Metodo della retrodiffusione beta
Determinare una varietà di strati con particelle beta.
Con il metodo della retrodiffusione beta è possibile misurare lo spessore di strati organici e anorganici su un'ampia varietà di substrati utilizzando le radiazioni di atomi radioattivi. La misura non è distruttiva e, a seconda dell'implementazione, è senza contatto o a contatto.
Ecco come funziona il metodo della retrodiffusione beta
Nel processo di retrodiffusione beta, una sorgente isotopica emette particelle beta (elettroni). Le particelle beta sono prodotte dal decadimento radioattivo (più precisamente: decadimento beta) dei nuclei atomici. Le particelle beta penetrano nel rivestimento e nel materiale di base del pezzo e vengono disperse dagli atomi di entrambi i materiali. Per misurare lo spessore del rivestimento, si conta il numero di elettroni retrodiffusi. Se lo spessore dello strato cambia, cambia anche il numero di elettroni retrodiffusi.
In questo modo è possibile misurare lo spessore di rivestimenti di qualsiasi materiale su qualsiasi materiale di base, a condizione che i numeri atomici (numeri di carica nucleare) del rivestimento e del materiale di base differiscano sufficientemente. Con il metodo del beta-backscatter è possibile misurare solo lo strato superiore di un sistema di rivestimento. Si tratta di un metodo di misura dello spessore del rivestimento di applicazione universale.
Dove viene utilizzato questo processo?
- Rivestimenti d'oro molto spessi su nichel, bronzo o ceramica per parti decorative, oggetti d'arte o in applicazioni aerospaziali
- Argento in tubi di rame
- Sottili pellicole di olio e lubrificante su parti in acciaio come leggera protezione dalla corrosione
- Strati sottili di lacca su acciaio elettrico nella costruzione di trasformatori e motori elettrici
Quali fattori possono influenzare la misura?
- Ernergia delle particelle beta
- Densità del materiale di rivestimento
- Tempo di misura
- Differenza tra i numeri atomici del materiale di rivestimento e di quello di base
- Composizione del rivestimento
- Strati intermedi, composizione del materiale di base
- Attività della sorgente beta
- Dimensione dell'apertura
La giusta calibrazione fa la differenza
Gli standard di calibrazione Fischer vengono utilizzati per registrare una curva caratteristica per la combinazione rivestimento/materiale di base da misurare con la sorgente beta appropriata e tenendo conto dell'apertura appropriata (il diametro dell'apertura è decisivo).
Energia della radiazione beta
Più spesso è lo strato, maggiore deve essere l'energia degli elettroni provenienti dai nuclei atomici radioattivi. Presso Fischer sono disponibili i radionuclidi C-14 (carbonio-14), Pm-147 (promezio-147), Tl-204 (tallio-204) e Sr-90 (stronzio-90) per un'ampia gamma di spessori del rivestimento.
Densità
Le differenze tra le densità dello strato dei campioni di calibrazione e dello strato dei campioni reali possono essere compensate utilizzando un semplice fattore di correzione (rapporto tra le densità).
Misurare il tempo
Il decadimento beta è un processo casuale. Ciò significa che più o meno nuclei atomici decadono in modo casuale ogni secondo, il che comporta fluttuazioni nel numero di particelle beta emesse durante il decadimento. Questa fluttuazione aumenta la dispersione dei valori misurati dello spessore del rivestimento. Per ridurre questa percentuale di dispersione dei valori misurati, è necessario aumentare il tempo di misura, sia durante la calibrazione che durante la misurazione dei campioni reali.
Differenza tra i numeri atomici del rivestimento e del materiale di base
Il numero di particelle beta retrodiffuse dipende direttamente dal numero atomico del rivestimento e del materiale di base. Se la differenza tra i numeri atomici è piccola, la differenza nel numero di particelle beta è altrettanto piccola. Quanto più piccola (grande) è la differenza nel numero di particelle beta, tanto più grande (piccola) è la dispersione del valore misurato. Anche questo aspetto può essere compensato da un tempo di misurazione più lungo.
Composizione dello strato
Se la composizione del rivestimento cambia rispetto a quella del rivestimento utilizzato per la calibrazione, è possibile compensarla con un fattore di correzione in caso di piccole variazioni. Nella maggior parte dei casi, tuttavia, è necessaria una nuova calibrazione con il rivestimento modificato.
Strati intermedi, composizione del materiale di base
Se la composizione del materiale di base "metrologico" cambia a causa di strati intermedi o di variazioni nella composizione effettiva del materiale di base, in molti casi ciò può essere facilmente compensato calibrando il nuovo materiale di base "metrologico" nella curva caratteristica esistente (parola chiave: standardizzazione).
Attività della sorgente beta
L'attività della sorgente beta e quindi il numero di particelle beta emesse diminuisce nel tempo. L'influenza della diminuzione dell'attività sulla misura può essere compensata da una nuova normalizzazione (calibrazione dei punti zero e finale della curva caratteristica) o da una nuova calibrazione. Una minore attività richiede solitamente tempi di misura più lunghi.
Dimensioni dell'apertura del diaframma
Sia il numero di particelle beta emesse dalla sorgente beta che il numero di particelle beta retrodiffuse dipendono fortemente dalle dimensioni dell'apertura. È quindi necessaria una calibrazione separata per ogni apertura. Più grande è l'apertura, maggiore è il numero di particelle beta e più breve può essere il tempo di misura.
Quale standard viene applicato in questo caso?
Metodo di retrodiffusione beta secondo DIN EN ISO 3543, ASTM B567 e BS 5411
