EP0795195A2 - X-ray source - Google Patents

X-ray source

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Publication number
EP0795195A2
EP0795195A2 EP96945343A EP96945343A EP0795195A2 EP 0795195 A2 EP0795195 A2 EP 0795195A2 EP 96945343 A EP96945343 A EP 96945343A EP 96945343 A EP96945343 A EP 96945343A EP 0795195 A2 EP0795195 A2 EP 0795195A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ray
anode
ray source
mixture
metals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP96945343A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Heinrich Schwenke
Joachim Knoth
Harald Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Original Assignee
GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH filed Critical GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Publication of EP0795195A2 publication Critical patent/EP0795195A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes

Definitions

  • the invention relates to an X-ray source in the form of an X-ray tube with an anode made of metal, in particular for use in X-ray fluorescence analysis.
  • the metal of the anode consists of a mixture of several metals.
  • the solution according to the invention advantageously allows the provision of a plurality of X-ray lines for excitation of a plurality of excitation energies.
  • the mixture of the metals can advantageously also be formed in the form of an alloy. It also applies here that the alloy has a sufficiently high melting point and good thermal conductivity and all stable metal mixtures can be used whose atomic numbers have a sufficient difference. / 13267 PC17DE96 / 01866
  • the metals can advantageously be molybdenum and tungsten.
  • FIG. 1 shows an X-ray signal an amount of 1 ng nickel, excited by a WL ß (10 keV) - setting of an instrument
  • Fig. 2 shows the corresponding X-ray spectrum of 1 ng lead, stimulated by a Mo-Ko setting.
  • FIG. 1 and 2 show X-ray spectra that have been generated with an X-ray source according to the invention.
  • An alloyed Mo / W anode was equipped in the X-ray tube, the X-ray spectra being obtained in different settings.
  • the X-ray signal is an amount of only 1 ng nickel, excited by a WL ß (10 keV) adjusting the stir ⁇ with the inventive anode element upgraded shown.
  • 2 shows the corresponding X-ray spectrum of 1 ng lead, excited by a Mo-K setting. In both cases, a detection limit below 1 pg was achieved.

Landscapes

  • X-Ray Techniques (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

The disclosure pertains to an X-ray source in the form of an X-ray tube with a metal anode and intended in particular for use in X-ray fluorescence analysis. The anode metal is a mixture of several metals.

