DE1227699B - Vorrichtung zur quantitativen Analyse und zur Dickenmessung mit Hilfe von Roentgenstrahlen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIn

Deutsche Kl.: 421-3/08

Nummer: 1227 699

Aktenzeichen: N13975IX b/421

Anmeldetag: 6. August 1957

Auslegetag: 27. Oktober 1966

Bei der quantitativen Analyse der in einer Probe enthaltenen Elemente und zur Dickenmessung von auf einem Metallträger angebrachten Metallbelägen mit Hilfe von Röntgenstrahlen ist es erforderlich, eine Röntgenstrahlung anzuwenden, mit der die charakteristische Strahlung eines im zu untersuchenden Material oder im Träger vorhandenen Elementes ausgelöst wird. Zu diesem Zweck ist bekannt, eine Röntgenröhre zu verwenden, bei der die Anode aus verschiedenen Anodenwerkstoffen besteht. Sie ist geeignet, um mehrere Untersuchungen vorzunehmen, weil jeder Werkstoff durch Bewegung der Anode in die für die Röntgenstrahlenerzeugung geeignete Lage gebracht werden kann. Es können jedoch nur solche Stoffe Verwendung finden, die sich als Anodenmaterial eignen und im Vakuum benutzbar sind, und außerdem ist die Röhrenkonstruktion relativ kompliziert. Bei Verwendung einer Anode, die drehbar ist, um die verschiedenen Werkstoffe in den Brennfleck zu bringen, können mit Bezug auf die Ableitung der erzeugten Wärme Schwierigkeiten entstehen, die eine Herabsetzung der Belastbarkeit herbeiführen. Es wäre somit vorteilhaft, eine übliche Röntgenröhre mit Wolframanode benutzen zu können.

Bei einem geeigneten Verfahren mit Anregung der einzelnen in einer Probe enthaltenen Elemente durch Röntgenstrahlen genügend kurzer Wellenlänge, um die charakteristischen Strahlungen zu erzeugen, ist für bestimmte Kombinationen von Stoffen, wie ein Eisen und Zink enthaltendes Material, das Trennen der charakteristischen Strahlungen nicht einfach. Außerdem liefert die Röhre ein kontinuierliches Strahlenspektrum beträchtlicher Intensität, so daß neben der charakteristischen Strahlung eines gesuchten Elementes noch Elemente angeregt werden, deren Absorptionskante bei anderen Wellenlängen liegt, und das Auftreten der verschiedenen charakteristischen Wellenlängen macht das Feststellen der Intensität einer bestimmten Wellenlänge schwierig.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur quantitativen Analyse der in einer Probe enthaltenen Elemente und zur Dickenmessung von auf einem Metallträger angebrachten Metallbelägen mit Hilfe von Röntgenstrahlen, bei der die von der Röntgenstrahlung ausgelöste charakteristische Strahlung eines im zu untersuchenden Material oder im Träger vorhandenen Elementes eine Auffangvorrichtung trifft und in elektrische Stromimpulse übergeführt wird, und bezweckt, die oben angeführten Nachteile bekannter Vorrichtungen zu vermeiden oder wenigstens herabzusetzen. Gemäß der Erfindung wird bei einer Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art Vorrichtung zur quantitativen Analyse und zur
Dickenmessung mit Hilfe von Röntgenstrahlen

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr. P. Roßbach, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Irwin Isaac Bessen,

New RocheUe, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 9. August 1956 (603 006)

ein Sekundärstrahler verwendet, der aus einem Material bekannter Zusammensetzung besteht, welches ein Element enthält, das beim Aufprall von Röntgenstrahlen eine Fluoreszenzstrahlung aussendet, deren Wellenlänge kürzer ist als die der charakteristischen Strahlung des im zu untersuchenden Material vorhandenen Elementes, und der zu untersuchende Gegenstand ist außerhalb des Röntgenstrahlenbündels im Fluoreszenzstrahlungsbündel des Sekundärstrahlers angeordnet.

