Analiza reakcji jądrowych
Analiza reakcji jądrowej (NRA) to jądrowa metoda spektroskopii jądrowej w materiałoznawstwie w celu uzyskania rozkładu stężenia w funkcji głębokości dla niektórych docelowych pierwiastków chemicznych w stałej cienkiej warstwie.
Mechanizm NRA
Jeśli zostaną napromieniowane wybranymi jądrami pocisków o energiach kinetycznych E kin , docelowe cienkowarstwowe pierwiastki chemiczne mogą przejść reakcję jądrową w warunkach rezonansu z wyraźnie określoną energią rezonansową. Produktem reakcji jest zwykle jądro w stanie wzbudzonym, które natychmiast ulega rozpadowi, emitując promieniowanie jonizujące .
, należy znać początkową energię kinetyczną jądra pocisku (która musi przekraczać energię rezonansową) oraz jego siłę rażenia (straty energii na przebytą odległość) w próbce. Aby przyczynić się do reakcji jądrowej, jądra pocisku muszą zwolnić w próbce, aby osiągnąć energię rezonansową. Zatem każda początkowa energia kinetyczna odpowiada głębokości w próbce, w której zachodzi reakcja (im wyższa energia, tym głębsza reakcja).
Profilowanie NRA wodoru
Na przykład powszechnie stosowaną reakcją profilowania wodoru za pomocą energetycznej wiązki jonów 15 N jest
z ostrym rezonansem w przekroju poprzecznym reakcji przy 6,385 MeV tylko 1,8 keV. Ponieważ padający 15 N traci energię wzdłuż swojej trajektorii w materiale, musi mieć energię wyższą niż energia rezonansowa, aby wywołać reakcję jądrową z jądrami wodoru znajdującymi się głębiej w tarczy.
Ta reakcja jest zwykle zapisywana jako 1 H( 15 N, αγ) 12 C. Jest nieelastyczna , ponieważ wartość Q nie jest zerowa (w tym przypadku jest to 4,965 MeV). Reakcje rozpraszania wstecznego Rutherforda (RBS) są sprężyste (Q = 0), a przekrój poprzeczny interakcji (rozpraszania) σ wynika ze słynnego wzoru wyprowadzonego przez Lorda Rutherforda w 1911 roku. Ale przekroje inne niż Rutherforda (tzw. EBS , elastyczne Spektrometria rozpraszania wstecznego ) może być również rezonansowa: na przykład 16 O(α,α) 16 O ma silny i bardzo użyteczny rezonans przy 3038,1 ± 1,3 keV.
W reakcji 1 H( 15 N,αγ) 12 C (lub w rzeczywistości odwrotnej reakcji 15 N(p,αγ) 12 C ), emitowany energetycznie promień γ jest charakterystyczny dla reakcji i liczby, które są wykrywane przy dowolnej padającej energii jest proporcjonalna do stężenia wodoru na odpowiedniej głębokości w próbce. Ze względu na wąski pik w przekroju poprzecznym reakcji reakcji jądrowej ulegają przede wszystkim jony o energii rezonansowej. W ten sposób informacje o rozkładzie wodoru można łatwo uzyskać, zmieniając 15 N energia wiązki padającej.
Wodór jest pierwiastkiem niedostępnym dla spektrometrii rozpraszania wstecznego Rutherforda , ponieważ nic nie może rozpraszać się wstecz od H (ponieważ wszystkie atomy są cięższe od wodoru!). Ale często jest analizowany przez wykrywanie sprężystego odrzutu .
Nierezonansowy NRA
NRA może być również używany bezrezonansowo (oczywiście RBS jest nierezonansowy). Na przykład deuter można łatwo profilować za pomocą wiązki 3 He bez zmiany padającej energii za pomocą
- 3 He + D = α + p + 18,353 MeV
reakcja, zwykle zapisywana jako 2 H( 3 He,p)α. Energia wykrytego szybkiego protonu zależy od głębokości atomu deuteru w próbce.
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- Szczegóły wielu znanych reakcji znajdują się na serwerze MAEA pod adresem http://www-nds.iaea.org/ibandl/ .
- Energię uwalnianą w reakcjach jądrowych („wartość Q”) można łatwo obliczyć (z E=mc 2 ): patrz http://nucleardata.nuclear.lu.se/database/masses/ .
- NRA w JSI Microanalytical center w Lublanie, Słowenia