Смещение комптоновского пика при увеличении содержания углерода в стали
Разработана светосильная рентгенооптическая схема измерений комптоновского рассеяния с применением флуоресцентного источника излучения и рентгеновской трубки с прострельным анодом. В стандартных образцах низколегированной стали выявлено монотонное смещение (в пределах 70 эВ) комптоновского пика в ст...
Збережено в:
| Дата: | 2006 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2006
|
| Назва видання: | Вопросы атомной науки и техники |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/81333 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Смещение комптоновского пика при увеличении содержания углерода в стали / И.Ф. Михайлов, А.А. Батурин, Л.П. Фомина // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 103-105. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-81333 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-813332015-05-15T03:01:56Z Смещение комптоновского пика при увеличении содержания углерода в стали Михайлов, И.Ф. Батурин, А.А. Фомина, Л.П. Физика и технология конструкционных материалов Разработана светосильная рентгенооптическая схема измерений комптоновского рассеяния с применением флуоресцентного источника излучения и рентгеновской трубки с прострельным анодом. В стандартных образцах низколегированной стали выявлено монотонное смещение (в пределах 70 эВ) комптоновского пика в сторону рэлеевского по мере увеличения содержания углерода от 0,03 до 1,1 мас.%. Величина смещения может служить количественным критерием содержания легкой примеси в тяжелой матрице. Розроблена світосильна рентгенооптична схема вимірювань комптонівського розсіювання із застосуванням флуоресцентного джерела випромінювання та рентгенівської трубки з прострільним анодом. В стандартних зразках низьколегованої сталі виявлено монотонне зміщення (у межах 70 еВ) комптонівського піку у бік релеївського з підвищенням вмісту вуглецю від 0,03 до 1,1 мас.%. Величина зміщення може служити кількісним критерієм вмісту легкої домішки у важкий матриці. Luminous powerful X-ray optic scheme with fluorescent source and X-ray tube with transmitted target for Compton scattering have been worked out. In standard samples of low-alloy steel, monotonic shift (about 70 eV) of Compton peak to Reyleigh peak side with carbon concentration increase from 0.03 to 1.1 wt.% was revealed. The shift value may be considered a quantitative criterion of light impurity content in heavy matrix. 2006 Article Смещение комптоновского пика при увеличении содержания углерода в стали / И.Ф. Михайлов, А.А. Батурин, Л.П. Фомина // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 103-105. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/81333 539.315 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Физика и технология конструкционных материалов Физика и технология конструкционных материалов |
| spellingShingle |
Физика и технология конструкционных материалов Физика и технология конструкционных материалов Михайлов, И.Ф. Батурин, А.А. Фомина, Л.П. Смещение комптоновского пика при увеличении содержания углерода в стали Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Разработана светосильная рентгенооптическая схема измерений комптоновского рассеяния с применением флуоресцентного источника излучения и рентгеновской трубки с прострельным анодом. В стандартных образцах низколегированной стали выявлено монотонное смещение (в пределах 70 эВ) комптоновского пика в сторону рэлеевского по мере увеличения содержания углерода от 0,03 до 1,1 мас.%. Величина смещения может служить количественным критерием содержания легкой примеси в тяжелой матрице. |
| format |
Article |
| author |
Михайлов, И.Ф. Батурин, А.А. Фомина, Л.П. |
| author_facet |
Михайлов, И.Ф. Батурин, А.А. Фомина, Л.П. |
| author_sort |
Михайлов, И.Ф. |
| title |
Смещение комптоновского пика при увеличении содержания углерода в стали |
| title_short |
Смещение комптоновского пика при увеличении содержания углерода в стали |
| title_full |
Смещение комптоновского пика при увеличении содержания углерода в стали |
| title_fullStr |
Смещение комптоновского пика при увеличении содержания углерода в стали |
| title_full_unstemmed |
Смещение комптоновского пика при увеличении содержания углерода в стали |
| title_sort |
