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波長(cháng)色散型X射線(xiàn)熒光光譜儀的X光管

更新時(shí)間:2024-04-08  |  點(diǎn)擊率:481

X光管是波長(cháng)色散型X射線(xiàn)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(yáng)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(chǎng)作用下打到陽(yáng)極靶材上,激發(fā)出初級X射線(xiàn)。在這個(gè)過(guò)程中,電子動(dòng)能99%轉化成熱能,所以需要不斷對光管進(jìn)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(jiàn)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(fā)效果不同,功率越大,激發(fā)效果越好,特別是對輕元素的激發(fā)。

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圖2 X射線(xiàn)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(jìn)行激發(fā),其設置最佳激發(fā)電壓應高于元素臨界激發(fā)電位的4~10倍。


電流的作用為提高元素的熒光產(chǎn)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(fā)條件;對于輕元素需要低電壓和大電流的激發(fā)條件。

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圖3 X射線(xiàn)熒光強度與電壓電流的關(guān)系


Be(鈹)窗膜的厚度很大程度上影響初級X射線(xiàn)的強度,Be(鈹)窗膜越厚,對初級X射線(xiàn)吸收作用越強。X射線(xiàn)光管的Be窗膜不斷向超薄發(fā)展,其目的是為了在相同功率下獲得更大的激發(fā)強度 (節能環(huán)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(fā)效果越好,特別針對輕元素和超輕元素,其激發(fā)效果有1.5倍左右的提升。


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

Rh靶的弊端在于會(huì )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(xiàn)的干擾才能進(jìn)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(guò)。


對于WD-XRF的X光管,上述的結構很大程度影響產(chǎn)生的初級X射線(xiàn)強度,以及對被測樣品的激發(fā)效果。X光管另外的核心要求就是其X射線(xiàn)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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超級銳管(SST)是一種高功率金屬陶瓷端窗管,為Malvern Panalytical的GAO端XRF光譜儀系列Axios、MigixFAST、PW8930及其前身、MigixPro、MigIX、PW2404、PW2400、PW2606、PW2600和PW2600設計和優(yōu)化。

高強度和輕元素性能              

SST具有高的總強度和優(yōu)良的光元件性能,原因在于:              

用尖管鼻進(jìn)行近距離光學(xué)耦合              

高管功率(1~4kW版本)              

高發(fā)射電流(高達125Ma)              

鈹窗(75μm)各種陽(yáng)極類(lèi)型可供選擇              

長(cháng)管壽命和高穩定性              

SST管的設計是基于陶瓷技術(shù)和已證明的陰極技術(shù)。

這保證了X射線(xiàn)輸出的高短期穩定性和長(cháng)管壽命。



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