DE1673162A1 - Verfahren und Vorrichtung fuer die Roentgenstrahlanalyse - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung fuer die RoentgenstrahlanalyseInfo
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titsche Bank AG., Abs.: Patentanwalt Dipl.-lng. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner SfraBe 22Jt""""" " />· ΧΓ-ο^ΓΊΗαΙβη Siegen u. Oberhausen (RhId.)
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65 098 jfli/Sofrm \ ίί#
-9. SEP. 1965
United Kingdom Atomic Energy Authority, 11 - 12, Charles II Street, London, SWi, England
I1Ur diese Anmeldung wird die Priorität aus den britischen
Patentanmeldungen Nr. 37 235/64 voia 11. September 1964
und 37 234/64 vom 11. September 1964 in Anspruch genommen.
Verfahren und Vorrichtung für die Röntgenstrahlanalyse
Die Erfindung bezieht sich auf Röntgenstrahlanalysen und
betrifft insbesondere eine Röntgenstrahlanalyse, bei der eine rückstreuende Geometrie und eine Rüokstreu- oder Fluoreszenztechnik
verwendet wird.
Bei einer Röntgenstrahlanalyse können in die Analyse TJngenauigkeiten
dadurch eingeführt werden, daß in der zu analysierenden.
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Probe ein Element vorhanden ist, das eine Wirkung auf die für
die Analyse verwendeten Röntgenstrahlen und/oder auf jegliche
fluoreszenten Röntgenstrahlen ausübt, die durch das gewünschte bzw. gesuchte Element emittiert bzw. ausgesendet werden. Ein
solches Element wird allgemein als "interferierendes Element" bezeichnet, und eine allgemeine Wirkung, die durch solche interferierenden
Elemente hervorgebracht wird, ist der Matrix-Absorptionseffekt.
Dieser Effekt bringt eine Verminderung der Intensität der rückgestreuten oder erforderlichen fluoreszenten
Röntgenstrahlen mit sich, und zwar als Folge einer Zunahme der Konzentration des interferierenden Elementes. Da sich die Konzentration
des interferierenden Elementes ändern kann, während die Konzatration der gesuchten Komponente konstant bleibt, unterliegt
die Intensität der rückgestreuten oder fluoreszenten Röntgenstrahlen Veränderungen, die von Änderungen in der Konzentration
der gesuchten Komponente abhängig sind. So ist beider
Bestimmung des Aschegehaltes von Kohle durch eine Rückstreutechnik
Eisen ein allgemeines interferierendes Element, und starke Veränderungen in der Intensität der rückgestreuten Röntgenstranlen
können ihren Ursprung eher in Veränderungen des Eisengehaltes als in Veränderungen des Gesamtaschegehaltes haben. Auch ist
bei der Analyse von Kupfererzen durch Fluoreszenztechniic Eisen
ein interferierendes Element, und starke Veränderungen in der Intensität der fluoreszenten Kupfer-K^-Röntgenstrahlen Können
ihren Ursprung eher in Veränderungen des Eisengehaltes als in
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QFHGfNAl
Veränderungen des luipfergenaltes haben. .Ähnliche Effekte spielen
bei der Analyse von Zinn in Zinnerzen dann eine Rolle, wenn wiederum Eisen das interferierende Element ist, oder bei der
Analyse e:Lies Zinkiuinerals, bei der sowohl Eisen als auch Blei
interferierende Elemente sind.
Es ist zu berücksichtigen, daß solche Interferenzeffekte
äußerst unerwünscht sein können, da sie eine kessung der Konzentration der gesuchten Komponente mit dem erforderlichen Genauigkeitsgrad
verhinderiio
Wenn geeignete einfallende Röntgenstrahl—energien in Verbindung
mit einer Rüokatreutechnik verwendet werden, dann können fluoreazente Röntgenstrahlen im interferierenden Element erregt
und von diesem emittiert werden. Die Emiaaion dieser fluoreszenten
Röntgenstrahlen führt zur Teil-, Voll- oder Überkoinpensation
des interferenzeffektes.
In der britischen Patentschrift 965 303 ist ein Verfahrev
beschrieben,·oei welchem die charakteristischen fluoresze.iten
Eisen-A-Röntgenstrahlen, die im Eisen erregt werden,
dazu verwendet werden, den Interferenzeffekt des Eisens bei der
Bestimmung des Ascnegehalr.ea der Kohle unter Verwendung einer
Röntgenstraiil-IiücKstreutechnik zu kompensieren. Das beschriebene
Verführe/i basiert auf der Verwendung von einfallenden
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Röntgenstrahlen, die eine Energiekomponente knapp oberhalb des Eisen-K-Absorptionsrandes
von 7,11 keV haben, um. eine wirkungsvolle
Erregung der fluor es 25 ent en Eisen-K-Röntgenstrahlen zu ergeben.
