На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


дипломная работа Теоретические основы определения ближнего окружения атомов при использовании РФА

Информация:

Тип работы: дипломная работа. Добавлен: 20.05.2012. Сдан: 2011. Страниц: 12. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Содержание
1.Реферат……………………………………………………………………………..…2
2.Введение……………………………..…………………………………………….….3
3.Литературный  обзор…………………………………………………………………5
3.1 Физические  основы метода рентгенорадиометрического  анализа……….….4
3.2 Поток  фотонов аналитической линии………………….….......................7
3.3 Избирательное  возбуждение…………………………………….....9
3.4 Выделение  характеристического излучения  на фоне мешающих излучений....9
3.5 Методика  полного отражения в тонких  слоях……………………..10
3.6 Сравнительные  характеристики различных детекторов, используемых в РФА………………...15
3.7 Источники  рентгеновского излучения………………………………………...21
3.8 Некоторые  типы кристаллов (монохроматоров)…………………  ……………...22
4. РФ-спектрометр  РСА-931…………………………………………………….23
4.1 Описание прибора  РА-931……………………………………..............................23
4.2 Применение  РСА-931 для определения качественного  состава материалов…13
4.3 Калибровка  РСА-931……………………………………...…14
5. Экспериментальные исследования реакторных сплавов………………………..11
6. Теоретические основы определения ближнего окружения атомов при использовании РФА...…12
7. Выводы………………………………………………………………...….29
8. Список  литературы………………………………………………............................35 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат
Отчет 40с., рис. 31, таблиц 3.
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА РЕНТГЕНО-ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ЭЛЕМЕНТНОГО АНАЛИЗА РЕАКТОРНЫХ СПЛАВОВ
В данной работе была произведен анализ возможностей методик РФА. Была выбрана для  поставленной задачи методика полного  отражения в тонких слоях. Было проведено изучение, наладка и подготовка к работе нового прибора для определения содержания химических элементов в материалах РСА-931. Приведены экспериментальные спектры образцов реакторных сплавов, полученных на спектрометре РСА-931. По полученным данным сделаны выводы о составе образцов и примесях. Были приведены теоретические основы определения ближнего окружения атомов при использовании РФА.
Ключевые  слова: рентгенофлуоресцентный анализ, детектор, элементный состав, коллиматор, реакторные сплавы. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение
Цель работы:  исследование реакторных сплавов методом рентгеновской флуоресценции.
Рентгенофлуоресцентный  анализ (РФА) — один из современных  спектроскопических методов исследования вещества с целью получения его  элементного состава, т.е. его элементного  анализа. Метод РФА основан на сборе и последующем анализе спектра, полученного путём воздействия на исследуемый материал рентгеновским излучением. С помощью него могут анализироваться различные элементы от бериллия (Be) до урана(U)  в диапазоне от 0.0001% до 100% в веществах различного происхождения.
Рентгенофлуоресцентный  анализ широко используется в промышленности, научных лабораториях. Благодаря  простоте, возможности экспресс-анализа, точности, отсутствием сложной пробоподготовки, сферы его применения продолжают расширяться.
Существует  несколько вариантов реализации рентгенофлуоресцентных спектрометров: лабораторные, стационарные и переносные портативные спектрометры. Портативный прибор отличается быстротой получения результатов, легкостью, удобством, хорошей точностью, возможностью полевых исследований. Существуют несколько вариаций прибора: спектрометр для определения состава металлов — марочник сплавов, спектрометр для исследования руд, горных пород, спектрометр для исследования почв, грунтов, сточных вод. [6]
Применение:
    Экология и охрана окружающей среды: определение тяжёлых металлов в почвах, осадках, воде, аэрозолях и др. ;
    Геология и минералогия: качественный и количественный анализ почв, минералов, горных пород и др. ;
    Металлургия и химическая индустрия: контроль качества сырья, производственного процесса и готовой продукции;
    Лакокрасочная промышленность: анализ свинцовых красок;
    Ювелирная промышленность: измерение концентраций ценных металлов;
    Нефтяная промышленность: определение загрязнений нефти и топлива;
    Пищевая промышленность: определение токсичных металлов в пищевых ингредиентах;
    Сельское хозяйство: анализ микроэлементов в почвах и сельскохозяйственных продуктах;
    Археология: элементный анализ, датирование археологических находок;
    Искусство: изучение картин, скульптур, для проведения анализа и экспертиз.[5]
 
Задачи данной работы:
    Изучение имеющихся литературных данных.
    Подготовка РФ-спектрометра для работы в требуемом режиме.
    Проведение экспериментальных исследований.

