Génération de rayons X Bremsstrahlung
Deux types de rayons X sont produits par interaction du faisceau d’électrons avec l’échantillon dans le SEM et le TEM: le Bremsstrahlung (qui signifie « rayonnement de freinage ») et les rayons X caractéristiques. Les rayons X de Bremsstrahlung sont produits en ralentissant les électrons du faisceau primaire par le champ électrique entourant les noyaux des atomes de l’échantillon (voir Animation de Bremsstrahlung). Remarque: Les rayons X de Bremsstrahlung sont également appelés rayons X de continuum ou de fond. Les électrons du faisceau primaire perdent de l’énergie et changent de direction en raison de la diffusion inélastique dans l’échantillon. Une partie de l’énergie perdue est convertie en rayons X qui ont une gamme d’énergies, de ~ 0 jusqu’à Eo – l’énergie des électrons dans le faisceau primaire. Les rayons X de Bremsstrahlung ne peuvent pas avoir d’énergies supérieures à l’énergie des électrons dans le faisceau primaire, de sorte que cette énergie forme la limite d’énergie supérieure du spectre des rayons X et est connue sous le nom de limite de Duane-Hunt.
Figure: Les électrons du faisceau primaire sont ralentis ou déviés par le champ électrique autour des atomes de l’échantillon. Une partie de l’énergie qu’ils perdent est convertie en rayons X de Bremsstrahlung avec des énergies comprises entre ~ 0 et la limite de Duane-Hunt.
Un électron du faisceau primaire peut perdre toute son énergie dans un seul événement d’interaction auquel cas il produira un rayon X avec l’énergie Eo, mais il est beaucoup plus probable que l’énergie sera perdue dans un certain nombre d’interactions dans lesquelles de petites proportions de l’énergie initiale sont perdues et un nombre équivalent de rayons X de faible énergie est produit.
L’intensité des rayons X, ou nombre de rayons X produits, est nulle où E = Eo (la limite de Duane-Hunt) mais augmente rapidement à très basses énergies. Cela signifie que les rayons X produits par les électrons du faisceau primaire comprennent principalement un grand nombre (presque infini) de rayons X de basse énergie.
Bien qu’un grand nombre de rayons X de Bremsstrahlung à basse énergie soient générés, la plupart sont absorbés dans l’échantillon ou le détecteur et l’intensité des rayons X observée dans le spectre diminue à basse énergie, de sorte que le spectre de rayons X de Bremsstrahlung ressemble à une « baleine ».
Figure: La différence entre les spectres de rayons X de Bremsstrahlung générés et observés. Bien que de nombreux rayons X à basse énergie soient générés, la plupart d’entre eux sont absorbés, de sorte que le spectre observé enregistre une diminution de l’intensité des rayons X à basse énergie.
Loi de Kramer
L’intensité, I, des rayons X de Bremsstrahlung à toute énergie E dans le spectre est donnée par la Loi de Kramers
I ≈ ip.Z(Eo-E)/ E
où ip est le courant de sonde électronique et Z le numéro atomique moyen.
L’intensité est nulle où E = Eo (la limite de Duane-Hunt) mais s’approche de l’infini (∞) lorsque E s’approche de zéro.
Notez que selon la Loi de Kramers, l’intensité des rayons X de Bremsstrahlung est proportionnelle à Z, le numéro atomique moyen de l’échantillon. Cela signifie que les matériaux plus lourds comme le Pb ou l’Au produiront plus de rayons X de Bremsstrahlung que les échantillons fabriqués à partir d’éléments plus légers tels que le C ou l’Al.
Animation ▶
