HAL Id: jpa-00227274
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Submitted on 1 Jan 1987
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X-RAY ATTENUATION MEASUREMENTS OF MEDIUM-Z ELEMENTS AROUND THEIR K-EDGE
M. Kefi, J. Andre, C. Bonnelle
To cite this version:
M. Kefi, J. Andre, C. Bonnelle. X-RAY ATTENUATION MEASUREMENTS OF MEDIUM-Z ELE-
MENTS AROUND THEIR K-EDGE. Journal de Physique Colloques, 1987, 48 (C9), pp.C9-907-C9-
910. �10.1051/jphyscol:19879160�. �jpa-00227274�
C o l l o q u e C9, supplBment au n012, Tome 48, dkcembre 1987
X-RAY ATTENUATION MEASUREMENTS OF MEDIUM-Z ELEMENTS AROUND THEIR K-EDGE
M . K E F I , J.M. ANDRE and C . BONNELLE
Laboratoire de Chimie-Physique, Universitt5 Pierre et Marie Curie, CNRS UA-176, 11, Rue Pierre et Marie Curie,
F-75231 Paris Cedex 05, France
Resume: Les c o e f f i c i e n t s de p h o t o a t t 6 n u a t i o n Z d e s @ l @ m e n t s de
n u m e r o
a t o m i q u e 46a
50 s o n t m e s u r e s d a n s l e domaine s p e c t r a l 1 3a
45 keVa
l ' a i d e du rayonnement de f r e i n a g e emis p a ru n
t u b ea
r a y o n s X e t d i s p e r s e p a ru n
s p e c t r o m s t r e de t y p eCauchois.Une r @ g r e s s i o n l o g a r i t h m i q u e e s t u t i l i s e e pour d e t e r - n i n e r l e s p a r a m e t r e s de l a l o i de v a r i a t i o n e m p i r i q u e du c o e f f i c i e n t
Z
en f o n c t i o n de l ' e n e r g i e du r a y o n n e m e n t .A b s t r a c t : X-ray a t t e n u a t i o n c o e f f i c i e n t s t i n t h e medium-Z e l e m e n t s ( 4 6 t o 5 0 ) a r e measured u s i n g t h e c o n t i n u o u s r a d i a t i o n of an X-ray t u b e d i s p e r s e d by means o f a C a u c h o i s
-
t y p e s p e c t r o m e t e r . A l o g a r i t h m i c r e g r e s s i o n i s used t o o b t a i n t h e p a r a m e t e r s i n t h e e m p i r i c a l v a r i a t i o n law of t h e c o e f - f i c i e n t Z v e r s u s t h e photon e n e r g y .INTRODUCTION:
A c c o r d i n g t o a r e c e n t c o m p i l a t i o n o f X-ray p h o t o a b s o r p t i o n and a t t e n u a t i o n c o e f f i c i e n t s ( 1 ) , t h e m a j o r i t y o f t h e m e a s u r e m e n t s f o r t h e medium-Z e l e m e n t s a r o u n d t h e i r K-edge a r e c a r r i e d o u t by u s i n g some d i s c r e t e photon e n e r g i e s . These e n e r g i e s c o r r e s p o n d e i t h e r t o c h a r a c - t e r i s t i c X-ray e m i s s i o n l i n e s o r t o r a d i o a c t i v e s o u r c e e m i s s i o n s . The e m p i r i c a l 1 aws g i v i n g t h e v a r i a t i o n of t h e a t t e n u a t i o n c o e f f i c i e n t s v e r s u s t h e photon e n e r g y a r e t h e r e f o r e b a s e d upon a r e s t r i c t e d number of e x o e r i m e n t a l d a t a . To i n c r e a s e t h e number of d a t a i t can be a v a n t a - g e o u s t o monochromatize t h e c o n t i n u o u s r a d i a t i o n of an X-ray t u b e .
We have made s u c h m e a s u r e m e n t s between 13 and 45 keV u s i n g a b e n t - c r y s t a l t r a n s m i s s i o n s p e c t r o m e t e r and a commercial t u b e .