Der Sekundärstrahler kann ein fester oder flüssiger Stoff sein, oder es kann ein Dampf oder Gas verwendet werden. Ferner kann er aus einem einzigen Element oder einer Kombination von Elementen oder aus einer Legierung bestehen, da nur diejenigen Elemente angeregt werden, deren Absorptionskanten bei längeren Wellenlängen liegen als die kürzeste Wellenlänge der verwendeten Röntgenstrahlung.

Die Erfindung ist auch anwendbar zur Analyse des Gehalts von Erzen. Die Strahlen-Auffangvorrichtung ist vorzugsweise ein Proportionalzähler, dessen Stromimpulse der Intensität der aufgefangenen Strah-

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lung proportional sind. In Kombination mit einem zum Durchlaß einer bestimmten Bandbreite von Impulsamplituden eingestellten Impuls-Amplitudendiskriminator können durch Strahlung abweichender Energie herbeigeführte Impulse beseitigt werden. Auch verwendbar sind Geiger-Müller-Zählröhren oder Funkenzähler, die mit einem Photozellenverstärker arbeiten. In der Regel entsteht bei Bestrahlung des Materials eine gewisse Streustrahlung. Mittels eines vor der Eintrittsöffnung der Auffangvorrichtung angeordneten Filters bzw. einer Kombination von Filtern kann verhütet werden, daß diese Strahlung das Meßergebnis verfälscht.

Zur Erläuterung von mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung durchzuführenden Untersuchungen mögen nachfolgende Beispiele dienen.

Zur Bestimmung ,des Zinkgehalts in Erz, welches gleichzeitig Eisen_.und Blei und Verunreinigungen von Calcium und Magnesiumkarbonaten enthält, kann als Sekundärstrahler Germanium verwendet werden. Die Germanium-Ka-Strahlung (1,256 A) gibt eine wirksame Anregung im K-Pegel von Zink (die K-Absorptionskante ist 1,284 Ä), regt aber nicht-den L-Pegel von Blei an- ,(die L-Absorptionskanten sind 0,782, 0,815 und 0;9'50'A). Eisen, Calcium, Magnesium und Schwefel (wenn" sich das Eisen im Zustand FeS befindet) werden allerdings angeregt, aber die Strahlung der beiden zuletztgenannten Elemente wird in der Luft zwischen'rdem zu untersuchenden Material und der Auffangvorrichtung absorbiert. Die Fe- und Ca-Strahlung können getrennt von der Zn-Strahlung beobachtet werden bei Anwendung einer aus einem Proportionalzähler und einem Impuls-Amplitadendisknminator bestehenden Auffangvorrichtung. Das aufgefangene Strahlungsspektrum kann von dem Objekt herrührender- Germanium-Ka-Streustrahlung befreit werden durch Anordnung eines Kobaltfilters im Strahlenweg, wodurch gleichzeitig die Spitze der Zink-Kj5-Strahlung entfernt wird.

Eine weitere Anwendung betrifft das Messen der Dicke eines Zinkbelägs auf einem Eisenträger, wobei das Material des Trägers mittels der Strahlung angeregt wird, die von einem aus Nickel, Kupfer, Zink oder Gallium bestehenden Sekundärstrahler geliefert wird. Die Zink-Ka-Linie wird nicht von der charakteristischen Strahlung eines solchen Sekundärstrahlers erzeugt, da dessen Wellenlängen größer sind. Die Absorption dieser Strahlung in Zink ist verhältnismäßig gering, so daß das Eisen des Trägers angeregt und die FeKa-Strahlung erzeugt wird, da die Ktx-Absorptionskante (1,7405 A) bei einer größe-ren Wellenlänge auftritt als der Wellenlänge der charakteristischen Strahlung des Sekundärstrahlers. Diese Strahlung wird teilweise in der Zinkschicht absorbiert. Durch Vergleich des von der Strahlung erzeugten Meßergebnisses mit dem Ergebnis, welches erzielt wird, wenn auf ähnliche Weise ein Muster eines Eisenträgers mit einem Zinkbelag bekannter Dicke der Strahlung des Sekundärstrahlers ausgesetzt wird, kann die Dicke des Zinkbelags berechnet werden.

