aKocsonya András, ^aDemeter István, ^aHollós-Nagy Katalin, ^aKovács Imre, ^bPapp Tibor,
^aSzõkefalvi-Nagy Zoltán

aKFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet 1525 Budapest, pf. 49.
^bMTA Atommmagkutató Intézet 4001 Debrecen, pf 51.

A röntgenemissziós analitikai módszerek egyik lényeges elõnye a multielemes jelleg. Egyetlen méréssel az elemek széles rendszámtartományban mutathatók ki. Különösen helytálló ez a protonokkal keltett karakterisztikus röntgensugárzás (PIXE) módszerére. Gyakorlatilag a nátriumtól kezdve az egész periódusos rendszer egy nagyságrenden belül állandó érzékenységgel vizsgálható vele. A kis rendszámú elemek a K vonalaik alapján jól detektálhatók. A rendszám növekedésével kb. Z>50 esetén a K vonalak keltési hatáskeresztmetszete erõsen csökken, ezen elemek nagyobb energiájú K röntgensugárzására a szokásosan használt detektorok hatásfoka is rohamosan csökken. Emiatt a kívánt pontosság eléréséhez egyre hosszabb mérési idõk szükségesek, illetve a detektálási határ egyre nagyobb lesz. Ezért a közepes és nagy rendszámú elemek detektálására inkább azok L vonalait lehet használni.

A PIXE spektrumban megjelenõ elemek elkülönítéséhez és mennyiségük meghatározásához ismernünk kell az egyes vonalak röntgenkeltési hatáskeresztmetszetét, de legalábbis azok arányait. Megmértük a Cs, Ba, Nd, Gd, Ho, Yb, W elemek L röntgenvonalainak keltési hatáskeresztmetszetét az 1.0-4.0 MeV protonenergiatarományban, 0.5 MeV lépésközzel.

Az L héj három alhéjból áll, és számos lehetséges átmenet van, ezért az L spektrumok igen sok, mintegy 15-18 spektrumvonalból állnak. Ezek intenzitása erõsen különbözõ, mintegy 4 nagyságrendet fog át. A szokásosan alkalmazott detektorok energiafelbontása mellett a vonalak részben átfednek egymással, ami az egyes spektrumvonalak intenzitásának elkülönítéskor jelentõs gondot okoz. Míg az ionizációs hatáskeresztmetszet függ a gerjesztés módjától és ugyanazon elem különbözõ alhéjaira is eltérõ, addig az ionizált állapot lebomlása gyakorlatilag független a gerjesztéstõl. Emiatt a keltési hatáskeresztmetszetek protonenergiától való függése az ionizációs hatáskeresztmetszetek energiafüggésére vezethetõ vissza. Az L_I illetve L_II alhéjakhoz tartozó L_b1 és L_b4 vonalak egymáshoz igen közel vannak, ami miatt még az ezen alhéjakhoz tartozó átmenetek elkülönítése sem egyértelmû.

A detektorban lejátszódó folyamatok miatt annak jelalakja eltér Gauss alaktól. A detektor felületi holtrétegében, az elektromos kontaktust biztosító aranyrétegben, és a detektor elõtti anyagrétegekben a beérkezõ röntgenfotonok Compton-szóródást szenvedhetnek, ami miatt kisebb energiát tudnak leadni a detektor aktív térfogatában. A keltett töltéshordozók aktív térfogatból való kiürítése sem tökéletes, ami miatt kisebb impulzust keletkezik, mint ami a tényleges energiának megfelel. Ezen folyamatok eredményeképp egy alacsony energiás farok jelenik meg a csúcsok mellett. Ennek alakja a detektor egyedi jellemzõje, melyet pontos mérésekhez az adott detektorhoz kell meghatározni. A detektor jelalakjának kis pontatlansága jelentõs bizonytalanságot okoz az intenzív csúcsok közelében levõ gyengébbek meghatározásában.

A hatáskeresztmetszetek meghatározásánál nemcsak az egyes röntgenvonalak elkülönítése okoz problémát, hanem a karakterisztikus röntgensugárzásból eredõ csúcsok háttértõl való elkülönítése is. A protonnyaláb anyaggal való kölcsönhatása esetén a háttér nagyrészt a protonok által meglökött elektronok másodlagos fékezési sugárzásából ered. A háttér leírására többnyire tapasztalati úton választott, elméletileg azonban nem teljesen megalapozott függvényalakokat szokás használni, például exponenciális polinomokat. Ezek, bár nagy vonalakban szélesebb energiatartományban is jól leírják a háttér alakulását, annak pontos menetét nem mindig tudják követni. Ez gondot okoz azoknak a vonalaknak a kiértékelésénél, ahol a háttér jelentõsen változik.

A vázolt problémák miatt a mért spektrumok értékelését három program segítségével is elvégeztük. Ezek a röntgenspektroszkópiában elterjedten használt AXIL program, az ATOMKI-ban kimondottan PIXE spektrumok értékelésére kidolgozott PIXYKLM, és a számos spektroszkópiai tapasztalatot magában foglaló Guelph-Waterloo Program keretében fejlesztett GUPIX. A kapott eredményekbõl kitûnik, hogy míg az intenzív vonalakra bármely módszerrel lényegében azonos eredményt kapunk, addig a gyengébb vonalak esetén számottevõ eltérés tapasztalható. Ezek az eltérések nagyobbak alacsonyabb protonenergiák esetén.

A mért röntgenkeltési hatáskeresztmetszetek és vonalintenzitások alapján a röngenfloureszcenciahozamok irodalmi értékeit felhasználva kiszámítottuk az L_I, L_II és L_III alhéjak ionizációs hatáskeresztmetszeteit is. A kapott eredményeket összehasonlítottuk a ma általánosan elfogadott ECPSSR elmélet alapján számítottakkal. Tapasztalataink szerint a mért hatáskeresztmetszetek protonenergiától és alhéjtól függõen 5-20%-kal magasabbak az elméleti értékeknél. Ez szükségessé teszi az elméleti számítások további vizsgálatát is.