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X射線激發源

X射線激發源有同步輻射、質子、正電子、同位素、X射線管等。對X射線熒光光譜,我們主要用的X射線激發源是X射線管。

X射線管

X射線管(X-ray tube)產生X射線的方法是加熱陰極(例如燈絲),使電子從熱陰極材料發出,并通過施加的高壓向陽極加速,用加速后的電子撞擊陽極材料(金屬靶),撞擊過程中,電子突然減速,其損失的動能(其中的1-2%)會以光子形式放出,形成X射線光譜的連續部分,稱之為韌制輻射。通過加大加速電壓,電子攜帶的能量增大,則有可能將金屬靶原子的內層電子撞出。于是內層形成空穴,外層電子躍遷回內層填補空穴,同時放出波長在0.1納米左右的光子。由于外層電子躍遷放出的能量是量子化的,所以放出的光子的波長也集中在某些部分,形成了X射線光譜中的特征線,此稱為特征輻射。

不同靶的連續譜圖

X射線管中,為了防止與氣體分子發生碰撞,必須將電子束的區域抽真空。因此在外殼內有一個真空。X射線在特定點從外殼中逸出,這特定點就是特別透明的薄鈹窗。

X射線管的電壓決定哪些元素可以被激發,X射線管的功率決定檢測極限的高低,X射線管的陽極的選擇決定最佳激發元素。

X射線管有側窗管和端窗管二種類型。

側窗管

所謂側窗管(Side window X-ray Tube)就是其X射線的出射窗在管子的側面。其原理圖如下:

端窗管

所謂端窗管(Endwindow X-ray Tube)就是其X射線的出射窗在管子的端面。其原理圖如下:

X射線探測器

正比計數器PC

正比計數器(Proportional Counter)是指工作電壓在正比區的充氣計數器。當工作電壓超過飽和區工作電壓時,核輻射在電離室中初級電離產生的離子,在強電場作用下加速運動的過程中多次與氣體分子碰撞而產生次級電離。

這種探測器的結構大多采用圓柱形,中心是陽極細絲,圓柱筒外殼是陰極,筒內充滿0.52個大氣壓的隋性氣體,并加有5%10%左右的淬滅氣體(一般為CH4、乙醇或Cl2)。圓筒的側壁或一端設有入射X射線的“窗”,所用窗口材料通常為鈹或聚合物。入射粒子與筒內氣體原子碰撞使原子電離,產生電子和正離子。在電場作用下,電子向中心陽極絲運動,正離子以比電子慢得多的速度向陰極漂移。電子在陽極絲附近受強電場作用加速獲得能量可使原子再電離。從陽極絲引出的輸出脈沖幅度較大,且與初始電離成正比。

正比計數器分為封閉正比計數器SPCSealed Proportional Counter)和流氣正比計數器FPCFlow Proportional Counter)二種。其能量分辨率為500-1000+ eV,計數率為:對EDX: 10,000-40,000 cps,對WDX: 1,000,000+。一般用于波長色散X熒光光譜儀中探測中低能X射線,有時也用于低分辨率的能量色散X熒光光譜儀中。




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