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波长色散型X射线荧光光谱仪的X光管介绍

更新时间:2024-03-31      点击次数:245

X光管是波长色散型X射线荧光光谱仪(WD-XRF)核心的部件之一,其性能很大程度影响了整个仪器的最终性能。影响光管的性能的主要参数有功率,电压,电流,铍窗膜厚度,阳极靶材,阴极灯丝等。

1,为光管的结构示意图,在高压下,电子从灯丝表面逸出,在电场作用下,打到阳极靶材上,激发出初级X射线,在这个过程中,电子动能99%转化成热能,所以需要不断对光管进行冷却。

X光管结构示意图

市面上WD-XRFX光管有不同功率的型号。目前,大型的WD-XRF最常见的一般以3KW(或4KW)为主,也有1KW2.4KW等小功率。其最主要的区别是对元素激发效果不同,功率越大,激发效果越好,特别是对轻元素的激发。

2 X射线荧光强度与功率

X光管的电压电流也是很重要的性能指标。电压的作用一般是对元素进行激发,其设置最佳激发电压应高于元素临界激发电位的 4  10 倍。电流的作用为提高元素的荧光产额。受限于X光管的最大功率,对于重元素需要大电压,低电流的激发条件。对于轻元素需要低电压和大电流的激发条件。图3为元素荧光强度与电压电流的关系。

3 X射线荧光强度与电压电流之间的关系

Be(铍)窗膜的厚度很大程度上影响初级X射线的强度,Be(铍)窗膜越厚,对初级X射线吸收作用越强。X 线光管的Be窗膜不断向超薄发展。其目的是为了在相同功率下获得更大的激发强度 (节能环保)。目前,市面上最薄的Be(铍)窗膜的厚度在30μm。由图2可知,在功率一定下,窗膜越薄,元素的激发效果越好,特别针对轻元素和超轻元素,其激发效果有1.5倍左右的提升。

X光管的靶材常见的是Rh靶,其特征谱线Rh Kα和RhLα线,能对全元素段有很好的激发。Rh靶的弊端在于会对Rh附近元素(比如AgCd等)的测试会有干扰,需要仪器采用特殊的滤光片,消除靶材谱线的干扰,才能进行测试。X光管也有其他靶材(比如MoWCr等)的配置,但是目前市面上很少应用于(WD-XRF),在此略过。

对于WD-XRFX光管,上述的结构很大程度影响了,产生的初级X射线的强度,对被测样品的激发效果。X光管另外的核心的要求就是其X射线强度的稳定性,只有强度稳定,才能保证分析结果的稳定。