CN102507623B - 一种非扫描式波长色散型x射线荧光光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非扫描式波长色散型X射线荧光光谱仪，主要由X射线管、小孔光阑、圆柱环分光晶体、光子计数成像探测器以及信息处理及显示构成：X射线管输出原级X射线激发样品产生荧光X射线；荧光X射线通过小孔光阑入射到圆柱环分光晶体；圆柱环分光晶体对荧光X射线进行衍射，形成明暗相间的环形衍射条纹图像；光子计数成像探测器通过位敏探测和光子计数重构环形衍射条纹图像；信息处理及显示根据环形衍射条纹图像中环形衍射条纹的半径和亮度对样品进行定性定量分析。本发明结构简单、运行稳定、鲁棒性强、工作速度快、升级调教方便、功耗低、成本低、精度高、可同时分析多种物质成分以及可充分利用工作波长范围内的每一条谱线。

Description

一种非扫描式波长色散型X射线荧光光谱仪

技术领域

本发明涉及一种全新的X射线荧光光谱仪，一种非扫描式波长色散型X射线荧光光谱仪，一种基于“小孔光阑+圆柱环分光晶体+光子计数成像探测器”的波长色散型X射线荧光光谱仪。

本发明主要用于元素或是其它物质成分的定性定量分析，可广泛的应用于环境监测、食品安全、生物光学、材料科学、冶金化工、地质勘探以及金属检测等众多行业与学科技术领域。

背景技术

当高能X射线源、放射性同位素源以及质子或同步辐射源产生的能量高于原子内层电子结合能的高能粒子与原子发生碰撞时，会将原子激发至一个不稳定的激发态，然后原子自发的由不稳定的激发态跃迁到能量低的状态。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内部被吸收，而是以辐射形式放出，便产生荧光X射线，其能量等于两能级之间的能量差。因此，荧光X射线的波长和能量是特征性的，与元素有一一对应的关系。

传统的波长色散型X射线荧光光谱仪主要由X射线管、一级准直器（又称入射狭缝）、分光晶体、二级准直器（又称出射狭缝）、探测器、脉冲高度分析器以及精密复杂的测角装置和位移机构（或是转动机构）等构成：X射线管的作用是提供原级X射线激发样品以产生荧光X射线；一级准直器的作用是将荧光X射线变为平行光束照射到分光晶体；分光晶体的作用是通过晶体衍射把不同波长或衍射角的荧光X射线分开；二级准直器在分光晶体之后，作用是将晶体分光后的光束变为平行光束进入探测器；探测器将入射的单个荧光X射线光子转换为脉冲幅度与其能量（或波长）相对应的脉冲信号；脉冲高度分析器根据设定的最小和最大阈值，将待分析谱线脉冲信号从某些干扰线和散射线所产生的脉冲信号中分辨出来，并根据信号幅度将待分析谱线脉冲信号做一个统计，从而达到对试样进行定性定量分析的目的。

上述波长色散型X射线荧光光谱仪是依靠分光晶体和探测器的顺序转动来检测不同波长的荧光X射线，这种仪器称为顺序型（或扫描型）。另外还有一类波长色散型X射线荧光光谱仪的分光晶体是固定的，只是在某些固定方向上安装探测器以检测某些具有特定衍射方向的荧光X射线，这种仪器称为同时型（或固定型）。

对于顺序型（或扫描型）的波长色散型X射线荧光光谱仪来说，为了提高光谱分辨能力并使仪器正常运行，通常需要配置一套精密复杂的测角装置和位移机构（或是转动机构），其作用是保证荧光X射线经一级和二级准直器后，入射光束以θ角进入分光晶体，出射光束以2θ角射入探测器，并且保证一级准直器、分光晶体和二级准直器三者之间的位置关系始终保持在一个半径为R的聚焦圆（又称罗兰圆）的圆周上，分光晶体的入射表面与圆周相切，一级准直器（入射狭缝）和二级准直器（出射狭缝）到分光晶体的距离相等。由于测角装置和位移机构（或转动机构）的精密复杂性以及顺序扫描的时间特性，故这一类仪器的抗干扰能力往往不强，运行稳定性和调校方便性较差，不能同时分析多种物质成分，工作速度也较慢。

