[論文レビュー] Absolute L-shell ionization and X-ray production cross sections of Lead and Thorium by 16-45 keV electron impact

Hitesh Rahangdale, Pretam Kumar Das+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 2015

X-ray Spectroscopy and Fluorescence Analysis被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、16–45 keVの電子衝突下におけるリチウムとトリウムのL殻電離およびX線生成断面積を、波長分散型X線分光法とモンテカルロシミュレーションを用いてバックスキャッタリングを補正することで絶対的測定を行った。結果は、L₁およびL₂準位における理論モデル（DWBAおよびMRBEB）と実験結果の間で顕著な乖離を示しており、特にL₁における原子の緩和パラメータの不確実性が理論的精度を制限していることを示している。

ABSTRACT

The absolute L subshell specific electron impact ionization cross sections near the ionization threshold (16 < E < 45 keV) of Lead and Thorium are obtained from the measured L X-ray production cross sections. Monte Carlo simulation is done to account for the effect of the backscattered electrons and the final experimental results are compared with calculations performed using distorted wave Born approximation and the modified relativistic binary encounter Bethe model.The sensitivity of the results on the atomic parameters is explored. Observed agreements and discrepancies between the experimental results and theoretical estimates, and their dependence on the specific atomic parameters are reported.

研究の動機と目的

• 16–45 keVの低エネルギー電子衝突を用いて、鉛およびトリウムのサブシェル特異的L殻電離断面積を絶対的に決定すること。
• 特にフォトン放出率およびCoster-Kronig遷移を含む原子の緩和パラメータが、実験と理論の乖離に与える役割を調査すること。
• 高原子番号元素の電離断面積を予測する理論モデル（DWBAおよびMRBEB）の信頼性を評価すること。
• X線生成データから抽出された電離断面積の精度に最も顕著に影響を与える緩和パラメータを特定すること。
• 個々のLγ遷移の高分解能測定を推奨し、不確実な緩和パラメータに依存する度合いを低減すること。

提案手法

• 高純度Si(Li)検出器を備えた波長分散型分光計を用いてLX線生成断面積を測定した。
• ターゲットおよび基板における電子バックスキャッタリング効果を補正するためにモンテカルロシミュレーション（PENELOPE）を適用した。
• 測定されたLα、LβおよびLγ断面積から、放射能放出率およびフォトン放出率（Γγ、ω₁）を用いてサブシェル特異的電離断面積を抽出した。
• 歪み波動ボルン近似（DWBA）および修正相対論的二体衝突ベーテ（MRBEB）モデルを用いて理論的予測と実験結果を比較した。
• データ抽出プロセスにおいて、バニティ移動をCoster-Kronig遷移およびサブシェル特異的崩壊確率を考慮して処理した。
• 原子パラメータの感度分析を実施し、最終的な電離断面積値に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 理論モデル（DWBAおよびMRBEB）は、16–45 keVにおけるPbおよびThのL殻電離断面積をどの程度正確に再現できるか？
• RQ2 L₁およびL₂準位において、実験と理論の乖離が生じる主な理由は何か。特に緩和パラメータの不確実性が関与しているのか？
• RQ3 L₁およびL₂準位を調べるLγ遷移が、抽出された電離断面積の精度にどのように影響を与えるか？
• RQ4 LβおよびLγX線生成断面積の合計に、L₁、L₂およびL₃準位がそれぞれどの程度寄与しているか？
• RQ5 個々のLγ線の高分解能測定は、電離断面積抽出における不確実な緩和パラメータへの依存度を低減できるか？

主な発見

• DWBA理論は、PbおよびThの両方においてL₃準位の電離断面積およびLαX線生成断面積を良好に再現している。
• MRBEBモデルは、16–45 keVの範囲で、両元素の3つのL準位すべての電離断面積を過剰に予測している。
• 実験とDWBA理論との乖離は、L₁およびL₂準位で顕著であり、実験値が理論予測値より最大30–50%低いことが判明した。
• LβおよびLγ断面積は理論と一致が悪いが、主にL₁準位に関連する緩和パラメータの不正確さに起因している。
• Lγ₁₊₅からのL₂準位断面積は、理論値と比較して30–50%低く見積もられており、L₂特有の緩和パラメータの知識不足が原因であると考えられる。
• 本研究は、乖離の主な要因が電子衝突電離モデルそのものではなく、特にL₁準位における緩和パラメータの不確実性にあると結論づけた。