sito infn ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE
Sezione di Genova
DIPARTIMENTO DI FISICA
Universita' di Genova



Le tecniche di Fluorescenza X

Tecnica XRF

La tecnica della fluorescenza X indotta è una delle tecniche non distruttive più diffuse e più versatili per la determinazione degli elementi presenti in un campione. Il fenomeno della fluorescenza X si ha come conseguenza della ionizzazione di un atomo che, tornando alla sua configurazione stabile, emette fotoni X caratteristici. L'emissione caratteristica può essere indotta da particelle cariche o da raggi X emessi da un tubo di Coolidge (XRF).

La tecnica XRF (X-Ray Fluorescence) sfrutta proprio un fascio primario di raggi X per indurre fluorescenza secondaria, rivelata e analizzata da un rivelatore al silicio.

 

Tecniche di Ion Beam Analysis

Le tecniche di Ion Beam Analysis (IBA) si basano su reazioni nucleari o atomiche di sezione d'urto nota indotte irraggiando con un fascio di particelle un bersaglio. Analizzando i prodotti della reazione (particelle, radiazione g e/o X) è possibile ricavare la composizione elementale del campione in esame. Le particelle incidenti possono provenire da sorgenti radioattive ma per i maggiori flussi ottenibili si utilizzano soprattutto acceleratori elettrostatici (Van der Graaf, Tandem) con energia al terminale fra i 2 ed i 6 MeV. Le tecniche IBA sono molteplici, tra le piu' note: PIXE e PIGE, che sfruttano rispettivamente l’emissione di raggi X e g da parte del campione), RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry) in cui le particelle analizzate sono gli ioni primari retrodiffusi e NRA (Nuclear Reaction Analysis) per particelle emesse a seguito di reazioni nucleari. In figura 1 sono schematizzati gli elementi essenziali di un apparato sperimentale per analisi IBA.



Fig 1. Lo schema tipico di un apparato sperimentale per analisi IBA


Nella PIXE (Particle-Induced X-ray Emission) le particelle cariche interagiscono con la nuvola elettronica di un atomo creando lacune elettroniche negli strati interni (K,L,M) la cui vita media varia fra 10 -9 e 10-16 secondi; le lacune vengono quindi riempite dagli elettroni più esterni e l’energia residua, pari alla differenza fra l’energia di legame dell’elettrone nel guscio più esterno e in quello più interno, viene emessa prevalentemente come radiazione X o elettrone Auger. L’energia della radiazione X è caratteristica dell’elemento emettitore e dalla misura dell’energia e della quantita' degli X emessi si risale agli elementi presenti nel campione e alla loro concentrazione. Ogni campione produce dunque uno spettro caratteristico. quale quello mostrato in figura 2.


Fig. 2 Un tipico spettro PIXE. Il campione irraggiato e' una vetrina ceramica bianca.

La PIXE e' utilizzata in diversi campi ( Archeometria, Ambiente, Biologia... ) in virtu' di alcune sue caratteristiche peculiari. Infatti la PIXE e' una tecnica:

La limitazione principale della PIXE e' dovuta all'alto coefficiente di assorbimento dei raggi X prodotti da elementi leggeri (Z<11) che non sono quindi rivelabili, inoltre le analisi in profondità sono limitate dal range dei protoni nella materia (protoni da 3 MeV, utilizzati di norma per la PIXE, penetrano nei materiali per qualche decina di mm). L’uso della PIXE in congiunzione con altre tecniche di tipo nucleare (RBS, PIGE) consente, molto spesso, un'analisi su tutta la tavola periodica degli elementi.




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