Application of the Compton Effect to Solve Problems of Condensed Matter Physics

Abstract

Розглянуто перспективи застосування рентгенівських спектральних методів у нових галузях через використання явища розсіювання, як основи для хімічного та фазового аналізу. Теоретично показано, що чутливість методу розсіювання не залежить від структури та якості поверхні зразка і різко зростає із зменшенням атомного номеру домішки, що аналізується. Проаналізовано чутливість методу при дослідженні багатокомпонентних стандартів стехіометричного складу на основі H, Li, B, C, O і F, та порівняно її з чутливістю традиційних аналітичних методів. Розраховано концентраційну чутливість виявлення вмісту легких домішок у металах і наведено експериментальне підтвердження для систем титан-водень та залізо-вуглець. Вперше метод Комптона узагальнено для аналізу багатокомпонентних систем невідомого складу. Для цього, з використанням підходу [13], введено поняття ефективного атомного номеру за властивістю розсіювання. Показано, що залежність ефективного атомного номеру від параметру х, що віддзеркалює умови зйомки (кут розсіювання та довжину хвилі первинного випромінювання), однозначно визначає багатокомпонентну сполуку. На підставі аналізу чутливості обгрунтовано діапазон застосування методу розсіювання. З боку малих значень параметру х, метод обмежується брегівськими відбиттями, що накладаються на релєєвський пік. При великих значеннях параметру х, чутливість методу погіршується через велику розбіжність між інтенсивністю когерентного і некогерентного розсіювання. Наведено приклади вирішення аналітичних завдань, при яких використання рентгенофлуоресцентного та дифракційного аналізу або сильно ускладнене, або взагалі неможливо.

The prospects for the application of X-ray spectral methods and scattering phenomena as a basis for chemical and phase analysis in new areas are considered. It is theoretically shown that the sensitivity of the scattering method does not depend on the structure and quality of the sample surface and increases sharply with a decrease in the atomic number of the analyzed impurity. The sensitivity of the method is analyzed in the study of multicomponent standards of stoichiometric composition based on H, Li, B, C, O and F, and compared with the sensitivity of traditional analytical methods. The concentration sensitivity of detecting the content of light impurities in metals is calculated and experimental confirmation is given for titanium-hydrogen and iron-carbon systems. For the first time, the Compton method is generalized for the analysis of multicomponent systems of unknown composition. To do this, using the Duvauchelle approach, the concept of the effective atomic number by the scattering property is introduced. It is shown that the dependence of the effective atomic number on the parameter x, which reflects the measurement conditions (scattering angle and primary radiation wavelength), uniquely determines a multicomponent compound. Based on the sensitivity analysis, the range of application of the scattering method is substantiated. From the side of small values of the parameter x, the method is limited due to Bragg reflections superimposed on the Rayleigh peak. For large values of the parameter x, the sensitivity of the method decreases due to the large discrepancy between the intensities of coherent and incoherent scattering. The examples of solving analytical problems are given, in which the use of X-ray fluorescence and diffraction analysis is either very difficult or impossible at all.