Der Wirkungsgrad·der Erregung ist solcherart, daß eine
Überkompensierung daraus resultiert, und die Verwendung von
Filtern ist notwendig, um eine genaue Koinpeniserung zu
erzielen.*
Jedoch bedingt die Anwendung von Röntgenstrahlen iuit geringen
Energien in der &rößenOrdnung von 10 keV die Verwendung
von kleinen Partikeln bzw. Teilchen von weniger als etwa 0,04
Zoll (etwa-1 mm), und zwar infolge des geringen Ausmaßes der
Durchdringung der Probe durch die Röntgenstrahlen. Wenn Röntgenstrahlen von größerer Energie verwendet werden, dann kann die
Probe größere Partikel oder Teilchen enthalten, und auf diese
Weise wird das Ausmaß bzw. der Aufwand der Probenpräparie-rung
vermindert. Die Verwendung höherer Energien resultiert Jedoch in einer Abnahme des Wirkungsgrades der Erregung der fluoreszenten
Röntgenstrahlen des interferierenden Elementes, und eine
Kompensierung durch die »fluoreszenten Röntgenstrahlen ist' nicht mehr möglich. So sind bei der Bestimmung des Aschegehaltes von
Kohle unter Verwendung einer Quelle mit einer mittleren Energie von 8 keV Filter erforderlich, um eine genaue Kompensieruxig zu
erzielen, während bei einer Energie von etwa 14 keV keine Filter, außer den von Haus aus im Gerät vorhandenen, benötigt werden,
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BAD ORIGINAL
während hingegen oberhalb dieser Energie fluoreszente
Eisen-K-Röntgenstrahlen erregt werden,
die für eine Kompensieruiig nicht ausreichen.
Ein weiteres Verfahren .zur Überwindung dieses Effektes, dh.
wenn, kurz gesagt, die Fluoreszenztechnik angewendet wird, besteht
darin, die Menge jedes in der Probe vorhandenen interferierenden
Elementes zu bestimmen und dann diese bekannte Konzentration
der interferierenden Elemente auf die Intensität der
fluoreszenten Röntgenstrahlen des gesuchten Elementes zu ermöglichen. Dieses Verfahren ist jedoch nicht besonders zufrieden- *
atexlend, da es verschiedene Messungen und eine gewissermaßen .mühsame Kalkulation mit sich bringt, und darüber hinaus kann das
"gesuchte Element" mit der Messung der Konzentration des "interferierenden Elementes" interferieren; z.B. wird die Bestimmung
des Eisengehaltes von Zinkerzen durch Veränderungen in der Zinnkonzentration des Erzes beeinträchtigt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren der Röntgenstrahlanalyse zu schaffen, bei der eine
rücket aalende Geometrie und eine Rückatreu- oder Pluoreszenztechnik
verwendet wird.
So wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
der Röntgenstrahlanalyae unter Verwendung einer rückstreuenden
Geometrie für die Bestimmung einer gesuchten Komponente in einer Erobe, die ein interferierendes Element enthält, geschaffen,
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BAD ORIGINAL
welches darin "besteht, daß Primär-Rcntgenstrahlen in die
Probe eingebracht werden, wodurch Sekundär-Röntgenstrahlen aus der Probe in einer rückgestreuten Richtung zusammen mit fluoreszenten
Röntgenstrahlen aus dem interferierenden Element erhalten werden, wobei die Energie der Primär-Röntgenstrahlen
so gewählt wird, daß solche fluoreszenten Röntgenstrahlen relativ unwirksam erregt werden und die Energie der Sekundär-Röntgenstrahlen
größer ist als die Energie der fluoreszenten Röntgenstrahlen, und daß die Gesamtintensität, der Sekundär-Röntgen-"
strahlen plus der fluoreszenten Röntgenstrahlen unter Verwendung eines Detektors gemessen wird, der so eingerichtet wird, daß
er auf die energieschwachen fluoreszenten Röntgenstrahlen eher anspricht als auf die energiereichen Sekundär-Röntgenstrahlen.
