便携式能量色散X荧光分析仪的研制

　　1　引　　言

　　本文介绍的能量色散X荧光分析仪,采用了电子技术、计算机技术等学科发展的最新成果;采用管激发X射线源作为激发源,研制了小型低功率X光管和 相应的高压电路,X光管的照射量率比放射性核素源高了一个数量级,克服了放射性核素源源能量单一、不可调节的不足之处,改善了仪器的分析检出限;研制了基 于89C52单片机的多道幅度分析器,能自适应信号脉宽的变化,提高仪器能量分辨率;采用电制冷方式的Si-PIN半导体探测器,室温下在 5.9keV(55Fe源)能量处的FWHM约为180～190eV,接近室内仪器水平;笔记本微机作为仪器的控制核心,WINDOWS软件界面,使用方 便,实现了便携式能量色散X荧光分析仪[1]。

　　2　仪器硬件构成

　　分析仪主要由高、低压电源、管激发X射线源、半导体探测器、前置放大器、主放大器、多道幅度分析器及笔记本微机系统组成,如图1所示。

　　其工作机理是:X光管的阴极被灯丝加热发射电子,电子在阳极和栅极之间的高压电场中被加速,高速轰击X射线管的阳极靶,产生X射线。该射线通过 X光管的照射窗,撞击被分析对象,激发其成份产生各自特征X射线;半导体探测器对这些射线进行探测并进行光—电转换,依据射线的能量,转换成不同幅度的模 拟信号,信号的峰值幅度就代表了特征X射线的能量;信号通过前置、主放大器放大后,由多道幅度分析器进行A/D转换、编码,由X荧光分析软件对编码结果进 行处理,绘制样品对象的X射线谱,并得出样品中的物质成份及其含量。

　　2.1　管激发X射线源

　　管激发X射线由X光管和高压电源组成。管体大小为:Φ25×80mm,阳极(靶)采用钼元素为材料,高压电源的输出电压为0～±30kV、输出电流为0～500μA,适合激发中等或较低原子序数的元素。

　　2.1.1　X光管　X射线管如图2所示,其工作原理是:阴极被灯丝加热至一定温度时,发射电子,电子在阳极和阴极之间的高压电场中被加速,轰击阳极(靶),产生轫致辐射X射线和靶元素的特征X射线,该射线透过防溅射筒出射窗和管体出射窗射出,激发其他试样。

　　X光管特点是:(1)管体和管窗均为玻璃。其中,管窗厚度为0.5mm。管体为密封式结构,保持10-7Torr的真空度,可避免由于管内气体 电离而降低绝缘度,影响X射线的稳定;(2)管体采用自然冷却方式,无须额外的冷却装置;(3)防溅射筒可以防止靶物质溅射到管壁上,以延长X射线管的使 用寿命;(4)X射线的强弱可以通过调整控制栅极的电位进行调节。

　　2.2.2　高压电源　高压电源是管激发X射线源的一个重要组成部分,其输出电压、电流等直接影响X射线的照射量率和稳定性。在实际应用中,采用专用开关电源集成控制器TL494作为电路的控制核心,结构如图3所示: