В качестве диспергирующего элемента в рентгеноспектральных приборах используют главным образом кристаллы, являющиеся своеобразными дифракционными решетками. Их называют кристалл-анализаторами (обычно используют фторид лития, топаз,стеарат бария). Дифракция рентгеновских лучей в кристалле происходит в соответствии с законом Вульфа — Брэгга:
nl=2dsinq ( )
где п — целое число, показывающее порядок спектра (обычно ограничиваются рассмотрением спектров первого порядка); d — кратчайшее расстояние между соседними плоскостями кристалла; q — угол падения параллельного пучка рентгеновского излучения на плоскость кристалла (его называют углом скольжения).
Приемники излучения. В качестве приемников рентгеновского излучения могут быть использованы фотоматериалы и счетчики рентгеновских квантов: ионизационные и сцинтилляционные. Эти же счетчики применяют для регистрации радиоактивного излучения.
Ионизационный счетчик представляет собой устройство из двух электродов: цилиндрического катода и анода в виде металлической нити, натянутой вдоль оси цилиндра. Пространство в трубке между электродами заполнено газом (например, аргоном) при пониженном давлении. В зависимости от режима работы это устройстве может быть ионизационной камерой, пропорциональным счетчиком или счетчиком Гейгера — Мюллера.
Действие счетчика основано на ионизации газообразного наполнителя. При небольшом напряжении ток через счетчик не идет (рис. 6.4). Под действием рентгеновского излучения атом аргона ионизирует
Ar + hn = Ar+ + e-
а образовавшийся электрон при столкновении вызывает ионизацию других атомов аргона. Под действием приложенного напряжения ионы Аг+ будут двигаться к катоду, а электроны — к аноду.
Сцинтилляционный счетчик. Действие сцинтилляционных счетчиков основано на измерении сцинтилляций — световых вспышек, появляющихся в сцинтилляторе поя действием рентгеновского излучения (рис. 6.5). В качестве сцинтилляторов используют вещества, молекулы которых под действием рентгеновского излучения возбуждаются и, переходя в нормальное состояние, дают вспышку света, которая фиксируется фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). Сцинтилляторами могут быть, например, Nal, ZnS, антрацен и многие другие вещества.
Рентгеновское излучение можно регистрировать также непосредственно фотоэлектронными умножителями (ФЭУ) и фотоэлементами, с помощью кристаллического счетчика и калориметрическим методом.
Принципиальная схема рентгеновского спектрометра (РЭА и РФА):
Первичное рентгеновское излучение, генерируемое в рентгеновской трубке 1,попадая на образец 2, вызывает вторичное рентгеновское излучение (флуоресценцию) элементов, входящих в состав пробы. Излучение флуоресценции, пройдя через коллиматор 3 (входное отверстие), попадает на кристалл-анализатор 4, отражаясь от которого разлагается в спектр. Излучение, пройдя через вспомогательный коллиматор, регистрируется счетчиком, совмещенным с гониометром. Гониометр-специф.детектор рентгеновского излучения, представляющий собой устройство в котором счетчик (сцинтилляционный или ионозац.)закреплен в держателе, способным перемежатся вокруг образца.