Bremsstrahlung X-ray generation
twee soorten X-stralen worden geproduceerd door interactie van de elektronenbundel met het monster in zowel de SEM als de TEM: Bremsstrahlung (wat “remstraling” betekent) en karakteristieke X-stralen. Bremsstrahlung X-stralen worden geproduceerd door het vertragen van de primaire bundel elektronen door het elektrische veld rond de kernen van de atomen in het monster (zie bremsstrahlung animatie). Opmerking: Bremsstrahlung X-stralen worden ook aangeduid als continuum of achtergrond X-stralen. De elektronen van de primaire straal verliezen energie en veranderen richting toe te schrijven aan inelastic het verspreiden zich in de steekproef. Een deel van de verloren energie wordt omgezet in röntgenstralen die een bereik van energieën hebben, van ~0 tot Eo-de energie van de elektronen in de primaire bundel. Bremsstrahlung X-stralen kunnen geen grotere energieën hebben dan de energie van de elektronen in de primaire bundel, dus deze energie vormt de bovenste energiegrens van het Röntgenspectrum en staat bekend als de Duane-Hunt limiet.
figuur: de primaire straalelektronen worden vertraagd of afgebogen door het elektrische veld rond de atomen in het specimen. Een deel van de energie die ze verliezen wordt omgezet in Bremsstrahlung X-stralen met energieën tussen ~0 en de Duane-Hunt limiet.
een elektron met een primaire bundel kan al zijn energie verliezen bij één enkele interactie, in welk geval het één Röntgenstraal met energie Eo zal produceren, maar het is veel waarschijnlijker dat de energie verloren gaat bij een aantal interacties waarbij kleine proporties van de initiële energie verloren gaan en een equivalent aantal laag-energetische röntgenstralen wordt geproduceerd.
de röntgenintensiteit, of het aantal geproduceerde röntgenstralen, is nul waar E = Eo (de Duane-Hunt limiet) maar neemt snel toe bij zeer lage energieën. Dit betekent dat de röntgenstralen die door de primaire straalelektronen worden geproduceerd meestal een groot (bijna oneindig) aantal lage-energie röntgenstralen omvatten.
hoewel een groot aantal energiezuinige Bremsstrahlung-röntgenstralen wordt gegenereerd, worden de meeste in het monster of de detector geabsorbeerd en neemt de intensiteit van de röntgenstraling die in het spectrum wordt waargenomen bij lage energie af, zodat het Bremsstrahlung-Röntgenspectrum lijkt op een “walvis”.
figuur: Het verschil tussen gegenereerde en waargenomen Bremsstrahlung X-ray spectra. Hoewel veel lage-energie röntgenstralen worden gegenereerd de meeste van hen worden geabsorbeerd, zodat het waargenomen spectrum registreert een afname van de intensiteit van de röntgenstralen bij lage energie.
Kramer’ s law
de intensiteit I van de Bremsstrahlung-röntgenstralen bij elke energie E in het spectrum wordt gegeven door Kramers ‘ wet
i ≈ ip.Z (Eo-E)/E
waarbij ip de stroom van de elektronensonde is en Z Het gemiddelde atoomnummer.
de intensiteit is nul waar E = Eo (de Duane-Hunt limiet) maar nadert oneindig ( ∞ ) als E nul nadert.
volgens de wet van Kramers is de intensiteit van de Bremsstrahlung-röntgenstralen evenredig met Z, Het gemiddelde atoomnummer van het specimen. Dit betekent dat zwaardere materialen zoals Pb of Au meer Bremsstrahlung X-stralen produceren dan monsters gemaakt van lichtere elementen zoals C of Al.
animatie ▶