Der Ausdruck "Sekundär-Röntgenstrahlen" wird dazu verwendet, die rackgescreuten Röntgenstrahlen zu definieren, ganz
gleich, ob nun eine solche Rückstreuung durch die gesuchte Komponente oder das interferierende Element bewirkt wird und
P außerdem der fluoreszenten Röntgenstrahlen, soweit sie vorhan-•
den Bind und ihren Ursprung im gesuchten*Element haben. Ob
solche fluoreszenten Röntgenstrahlen effektiv vorhanden sind
oder nicht, wird davon abhängen, ob die Energie der Primär-Röntgenstrahlen
oberhalb oder unterhalb des Röntgenstrahl-Absorptionsrandes des gewünschten bzw. gesuchten Elementes liegt, oder
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nicht, und ob der Detektor auf diese anspricht«
■•Js ist darauf hinzuweisen, daß im allgemeinen die Rückstreutechnik
dazu verwendet werden Kann, die Anteile einer gesuchten Komoonente, wie beispielsweise Asone, zu messen,
während durch die Fluoreszenztechnik der Anteil eines gesuchten Elementes, wie beisoielsweise Kupfer, geraessen wird. Obwohl
diese Unter sehe idUii^ gemacht werden sollte, wird der Einfachheit
halber der Ausdruck "das gesuchte Element" im nachfolgenden inklusiv
verwendet.
])arüber hinaus sollte der Ausdruck "Primär-Röntgenstrahlen",
der dazu verwendet wird, die Strahlun.;/beschreiben, welche in die Probe hinein-reschickt v/ird, so verstanden werden, daß er
die energiereiohere Strahlung, allgemein ^-Strahlen genannt,
einschließt.
juie Erfindimg ueirifft außerdem ein G-erät zur Ausiioung
des Verfahrens«
So wird, ^eiiiiß einem weiteren Merkmal der Erfindung, ein
Gerät f:ir die Rontgenstrahlanalyse bei Verwendung einer rückstreuende.i
Geometrie geschaffen, das sich zusammensetzt aus
einem Proborihalter, der eine Prooe des zu analysierenden Materials
enthilt, aus einer Röntgenstrahlenquelj.e, die so angeordnet
ist, daß aie Pri;u^!'-'Röntgenstrahlen in üiesen Probehalter hinein-
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ÖÄD ORiQJNAL
schickt, wobei diese Quelle so ausgewählt ist, daß sie PriiuAr-Röntgenstrahlen
mit einer Energie emittiert, welche eine wirieungs volle Erzeugung von Sekundär-Rönt genstrahl en aus dem-gesuchten "
Element hervorbringt und' eine relativ unwirksame Erregung der ■ '
charakteristischen Röntgenstrahlen irgendeines .in der Probe vorhandenen
interferierenden Elementes bewirkt, sowie aus eineui
Detektor für Röntgenstrahlen, der so angeordnet ist, daß er die Qeaamtintensität der Sekundär-Röntgenstrahlen und der charak-
^ teristisohen Röntgenstrahlen des interferierenden Elementes mißt, die in einer rückgestreuten Richtung emittiert werden, wobei
dieser Detektor so ausgelegt ist, daß er auf die energiereicheren Sekundär-Röntgenstrahlen weniger anspricht als auf
die energiearmeren charakteristischen Röntgenstrahlen des interferierenden
Elementes.
Es versteht sich, daß'die Energie der verwendeten Priiaar-Röntgenstrahlen
und somit das Wesen der Lieferquelie abhängig sein wird sowohl von dem Element, dessen Konzentration gemessen
werden soll, als auch vom Wesen des oder der interferierenden
Elemente. S1Ur ein gegebenes Material wird jedoch das Wesen des
oder der interferierenden Elemente bekannt sein, und somit wird die optimale Energie der Röntgenstrahlen von der Quelle her nur
vom Wesen des zu analysierenden Materials abhängig sein.
Spezieller kann das Verfahren gemäß der Erfindung unter
Anwendung einer Rückstreuteohnik für die üestiiuiuung des Aschege-
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BAD
haltes von Kohle durch das erfindungsgemäße Verfahren angewendet
werden, wobei in diesem Falle eine Röntg.enstrahlenquelle, die Röntgenstrahlen von einer Energie im Bereich zwischen etwa
H und 22 keV ergibt, verwendet werden sollte. Zweokmäßigerweise
würde die Röntgenstrahlenquelle eine Radioisotopenquelle
sein, und für die Analyse von Kohle gemäß der vorliegenden Erfindung würde eine geeignete Quelle das Radioisotop-Kadmium-1o9
sein, welches Röntgenstrahlen mit einer Energie von 22 keV zusammen
mit einem geringen Anteil von 88-keV-Röntgenstrahlen ä
emittiert. Bei Anwendung des Verfahrens naoh der Erfindung für Bestimmungen von Asche in Kohle können Partikel oder Teilchen
in der Größenordnung von 0,5 Zoll (12,7) mm) verwendet werden,
verglichen mit Teilchengrößen von 0,04 Zoll (1 mm) bei Anwendung "des Verfahrens nach der britischen Patentschrift 965 303.