EXPERIMENTAL:
The e x a e r i m e n t a l m o u n t i n g used i n t h e p r e s e n t i n v e s t i g a t i o n i s d e s - c r i b e d i n d e t a i l e l s e w h e r e ( 2 ) . I t c o n s i s t s o f a 40-cm b e n t c r y s t a l t r a n s m i s s i o n s p e c t r o m e t e r i n t h e C a u c h o i s g e o m e t r y . T h e d i s p e r s i v e e l e m e n t i s a ( 1 0 0 ) mica f o r which t h e f i r s t o r d e r of Bragg r e f l e c t i o n i s p r e d o m i n a n t . The d e t e c t o r i s an i o n - i m p l a n t e d p a s s i v a t e d s i l i c o n d e t e c t o r q i v i n g s u f f i c i e n t e n e r g y r e s o l u t i o n A E a t room t e m p e r a t u r e ( A E = 2 . 6 keV a t 1 4 . 4 keVf t o e l i m i n a t e p o s s i b l e h i g h e r h a r m o n i c s by n e a n s of a c o n t r o l l e d d i s c r i m i n a t i o n o f t h e s i g n a l a m p l i t u d e . T h i s t y n e o f d e t e c t o r was p r e f e r r r d t o a NaI(T19 s c i n t i l l a t o r i n s p i t e of i t s l o w e r e f f i c i e n c y , b e c a u s e an anomalous r e s p o n s e of t h e NaI c r y s t a l i s e x p e c t e d i n t h e v i c i n i t y of t h e I-K t h r e s h o l d a t ~ 3 3 . 2 keV, i . e .
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19879160
C9-908 JOURNAL
DE PHYSIQUE
i n t h e s p e c t r a l r e g i o n o f i n t e r e s t . The s o u r c e i s a s e a l e d X - r a y t u b e w i t h a t u n g s t e n a n o d e
,
s u p p l i e d b y2
h i g h l y s t a b i l i z e d g e n e r a t o r ( k V a n d mA s t a b i l i t y b e t t e r t h a n 1 0 - % p e r 1% m a i n s v o l t a g e v a r i a t i o n ) The s p e c t r o m e t e r i s c o m p u t e r - c o n t r o l l e d a n d a l l o w s r e p e a t e d s c a n s o f t h e s p e c t r a l r e g i o n w i t h v a r i o u s c o n f i n u r a t i o n s : d i f f e r e n t p o s i t i o n s o f t h e s a m p l e,
d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s o f a b s o r b e r s h e e t s. . .
The s p e c t r a w e r e r e c o r d e d i n 5 0 eV s t e p s a n d t h e d a t a a c q u i s i t i o n was c a r r i e d o u t i n t h e f o l l o w i n ? s e q u e n c e : ( i ) b a c k g r o u n d n o i s e w i t h o u t r a d i a t i o n
,
( i t ) t r a n s m i s s i o n s p e c t r u m,
( i i i ) i n c i d e n t c o n t i n u o u s r a d i a t i o n s p e c t r u m .The l i n e a r a t t e n u a t i o n c o e f f i c i e n t r i s g i v e n b y :
w h e r e t i s t h e a v e r a g e t h i c k n e s s o f t h e s a m p l e a n d T t h e t r a n s m i t t a n c e ; T i s d e d u c e d f r o m t h e r a t i o 1 / 1
,
w h e r e I a n d I a r e r e s p e c t i v e l y t h e i n t e n s i t i e s w i t h a n d w i t h o u t t h 8 s a m p l e , a f t e r b s c k g r o u n d s u b s t r a c t i o n .The m e t a l l i c s a m p l e s c o n s i s t o f c h e m i c a l l y p u r e f o i l s . The t h i c k - nessesof t h e s h e e t a r e c h o o s e n so t h a t t h e r a t i o s T r a n g e f r o m 0 . 1 t o 0 . 7 i n t h e w h o l e s p e c t r a l d o m a i n o f i n t e r e s t t o a v o i d s a t u r a t i o n e f - f e c t s . The t y p i c a l v a l u e o f t h e t h i c k n e s s d e p e n d s u p o n t h e m a t e r i a l
,
b u t i n a l l c a s e s
,
i t r a n g e s f r o m 1 5 t o 5 0 p m . T h i s v a l u e i s known w i t h an a b s o l u t e p r e c i s i o n b e t t e r 0 . 4 Nm c o r r e s p o n d i n g t o t h e d e v i a t i o n f r o m t h e a v e r a g e v a l u e .RESULTS:
F i g u r e 1 shows
,
as an e x a m p l e,
t h e e x p e r i m e n t a l v a r i a t i o n o fZ
v e r s u s t h e p h o t o n e n e r g y E f o r P a l l a d i u m c o m p a r e d t o t h e l i n e a r p h o t o - a b s o r p t i o n c o e f f i c i e n t p c o m p u t e d a c c o r d i n g t o t h e v a r i a t i o n l a w
)L= K
.
