Отзыв ведущей организации (Моделирование процессов возбуждения рентгеновского излучения при взаимодействии киловольтных электронов с конденсированным веществом)

элементный и химический состав,фазовое состояниеи композиционнуюнеоднородность материалов. Это сделало их востребованными в целом рядеобластей науки и техники, таких как микроэлектроника, оптоэлектроника,материаловедение, геология, минералогия и др. К таким методам относитсяколичественный рентгеноспектральный микроанализ (КРСМА), позволяющийопределять содержания элементов от Ве по U из области размером околомикрометра с пределом обнаружения по массе порядка 10-15-10-17 г.СовершенствованиеКРСМАпроисходитглавнымобразомвдвухнаправлениях: приборостроение (совершенствуются детекторы рентгеновскогоизлучения, достигается более долговременная стабильность тока пучка при высокомзначении тока зонда и др.) и программное обеспечение (модернизируются иуточняются методики расчета матричных поправок, отдельных параметровисследуемыхобъектов(например,массовогокоэффициентапоглощениярентгеновского излучения), аппаратурные условия возбуждения и регистрациисигналов).

На сегодняшний день инструментальное качество микроанализаторовдостигло высокого уровня, поэтому наиболее актуально развитие программнойсоставляющей, необходимой для проведения более совершенного анализа.При проведении КРСМА программа микроанализатора осуществляет пересчетинтенсивности РХИ в концентрацию анализируемого элемента. Интенсивностьанализируемой линии изучаемого образца сравнивается с интенсивностью той желинии от эталонного образца в одних и тех же условиях проведения исследования.Поотношениюэтихинтенсивностейможноопределитьотношениеихконцентраций, а, следовательно, и концентрацию анализируемого элемента. Однакодля этого необходимо учесть матричные эффекты этих двух составов, т.е.

ввестиматричныепоправки:поправкунапоглощениерентгеновскогоизлученияанализируемым веществом с порядковым номером Z, поправку на атомный номерисследуемого материала A и поправку на флуоресценцию F (т.н. ZAF – коррекция).Если по отношению к последней поправке на сегодняшний день особыхразногласий нет, то по отношению первых двух приемлемое согласие не достигнуто.К настоящему времени большинство методов нахождения поправок основанона представлении о т.н. функции распределения возбужденного рентгеновскогохарактеристического излучения по массовой толщине образца φ(ρz). Для расчетапоправок используются аппроксимационные модели φ(ρz).

В связи с этимсуществует определенная сложность количественного анализа, заключающаяся ввыборетойилиинойаппроксимациииз-заотсутствияуниверсальнойаппроксимации для конкретного состава.От того, какие аналитические выражения будут использованы при расчетепоправок, зависит точность проводимого измерения. Из-за этого некоторыепрограммы для микроанализаторов предоставляют возможность исследователюсамому выбрать методы расчета матричных поправок, наиболее адекватныханализируемым объектам.

Это не является проблемой в тех случаях, когда речь идето составах, для которых в свое время были проведены экспериментальныеизмерения, на основе которых удалось определить оптимальную методикупроведения ZAF-коррекции, однако это является проблемой для новых материалов.Поэтому остается актуальнымописывающейвопрос о созданиипространственноеуниверсальной модели,распределениерентгеновскогохарактеристического излучения для широкого класса конденсированных сред,которая смогла бы значительно повысить эффективность количественного описанияинформативных сигналов при исследовании различных материалов с помощьюэлектронных зондов.

Изучению этого вопроса и посвящена диссертационная работаШироковой Е.В.Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, спискацитируемой литературы и приложений.В первой главе представлен литературный обзор, отражающий многообразиесуществующих физических подходов к описанию пространственного распределениярентгеновскогохарактеристическогосфокусированнымэлектроннымизлучения,пучком –возбуждаемогоэлектроннымзондом.вмишениПриведеныиспользуемые на практике аналитические выражения для функции распределениярентгеновского характеристического излучения по массовой толщине φ(ρz),рассмотрены достоинства и недостатки классических подходов расчета поправок ицелесообразностиихиспользованиявпрограммномобеспечениимикроанализаторов.

На основе обзора сформулирована цель и задачи исследования.Вторая глава содержит описание новых подходов к теоретическому описаниюфизическойприродыхарактеристическогорентгеновскогоизлучения,возбуждаемого электронным зондом в различных конденсированных средах взависимости от их химического, изотопного состава. В данной главе авторсовершенствуетраспределениямодельколичественногоэнергетическихпотерьпучкаописанияпространственногоэлектроновсреднихэнергий,предложенной ранее в этой научной группе и основанной на раздельном учетевкладов поглощенных в конденсированном веществе и обратно рассеянныхэлектронов. Новая модель функции распределения учитывает влияние неупругогорассеяния электронов и пространственную симметрию протекания процессамногократногорассеянияотносительноположениякоординатымаксимумараспределения поглощенных электронов пучка.Для количественной оценки возможностей новой модели были использованыхорошо известные из научных публикаций экспериментальные результаты поопределению φ(ρz) для широкого круга материалов и различных энергий электроновзонда.

