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Atomare Fundamentalparameter verifiziert

01.06.2015

Abb. 1: RFA-Anlage im PTB-Laboratorium am Elektronenspeicherring BESSY II.

Abb. 2: Vergleich verschiedener Daten für die partiellen Photoionisationsquerschnitte der Pd-L1-Unterschale. Der Ansatz eines energieunabhängigen Verhältnisses (grün) weist Abweichungen von bis zu einem Faktor 4 auf.

Durch verbesserte Messverfahren ist es PTB-Mitarbeitern aus dem Bereich Spektrometrie mit Synchrotronstrahlung in Kooperation mit Industriepartnern gelungen, experimentell die bisher lediglich durch theoretische Berechnungen vorhergesagte unterschiedliche Energieabhängigkeit von partiellen Photoionisationsquerschnitten zu bestätigen. Damit ist der insbesondere bei der Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) oft verwendete Quantifizierungsansatz eines energieunabhängigen Verhältnisses der partiellen Querschnitte widerlegt worden. Röntgenanalytische Laboruntersuchungen werden dadurch deutlich genauer.

Bei der RFA können die Intensitäten elementspezifischer Röntgenfluoreszenzlinien zur Quantifizierung von Elementgesamtgehalten und Massenbelegungen herangezogen werden. Die Quantifizierung basiert auf dem 1955 aufgestellten Fundamentalparameteransatz von Sherman. Atomare Fundamentalparameter wie Photoionisationsquerschnitte und Fluoreszenzausbeuten beschreiben hier quantitativ die Wechselwirkung zwischen Röntgenstrahlung und Materie. Partielle Photoionisationsquerschnitte geben dabei die Wahrscheinlichkeit für die Anregung aus verschiedenen Unterschalen an. Für die Abhängigkeit der Querschnitte verschiedener Unterschalen von der Energie der anregenden Strahlung gibt es zwei unterschiedliche Ansätze. Aufgrund der einfacheren Handhabbarkeit wird häufig der Ansatz gewählt, dass das Verhältnis der Querschnitte für verschiedene Unterschalen konstant ist. Quantenmechanische Berechnungen von Scofield  hatten allerdings bereits in den 1970er Jahren gezeigt, dass sich dieses Verhältnis für Unterschalen mit Orbitalen unterschiedlicher Symmetrie mit der Energie der anregenden Strahlung ändert. Der experimentelle Nachweis dieser vorhergesagten Energieabhängigkeit ist nun erstmals im PTB-Laboratorium am Elektronenspeicherring BESSY II durch den Einsatz radiometrisch kalibrierter RFA-Instrumentierung und eines erweiterten Messverfahrens gelungen. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass für eine zuverlässige Elementanalyse mit geringen Unsicherheiten die unterschiedlichen Energieabhängigkeiten berücksichtigt werden müssen.

Publikation:

Opens external link in new windowP. Hönicke, M. Kolbe, M. Müller, M. Mantler, M. Krämer, B. Beckhoff, Experimental Verification of the Individual Energy Dependencies of the Partial L-Shell Photoionization Cross Sections of Pd and Mo, Physical Review Letters 113, 163001 (2014)

Ansprechpartner:

P. Hönicke, 7.24, E-Mail: Opens window for sending emailPhilipp.Hoenicke(at)ptb.de