PIXE:n hyödyntäminen materiaalitutkimuksessa

Transkriptio

1 PIXE:n hyödyntäminen materiaalitutkimuksessa Syventävien opintojen seminaari Ella Peltomäki

2 Sisällys PIXE perustuu alkuainekohtaisiin elektronikuorirakenteisiin Tulosten kannalta haitallisen säteilyn määrää voidaan rajoittaa absorbaattorin avulla PIXEä hyödynnetään monipuolisesti eri tutkimusaloilla

3 Sisällys PIXE perustuu alkuainekohtaisiin elektronikuorirakenteisiin Tulosten kannalta haitallisen säteilyn määrää voidaan rajoittaa absorbaattorin avulla PIXEä hyödynnetään monipuolisesti eri tutkimusaloilla

4 PIXE on osa röntgenemissioon perustuvien tekniikoiden perhettä Tutkittavan kohteen ominaisuuksia analysoidaan röntgenspektrin perusteella Tutkimuskohteita mm. vesi, puu, aerosolit, keramiikka, maalaukset ja biologiset kudokset PIXE = Particle Induced X-Ray Emission 2-4 MeV protonisuihku Röntgenkvantin energia vastaa alkuperäisen tilan sekä lopputilan välistä energiaeroa

5 Jokaisella alkuaineella on sille ominainen elektronikuorirakenne Elektronien siirtymiä säätelevät kvanttilukuihin viittaavat valintasäännöt Siirtymäsarjat nimetään elektronin lopputilan mukaan K-, L-, M-sarja jne... Sarjan sisältämät siirtymät nimetään α-, β-, γ-,... siirtymiksi vastaavasti sen mukaan, kuinka monen kuoren päässä lopputilasta on elektronisiirtymän alkutila Samalta kuorelta lähtöisin olevat elektronisiirtymät nimetään numeroindeksein 1, 2,... sen mukaan, millä alikuorella elektronin alkutila sijaitsee

6 Spektrin piikit vastaavat kukin tiettyä elementtikohtaista siirtymäenergiaa

7 Sisällys PIXE perustuu alkuainekohtaisiin elektronikuorirakenteisiin Tulosten kannalta haitallisen säteilyn määrää voidaan rajoittaa absorbaattorin avulla PIXEä hyödynnetään monipuolisesti eri tutkimusaloilla

8 Spektri koostuu siirtymiä vastaavien piikkien lisäksi jatkuvasta taustasta Jarrutussäteilyä syntyy varauksen (elektroni, sekundäärielektroni, protoni) nopeuden muuttuessa Gammasäteilyn Comptonin sironta kohtioatomin elektroneista synnyttää energialtaan alhaisempia säteilykvantteja Sironnan seurauksena muodostuva tausta on vaikeampi ennustettava Riippuu suurelta osin kammion materiaaleista ja ammusionien indusoimien reaktioiden tod.näköisyyksistä näissä materiaaleissa

9 Tarpeettoman säteilyn intensiteettiä voidaan säädellä absorbaattorin avulla Absorbaattori vähentää mittauksen kannalta haitallista ilmaisimelle saapuvaa säteilyä absorboimalla sitä Luokkaa 100 µm paksu kalvo Absorbaattori tulee valita tutkimuskohtaisesti mm. laitteiston materiaalin ja tutkimuksen kannalta oleellisten elementtien perusteella Mitä energiaa absorboi? Minkä energia-alueen piikit tulee poistaa spektristä? Tuleeko piikkien vaimentua kokonaan vai vain osittain?

10 Sisällys PIXE perustuu alkuainekohtaisiin elektronikuorirakenteisiin Tulosten kannalta haitallisen säteilyn määrää voidaan rajoittaa absorbaattorin avulla PIXEä hyödynnetään monipuolisesti eri tutkimusaloilla

11 PIXEä hyödynnetään monipuolisesti eri tutkimusaloilla Arkeologia Esineen valmistusajan ja -paikan selvitys sekä entisaikojen kansojen liikkeiden ja kauppareittien tutkimus Maalauksen tai postimerkin aitouden selvittäminen Analyyttinen kemia Juoma- ja merivesitutkimus Rikostekninen tutkimus Biolääketiede Ruudinjäämien tunnistus kämmenen iholta Kudoksen ja plasman hivenainekoostumuksen tutkimus ja sairauksien tunnistaminen muutosten perusteella

12 PIXEn vahvuudet PIXE:n vahvuuksia ovat Absoluuttinen herkkyys Hyvä sivusuuntainen resoluutio Nopeus Kyky havaita laaja skaala alkuaineita Kyky havaita useita alkuaineita samanaikaisesti Monipuolisuus ja kokonaisvaltaisuus

13 Mitä opimme? PIXE perustuu alkuainekohtaisiin elektronikuorirakenteisiin ja röntgensäteilyn synnyttämiseen energeettisten hiukkasten avulla Tulosten kannalta haitallisen säteilyn määrää voidaan rajoittaa absorbaattorin avulla PIXEä hyödynnetään monipuolisesti eri tutkimusaloilla

14 Kiitos!

15 Lähteet Sven A.E. Johansson, John L. Campbell: PIXE: A Novel Technique for Elemental Analysis. John Wiley & Sons Ltd., 1988 ScienceDirect, DOI: /j.nimb ScienceDirect, DOI: /j.nimb