Литературный  обзор.

 Физические основы метода.

При взаимодействии излучения с веществом происходит ионизация атома, когда электрон удаляется с одной из электронных оболочек. Поскольку электроны, окружающие атомное ядро, располагаются на определенных энергетических q-уровнях (K, L, M и других), при удалении одного из электронов образуется вакансия на одном из энергетических уровней и атом оказывается в возбужденном состоянии. Это состояние атомов неустойчиво и через короткое время (10-7 – 10-8 с) происходит заполнение образовавшейся вакансии электроном с более высокого уровня. При этом избыток энергии атома теряется за счет либо излучения фотона характеристического излучения, либо вторичного фотоэлектрона.. Энергия фотона характеристического излучения равна разности энергий соответствующих энергетических уровней.
   Для возбуждения атома на q-уровень необходимо, чтобы переданная электрону энергия была больше энергии связи электрона на данном уровне. Энергия излучения, при которой будет происходить возбуждение атома на q-уровне, должна превышать энергию q-края поглощения.
   Энергия уровня определяется главным квантовым числом “n”: чем оно меньше, тем выше энергия уровня. С увеличением порядкового номера элемента энергия уровня растет. Наиболее упрощенная схема рентгеновских энергетических уровней и основных переходов для K- и L- серий характеристического рентгеновского излучения, приведена на рис.1.
   Каждый  энергетический уровень имеет несколько  подуровней, число которых равно (2n-1). Поэтому для каждого основного  уровня (K, L, M и других) существует несколько  линий характеристического излучения, составляющих соответствующие серии характеристического излучения (K-серия, L-серия и т.д.).
   Наиболее  коротковолновым (высокоэнергетическим) излучением является излучение K-серии, далее следуют  L-серия,  M-серия  и т.д.  Энергия необходимая для возбуждения данного элемента на K-уровень, значительно превышает энергию, необходимую для возбуждения этого атома на L-уровень. Если обозначить энергии фотонов характеристического излучения K-серии  , то получится, что . 
 

      Рис.1 Схема основных переходов для K-  и  L-серий характеристического рентгеновского излучения.   
При возбуждении K- серии атомов возникают фотоны всех линий этой серии, но интенсивности  потоков фотонов различны. Это  связано с тем. Что вероятности  переходов электронов на различных уровнях неодинаковы. Наиболее вероятен переход электрона с LIII- уровня, при котором возникает -линия. Соотношение потоков квантов характеристического излучения K-серии приблизительно следующее:
                                                             (1)
   Спектр  характеристического излучения L-серии  является более сложным, так как  этот уровень состоит их трех подуровней.
   При заполнении уровня электроном не всегда происходит излучение рентгеновского фотона. В некоторых случаях избыток энергии теряется посредством испускания электрона (эффект Оже). Такой переход между двумя состояниями атома называется безрадиационным и его можно рассматривать как внутриатомное поглощение характеристического излучения. Так например, если с K-уровня удален электрон, то образовавшийся (вследствие перехода электрона с L-уровня) фотон характеристического излучения обладает энергией достаточной для ионизации  L-уровня. В результате подобного «внутреннего фотоэффекта» фотон K-серии поглощается и атом излучает Оже-электрон. При этом L-уровень оказывается в состоянии двойной ионизации и атом переходит в основное состояние с испусканием фотона L-серии или безрадиационным путем с испусканием еще одного электрона с более низкоэнергетического уровня.
   Отношение числа атомов, испустивших фотон  характеристического излучения nqx , к числу атомов nq , возбужденных на q-уровень, определяет выход флуоресценции для q-уровня:
                                                                                                  (2)
   Значение  выхода флуоресценции зависит от порядкового номера элемента и номера возбуждаемого уровня. Приближенное значение выхода флуоресценции определяется следующей эмпирической формулой:
                                                                                          (3)
   где величина =1,06 х 106 для K-серии и 1 х 108 для L-серии.
   Из выражения (3) вытекает, что с увеличением порядкового номера элемента вероятность радиационных переходов возрастает. 