此外，由于顺序型（或扫描型）的波长色散型X射线荧光光谱仪需要配置一套精密复杂的测角装置和位移机构（或是转动机构），并且需要保证其运转的精密性，故此类仪器的结构体积复杂庞大，X射线管、样品、分光晶体以及探测器都相距较远，相应的X射线有效利用率低下，需要大功率的X射线管才能维持仪器的正常运转。由此导致此类仪器需为X射线管配备价格昂贵的高压发生器和稳压稳流装置以及冷却系统。

发明内容

本发明的目的是为构思一种全新的X射线荧光光谱仪，即一种非扫描式的波长色散型X射线荧光光谱仪，一种基于“小孔光阑2+圆柱环分光晶体3+光子计数成像探测器4”的波长色散型X射线荧光光谱仪，提供一种创新性的技术思路与方案。

本发明的目的是为构思一种全新的X射线荧光光谱仪，即一种非扫描式的波长色散型X射线荧光光谱仪，一种基于“小孔光阑2+圆柱环分光晶体3+光子计数成像探测器4”的波长色散型X射线荧光光谱仪，提供一种创新性的技术思路与方案。

本发明的技术方案：

一种非扫描式波长色散型X射线荧光光谱仪，主要由X射线管1、小孔光阑2、圆柱环分光晶体3、光子计数成像探测器4以及信息处理及显示装置5构成：

X射线管1，用于输出原级X射线激发样品以产生荧光X射线，荧光X射线通过小孔光阑2入射到圆柱环分光晶体3的内柱面上；

小孔光阑2，用于调制入射荧光X射线的光束形状和光通量；

圆柱环分光晶体3，用于将入射的荧光X射线按衍射角或波长分开，并在光子计数成像探测器4的像面上形成明暗相间的环形衍射条纹图像，环形衍射条纹半径与荧光X射线的衍射角或波长一一对应；

光子计数成像探测器4，用于探测环形衍射条纹图像，通过位敏探测和光子计数以数字化的方式重构环形衍射条纹图像；

信息处理及显示5，用于接收和处理光子计数成像探测器4输出的数字环形衍射条纹图像，并依据图像中每一环形衍射条纹的半径和亮度对样品进行定性定量分析；

X射线管1照射样品的方向与观测荧光X射线的方向成一角度；在样品之后，荧光X射线的传播路径上依次设置的是小孔光阑2、圆柱环分光晶体3以及光子计数成像探测器4；小孔光阑2的通光口中心和光子计数成像探测器4的像面中心与圆柱环分光晶体3的中轴线成一直线；小孔光阑2的通光口口径要远小于通光口至圆柱环分光晶体3光输入端的径直距离，以便能够将小孔光阑2的通光口视为一个射点；光子计数成像探测器4与信息处理及显示5之间主要是通过信号引线进行电子学连接。

上述的X射线管1配有高压发生器和稳压稳流装置，并根据X射线管1的功率大小配备相应的冷却系统；高压发生器通过高压引线与X射线管1进行电连接，冷却系统主要是通过冷却X射线管1的靶极来降低X射线管1的温度。上述的小孔光阑2通光口的形状包括但不限于圆形、椭圆形、三角形、矩形以及正多边形，通光口的口径设置成固定或可调。

上述的圆柱环分光晶体3的内柱面为荧光X射线发生衍射的临界面；圆柱环分光晶体3的晶体点阵面的曲率半径与圆柱环分光晶体3的内柱面的曲率半径相同。

上述的光子计数成像探测器4主要由光学输入窗、光阴极、MCP、位敏阳极、电子读出电路以及直流高压电源等部分构成：光阴极既可镀在光学输入窗的内侧壁上以构成透射式光阴极，也可镀在第一块MCP输入端的内侧壁上以构成反射式光阴极；光学输入窗与MCP输入端之间和MCP输出端与位敏阳极之间设有间距；位敏阳极镀在绝缘衬底上，与电子读出电路之间通过信号引线进行电子学连接；直流高压电源通过高压引线或导电电极分别与光阴极、MCP输入端、MCP输出端以及位敏阳极进行电连接，为偏置加速电场和MCP提供工作电压。