E-"'t h e p a r a n e t e r s K a n d m h a v e t h e v a l u e s g i v e n b y L e r o u x a n d T h i n k ( 3 ) . The d i f f e r e n c e b e t w e e n o u r e x p e r i m e n t a l v a l u e s o f Z a n d t h e v a l u e s o f p d e d u c e d f r o m r e f e r e n c e ( 3 ) c a n b e d u e i n p a r t t o s c a t t e r i n g
.
However t h e r e l a t i v e c o n t r i b u t i o n o f t h e s c a t t e r i n g e f f e c t s i s weak i n t h e s p e c t r a l r a n g e o f i n t e r e s t . I n p r a c t i c e t h e s e e f f e c t s a m o u n t t o a s m a l l e n e r g y q u a s i - i n d e p e n d e n t t e r m i n t h e v a r i a t i o n l a w . Thus we assume:
A l o g a r i t h m i c l e a s t - s q u a r e r e g r e s s i o n i s u s e d t o d e t e r m i n e t h e v a l u e s o f n on e a c h s i d e o f t h e K t h r e s h o l d . The r e s u l t s a r e l i s t e d i n T a b l e 1
,
i n c o m p a r i s o n w i t h d a t a b y K . G r o s s k u r t h ( 4 ),
S . L a u b e r ( 5 ) a n d L e r o u x a n d T h i n k ( 3 ) .Our v a l u e s o f t h e p o w e r n a r e g i v e n t o t w o d e c i m a l f i g u r e s , t h o u g h i t s h o u l d b e n o t e d t h a t many a u t h o r s c l a i m a much h i g h e r p r e c i s i o n . I n o u r o p i n i o n t h e r e i s s o m e i n c e r t a i n t y o n e v e n t h e f i r s t d e c i m a l f i g u r e d e p e n d i n g on t h e number o f d a t a u s e d t o p e r f o r m t h e r e g r e s s i o n a n d t o t h e e n e r g y r a n g e c o n s i d e r e d . T h i s i s c o n f i r m e d b y t h e l a r g e d i s p e r s i o n o f t h e p u b l i s h e d d a t a . I n o u r i n v e s t i g a t i o n s t h e m a i n s o u r c e o f e r - r o r s i n t h e e n e r o y c a l i b r a t i o n o f t h e s n e c t r o m e t e r . Compared t o t h e s e , t h e v a r i a t i o n s i n beam i n t e n s i t y a n d c o u n t i n g s t a t i s t i c s a r e n e g l i - g i b l e .
M e a s u r e m e n t s f o r I o d i n e a n d Xenon a r e u n d e r w a y . T h e s e d a t a w i l l be u s e d f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e a t o m i c s c a t t e r i n g f a c t o r s u s i n g t h e K r a m e r s - K r o n i g t r a n s f o r m a t i o n .
F i g u r e 1
ENERGY ( KeV)
P a l l a d i u m : a t t e n u a t i o n c o e f f i c i e n t ( r o u g h c u r v e - t h i s w o r k ) ; p h o t o a b s o r p t i o n c o e f f i c i e n t ( s o l i d c u r v e ) f r o m R e f .
REFERENCES
(1) B i b l i o g r a p h y o f P h o t o n T o t a l C r o s s S e c t i o n ( A t t e n u a t i o n C o e f f i
-
c i e n t ) M e a s u r e m e n t s f r o m 1 0 eV t o 1 3 . 5 GeV J.H. H u b b e l l
,
H.M.G e r s t e n b e r g
,
a n d E.B. Salomon,
NBSIR 8 6 - 3 $ 5 1- , NBS
G a i t h e r s b u r g ( 1 9 8 6 ) .( 2 ) C o m p u t e r - c o n t r o l l e d C a u c h o i s - t y p e X - r a y S p e c t r o m e t e r
, J . M .
A n d r 6 , M. K e f i P . C o u i l l a u x a n d C . B o n n e l l e,
REV. S c i . I n s t r u m . 58 ( 3 ),
3 7 4 (198;).
( 3 ) R e v i s e d T a b l e s o f X-Ray A b s o r p t i o n C o e f f i c i e n t s
,
3 . L e r o u x a n d T.P. T h i n k,
E d i t e d b y C l a i s s e S c i e n t i f i c C o r o o r a t i o n ( 1 9 7 7 ) .( 4 ) N e u b e s t i m m u n g d e r Y a s s e n s c h w 8 c h u n g s k o e f f i z i e n t e n m o n o c h r o m a t i s c h e r