   Поток фотонов аналитической  линии
   Если  исследуемую пробу, взятую в виде плоскопараллельной пластины площади  S с поверхностной плотностью m облучать потоком рентгеновского излучения с энергией фотонов E0, то поток фотонов аналитической линии NI на расстоянии R от пробы будет описываться следующим выражением:
                                                                     (4)
   где величина A определяется следующим  образом:
                               (5)
   В формулах (4) и (5) использованы следующие  обозначения: C – концентрация определяемого  элемента, - выход флуоресценции при возбуждении на q-уровень, Sq – скачок поглощения для q-уровня, p – вероятность перехода атома, возбужденного на q-уровень, с испусканием характеристического излучения аналитической линии;  - массовый коэффициент фотоэлектрического поглощения первичного излучения в определенном элементе; - массовые коэффициенты первичного и вторичного излучения в исследуемой пробе; - углы скольжения к поверхности пробы соответственно первичного и вторичного излучений. Схема эксперимента приведена на рис. 1*. 

   Рис.1* Схема проведения эксперимента. 

   Теперь  обозначим:
    , а  и формула (4) приобретет следующий вид:
                                                                            (5)
   При проведение анализа коэффициент K1 определяется экспериментально измерением потока фотонов аналитической линии от пробы с известным содержанием определяемого элемента.
   Величина  - приведенный массовый коэффициент поглощения – характеризует абсорбционные свойства исследуемой пробы для первичного и вторичного излучения. При анализе в тонких слоях ( <0,5) значение и выражение для NI приобретает простой вид:
                       Ni=K1Cm                                                                                (6)
   А для насыщенных слоев ( >5) значение показатель экспоненты много меньше единицы и получается, что
                                                             (7)
   где - приведенные массовые коэффициенты поглощения первичного и характеристического излучения анализируемым элементом и наполнителем соответственно. Из этого выражения видно, что при анализе в насыщенных слоях поток характеристического излучения зависит от изменения абсорбционных свойств наполнителя. При изменении вещественного состава наполнителя возникает погрешность измерения . Для устранения погрешности применяются различные приемы, которые называются методами учета изменения абсорбционных свойств наполнителя, или абсорбционных свойств матрицы.

Избирательное возбуждение

  Поток фотонов аналитической линии  зависит не только от абсорбционных  характеристик исследуемой пробы, но и от присутствия в ней элементов  с энергией фотонов характеристического излучения, достаточной для возбуждения аналитической линии. За счет дополнительного возбуждения флуоресцентным излучением входящих в пробу элементов (эффект избирательного возбуждения0 поток фотонов аналитической линии увеличивается на
                                                                             (8)
   где N1 – поток характеристического излучения при отсутствии эффекта избирательного возбуждения; характеризует относительный вклад избирательного возбуждения.

Выделение характеристического  излучения на фоне мешающих излучений.

  Из-за недостаточного энергетического разрешения спектрометров при измерении  интенсивности аналитической линии всегда регистрируется часть мешающего излучения.
   Для определения скорости счета, обусловленной  аналитической линией определяемого  элемента NL , необходимо из суммарной скорости счета N вычесть скорость счета, связанную с мешающим излучением,
   
                                                                          (9)

   Мешающее  излучения ограничивает пороговую  чувствительность флуоресцентного  рентгенорадиометрического анализа  как за счет статистических погрешностей измерения. Связанных с флуктуациями измеряемых скоростей счета, так и за счет неточного определения абсолютной величины вклада мешающего излучения.
   Если  принять, что интенсивность аналитической  линии не зависит от абсорбционных  характеристик пробы, то расчетная формула для определения содержания анализируемого элемента C примет следующий вид:
   
                                                              (10)

   где - чувствительность измерений на 1% определяемого элемента.
   Для сравнительной оценки условий измерения  и вклада мешающего излучения  используется отношение 
   F=
/Nm                                                                               (11),

   которое называется контрастностью.
   Неточный учет величины Nm приводит к дополнительной погрешности измерений:
   
                                                                        ( 12)
   или соответственно
   
                                            (13)
   где .
   Определение характеристического излучения  неразрешенных линий может производиться  различными методами, которые будут  освещены  ниже.

Методика  анализа в тонких слоях

  Как было указано выше, поток характеристического излучения определяется следующим выражением:
   
                                                  (*)

   при величине <0,5 приближенно выполняется равенство:
   
                                                                (**)

   откуда  следует, что NI=kCm, то есть при постоянной величине m, величина NI пропорцианальна концентрации C. Для эталонной пробы, аналогичным образом получаем, что Nэт=kCэтmэт. Отсюда сразу же вытекает, что k=Nэт/Cэт, и тогда
   
                                                            (20)

   Следовательно, концентрация определяемого элемента в пробе будет определяться следующим  выражением:
   
                                                              (21)

   Методика  измерения в тонких слоях характеризуется  простотой проведения анализа и  малой зависимостью результатов  определений от изменений абсорбционных  свойств исследуемых проб. Данная методика в значительной степени уменьшает влияние избирательного возбуждения на поток фотонов аналитической линии. Из-за небольшой поверхностной плотности слоя пробы первичное излучение очень слабо рассеивается пробой, поэтому вклад рассеянного излучения в измеряемые скорости счета, как правило, незначительный.
   Методика  измерений в тонких слоях применима  в основном при определении элементов  с атомными номерами Z> 35 – 40. Для элементов с меньшими порядковыми номерами из-за больших значений приведенного массового коэффициента поглощения проб необходимо использовать очень тонкие слои (m< 5 mг/см2), приготовление которых представляет достаточно непростую, хотя и решаемую задачу. Недостаток данной методики заключается в относительно невысокой чувствительности определений, так как количество исследуемого материала, как правило, не превышает нескольких десятков миллиграммов.

Методика  анализа в насыщенных слоях

   Из  приведенного в предыдущем разделе  выражения для потока характеристического излучения  пробы (*)  следует, что если >5, то величина экспоненты много меньше единицы и тогда . Из этого выражения видно, что при анализе в насыщенных слоях измеренное значение потока характеристического излучения зависит не только от концентрации определяемого элемента, но и от абсорбционных свойств (то есть ). Для определения значения концентрации C в этом случае предстоит построить зависимость NI=f(Cэт) и по измеренному значению  NI находится искомое значение Cпр. Эта методика является одной из наиболее простых и производительных методик флуоресцентного анализа и по сравнению с методикой измерений в тонких слоях обеспечивает более высокую чувствительность. Однако она применяется в случаях, когда состав наполнителя изменяется в небольших пределах, из-за наличия зависимости  NI=f(Cэт).

Методика  стандарт-фон

Эта методика связана с измерением потока рассеянного  излучения. Сама методика основана на приблизительно одинаковой зависимости потоков аналитической линии и некогерентно рассеянного излучения от изменения абсорбционных свойств пробы, которые описываются следующими выражениями:
   
                                                                                   (28)
   где величины - массовые коэффициенты поглощения пробой первичного, рассеянного и характеристического излучения соответственно; - сечение некогерентного рассеяния (настоящая величина может быть определена экспериментально, а может быть рассчитана и теоретически, хотя формула расчета сечения некогерентного рассеяния излучения представляет собой достаточно сложное математическое выражение). Тогда отношение потоков характеристического и рассеянного излучений будет определяться следующим выражением:
   
                                                  (29)
   При условии  отношение потоков . Учитывая слабую зависимость сечения некогерентного рассеяния от эффективного атомного номера среды, из этого выражения следует, что влияние изменений абсорбционных свойств вмещающей среды устраняется вполне эффективно. Этот метод применим при проведении рентгенорадиометрического анализа, если в исследуемых элементах отсутствуют элементы с энергией края поглощения, расположенной между энергией аналитической линии определяемого элемента и рассеянного излучения. Наличие в пробе таких элементов приводит к резкому увеличению разницы значений и и. Как это следует из выражения (23), к усилению зависимости результатов измерения от изменения абсорбционных свойств среды.
   Хорошие результаты получаются при применении этого метода при анализе сравнительно небольших (3 – 5%) содержаний. В качестве рассеянного излучения можно  использовать рассеянное излучения  от дополнительного источника с  энергией ниже энергии края поглощения анализируемого элемента. В этом случае заметно уменьшается зависимость аналитического параметра от присутствия в пробах элементов с K- или L-краем поглощения между энергиями характеристического излучения и рассеянного излучения первичного источника.

