X 光管是用來產(chǎn)生X 射線的一種裝置，它已經(jīng)使用有一個 世紀(jì)了。近代X 射線管的性能和結(jié)構(gòu)都較初期有了極大的 發(fā)展和提高。雖然X 光管可以分成端窗和側(cè)窗二種，但是 近代X 光熒光光譜儀幾乎都只采用端窗一種類型，因為它 能接近試樣安放，有利于提高測定靈敏度。因此，這里只 討論端窗X 光管一種，而不

涉及側(cè)窗X 光管。

X光管體內(nèi)為高度 真空。X 光管的構(gòu)造較為復(fù)雜，管內(nèi)有陽極（靶），陰極， 燈絲，冷卻水管，X 射線出射窗（鈹窗）；尾部有高壓電 纜接頭，冷卻水接口和燈絲電纜；頭部為X 射線出射窗口。

工作時燈絲通電加熱，陰極受熱發(fā)射電子。因為陰極和陽 極間加有高電壓（最高可達(dá)70kV ），所以產(chǎn)生的電子就 被加速向陽極奔去，最后以高速撞擊陽極，陽極就發(fā)射初 級X 射線。在撞擊過程中，極大部分的電子動能轉(zhuǎn)化成熱 能，只有約不到1%的動能轉(zhuǎn)化成X 射線。因此，陽極靶的 溫度非常高，必須用冷卻水冷卻。 X 射線輻射中主要包括連續(xù)輻射和靶材的特征輻射（K 系， L 系等譜線），也可能有一些靶材雜質(zhì)元素的特征輻射。如Rh 靶X 光管的譜圖，它清楚地顯示了在一 個寬廣的連續(xù)譜上疊加了靶材的特征譜線。

1.    連續(xù)光譜

由于高速電子轟擊陽極靶是非選擇性的，因而就產(chǎn)生了很 寬的能量躍遷，從而形成了連續(xù)的X 射線發(fā)射，即連續(xù)光 譜又稱韌致輻射（Bremsstrahlung ）。換句話說，電子 的逐級減速就形成了連續(xù)的發(fā)射線，即連續(xù)譜。連續(xù)譜的 短波端有一個短波（長）限，它取決于使用的加速電壓而 和靶材無關(guān)。但是，連續(xù)譜的強度隨靶材原子序數(shù)的增加 而增加。

同一種靶材（Rh）使用了三個不同加速電壓所得到的三個連續(xù)譜圖。從圖中可以看到，連 續(xù)譜的強度隨加速電壓增加而增加，短波限隨加速電壓增加而向短波方向移動，這意味著能量的增加。 連續(xù)譜的整體強度與管壓平方V² ，管流IC 和靶材原子序數(shù)Z 成正比，即 I_int ≈ K I_C Z V² ?？傊?，管壓決 定原級譜的形狀，而在管壓和靶材確定的情況下，管流決定著原級譜的強度。

2.    特征光譜和靶材的選擇

X 光管內(nèi)的電子在加速電場作用下，有足夠的能量將靶材原子殼層中的電子逐出，形成靶材原子的特征 譜線。靶材原子序數(shù)越大，發(fā)出的特征譜線越強。 X 光管發(fā)出的X 射線中的連續(xù)譜和特征譜都可用于激發(fā)試樣中的原子，只要這些譜線的能量足以逐出分 析試樣中待測原子K 層、L 層等層的電子，就能產(chǎn)生相應(yīng)的熒光譜線。由于特征譜線的強度要大大強于 連續(xù)譜線，所以用特征譜線激發(fā)的熒光要大于用連續(xù)譜激發(fā)的熒光，也即用特征譜線激發(fā)的熒光線的靈 敏度高。

 在使用中，可以通過選擇不同靶材的X 光管，使其發(fā)出的譜線能有效地激發(fā)試樣中存在的各種元素。我 們知道每個元素的譜線都有它固定的吸收限，只有能量大于該吸收限的輻射（也就是波長處于吸收限短 波側(cè)的譜線）才能激發(fā)該線。因此，所選靶材的特征線符合上述條件，那么這些特征線就會在激發(fā)過程 中起主導(dǎo)作用，否則連續(xù)譜線就將對激發(fā)起主導(dǎo)作用。

