Wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie

Wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie lub promieniowanie HEX to bardzo twarde promieniowanie rentgenowskie , o typowej energii 80–1000 keV (1 MeV), o około jeden rząd wielkości wyższej niż konwencjonalne promieniowanie rentgenowskie stosowane w krystalografii rentgenowskiej (i dobrze na energię promieniowania gamma powyżej 120 keV). Są one produkowane w nowoczesnych promieniowania synchrotronowego , takich jak linia ID15 w Europejskim Ośrodku Promieniowania Synchrotronowego (ESRF). Główną zaletą jest głęboka penetracja materii , co czyni je sondą do grubych próbek w fizyki i materiałoznawstwa oraz pozwala na środowisko i działanie próbki w powietrzu. Kąty rozpraszania są małe, a dyfrakcja skierowana do przodu pozwala na proste konfiguracje detektora.

Wysokoenergetyczne (megawoltowe) promieniowanie rentgenowskie jest również wykorzystywane w terapii raka , wykorzystując wiązki generowane przez akceleratory liniowe do tłumienia guzów.

Zalety

Wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie (promienie HEX) w zakresie od 100 do 300 keV ma wyjątkową przewagę nad konwencjonalnymi twardymi promieniami rentgenowskimi, które mieszczą się w zakresie 5–20 keV. Można je wymienić w następujący sposób:

  • Wysoka penetracja materiałów dzięki mocno zmniejszonemu przekrojowi fotoabsorpcji. Fotoabsorpcja silnie zależy od liczby atomowej materiału i energii promieniowania rentgenowskiego. W przypadku próbek zawierających ołów można uzyskać próbki o grubości kilku centymetrów, a próbki o grubości kilku milimetrów.
  • Brak uszkodzeń radiacyjnych próbki, które mogą powodować niewspółmierność lub zniszczyć badany związek chemiczny.
  • Kula Ewalda ma krzywiznę dziesięć razy mniejszą niż w przypadku niskoenergetycznym i umożliwia mapowanie całych regionów w odwrotnej siatce , podobnie jak dyfrakcja elektronów.
  • Dostęp do rozpraszania rozproszonego. Jest to absorpcja, a nie ekstynkcja ograniczona [ wymagane wyjaśnienie ] przy niskich energiach, podczas gdy zwiększenie objętości [ wymagane wyjaśnienie ] ma miejsce przy wysokich energiach. Można łatwo uzyskać kompletne mapy 3D kilku stref Brillouina .
  • Przeniesienia wysokiego pędu są naturalnie dostępne ze względu na duży pęd fali padającej. Ma to szczególne znaczenie w badaniach materiałów ciekłych, amorficznych i nanokrystalicznych oraz funkcji rozkładu par .
  • Wykonanie oscyloskopu materiałowego .
  • Proste konfiguracje dyfrakcji dzięki pracy w powietrzu. [ wymagane wyjaśnienie ]
  • Dyfrakcja w kierunku do przodu dla łatwej rejestracji za pomocą detektora 2D. Rozpraszanie do przodu i penetracja sprawiają, że środowiska próbek są łatwe i proste.
  • Pomijalne efekty polaryzacji ze względu na stosunkowo małe kąty rozpraszania.
  • Specjalne nierezonansowe rozpraszanie magnetyczne.
  • Interferometria LLL.
  • Dostęp do wysokoenergetycznych poziomów spektroskopowych, zarówno elektronicznych, jak i jądrowych.
  • Podobne do neutronów, ale uzupełniające się badania połączone z wysoką precyzją rozdzielczości przestrzennej.
  • Przekroje dla rozpraszania Comptona są podobne do przekrojów dla spójnego rozpraszania lub absorpcji.

Aplikacje

Dwuwymiarowa konfiguracja dyfrakcji proszkowej dla wysokoenergetycznych promieni rentgenowskich . Promienie HEX wpadające z lewej strony są uginane w kierunku do przodu na próbce i rejestrowane przez detektor 2D, taki jak płyta obrazowa.

Dzięki tym zaletom promienie HEX mogą być stosowane w szerokim zakresie badań. Przegląd, który jest daleki od ukończenia:

  • Badania strukturalne rzeczywistych materiałów, takich jak metale, ceramika i ciecze. W szczególności badania in situ przemian fazowych w podwyższonych temperaturach aż do stopienia dowolnego metalu. Przemiany fazowe, odzyskiwanie, segregacja chemiczna, rekrystalizacja, bliźniaczenie i tworzenie domen to kilka aspektów, które należy śledzić w jednym eksperymencie.
  • Materiały w środowisku chemicznym lub operacyjnym, takie jak elektrody w bateriach, ogniwa paliwowe, reaktory wysokotemperaturowe, elektrolity itp. Penetracja i dobrze skolimowana wiązka ołówkowa umożliwia skupienie się na obszarze zainteresowania i materiale podczas reakcji chemicznej.
  • Badanie „grubych” warstw, takich jak utlenianie stali podczas jej produkcji i walcowania, które są zbyt grube dla klasycznych eksperymentów reflektometrycznych. Interfejsy i warstwy w skomplikowanych środowiskach, takich jak reakcja międzymetaliczna Zincalume na stali przemysłowej w kąpieli ciekłej.
  • Badania in situ przemysłowych procesów odlewania taśmowego metali lekkich. Zestaw do odlewania można ustawić na linii badawczej i sondować za pomocą wiązki HEX-ray w czasie rzeczywistym.
  • Badania masowe w monokryształach różnią się od badań w obszarach bliskich powierzchni, ograniczonych przez penetrację konwencjonalnych promieni rentgenowskich. Stwierdzono i potwierdzono w prawie wszystkich badaniach, że efekt ten silnie wpływa na krytyczne rozpraszanie i długości korelacji.
  • Kombinacja badań neutronów i promieni HEX na tej samej próbce, takich jak zmiany kontrastu spowodowane różnymi długościami rozpraszania.
  • Analiza naprężeń szczątkowych w masie z wyjątkową rozdzielczością przestrzenną w próbkach o grubości centymetra; na miejscu w realistycznych warunkach obciążenia.
  • Badania in-situ termomechanicznych procesów odkształcania, takich jak kucie, walcowanie i wyciskanie metali.
  • Pomiary tekstury w czasie rzeczywistym w masie podczas deformacji, przejścia fazowego lub wyżarzania, na przykład podczas obróbki metali.
  • Struktury i tekstury próbek geologicznych, które mogą zawierać ciężkie pierwiastki i są grube.
  • Dyfrakcja trójkrystaliczna o wysokiej rozdzielczości do badania monokryształów ze wszystkimi zaletami wysokiej penetracji i badań w masie.
  • Spektroskopia Comptona do badania rozkładu pędu powłok elektronów walencyjnych.
  • Obrazowanie i tomografia przy wysokich energiach. Dedykowane źródła mogą być wystarczająco silne, aby uzyskać tomogramy 3D w ciągu kilku sekund. Połączenie obrazowania i dyfrakcji jest możliwe dzięki prostej geometrii. Na przykład tomografia połączona z pomiarem naprężeń szczątkowych lub analizą strukturalną.

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=High-energy_X-rays&oldid=1098430512 ”