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          華普科普欄目丨波長色散型X射線熒光光譜儀核心部件——X光管

          發表日期:2024/04/08 瀏覽次數:

          X光管是波長色散型X射線熒光光譜儀(WD-XRF)最核心的部件之一,影響光管性能的主要參數有功率、電壓、電流、鈹窗膜厚度、陽極靶材、陰極燈絲等,其性能很大程度影響了儀器的最終性能。


          在高壓下,電子從燈絲表面逸出,并在電場作用下打到陽極靶材上,激發出初級X射線。在這個過程中,電子動能99%轉化成熱能,所以需要不斷對光管進行冷卻。

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          圖1 X光管結構示意圖


          市面上WD-XRF的X光管有不同功率的型號。目前,大型的WD-XRF最常見的以3KW(或4KW)為主,也有1KW、2.4KW等小功率。

          其最主要的區別是對元素激發效果不同,功率越大,激發效果越好,特別是對輕元素的激發。

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          圖2 X射線熒光強度與功率


          X光管的電壓電流也是很重要的性能指標。電壓的作用一般是對元素進行激發,其設置最佳激發電壓應高于元素臨界激發電位的4~10倍。


          電流的作用為提高元素的熒光產額,受限于X光管的最大功率,對于重元素需要大電壓,低電流的激發條件;對于輕元素需要低電壓和大電流的激發條件。


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          圖3 X射線熒光強度與電壓電流的關系


          Be(鈹)窗膜的厚度很大程度上影響初級X射線的強度,Be(鈹)窗膜越厚,對初級X射線吸收作用越強。X射線光管的Be窗膜不斷向超薄發展,其目的是為了在相同功率下獲得更大的激發強度 (節能環保)。

          目前,市面上最薄的Be(鈹)窗膜的厚度在30μm。由圖2可知,在功率一定下,窗膜越薄,元素的激發效果越好,特別針對輕元素和超輕元素,其激發效果有1.5倍左右的提升。


          X光管的靶材常見的是Rh靶,其特征譜線Rh Kα和Rh Lα線,能對全元素段有很好的激發。

          Rh靶的弊端在于會對Rh附近元素(比如Ag、Cd等)的測試有干擾,需要儀器采用特殊的濾光片,消除靶材譜線的干擾才能進行測試。X光管也有其他靶材(比如Mo、W、Cr等)的配置,但是目前市面上很少應用于(WD-XRF),在此略過。


          對于WD-XRF的X光管,上述的結構很大程度影響產生的初級X射線強度,以及對被測樣品的激發效果。X光管另外的核心要求就是其X射線強度的穩定性,只有強度穩定,才能保證分析結果的穩定。


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