Методики многоэлементного анализа.

   Эти методики основаны на решении системы  уравнений вида NI= f(C1, C2,…,CN) или вида CI= f(N1, N2,…,NN). Так, для случая многоэлементного определения n элементов можно записать следующую систему уравнений:
   
                                                                                         (30)
   где Ci – концентрация i-го элемента, ai – постоянные для заданных условий измерения коэффициенты. С целью повышения помехоустойчивости настоящей методики вместо величины Ni берется отношение вида Ni/N0 , где N0 – поток характеристического излучения стандартного образца (эту разновидность методики иногда называют методом Битти – Брисси). Коэффициенты  ai определяют экспериментально на стандартных образцах (теоретический расчет излишне сложен). В общем случае, таким образом, требуется n(n-1)/2 бинарных стандартных образцов. Например, на пробе из первого и n-го элемента определяются коэффициенты и .
   Наибольшей  чувствительностью, и, соответственно распространением в практических исследованиях, получил метод множественной  регрессии, когда составляется система  уравнений вида:
   
                                                         (31)
   где NJ – число импульсов для J-го мешающего элемента, J A,  J=1,2, …, n. Однако на практике в большинстве случаев имеет смысл ограничиться более простыми зависимостями (без учета нелинейных слагаемых). Например зависимостью типа , учитывающей только перекрестные сочетания, что называется уравнением Лукасса-Туса.

Практическая  реализация описанных  выше методик предполагается осуществить с  помощь метода полного  отражения в тонких слоях.

Когда рентгеновское излучение падает на материал под очень маленьким  углом (обычно mrad), то есть, почти задевая поверхность, происходит полное отражение. Это означает вместо того, чтобы проникнуть через материал, рентгеновские фотоны будут взаимодействовать с поверхностью на глубине в несколько нанометров, а затем отражаться. Материал, который присутствует на поверхности, будет облучен в нормальной методике, и будет взаимодействовать с основным и отраженным излучением. Главное различие между обычным EDXRF() и TXRF() это - геометрия возбуждения. В стандартном случае EDXRF угол между первичной радиацией и образцом 45deg; угол между образцом и датчиком - также 45deg;. Принципиальная установка TXRF показывают в рис. 4
Наибольший  угол, под которым все еще имеет место полное внешнее отражение, называется критическим углом полного отражения fcrit. Так как рентгеновские фотоны едва проникают в отражатель, вклад от рассеянной первичной радиации от основания{подложки} минимизирован. В результате двойного возбуждения образца и первичными фотонами и отраженными лучами, флуоресцентный сигнал фактически вдвое превышает по интенсивности тот, который получается при использовании методики возбуждения EDXRF. Критические углы находятся в диапазоне нескольких миллирадиан для типичного отражателя. Материалы, типа кварца или кремния дают энергию первичного излучения 9.4 кэВ (от W анода) или 17.5 кэВ (анод Мо). 

Рис.2 Принципиальная схема установки на основе TXRF 

Главные преимущества TXRF:
(a) Фон,  первичной  радиации на основании{подложке} минимален.
(b) Интенсивность  флюоресценции удвоена так как  первичные и отраженные лучи  проходят через образец и дают  эффективное возбуждение.
(c) Расстояние  между образцом и поверхностью  отражателя и датчика может  быть сделано маленьким, что позволяет таким образом увеличить угол регистрации.
(d) В  зависимости от источника рентгеновского  излучения и модификации спектральных  устройств, абсолютные пределы  обнаружения находятся в диапазоне  pg для использования рентгеновской трубки на 2-3 кВт и в fg когда используется синхротронное излучение. Далее идет подборка основных узлов установки.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.