进一步，可在光子计数成像探测器4的MCP输出端与位敏阳极之间加设一半导体层，MCP输出端与半导体层之间设有间距，半导体层镀在绝缘衬底上，直流高压电源通过高压引线或导电电极与半导体层进行连接。

进一步，沿垂直于圆柱环分光晶体3中轴线的方向观视圆柱环分光晶体3，可将所视的矩形结构设计成其它形状的结构，包括但不限于梯形结构、三角形结构以及阶梯形结构。

进一步，沿圆柱环分光晶体3的中轴线方向观视圆柱环分光晶体3，可在所视的环形结构上设置多种晶体点阵面间距的分光晶体以扩大荧光X射线的衍射角覆盖范围，即圆柱环分光晶体3的晶体点阵面间距不限于单一固定值；一种晶体点阵面间距的分光晶体对应一个弧跨度，相应的环形衍射条纹演变为扇环形衍射条纹。

进一步，根据实际应用需要可在X射线荧光光谱仪内加设位移机构，沿中轴线方向移动圆柱环分光晶体3或是光子计数成像探测器4再或是小孔光阑2，以扩大荧光X射线的衍射角覆盖范围。

进一步，根据实际应用需要可在X射线荧光光谱仪内加设相应的光学元件或是装置，以实现滤光、减光、遮光、集光以及光阑限光等光学功能。

本发明的效果：

1）由于免除了精密复杂的测角装置和位移机构（或是转动机构），并且不需要对荧光X射线谱线进行扫描，因此该X射线荧光光谱仪运行稳定，升级调教方便，可同时分析多种物质成分，工作速度快。

2）由于不需要在仪器内设置预留让测角装置和位移机构（或是转动机构）正常运转的空间，仪器的结构体积变得简单小巧，相应的X射线管1、小孔光阑2、圆柱环分光晶体3以及光子计数成像探测器4可设置在一个较小的空间范围内，因此不但可提高X射线的有效利用率，降低X射线管1所需的功耗，而且可降低与X射线管1相配套的高压发生器和稳压稳流装置以及冷却系统的成本。

3）传统的波长色散型X射线荧光光谱仪的光谱分辨能力是通过机械结构和光路结构的精密性（精密的角度测量和位移控制以及其它措施）来保障的，而本发明只需通过简单的机械光路结构和软件算法（推求环形衍射条纹的半径）既可达到同样甚至是更好的效果，因此本发明不但提高了仪器的光谱分辨能力（波长读数精度），而且降低了仪器对样品形状和位置变化的敏感性，从而简化了样品的前期预处理过程，提高了仪器的适用性和鲁棒性。

4）由于光子计数成像探测器4无需扫描便可直接读出荧光X射线的光谱强度分布图像（环形衍射条纹图像），因此本发明不但可以同时分析多种物质成分，而且可以充分的利用工作波长范围内的每一条谱线（包括背景谱线和干扰谱线），通过优化的背景和干扰校正算法，提高定性定量分析的准确度。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中需要使用的附图作简单的介绍。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为非扫描式波长色散型X射线荧光光谱仪的基本结构示意图；

