La emisión de rayos X inducida por partículas o emisión de rayos X inducida por protones ( PIXE ) es una técnica utilizada para determinar la composición elemental de un material o una muestra. Cuando un material se expone a un haz de iones , se producen interacciones atómicas que emiten radiación EM de longitudes de onda en la parte de rayos X del espectro electromagnético específico de un elemento. PIXE es una técnica de análisis elemental poderosa pero no destructiva que ahora utilizan de forma rutinaria geólogos, arqueólogos, conservadores de arte y otros para ayudar a responder preguntas sobre procedencia, datación y autenticidad .
La técnica fue propuesta por primera vez en 1970 por Sven Johansson de la Universidad de Lund , Suecia, y se desarrolló durante los años siguientes con sus colegas Roland Akselsson y Thomas B Johansson. [1]
Las extensiones recientes de PIXE que utilizan haces estrechamente enfocados (hasta 1 μm) brindan la capacidad adicional de análisis microscópico. Esta técnica, llamada microPIXE , se puede utilizar para determinar la distribución de elementos traza en una amplia gama de muestras. Una técnica relacionada, la emisión de rayos gamma inducida por partículas (PIGE) se puede utilizar para detectar algunos elementos ligeros.
La teoría cuántica establece que los electrones en órbita de un átomo deben ocupar niveles discretos de energía para ser estables. El bombardeo con iones de suficiente energía (generalmente protones MeV) producidos por un acelerador de iones provocará la ionización de la capa interna de los átomos en una muestra. Los electrones de la capa externa caen para reemplazar las vacantes de la capa interna, sin embargo, solo se permiten ciertas transiciones. Se emiten rayos X de una energía característica del elemento. Se utiliza un detector de dispersión de energía para registrar y medir estos rayos X.
Solo se pueden detectar elementos más pesados que el flúor. El límite inferior de detección de un haz PIXE viene dado por la capacidad de los rayos X de pasar a través de la ventana entre la cámara y el detector de rayos X. El límite superior está dado por la sección transversal de ionización, la probabilidad de ionización de la capa de electrones K , esto es máximo cuando la velocidad del protón coincide con la velocidad del electrón (10% de la velocidad de la luz ), por lo tanto haces de protones de 3 MeV son óptimos.
Los protones también pueden interactuar con el núcleo de los átomos en la muestra a través de colisiones elásticas, la retrodispersión de Rutherford , a menudo repeliendo el protón en ángulos cercanos a los 180 grados. La retrodispersión proporciona información sobre el espesor y la composición de la muestra. Las propiedades de la muestra a granel permiten la corrección de la pérdida de fotones de rayos X dentro de la muestra.