透射式特征X射线测厚仪研制

随着对测量厚度要求的不断提高，测量厚度的技术水平也在不断发展。射线测厚是比较常用的一种方法，射线测厚又包括 X 射线测厚和同位素测厚。其中，同位素测厚仪主要有 γ测厚仪，β 测厚仪。β 测厚仪测量范围较小，且由于 β 射线的能量是连续的，测量精度不高，线性不好; 在不同的厚度范围要采用不同的补偿方法，操作比较复杂。γ 射线能量较大，不适合用于较薄物质的测量［1］。根据特征 X 射线能量较低，能量单一的特点，进行了特征 X 测量薄物质的实验研究; 通过实验研究发现特征X 射线适合于测量原子序数较小、厚度较薄的物质。为了解决实验研究中操作复杂，测量厚度不能自动显示的不足，对测厚仪原理样机进行了研制。

1 透射式特征 X 射线测厚原理

当一束准直的特征 X 射线与物质相互作用时，由于特征 X 射线能量较小，主要发生光电效应，康普顿散射。特征 X 射线将衰减，射线衰减遵循指数衰减规律:

式中 I0为特征 X 射线初始强度，I 为射线经物质衰减后的强度，μm为物质质量吸收系数，dm为被测物质的质量厚度［2 －3］。将( 1) 式变形得:

实际测量时，先测得特征 X 射线的初始强度 I0，再测得经被测物质衰减后的射线强度 I;将 I0和 I 带入( 2) 式即可求出物质的质量厚度。

2 测厚仪原理样机构成

测厚仪原理样机由特征 X 射线发生装置，X 射线探测器，数据处理器，计算机构成。样机示意图如图 1。

2. 1 特征 X 射线发生装置

特征 X 射线发生装置主要包括支架、靶物质、放射源、准直器、防护装置等几个部分。特征 X 射线产生方法是利用源激发，激发源为238Pu，半衰期为 87． 74 y; 靶物质为铜 ( 铁) 。238Pu衰变放出的 γ 射线轰击靶物质，射线与靶物质发生光电效应，靶物质原子被激发，退激时放出特征 X 射线。靶物质为铜时，产生的特征X 射线能量为 8． 03 keV; 靶物质为铁时，产生的特征 X 射线能量为 6． 39 keV［4］。

准直器用来对产生的特征 X 射线进行准直，使射线变成窄束，大幅度地减少散射线的干扰，提高测量的精确度。为了减少射线对人体的损害和对环境的污染，必须有防护装置防止238Pu 衰变产生的 γ 射线和特征 X 射线的泄漏，该测厚装置采用小型铅罐对射线进行屏蔽。支架用来承载放射源、靶物质、准直器、探测器。利用支架可以使各个零散的部件成为一个整体，减小了射线发生装置部分的体积，提高了仪器移动的灵活度。

2. 2 X 射线探测器

X 射线探测器主要包括有正比计数管、前置放大器两个部分。工作时将探测器的高压调整到 1 600 V 左右，正比计数管形成幅度大约为 50 mV 的电压脉冲信号。由于正比计数器形成的信号幅度较小，不利于信号的传输，因此在正比计数管后面加上一个前置放大器。前置放大器将正比计数器输出的信号进行放大，以适合后续电路处理。前置放大器紧靠着探测器，组装在一个结构中，其输出再经过高频电缆与主放大器相连。