Bei Verwendung der ITuoreszenzteohnik sollte berücksichtigt
werden, daß, obwohl die fluorescenten Röntgenstrahlen des interferierenden
Elementes nicht so wirkungsvoll erregt werden wie *
diejenigen des gesuchten Elementes, dooh dafür Sorge getragen werden sollte, daß die vom interferierenden Element ausgehenden
Röntgenstrahlen nicht so unwirksam erregt werden, daß eine Kompensation
des Zwischenelementeffektea unmöglich ist·. So werden
bei der Analyse von Zinn in einem Zinnerz, welches Eisen als das interferierende Element enthält, mit einer Quelle von einer
Energie, die vollständig oberhalb derjenigen liegt, die erforderlich ist, Zinn-K-Röntgenstrahlen (Erregungsenergie 29 keV)
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BAD ORlGINAU
zu erregen, Eisen-K-Röntgenstrahlen nicht mit ausreichender
Wirksamkeit erregt, um eine Kompensierung zu ermöglichen, selbst nicht bei Verwendung eine's dünnen Plastikphosphors "bzw. Plastik-Szintillators,
wie im nachfolgenden beschrieben. Wenn jedoch die verwendete Lieferquelle ein kontinuierliches Energiespektruni
aufweist, das sich oberhalb und unterhalb 29 keV erstreckt, dann
sind die Röntgenstrahlen von einer Energie unterhalb 29 keV dazu geeignet-, die gewünschte Menge von Eisen-K-Röntgenstrahlen zu
erregen. So ist bei Verwendung einer Promethium-H7/Aluminiuia-Bremsstrahlungsquelle,
welche ein kontinuierliches Spektrum über den Bereich von 10-100 keV hinweg hat, die Energie im
Bereich 10-29 keV wirksam, um die gewünschte Erregung von Eisen-K-Rontgensirahlen
zu ergeben.
Anstelle der Verwendung einer Quelle mit einem kontinuierlichen Spektrum, wie beschrieben, kann die Quelle jedoch auch
zwei unter sich verschiedene Energiekomponenten besitzen, von denen die eine in der Weise wirksam ist, daß sie die gewünschte
Erregung von fluoreszenten Röntgenstrahlen aus dem gesuchten
' Element ergibt, und wobei die andere eine1 geeignete Erregung
der Röntgenstrahlen der interferierenden Elemente ergibt. Eine solche Quelle ist Amerioium-241» deren Strahlung eine energiearme
Komponente im Bereich }1-22 keV und eine energiereiohe Komponente von 60 keV aufweist. Bei Verwendung einer solchen
Quelle, wie bei einer Quelle mit einem kontinuierlichen Spektrum,
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wird der verwendete Detektor so eingeregelt, daß er eine größere Ansprechempfindlichkeit auf die einfallenden Röntgenstrahlen
der einen Energie hat als auf die Energie der anderen einfallenden
Röntgenstrahlen.. ·
Jeder Detektor, ,dessen Ehergieansprechempfi&dlichkeit in
geeigneter Weise eingeregelt werden kann, kann verwendet werden,
und Plastikpha^hor-Szintillationszählerdetektoren werden zur
Zeit bevorzugt. Der Wirkungsgrad des Plastikphosphors bzw. Plast ikszintillators ist abhängig von der Dicke des Phosphors bzw.
des Szintillators und auch von der Röntgenstrahlenergie, wie in
Tabelle I für einen Plastikphosphor bzw. Plastikszintillator
vom Typ ME 102 A gezeigt, der durch die Firma Nuclear Enterprises
Ltd. hergestellt wird.
Nabelte I ■
| iöntgenstrahlen- iuergie (keV) |
Szintillator-Schichtstärke ( mm ) | 0,05 | 0,12 | 0,25 | 0,38 | 0,5 | 1,3 | ■ 2,5 |
| 5,9 22,2 88 |
' 5 $ 0,15$ <O,1$ |
12 $ | 23 # oM 0,4$ |
32 $ 1 Afo 0,6?ί |
40 $ 0,8f |
12 io
AAio 2 M |
92 io 8,5$ 4,0 $ |
|
| Wirkungsgrad bei 5,9 keV |
25 | 24 | 25 | 23 | 22 | ΊΪ | 11 | |
| Wirkungsgrad bei 22,2 keY |
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Die Tabelle I zeigt auch das Verhältnis des Wirkungsgrades -■-für
die Zählung von 5,9-keV-Röntgenstrahlen zum Wirkungsgrad ■ für die Zählung von 22,2-keV-Röntgenstrahlen.~ In der Praxis ist
es erwünscht, den größten Wirkungsgrad der Ermittlung (der mit der Dicke ansteigt) und das größte Wirkungsgradverhältnis (das ■
mit der Dicke abnimmt) zu haben. Ein praktischer Kompromiß wird mit einer Szintillatordicke von 0,o2o Zoll (0,5 mm) erzielt.