смещение комптоновского пика при увеличении содержания углерода в стали |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Физика и технология конструкционных материалов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/81333 |
| citation_txt |
Смещение комптоновского пика при увеличении содержания углерода в стали / И.Ф. Михайлов, А.А. Батурин, Л.П. Фомина // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 103-105. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT mihajlovif smeŝeniekomptonovskogopikapriuveličeniisoderžaniâuglerodavstali AT baturinaa smeŝeniekomptonovskogopikapriuveličeniisoderžaniâuglerodavstali AT fominalp smeŝeniekomptonovskogopikapriuveličeniisoderžaniâuglerodavstali |
| first_indexed |
2025-07-06T06:01:38Z |
| last_indexed |
2025-07-06T06:01:38Z |
| _version_ |
1836876251901460480 |
| fulltext |
УДК 539.315
СМЕЩЕНИЕ КОМПТОНОВСКОГО ПИКА ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ СО-
ДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В СТАЛИ
И.Ф. Михайлов, А.А. Батурин, Л.П. Фомина
Национальный технический университет
«Харьковский политехнический институт», г. Харьков, Украина
Разработана светосильная рентгенооптическая схема измерений комптоновского рассеяния с применени-
ем флуоресцентного источника излучения и рентгеновской трубки с прострельным анодом. В стандартных
образцах низколегированной стали выявлено монотонное смещение (в пределах 70 эВ) комптоновского пика
в сторону рэлеевского по мере увеличения содержания углерода от 0,03 до 1,1 мас.%. Величина смещения
может служить количественным критерием содержания легкой примеси в тяжелой матрице.
ВВЕДЕНИЕ
Основополагающая работа Комптона [1] была
посвящена методу анализа легких элементов. Этот
метод основан на измерении соотношения интенсив-
ностей комптоновского и рэлеевского пиков, кото-
рое резко возрастает с уменьшением атомного номе-
ра вещества рассеивателя [1-3]. В работах [4,5] мы
продемонстрировали возможность определения со-
держания примесей легких элементов в тяжелой
матрице по соотношению комптоновского и рэлеев-
ского пиков. Однако для случая кристаллических
материалов эта методика требует введения некото-
рых поправок и обеспечения очень высокой точно-
сти измерений интенсивности.
В данной работе мы рассмотрим альтернативный
подход к анализу легких примесей в рамках компто-
новских измерений.
Основной вклад в эффект Комптона на связан-
ных электронах дают электроны наружных оболочек
с характерной энергией связи ≤100 эВ [3]. Именно
эти оболочки претерпевают изменения при легиро-
вании, и следует ожидать увеличения энергии связи
в случае образования термодинамически стабильных
твердых растворов и соединений. Согласно теории
Блоха [3] при описании рассеяния на связанных
электронах к формуле Комптона для свободных
электронов вводится поправка. Эта поправка про-
порциональна квадрату длины волны λ. Следова-
тельно, для обнаружения ее влияния целесообразно
использовать излучение с наибольшей длиной волны
λ, при которой еще возможна прецизионная реги-
страция комптоновского профиля, поскольку интен-
сивность комптоновского пика резко спадает с уве-
личением длины волны.
Цели данной работы:
1) разработка светосильной рентгенооптической
схемы для прецизионных измерений комптоновско-
го пика в «мягком» излучении Nb-Kα (16,6 кэВ);
2) экспериментальное выявление смещения
комптоновского пика при увеличении содержания
углерода в стали.
МАТЕРИАЛЫ
И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
Объектами исследования служили Государствен-
ные стандартные образцы (ГСО) низколегированной
углеродистой стали 154 серии с содержанием угле-
рода от 0,03 до 1,1 мас.% (таблица).
В стандартной схеме измерения комптоновского
профиля применяется монохроматизация зондирую-
щего излучения с помощью отражения от кристалла-
монохроматора [6]. В этой схеме не удается полу-
чить высокую интенсивность монохроматического
пучка [6] и в полной мере избавиться от фона под
комптоновским пиком [4]. Альтернативный путь мо-
нохроматизации для комптоновских измерений со-
стоит в использовании аналитической линии из флу-
оресцентного спектра однокомпонентного материа-
ла [7]. Однако примененная в [7] схема возбуждения
флуоресценции не может обеспечить высокую ин-
тенсивность из-за больших расстояний между ано-
дом трубки, флуоресцентным излучателем и образ-
цом.
