Bremsstrahlung Röntgenerzeugung
Durch Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit der Probe werden sowohl im REM als auch im TEM zwei Arten von Röntgenstrahlung erzeugt: Bremsstrahlung und charakteristische Röntgenstrahlung. Bremsstrahlung Röntgenstrahlen werden erzeugt, indem die Primärstrahlelektronen durch das elektrische Feld, das die Kerne der Atome in der Probe umgibt, verlangsamt werden (siehe Bremsstrahlungsanimation). Hinweis: Bremsstrahlungsröntgenstrahlen werden auch als Kontinuums- oder Hintergrundröntgenstrahlen bezeichnet. Die Primärstrahlelektronen verlieren Energie und ändern ihre Richtung durch inelastische Streuung in der Probe. Ein Teil der verlorenen Energie wird in Röntgenstrahlen umgewandelt, die einen Energiebereich von ~ 0 bis Eo haben – die Energie der Elektronen im Primärstrahl. Bremsstrahlung Röntgenstrahlen können keine Energien haben, die größer sind als die Energie der Elektronen im Primärstrahl, so dass diese Energie die obere Energiegrenze des Röntgenspektrums bildet und als Duane-Hunt-Grenze bekannt ist.
Abbildung: Die Primärstrahlelektronen werden durch das elektrische Feld um die Atome in der Probe verlangsamt oder abgelenkt. Ein Teil der Energie, die sie verlieren, wird in Bremsstrahlung-Röntgenstrahlen mit Energien zwischen ~ 0 und der Duane-Hunt-Grenze umgewandelt.
Ein Primärstrahlelektron kann seine gesamte Energie in einem einzigen Wechselwirkungsereignis verlieren, wobei es in diesem Fall einen Röntgenstrahl mit der Energie Eo erzeugt, aber es ist viel wahrscheinlicher, dass die Energie in einer Reihe von Wechselwirkungen verloren geht, bei denen kleine Anteile der anfänglichen Energie verloren gehen und eine äquivalente Anzahl von Röntgenstrahlen mit niedriger Energie erzeugt wird.
Die Röntgenintensität oder die Anzahl der erzeugten Röntgenstrahlen ist Null, wobei E = Eo (die Duane-Hunt-Grenze) ist, steigt aber bei sehr niedrigen Energien schnell an. Das bedeutet, dass die von den Primärstrahlelektronen erzeugten Röntgenstrahlen meist eine große (nahezu unendliche) Anzahl niederenergetischer Röntgenstrahlen umfassen.
Obwohl eine große Anzahl von niederenergetischen Röntgenstrahlen erzeugt wird, werden die meisten innerhalb der Probe oder des Detektors absorbiert und die im Spektrum beobachtete Röntgenintensität nimmt bei niedriger Energie ab, so dass das Röntgenspektrum der Bremsstrahlung einem ‚Wal‘ ähnelt.
Abbildung: Der Unterschied zwischen erzeugten und beobachteten Bremsstrahlung Röntgenspektren. Obwohl viele niederenergetische Röntgenstrahlen erzeugt werden, werden die meisten von ihnen absorbiert, so dass das beobachtete Spektrum eine Abnahme der Röntgenintensität bei niedriger Energie aufzeichnet.
Kramers Gesetz
Die Intensität, I, der Bremsstrahlung Röntgenstrahlen bei jeder Energie E im Spektrum ist gegeben durch Kramers Gesetz
I ≈ ip.Z (Eo-E) / E
wobei ip der Elektronensondenstrom und Z die mittlere Ordnungszahl ist.
Die Intensität ist Null, wobei E = Eo (die Duane-Hunt-Grenze) ist, sich aber unendlich (∞) nähert, wenn sich E Null nähert.
Beachten Sie, dass nach dem Kramers-Gesetz die Intensität der Bremsstrahlung-Röntgenstrahlen proportional zu Z, der mittleren Ordnungszahl der Probe, ist. Dies bedeutet, dass schwerere Materialien wie Pb oder Au mehr Bremsstrahlung erzeugen als Proben aus leichteren Elementen wie C oder Al.
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