Монохроматизация излучения в рентгеноструктурной аппаратуре
Монохроматизация позволяет повысить разрешение за счет сужения используемого спектрального интервала, а также уменьшить ошибки статистики за счет понижения относительного уровня фона и уменьшить дозу излучения, получаемую образцом при исследовании.
Для монохроматизации первичного и дифрагированного излучения в рентгеновской аппаратуре широко применяются селективно поглощающие фильтры, дифференциальные дискриминаторы в измерительных цепях, кристаллические монохроматоры.
Эффект монохроматизации зависит не только от качеств монохроматора, но и от спектральной характеристики источника и детектора, а также от того, где расположен монохроматор — на первичном или дифрагированном пучке.
Монохроматизирующее устройство на первичном пучке позволяет освободиться от фона, вызванного белым шумом, и от флуоресцентного фона.
При монохроматизации дифрагированного пучка можно исключить такие составляющие фона, как флуоресцентное излучение и комптоновское рассеяние.
В связи с тем, что фильтрация спектра рентгеновского излучения актуальна для рентгенодиагностической аппаратуры и КТ (главы 2 и 3), рассмотрим способ монохроматизации, основанный на применении селективно–поглощающих фильтров.
Коэффициент поглощения рентгеновского излучения пропорционален, как отмечалось в гл. 2, кубу длины волны. На монотонную кривую накладываются края поглощения, соответствующие энергиям фотонов, которые могут удалить электрон с какой-либо оболочки атома. Для этого фотоны должны иметь энергию, большую энергии связи соответствующего электрона. Энергия этих фотонов соответствует энергии электронов, ускоренных напряжением порогового возбуждения:
hnk = eUk.
При уменьшении длины волны рентгеновского излучения до величины, меньшей
происходит резкое увеличение коэффициента поглощения.
Селективное поглощение вблизи K-края используется для ослабления K-линий и коротковолнового белого фона. Система дифференциальных фильтров состоит из двух селективно–поглощающих фильтров, изготовляемых из элементов с соседними атомными номерами. Края поглощения фильтров образуют спектральное окно. Толщина фильтров подбирается таким образом, чтобы вне спектрального окна пропускание обоих фильтров было почти одинаково (рис. 4.30).При этом вычитание величины интенсивности, измеренной с одним фильтром, из величины интенсивности, измеренной с другим фильтром, позволяет выделить спектральный интервал, соответствующий спектральному окну дифференциальных фильтров.
Рис. 4.30. Кривые поглощения кобальтового и никелевого сбалансированных фильтров
Сбалансированные дифференциальные фильтры при достаточно высокой степени монохроматизации обеспечивают в несколько раз большую светосилу, чем кристаллы-монохроматоры.
Применение дифференциальных фильтров в сочетании с дифференциальной дискриминацией дает еще лучшие результаты.