Показано, как, используя предлагаемый подход, может быть оцененамаксимальная глубина генерации РХИ и проведено сравнение результатов расчетовс имеющимися экспериментальными данными для алюминия с энергией пучкаэлектронов 10 и 20 и 25 кэВ; полученные результаты хорошо согласуются сэкспериментальноопределеннымизначениямипризаданныхусловияхэксперимента.В третьей главе представлены результаты оценки влияния процессовобратного рассеяния первичных электронов в мишени на генерацию рентгеновскогоизлучения в конденсированном веществе и моделирование процессов поглощениярентгеновского излучения в мишени.

Количественное описание этих процессовпозволило предложить метод расчета матричной поправки на обратное рассеяниеэлектронов, связанный с учетом вклада обратного рассеяния в процесс ионизацииатомных оболочек при первичном возбуждении рентгеновского излучения.Показанохорошеесогласиеклассическихэкспериментальныхданныхсрезультатами расчетов с использованием предлагаемых методик для широкогодиапазона мишеней – практически от алюминия до золота.Вчетвертойглавепроведенаоценкавозможностииспользованияразработанных в диссертации матричных поправок в количественном РСМА.Особое внимание уделено сравнению разработанных подходов с существующимиметодами описания физических процессов взаимодействия электронов с веществоми генерации рентгеновского излучения.

Для оценки новых возможностейколичественного микроанализа при использовании разработанных подходовприведенмассиврезультатовсравненияинтенсивностирентгеновскогохарактеристического излучения различных составов (Si-N, U-Fe, Cu-Ni, Au-Cu, Ti-B,Ta-B, W-C, Mo-B, Fe-N, Al-Fe, Fe-C, Al-B, U-C) с экспериментальными данными,собранными в работах Pouchou J.L. и Pichoir F., а также Ziebold T.O. и Ogilvie R.E.Поправка на торможение первичных электронов в образце рассчитывалась тремяспособами по методикам программы CITZAF Д. Армстронга, разработаннойНациональным институтом стандартов и технологий США (NIST): Armstrong/LoveScott, Heinrich/Duncumb-Reed и Pouchou and Pichoir-Simplified.

Показано, чтоабсолютные средние арифметические значения относительной ошибки дляопределенного состава при различных значениях энергии первичных электроновпринимают значения от 0,29% до 4,73%. Следует отметить, что точность расчетовновых выражений также зависит от точности выбранной модели поправки наторможение. В некоторых случаях вклад данной поправки в общее значениеинтенсивности достаточно велик и может существенно влиять на расчет. Например,для состава Al-B среднее значение ошибки составляет 4,38% (поправка наторможение рассчитана по методике Armstrong/Love Scott) или 1,53% (поправка наторможение рассчитана по методике Pouchou and Pichoir-Simplified).Полученные в четвертой главе матричные поправкис допустимойпогрешностью одинаково хорошо позволяют проводить КРСМА для различныхсоставов.Большойинтересвызываетвозможностьпримененияполученныхдиссертантом поправок для определения массового коэффициента поглощения РХИв веществе μ.

Решение подобной задачи может иметь большую важность в случае,когда коэффициенты μ экспериментально не определены. Неточность массовыхкоэффициентов ослабления больше всего сказывается вблизи областей краевпоглощения. Одним из таких случаев является поглощение Lα-линии серебра взолоте. Сравнение было проведено для следующих значений μ: 1957,8, 2500, 2940 и3500 [см2/г] соответственно.При проведении расчетов были апробированы полученное выражение дляматричной поправки на поглощение первичного излучения и обратное рассеяниеэлектроновсовместнопредставленнойвспоправкойработенатормознуюспособностьвещества,Н.Н.

Михеева.Полученоеоптимальноезначениекоэффициента массового поглощения составляет 2940 [см2/г], которое позволяетдостигнуть хорошего соответствия расчета эксперименту работы T.O. Ziebold и R.E.Ogilvie.Практическая значимость данной диссертационной работы определяетсяследующимирезультатами,которыемогутбытьрекомендованыдляпрактического использования: полученное выражение функции распределенияРХИ по массовой толщине и новые матричные поправки могут быть использованы впрограммном обеспечении микроанализаторов при проведении ZAF-коррекции, атакже для решения задач рентгеновского микроанализа, связанных с оценкойлокальности проводимых измерений, выбором условий генерации рентгеновскогоизлучения(например,энергиипервичныхэлектронов)соответствующихминимальному пространственному разрешению микроанализа, при решенииразличныхзадач,связанныхсопределениемобластивозбуждениякатодолюминесценции (например, при моделировании зависимости интенсивностикатодолюминесценции от энергии электронов пучка для идентификации параметровполупроводниковых материалов).Рекомендации по использованию результатов диссертационной работы.РезультатыдиссертационногоисследованияШироковойЕ.В.могутбытьиспользованы на предприятиях, в научно-исследовательских центрах и институтах,деятельность которых связана с разработкой новых перспективных материалов,диагностикоймикрообластейразличныхматериалов(такихкакФНИЦ"Кристаллография и фотоника" РАН, ФГБОУ ВО «Московский государственныйуниверситет имени М.В.