Softwarepaket zur quantitativen Röntgenfluoreszenzanalyse mittels fundamentaler Parameter unter Verwendung von Röntgenoptiken

Abstract

Die Röntgenfluoreszenzanalyse ist eine der am meisten Verbreiteten Methoden zur qualitativen und quantitative Elementanalyse.<br />Hierbei sind vor allem die prinzipielle Zerstörungsfreiheit und die guten Nachweisgrenzen der Meßmethode von Interesse.<br />Ziel dieser Arbeit war es ein leicht zu bedienendes Softwarepaket zur quantitativen Röntgenfluoreszenzanalyse zu entwickeln. Grundlage zu dieser Arbeit war die Dissertation von Dr. S. Rezai Afshar, die unter Anleitung von Prof. DI. Dr. Horst Ebel durchgeführt wurde, mit den darin verwendeten Literaturstellen.<br />Die zu berücksichtigten Probenarten umfassen:<br />*) dicke Proben, deren Elemente alle im Detektor sichtbar sind *) Gläser (Oxidverbindungen) mit bekanntem, nicht sichtbarem, Anteil Folgende Anforderungen wurden darüber hinaus an die Software gestellt:<br />*) keine Beschränkung hinsichtlich der Anzahl der analysierten Elemente (Einschränkende Faktoren sind lediglich die Rechenzeit und eventuell der Speicherbedarf) *) Simulation von Röntgenoptiken (Im Sinne einer das simulierte Primärspektrum manipulierenden Funktion, welche den verwendeten experimentellen Aufbau berücksichtigt) Um eine größtmögliche Flexibilität und Wiederverwendbarkeit des Softwarepaketes zu gewährleisten, wurde auf einen möglichst modularen Aufbau der Software geachtet. Hierzu wurden alle wichtigen Softwareteile in eigenen Klassen verpackt um später, bei Bedarf, durch verbesserte oder erweiterte Versionen ersetzt zu werden.<br />Die prinzipielle Funktion des Programms gliedert sich in folgende Teile:<br />*) Simulation der Röntgenröhre *) Simulation eines im Strahlengang befindlichen Filters (Quelle-Probe und/oder Probe-Detektor) *) Simulation der Fluoreszenzprozesse in der Probe *) Simulation des Detektors *) Simulation einer Luft oder Vakuum Umgebung Simulation der Röntgenröhre:<br />Bei der Simulation der Röntgenröhre können verschiedenste Parameter (z.B.: Targetmaterial, Spannung, Strom usw.) berücksichtigt werden. In der momentanen Fassung erfolgt die Berechnung des Röhrenspektrums entweder nach Love & Scott oder nach Wiederschwinger. Weiters ist es möglich die Verwendung eines Sekundärtargets zu simulieren. Hierbei wird jedoch keine Streuung der Primärstrahlung, sondern nur die Fluoreszenzlinien des Targets, berücksichtigt.<br />Simulation des Filters:<br />Es können beliebig viele hintereinandergereihte Filter beliebiger Dicke und Zusammensetzung berücksichtigt werden. Um auch z.B. Röntgenoptiken berücksichtigen zu können, ist es weiters möglich selbst definierte Funktionen als Filterfunktion zu verwenden.<br />Simulation der Fluoreszenzprozesse:<br />Bei der Berechnung der ausgesendeten Fluoreszenzstrahlung kann zwischen dünnen, semidicken und dicken Proben gewählt werden. Bei den dicken Proben werden außerdem Sekundäreffekte berücksichtigt.<br />Simulation des Detektors:<br />Bei der Simulation des Detektors können verschiedenste Parameter (z.B.<br />Detektormaterial, aktive und inaktive Schicht, Fenstermaterial, Fensterdicke, Kontaktmaterial und Dicke usw.) berücksichtigt werden.<br />

The X-ray fluorescence analysis is one of the most widely used methods for qualitative and quantitative element analysis. The main advantages are that the method is nondestructive and the detection limits are good.<br />The aim of this work was to develop an easy-to-use software package for quantitative X-ray fluorescence analysis. Basis for this work was the dissertation of Dr. S. Rezai Afshar, which was carried out under the guidance of Prof. DI. Dr. H. Ebel, with the literature references contained therein.<br />The sample types to be taken into account include:<br />*) Thick samples where all elements are visible by the detector *) Glasses (Oxides) with known, not visible, elements The following requirements had also to be fulfilled:<br />*) No restriction on the number of analyzed elements (restrictive factors are only the time and possibly the memory requirements) *) Simulation of X-ray optics (In terms of a function manipulating the simulated primary spectrum to consider the experimental setup) To maximize the flexibility and reusability of the software package, the software was designed in a modular way. All important parts of the software were wrapped in their own classes, to be replaced through improved or expanded versions if necessary.<br />The principal function of the program is divided into the following components:<br />*) Simulation of the X-ray tube *) Simulation of an X-ray filter in the beam (source-sample and / or sample-detector) *) Simulation of the fluorescence processes in the sample *) Simulation of the detector *) Simulation of air or vacuum environment Simulation of the X-ray tube:<br />During the simulation of the X-ray tube a variety of parameters (for example: target material, voltage, current, etc.) can be taken into account. In the current version, the calculation of the tube spectrum is done using the Love & Scott or the Wiederschwinger model. Furthermore it is possible to simulate a secondary target, but no stray radiation from the primary beam will be taken into account. Only the fluorescence lines of the secondary target will be used.<br />Simulation of the filter:<br />An unlimited amount of series-connected filters of any thickness and composition can be taken into account. To also consider e.g. X-ray optics, it is possible to use self-defined functions as a filter function.<br />Simulation of the fluorescence processes:<br />To calculate the fluorescence emitted radiation thin, intermediate and thick samples can be assumed. In the thick sample approximation also secondary effects are taken into account.<br />Simulation of the detector:<br />During the simulation of the detector a variety of parameters (eg detector material, active and inactive layer thickness, window material and thickness, contact material and thickness etc.) can be taken into account.<br />