Techniklexikon

Protonen-induzierte Gammaspektroskopie

Oberflächen- und Grenzflächenphysik, Particle Induced Gamma Emission, PIGE, kernphysikalisches Analyseverfahren, das analog und komplementär zur Protonen-induzierten Röntgenspektroskopie (PIXE) funktioniert. Von Ionenbeschleunigern erzeugte hochenergetische Ionen (vorzugsweise Protonen) können im Festkörper inelastische Kernreaktionen mit Targetatomen hervorrufen, bei denen prompte g-Quanten ausgesandt und mittels spezieller Detektoren (NaI, BGO oder Ge(Li)) nachgewiesen werden. Die elementspezifischen g-Quanten haben typischerweise Energien zwischen 100 keV und mehreren MeV und dienen sowohl zur Elementidentifikation als auch zur quantitativen Bestimmung der Elementkonzentration, da die Anzahl der g-Quanten eine Funktion der Konzentration eines Elements ist. In kernphysikalischen Experimenten wird PIGE häufig zum simultanen Nachweis von Li, Be, B, F, Na, Mg und Al in Proben eingesetzt. Auf Grund der hohen Nachweisfähigkeit (typische Nachweisgrenze 100 ppm) von leichten Elementen ist PIGE daher eine ideale Ergänzung zu PIXE. In Analogie zu PIXE, RBS (Rutherford Backscattering Spectroscopy) usw. werden nur geringe Mengen an Probenmaterial benötigt, und diese werden ohne spezielle Vorbehandlung zerstörungsfrei in kurzen Zeiten analysiert. Häufig werden auch resonante Kernreaktionen verwendet, um Tiefenverteilungen von Elementen zu messen. Beispiele sind ¹H- und ¹⁵N-Tiefenprofilierung, bei denen Tiefenauflösungen von wenigen Nanometern erreicht werden. Die Abbildung zeigt ein typisches PIGE-Spektrum des geologischen Standards USGS-G2, der beispielsweise zur Konzentrationsbestimmung von F und Na in geologischen Gesteinsproben verwendet wird.

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Protonen-induzierte Gammaspektroskopie: Typisches PIGE-Spektrum des geologischen Standards USGS-G2.