Cơ sở quá trình hoạt động phương pháp đo chiều dày lớp phủ kim loại bằng phương pháp quang phổ tia X được thực hiện theo nguyên tắc nào?

Nội dung chính

• Cơ sở quá trình hoạt động phương pháp đo chiều dày lớp phủ kim loại bằng phương pháp quang phổ tia X được thực hiện theo nguyên tắc nào?
• Phép đo chiều dày các lớp phủ kim loại bằng phương pháp quang phổ tia X dựa trên nguyên tắc nào?
• Phát bằng đồng vị phóng xạ trong phương pháp đo chiều dày lớp phủ kim loại bằng phương pháp quang phổ tia X được quy định như thế nào?

Cơ sở quá trình hoạt động phương pháp đo chiều dày lớp phủ kim loại bằng phương pháp quang phổ tia X được thực hiện theo nguyên tắc nào?

Cơ sở quá trình hoạt động phương pháp đo chiều dày lớp phủ kim loại bằng phương pháp quang phổ tia X được thực hiện theo nguyên tắc được quy định tại tiểu mục 3.1 Mục 3 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10310:2014 như sau:

- Tồn tại một mối quan hệ giữa khối lượng trên một đơn vị diện tích lớp phủ (và chiều dày tuyến tính của lớp phủ, nếu biết tỉ trọng) và cường độ bức xạ thứ cấp. Đối với bất kỳ hệ thống thiết bị thực tế nào, mối quan hệ này được thiết lập trước hết bằng cách hiệu chỉnh dùng các mẫu chuẩn hiệu chỉnh có các lớp phủ được biết trước khối lượng trên một đơn vị diện tích. Nếu biết được tỷ khối vật liệu phủ, các mẫu chuẩn như vậy có thể có các lớp phủ có chiều dày biết trước theo đơn vị tuyến tính, với điều kiện là giá trị tỷ khối thực cũng đã biết.

- CHÚ THÍCH: Tỷ khối vật liệu phủ là tỷ khối khi được phủ, có thể hoặc không có thể là tỷ khối lý thuyết của vật liệu phủ tại thời điểm thực hiện phép đo. Nếu tỷ khối này khác với tỷ khối của mẫu chuẩn dùng hiệu chỉnh, cần sử dụng một hệ số phản ánh sự khác nhau này và nó được ghi vào báo cáo thử.

- Cường độ huỳnh quang là một hàm theo bậc số nguyên tử của các nguyên tố. Các nguyên tố này sẽ phát ra bức xạ có tính đặc trưng cho từng nguyên tố với điều kiện là lớp phủ trên, lớp phủ trung gian (nếu có) và lớp nền chứa các nguyên tố khác nhau hoặc một lớp phủ có nhiều hơn một nguyên tố. Một hệ thống detector phù hợp có thể điều chỉnh được để chọn lọc một hoặc nhiều vùng năng lượng, giúp thiết bị có khả năng đo chiều dày và/hoặc thành phần của lớp phủ trên hoặc đồng thời lớp phủ trên và một số lớp phủ trung gian.

Cơ sở quá trình hoạt động phương pháp đo chiều dày lớp phủ kim loại bằng phương pháp quang phổ tia X được thực hiện theo nguyên tắc nào? (Hình từ Internet)

Phép đo chiều dày các lớp phủ kim loại bằng phương pháp quang phổ tia X dựa trên nguyên tắc nào?

Phép đo chiều dày các lớp phủ kim loại bằng phương pháp quang phổ tia X dựa trên nguyên tắc được quy định tại tiết 3.2.1 tiểu mục 3.2 Mục 3 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10310:2014 như sau:

Nguyên tắc

…

3.2. Kích thích

3.2.1. Quy định chung

Phép đo chiều dày các lớp phủ bằng phương pháp quang phổ tia X dựa trên tương tác kết hợp của một lớp phủ (hoặc các lớp phủ) và lớp nền với chùm tia X đơn năng hoặc đa năng mạnh, thường là hẹp. Tương tác này phát ra các bước sóng (hoặc năng lượng) rời rạc của bức xạ thứ cấp đặc trưng cho các nguyên tố cấu thành (các) lớp phủ và lớp nền.

Bức xạ phát ra thu được từ một thiết bị phát như ống tia X cao thế hoặc từ những đồng vị phóng xạ thích hợp.

3.2.2. Phát bằng ống tia X cao thế

Bức xạ kích thích phù hợp được tạo ra bằng ống tia X khi được cấp một điện thế đủ lớn và trong các điều kiện ổn định. Điện thế sử dụng từ 25 đến 50 kV đối với hầu hết các yêu cầu chiều dày, nhưng có thể cần thiết hạ điện thế xuống 10 kV để đo vật liệu phủ có số nguyên tử thấp. Trong một số ứng dụng, việc sử dụng một bộ lọc sơ cấp đặt giữa ống tia X và mẫu thử sẽ làm giảm độ không đảm bảo

Những lợi thế chính của phương pháp kích thích này là:

- Bằng cách chuẩn trực, có khả năng tạo ra một chùm tia có cường độ rất cao trên một đơn vị diện tích đo rất nhỏ;

- Dễ dàng kiểm soát đối với các yêu cầu an toàn về con người;

- Độ ổn định điện áp của quá trình phát xạ có thể đạt được bằng các phương pháp điện tử hiện đại.

…

Như vậy, theo quy định trên thì phép đo chiều dày các lớp phủ bằng phương pháp quang phổ tia X dựa trên tương tác kết hợp của một lớp phủ (hoặc các lớp phủ) và lớp nền với chùm tia X đơn năng hoặc đa năng mạnh, thường là hẹp. Tương tác này phát ra các bước sóng (hoặc năng lượng) rời rạc của bức xạ thứ cấp đặc trưng cho các nguyên tố cấu thành (các) lớp phủ và lớp nền.

Bức xạ phát ra thu được từ một thiết bị phát như ống tia X cao thế hoặc từ những đồng vị phóng xạ thích hợp.

Phát bằng đồng vị phóng xạ trong phương pháp đo chiều dày lớp phủ kim loại bằng phương pháp quang phổ tia X được quy định như thế nào?

Phát bằng đồng vị phóng xạ trong phương pháp đo chiều dày lớp phủ kim loại bằng phương pháp quang phổ tia X được quy định tại tiết 3.2.3 tiểu mục 3.2 Mục 3 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10310:2014 như sau

- Chỉ có một số ít đồng vị phóng xạ phát ra bức xạ gamma trong vùng năng lượng thích hợp cho việc đo chiều dày lớp phủ.

- Điều lý tưởng là, bức xạ kích thích có một năng lượng cao hơn một chút (bước sóng ngắn hơn) so với các tia X đặc trưng yêu cầu. Ưu điểm của phát bằng đồng vị phóng xạ bao gồm khả năng tạo ra thiết bị gọn hơn, chủ yếu là nhờ không cần làm mát. Ngoài ra không giống các ống phát tia X cao thế, bức xạ về cơ bản là đơn sắc và có cường độ nền thấp.

- Những bất lợi kỹ thuật cơ bản khi so sánh với phương pháp ống tia X là:

+ Tạo ra cường độ thấp hơn nhiều làm hạn chế các phép đo trên diện tích nhỏ;

+ Một số đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn;

+ Vấn đề bảo vệ con người liên quan tới đồng vị phóng xạ cường độ cao (ống tia X cao thế có thể được tắt nguồn một cách đơn giản).