать рентгеновское характеристическое излучение для элементного анализа состава вещества. Развитие техники для измерения спектров рентгеновского характеристического излучения пошло по двум направлениям — с использованием дисперсионных и бездисперсионных средств регистрации. Дисперсионный . анализ появился раньше и в настоящее время наиболее распространен. Бездисперсионный анализ, или анализ посредством рентгеновской энергетической спектрометрии (РЭС), начал интенсивно развиваться в последние годы. Следует отметить, что основные достижения в области бездисперсионного анализа тесно связаны с развитием полупроводниковых (твердотельных) детекторов. Однако при этом, конечно, нельзя не учитывать важность работ с применением пропорциональных и сцинтилляционных детекторов.
Мы говорим о методах и средствах анализа, которые определились и получили большое распространение за последние шесть — семь лет. Можно считать этот период длительным или коротким, но факт остается фактом: в литературе пока не освещены в достаточной мере вопросы, связанные с применением спектрометров энергии рентгеновского излучения в качестве аналитического инструмента. Как правило, при появлении новой техники для ее потребителей необходимо: а) изложить принцип действия новой техники и ее назначение; б) дать описание важнейших эксплуатационных параметров, поскольку они определяют выбор аналитической системы для решения поставленной задачи; в) продемонстрировать возможности практического использования этой техники. Это положение бесспорно и в доказательстве не нуждается.
Название этой книги, возможно, слишком общее для столь малого объема. Автор поставил перед собой цель дать введение в РЭС для тех, кто намерен использовать эту технику, а также привести некоторые факты и цифры, необходимые при выборе системы и ее эксплуатации.
Хотя основы рентгеновской флуоресценции подробно изложены в ряде превосходных работ, имеет смысл рассмотреть их здесь в сжатой форме, чтобы материал был представлен как единое целое.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие к русскому изданию .................' . 5
Предисловие............................. 6
От автора.............................. 7
Глава 1. Физические основы возбуждения характеристического рентгеновского излучения......................... 9
•§ 1.1. Общие положения....................... 9
$ 1.2. Характеристическое рентгеновское излучение, рентгеновская
флуоресценция........................10
§ 1.3. Процессы взаимодействия излучения с веществом при различных
способах возбуждения.....................16
Глава 2. Аппаратура, используемая в рентгеновской энергетической
спектрометрии ........................... 28
•§2.1. Полупроводниковый (твердотельный) детектор......... 29
•§ 2.2. Предусилитель........................ 46
§ 2.3. Усилитель.......................... 48
§ 2.4. Режектор наложений..................... 53
§ 2.5. Многоканальный амплитудный анализатор........... 60
•§ 2.6. Системы обработки информации . .'.............. 64
•§ 2.7. Система возбуждения..................... 66
Глава 3. Анализ с использованием рентгеновской энергетической спектрометрии .............................. 93
§ 3.1. Погрешности анализа..................... 94
§ 3.2. Качественный анализ..................... 102
§ 3.3. Сигнатурный анализ...................... 106
§ 3.4. Количественный анализ.................... 109
§ 3.5. Анализ образцов со следовым количеством определяемого элемента 119
§ 3.6. Применение в медицине.................... 123
•§ 3.7. Рентгеновская флуоресценция и дифракция.......... 124
Глава 4. Возбуждение электронным пучком. Электронно-зондовые
лриборы...............................128
§ 4.1. Электронно-зондовый микроанализ...............128
-§ 4.2. Рентгеновское картирование, пространственное разрешение . . 137
•§ 4.3. Количественный анализ....................143
•§ 4.4. Порог обнаружения......................146
Приложение А. Коэффициенты для перевода единиц измерения
концентрации ............................ 147
Приложение Б. Периодическая таблица химических элементов . . 148 Приложение В. Относительная интенсивность и энергия линий
характеристического рентгеновского излучения ........... 150
•Список литературы.........................160
Обзор достижений к 1977 г. (Дополнение специально для русского издания) 165
Цена: 150руб.
