CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔ NG QUAN
2.2. Kỹ thuật phân tích phát xạ ti aX gây bởi proton (PIXE)
2.2.1. Cơ sở vật lý của kỹ thuật phân tích PIXE
Sự phát xạ tia X đặc trưng bao gồm nhiều quá trình. Đầu tiên, chùm ion tới (proton) sẽ tương tác và ion hóa nguyên tử bia bằng tương tác Coulomb làm bật
các electron ở các lớp nằm sâu bên trong nguyên tử, do đó tạo ra các lỗ trống. Tiếp theo, một hạt electron từ lớp ngoài sẽ nhảy vào để lấp lỗ trống đó, q trình này sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ (tia X đặc trưng). Tuy nhiên không phải electron nào khi nhảy vào lấp chỗ trống cũng phát ra tia X đặc
52
trưng mà nó cịn có thể phát ra electron Auger. Điều này được giải thích như
sau: khi electron ở lớp ngoài nhảy vào lấp chỗ trống, nó sẽ phát ra một năng lượng, năng lượng này sẽ kích thích các electron ở lớp xa hơn. Nếu năng lượng kích thích lớn hơn năng lượng 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 2.3 mơ tả quá trình phát tia X đặc trưng và quá trình phát electron Auger.
Hình 2.3. Quá trình phát tia X đặc trưng và electron Auger: (a,b) Quá trình phát electron quang điện và tạo ra lỗ trống; (c,d) Quá trình phát xạ tia X đặc trưng và
electron Auger.
Sơ đồ mơ tả (Hình 2.4) các dịch chuyển thơng thường xảy ra giữa các lớp K, L, M, N, O. Ký hiệu quang phổ sử dụng ba số lượng tử n, l và j, trong đó số lượng tử chính n = 1, 2, 3…tương đương với ký hiệu của các lớp K, L, M,… các ký hiệu s, p, d, f,… được sử dụng để ký hiệu cho các phân lớp l = 0, 1, 2, 3,…
còn số lượng tử j= l svới s = ½ (spin của electron).
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 được phân biệt bằng cách gán them một
53
hiệu L1 để chỉ sự dịch chuyển từ phân lớp 3d5/2 xuống phân lớp 2p3/2. Vạch α có
năng lượng thấp nhất sau đó đến vạch β rồi đến vạch γ. Thông thường, đối với kỹ thuật PIXE, các nguyên tố nhẹ và trung bình (20 < Z < 50) sẽ được xác định thông qua các vạch tia X ở lớp K, còn các nguyên tố nặng (Z > 50) sẽ được xác định bởi các vạch tia X ở lớp L [107].
Hình 2.4. Sơ đồ dịch chuyển năng lượng giữa các mức.
Quá trình dịch chuyển electron từ mức năng lượng cao hơn đến mức năng
lượng thấp hơn tuân theo qui tắc chọn lọc sau [108]:
1, 1, 0, 1
n l j
= = (2.19)
Năng lượng của tia X đặc trưng (Ex) phát ra sẽ được xác định bằng hiệu năng
lượng liên kết giữa hai lớp mà electron đã dịch chuyển:
x K L
E = − (2.20)
trong đó 𝜙𝐾, 𝜙𝐿 lần lượt là năng lượng của trạng thái đầu và trạng thái cuốicủa dịch chuyển.
54