Это материал изгида Излучение иматерия, приуроченного к75-летию
атомной промышленности. Партнер гида Росатом.Что это?Схема
спектрометра с волновой дисперсией устройства, предназначенного для
анализа состава вещества с помощью рентгеновского излучения.В
основе данного метода лежит эффект флуоресценции. Облучение атомов
с помощью рентгеновского излучения вызывает испускание электронов с
внутренних орбиталей атома. В них образуются дырки вакансии, из-за
чего атомы переходят в возбужденное состояние, то есть становятся
нестабильны. Через миллионные доли секунды атомы возвращаются к
стабильному состоянию, когда вакансии во внутренних орбиталях
заполняются электронами из внешних орбиталей. Такой переход
сопровождается испусканием энергии в виде вторичного фотона.
Совокупность таких вторичных фотонов, исходящих от вещества,
называется вторичным рентгеновским излучением.Атом каждого элемента
испускает фотон со строго определенной энергией. Это позволяет
определять перечень элементов, атомы которых испустили фотоны,
узнавая тем самым состав изучаемого вещества или даже точное
количество примесей в нем. Именно для этой цели используются
спектрометры.Спектрометры с волновой дисперсией предназначены для
анализа сложных многокомпонентных веществ. С помощью входных
коллиматоров излучение формируется в параллельные друг другу пучки
и направляется к кристаллу-монохроматору. Это необходимо для того,
чтобы выделить пучки с одинаковой длиной волны посредством
дифракции. Затем они с помощью выходного коллиматора направляются в
детектор. Для относительно больших длин волн при анализе легких
элементов используются газонаполненные пропорциональные детекторы,
для коротких длин волн, соответствующих тяжелым элементам,
сцинтилляционные детекторы.Волновой спектрометр регистрирует
одномоментно только фотоны с одинаковой длиной волны. Таким
образом, вторичное излучение каждого элемента измеряется
последовательно, друг за другом. Этого недостатка лишены
спектрометры с энергетической дисперсией, на которых используется
специальный детектор, преобразующий энергию фотонов вторичного
излучения в импульсы напряжения определенной амплитуды. Это
позволяет считывать информацию о волнах разной длины единовременно.
Однако энергетические спектрометры недостаточно чувствительны, в то
время как волновые способны регистрировать в сотни и тысячи раз
меньшие количества элементов в веществе.Чем это интересно для
науки?Волновые и энергетические спектрометры выполняют несколько
разные задачи, однако ученые научились использовать их так, чтобы
они могли дополнять друг друга. При этом основные элементы
анализируют с помощью энергетического спектрометра, а элементы с
низкими концентрациями с помощью волнового. При расчете поправок
система использует информацию от двух спектрометров.Почему это
важно знать?Благодаря работе спектрометров рентгеновского излучения
возможна рентгеновская спектрометрия, в том числе и
рентгенофлуоресцентный анализ. Эти методы более просты в
использовании, нежели другие разновидности активационного анализа,
поэтому они позволяют без лишних усилий выполнять более простые
задачи по поиску примесей и изучению состава вещества. Такие
спектрометры помогают находить тяжелые и токсичные металлы в почве,
воде и пищевых продуктах, датировать археологические находки и
проводить экспертизыпредметов искусства.
