Файл: ЕМДН1.pdf

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ МАТЕРІАЛІВ

Викладач – доцент кафедри НЕ, к. ф.-м. н. Космінська Юлія Олександрівна

ауд. ЕТ-97 e-mail: y.kosminska@phe.sumdu.edu.ua

ПРИКЛАДИ МЕТОДІВ В ЗАЛЕЖНОСТІ ВІД ВИДУ ВИПРОМІНЮВАНЬ І ТА ІІ

ē на вході – електронна Оже-спектроскопія (AES)

ēна виході

іон на вході – спектрометрія зворотного

іон на виході Резерфордівського розсіяння (RBS)рентген на вході – рентгенівська флуоресцентна рентген на виході спектроскопія (XRF)

рентген на вході – рентгенівська фотоелектронна

Залежність кінематичного фактору K=E1/E0 від кута розсіяння для різних співвідношень мас частинок

Переріз розсіяння α-частинок з енергією 2 МеВ на кут 1700 при зіткненні з різними ядрами мішені

=1 см2

До поняття перерізу розсіяння:

МЕТОД RBS

1 – пучок іонів He (α-частинок) з енергією ~ декількох МеВ 2 – коліматори 3 – зразок-мішень 4 – кут розсіяння

5 – розсіяний пучок

6 – детектор

Поверхнево-бар'єрний детектор на основі кремнію: 1 – корпус 2 – кремнієвий диск

3 – шар золота

4 – чутлива область

5 – електрод

Приклад спектра RBS

МАС-СПЕКТРОМЕТРІЯ

Загальна схема методу МС:

МЕТОДИ ОТРИМАННЯ ІОНІВ

Електронний удар

ē + AB → AB –

ē + AB → A + B –

ē + AB → 2ē + AB +

ē + AB → A+ + B+ + 3ē

Фотоіонізація

hν + AB → AB+ + ē

hν + AB → A+ + B+ + 2ē

Хімічна іонізація

C+ + AB → AC + B+

C+ + AB → A+ + B+ + C + ē

Польова іонізація

Іонізація в індуктивно-зв'язаній плазмі

Лазерна абляція

Іон-іонна емісія (ВІМС)

Поверхнева іонізація: φMe<Ei або φMe>Ei

Польова іонізація

Іонізація в індуктивно-зв'язаній плазмі

Лазерна абляція

Іон-іонна емісія (ВІМС)

Поверхнева іонізація: φMe<Ei або φMe>Ei !

ОСНОВНІ ПАРАМЕТРИ МС

Мас-спектр – залежність іонного струму I від відношення маси до заряду m/e.

Висота піку пропорційна вмісту даного ізотопа.

Роздільна здатність – відношення маси іона до ширини піка: R = m/δm (на заданій висоті піка, наприклад 10%, 50%).

Чутливість – відношення струму, який створюється іонами заданої маси заданої речовини, до парціального тиску цієї речовини в джерелі. Відносна чутливість – мінімальний вміст речовини в суміші, яку ще можна виявити.

Діапазон мас – діапазон мас, які можна виявити

(до 104 а.о.м.)

Швидкодія – мінімальний час, який необхідний для реєстрації мас-спектра в межах декади а.о.м. (наприклад

1-10, 10-100), складає 0,1-0,5с для статичних МА, 0,001с для динамічних МА

ІОННА ОПТИКА

Колімувальне іонне джерело

1 – патрубок для введення води, 2 – камера іонізації, 3 – виштовхувальний електрод, 4 – переріз ē-пучка,

5,6 – фокусувальний електроди, 7 – секція колімувальних діафрагм, 8 – електрод для відхилення іонного пучка, 9 – термоемісійний катод, 10 – полюса магнітів, 11 – електроди, що фіксують ē-пучок

Фокусувальне іонне джерело

1 – переріз катода, 2 – корпус камери іонізації, 3 – виштовхувальний електрод, 4 – фокусувальний електрод,

5 – витягувальний електрод, 6 – кільцевий фокусувальний електрод, 7 – колімувальна діафрагма, 8 – фокусувальний електрод

Квадрупольний МА (розділення відбувається в поперечному електричному полі з гіперболічним розподілом потенціалу; поле створюється квадруп. конденсатором, між парами електродів прикладена напруга постійна і змінна)

Крізь квадруполь проходять лише електрони з масою

1 – вхідний і вихідний отвори аналізатора, 2 – траєкторії іонів, 3 – генератор ВЧ-напруги, U0 – амплітуда напруги, – частота

Омегатронний МА (МА іонно-циклотронного резонанса)

(Основа – резонансне поглинання іонами ел.-магн. енергії при співпаданні циклотронної частоти іонів з частотою змінного поля в аналізаторі. Іони ідентифікують по резонансному поглинанню)

Час-пролітний МА (Іони впорскуються імпульсно в еквіпотенційний простір аналізатора; в процесі дрейфу іонний пакет розділяється на пакети з різними m/e; різні іони дістануться колектора за різний час)

1 – сітка, 2 – аналізатор, 3 – колектор

Магніто-імпульсний МА (Основа – постійність часу льоту іона по круговій траєкторії в однорідному магнітному полі; в модуляторі 3 іони отримують прискорення і рухаються по траєкторії більшого радіусу, але на колектор потраплять ті, які прискорені резонансним чином: коли циклотронна частота дорівнює частоті поля модулятора)

1 – іонне джерело,

2 – колектор,

3 – модулятор

ВТОРИННО-ІОННА МАС-СПЕКТРОМЕТРІЯ