Högenergiröntgen

Högenergiröntgen eller HEX-strålar är mycket hårda röntgenstrålar , med typiska energier på 80–1000 keV (1 MeV), ungefär en storleksordning högre än konventionella röntgenstrålar som används för röntgenkristallografi ( och väl till gammastrålningsenergier över 120 keV). De tillverkas vid moderna synkrotronstrålningskällor som beamline ID15 vid European Synchrotron Radiation Facility (ESRF). Den största fördelen är den djupa penetrationen i materia som gör dem till en sond för tjocka prover inom fysik och materialvetenskap och tillåter en provmiljö och drift i luften. Spridningsvinklarna är små och diffraktion riktad framåt möjliggör enkla detektorinställningar.

Högenergi (megavolt) röntgenstrålar används också i cancerterapi , med hjälp av strålar som genereras av linjäracceleratorer för att undertrycka tumörer.

Fördelar

Högenergiröntgenstrålar (HEX-strålar) mellan 100 och 300 keV har unika fördelar jämfört med konventionella hårdröntgenstrålar, som ligger i intervallet 5–20 keV. De kan listas enligt följande:

  • Hög inträngning i material tack vare ett kraftigt reducerat fotoabsorptionstvärsnitt. Fotoabsorptionen beror starkt på materialets atomnummer och röntgenenergin. Flera centimeter tjocka volymer kan nås i stål och millimeter i blyhaltiga prover.
  • Ingen strålningsskada på provet, vilket kan stifta inkommensurationer eller förstöra den kemiska föreningen som ska analyseras.
  • Ewald -sfären har en krökning tio gånger mindre än i lågenergifallet och gör att hela områden kan kartläggas i ett reciprokt gitter , liknande elektrondiffraktion.
  • Tillgång till diffus spridning. Detta är absorptions- och inte extinktionsbegränsad [ klargöring behövs ] vid låga energier medan volymförbättring [ klargöring behövs ] sker vid höga energier. Kompletta 3D-kartor över flera Brillouin-zoner kan enkelt erhållas.
  • Överföringar med hög momentum är naturligt tillgängliga på grund av den infallande vågens höga momentum. Detta är särskilt viktigt för studier av flytande, amorfa och nanokristallina material samt analys av parfördelningsfunktioner .
  • Realisering av materialoscilloskopet .
  • Enkla diffraktionsinställningar på grund av drift i luft. [ förtydligande behövs ]
  • Diffraktion framåt för enkel registrering med en 2D-detektor. Spridning framåt och penetration gör provmiljöer enkla och okomplicerade.
  • Försumbara polarisationseffekter på grund av relativt små spridningsvinklar.
  • Speciell icke-resonant magnetisk spridning.
  • LLL interferometri.
  • Tillgång till högenergispektroskopiska nivåer, både elektroniska och nukleära.
  • Neutronliknande, men kompletterande studier i kombination med hög precision i rumslig upplösning.
  • Tvärsnitt för Compton-spridning liknar koherenta spridnings- eller absorptionstvärsnitt.

Ansökningar

Tvådimensionell pulverdiffraktionsinställning för högenergiröntgenstrålar . HEX-strålar som kommer in från vänster diffrakteras i framåtriktning vid provet och registreras av en 2D-detektor såsom en bildplatta.

Med dessa fördelar kan HEX-strålar användas för en lång rad undersökningar. En översikt, som är långt ifrån komplett:

  • Strukturella undersökningar av verkliga material, såsom metaller, keramik och vätskor. I synnerhet in-situ-studier av fasövergångar vid förhöjda temperaturer upp till smältan av vilken metall som helst. Fasövergångar, återhämtning, kemisk segregation, omkristallisering, vänortsbildning och domänbildning är några aspekter att följa i ett enda experiment.
  • Material i kemiska miljöer eller driftsmiljöer, såsom elektroder i batterier, bränsleceller, högtemperaturreaktorer, elektrolyter etc. Penetrationen och en välkollimerad pennstråle tillåter fokusering i området och materialet av intresse medan det genomgår en kemisk reaktion.
  • Studie av "tjocka" lager, såsom oxidation av stål i dess tillverkning och valsning, som är för tjocka för klassiska reflektometriexperiment. Gränssnitt och skikt i komplicerade miljöer, såsom den intermetalliska reaktionen av Zincalume ytbeläggning på industristål i vätskebadet.
  • In situ studier av industriliknande bandgjutningsprocesser för lättmetaller. En gjutningsuppsättning kan ställas in på en strållinje och sonderas med HEX-strålestrålen i realtid.
  • Bulkstudier i enkristaller skiljer sig från studier i ytnära områden som begränsas av penetrationen av konventionella röntgenstrålar. Det har visat sig och bekräftats i nästan alla studier att kritisk spridning och korrelationslängder påverkas starkt av denna effekt.
  • Kombination av neutron- och HEX-strålningsundersökningar på samma prov, såsom kontrastvariationer på grund av de olika spridningslängderna.
  • Restspänningsanalys i bulk med unik rumslig upplösning i centimetertjocka prover; på plats under realistiska belastningsförhållanden.
  • In-situ studier av termomekaniska deformationsprocesser såsom smide, valsning och extrudering av metaller.
  • Texturmätningar i realtid i bulken under en deformation, fasövergång eller glödgning, såsom vid metallbearbetning.
  • Strukturer och texturer av geologiska prover som kan innehålla tunga element och är tjocka.
  • Högupplöst trippelkristalldiffraktion för undersökning av enkristaller med alla fördelar med hög penetration och studier från bulken.
  • Compton-spektroskopi för undersökning av momentumfördelning av valenselektronskalen.
  • Imaging och tomografi med höga energier. Dedikerade källor kan vara tillräckligt starka för att få 3D-tomogram på några sekunder. Kombination av avbildning och diffraktion är möjlig på grund av enkla geometrier. Till exempel tomografi kombinerat med restspänningsmätning eller strukturanalys.

Se även

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=High-energy_X-rays&oldid=1098430512 "