Als Nukleare Reaktionsanalyse ( Nuclear Reaction Analysis oder Kernreaktionsanalyse) wird eine Klasse von Methoden in der Physik und Materialwissenschaft bezeichnet. Sie dient der Untersuchung von Materialzusammensetzungen.
Verfahren
Bei der NRA wird die Probe mit einem Ionenstrahl beschossen. Typische Strahlenergien bewegen sich dabei im Bereich von 100keV bis zu mehreren 10MeV. Zur Materialanalyse werden Kernreaktionen genutzt, die durch Wechselwirkung des Teilchenstrahls mit den Probenatomen entstehen.
Zur Analyse werden entstehende Alpha - und Gammastrahlung genutzt. Entsprechend der Reaktion hat die Strahlung jeweils auch eine bestimmte scharf definierte Energie. Somit ist es möglich die Konzentrationen einzelner Isotope der Oberflächenschicht einer Probe zu messen. Die Ausbeute dabei außer von der Isotopenkonzentration unter anderem vom Wirkungsquerschnitt abhängig. Der genutzte Ionenstrahl muss daher passend zum zu detektierenden Isotop gewählt werden. Generell gilt außerdem, dass höhere Strahlenergien den Wirkungsquerschnitt erhöhen und damit bei gleichem Strahlstrom zu einer höheren Signalausbeute führen. Andererseits treten mit höherer Strahlenergie aber auch unerwünschte Nebenreaktionen auf die sich störend auf die Messung auswirken können.
NRA eignet sich zur Untersuchung der Oberfläche von Proben. Die analysierbare Tiefe steigt dabei mit der Strahlenergie und sinkt mit der Ordnungszahl der Ionen. Außerdem hängt sie im begrenzten Rahmen von der Probenzusammensetzung ab. In der Regel bewegt sie sich im μm Bereich. Da mit einer bestimmten Strahlenergie und einer bestimmten Ionensorte in der Regel nur ein Element oder zumindest eine begrenzte Anzahl von Elementen detektiert werden kann sind in der Regel zusätzliche Analysen mit anderen Verfahren notwendig um die Probe vollständig zu charakterisieren.
Das Verfahren eignet durch seine Isotopenselektivität besonders zum Nachweis von Spurenelementen, aber auch zur Analyse von Prozessen mittels bestimmter Tracerisotope. Außerdem wird es vor allem für den Nachweis leichter Elemente genutzt.
Resonante NRA
Einen Spezialfall stellt die resonante NRA (engl. Nuclear Resonant Reaction Analysis, auch als Nukleare Resonanz Reaktionsanalyse bezeichnet) dar. Bei dieser Methode benutzt man Kernresonanzen die zu stark gesteigerten Wirkungsquerschnitten einer Reaktion in einem engen Energieintervall führen. Entsprechend dominiert im Bereich oberhalb der Resonanzenergie die Resonanz die Signalausbeute. Da es in der Probe zu einem sukzessiven Energieverlust des Ionenstrahls kommt, nimmt der Strahl auch nur in einer bestimmten Schicht der Probe die Resonanzenergie an. Benutzt man gerade die Resonanzenergie misst man entsprechend die Oberflächenkonzentration des Isotops, erhöht man die Strahlenergie, muss der Strahl zunächst Energie verlieren bevor die Resonanzenergie erreicht ist. Es werden also immer tiefere Schichten der Probe analysiert. Entsprechend erhält man ein tiefenaufgelöstes Bild der Isotopenkonzentration.
Siehe auch
Weblinks
- Prinzip der Kernreaktionsanalyse (NRA) (PDF-Datei; 5,02 MB)
- Untersuchungen zur Hochrateabscheidung harter DLC-Schichten (PDF-Datei; 2,86 MB)