Der Phosphor bzw. Szintillator kann unmittelbar mit der
Photokathode eines Photoverstärkers gekoppelt sein, jedoch kann sich in einem solchen Falle herausstellen, daß die unmittelbare
Erregung der Photokathode von Röntgenstrahlen herrühren kann, die unentdeckt durch den Szintillator hindurchgehen. In einem solchen
Falle kann der Wirkungsgrad für 22 keV durch direkte Erregung größer sein als durch den Plastikszintillator von 0,02:
Zoll (0,5 mm), wie in Tabelle II gezeigt. :■
| Röntgenstrahlen-Energie (keT) |
^-Wirkungsgrad der Ermittlung durch, direkte Erregung der Fotokathode |
| 5,9 22,2 88 |
2,2 # 4,0 # 1,4 # |
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BAD ORSGlHAL
In diesem Falle wird daher daa Verhältnis des Zählungswirkungsgrades von 22 auf 7,5 reduziert»
Dieser Effekt der direkten Erregung kann duroh Verwendung
einer Licht führung bzw. Liohtsohieu.se zwischen dem Plastik-Szintillator
und dem Photoverstärker überwunden werden. Der
Zweck einer solchen Lichtschleuse besteht darin, die 22-keV- und
88-keV-Röntgenstrahlen in wirkungsvoller Weise zu absorbieren,
während sie zur gleichen Zeit mit hohem Wirkungsgrad die SzintiXTationen
vom Szintillator auf die Photoverstärker-Photokathode t|
überträgt.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Umstand, daß,
wenn die Konzentration des interferierenden Elementes abnimmt, die Intensität der fluoreszenten Röntgenstrahlen, die duroh das
interferierende Element emittiert werden, ansteigt, währen diejenige
der Sekundär-Röntgenstrahlen, die duroh das gesuchte Element emittiert werden, infolge des Matrix-Absorptionseffektes
abnimmt. Bei Verwendung eines Detektors, der auf fluöreszente |
Röntgenstrahlen vom interferierenden Element her eher anspricht
als auf die Sekundär-Röntgenstrahlen vom gesuchten Element her,
kann die Zunahme der einen dazu gebracht werden, die Abnahme der anderen zu kompensieren. Es sollte berücksichtigt werden, daß bei
Verwendung der Fluoreszenzteohnik der Detektor nicht nur die
fluoreszenten Röntgenstrahlen aus dem gesuchten Element mißt, sondern auch jegliche rüokgestreuten Röntgenstrahlen, und daß die
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rückgestreuten Röntgenstrahlen ausserdem durch die Veränderungen des Anteils dea interferierenden Elementes "beeinträchtigt v/erden.
So müssen die fluoreszenten Röntgenstrahlen vom interferierenden Element her intensiv genug sein, um sowohl die Abnahme in der
rückgestreuten Intensität als auch diejenige der Intensität der fluoreszenten Röntgenstrahlen des gesuchten Elementes zu überwinden.
™ Es ist. erkennbar, daß die verwendete Probe zumindest die
"Sättigungsdicke11 für Rückstreuung oder Erregung einer Fluoreszenz,
je nachdem, haben muß. Diese "Sättigungsdicke", die leicht
bestimmt werden kann, wird u.a. vom Wesen der verwendeten Lief er-
quelle und auch von dem besonderen zu analysierenden Material abhängen.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines in der Zeiohnung
dargestellten Ausführungebeispiels eines Gerätes zur Ausübung ) des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert, und zwar zeigt
Pig. 1 in sohemati scher Darstellung ein Gerät für die Analyse
nach der vorliegenden.Erfindung,
Fig. 2 Kalibrierungskurven für die Analyse von Asche in Kohle
bei Verwendung eines Plastikszintillators mit und ohne
licht schleuse und bei Verwendung der Rüokstreuteohnik,
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Fig. 5 im Vergleich dazu Kalibrierungskurven bei Verwendung
einer Promethium-147/Aluminium-Bremsstrahlungsquelle und
eines Natriumjadid-Kristalldetektors bei der Analyse von
Zinnerzen unter Verwendung einer Fluoreszenzteohnik, während
Fig. 4 die Kalibrierungskurve darstellt, die mit dem Gerät nach
Fig. 1 bei der Analyse von Zinn erzielt wirdo
Fach der Zeichnung, insbesondere nach Fig. 1 , werden bei
der Analyse von Asche in Kohle unter Verwendung einer Rückstreu- *
technik Röntgenstrahlen von einer Kadmium-109-Quelle 1 in einem
goldenen Quellenhalter 2 erhalten. Die Quelle 1 ergibt Röntgenstrahlen
mit einer Energie von 22 keV mit einer geringen Menge
von 88-keV-Röntgenstrahlen und ist unterhalb eines Probenhalters
3 angeordnet, der eine Probe 4 aus zu analysierender Kohle enthalt.
