Generación de rayos X Bremsstrahlung
Dos tipos de rayos X se producen por interacción del haz de electrones con la muestra tanto en el SEM como en el TEM: Bremsstrahlung (que significa «radiación de frenado») y rayos X característicos. Los rayos X Bremsstrahlung se producen al ralentizar los electrones del haz primario por el campo eléctrico que rodea los núcleos de los átomos de la muestra (ver animación Bremsstrahlung). Nota: Los rayos X Bremsstrahlung también se conocen como rayos X continuos o de fondo. Los electrones del haz primario pierden energía y cambian de dirección debido a la dispersión inelástica en la muestra. Parte de la energía perdida se convierte en rayos X que tienen un rango de energías, desde ~0 hasta Eo, la energía de los electrones en el haz primario. Los rayos X Bremsstrahlung no pueden tener energías mayores que la energía de los electrones en el haz primario, por lo que esta energía forma el límite de energía superior del espectro de rayos X y se conoce como el límite de Duane-Hunt.
Figura: Los electrones del haz primario son ralentizados o desviados por el campo eléctrico alrededor de los átomos en la muestra. Parte de la energía que pierden se convierte en rayos X Bremsstrahlung con energías entre ~0 y el límite de caza de Duane.
Un electrón de haz primario puede perder toda su energía en un solo evento de interacción, en cuyo caso producirá un rayo X con energía Eo, pero es mucho más probable que la energía se pierda en un número de interacciones en las que se pierden pequeñas proporciones de la energía inicial y se produce un número equivalente de rayos X de baja energía.
La intensidad de rayos X, o número de rayos X producidos, es cero donde E = Eo (el límite de Duane-Hunt), pero aumenta rápidamente a energías muy bajas. Esto significa que los rayos X producidos por los electrones del haz primario comprenden en su mayoría un gran número (casi infinito) de rayos X de baja energía.
Aunque se genera un gran número de rayos X Bremsstrahlung de baja energía, la mayoría se absorben dentro de la muestra o el detector y la intensidad de rayos X observada en el espectro disminuye a baja energía, de modo que el espectro de rayos X Bremsstrahlung se asemeja a una «ballena».
Figura: La diferencia entre los espectros de rayos X de Bremsstrahlung generados y observados. Aunque se generan muchos rayos X de baja energía, la mayoría de ellos se absorben, por lo que el espectro observado registra una disminución en la intensidad de los rayos X a baja energía.
Ley de Kramer
La intensidad, I, de los rayos X de Bremsstrahlung a cualquier energía E en el espectro viene dada por la Ley de Kramer
I ≈ ip.Z (Eo-E) / E
donde ip es la corriente de sonda de electrones y Z es el número atómico medio.
La intensidad es cero donde E = Eo (el límite de Duane-Hunt) pero se acerca al infinito ( ∞ ) a medida que E se acerca a cero.
Tenga en cuenta que de acuerdo con la Ley de Kramers, la intensidad de los rayos X de Bremsstrahlung es proporcional a Z, el número atómico medio de la muestra. Esto significa que los materiales más pesados como Pb o Au producirán más rayos X Bremsstrahlung que las muestras hechas de elementos más ligeros como C o Al.
Animación ▶
