Interazione radiazione-materia
Le interazioni radiazione-materia (o interazione luce-materia ) descrivono, nel contesto della meccanica quantistica , gli effetti della radiazione su un atomo . Il termine "radiazione" deve essere preso nel suo senso quantistico :
- radiazioni elettromagnetiche ( luce , raggi X , raggi gamma );
- particella ( elettrone , neutrone , radiazione alfa ).
Queste radiazioni vengono utilizzate per analizzare la materia. In effetti, gli atomi sono troppo piccoli per essere visibili o palpabili, quindi possiamo conoscerli solo indirettamente; osserviamo come disturbano le radiazioni incidenti. Ciò ha dato origine a due tipi di metodi di analisi:
- metodi di diffrazione : quando gli atomi sono organizzati in modo ordinato ( cristallo ), la radiazione sarà diffusa in determinate direzioni solo nello spazio; lo studio di questa distribuzione spaziale dell'intensità diffusa permette di caratterizzare l'organizzazione della materia;
- metodi spettrometrici : gli atomi assorbiranno parte delle radiazioni incidenti e ne riemetteranno altre, lo spettro di assorbimento e riemissione è caratteristico delle energie di legame della materia, e quindi della sua natura chimica.
Diffusione, ionizzazione
La radiazione incidente può interagire in diversi modi con l'atomo:
- può essere diffuso, cioè "rimbalza" sull'atomo:
- diffusione elastica: la radiazione "rimbalza" senza perdere energia; se la radiazione incidente è elettromagnetica (luce, raggi X) si parla di diffusione di Rayleigh , se si tratta di un elettrone si parla di retrodiffusione ;
- scattering anelastico: la radiazione "rimbalza" con perdita di energia (vedi Raman Scattering ); se la radiazione provoca l'espulsione di un elettrone debolmente legato, perde quindi energia, questo è lo scattering Compton ;
- può essere assorbito, provocando una transizione elettronica:
- se l'energia incidente è bassa, fa semplicemente cambiare l'orbita di un elettrone;
- se l'energia è sufficiente, provoca la ionizzazione; se la radiazione incidente è elettromagnetica, si parla di effetto fotoelettrico e l'elettrone espulso è un fotoelettrone; se la radiazione incidente è un fascio di elettroni, gli elettroni espulsi sono elettroni secondari .
Rilassamento
Nel caso in cui la radiazione venga assorbita, si dice che l'atomo è "eccitato" perché il suo stato energetico non è lo stato minimo. Segue un "rilassamento" (o "diseccitazione"): un elettrone proveniente da uno strato superiore riempie la scatola quantistica lasciata vuota dall'elettrone espulso.
Se l'energia di transizione è moderata (cioè se la radiazione incidente aveva un'energia moderata), il rilassamento provoca l'emissione di un fotone a bassa energia (visibile o ultravioletto), è il fenomeno della catodoluminescenza nel caso in cui il materiale sia semiconduttore o isolante. Se l'energia di transizione è alta, possiamo avere due casi:
- si ha emissione di un fotone fluorescente, che per la sua energia è un fotone X, si parla di fluorescenza X ;
- questo fotone X può essere ripreso dall'atomo stesso e provocare l'espulsione di un elettrone periferico, questa è l' emissione Auger .
Altre interazioni
- Spin , elettronica paramagnetica Risonanza, Risonanza Magnetica Nucleare , e Medical Imaging
- Phonon , spettrometria Raman
Applicazioni
| radiazione incidente | |||
|---|---|---|---|
| effetto | infrarossi | visibile, ultravioletto | Raggi X |
| assorbimento | Spettroscopia e microscopia a infrarossi in trasformata di Fourier (FTIR) |
spettrometria di assorbimento , ossimetro |
radiografia spettrometria di assorbimento dei raggi X ( XANES , EXAFS ) |
| fluorescenza |
microscopio laser microscopio a fluorescenza |
Spettrometria di fluorescenza a raggi X (XRF) | |
| diffusione | Diffusione dei raggi X. | ||
| diffrazione | Diffrazione dei raggi X (XRD) | ||
| effetto fotoelettrico | Spettrometria fotoelettronica X (XPS (ESCA)) | ||
| radiazione incidente | |||
|---|---|---|---|
| effetto | elettrone | neutrone | ione |
| assorbimento | microscopio elettronico a trasmissione | Microscopia ionica a trasmissione | |
| emissione di elettroni |
Spettrometria Auger , microscopio elettronico a scansione |
||
| diffrazione |
EBSD , microscopio elettronico a trasmissione |
diffrazione dei neutroni | |
| X spettacolo | Spettroscopia di emissione di raggi X (de) (XES), Microsonda Castaing | Spettroscopia di emissione di raggi X indotta da particelle cariche (PIXE) | |
| emissione gamma | PIGE | ||
| Diffusione | Spettroscopia a retrodiffusione di Rutherford | ||
| Reazioni nucleari | Analisi mediante reazioni nucleari | ||