CN104264228A - 双曲面弯晶、组合式双曲面弯晶及单波长色散 x 射线荧光光谱仪 - Google Patents

双曲面弯晶、组合式双曲面弯晶及单波长色散 x 射线荧光光谱仪 Download PDF

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    • G01N23/2076—Diffractometry using detectors, e.g. using a probe in a central position and one or more displaceable detectors in circumferential positions for spectrometry, i.e. using an analysing crystal, e.g. for measuring X-ray fluorescence spectrum of a sample with wavelength-dispersion, i.e. WDXFS

Abstract

本发明公开了一种双曲面弯晶、组合式双曲面弯晶及单波长色散X射线荧光光谱仪，所述的双曲面弯晶包括在一个平面(X-Y平面)内有罗兰圆半径为R的曲率，在另一个平面(Y-Z平面)内有半径为r的曲率的凹面，在X-Y平面内的曲线是罗兰圆，在Y-Z平面内的曲线是：以光源点和聚焦点连线为轴，以晶体中心到光源点和聚焦点连线的垂线为半径r的旋转曲面。X光光管的光斑直径为150μm经全聚焦双曲面弯曲晶体衍射出来的相同波长的X光都聚焦成一个小于350μm的点，所以所述双曲面弯晶有高集光效率，大大提高了微量元素的检出限。

