适用于轻便型X荧光仪的微型低功率X光管激发源

1　引言

野外X荧光测量是一种重要的放射性地球物理方法和元素测定技术。近十年来,随着核探测器、微电子学和微机技术的迅速发展,轻便型X荧光仪在探测器、测量电路和微机化等方面有明显进步[1～6],国内外普遍采用了正比计数管,一些仪器使用了低温半导体探测器甚至HgI2常温半导体探测器[2,5],与多道分析器相配合,使仪器的元素分辨能力得以显著提高;微机化使仪器具有较强的数据采集、存储和处理功能。仪器的进步,使野外X荧光测量技术水平获得相应提高:一次可测定1～6种元素,最低检出限降至几十μg/g,可完成主要的基体效应校正,现场给出元素含量,可应用于几十至几百μg/g水平元素定量或半定量测定。

30多年来,轻便型X荧光仪的激发源一直沿用放射源。这种激发源体积小,不耗电,对于X射线荧光仪的小型化、轻便化,实现野外现场X荧光测量,起到了重要作用。但随着科学技术的进步,它的缺陷也日益明显地暴露出来,主要是:

(1)射线活度低,能量不可调,因而激发效率低,根本上制约了检出限,使其限制在几十μg/g以上。同时,一种源只适合于少数几种元素的测定,不利于多元素同时测定。

(2)不便携带和运输。废源的处理也十分棘手。

因此,在探测器、测量电路和微机化已取得显著进步的情况下,放射性核素激发源已经成为制约野外X荧光测量仪器和技术进步的主要因素。针对这个问题,我们提出了在轻便型X荧光仪中采用微型低功率X光管激发源的技术方案,并克服了诸多技术难点使其得以实现。研究表明,微型低功率X光管激发源是轻便型X荧光仪适用和理想的激发源。

2　技术方案

微型低功率X光管激发源由微型X光管和高压电源两部分构成。

2.1　微型X光管

国内尚无适用的X光管。经充分调研和比较,本工作采用了带控制栅极旁热式侧窗X光管方案。它使用和调节方便、灵活,工艺上也较易实现。结构如图1所示。

 (1)靶:主要选用W或Mo制成。W靶有很高的熔点(3410℃),能承受强烈的电子轰击而靶物质溅射较轻。它的K系激发电位高(69.5kV),故通常不会被激发出K系特征X射线。它的轫致辐射射线适用于激发中等原子序数元素的K系谱线,L系特征X射线(能量为8.3～11.3keV)适合于激发Ge(Z= 32 )以前元素的K系谱线和Ir(Z= 77)以前元素的L系谱线。

Mo靶的K系特征X射线(Kα和Kβ能量分别为17.4和19.6keV)很适合激发中等和较低原子序数的元素,而这些元素对于地球化学研究和地质找矿具有十分重要的指导意义。

(2)管体:玻璃管体,密封式结构,管窗厚度0.5mm,管内真空度13.3μPa。

(3)栅极:调节其相对阴极的负电位,控制轰击靶电子束流大小,从而调节X射线强度。