Теоретические коэффициенты поглощения в рентгеноспектральном микроанализе

Abstract

Известны два основных способа нахождения массовых коэффициентов ослабления рентгеновских лучей μ: экспериментальный и теоретический путём расчёта методами квантовой механики. Коэффициенты, полученные экспериментально, получили широкое распространение в рентгеноспектральном микроанализе (РСМА), в том числе и при анализе в ультрадлинноволновой области при определении содержания элементов с низким атомным номером (F - Be). Тем не менее, неопределённость экспериментальных коэффициентов всё ещё высока. Теоретические коэффициенты ослабления стали известны позднее, но уже показали свою перспективность, хотя доступны только при энергии рентгеновского излучения более 1 кэВ. На практике теоретические коэффициенты могут быть использованы с помощью аппроксимации зависимости μ от энергии Е рентгеновского фотона. Энергия рентгеновского излучения, используемого в РСМА, ограничена величиной порядка 10 кэВ, что позволяет учитывать только поглощение излучения, пренебрегая его рассеянием. При рассмотрении существующих способов аппроксимации зависимости массового коэффициента поглощения τ от энергии выяснилось, что все они построены на данных теоретического расчёта Дж. Скофилда и приводят к близким результатам. Для практических целей РСМА наиболее подходящим представляется способ, предложенный Х. Эбелем и др. Опыт применения теоретических коэффициентов при анализе породообразующих минералов и при анализе в области М -краёв поглощения (элементы с атомными номерами 76 - 83 и редкоземельные элементы) показал обнадёживающие результаты. Использование теоретических коэффициентов поглощения в сочетании с расчётом поправки на поглощение методами phi-rho-z-моделирования ведёт к повышению точности количественных определений.

Two methods of determining X-ray attenuation coefficients μ are known: theoretical, which uses quantum mechanics calculations, and experimental. Experimentally obtained coefficients are widely used in electron probe microanalysis (EPMA), including the quantitative analysis of low atomic number elements (Be to F) in the ultra-long wavelength range. Nonetheless, the uncertainty of experimental coefficients is quite high. Even though theoretical attenuation coefficients were discovered later and are available only for X-ray energy more than 1 keV, they have already shown great promise. In the EPMA practice, theoretical attenuation coefficients may be used together with an approximation of the dependence of μ on X-ray photon energy, E. X-ray energy in EPMA has an upper limit of about 10 keV where only radiation absorption needs to be accounted for while the scattering can be neglected. Comparison of the existing methods of approximation of energy dependence on mass absorption coefficient τ revealed that all of them are based on J. Scofield theoretical calculations and yield similar results. For the practical purposes, a method proposed by Ebel et al. seems to be most suitable. The use of the theoretical coefficients for rock-forming mineral analysis and for the M-edge absorption spectra (elements with atomic numbers 76 - 83 and rare earth elements) produced promising results. Applying theoretical coefficients together with calculating the absorption correction using phi-rho-z-modelling leads to the improved accuracy of quantitative analysis.