Description

双曲面弯晶、组合式双曲面弯晶及单波长色散 X 射线荧光光谱仪
技术领域
本发明涉及一种X光检测装置，尤其涉及一种双曲面弯晶、组合式双曲面弯晶及单波长色散X射线荧光光谱仪。
背景技术
单波长激发波长色散X射线荧光光谱仪所采用的激发源是微焦斑X光管，所谓焦斑指的是X光管的灯丝发射的电子经聚焦后被高压电场加速轰击到靶材上形成的电子束斑，焦斑大小决定了发射X光的面积的大小。通常的X射线荧光光谱仪，对电子束焦斑的大小基本没有要求。但单波长激发波长色散X射线荧光光谱仪由于需要对X光管发射的X光进行衍射并聚焦，为了保证激发样品的X光的能量单一性，要求入射到衍射晶体的X光来自一个点,因此采用微焦斑X光管就是必须的，焦斑大小350um以下。
现有技术中的X射线荧光光谱仪，即使采用了微焦斑X光管，由于该X射线荧光光谱仪内的晶体衍射效率低下，导致其对微量元素的检出限难以降低。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种对X光衍射效果好、能提高X射线荧光光谱仪对微量元素的检出限的双曲面弯晶。
本发明的第二个目的是提供一种由所述双曲面弯晶组合而成的组合式双曲面弯晶。
本发明的第三个目的是提供一种包含所述双曲面弯晶或所述组合式双曲面弯晶的单波长色散X射线荧光光谱仪。
本发明解决第一个技术问题采用如下技术方案：一种双曲面弯晶，所述双曲面弯晶的凹面以圆弧CD绕轴AB旋转而得，所述C点和D点之间的连线平行于所述轴AB，所述圆弧CD的半径为30-800mm，所述轴AB与直线CD之间的距离为10-800mm。
可选的，所述双曲面弯晶为高纯单晶晶体。
本发明解决第二个技术问题采用如下技术方案：一种组合式双曲面弯晶，包括多个上述的双曲面弯晶。
可选的，所述组合式双曲面弯晶的凹面为所述双曲面弯晶的凹面组合成的光滑凹面。
本发明解决第三个技术问题采用如下技术方案：一种单波长色散X射线荧光光谱仪，包括X光管、原级晶体、次级晶体和探测器，所述X光管发射的X光经原级晶体聚焦后得到纯净的X光，并照射于待测物体；所述纯净的X光激发待测物体的待测元素，产生荧光X光，所述荧光X光经次级晶体聚焦后由所述探测器检测；
所述原级晶体为权利要求1或2所述的双曲面弯晶或权利要求3或4所述的组合式双曲面弯晶；
所述次级晶体为权利要求1或2所述的双曲面弯晶或权利要求3或4所述的组合式双曲面弯晶。
本发明具有如下有益效果：
本发明的双曲面弯晶包括在一个平面(X-Y平面)内有罗兰圆半径为R的曲率，在另一个平面(Y-Z平面)内有半径为r的曲率的凹面，在X-Y平面内的曲线是罗兰圆，在Y-Z平面内的曲线是：以光源点和聚焦点连线为轴，以晶体中心到光源点和聚焦点连线的垂线为半径r的旋转曲面。X光光管的光斑直径为150μm经全聚焦双曲面弯曲晶体衍射出来的相同波长的X光都聚焦成一个点大约为350μm，所以所述双曲面弯晶有高集光效率，大大提高了微量元素的检出限。
本发明的组合式双曲面弯晶采用了上述的双曲面弯晶进行组合，其凹面为由所述的双曲面弯晶的凹面组合而成的光滑凹面，即所述组合式双曲面弯晶能降低双曲面弯晶成型时的工件大小，方便加工成型。
本发明的单波长色散X射线荧光光谱仪采用了上述的双曲面弯晶或组合式双曲面弯晶，因此，其也能提高微量元素的检出限。
附图说明
图1为本发明的双曲面弯晶的结构示意图；
图2为本发明的组合式双曲面弯晶的结构示意图；
图3为本发明的单波长色散X射线荧光光谱仪的结构示意图；
图4为双曲面弯晶衍射后的谱图；
图中标记示意为：1-X光管；2-原级晶体；3-次级晶体；4-探测器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
参考图1，本实施例提供了一种双曲面弯晶，所述双曲面弯晶的凹面以圆弧CD绕轴AB旋转而得，点O为圆弧CD的圆心，所述C点和D点之间的连线平行于所述轴AB，所述圆弧CD的半径为30-800mm，所述轴AB与直线CD之间的距离为10-800mm。
本发明的双曲面弯晶包括在一个平面(X-Y平面)内有罗兰圆半径为R的曲率(即圆弧CD)，在另一个平面(Y-Z平面)内有半径为r的曲率(即圆弧CD上的点绕轴AB旋转所形成的圆弧)的凹面，在X-Y平面内的曲线是罗兰圆，在Y-Z平面内的曲线是：以光源点和聚焦点连线为轴，以晶体中心到光源点(A点)和聚焦点(B点)连线的垂线为半径r的旋转曲面。X光光管的光斑直径为150μm经全聚焦双曲面弯曲晶体衍射出来的相同波长的X光都聚焦成一个点大约为350μm，所以所述双曲面弯晶有高集光效率，大大提高了微量元素的检出限。
本实施例中，可选的，所述双曲面弯晶为高纯单晶晶体，所述高纯单晶晶体包括PET晶体、GE晶体、云母晶体或Li晶体。
实施例2
参见图2，本实施例提供了一种组合式双曲面弯晶，包括多个上述的双曲面弯晶；所述组合式双曲面弯晶的凹面为所述双曲面弯晶的凹面组合成的光滑凹面。
本发明的组合式双曲面弯晶采用了上述的双曲面弯晶进行组合，其凹面为由所述的双曲面弯晶的凹面组合而成的光滑凹面，即所述组合式双曲面弯晶能降低双曲面弯晶成型时的工件大小，方便加工成型。
图2所述内容为由4个双曲面弯晶组成的组合式双曲面弯晶的结构示意图。
实施例3
参考图3，本实施例提供了一种单波长色散X射线荧光光谱仪，包括X光管1、原级晶体2、次级晶体3和探测器4，所述X光管1发射的X光经原级晶体2聚焦后得到纯净的X光，并照射于待测物体；所述纯净的X光激发待测物体的待测元素，产生荧光X光，所述荧光X光经次级晶体3聚焦后由所述探测器4检测；
所述原级晶体2为上述的双曲面弯晶或上述的组合式双曲面弯晶；
所述次级晶体3为上述的双曲面弯晶或上述的组合式双曲面弯晶。
本发明的单波长色散X射线荧光光谱仪采用了上述的双曲面弯晶或组合式双曲面弯晶，因此，其也能提高微量元素的检出限。
实施例4
X光是电磁波，当它照射到晶体时，构成晶体原子内的电子在交变电场的作用下振动，成为新的光源，向四面八方散射，这些散射波与入射波频率相同，所以是相干的。当两个波长相等、相位差固定和振动于同一平面内的相干散射波沿着同一方向传播时，在不同的相位差条件下，这两种散射波或者相互加强(同相)，或者相互减弱(异相)，这种振动的叠加现象称为波的干涉。虽然在某个方向上，波的振幅加强了，但其波长却与入光保持一致，这就是波的衍射原理。根据布拉格定律，当满足如下公式时，会发生衍射分光现象。
2dsinθ＝nλ
其中:θ为X光λ射角(布拉格角)，d为晶面间距，λ为入射X光波长，n为正整数。
本实施例的分光Cr元素通道的分光晶体，采用晶格间距2d＝0.4028纳米的双曲面LiF晶体，对Cr靶X射线的Cr元素的Kα特征X射线进行分光。Cr元素的Kα射线强度为5.41/KeV,根据布拉格定律，可知θ角为34.65°。设计双曲面弯晶也根据这个角度。将上述双曲面弯晶装配入单波长色散X射线荧光光谱仪，在小功率X光管下，对Cr靶材X光管发射的源级X射线进行分光，利用SDDX射线探测器进行探测,结果如图4所示(附图4中，横坐标表示能量，单位为KeV；纵坐标为计数率，单位为cps/s)；从试验结果可以看出，双曲面弯晶确实起到了明显的分光效果，经过定标得到分出来的确实为Cr元素的Kα特征X射线，且双曲面LiF晶体的衍射效率达到5％左右。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种双曲面弯晶，其特征在于，所述双曲面弯晶的凹面以圆弧CD绕轴AB旋转而得，所述C点和D点之间的连线平行于所述轴AB，所述圆弧CD的半径为30-800mm，所述轴AB与直线CD之间的距离为10-800mm。
2.根据权利要求1所述的双曲面弯晶，其特征在于，所述双曲面弯晶为高纯单晶晶体。
3.一种组合式双曲面弯晶，其特征在于，包括多个如权利要求1或2所述的双曲面弯晶。
4.根据权利要求3所述的组合式双曲面弯晶，其特征在于，所述组合式双曲面弯晶的凹面为所述双曲面弯晶的凹面组合成的光滑凹面。
5.一种单波长色散X射线荧光光谱仪，其特征在于，包括X光管、原级晶体、次级晶体和探测器，所述X光管发射的X光经原级晶体聚焦后得到纯净的X光，并照射于待测物体；所述纯净的X光激发待测物体的待测元素，产生荧光X光，所述荧光X光经次级晶体聚焦后由所述探测器检测；
所述原级晶体为权利要求1或2所述的双曲面弯晶或权利要求3或4所述的组合式双曲面弯晶；
所述次级晶体为权利要求1或2所述的双曲面弯晶或权利要求3或4所述的组合式双曲面弯晶。
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