CN2237241Y - 一种x射线荧光分析仪 - Google Patents

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颜一鸣
丁训良
赫业军
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Beijing Normal University
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Abstract

一种用于测定试样中元素含量及在试样表面的分布的X射线荧光分析仪由X光源、样品、探测器、放大器和计算机多道分析器等组成，其特点在于：在X光源和样品之间加有一整体会聚X光透镜，该透镜为一个单一的、没有支撑部件的多孔玻璃固体，内有多个从所述固体一端贯通到另一端的X光导孔，且该玻璃固体由上述X光导孔壁自身熔合而成，本实用新型的分析灵敏度高、探测极限低、功率密度大，并可用于微区分析，且结构简单、造价低。

Description

一种X射线荧光分析仪
本实用新型涉及一种用于测定试样中元素含量及在试样表面的分布的X射线荧光分析仪。
X射线荧光分析仪作为一种元素含量分析的仪器，在物理、化学、化工、冶金、生物、医学、地学、材料科学、航天航空和微电子等诸多科研或工业领域得到广泛的应用。常规的X射线荧光分析仪由X光源、样品、探测器、放大器和计算机多道分析器等组成。用这种荧光分析仪可以进行样品的无损分析，一次确定数种到数十种元素的含量。但是由于常规的X光源功率低，产生的X光束功率密度低，引发的元素特征X光强度也低，信号本底比较差，分析灵敏度低，很难分析痕量元素的含量(通常的测量极限为10-4-10-8g)，而且常规X射线荧光分析仪给出的X光束截面大，不能用于微区分析。
本实用新型的目的在于提供一种高X光功率密度，高灵敏度，低探测极限，且能进行微区分析的X射线荧光分析仪。
本实用新型的目的通过如下措施达到：该仪器包括X光源、样品、探测器、放大器和计算机多道分析器等，其特点在于：在X光源和样品之间加有一整体会聚X光透镜。自X光源发射的相当大立体角内的X光被整体会聚X光透镜收集和会聚，形成高功率密度的X光微束斑，并聚焦在被测样品上，样品中的元素被激发后，发射的特征X光射到探测器上，经放大器放大后由计算机多道分析器进行分析和贮存。
该整体会聚X光透镜为一个单一的、没有支撑部件的玻璃固体，内有多个从所述固体一端贯通到另一端的X光导孔，且该玻璃固体由上述X光导孔壁自身熔合而成，该透镜沿长度的外形母线和X光导孔外形的母线及X光导孔的轴线近似为空间二次曲线段、二次曲线段的组合或二次曲线段和直线段的组合，透镜的母线和X光导孔外形母线的径向变化对于假想的透镜X光轴线是对称的。X光可以借助在所述X光导孔的内壁上全反射而从所述玻璃固体的一端传播到另一端，利用所述的玻璃固体和X光导孔的不同形状和大小改变X光传播的方向，在很宽的波长范围内调控X光，将X光会聚成很小的束斑形成整体会聚X光透镜。
本实用新型与现有技术相比具有优点如下：
1.由于本实用新型采用整体会聚X光透镜，这种整体会聚X光透镜收集了大量发散的X光，并将其会聚成微束斑，束斑的功率密度很大，在同样X光源功率条件下，比普通X荧光分析仪的束斑功率密度大一百倍到一万倍。
2.由于整体会聚X光透镜有一定的通频带，可以选择分析时的最佳X光波段，从而卡掉高能X光引起的本底，提高了分析灵敏度，扩展了探测极限。
3.由于本实用新型加有整体会聚X光透镜，所以它形成的微束斑可用于微区分析。
4.由于这种整体会聚X光透镜没有支架，结构小巧，所以本实用新型结构简单、造价低，便于普及和推广使用。
下面结合附图及实施例对本实用新型进一步详述。
图1为本实用新型的的原理框图；
图2为本实用新型中整体会聚X光透镜的结构示意图；
图3为本实用新型中整体会聚X光透镜的轴向剖面图；
图4为图3中C部局部剖面图；
图5为图2中A-A剖面的正多边形截面示意图；
图6为图2中A-A剖面的圆形截面示意图；
图7为图2中A-A剖面的矩形截面示意图；
图8为具有整体会聚X光透镜和光阑组合体的X射线荧光分析仪原理框图；
图9为具有两个整体会聚X光透镜的X射线荧光分析仪原理框图；
图10为带有一个整体会聚X光透镜、一个整体X光透镜和光阑组合体的X射线荧光分析仪原理框图。
参见附图1，本实用新型由X光源1、整体会聚X光透镜2、探测器7和7′、样品13、前置放大器15和15′、放大器16和16′、计算机多道分析器17、计数率计18组成，3为透镜假想的X光轴线，自X光源1发射的X光5，被整体会聚X光透镜2收集和会聚，形成直径数毫米以下的微束斑，聚焦点在被测样品13上，样品13的平面与透镜X光轴线3成45°角，样品13中元素被激发后，发射的特征X光14，沿着与入射X光成90°的方向射到探测器7上，经前置放大器15和放大器16放大后，送入计算机多道分析17中进行分析和贮存：从样品13产生的X光另一部分由探测器7′接收，经前置放大器15′和放大器16′送入计数率计18记录和贮存，用于X光源强度的监测。
参见附图2、3、4，整体会聚X光透镜2的进口截面和出口截面尺寸小于最大截面尺寸，透镜2沿长度方向的外形母线40和X光导孔9的外形母线42及X光导孔的轴线41近似为空间二次曲线段、或二次曲线段的组合，或二次曲线段和直线段的组合，透镜的外形母线40和X光导孔母线42的径向变化对于假想的X光轴线3是对称的。透镜2的形状可为正多边形、圆形及矩形，如图5、6、7所示。以上各图中1为X光源、2为整体会聚X光透镜、3为假想的透镜光轴线、4为X光焦斑、5为入射到透镜的X光、6为自透镜会聚到焦斑上的X光、7为探测器、9为X光导孔，为了改进透镜内部结构缺陷，提高透镜的光学性能，增加机械强度，在透镜2的外面加一层实体密合包边8。X光源1到透镜2进口端的距离即焦距f1为10mm-200mm，透镜2出口端到焦斑4的距离即焦距f2为10mm-500mm，透镜长度1为25mm-200mm，透镜进口端尺寸Din为1mm-30mm(对于圆形透镜为直径尺寸，对于正多边形为对边尺寸，对于矩形为最小对边尺寸)，透镜出口端尺寸Dout为1mm-35mm，占空比大于5％。
X光导孔9的内径大小变化和透镜2截面大小的变化是连续和同步的，即透镜2截面小时，X光导孔9的内径也小，透镜2截面达到最大尺寸Dmax时，X光导孔9的内径也最大。
为了提高整体会聚X光透镜边缘导孔的传输效率，X光导孔9尺寸在与X光轴线3相垂直的截面上不同部位处有不同的大小，例如靠近X光轴线3的X光导孔9的尺寸大，远离X光轴线3的X光导孔9的尺寸小。
下面给出整体会聚X光透镜的实例，该整体会聚X光透镜由二次复合拉制而成，共有250507根X光导孔，透镜2的外形和X光导孔的外形母线及X光导孔的轴线由直线段、旋转椭球体线段、直线段、旋转椭球体线段和直线段的组合而成，透镜长度1为50mm，透镜截面为正六边形，入口处对边长Din＝6.7mm，出口处对边长Dout＝5.2mm，透镜最大处对边长Dmax＝7.2mm，焦距f1＝44mm，焦距f2＝33mm，X光收集角ω＝150mRAD。利用一个各向同性的直径是0.1mm的点束斑X光源发出8.04keV的X光，测得透镜的传输效率η＝5％，会聚束斑直径S＝157μm，透镜的放大倍数K＝760，等效距离Leq＝4.6mm。(上述透镜传输效率η为透镜出射X光与入射X光通量之比为，会聚束斑大小S为焦距f2处在和透镜光轴线垂直的截面上会聚光束斑的大小，透镜的放大倍数K为焦距f2处有X光透镜时的X光功率密度与没有X光透镜时的X光功率密度之比，等效距离Leq对于各向同性的X光源，为X光源与X光透镜入口之间某一点与X光源距离，该点上X光功率密度与焦距f2处的X光功率密度相等。)
参见附图8，整体会聚透镜2之后加光阑12组成透镜和光阑组合体，该光阑12由中重元素材料制成，在整体会聚透镜2后加光阑12的作用是进一步限制X光束斑的大小，使X光束斑最强一部分X光射到探测器7上，从而得到更小的束斑和更高的X光功率密度。
参见附图9，本实用新型可在样品13与探测器7之间加有另一整体会聚X光透镜2′，以聚集样品13发射的特征X光14，透镜2′会聚形成的会聚X光14′射到探测器7上。这样可以提高元素探测灵敏度。
参见附图10，本实用新型具有两个整体会聚透镜2和2′，并在整体会聚X光透镜2后和样品13前加有光阑12。

