Rayons X et XRF

Les analyseurs XRF Bowman utilisent la technologie de fluorescence X pour l'analyse de l'épaisseur et de la composition des matériaux. Les rayons X ont été découverts par le physicien allemand Wilhelm Rontgen dans 1895. Il a appelé la source de lumière inconnue qui a amené son film à exposer «X-ray» et a publié sa découverte avec une image aux rayons X de sa main.

Aujourd'hui, on sait que les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique, avec une fréquence entre les rayons ultraviolets et gamma. La plupart des rayons X ont une longueur d'onde de 0.01 à 10 nanomètres, comme le montre la figure 1, avec une fréquence de bas en haut.

la figure 1

Wilhelm Conrad Roentgen a reçu le premier prix Nobel de physique en 1901

Les rayons X peuvent également être définis comme une particule (Photon), et sont décrits en utilisant une unité d'énergie eV. L'unité d'énergie et l'unité de longueur d'onde sont interchangeables. Par conséquent, les rayons X sont à la fois une onde et une particule. C'est un concept important dans la compréhension des propriétés radiographiques.

Les rayons X peuvent être générés par Bremsstrahlung, qui est la déviation d'un électron ou d'une autre particule chargée. À l'intérieur d'un tube à rayons X, les électrons sont accélérés vers le matériau cible. Lors de l'impact, l'énergie cinétique des électrons est transférée dans les rayons X et la chaleur

Il est intéressant de noter que les propriétés de l'onde ne peuvent pas expliquer l'effet photoélectrique. Albert Einstein et Max Planck ont ​​proposé que la lumière ne se comporte pas comme une onde, mais plutôt comme des «paquets» discrets avec un contenu énergétique spécifique. Des années plus tard, le chimiste américain Gilbert Lewis a nommé les photons des paquets légers. Mais les gens sont restés sceptiques sur la théorie d'Einstein jusqu'en 1923, lorsque le physicien américain Arthur Compton a découvert la diffusion des rayons X. Il a bombardé graphite avec des rayons X et a constaté que la diffusion de rayons X a moins d'énergie. Le phénomène a été appelé diffusion Compton, qui est expliqué par la théorie d'Einstein-Planck. Pendant la collision avec un électron, une particule comme un rayon X transfère une partie de son impulsion à l'électron, et par conséquent le rayon X est dévié dans une direction différente et émis avec moins d'énergie et une longueur d'onde différente.

Wilhelm Roentgen
1845 - 1923

Alors que la théorie d'Einstein-Planck explique la dispersion de Compton, il y a un problème. Pour posséder un momentum, un photon doit avoir une masse, car la définition de l'impulsion en physique classique est la masse multipliée par la vitesse. Mais un photon n'a pas de masse. La réponse est venue d'Einstein, qui a postulé que dans le sens fondamental, l'énergie et la masse sont équivalentes et interchangeables. Il a formulé son concept dans la fameuse relation, E = MC2. Des années plus tard, Einstein a reçu le prix Nobel de physique pour sa théorie photoélectrique

La fluorescence X est liée à l'interaction photoélectrique. Lorsqu'une interaction photoélectrique se produit, un électron est éjecté de son orbite, créant un vide. Les électrons d'orbites d'énergie plus élevée peuvent se déplacer pour combler ce vide. La différence d'énergie entre les deux orbites est libérée sous forme de rayons X de fluorescence, c'est-à-dire de rayons X secondaires. Les rayons X de fluorescence de chaque élément ont une énergie de signature, et sont appelés rayons X caractéristiques.

Gilbert N. Lewis
1875 - 1946