RBS理论

卢瑟福背散射(RBS)是以原子核之间的碰撞为基础,以贵族Lord Ernest Rutherford的名字命名,在1911年他是第一个提出原子具有原子核的概念。它涉及到测量光束中离子的数量和能量,测量的光束是离子束与目标样品近表面区域的原子发生碰撞后背向散射出来的。

卢瑟福反散射分析光谱学理论通过这种信息,就能够确定表面以下的原子质量和元素浓度。RBS非常适合用于测定比基质主要成分更重的微量元素的浓度。其对于轻质量元素的敏感性以及在表面之下样品的结构都很差。

当样品被高能量粒子束轰击时,绝大部分的粒子都会被嵌入到材料中,不会漏出。这是因为原子核的直径是1e-15m,而原子核之间的间距是2e-10m。入射粒子的一小部分会经历和样品上部几微米内原子的一个原子核的直接碰撞。这种碰撞不涉及入射粒子和目标原子之间的直接碰撞。能量交换是由于相互靠近的原子核之间存在库伦力的影响。然而,相互作用可以准确地模拟成典型物理学的弹性碰撞。

在一给定角度中背向散射出的粒子测量出的能量取决于两个过程。在碰撞前后,当粒子穿过样品时会损失的能量。能量损失的数量取决于材料的能量损失率。作为碰撞本身,粒子也会损失能量。碰撞引起的损失取决于入射靶原子的质量。在碰撞之前和之后的发射能量比值被称为运动因子。

从样品给出元素中发生的背向散射事件数量取决于两个因素:元素的浓度及其原子核的有效尺寸。材料会造成碰撞的可能性被称为其散射截面。