Claims (11)

1.一种X射线荧光分析仪，由X光源、样品、探测器、放大器和计算机多道分析器等组成，其特征在于：在X光源和样品之间加有一整体会聚X光透镜。
2.根据权利要求1所述的X射线荧光分析仪，其特征在于：整体会聚X光透镜为一个单一的、没有支撑部件的多孔玻璃固体，内有多个从所述固体一端贯通到另一端的X光导孔，且该玻璃固体由上述X光导孔壁自身熔合而成，该透镜沿长度的外形母线和X光导孔外形的母线及X光导孔的轴线近似为空间二次曲线段、二次曲线段的组合或二次曲线段和直线段的组合，透镜的母线和X光导孔外形母线的径向变化对于假想的透镜X光轴线是对称的。
3.根据权利要求2所述的X射线荧光分析仪，其特征在于：上述透镜的进口截面和出口截面尺寸小于最大截面尺寸。
4.根据权利要求3所述的X射线荧光分析仪，其特征在于：上述透镜的进口端截面和X光导孔在与上述透镜光轴线垂直方向上的截面为正多边形或圆形或矩形，出口端截面与进口端截面形状相同。
5.根据权利要求3所述的X射线荧光分析仪，其特征在于：上述X光导孔尺寸与上述透镜X光轴线相垂直的截面上不同部位处有不同的大小。
6.根据权利要求3所述的X射线荧光分析仪，其特征在于：上述透镜有实体密合包边。
7.根据权利要求3所述的X射荧光分析仪，其特征在于：X光源到透镜进口端的距离为10mm-200mm，X光透镜出口端到最小会聚束斑的距离为10mm-500mm，透镜长度为25mm-200mm，透镜进口端尺寸为1mm-30mm，透镜出口端尺寸为1mm-35mm，占空比大于5％。
8.根据权利要求1或3所述的X射线荧光分析仪，其特征在于：在整体会聚X光透镜之后加有一光阑组成透镜和光阑组合体。
9.根据权利要求1或3所述的X射线荧光分析仪，其特征在于：在样品与探测器之间加有一整体会聚X光透镜。
10.根据权利要求8所述的X射线荧光分析仪，其特征在于：在样品和探测器之间加一整体会聚X光透镜。
11.根据权利要求10所述的X射线荧光分析仪，其特征在于：透镜和光阑组合体中光阑由中重元素材料制成。
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