Rudolf Cole
0 
3787
498
Röntgenspectroscopie is een techniek die fotonen, of lichtdeeltjes, met golflengten in het röntgengedeelte van het elektromagnetische spectrum detecteert en meet. Het wordt gebruikt om wetenschappers te helpen de chemische en elementaire eigenschappen van een object te begrijpen.
Er zijn verschillende röntgenspectroscopiemethoden die in veel disciplines van wetenschap en technologie worden gebruikt, waaronder archeologie, astronomie en techniek. Deze methoden kunnen onafhankelijk of samen worden gebruikt om een completer beeld te krijgen van het materiaal of object dat wordt geanalyseerd.
Geschiedenis
Wilhelm Conrad Röntgen, een Duitse natuurkundige, ontving in 1901 de eerste Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn ontdekking van röntgenstraling in 1895. Zijn nieuwe technologie werd snel gebruikt door andere wetenschappers en artsen, volgens het SLAC National Accelerator Laboratory.
Charles Barkla, een Britse fysicus, deed tussen 1906 en 1908 onderzoek dat leidde tot zijn ontdekking dat röntgenstraling kenmerkend kan zijn voor individuele stoffen. Zijn werk leverde hem ook een Nobelprijs voor natuurkunde op, maar pas in 1917.
Het gebruik van röntgenspectroscopie begon eigenlijk iets eerder, in 1912, te beginnen met een vader-en-zoon-team van Britse natuurkundigen, William Henry Bragg en William Lawrence Bragg. Ze gebruikten spectroscopie om te bestuderen hoe röntgenstraling interageerde met atomen in kristallen. Hun techniek, röntgenkristallografie genaamd, werd het jaar daarop de standaard in het veld en ze wonnen de Nobelprijs voor natuurkunde in 1915.
Hoe röntgenspectroscopie werkt
Wanneer een atoom onstabiel is of wordt gebombardeerd met hoogenergetische deeltjes, gaan de elektronen over van het ene energieniveau naar het andere. Terwijl de elektronen zich aanpassen, absorbeert en geeft het element hoogenergetische röntgenfotonen op een manier die kenmerkend is voor atomen waaruit dat specifieke chemische element bestaat. Röntgenspectroscopie meet die veranderingen in energie, waardoor wetenschappers elementen kunnen identificeren en begrijpen hoe de atomen in verschillende materialen op elkaar inwerken.
Er zijn twee belangrijke röntgenspectroscopietechnieken: golflengtedispersieve röntgenspectroscopie (WDXS) en energiedispersieve röntgenspectroscopie (EDXS). WDXS meet de röntgenstralen van een enkele golflengte die worden afgebogen door een kristal. EDXS meet de röntgenstraling die wordt uitgezonden door elektronen die worden gestimuleerd door een hoogenergetische bron van geladen deeltjes.
In beide technieken geeft de manier waarop de straling wordt verspreid de atomaire structuur van het materiaal aan en daarmee de elementen in het te analyseren object..
Meerdere toepassingen
Tegenwoordig wordt röntgenspectroscopie op veel gebieden van wetenschap en technologie gebruikt, waaronder archeologie, astronomie, techniek en gezondheid.
Antropologen en archeologen zijn in staat om verborgen informatie te ontdekken over de oude artefacten en overblijfselen die ze vinden door ze te analyseren met röntgenspectroscopie. Lee Sharpe, universitair hoofddocent scheikunde aan het Grinnell College in Iowa, en zijn collega's, gebruikten bijvoorbeeld een methode genaamd röntgenfluorescentie (XRF) -spectroscopie om de oorsprong te identificeren van obsidiaan pijlpunten gemaakt door prehistorische mensen in het Noord-Amerikaanse zuidwesten. Het team publiceerde zijn resultaten in oktober 2018 in de Journal of Archaeological Science: Reports.
Röntgenspectroscopie helpt astrofysici ook meer te leren over hoe objecten in de ruimte werken. Onderzoekers van de Washington University in St. Louis zijn bijvoorbeeld van plan röntgenstralen te observeren die afkomstig zijn van kosmische objecten, zoals zwarte gaten, om meer te weten te komen over hun kenmerken. Het team, geleid door Henric Krawczynski, een experimentele en theoretische astrofysicus, is van plan een type röntgenspectrometer te lanceren, een röntgenpolarimeter genaamd. Vanaf december 2018 wordt het instrument in de atmosfeer van de aarde opgehangen door een langdurige, met helium gevulde ballon.
Yury Gogotsi, een scheikundige en materiaalingenieur aan de Drexel University in Pennsylvania, maakt antennes voor sprayen en membranen voor waterontzilting met materialen die zijn geanalyseerd met röntgenspectroscopie.
De onzichtbare spray-on antennes zijn slechts enkele tientallen nanometers dik, maar kunnen radiogolven uitzenden en richten. Een techniek genaamd röntgenabsorptiespectroscopie (XAS) helpt ervoor te zorgen dat de samenstelling van het ongelooflijk dunne materiaal correct is en helpt bij het bepalen van de geleidbaarheid. “Een hoge metalen geleidbaarheid is vereist voor goede prestaties van antennes, dus we moeten het materiaal nauwlettend in de gaten houden,” Zei Gogotsi.
Gogotsi en zijn collega's gebruiken ook röntgenspectroscopie om de oppervlaktechemie te analyseren van complexe membranen die water ontzilten door specifieke ionen eruit te filteren, zoals natrium..
Het gebruik van röntgenspectroscopie is ook te vinden in verschillende gebieden van medisch onderzoek en praktijk, zoals in moderne CT-scanmachines. Het verzamelen van röntgenabsorptiespectra tijdens CT-scans (via fotonentelling of spectrale CT-scanner) kan meer gedetailleerde informatie en contrast opleveren over wat er in het lichaam gebeurt, met lagere stralingsdoses van de röntgenstralen en minder of geen noodzaak om te gebruiken contrastmaterialen (kleurstoffen), volgens Phuong-Anh T. Duong, directeur CT bij Emory University Department of Radiology and Imaging Sciences in Georgia.
Verder lezing:
- Lees meer over NASA's Imaging X-Ray Polarimetry Explorer.
- Lees meer over röntgen- en energieverlies-spectroscopie van The National Renewable Energy Laboratory.
- Bekijk deze serie lesplannen van NASA over de röntgenspectroscopie van sterren.