Способы регистрации и анализа характеристического излучения, первичных и вторичных электронов.

 

Регистрация и анализ характеристического излучения.

 

Анализ выходящего из обрзца характеристического рентгеновского излучения включает точное измерение длин волн (или энергий) и интенсивностей спектральных линий. Применяется два метода для проведения таких измерения.

 

Первый метод основан на использовании рентгеновского спектрометра, к отором излучение разлагается в спектр с помощью кристалла – анализатора (происходит брэгговская дифракция на плоскостях кристаллической решетки). Дифрагированное рентгеновское излучение регистрируется детектором (обычно газовым пропорциональным счетчиком). Рентгеновский спектр получают, строя зависимость интенсивности от угла Брэгга. Этот метод принято называть спектрометрией с волновой дисперсией, поскольку длина волны λ – основная характеристика, которую измеряют в данном методе.

 

В установке, реализующей второй метод, отсутствует диспергирующая система, детектор ренгеновских фотонов собирает все идущее от образца излучение или большую его часть. Разложение рентгеновского сигнала, снимаемого с детектора, производится электронным устройством с использованием амплитудного анализатора имульсов; измеренную амплитуду импульса сопоставляют с энергией фотона. Такой метод называют энергодисперсионной спектрометрией.

Регистрация первичных и вторичных электронов.

 

Энергоанализатор – устройство, позволяющее измерять число электронов, обладающих энергиями, лежащими в заданном интервале. В энергоанализаторах используются физические принципы, связанные с отклонением заряженных частиц в электростатическом или магнитном поле.

 

Энергоанализатор типа цилиндрическое зеркало (АЦЗ) – один из наиболее распространенных. Анализатор этого типа состоит из двух коаксиальных полых металлических цилиндров (рис. 6.4.). Во внутреннем цилиндре A имеются узкие прорези S₁ и S₂ для прохождения входящих и выходящих электронов соответственно. К внешнему цилиндру B прикладывается отрицательный по отношению к внутреннему цилиндру потенциал V_ab. В пространстве между цилиндрами электростатическое поле изменяется обратно пропорционально радиусу r:

 

(6.5)

 

здесь r_a и r_b – соответственно радиусы внутреннего и внешнего цилиндров.

Электроны, влетевшие в энергоанализатор от источника О с некоторой скоростью v₀ под углом влета θ;, в результате отклонения от первоначальной траектории под действием электрического поля, будут двигаться по криволинейной траектории и сфокусируются на выходе в точке О₁, в которой располагается коллектор электронов, например, электронный умножитель.

Наилучшая фокусировка электронного пучка в АЦЗ достигается при угле влета электронов q = 42° 18,5'. В этом случае расстояние между точками О и О₁, т.е. между образцом и детектором электронов L₀ = 6,12 r_a. Максимальное удаление электронов от оси анализатора r_max»0,3 L₀.

Важнейшей характеристикой энергоанализатора является его разрешающая способность R. В случае бесконечно узких входной и выходной щелей через энергоанализатор проходят лишь электроны со строго определенной энергией Е₀. При конечной ширине щелей S₁ и S₂ АЦЗ будет пропускать электроны с угловым разбросом ±Dq и энергетическим разбросом D Е. Две группы электронов равной интенсивности с некоторой средней энергией Е считаются разрешенными, если при их наложении результирующая кривая имеет минимум. Минимальное энергетическое расстояние между этими группами электронов D Е_min при данном значении Е и определяет разрешающую способность анализатора:

 

.

 

Уменьшить D Е_min можно уменьшением ширины щелей, однако при этом уменьшается чувствительность прибора, так как уменьшается доля электронов, достигающих детектора электронов. Пропускная способность анализатора, показывающая какая часть общего потока электронов, испускаемого источником, доходит до детектора, характеризуется светосилой энергоанализатора. Светосила определяется произведением площади сбора электронов на функцию пропускания энергоанализатора. Улучшить разрешающую способность анализатора без уменьшения его светосилы можно уменьшением энергии электронов Е, влетающих в анализатор. С этой целью перед входной щелью анализатора ставят замедляющие электроны сетки или систему электронных линз.

 

Наибольшей светосилой и разрешением, сравнимым с АЦЗ, обладает концентрический полусферический анализатор (ПСА). В литературе его часто называют сферическим дефлектором. Анализатор этого типа состоит из двух сферических секторов с радиусами кривизны r_a и r_b (рис. 6.6). Электроны в этом случае движутся в поле сферического конденсатора:

 

,

 

где V_ab – разность потенциалов между внешней и внутренней сферами.

Энергоанализатор с задерживающим полем (АЗП). В этом энергоанализаторе используется тормозящее электростатическое поле, которое пропускает на коллектор только те электроны, кинетическая энергия которых превышает энергию задерживающего электрического поля.

Образец (рис. 6.7) располагается в центре концентрических сферических сеток. Первая сетка находится под тем же потенциалом, что и образец, что гарантирует распространение электронов, покидающих образец, в направлении анализатора в свободном от поля пространстве. На вторую сетку подается отрицательный по отношению к образцу потенциал U_s. Изменяя значение U_s, можно регулировать долю электронов, достигших коллектора анализатора. Зависимость тока коллектора I_K от энергии задерживающего поля еU_s называется кривой задержки вторичных электронов