CN2134771Y - 一种便携式x射线荧光仪的激发源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于便携式X射线荧光 仪的新型激发源，适用于放射性勘探的野外现场X 射线荧光测量，可进行现场多元素分析。该激发源由 小型低功率X射线管和高效率、稳定和轻便的供电 电源构成，具有对环境无放射性污染，便于携带，符合 环保要求，X射线的照射量率高、长期稳定性好，能 量可调等优点，可使便携式X射线荧光仪的分析检 出限改善一个量级以上。

Description

本实用新型是一种应用于便携式X射线荧光仪的新型激发源，由小型X射线管及其供电电路构成。适用于放射性勘探的野外现场X射线荧光测量，可进行现场多元素分析。

便携式X射线荧光仪是在野外现场进行元素测定的一种仪器。它通过记录元素受X或软y射线激发时放出的X射线荧光的能量和照射量率，定性和定量测定元素。现行仪器使用⁵⁵Fe、²³⁸Pu、²⁴¹Am或¹⁰⁹Cd等放射性核素作激发源，这种激发源体积小，不耗电，但存在明显不足，主要是：（1）对环境有放射性污染，不便携带和防护，不符合有关环境保护要求；（2）出于放射性防护的考虑以及制作上的困难，放射性核素源的活度不能太大，因而激发效率低，分析检出限差，在几百ppm以上；（3）⁵⁵Fe、¹⁰⁹Cd（半衰期分别为2.7和1.3年）等放射性核素源寿命较短，射线照射量率的长期稳定性较差。

X射线管是一种性能优良的X射线源，广泛应用于医疗透视、工业探伤及元素分析等领域。用于元素分析的室内大型X射线谱仪即使用了X射线管作为X射线源。这种X射线源的射线照射量率高，长期稳定性好，能量可调且关闭电源即无射线产生，性能好，使用安全方便。但室内仪器所使用的X射线管功率大，工作时须用循环水冷却或短时间间断工作，尚不能直接应用于便携式仪器。

参见1.Eugene  P.Bertin，1975，Principles  and  Practiceof  X－Ray  Spectrometric  Analysis。

2.Outkumpu  Electronics（Finland），1988，X－MET  XRF  Analyzers。

3.西安海通原子能应用研究所，1991，HITOP900便携式X荧光分析仪。

针对现有便携式X射线荧光仪放射性核素激发源存在的对环境有放射性污染、激发效率低、射线照射量率的长期稳定性较差等问题，本实用新型的目的在于，采用新型激发源，有效地克服由此给便携式X射线荧光仪带来的不便携带和防护、分析检出限差等缺陷。

本实用新型为新型便携式X射线荧光仪激发源，它由两部分构成，即X射线管和供电电源。X射线管由灯丝、阴极、栅极、阳极（靶）、防溅射筒及管体等组成，运行功率低，阳极采用自然冷却方式，无需特殊冷却装置，体积小，重量轻。X射线管结构参见图1。供电电源分为高压产生电路和低压稳压稳流电路两部分。高压产生电路由低压稳压电路、激励电路、非变压器升压电路、变压整流滤波电路及取样反馈电路组成，产生0～40KV和0～200V连续可调且稳定的阳极高压和阴极调制电压以及0～500μA连续可调且稳定的X射线管电流。低压稳压稳流电路将输入低压稳压并稳流后提供给X射线管灯丝。参见图2。

本实用新型具有如下优点：

（1）用小型X射线管作为射线源，停机即无射线产生，便于携带，对环境无放射性污染，符合环保要求；

（2）X射线的照射量率高且可调，最高比常用放射性核素激发源高2～3个量级，能量可调，故激发效率高，可使仪器的分析检出限改善一个量级以上；

（3）X射线照射量率的长期稳定性好，优于0.5％／8小时；

（4）X射线管采用自然冷却方式，供电电路简单，整个装置体积小，重量轻，适用于便携式仪器；

附图说明：图1.X射线管结构图。图中1－灯丝，2－阴极，3－栅极，4－阳极，5－防溅射筒，6－防溅射筒X射线出射窗，7－管体，8－管体X射线出射窗。

图2.X射线管电源电路图。图中1－低压稳压电路，2－激励电路，3－非变压器升压电路，4－变压整流滤波电路，5－取样反馈电路，6－低压稳压和稳流电路。

X射线管采用旁热侧窗式。阴极2被灯丝1加热发射电子，电子在阳极4（正高压HV₁）和栅极3（接地）之间的电场中加速，轰击靶（即阳极）4，产生X射线，射线穿过防溅射筒出射窗6和管体出射窗8射出。温度升高后溅射出的靶物质将被防溅射筒5阻挡，而不溅射在管体7上，防止管体7的绝缘度降低，以延长X射线管的使用寿命。靶（即阳极）4由熔点高、原子序数较大的物质W制成。X射线管运行功率低于4瓦，阳极采用自然冷却方式，无需特殊冷却装置，管体体积Φ30×90mm。

供电电源的激励电路2由CMOS非门构成，输出频率为20KHz的方波，用以推动和控制非变压器升压电路工作在开关状态。非变压器升压电路3由开关管、阻尼二极管、整流二极管、电容和高压变压器初级线圈组成，利用开关管在截止期间产生的反峰电压以及自举升压提高变压器初级线圈上的脉冲电压幅度，使其达到供电电压的约14～16倍，大大降低变压器次级绕组的匝数，缩小变压器的体积。用变压整流滤波电路4将几百伏的脉冲电压升压至40KV，并将其整流和滤波成直流高压（HV₁）。高压产生电路的另一输出为200V的直流电压（HV₂），用于调制阴极电位，控制X射线管电子束流，以调节X射线照射量率。该电路采用一体化器件。取样反馈电路从高压（HV₁）输出端取样，反馈至低压稳压电路1，经与基准比较放大后调节和稳定高压输出。低压稳压电路1采用集成开关稳压器。低压稳压和稳流电路6为灯丝提供稳定的电压和电流，亦使用集成电路器件。电路采用先进的微电子学器件，简单轻便，转换效率高，性能稳定。

将这种激发源采用分离方式分别装置于便携式X射线荧光仪的探头和操作台中，可以成功地进行野外现场测量，有效地克服了现有便携式X射线荧光仪的缺陷。

Claims (4)

1、一种用于便携式X射线荧光仪的激发源，其特征在于该激发源由小型低功率X射线管和高效率、稳定和轻便的供电电源构成。

2、根据权利要求1所述，X射线管特征在于由灯丝、阴极、栅极、阳极（靶）、防溅射筒及管体等组成，运行功率小，低于4瓦，阳极采用自然冷却方式，无需特殊冷却装置，管体体积小，为Φ30×90mm，重量轻。

3、根据权利要求1所述，供电电源特征在于由高压产生电路和低压稳压稳流电路构成。其中高压产生电路由低压稳压电路、激励电路、非变压器升压电路、变压整流滤波电路及取样反馈电路组成。

4、根据权利要求1、2、3所述，该激发源的特征在于X射线管和供电电源采用分离方式结合，即分别将X射线管和供电电源装置于便携式X射线荧光仪的探头和操作台中。