6. BỐ CỤC LUẬN VĂN
2.1. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PIXE
2.1.1 Cơ sở vật lý của phƣơng pháp
Sự phát xạ tia X đặc trƣng bao gồm nhiều quá trình. Đầu tiên, chùm ion tới (trong đề tài này sử dụng proton) sẽ tƣơng tác và ion hóa nguyên tử bia bằng tƣơng tác Coulomb, do đó tạo ra các lỗ trống ở các lớp điện tử nằm sâu bên trong nguyên tử. Tiếp theo, một hạt electron từ lớp ngoài sẽ nhảy vào để lấp lỗ trống ấy, quá trình này sẽ giải phóng năng lƣợng dƣới dạng bức xạ điện từ (tia X đặc trƣng). Tuy nhiên không phải điện tử nào khi nhảy vào lấp chỗ trống cũng phát ra tia X đặc trƣng mà nó cịn có thể phát ra electron Auger. Điều này đƣợc giải thích nhƣ sau: khi electron ở lớp ngoài nhảy vào lấp chỗ trống, nó sẽ phát ra một năng lƣợng, năng lƣợng này sẽ kích thích các
electron ở lớp xa hơn. Nếu năng lƣợng kích thích lớn hơn năng lƣợng liên kết của electron ở lớp xa hơn thì nó sẽ làm bật electron ra khỏi nguyên tử. Electron này gọi là electron Auger. Hình 2.2 mơ tả q trình phát tia X đặc trƣng (a) và quá trình phát electron Auger (b).
Hình 2.2. Quá trình phát tia X đặc trưng (a) và quá trình phát electron Auger
(b) [51]
Hình 2.3 là sơ đồ mơ tả các dịch chuyển thông thƣờng xảy ra giữa các lớp K, L, M, N, O. Ký hiệu quang phổ sử dụng ba số lƣợng tử n, l và j, trong đó số lƣợng tử chính n = 1, 2, 3,… tƣơng đƣơng với ký hiệu của các lớp K, L, M,…; Các ký hiệu s, p, d, f,… đƣợc sử dụng để ký hiệu cho các phân lớp l = 0, 1, 2, 3,…; Còn số lƣợng tử j = 1+ s với s là spin quỹ đạo ( s = 0 hoặc ½).
Các ký hiệu trên phổ tia X tuân theo quy luật: Chữ in hoa chỉ vạch cuối của sự chuyển dịch. Mỗi vạch cụ thể còn đƣợc phân biệt bằng cách gán thêm một chữ hy lạp và một chỉ số ở dƣới đặt sau chữ cái in hoa, ví dụ α1, β2, γ5. Ví dụ ký hiệu L1 để chỉ sự dịch chuyển từ phân lớp 3d5/2 xuống phân lớp 2p3/2. Vạch α có năng lƣợng thấp nhất sau đó đến vạch β rồi đến vạch γ. Thông thƣờng, đối với phƣơng pháp PIXE, các nguyên tố nhẹ và trung bình (20 < Z < 50) sẽ đƣợc xác định thông qua các vạch tia X ở lớp K, còn các nguyên tố nặng (Z > 50) sẽ đƣợc xác định bởi các vạch tia X ở lớp L.
Hình 2.3. Sơ đồ dịch chuyển năng lượng giữa các mức [51]
Quá trình dịch chuyển electron từ mức năng lƣợng cao hơn đến mức năng lƣợng thấp hơn tuân theo quy tắc chọn lọc mô tả trong biểu thức (2.1).
Δn ≥1, Δl = ±1, Δj = 0,±1 (2.1)
Năng lƣợng của tia X đặc trƣng (Ex) phát ra sẽ đƣợc xác định bằng hiệu
năng lƣợng liên kết giữa hai lớp mà electron đã dịch chuyển tuân theo phƣơng trình (2.2).
Ex = E1 – E2 (2.2)
trong đó E1, E2 lần lƣợt là năng lƣợng của trạng thái đầu và trạng thái cuối của dịch chuyển.