图2为传统的扫描式波长色散型X射线荧光光谱仪的基本结构示意图；

图3为前向衍射示意图；

图4为直接读出方式的光子计数成像探测器的基本结构示意图；

图5为电荷感应读出方式的光子计数成像探测器的基本结构示意图；

图6为其它形状的分光晶体否成示意图；

图7为多种晶体点阵面间距的分光晶体构成示意图；

图8不同类型的位敏阳极基本结构示意图。

附图标号说明：

1、X射线管；2、小孔光阑；3、圆柱环分光晶体；4、光子计数成像探测器；5、信息处理及显示。

具体实施方式

下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例一

本实施例，一种非扫描式波长色散型X射线荧光光谱仪（如图1所示），是在传统的扫描式波长色散型X射线荧光光谱仪（如图2所示）的基础之上构思设计的：光阑方面用“小孔光阑2”替代传统的“入射准直器+出射准直器”；分光系统方面用“圆柱环分光晶体3”替代传统的“平面分光晶体”或“曲面分光晶体”；探测器方面用“光子计数成像探测器4”替代传统的“正比计数器”或“闪烁计数器”或“半导体探测器”；同时免除了传统精密复杂的测角装置和位移机构（或是转动机构）。

如图1所示,该X射线荧光光谱仪，主要由X射线管1、小孔光阑2、圆柱环分光晶体3、光子计数成像探测器4以及信息处理及显示5等部分构成：X射线管1是一种能够输出原级X射线激发样品以产生荧光X射线的X射线源装置；

小孔光阑2是一种能够调制入射X射线光束形状和光通量的光阑装置；圆柱环分光晶体3是一种形状呈圆柱环且晶体点阵面曲率半径与圆柱环内柱面曲率半径相同的分光晶体；

光子计数成像探测器4是一种能够进行位敏探测和光子计数的图像传感器；信息处理及显示5用于接收和处理光学图像，并将处理分析结果以各种便于人们或机器理解的图文形式表达出来；

X射线管1照射样品的方向与观测荧光X射线的方向成一角度；在样品之后，荧光X射线的传播路径上依次设置的是小孔光阑2、圆柱环分光晶体3以及光子计数成像探测器4；小孔光阑2通光口的中心和光子计数成像探测器4像面的中心与圆柱环分光晶体3的中轴线成一直线；小孔光阑2通光口的口径要远小于小孔光阑2通光口至圆柱环分光晶体3光输入端的径直距离，以便能够将小孔光阑2的通光口视为一个射点；光子计数成像探测器4与信息处理及显示5之间主要是通过信号引线进行电子学连接。

上述的光子计数成像探测器4，学名又称“阳极探测器”或“多阳极探测器”，主要由光学输入窗、光阴极、MCP、位敏阳极、电子读出电路以及直流高压电源等部分构成，如图4所示：光阴极既可镀在光学输入窗的内侧壁上以构成透射式光阴极（如图4、图5所示），也可镀在第一块MCP输入端的内侧壁上以构成反射式光阴极；光学输入窗与MCP输入端之间和MCP输出端与位敏阳极之间设有间距；位敏阳极镀在绝缘衬底上，与电子读出电路之间通过信号引线进行电子学连接；直流高压电源通过高压引线或导电电极分别与光阴极、MCP输入端、MCP输出端以及位敏阳极进行电连接，为偏置加速电场和MCP提供工作电压。

该X射线荧光光谱仪的工作原理和工作流程如下：

S100.X射线管1输出原级X射线激发样品以产生荧光X射线；

S200.荧光X射线经小孔光阑2入射到圆柱环分光晶体3的内柱面上；

S300.圆柱环分光晶体3将入射的荧光X射线按衍射角或波长分开，并在光子计数成像探测器4的像面上形成明暗相间的环形衍射条纹图像，环形衍射条纹半径与荧光X射线的衍射角或波长一一对应；

S400.光子计数成像探测器4通过位敏探测和光子计数，以数字化的方式重构环形衍射条纹图像；

S500.信息处理及显示5根据数字环形衍射条纹图像中每一环形衍射条纹的半径和亮度对样品进行定性定量分析，并将分析结果以各种便于人们或机器理解的图文形式表达出来。

上述步骤S400，即光子计数成像探测器4的工作原理和工作流程，更具体为：

S510.环形衍射条纹图像在时空范畴内可看成是由一个接一个不同平面位置处的单个光子组成的光子流，光子流中的每个光子通过光学输入窗依次顺序轰击不同位置处的光阴极；

S520.在一定的量子效率下，光阴极通过外光电效应将单个的光子转换为单个的光电子；

S530.单个的光电子在加速偏置电场的作用下径直轰击MCP，经MCP倍增后形成一电子云团；

S540.电子云团在加速偏置电场的作用下渡越到位敏阳极并被位敏阳极所收集；

S550.电子读出电路根据位敏阳极上各个金属导体收集到的电荷量或电子云团到达各个金属导体计时点的时刻，对电子云团的质心位置进行解码，该质心位置便可反演为单个光子的入射位置；

