Zdroje rentgenového záření

K rentgenometrickým experimentům je třeba získat vhodné rentgenové záření. Nejčastěji se používá monochromatické záření o vlnové délce 0,5 – 2,5 Å. Takové záření vzniká při dopadu vysoce urychlených elektronů na atomy hmoty. Na tomto principu pracují rentgenové lampy, tzv. rentgenky. Jsou to evakuované skleněné trubice se dvěma zatavenými elektrodami, mezi nimiž je vysoké napětí (obr. 3.36). Jako katoda slouží wolframové vlákno rozžhavené na velmi vysokou teplotu. Katoda produkuje elektrony, které jsou urychlovány v elektrickém poli a s velkou energií dopadají na anodu, tzv. antikatodu. Kinetická energie elektronů se při dopadu mění částečně na rentgenové záření, částečně na teplo, takže rentgenku je nutno intenzivně chladit vodou.

Každá rentgenka poskytuje rentgenové záření se dvěma složkami – spojitou a charakteristickou (obr. 3.37). Spojitá složka vzniká při zabrždění elektronů na atomech antikatody. Při srážkách s atomy ztrácejí elektrony vždy část své kinetické energie, která se mění na rentgenové záření s postupně rostoucí vlnovou délkou (klesající energií). Proto je spojité záření polychromatické. Naproti tomu charakteristické záření se vyznačuje přesně určenými vlnovými délkami. Na rozdíl od spojitého záření závisí jeho vlnová délka na složení antikatody: čím větší je protonové číslo kovu, z něhož je antikatoda vyrobena, tím je vlnová délka charakteristického záření menší (tab. 3.7). Nejčastěji se používají antikatody vyrobené z Cr, Fe, Cu, Mo, Co, Ni nebo Ag.

Charakteristické záření vzniká energetickými přeskoky elektronů v obalech atomů antikatody (obr. 3.38). Představme si, že rychle letící elektron vyrazí při srážce s atomem elektron z energetické hladiny K. Na jeho místo seskočí jiný elektron z některé vyšší hladiny (L, M, N …). Energie uvolněná při tomto přeskoku se vyzáří jako rentgenové záření série K. Pokud dojde k seskoku elektronu z hladiny L na hladinu K, vzniká záření Kα. Když dojde k přeskoku z hladiny M na hladinu K, vzniká záření Kβ. Při přeskoku z vyšších hladin na hladinu L vzniká záření série L (Lα, Lβ) atd.

Největší intenzitu má vždy charakteristické záření Kα, proto se v praxi využívá právě jeho. Ve skutečnosti se nejedná o přísně monochromatické záření, ale o dvě záření s velmi blízkou vlnovou délkou (obr. 3.39). Proto hovoříme o pseudomonochromatickém záření Kα a složky označujeme Kα₁ a Kα₂. Charakteristické záření rentgenky tedy sestává z jednotlivých monochromatických záření, tzv. čar (čára Kα₁, Kα₂, Kβ, Kγ, Lα …). S výjimkou čar Kα₁, Kα₂ a Kβ mají všechny ostatní čáry velmi nízkou intenzitu, proto se ve spektru prakticky neprojevují.

Filtrace a monochromatizace rentgenového záření

K rentgenometrickým experimentům je většinou nutno použít monochromatické záření. K tomu je třeba ze spektra produkovaného rentgenkou odfiltrovat všechny charakteristické čáry s výjimkou Ka a co možná největší část spojitého záření. Toho lze dosáhnout filtrací rentgenového záření nebo použitím monochromátoru.

Jako filtry slouží kovové fólie určité tloušťky a složení. Při průchodu polychromatického rentgenového záření kovovou fólií dochází k jeho absorbci. Míra absorbce závisí na vlnové délce záření: absorbce nejprve spojitě stoupá až po určitou hodnotu vlnové délky, za ní prudce klesá. Záření s větší vlnovou délkou prochází filtrem téměř beze ztrát. Tato hodnota se nazývá absorpční hrana (obr. 3.40). Filtry pro jednotlivé rentgenky se volí tak, aby jejich absorbční hrana ležela mezi čarami Kα a Kβ. Filtrem tak projde jen záření Kα, které se dále využívá (obr. 3.41). Jednotlivé rentgenky a k nim používané filtry jsou uvedeny v tabulce 3.7. Vůbec nejčastěji se používá rentgenky s měděnou antikatodou a niklovým filtrem (značíme Cu/Ni) a rentgenky s kobaltovou antikatodou a železným filtrem (Co/Fe).

Tabulka 3.7: Nejčastěji používané rentgenky a filtry

Krystalové monochromátory využívají vztahu mezi vlnovou délkou dopadajícího záření a difrakčním úhlem Θ. Záření o různých vlnových délkách je na osnově mřížových rovin difraktováno pod různým difrakčním úhlem. Krystalový monochromátor je tedy krystal, který je nastaven do dráhy primárního paprsku tak, že některá vhodná osnova rovin leží v difrakční poloze. Původně rovnoběžný svazek záření se po difrakci na této osnově rozptýlí do různých úhlů v závislosti na vlnových délkách. Clonkami je pak možné vybrat a využívat pouze záření o požadované vlnové délce. Monochromátory je dále možné vylepšovat ohýbáním krystalu a specifickým seříznutím povrchu vůči difraktující osnově, čímž lze docílit velmi účinné paprsku. Výhodou monochromátorů je jejich výborná selektivita vlnových délek (lze separovat pouze čáru Ka₁) a možnost fokusace záření. Nevýhodou je, že difrakci podlehne vždy jen část dopadajícího záření a proto je záření po monochromatizaci méně intenzivní. Pro monochromátory se využívá například krystalů křemíku, grafitu nebo diamantu.

další »»