ベータ後方散乱法

ベータ粒子で様々な層を決定する。

ベータ後方散乱法では、放射性原子からの放射線を利用して、様々な基板上の有機および無機層の厚さを測定することができます。測定は非破壊で、実施方法によっては非接触または接触式となります。

ベータ後方散乱法の測定原理。

これがベータ・バックスキャッター法の仕組みである。

ベータ後方散乱プロセスでは、同位体源からベータ粒子(電子)が放出される。ベータ粒子は原子核の放射性崩壊(正確にはベータ崩壊)によって生成されます。ベータ粒子はワークピースのコーティングと基材を透過し、両材料の原子によって散乱されます。コーティングの厚さを測定するには、後方散乱電子の数を数えます。膜厚が変化すれば、後方散乱電子の数も変化する。

このため、コーティングと基材の原子番号(核電荷数)が十分に異なれば、あらゆる基材上のあらゆる材料のコーティングの厚さを測定することができる。ベータ後方散乱法では、コーティングシステムの最上層のみを測定することができます。この方法は、非常に汎用性の高い膜厚測定方法です。

このプロセスはどこで使用されますか?

  • 装飾部品、美術品、航空宇宙用途のニッケル、ブロンズ、セラミックへの非常に厚い金コーティング
  • 大電流接点用銅管への銀
  • 軽度の腐食防止として鋼部品に施される薄い油膜や潤滑膜
  • 変圧器や電気モーターを構成する電気鋼上の薄いラッカー層

測定に影響を与える要因は何ですか?

  • ベータ粒子のエネルギー
  • コーティング材の密度
  • 測定時間
  • コーティング材と基材の原子番号の差
  • コーティングの組成
  • 中間膜、基材の組成
  • ベータ線源の放射能
  • 開口部の大きさ
  • 正しくキャリブレーションすることが大切。

      フィッシャー校正標準試料は、適切なベータ線源と適切な開口部(開口部の直径が重要)を考慮して、測定するコーティングと基材の組み合わせの特性曲線を記録するために使用されます。

  • ベータ線のエネルギー

      層が厚ければ厚いほど、放射性原子核からの電子のエネルギーは大きくならざるを得ない。フィッシャー社では、C-14(炭素14)、Pm-147(プロメチウム147)、Tl-204(タリウム204)、Sr-90(ストロンチウム90)の放射性核種を幅広い層の厚さに対応しています。

  • 密度

      校正サンプルの層と実際のサンプルの層の密度の違いは、単純な補正係数(密度の比)を使用することで補正することができます。

  • 時間の計測

      ベータ崩壊はランダムな過程である。つまり、原子核は毎秒多かれ少なかれランダムに崩壊するため、崩壊時に放出されるベータ粒子の数に変動が生じる。この揺らぎは、測定された膜厚値のばらつきを増加させます。測定値のばらつきの割合を減らすには、校正時と実際のサンプル測定時の両方で測定時間を長くする必要があります。

  • コーティングと母材の原子番号の違い

      後方散乱ベータ粒子の数は、コーティングと母材の原子番号に直接依存する。原子番号の差が小さければ、ベータ粒子の数の差もそれに応じて小さくなります。ベータ粒子の数の差が小さい(大きい)ほど、測定値の散乱は大きく(小さく)なります。これは測定時間を長くすることで補正することもできる。

  • レイヤーの構成

      塗膜の組成が校正に使用した塗膜と異なる場合、わずかな変化であれば補正係数によって補正することができます。しかし、ほとんどの場合、変更後の塗膜で新たに校正する必要があります。

  • 中間層、基材の組成

      中間層や基材の実際の組成の変化によって「計量」基材の組成が変化した場合、多くの場合、新しい「計量」基材を既存の特性曲線に校正することによって容易に補正することができる(キーワード:標準化)。

  • ベータ線源の活性

      ベータ線源の放射能、したがって放出するベータ粒子の数は時間とともに減少する。測定に対する放射能低下の影響は、新しい正規化(特性曲線のゼロ点と終点の校正)または新しい校正によって補正することができる。通常、放射能が低いほど測定時間は長くなります。

  • 開口サイズ

      ベータ線源から放出されるベータ粒子の数も、後方散乱ベータ粒子の数も、アパーチャーの大きさに大きく依存する。そのため、アパーチャごとに個別の校正が必要です。アパーチャーが大きいほど、ベータ粒子の数は多くなり、測定時間は短くなります。

ここで適用される基準は何ですか?

DIN EN ISO 3543、ASTM B567およびBS 5411に準拠したベータ後方散乱法