Die Probe 4 besteht aus Kohlebeilchen in der Größenordnung
bis zu 0,5 Zoll (12,7 min) und hat eine Dicke, die über diejenige
hinausgeht, welche erforderlich ist, um eine Sättigungsrückstreu-
2 " A
ung zu bewirken, d.h. die über 3 Zoll (5»3 g/cm ) hinausgeht. |
Der Probenhalter ist schmatisch dargestellt und kann in
der Praxis eine einfache Zelle, ein beweglicher Gurt, eine Durch-
° flüßküvette oder ähnliches sein.
ο
ο
σ> Das Röntgenstrahlen-Ermittlungsgerat besteht im wesentlichen
-* aus einem geräuscharmen Photoverstärker 5 und einem Phosphor
^ bzw. Szintillator 6, die durch eine Lichtführung bzw. Lichtschleuse
7 voneinander getrennt sind. Die Lichtschleuse 7 besteht
BAD
aus einer Säule aus "Perspex" (Poiymethylmethacrylat) in
einer Länge von 4 Zoll (etwa 100 mm) und einem Durchmesser-" von 2 Zoll (etwa 50 mm), welche eine optische Kopplung zwischen,
■dem Photο verstärker 5 und dem Szintillator 6 herstellt und sowohl
als eine Lichtschleuse "bzw. Lichtführung als auch als ein Röntgenstrahldämpfer wirksam ist, wie nachfolgend erläutert
wird. Der Szintillator 6 besteht aua einem 0,02 Zoll (0,5 mm)
dicken Plastikphosphor bzw. Plastikleuchtstoff vom Typ NE 102 A.
Der Szintillator 6 ist durch ein Detektorfenster 8 aus 0,0005 Zoll
(0,01 mm) dicken aluminisierten "Mylar" überdeckt, wobei die
Quelle 1 und der Quellenhalter 2 auf dem Fenster 8 ruhen. Die
Bauteilgruppe aus Fenster 8, Szintillator 6 und Lichtschleuse 7
wird durch einen rohrförmigen Bauteil 9 in ihrer Lage gehalten, der sich über die Länge der Lichtschleuse 7 und um das Ende
des Photoverstärkers 5 herum erstreckt.
Es ist darauf hinzuweisen, daß auch andere Stoffe als PoIymethylmethacrylat
für die Lichtschleuse 7 verwendet werden können,
z.B. Glas oder Quarz, und daß bei Verwendung eines-Materials von einer größeren Dichte und Atomzahl die Länge der Liehtschleuse
vermindert werden kann, während sie dennoch die gewünschte Dämpfung der 22-keT- und 88-keV-Röntgenstrahlen ergibt.
Bei Verwendung des dargestellten Gerätes gelangen Röntgenstrahlen von 22 keV aus der Quelle 1 in die Kohleprobe 4, wo eine
Rückstreuung zusammen mit der Erregung von Eisen-K-Röntgenstrahlen
von einer Energie von 6,4 keV stattfindet. Die rüokgestreu-
00981-8/1491
BAD
ten Röntgenstrahlen und die fluoreszenten Röntgenstrahlen verur- -saohen eine Szintillation des Phosphors "bzw. des Szintillators
•6, und diese Szintillationen werden duroh den Photoverstärker 5
ermittelt, wobei die rückgestreuten Röntgenstrahlen von 22 keV, die durch den .Szintillator 6 hindurchgehen, durch die Lichtschleuse
7 gedämpft werden. Die Zählrate des Photoverstärkers 5 kann verglichen werden mit einer Kalibrierungskurve, um den
Aschegehalt der ICohleprobe unabhängig vom Eisengehalt zu ergeben,
oder gegebenenfalls könnte der Photoverstärkerausgang so
kalibriert werden, daß er den Aschegehalt direkt ergibt» %
Fach Pig. 2 wird die Kurve A bei Verwendung des Szintillators 6 alleine ohne Lichtschleuse und einer Kohleprobe, die kein
Bisen und veränderliche Anteile von AHche enthält, erzielt· Die
Kurve B ist der Kurve A ähnlich für Kohleproben, die 20 Gew»#
Bisenoxid (Fe^O,) in der Asche enthält. Die Kurve 0 wird dann
erzielt, wenn das Gerät nach Jig. 1 bei Kohleproben mit 0 und
20 # Bisenoxid in der Asche verwendet wird· .
