Análisis del alcance en profundidad de un haz de rayos X en metales. Medidas experimentales con XRFA y simulación con el método de Monte Carlo

Abstract

[ES] En la actualidad, existe una gran diversidad de aplicaciones industriales de los rayos X. En muchas de estas prácticas, no es infrecuente encontrarse con casos en los que el objeto que se pretende analizar presenta un recubrimiento metálico, ya sea como protección frente a la oxidación o con una función estética. Es en estos casos cuando se pone de manifiesto una de las debilidades de la utilización de rayos X: el reducido alcance que presentan en los medios densos como los metálicos. La presencia de estos recubrimientos metálicos puede distorsionar la medida que se pretende realizar cuando el blanco de interés es el sustrato, o directamente la imposibilitan. Sin embargo, esta problemática se torna más acuciante cuando la técnica requiere la detección de la fluorescencia generada por el haz, ya que la energía disponible de los fotones generados es incluso menor y pueden no ser capaces de atravesar el recubrimiento. El presente proyecto propone el estudio del alcance en profundidad que presenta un haz de rayos X en sistemas que presentan recubrimientos metálicos o, en general, una combinación de metales superpuestos, de forma que se puedan establecer límites de detección de la fluorescencia generada. Para ello, se realizarán modelos mediante códigos que emplean el Método de Monte Carlo para poder obtener una solución teórica y para contar una mayor capacidad de análisis. Los resultados obtenidos serán posteriormente validados mediante la realización de medidas de Fluorescencia de Rayos X sobre muestras con recubrimientos de espesor controlado obtenidas mediante electrodeposición. Los recubrimientos metálicos pueden generar alteraciones en los picos de fluorescencia de rayos X, de modo que oculten los picos asociados al sustrato. Estas alteraciones también pueden dificultar el conocimiento de la proporción en que el sustrato contiene el metal de recubrimiento. Los resultados que genere este proyecto podrán emplearse para el desarrollo posterior de correcciones que eliminen estos efectos en las medidas de fluorescencia de rayos X, de forma que se reduzca el error asociado a los resultados obtenidos mediante Análisis de Fluorescencia de Rayos X. Esto es de elevada importancia en los distintos ámbitos que emplean esta técnica de análisis: arqueometría, restauración de bienes culturales, control de calidad de productos industriales, etc.

[EN] Nowadays, there is a great variety of industrial applications of X-rays. In many of this practices, it is not unusual to find cases in which the object to be irradiated may present a metallic covering or that the covering may contain this kind of materials, whether to be used as a protection against oxidation or to embellish the object it covers. In these cases, one of greatest weakness X-rays appears: its poor extent through dense media like metals. The presence of these metallic coatings can distort the measure to be carried out when the target of interest is the substrate, or directly make it impossible. However, this problem becomes more pressing when the technique requires detection of the fluorescence generated by the beam, since the available energy of the generated photons is even less, and they may not be able to pass through the coating. The present project proposes the study of the depth range presented by an X-ray beam in systems that have metallic coatings or, in general, a combination of overlapping metals, so that detection limits of the generated fluorescence can be established. To do this, models will be made using codes based on the Monte Carlo Method to obtain a theoretical solution and to have a greater capacity for analysis. Results obtained will be subsequently validated by performing X-ray fluorescence measurements on samples with controlled thickness coatings obtained by electrodeposition. Metal coatings can cause disturbances in X-ray fluorescence peaks, so as to hide the peaks associated with the substrate. These alterations can also make it difficult to know the proportion in which the substrate contains the coating metal. The results generated by this project can be used for the subsequent development of corrections that eliminate these effects in X-ray fluorescence measurements, so that the error associated with the results obtained by X-ray Fluorescence Analysis is reduced. This has a high importance in the different areas that use this analysis technique: archeometry, restoration of cultural assets, quality control of industrial products, etc.