滤波-荧光法测量X光能谱的模拟计算

X光能谱测量方法当中,滤波-荧光法对环境条件要求相对较低,且具有可调参数多,对本底辐射有较强抑制能力等特点,但其测量信号是否能到达要求,与滤波片、荧光片厚度的选择匹配以及荧光片到探测器距离的设置有很大关系,对此本文在理论方面进行了计算和讨论,计算结果以三维着色曲面图表示,可以根据实际需要直观选择合适的厚度组合。

1　滤波-荧光法原理

滤波-荧光法工作原理如图1所示。入射X辐射的连续能谱经过滤片Z后,能量Ex>Ek,z(Z材料的K吸收边能量)的X辐射被Z滤片强烈吸收,透过滤片并且能量Ex

图1左上分别是滤波片和荧光片的透过率曲线,右上是入射黑体辐射谱,左下曲线表示黑体辐射经过滤波片之后的透射谱,右下是被荧光片最终吸收可以激发X荧光的滤波-荧光谱。适当选择组合滤波片、荧光片材料,可以实现X辐射能谱窄能带的测量。

2　本底来源及降低本底的措施

X射线测量的常见本底包括以下几种:

2·1　荧光本底

由图(1)可以看到,除了两种元素的K吸收边之间的能量激发荧光以外,在Z吸收边之后的一部分高能X光不能被滤波片吸收干净,它也会激发K层X荧光而进入探测器,这部分“高能尾巴”产生的荧光无法消除,只能通过调整滤波片、荧光片的厚度来减小它的影响。

2·2　直通辐射本底

除了上面的荧光本底以外,在混合场中,高能中子、γ辐射以及滤波片产生的X荧光会穿过荧光片而形成本底。由于荧光片产生的荧光X辐射各向同性分布,为消除这部分本底的影响可以把探测器放置在与入射X光夹角大于或者等于90°的方位上。

2·3　Compton电子本底

由于光电效应而产生的Compton电子也会形成本底,这部分本底可以通过在探测器之间加恒定磁场,使电子偏转而消除。

2·4　散射本底

散射中子、γ辐射来源于X光通道内的各种材料或者是荧光片本身,可以通过增加后滤片来减小它的影响。

2·5　电磁干扰

空间电磁场通常与其它干扰辐射场并存,在空间广泛分布,且持续时间更长,它会波及信号传输系统和信号记录系统。降低空间电磁干扰的措施主要是两方面,一是将探测系统、信号传输和记录系统全部放置在电导通全封闭电磁屏蔽系统中,二是在X光进入探测系统前设置低频截止波导。对于后者,取波导管长度与界面宽度的比值大于10就可有效阻止低频电磁干扰进入探测系统。

3　计算公式、条件和参数