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X熒光光譜儀探測器的幾個特性

2017-08-28 11:15:09 optima 92


1)         探測器的能量分辯率

雖然探測器產(chǎn)生電脈沖的幅值是由入射X 射線光子的能量所決 定,但并不是具有同一波長的X 光束所生成的脈沖幅值完全相 同。因?yàn)楫a(chǎn)生電脈沖的過程是一個隨機(jī)過程,所以產(chǎn)生的電脈 沖幅值符合隨機(jī)分布(高斯分布)。圖2.15 顯示了這種分布相 應(yīng)的光子數(shù)與其所具能量的關(guān)系,它是有一定寬度的,具有峰 值能量的光子數(shù)最多,代表了這束光子的主流能量。

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我們通常用將這個分布圖稱為脈沖高度分布曲線,或譜線能量 分布圖。圖中峰值高度一半處的寬度稱為半寬度(FWHM ),而 它與最大計(jì)數(shù)率比值的百分率稱為探測器的能量分辨率,即能 量分辨率 = (半寬度 / 最大計(jì)數(shù)率)x 100 。

一個探測器的能量分辨率,對不同波長的單色X 射線而言,是大致相同的。從實(shí)際測試來看,充氣計(jì)數(shù) 器的能量分辨率在20-40% 左右(輕元素更大),閃爍計(jì)數(shù)器的能量分辨率在30-50% 左右。

2)         探測器的脈沖高度飄移

使用充氣正比計(jì)數(shù)器(流氣式和封閉式)時,脈沖高度分布會隨計(jì)數(shù)率的升高而向低能量的方向飄移, 也就是說探測器輸出的脈沖幅值變小了,這種現(xiàn)象稱為脈沖高度飄移(Pluse Amplitude Shift )。 這是由于隨著計(jì)數(shù)率升高,在陽極周圍形成離子鞘使電場有所下降,改變了氣體增益。探測器使用的高 壓越高,陽極絲越細(xì),入射能量越高,這種現(xiàn)象越顯著。使用氣體種類不同,飄移程度也不一樣,其次 序依次為:Xe > Kr > ArP10> Ne。消除脈沖高度飄移影響的方法有:

 ● 使用自動增益電路(AGC )將脈沖幅值再放大到原來值。

 ● 不使用過高的探測器高壓。

● PHD 道寬設(shè)置不要太窄。

 3)逃逸峰

當(dāng)進(jìn)入探測器的X 光光子的能量大于充氣氣體的吸收限波長時,也即入射X 射線波長短于充氣氣體的吸 收限波長時,就將產(chǎn)生所謂的逃逸峰(見圖2.15 左側(cè)的小峰)。例如所充氣體為Ar 它的K 系吸收限 波長為3.87 埃,因而只要進(jìn)入探測器的X 射線波長小于此值,就能在初級電離過程中導(dǎo)至Ar躍遷 產(chǎn)生ArKα線。

當(dāng)一束X 射線光子射入探測器,其能量足以使Ar產(chǎn)生ArKα線,則部分光子將產(chǎn)生ArKα線,然后這部分 光子剩余的能量再產(chǎn)生電子離子對并通過雪崩放大。如果形成的ArKα線又被吸收產(chǎn)生帶電粒子,那就 不存在什么問題,因?yàn)樯傻碾娒}沖幅值仍和原光子能量成正比。如果形成的ArKα線沒有被吸收產(chǎn)生 帶電粒子,則這部分光子隨后產(chǎn)生的電脈沖幅值將小于不產(chǎn)生ArKα線光子所形成的電脈沖。因此,在 脈沖高度分布圖上就顯示出一個能量教較低的一個小峰,因?yàn)樗怯捎谀芰繐p失而產(chǎn)生的,故叫逃逸峰。 只要不和試樣中其他譜線的能量發(fā)生重疊,逃逸峰的存在不會引起麻煩的。但是,因?yàn)楫a(chǎn)生逃逸峰的光 子也是入射譜線光子的一部分,因此,計(jì)數(shù)時應(yīng)該將它計(jì)算在內(nèi),否則要損失強(qiáng)度。在使用閃爍計(jì)數(shù)器 時,如果發(fā)生了使碘激發(fā)的情況,那也會產(chǎn)生逃逸峰。

3)         探測器的死時間

 光子進(jìn)入探測器產(chǎn)生電子離子對,再在雪崩中放大,這樣一個時間過程約需10-7秒數(shù)量級。帶電粒子在 向陰陽極奔去的過程中,由于離子的質(zhì)量大于電子,所以移動的速度要小于電子,因而就在陽極絲周圍 形成了陽離子層,并阻礙了雪崩效應(yīng),當(dāng)陽離子層散去后,又恢復(fù)下一個過程。在陽離子層形成到消散 的這一時間段內(nèi),探測器像了一樣。因此人們定義,在一個光子引發(fā)電離后,探測器不能再檢測 下一輪光子產(chǎn)生電離過程的時間為探測器的死時間,在這段時間內(nèi)進(jìn)入探測器的光子不被計(jì)數(shù)。由于死時間的存在,進(jìn)入探測器的總光子數(shù)可能有一小部分沒有被計(jì)數(shù),即測到的強(qiáng)度不真實(shí)地反映了 入射X 熒光的強(qiáng)度,這種情況隨熒光強(qiáng)度的增加(光子數(shù)增加)而加重。

在儀器出廠時,死時間一般都已輸入軟件,然后根據(jù)這個時間進(jìn)行數(shù)學(xué)校正,使沒有被記錄的光子數(shù)補(bǔ) 回來。近代儀器中死時間的校正,已經(jīng)可以達(dá)到在很高計(jì)數(shù)率的情況下不受影響(在實(shí)際測量中,已經(jīng) 沒有必要測量或者甚至要超過這樣高的計(jì)數(shù))。

 ARL 儀器通過死時間校正可以確保,在使用流氣正比計(jì)數(shù)器、封閉充氣計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)數(shù)器時計(jì)數(shù)率分 別達(dá)到2Mcps 1Mcps 1.5Mcps 時,不受死時間影響。

4)         探測器的穩(wěn)定性

除了探測器高壓和氣體流量的不穩(wěn)定所引起的測量信號波動外,探測器本身的穩(wěn)定性取決于陽極絲的清 潔。由于充氣的純度不夠或長期使用形成的小顆粒沉積在陽極絲表面,使陽極絲的有效直徑改變,導(dǎo)致 局部電場破壞改變氣體放大增益使測定數(shù)據(jù)波動。

發(fā)生這種情況后,原則上需更換陽極絲或探測器,也可非常小心的用有機(jī)溶劑清冼陽極絲,但效果不一 定會很好。


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