Auf diese Weise wird durch Einführen der Lichtschleuse eine Kompensierung des Bisengehaltes in der Asche bei der Kohle-Asche-Analyse
möglich, da die Lichtschleuse die rüokgestreuten
Röntgenstrahlen (Energie 20 - 22 keY) dämpft und auf diese Weise
diese Röntgenstrahlen daran hindert, eine direkte Erregung der Photokathode des Photoverstärkers zu bewirken. Es soll jedooh
darauf hingewiesen werden, daß sioh die Verwendung einer Lioht-
0098 16/1
schleuse dann als unnötig er we is en. kann, wenn die vorliegende
Technik auf die Analyse von anderen Materialien als iCohle ausgeweitet
wird.
So kann das Gerät nach Fig. 1 ohne Lichtschleuse 7 für die
Analyse von Zinnerzen, welche Eisen enthalten, durch eine Fluores zenztechnik verwendet werden« =
In diesem Falle werden Röntgenstrahlen mit einem kontinuierliehen
Energiespektrum im Bereich 10 - 100 keV von einer Promethium-147/Aluminium-ärema3trahlungsq.uelle
1 im ,-oldenen Quellsnhalter
2 erhalten. Die Quelle 1 sitzt unterhalb des Pro"beniialters
3» der eine Probe 4 aus einem Zinnerz enthält, welches analysiert
werden soll. Die Probe 4 hat zumindest die "Sättigungsdicke"
für eine Zinn-Fluoreszenz, d.h. eine Dicke von mindestens
0,5 Zoll (2,5 g/cm2).
Das Röntgenstrahlen-Ermittlungsgerät besteht allein aus
dem geräuscharmen Photoverstärker 5 und dem Szintillator 6,
wobei der Szintillator 6 aus einem 0,02 Zoll (0,5 mm) dicken Plastik-Leuchtstoff vom Typ NE 102 A besteht. Der Szintillator
6 wird von einem Fenster 8 aus 0,003 Zoll (etwa 0,07 mm) dickem Aluminium bedeckt, welches als ein Filter für Feineinstellung
der ermittelten Eisen-K-Intensitit wirkt* Diese Anordnung ergibt
©ine ausreichende Diskriminierung bzw. Unterscheidung zugunsten
der Eisen-K-Röntgenstrahlen, um eine ausreichende Kompensierung 4
der Veränderungen im Eisengehalt dee Erzes zu erzielen.
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^.fe.i^v-*- - ^ BAD ORIGINAL "
Bei Verwendung des dargestellten Gerätes gelangen Röntgenstrahlen
von der Quelle 1 in die Probe 4 und erregen eine
fluoreszenz in dem in der Probe vorhandenen Zinn und Eisen.
Der Röntgenstrahl-Absorptionsrand von Zinn liegt "bei 29» 2 keY,
und somit sind Röntgenstrahlen von einer geringeren Energie als 29»2 keY nur insofern wirksam, als sie die fluoreszenten
Röntgenstrahlen des Eisens erregen, während Röntgenstrahlen von einer Energie größer als 29,2 keV in der Weise wirksam
sind, daß sie in erster Linie die fluoreszenten Röntgenstrahlen
des Zinns erregen, da "bei diesen Energien der Wirkungsgrad
f;ir die Erregung von Bisen-Röntgeiistrahlen g ering ist. Es findet
außerdem eine gewisse Rückstreuung der einfallenden Röntgenstrahlen
statt. Die fluoreszenten und rückgeatreuten Röntgenstrahlen
gehen durch das Fenster 8 hindurch, welches eine gewisse
Filtrierung dieser Röntgenstrahlen bewirkt, die dann eine Szintillation des Szintillators 6 hervorrufen. Die Sziiitillationen
werden durch den Photοverstärker 5 ermittelt, Die Zählrate
des Photoverstärkers 5 kann mit einer Kalibrierungskurve verglichen
werden, um den Zinngehalt des Erzes unabhängig vom Eisengehalt zu ergeben oder der Photοverstärkerausgang kann
gegebenenfalls so kalibriert werden, <$ß er den Zinngehalt unmittelbar
ergibt ο
In Fig. 3 zeigen die. Kurven D und E die (Jesamtzählrate
(Zinn-K-Röntgenstrahlen plus rückgestreute Röntgenstrahlen plus Eisen-!'!-Röntgenstrahlen), wobei ein Natriumiodid»— Kristalldetek-
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tor, der bei .diesem Experiment für die Ermittlung aller der einfallenden
Energien annähernd gleichermaßen wirksam ist, sowie Erze von variierendem Zinn^gehalt mit Eisenanteilen von jeweils
O bzw. 5 Gew.$ verwendet werden. Wenn die Erregerquelle Promethium-
147 /Aluminium ist und ein Kristalldetektor verwendet wird, dann ist der Wirkungsgrad der Ermittlung von Eisen-Röntgenstrahlen
hoch, jedoch ist der Erregungswirkungsgrad der Eisen-Röntgenstrahlen gering, und somit ergeben die Eisen-Rönt-
^ genstrahlen keine Kompensierung der Veränderungen im Eisengehalt
des Erzes. Die Kurven F und G in Fig. 3 zeigen die Zählrate von Zinn-K-Röntgenstrahlen nur für verschiedene Zinnanteile
und Eisenanteile von jeweils 0 und 5 Gewichtsprozent. Die Zinn-Röntgenstrahlen