S560.完成单个光子的位置解码后便在相应的位置上进行一次计数；

S570.在一定的图像积分时间内，通过对大量光子的“位置解码”和在不同位置上的光子计数，即反复循环步骤S510-S560，便可重构环形衍射条纹图像。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：在实施例一所述光子计数成像探测器4的基础之上，可在MCP输出端与位敏阳极之间加设一半导体层，MCP输出端与半导体层之间设有间距，半导体层镀在绝缘衬底上，直流高压电源通过高压引线或导电电极与半导体层进行电连接（如图5所示）。此时，上述步骤S540，即位敏阳极收集电子云团的物理过程，演变为：电子云团在加速偏置电场的作用下先渡越到半导体层，然后通过电荷感应被感应到位敏阳极。

实施例三

本实施例与实施例一基本相同，变化之处在于：在实施例一所述X射线荧光光谱仪的基础之上，根据X射线管1的功耗大小，可配备相应的高压发生器和稳压稳流装置以及冷却系统，以满足实际的应用需要。

实施例四

本实施例与实施例一基本相同，变化之处在于：在实施例一所述X射线荧光光谱仪的基础之上，小孔光阑2通光口的形状不限于圆形，也可以是椭圆形、三角形、矩形、正多边形或是其它形状，只要满足通光口的口径远小于通光口至圆柱环分光晶体3光输入端的径直距离即可。

实施例五

本实施例与实施例一基本相同，变化之处在于：在实施例一所述X射线荧光光谱仪的基础之上，圆柱环分光晶体3的形状不限于圆柱环。

例如，沿垂直于圆柱环分光晶体3中轴线的方向观视圆柱环分光晶体3，所视的矩形结构可以设计成其它形状的结构，包括但不限于梯形结构、三角形结构以及阶梯形结构，如图6所示。

实施例六

本实施例与实施例一基本相同，变化之处在于：在实施例一所述X射线荧光光谱仪的基础之上，圆柱环分光晶体3的晶体点阵面间距不限于单一固定值。例如，沿圆柱环分光晶体3的中轴线方向观视圆柱环分光晶体3，所视的环形结构上能够设置多种晶体点阵面间距的分光晶体以扩大荧光X射线的衍射角覆盖范围，如图7所示。一种晶体点阵面间距的分光晶体对应一个弧跨度，此时，相应的环形衍射条纹演变为扇环形衍射条纹。

实施例七

本实施例与实施例一基本相同，变化之处在于：在实施例一所述X射线荧光光谱仪的基础之上，根据实际应用需要可加设位移机构，沿中轴线方向移动圆柱环分光晶体3或是光子计数成像探测器4再或是小孔光阑2，从而扩大荧光X射线的衍射角覆盖范围。

实施例八

本实施例与实施例一基本相同，变化之处在于：在实施例一所述X射线荧光光谱仪的基础之上，根据实际应用需要可加设相应的光学元件或是装置，以实现滤光、减光、遮光、集光以及光阑限光等光学功能。

实施例九

本实施例与实施例一基本相同，变化之处在于：在实施例一所述X射线荧光光谱仪的基础之上，光子计数成像探测器4可设置在距圆柱环分光晶体3输出端较近的位置以观察后向衍射的环形衍射条纹图像（如图1所示），也可设置在较远位置以观察前向衍射的环形衍射条纹图像（如图3所示）。

