Laterale Elementverteilungsanalyse mit der hochenergetischen Ionenmikrosonde

Methode:

Ein auf wenige Mikrometer fokussierter Strahl hochenergetischer Ionen wird über eine Probenfläche gerastert und löst hierbei verschiedene Wechselwirkungsprozesse mit den Atomen des zu untersuchenden Probenmaterials aus: 
  •  Emission charakteristischer Röntgenstrahlung (PIXE); 
  •  Rutherford-Rückstreuung von Inzidenzionen (RBS);
  •  Emission elastisch gestoßener leichter Targetatome durch schwere Inzidenzionen (ERDA)
  •  Emission von Kernreaktionsprodukten (NRA)
 

Parameter der Mikrosonde am Rossendorfer 3 MV-Tandetron:

  • Linsensystem:
elektromagn. Quadrupol-Triplett
  • Brechkraft:
M x E / q²=45 MeV amu
  • Inzidenzteilchen:
Protonen, nahezu alle Ionen mit Z > 2
  • Strahlstrom:
> 100 pA 
  • Strahldurchmesser:
» 2 µm 
  • Rasterfläche:
bis zu 2 x 2 mm²

Beispiele

mikro PIXE mittelalterlicher Oberschenkelknochen

Anwendungsbeispiel 1:

Die Spurenelementverteilung auf einem Querschliff eines mittelalterlichen menschlichen Oberschenkelknochens wurde mittels Mikro-PIXE untersucht. Beobachtet wurden sogenannte Linien verminderten Wachstums, innerhalb derer eine Konzentrationserhöhung für Mn, Fe, Zn, Pb und Sr und eine -verminderung für Ca gemessen wurde. Die Konzentrationsänderungen stehen mit unterschiedlichen Bedingungen während des Wachstums in Verbindung und können nicht als Kontamination durch umgebendes Erdreich erklärt werden, wie es zuvor von anderen Anthropologen behauptet wurde.

Konzentrationsverteilung von Fe und PIXE-Spektren

Konzentrationsverteilung von Fe und PIXE-Spektren, gemessen auf und neben einer Wachstumslinie.  Lit.: D. Grambole, F. Herrmann, B. Herrmann, Nucl. Instr. and Meth. B 109/110 (1996) 667 

Mikrosonde2

 

Anwendungsbeispiel 2:

Wasserstoff- und Deuteriumtiefenprofile in einer Wandprobe (0.5 mm Wolfram auf Kohlenstoff) aus einem Fusionsreaktor wurden mittels Mikro-ERDA untersucht. Die Tiefenverteilung wurde durch eine lineare Ablenkung des Analysierstrahles über eine zuvor angefertigte Böschung (Schrägschliff) auf der Probe gemessen. 

Meßgeometrie und die Tiefenprofile

Messgeometrie und die Tiefenprofile  

Die 70 nm dicke Goldschicht wurde zuvor zur Identifizierung der Böschung auf die Probenoberfläche aufgedampft und mittels PIXE simultan gemessen. 

Lit.: D. Grambole, F. Herrmann, R. Behrisch, W. Hauffe  Proceedings of the 6th Intern. Conf. on Nuclear Microprobe Technology and Applications, Cape Town, South Africa (1998),  wird publiziert in Nucl. Instr. and Meth. B