Generazione di raggi X Bremsstrahlung
Due tipi di raggi X sono prodotti dall’interazione del fascio di elettroni con il campione sia nel SEM che nel TEM: Bremsstrahlung (che significa “radiazione di frenatura”) e raggi X caratteristici. I raggi X di Bremsstrahlung sono prodotti rallentando gli elettroni del fascio primario dal campo elettrico che circonda i nuclei degli atomi nel campione (vedi Animazione di Bremsstrahlung). Nota: i raggi X di Bremsstrahlung sono anche indicati come raggi X continui o di fondo. Gli elettroni del fascio primario perdono energia e cambiano direzione a causa della dispersione anelastica nel campione. Parte dell’energia persa viene convertita in raggi X che hanno una gamma di energie, da ~0 fino a Eo-l’energia degli elettroni nel fascio primario. I raggi X di Bremsstrahlung non possono avere energie superiori all’energia degli elettroni nel fascio primario, quindi questa energia costituisce il limite di energia superiore dello spettro dei raggi X ed è nota come limite di Duane-Hunt.
Figura: Gli elettroni del fascio primario sono rallentati o deviati dal campo elettrico attorno agli atomi nel campione. Parte dell’energia che perdono viene convertita in raggi X Bremsstrahlung con energie comprese tra ~0 e il limite di Duane-Hunt.
Un elettrone a fascio primario può perdere tutta la sua energia in un singolo evento di interazione, nel qual caso produrrà un raggio X con energia Eo, ma è molto più probabile che l’energia venga persa in un numero di interazioni in cui vengono perse piccole proporzioni dell’energia iniziale e viene prodotto un numero equivalente di raggi X a bassa energia.
L’intensità dei raggi X, o numero di raggi X prodotti, è zero dove E = Eo (il limite di Duane-Hunt) ma aumenta rapidamente a energie molto basse. Ciò significa che i raggi X prodotti dagli elettroni del fascio primario comprendono principalmente un numero elevato (quasi infinito) di raggi X a bassa energia.
Sebbene venga generato un gran numero di raggi X Bremsstrahlung a bassa energia, la maggior parte viene assorbita all’interno del campione o del rivelatore e l’intensità dei raggi X osservata nello spettro diminuisce a bassa energia in modo che lo spettro dei raggi X Bremsstrahlung assomigli ad una “balena”.
Figura: La differenza tra spettri a raggi X Bremsstrahlung generati e osservati. Sebbene molti raggi X a bassa energia siano generati, la maggior parte di essi viene assorbita, quindi lo spettro osservato registra una diminuzione dell’intensità dei raggi X a bassa energia.
Legge di Kramer
L’intensità, I, dei raggi X di Bremsstrahlung a qualsiasi energia E nello spettro è data dalla Legge di Kramers
I ≈ ip.Z (Eo-E) / E
dove ip è la corrente della sonda elettronica e Z è il numero atomico medio.
L’intensità è zero dove E = Eo (il limite di Duane-Hunt) ma si avvicina all’infinito (∞) quando E si avvicina a zero.
Si noti che secondo la Legge di Kramers, l’intensità dei raggi X di Bremsstrahlung è proporzionale a Z, il numero atomico medio del campione. Ciò significa che materiali più pesanti come Pb o Au produrranno più raggi X Bremsstrahlung rispetto ai campioni realizzati con elementi più leggeri come C o Al.
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