RBS理論

拉塞福背向散射(RBS)是以原子核之間的碰撞為基礎,以貴族Lord Ernest Rutherford的名字命名,在1911年他是第一個提出原子具有原子核的概念。它涉及到測量光束中離子的數量和能量,測量的光束是離子束與目標樣品近表面區域的原子發生碰撞後背向散射出來的。

盧瑟福反散射分析光譜學理論通過這種資訊,就能夠確定表面以下的原子質量和元素濃度。RBS非常適合用於測定比基質主要成分更重的微量元素的濃度。其對於輕質量元素的敏感性以及在表面之下樣品的結構都很差。

當樣品被高能量粒子束轟擊時,絕大部分的粒子都會被嵌入到材料中,不會漏出。這是因為原子核的直徑是1e-15m,而原子核之間的間距是2e-10m。入射粒子的一小部分會經歷和樣品上部幾微米內原子的一個原子核的直接碰撞。這種“碰撞”不涉及入射粒子和目標原子之間的直接碰撞。能量交換是由於相互靠近的原子核之間存在庫倫力的影響。然而,相互作用可以準確地模擬成典型物理學的彈性碰撞。

在一給定角度中背向散射出的粒子測量出的能量取決於兩個過程。在碰撞前後,當粒子穿過樣品時會損失的能量。能量損失的數量取決於材料的能量損失率。作為碰撞本身,粒子也會損失能量。碰撞引起的損失取決於入射靶原子的質量。在碰撞之前和之後的發射能量比值被稱為運動因子。

從樣品給出元素中發生的背向散射事件數量取決於兩個因素:元素的濃度及其原子核的有效尺寸。材料會造成碰撞的可能性被稱為其散射截面。