实施例十

本实施例与实施例一和实施例二基本相同，变化之处在于：在实施例一或实施例二所述X射线荧光光谱仪的基础之上，可采用不同种类、不同类型以及不同规格的“光子计数成像探测器4”，以满足实际应用需求。例如探测灵敏度、空间分辨率、图像失真度、有效成像面积、最大计数率以及集成度等实际应用需求。

1]根据X射线的特性，光学输入窗的材料可选用钛、铝或是铍等。

2]光阴极可选用CsI或是不需要光阴极：当选用CsI时，其既可镀在光学输入窗的内侧壁上以构成透射式光阴极（如图4、图5所示），也可镀在第一块MCP输入端的内侧壁上以构成反射式光阴极（优选为反射式光阴极）；当没有光阴极时，可由MCP直接完成光电转换和电子倍增双重功能。

3]可采用2块、3块甚至是更多数量的MCP以实现电子倍增功能：2块MCP采用“V”型级联，其电子增益可达10⁶-10⁷；3块MCP采用“Z”型堆叠，其增益可达10⁷-10⁸。（MCP工作于“饱和增益”模式）

4]位敏阳极由数个或是众多个具有特定几何形状或是排列顺序的金属导体构成；金属导体通常制作在绝缘衬底上，导体之间相互绝缘，导体材料可选用铜、铝或是金等良导体；绝缘衬底可选用石英玻璃、氧化铝陶瓷或是其它的绝缘材料；结构类型包括但不限于多阳极微通道阵列（MAMA/Multi-AnodeMicrochannel Array）、楔条形阳极（WSA/Wedge and Strip Anodes）、游标阳极（Vernier Anode）、延时线（Delay-line）、交叉条纹（Cross Strip）以及电阻型阳极（Resistive Anode）等，如图8所示。

5]半导体层通常采用高纯多晶锗或是其它的半导体材料，厚度约数百纳米，方块电阻100MΩ左右；半导体层通常制作在绝缘衬底上，衬底厚度数个毫米，衬底材料通常采用便于和可阀材料或是铜封接的微晶玻璃、氧化铝陶瓷或是其它的封接材料。

6]通常将光学输入窗、光阴极、MCP以及位敏阳极封装成一个真空器件，并备有直流高压输入接口和信号输出接口，如图4所示；或是将光学输入窗、光阴极、MCP以及半导体层封装成一个真空器件，位敏阳极则从真空器件外部以电荷感应方式读出半导体层收集到的电子云团，如图5所示。

7]电子读出电路主要由电荷灵敏前置放大器、高斯整形主放、数据采集与处理模块等构成。

电荷灵敏前置放大器的作用是实现电荷-电压或者是电荷-电流转换。当电子增益较大时，电子读出电路中可以省略掉电荷灵敏前置放大器。

高斯整形主放的作用是对脉冲信号进行准高斯整形以提高信噪比，其实质是一个低通滤波电路。

数据采集与处理模块可采用“数据采集卡+微处理器”或是“模数转换+可编程逻辑器件/现场可编程门阵列+数字信号处理器”再或是其它的模式。

8]直流高压电源为MCP和各个加速偏置电场提供静态工作电压。

该实施例说明，根据实际应用需求，本发明可采用不同种类、不同类型以及不同规格的光子计数成像探测器4，由此可以派生出多种基于不同“光子计数成像探测器4”的非扫描式波长色散型X射线荧光光谱仪。

以上显示和描述了本发明的基本结构、基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的基本结构和基本原理。在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。

Claims (8)

1.一种非扫描式波长色散型X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述X射线荧光光谱仪主要由X射线管（1）、小孔光阑（2）、圆柱环分光晶体（3）、光子计数成像探测器（4）以及信息处理及显示（5）构成；

其中，X射线管（1）用于输出原级X射线激发样品以产生荧光X射线，荧光X射线通过小孔光阑（2）入射到圆柱环分光晶体（3）的内柱面上；

小孔光阑（2），用于调制入射荧光X射线的光束形状和光通量；

圆柱环分光晶体（3），用于将入射的荧光X射线按衍射角或波长分开，并在光子计数成像探测器（4）的像面上形成明暗相间的环形衍射条纹图像，环形衍射条纹半径与荧光X射线的衍射角或波长一一对应；