In der Zeichnung ist schematisch die Anordnung der Einzelteile einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur Messung der Stärke eines Metallbelags von Zink auf einem Eisenträger dargestellt.

Der aus Eisen oder Stahl hergestellte Träger 1 ist mit einem Zinkbelag 2 bedeckt und in einem Sekundär-Röntgenstrahlenbündel angeordnet, welches vom aus Kupfer bestehenden Gegenstand 3 herrührt. Der Gegenstands wird mit Röntgenstrahlen bestrahlt, die von der Röntgenröhre 4 geliefert werden. Die Energie der Röntgenstrahlen muß zur Erzeugung der Fluoreszenzstrahlung von Kupfer, der CuKa-Strahlung, hinreichend sein. Die Ka-Strahlung von Kupfer hat eine hinreichend kurze Wellenlänge, um im Eisen des zu prüfenden Gegenstandes die Eisen-Ka-Strahlung zu erzeugen, jedoch ist diese Wellenlänge zu lang zur Erzeugung der Ka-Strahlung von Zink. Allerdings kann die Kupferstrahlung das Entstehen von Strahlung im Gebiet der L-Reihe von Zink herbeiführen, aber diese Strahlung ist sehr weich und wird leicht in Luft absorbiert.

Die Eisen-K α-Strahlung durchdringt die Zinkschicht und wird darin etwas absorbiert. Darauf fängt die aus einem Proportionalzähler bestehende Auffangvorrichtung 5 die Strahlung auf, und es entstehen elektrische Impulse, die dem linearen Verstärker 6 zugeführt werden. Die verstärkten Impulse gehen zum Impuls-Amplitudendiskriminator 7, und von diesem werden Impulse, deren Amplitude derjenigen der FeKa-Strahlung entspricht, nach der Zählvorrichtung 8 durchgelassen, .

Bemerkt werden muß, daß das Trennen der FeKa-Linie und der CuKa-Linie in der Auffangvorrichtung weniger gut erfolgt. Es ist daher vorteilhaft, vor der Auffangvorrichtung !ein Kobaltfilter 9 anzuordnen, von dem die durch Streuung der Kupferstrahlung im Zink, entstehende Strahlung aufgefangen wird.

Claims (6)

Patentansprüche: —

1. Vorrichtung zur quantitativen Analyse der in einer Probe enthaltenen Elemente und zur Dickenmessung von auf einem Metallträger angebrachten Metallbelägen mit Hilfe von Röntgenstrahlen, bei der die von der Röntgenstrahlung ausgelöste charakteristische Strahlung eines im zu untersuchenden Material oder im Träger vorhandenen Elementes eine Auffangvorrichtung trifft und in elektrische Stromimpulse übergeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sekundärstrahler verwendet wird, der aus einem Material bekannter Zusammensetzung besteht, welches ein Element enthält, das beim Aufprall von Röntgenstrahlen eine Fluoreszenzstrahlung aussendet, deren Wellenlänge kürzer ist als die der charakteristischen Strahlung des im zu untersuchenden Material vorhandenen Elementes, und daß der zu untersuchende Gegenstand außerhalb des Röntgenstrahlenbündels im Fluoreszenzstrahlungsbündel des Sekundärstrahlers angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Bestimmung des Gehalts von Zink in Eisen oder von Erzen, welche Zink und Blei sowie Verunreinigungen von Calcium und Magnesium enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärstrahler aus Germanium besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Auffangvorrichtung ein Selektivfilter aus Kobalt angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Dickenmessung eines Zinkbelags auf einem Eisenträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärstrahler aus Nickel, Kupfer, Zink oder Gallium besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärstrahler aus Kupfer besteht und vor der Auffangvorrichtung ein Selektivfllter aus Kobalt angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangvorrichtung aus einem Proportionalzähler besteht und ein Impuls-Amplitudendiskriminator verwendet wird, der über einen linearen Verstärker mit dem Zähler verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 858 025.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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