Глава 9

Плотнометрия

Хэйстингс А. Смит, мл. и Филлис А. Руссо (Переводчик Н. В. Мошкина)

9.1 ВВЕДЕНИЕ

Термин “плотнометрия” относится к измерению плотности материала путем определения степени ослабления этим материалом электромагнитного излуче- ния заданной энергии. В главе 2 подробно описано взаимодействие электромагнитного излучения (в частности, рентгеновских и гамма-квантов) с веществом. Поскольку электромагнитное излучение взаимодействует с атомными электронами, характеристики плотности являются специфическими для элементов, а не изотопов. Во время измерений плотности происходят два явления: первое — часть энергии падающего излучения поглощается, второе — ионизированные атомы испускают характеристическое рентгеновское излучение при возвращении в стабильные основные атомные состояния. Последний процесс, известный как рентгеновская флюоресценция, является мощным методом элементного анализа (см. главу 10 с подробным изложением методики рентгенофлюоресцентного анализа (РФА)). В некоторых случаях измерение коэффициента пропускания гам- ма-излучения может предоставить информацию не только об объемной плотности образца, но также по его составу. Поскольку поглощение фотонов с низкой энергией (в основном путем фотоэлектрического эффекта) есть возрастающая функция атомных номеров Z элементов в образце, оно является характеристикой, на измерении которой может быть основан анализ.

В этой главе описываются различные методики плотнометрии, включая измерение поглощения фотонов при одном или нескольких значениях энергии и измерение дифференциального ослабления фотонов вдоль краев поглощения. Кроме того, обсуждаются прикладные задачи, использующие эти методики, и описываются процедуры измерений с представлением типичных ре зультатов работы.

Все измерения плотности, обсуждаемые в этой главе, основаны на определении степени пропускания электромагнитного излучения данной энергии материалом образца. Математической основой для измерения является характеризующая поглощение экспоненциальная связь между интенсивностью I0 фотонного излучения с энергией E, падающего на материал, и интенсивностью I излучения, прошедшего толщину х материала:

где ρ — массовая плотность материала;

µ— массовый коэффициент ослабления, который оценивается п ри энергии фотона E.