平晶谱仪谱线波长的直接标定

　　1　引　言

　　晶体谱仪是测量X射线谱的主要仪器,其中平晶谱仪由于其结构简单,使用方便,被广泛地用来获取激光等离子体光源所发射的X射线谱,在激光核聚变、X射线激光的光谱学研究中发挥着重要的作用[1,2]。晶体谱仪在使用前必须经过波长标定,即确定谱线波长与谱线在谱片上的位置之间的函数关系。谱线波长的精确标定有助于谱线的正确辨认和归类,它是X射线光谱学分析的前提。

　　目前,平晶谱仪谱线波长标定最常用的方法是参考谱线法[3]。这种方法要求光谱中至少含有三条波长已知且可以明确辨析的谱线,以此作为参考来确定谱片中其他位置谱线的波长。参考谱线法在实际应用中存在着一些局限和不足。首先,为了能在发射的光谱中出现参考谱线,通常的做法是在待测光源中掺入一些能发射特征谱线的杂质,如Al,Mg和Si等,这些低原子序数元素的类氢和类氦谱线结构简单,容易分辨而且其波长已经作过精确的测定,非常适合作参考谱线。但是,在光源中掺入的杂质可能会影响光源的辐射性质,使实际测量得到的结果出现偏差。其次,对于激光等离子体光源来说,斯塔克效应、多普勒频移和等离子体极化,会造成光源所发射的参考谱线的移动或非对称加宽,从而使得在用参考谱线法标定其他位置谱线的波长时产生误差,影响波长的测量精度。另外,在实验中往往会遇到在待分析的光谱中无法包含已知波长的谱线的情况,在这种情况下,参考谱线法已无能为力。

　　本文根据激光等离子体X射线发射谱中一般包含有连续谱的特点,提出一种简便的新方法———辅助光阑法,用以直接对X射线平晶谱仪中谱线的波长进行精确标定。这种方法只需在谱仪的晶体表面加上一个特制的辅助光阑,即可在不知光源位置和没有任何参考谱线的情况下独立地进行谱线波长的标定。

　　2　辅助光阑法

　　平晶谱仪的工作原理是基于晶体对X射线衍射的布拉格公式

　　其中d为晶体的晶面间距,θ为晶面衍射角,n为衍射级次。对于波长为λ的X射线,从光源发出后,经晶体表面以唯一确定的角度θ衍射后被谱片接收,在谱片上形成一条谱线,如图1所示。

　　由于激光等离子体的线度很小,其直径一般为几十到几百微米,因此可看作点光源,在图中用S表示。CX为晶体平面,FY为谱片平面。以CX为x轴,以FY为y轴,两轴的夹角为α,交点为O。S′为S点在晶体平面的虚像点,SS′与x轴交点为N,设SN=S′N=h。过S′点作y轴的垂线,垂足为K,S′K=f。过S′点作x轴的平行线,与y轴交点为T。x为X射线与晶体表面的交点在x轴的坐标,y为所形成的谱线在y轴的坐标。由图1中的几何解析关系可以得到平晶谱仪的基本方程