光子计数成像探测器（4），用于探测环形衍射条纹图像，通过位敏探测和光子计数以数字化的方式重构环形衍射条纹图像；

信息处理及显示（5），用于接收和处理光子计数成像探测器（4）输出的数字环形衍射条纹图像，并依据图像中每一环形衍射条纹的半径和亮度对样品进行定性定量分析；

X射线管（1）照射样品的方向与观测荧光X射线的方向成一角度；光子计数成像探测器（4）与信息处理及显示（5）之间主要是通过信号引线进行电子学连接；

所述的X射线荧光光谱仪在样品之后沿荧光X射线的传播路径上依次设置的是小孔光阑（2）、圆柱环分光晶体（3）以及光子计数成像探测器（4）；小孔光阑（2）的通光口中心和光子计数成像探测器（4）的像面中心与圆柱环分光晶体（3）的中轴线成一直线；小孔光阑（2）的通光口口径要远小于通光口至圆柱环分光晶体（3）光输入端的径直距离，以便能够将小孔光阑（2）的通光口视为一个射点。

2.根据权利要求1所述的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述的X射线管（1）配有高压发生器和稳压稳流装置，并根据X射线管（1）的功率大小配备相应的冷却系统；高压发生器通过高压引线与X射线管（1）进行电连接，冷却系统通过冷却X射线管（1）的靶极来控制X射线管（1）的温度。

3.根据权利要求1所述的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述的圆柱环分光晶体（3）的内柱面为荧光X射线发生衍射的临界面；圆柱环分光晶体（3）的晶体点阵面的曲率半径与圆柱环分光晶体（3）的内柱面的曲率半径相同。

4.根据权利要求1所述的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述的光子计数成像探测器（4）主要由光学输入窗、光阴极、微通道板（MCP/MicrochannelPlate）、位敏阳极、电子读出电路以及直流高压电源构成；所述微通道板指两块V型级联的微通道板或三块Z型堆叠的微通道板；

其中，光阴极能够镀在光学输入窗的内侧壁上以构成透射式光阴极；

微通道板位于光学输入窗和位敏阳极之间，光学输入窗与微通道板输入端之间、微通道板输出端与位敏阳极之间均设有间距；

位敏阳极镀在绝缘衬底上，与电子读出电路之间通过信号引线进行电子学连接；

直流高压电源通过高压引线或导电电极分别与光阴极、微通道板输入端、微通道板输出端以及位敏阳极进行电连接，为偏置加速电场和微通道板提供工作电压。

5.根据权利要求4所述的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述的光子计数成像探测器（4）能够在微通道板输出端与位敏阳极之间加设一半导体层，微通道板输出端与半导体层之间设有间距，半导体层镀在绝缘衬底上，直流高压电源通过高压引线或导电电极与半导体层进行电连接。

6.根据权利要求1所述的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述的圆柱环分光晶体（3）的晶体点阵面间距不限于单一固定值；沿圆柱环分光晶体（3）的中轴线方向观视圆柱环分光晶体（3），观视到的环形结构上能够设置多种晶体点阵面间距的分光晶体以扩大荧光X射线的衍射角覆盖范围；一种晶体点阵面间距的分光晶体对应一个弧跨度，相应的环形衍射条纹演变为扇环形衍射条纹。

7.根据权利要求1所述的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述X射线荧光光谱仪根据实际应用需要能够加设位移机构，沿圆柱环分光晶体（3）的中轴线方向移动圆柱环分光晶体（3）或是光子计数成像探测器（4）再或是小孔光阑（2），以扩大荧光X射线的衍射角覆盖范围。

8.根据权利要求1所述的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述X射线荧光光谱仪根据实际应用需要能够加设相应的光学元件或是装置，以实现滤光、减光、遮光、集光以及光阑限光。

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