В данной работе для наблюдения комптоновско-
го рассеяния от образца мы использовали в качестве
зондирующего монохроматического излучения ана-
литическую линию Nb-Kα из спектра флуоресценции
технически чистого ниобия. Флуоресценцию ниобия
возбуждали путем облучения спектром рентге-
новской трубки БС-11 с анодом прострельного типа
из серебра (рис.1).
Использование этой трубки позволило прибли-
зить массивную мишень из ниобия к аноду на рас-
стояние R≅2…3 мм и на расстояние ≅7 мм к поверх-
ности исследуемого образца, что резко повысило ин-
тенсивность за счет I~1/R2. Спектрометр, оснащен-
ный двумя коллиматорами Соллера и кристаллом-
анализатором LiF(200), обеспечивал угловую расхо-
димость 0,18° в брэгговской плоскости при площади
поперечного сечения регистрируемого пучка 2×14
мм. При мощности рентгеновской трубки 21 Вт
(49 кВ, 0,43 мА) на угле рассеяния 2ϕ=129,2° для
стали скорость счета на комптоновском пике была
не менее 13 имп/с при фоне не более 2 имп/с.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.103 - 105.
103
e
θ
3
1
2 5
4
6
Рис.1. Схема измерений комптоновского рассеяния с применением флуоресцентного источника
и рентгеновской трубки прострельного типа:
1 – анодный узел трубки с мишенью из серебра; 2 – массивный ниобий – источник флуоресцентного излуче-
ния; 3 – исследуемый образец; 4 – коллиматоры Соллера; 5 – кристалл-анализатор; 6 – детектор
Регистрацию рэлеевского и комптоновского пиков
производили путем сканирования с шагом ∆λ
=0,001Å с набором импульсов в течение 20 с в каж-
дой точке измерения. Положения пиков находили
способом медиан [8].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для всех исследованных образцов положение и
полуширина рэлеевского пика от Nb-Kα были прак-
тически одинаковы и составляли соответственно λ
=0,748 Å и ∆λ=0,015Å. Полуширина комптоновско-
го пика оставалась в диапазоне ∆λ=0,027…0,029Å
(рис.2), и никакого закономерного ее изменения с
увеличением содержания углерода обнаружить не
удалось.
Тем не менее, выявлено смещение положения
комптоновского пика в сторону меньших длин волн
(см. рис.2), которое монотонно изменяется с увели-
чением содержания углерода в стали (см. таблицу).
Приняв за начало отсчета положение комптоновско-
го пика в образце с минимальным содержанием уг-
лерода, мы вычислили в энергетических единицах
смещение этого пика для стали с разным содержани-
ем углерода (см. таблицу). Оказалось, что макси-
мальное смещение (около 70 эВ) близко к значениям
энергии связи наружных подоболочек М1, М2 и М3
свободного атома железа, соответственно состав-
ляющих 98, 61 и 59 эВ [9]. Только электроны этих
подоболочек дают основной вклад в комптоновское
рассеяние, а вклад следующей оболочки L3 с энерги-
ей связи 713 эВ не превышает одного процента по
оценке в соответствии с [3]. Введение углерода в же-
лезо приводит к образованию целого комплекса тер-
модинамически стабильных твердых растворов и
фаз с соответствующим увеличением энергии связи
электронов на наружных оболочках атомов железа.
По-видимому, это увеличение и проявляется в на-
блюдаемом нами смещении комптоновского пика.
0
2
4
6
8
10
12
14
0,76 0,77 0,78 0,79 0,8 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85
И
нт
ен
с
ив
но
ст
ь
(и
мп
/с
е
к)
Длина волны (λ )
И
нт
ен
си
вн
ос
ть
(и
мп
/с
ек
)
1
2
Рис. 2. Смещение комптоновского пика с увеличением содержания углерода в стали:
1 – ГСО 154-1, 0,42 мас.% С; 2 – ГСО 154 7, 1,10 мас.% С. Сглаживание проведено по пяти точкам.