雖然X 光管靶材元素可以有好多種，例如Cr，Cu，Mo，Rh，Au 和W，但是很難找到一種材料使其對所有 分析物質(zhì)都有效，最終還是連續(xù)譜在起作用。如果根據(jù)所分析物質(zhì)的激發(fā)要求經(jīng)常更換X 光管是很不方 便的，特別是使用端窗X 光管。因此，近代X 光儀都采用折中方案選用Rh 靶X 光管一種。因為它的K 系 線能激發(fā)中等原子序數(shù)的原子，而它的L 系線能有效地激發(fā)輕元素。如果分析試樣以重元素為主，則W 靶 將更為有效。

 所以，綜上所述，在實際使用上往往是改變X 光管的工作條件，即改變管壓管流（使用功率）以改變連 續(xù)譜和特征譜的能量和強度來改變激發(fā)效率。ARL 儀器中可供選用的功率有3kW、和4.2kW 三種，最高 電壓為70kV ，最大電流可達(dá)120mA 。

3.    譜線干擾

前面已經(jīng)提到，在原級譜中還可能混有雜質(zhì)元素如Fe，Cr 或Cu 等的特征譜線。這些譜線的存在將極大 的妨礙試樣中同樣元素的測定，因為除了背景升高外，這些雜質(zhì)元素特征線的相干散射線將完全重疊在 試樣中這些元素的測定線上。在實際工作中，通常是采用初級濾光片（PBF） 來改善或消除這種干擾。

 所謂初級濾光片是指在X 射線管和試樣之間插入的一塊金屬片（如Fe，Al，Cu）。利用濾光片的吸收特 性，減少或去除X 光管靶物質(zhì)的特征線，雜質(zhì)線和背景，以改善X 射線激發(fā)，即可以降低連續(xù)背景，改 善峰背比。但是，初級X 射線的強度將要變?nèi)?，也即降低了靈敏度。

ARL9400 上提供了可用程序控制的3 個初級濾光片位置，以放置濾光片。通常用Be 片作為防塵濾光片； Cu 片作為分析試樣中Rh、Ru、Pd、Ag 和Cd 等元素時，去除X 光管的Rh 特征線用；Al 片用作改善輕 基體中PbL α、PbL β和AsKα、AsKβ等譜線的峰背比；Fe 片用作改善NiK α和CuKα線的峰背比。而 在ARL9800 內(nèi)安裝的是初級光處理裝置（PBD），共有4 個位置，其中只有二個位置可裝濾光片，其余 二個位置用于安裝衍射道的初級準(zhǔn)直器。

4.    鈹窗厚度

因為鈹是在固體材料中對X 射線吸收最小的物質(zhì)，所以X 光管射線的出射口通常用鈹進(jìn)行封結(jié)，因而也 就被稱作為鈹窗。鈹窗厚度對連續(xù)譜中的低能量X 射線（也稱軟射線）的通過密切有關(guān)，因此，鈹窗越 薄的X 光管將更有效地激發(fā)輕元素。

目前，ARL X 光熒光儀使用的二種X 光管（Varian OEG-94j 和Comet MAX-75 ）鈹窗厚度都已達(dá)到75 μ(第5 代X 光管的鈹窗甚至已達(dá)50μ)，比傳統(tǒng)的125 μ薄了許多，而且都采用了薄壁錐形頭結(jié)構(gòu)，因 此大大提高了輕元素的檢測靈敏度。

5.    X 光管的老化

 X 光管的老化是指將X 光管的功率從低到高進(jìn)行慢升的操作過程。對新管或約2 周沒有運作的光管都必 須進(jìn)行老化操作。這是因為從微觀上看，新的燈絲或陰極的表面不可能十分光滑，這種毛糙在較高電壓 下會引起放電產(chǎn)生電弧，而長期放置不用，燈絲表面可能被漏入的空氣氧化產(chǎn)生凹凸不平，也會產(chǎn)生打 弧從而損壞。慢升功率可使在由低到高的高壓下，逐步將可能存在的凹凸打平，從而減少或消除打弧， 當(dāng)然如果表面很不光滑（加工不好），則必須更換。

ARL 儀器上的X 光管老化步驟為：

在20kV/20mA 下起動X 光管并保持10-15 分鐘，然后交替以5kV 或5mA 的幅值提升管壓或管流，每提升 一次需保持5-10 分種直至到達(dá)滿功率。這里的滿功率是指高壓值為最高值的的滿功率，例如對3kW 功 率而言是指60kV/50mA 而不是指30kV/100mA 。

應(yīng)不采用低電壓（20kV 以下）高電流的操作條件，以免損壞X 光管。因為在低電壓高電流的情況下， 燈絲加熱異常，會有燒斷的危險。