Viabilidade do Código MCNPX para o Estudo da Técnica de Fluorescência de Raios-X por Reflexão Total

Abstract

The X-ray fluorescence analysis (XRF) is an important technique for the qualitative and quantitative determination of chemical components in a sample. It is based on measurement of the intensity of the emitted characteristic radiation by the elements of the sample, after being properly excited. One of the modalities of this technique is the total reflection x-ray fluorescence (TXRF). In TXRF, the angle of refraction of the incident beam tends to zero and the refracted beam is tangent to the sample-support interface. Thus, there is a minimum angle of incidence that there is no refracted beam and all the incident radiation undergoes total reflection. As it is implemented in very small samples, in a film format, self-absorption effects should not very relevant. In this study, we evaluated the feasibility of using code MCNPX (Monte Carlo N - Particle eXtended), to simulate a measure implemented by the TXRF technique. In this way, it was verified the quality of response of a system by TXRF spectroscopy using synchrotron radiation as excitation beam for a simple setup, by retrieving the characteristic energies and the concentrations of the elements in the sample. The steps of data processing, after obtaining the excitation spectra, were the same as in a real experiment and included the obtaining of the sensitivity curve for the simulated system. The agreement between the theoretical and simulated values of Ka characteristic energies for different elements was lower than 1 % .The obtained concentration of the elements of the sample had high relatively errors ( between 6 and 60 % ) due mainly to lack of knowing about some realistic physical parameters of the sample , such as density . In this way, this result does not preclude the use of MCNPX code for this type of application

A análise por fluorescência de raios-X (FRX) é uma importante técnica para a determinação qualitativa e quantitativa de componentes químicos numa amostra. Ela se fundamenta na medição da intensidade de radiação característica emitida pelos elementos da amostra, depois de serem adequadamente excitados. Uma das modalidades desta técnica é a Fluorescência de raios-X por reflexão total (TXRF). Na reflexão total de raios-X, o ângulo de refração do feixe incidente tende para zero e o feixe é refratado é tangente à interface de suporte da amostra. Assim, existe um ângulo de incidência mínima a que não existe feixe refratado e toda a radiação incidente sofre reflexão total. Como esta técnica é implementada em amostras muito pequenas, na forma de filme fino, efeitos como autoabsorção devem ser pouco relevantes. Neste estudo, analisou-se a viabilidade de utilização do código MCNPX (Monte Carlo N-Particle eXtended), para simular uma medida implementada pela técnica de TXRF. Foi verificada a qualidade de resposta de um sistema de espectroscopia por TXRF utilizando radiação síncrotron mediante o código MCNPX para uma configuração simples, mediante a recuperação das energias características e das concentrações dos elementos de uma amostra. Os passos de processamento dos dados, depois de obtidos os espectros de excitação, foram os mesmos de um experimento real e incluíram a obtenção da curva de sensibilidade do sistema simulado. Foi obtida uma concordância menor que 1% entre os valores simulados e teóricos de energias Kα características para os diferentes elementos da amostra. A recuperação da concentração dos elementos da amostra teve erros relativamente altos (entre 6 e 60%) devidos a falta de conhecimento em relação a parâmetros físicos da amostra realísticos, como a densidade. Neste sentido, isso não inviabiliza o emprego do código MCNPX para este tipo de aplicação