Стрелками указано положение максимума, найденное способом медиан
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.103 - 105.
104
Положение максимума комптоновского пика λmax
и его энергетическое смещение ∆Е, эВ для стан-
дартных образцов низколегированных
сталей серии 154 с различным содержанием
углерода С, мас.%
Номер об-
разца С, мас.% λmax, Å ∆Е, эВ
154-4 0,03 0,7900 0
154-1 0,42 0,7885 30
154-2 0,82 0,7882 36
154-7 1,1 0,7865 70
ВЫВОДЫ
Разработанная рентгенооптическая схема позво-
лила практически полностью устранить фон рассе-
янного сплошного спектра под комптоновским пи-
ком и провести прецизионные измерения его поло-
жения и формы.
Выявленное монотонное смещение компто-
новского пика с увеличением концентрации углеро-
да от 0,03 до 1,1 мас.% может служить количествен-
ным критерием при измерениях в системе железо-
углерод.
Авторы благодарят АО Укррентген за поддержку
работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. A.H. Compton // Phys. Rev. 1923, v.21, p. 483.
2. Y.H. Woo // Phys. Rev. 1926, v.27, p. 119.
3. М.А. Блохин. Физика рентгеновских лучей. М.:
ГИТТЛ, 1953, c.456.
4. I.F. Mikhailov, O.V. Sobol, V.V. Varganov,
L.P. Fomina. Determination of mass fraction of
light elements in crystalline materials by Compton-
to Rayleigh scattering intensity ratio// Functional
Materials. 2002, v.9, N 4, p.651.
5. И.Ф. Михайлов, О.В. Соболь. Анализ легких
элементов в кристаллических материалах по со-
отношению интенсивности комптоновского и
релеевского рассеяния // ОТТОМ 4 (Ч. 1). Харь-
ков: ННЦ ХФТИ, 2003, c. 340.
6. В.А. Бушуев, Р.Н. Кузьмин // УФН. 1977, т.122,
в.1(500), c.81.
7. J.M. Sharaf // Applied Radiation and Isotopes.
2001, v.54, p.801-809.
8. С.С. Горелик, Ю.А. Скаков, Л.Н. Расторгуев.
Рентгеновский и электронно-оптический ана-
лиз. М.: МИСИС, 1994.
9. А.А. Радциг, Б.М. Смирнов. Параметры ато-
мов и атомных ионов. М.: “Энергоатомиздат”,
1986.
ЗМІЩЕННЯ КОМПТОНІВСЬКОГО ПІКУ ПРИ ЗБІЛЬШЕННІ ВМІСТУ
ВУГЛЕЦЮ В СТАЛІ
І.Ф. Михайлов, А.А. Батурін, Л.П. Фоміна
Розроблена світосильна рентгенооптична схема вимірювань комптонівського розсіювання із
застосуванням флуоресцентного джерела випромінювання та рентгенівської трубки з прострільним анодом.
В стандартних зразках низьколегованої сталі виявлено монотонне зміщення (у межах 70 еВ)
комптонівського піку у бік релеївського з підвищенням вмісту вуглецю від 0,03 до 1,1 мас.%. Величина
зміщення може служити кількісним критерієм вмісту легкої домішки у важкий матриці.
THE SHIFT OF COMPTON PEAK WITH INCREASE OF CARBON
CONCENTRATION IN STEEL
I.F. Mihaylov, A.A. Baturin, L.P. Fomina
Luminous powerful X-ray optic scheme with fluorescent source and X-ray tube with transmitted target for Comp-
ton scattering have been worked out. In standard samples of low-alloy steel, monotonic shift (about 70 eV) of Comp-
ton peak to Reyleigh peak side with carbon concentration increase from 0.03 to 1.1 wt.% was revealed. The shift val-
ue may be considered a quantitative criterion of light impurity content in heavy matrix.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.103 - 105.
105
ЛИТЕРАТУРА
|