Evaluation of Monte Carlo simulation technique in XRF quantitative analysis of metal alloy standards
Creators: name: Παπαδοπούλου, Δήμητρα Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Φθορισιμετρία Ακτίνων Χ
Προσομοίωση φασμάτων
Κατανομή φάσματος λυχνίας
XRF
XMI-MSIM simulations
X-ray tube distribution

description: Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο Monte Carlo του ανοιχτού προγράμματος XMI-MSIM για τη συστηματική προσομοίωση των φασμάτων XRF που λαμβάνονται από την ανάλυση πιστοποιημένων χρυσών, αργυρών και χάλκινων κραμάτων, των οποίων η σύνθεση μοιάζει με εκείνα των πιο κοινών αρχαιολογικών κραμάτων. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας φορητό φασματόμετρο XRF με ανόδου Rh, σωλήνα ακτίνων Χ πλευρικού παραθύρου (50 Watt) και ανιχνευτή Si-PIN. Για τη βελτιστοποίηση της χρήσης του εργαλείου XMI-MSIM, ελήφθησαν τα φάσματα από ένα πιστοποιημένο υλικό (PTFE) και σε σύγκριση με τα προσομοιωμένα, και έτσι βελτιστοποιήθηκε η περιγραφή του φάσματος εκπομπής της λυχνίας. Οι παράμετροι λειτουργίας του φασματόμετρου ελέγχθηκαν πειραματικά: ρυθμίσεις υψηλής τάσης, γραμμικότητα του ρεύματος του σωλήνα, το πάχος των φίλτρων και το πάχος του ανιχνευτή. Τρία σύνολα κραμάτων χρυσού(4), χαλκού(4) και αργύρου(4) μετρήθηκαν και πραγματοποιήθηκαν αντίστοιχες προσομοιώσεις χρησιμοποιώντας τις αντίστοιχες ονομαστικές συγκεντρώσεις τους και έγινε σύγκριση στην % διαφορά μεταξύ των πειραματικών και προσομοιωμένων εντάσεων των ανιχνευόμενων χαρακτηριστικών γραμμών ακτίνων Χ, οι οποίες εξήχθησαν μέσω του PyMca Toolkit. Προκειμένου να προσομοιωθούν τυπικές περιπτώσεις διαβρωμένων μεταλλικών κραμάτων, χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο batching του προγράμματος XMI-MSIM, το οποίο επιτρέπει την εφαρμογή μιας επαναληπτικής διαδικασίας προσομοίωσης Monte Carlo. Διάφορες περιπτώσεις εξετάστηκαν και αξιολογήθηκαν για να δείξουν πώς η ένταση των χαρακτηριστικών ακτίνων Χ αλλάζει παρουσία ειδικών προϊόντων διάβρωσης.
description: In the present work, the XMI-MSIM open source Monte Carlo tool, is employed for the systematic simulation of XRF spectra obtained from the analysis of certified gold, silver and copper alloys presenting compositional profiles that resemble the ones of the most common relevant archaeological alloys. The measurements were carried out using a portable XRF spectrometer equipped with an Rh anode, side window X-ray tube (50 Watt) and a Si-PIN detector. To optimize the use of the XMI-MSIM tool, scattered spectra from a certified material (PTFE) were measured and through comparison with the simulated ones, the description of the tube emission spectrum was optimized. The spectrometer’s operating parameters were validated: high voltage setting, tube current linearity, thickness of the filters and thickness of the detector. Three sets of reference gold (4), copper (4) and silver (4) alloys were measured and respective simulations were performed by employing their respective nominal elemental concentrations as input. Τhe % difference between experimental and simulated net peak area intensities of the detected characteristic X ray lines are presented, as they were extracted by means of the PyMca Toolkit. In order to simulate typical cases of corroded metallic alloys, the batching tool of XMI-MSIM program was used, which allows to apply a repeatable Monte Carlo simulation procedure. Various cases are examined and evaluated in order to show how the intensity of the characteristic x-rays’ changes in the presence of specific corrosion products.