一种适合于教学的X射线荧光钙铁分析仪

    目前，荧光分析技术作为核分析技术中一个重要的分支，在考古、医学、公安、海关、铁路以及其它工业部门有着广泛的应用^[1]，它具有快速、准确、不破坏样品等优点。在国内外，X 射线荧光钙铁分析仪是水泥工业上使用成熟的一种测量钙铁含量的仪器^[2－4]。为了加强核工程与核技术专业的学生在核技术应用方面的实际动手能力，更好地激发学生的学习兴趣，有必要做这类典型的核技术应用方面的实验，但由于一般的工业产品不太适合于让学生做实验，没有让学生通过实验测量掌握基本原理和理解仪器各部分功能的测量点，只有操作按钮。本文介绍一种适合于教学用的 X 射线荧光钙铁分析仪，它是基于上海二六三厂生产的 TF-3902 X 射线荧光钙铁分析仪改造的。学生通过做这个实验，可以了解荧光分析的基本原理，熟悉核仪器的结构和组成特点，掌握核仪器的设计方案。

    1 原理

    1.1 特征 X 射线产生的机制

    任何入射的带电粒子或电磁辐射与靶原子作用时，原子的内壳层电子有一定的几率被击出，产生电子空穴。随后，原子中较外层的电子向内层跃迁，去填补这电子空穴，又被更外层的电子所填充。电子跃迁时有一定的几率通过发射特征 X 射线的途径释放出跃迁能量。所以特征 X 射线的能量为两电子壳层的能量差。

式中，R 为里德伯常数；h 为普朗克常数；c 为光速；Z 为原子的原子序数；n₁和 n₂为主量子数，代表电子所处的主壳层；σ 为屏蔽常数，它随 Z、n 和轨道角量子数 l 的增大而增大。

    在外来粒子的激发下，某元素的原子产生一个K 壳层（n=1）电子空穴。接着 L 壳层（n=2）或 M壳层（n=3）的电子向K 壳层跃迁，发射该元素的特征 X 射线。L 壳层出现电子空穴时，M 壳层或 N 壳层（n=4）的电子跃迁到 L 壳层，发射 L 射线。依次类推有 MX 射线（如图 1 所示）。电子从一个能态跃迁到另一个能态，应遵循一定的选择规则，在 X 射线的能量范围内，选择规则则为主量子数的Δn≠0，轨道角量子数的 Δl=±1, 总角量子数的Δ J=±1 或者 0。

    1.2 测量原理

    X 射线荧光钙铁分析仪选用²³⁸Pu 同位素源作为激发源。当物质受²³⁸Pu 同位素的 U_lα、U_lβ和 Ulγ_X射线激发时，一部分 X 射线将被吸收，被吸收的 X射线中又有一部分能够使物质激发出特征 X 射线，在一个多元素的样品中，某一元素的荧光 X 射线强度与其含量之间存在着如下关系：

式中，N_计数为以单位时间内计数表示的某元素的荧光 X 射线强度，W 为某元素的百分含量，A 为常数，W_i为样品中任一 i 元素的百分含量，μ_i为样品中相应的 i 元素的质量吸收系数。从（2）式中可以看出，样品中某一元素的含量值和其对应的某一特征荧光X 射线的强度成正比关系。假定待测样品的基体组成是稳定的，这种比例关系可用一元线性方程式描述：