wurden isoliert, wobei ausgeglichene Filter aus Silber und Palladium verwendet wurden. Die Kurven F und G zeigen
klar den Effekt des im Erz enthaltenen Eisens, und es ist klar, daß genaue Bestimmungen des Zinngehaltes nicht möglich sind,
wenn ein Paar von ausgeglichenen Filtern verwendet wird·
Nach Fig. 4 erhält man die Kurve H bei Verwendung des Gerätes nach Fig. 1 bei Zinnerzen, die 0 und 5 Gew.# Eisen
enthalten. Aus der Kurve H kann man daher den Zinngehalt des Erzes nur durch Messungen der Zählrate bestimmen, die bei Verwendung des Erzes im Gerät nach Fig. 1 erhalten wird. Somit
ergibt die Verwendung des Plastik-Phosphors bzw. -Szlntillators und Photoverstärkers eine Kompensierung der Effekte des Eisengehaltes
im Erz. ,
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Es versteht sioh, daß das "Verfahren -und das Gerät nach,
der- vorliegenden Erfindung, wie sie. für die Analyse von Zinnerz
beschrieben wurde, auch für die Analyse von anderen Erzen herangezogen werden können, die interferierende Elemente enthalten,
welche Matrix-Absorptionseffekte ergeben.
Obwohl dieses abgeänderte Gerät für die Analyse von Zinnerzen zufriedenstellend ist, kai:n ea sich in anderen Fällen ergeben, daß ein solches Gerät keine vollständige Kompensierung μ
des interferierenden Elementes ergibt, und zwar deshalb» weil einige der energiereicheren Röntgenstrahlen aus dem gesuchten
Element.durch den Plastik-Szintillator unentdeckt hindurchgehen
und eine direkte Erregung der Photokathode des PhotοVerstärkers
ergeben. In einem solchen i'alle kann das Gerät durch ',Yiedereinfügung
der Lichtschleuse zwischen dem Szintillator und dem Photoverstärker
abgeändert werden, um die gewünschte Kompensdß rung zu erzielen.
Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegeidsn
Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich
vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen
— oder in Kombination -- in der gesamten Beschreibung und
Zeichnung offenbart sind. .
Patentansprüche
Claims (1)
1. Verfahren zur Durchführung einer Röntgenstrahlanal^-se bei
Verwendung einer Rückstreugeometrie für die Bestimmung eines gesuchten
Elementes in einer Probe, die außerdem ein interferierende ι Element enthält, dadurch gekennzeichnet, daß Primär-Röntgenstrahlen
in die Probe (4) eingebracht werden, um dadurch Sekundär-Röntgenstrahlen aus der Probe (4) in einer, rüökge steuerten Richtung,
zusammen mit fluoreszenten Röntgenstrahlen aus dem interferierenden Element, zu erhalten, daß die Energie der Primär-RÖntgenstrahlen
so ausgewühlt wird, daß die fluoreszenten Röntgenstrahlen relativ schwach erregt werden und die Energie der Sekundär-Röntgenstrahlen
größer ist als die Energie der fluoreszenten Röntgenstrahlen, und daß die Gesamtintensität von Sekundär-Röntgenstrahlen
und fluoreszenten Röntgenstrahlen gemessen wird, wobei dazu ein Detektor verwendet wird, der leichter auf die energiearmeren
fluoreszenten Röntgenstrahlen als auf die energiereicheren Sekundär-Röntgenstrahlen anspricht.
009816/U91
BAD ORIGINAL
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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| GB3723564 | 1964-09-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=26263382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (5)
| Country | Link |
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| DK134687B (da) * | 1972-11-22 | 1976-12-20 | Isotopcentralen | Apparat til måling af koncentrationen af et eller flere grundstoffer i et bæremedium ved hjælp af gamma- eller rontgenstråler. |
| US3859525A (en) * | 1973-06-04 | 1975-01-07 | Texas Nuclear Corp | Method and apparatus for fluorescent x-ray analysis |
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Family Cites Families (3)
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-
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- 1965-09-11 DE DE19651673162 patent/DE1673162A1/de active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE669517A (de) | 1966-03-10 |
| US3467824A (en) | 1969-09-16 |
| NL6511841A (de) | 1966-03-14 |
| GB1067430A (en) | 1967-05-03 |
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