PIXE:n hyödyntäminen materiaalitutkimuksessa Syventävien opintojen seminaari Ella Peltomäki 30.10.2014
Sisällys PIXE perustuu alkuainekohtaisiin elektronikuorirakenteisiin Tulosten kannalta haitallisen säteilyn määrää voidaan rajoittaa absorbaattorin avulla PIXEä hyödynnetään monipuolisesti eri tutkimusaloilla
Sisällys PIXE perustuu alkuainekohtaisiin elektronikuorirakenteisiin Tulosten kannalta haitallisen säteilyn määrää voidaan rajoittaa absorbaattorin avulla PIXEä hyödynnetään monipuolisesti eri tutkimusaloilla
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
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
Spektrin piikit vastaavat kukin tiettyä elementtikohtaista siirtymäenergiaa
Sisällys PIXE perustuu alkuainekohtaisiin elektronikuorirakenteisiin Tulosten kannalta haitallisen säteilyn määrää voidaan rajoittaa absorbaattorin avulla PIXEä hyödynnetään monipuolisesti eri tutkimusaloilla
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
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?
Sisällys PIXE perustuu alkuainekohtaisiin elektronikuorirakenteisiin Tulosten kannalta haitallisen säteilyn määrää voidaan rajoittaa absorbaattorin avulla PIXEä hyödynnetään monipuolisesti eri tutkimusaloilla
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
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
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
Kiitos!
Lähteet http://mffo.rmki.kfki.hu/pixe http://users.abo.fi/jlill/pixe.htm Sven A.E. Johansson, John L. Campbell: PIXE: A Novel Technique for Elemental Analysis. John Wiley & Sons Ltd., 1988 ScienceDirect, DOI: 10.1016/j.nimb.2009.09.061 www.euronuclear.com http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/comptint.html ScienceDirect, DOI: 10.1016/j.nimb.2007.02.044 www.museums.gov.gg http://www.fastcomtec.com/n-applications/multiparameter-systems/micro-pixe-analysis.html