Description

Röntgenstrahl ungsquelleX-ray source
Beschrei bungDescription
Die Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlungsquelle in Form einer Röntgenröhre mit einer Anode aus Metall, insbesondere für die Verwendung in der Röntgenfl uores- zenzanalyti k.The invention relates to an X-ray source in the form of an X-ray tube with an anode made of metal, in particular for use in X-ray fluorescence analysis.
In der Röntgenfl uoreszenzanalyti k und in der Röntgen- di ffraktometrie ist die Verwendung monoenergetischer Primärstrahlung mit großen Vorteilen verbunden bzw. für eine Reihe von Untersuchungen unumgänglich. Die Forde¬ rung nach monoenergetischer Anregung führt in der Röntgenanalyti k jedoch zu funktionellen Einschränkungen, weil beispielsweise in der Röntgenfl uoreszenzanalyti k mit bisherigen Anwendungen nur ein Teil der Elemente mit einer einzigen Anregungsenergie angeregt werden kann. In der DE-OS 44 02 113 ist beschrieben worden, wie mit Hilfe einer verstellbaren Multi 1 ayer-Anordnung aus einem Primärspektrum einzelne Energiebereiche zur Anregung einer Untersuchungsprobe ausgewählt werden können.In X-ray fluorescence analysis and in X-ray diffractometry, the use of monoenergetic primary radiation is associated with great advantages or is essential for a number of investigations. However, the requirement for monoenergetic excitation in X-ray analysis leads to functional restrictions because, for example, in X-ray fluorescence analysis with previous applications only a part of the elements can be excited with a single excitation energy. DE-OS 44 02 113 has described how, with the aid of an adjustable multi 1 ayer arrangement, individual energy ranges can be selected from a primary spectrum to excite an examination sample.
Sieht man jedoch von Synchrotronbeschleunigern als Strahlenquelle wegen ihrer mangelnden Verfügbarkeit und der extremen Kosten ab, so bleiben als Röntgenquell en nur Röntgenanoden . Für höchste Leistungen werden dabei Drehanoden eingesetzt, weiter verbreitet sind jedoch feste Anoden in Röntgenröhren. Sowohl Drehanoden als auch feste Anoden senden einzelnen Linien bestimmter Energien aus, die charakteristisch sind für das jewei¬ lige Element, aus dem die Anode gefertigt ist. Mit der in der DE-OS 44 02 113 angegebenen Lösung können die Energien ausgewählt werden, die von dem Element, aus dem die Anode besteht, emittiert werden. Aus physikalischen Gründen kann ein einzelnes Element als Anodenmaterial nicht ausreichend viele Energien mit ausreichender Intensität bereitstellen, um das ganze Periodensystem der Elemente effektiv anzuregen.If you ignore synchrotron accelerators as a radiation source because of their lack of availability and extreme costs, only X-ray anodes remain as X-ray sources. Rotating anodes are used for maximum performance, but more common are fixed anodes in X-ray tubes. Both rotating anodes and fixed anodes emit individual lines of certain energies which are characteristic of the respective element from which the anode is made. With the solution specified in DE-OS 44 02 113, the energies can be selected that are emitted by the element that makes up the anode. For physical reasons, a single element as anode material cannot provide enough energies with sufficient intensity to effectively excite the entire periodic table of the elements.
Es gibt zur Zeit weltweit nur eine verhältnismäßig geringe Zahl von Herstellern von Röntgenfl uoreszenz- Analysegeräten. Diese Hersteller bieten ihre Geräte entweder mit einer Wolfram-Anode nur für einen einge¬ schränkten Elementbereich an, z.B. für die Elemente der Ordnungszahlen von Aluminium (13) bis Zink (30), oder sie verzichten auf optimale Anregung dieser Elemente zugunsten eines erweiterten Elementbereichs durch Auswahl der Molybdän K -Linie mit 17,5 keV Anregungs- energie, oder sie rüsten ihr Produkt zur optimalen Erfassung einer größeren Zahl von Elementen mit zwei getrennten Anregungssträngen aus, d.h. sowohl mit einer Wolfram-, als auch mit einer Molybdän-Anode und den dazugehörigen Spannungsversorgungseinrichtungen. Der Nachteil der bekannten Röntgenstrahl ungsquell en liegt darin, daß sie entweder einen eingeschränkten Arbeits¬ bereich (Wolfram-Anode) haben und keine optimale Anre¬ gung für die Übergangselemente (Molybdän-Anode) bieten, oder sie sind teuer und voluminös (2 Röhren-Lösung).There are currently only a relatively small number of manufacturers of X-ray fluorescence analyzers worldwide. These manufacturers either offer their devices with a tungsten anode only for a restricted element range, for example for the elements of the atomic numbers from aluminum (13) to zinc (30), or they do without optimal excitation of these elements in favor of an expanded element range Select the molybdenum K line with 17.5 keV excitation energy, or equip your product with two separate excitation strands for optimal detection of a larger number of elements, ie with both a tungsten and a molybdenum anode and the like associated power supply devices. The disadvantage of the known X-ray sources is that they either have a restricted working area (tungsten anode) and do not offer optimal excitation for the transition elements (molybdenum anode), or they are expensive and voluminous (2 tubes Solution).
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Berei tstel 1 barkei t von Röntgenl i ni en aus einer Röntgen- anode so zu erweitern, daß in einer Röntgenstrahlungs¬ quelle an sich bekannter Bauart, die nur über eine einzige Röntgenanode verfügt, echte Mul tiel ementanalysen z.B. in der Röntgenfl uoreszenzspektroskopi e auf einfache Weise und damit kostengünstig möglich sind.It is therefore an object of the present invention to extend the range of availability of X-ray lines from an X-ray anode in such a way that genuine Mul tiel in an X-ray source which is known per se and has only a single X-ray anode ement analyzes e.g. in X-ray fluorescence spectroscopy are possible in a simple and therefore inexpensive manner.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß das Metall der Anode aus einer Mischung mehrerer Metalle besteht.The object is achieved according to the invention in that the metal of the anode consists of a mixture of several metals.
Die erfindungsgemäße Lösung gestattet vorteilhafterweise die Bereitstellung einer Mehrzahl von Röntgenl ini en zur Anregung einer Mehrzahl von Anregungsenergien. Bei der Mischung der die Anode bildenden Metalle können grund¬ sätzlich alle stabilen Metallmi schungen als Anodenmate¬ rial herangezogen werden, deren Ordnungszahlen eine ausreichende Differenz aufweisen und die als Mischung über einen ausreichend hohen Schmelzpunkt und gute Wärmeleitfähigkeit verfügen.The solution according to the invention advantageously allows the provision of a plurality of X-ray lines for excitation of a plurality of excitation energies. When mixing the metals forming the anode, all stable metal mixtures whose atomic numbers have a sufficient difference and which as a mixture have a sufficiently high melting point and good thermal conductivity can in principle be used as the anode material.
Vorteilhafterweise kann die Mischung der Metalle auch in Form einer Legierung gebildet werden. Auch hier gilt, daß die Legierung über einen ausreichend hohen Schmelz¬ punkt und gute Wärmeleitfähigkeit verfügt und alle stabilen Metallmischungen herangezogen werden können, deren Ordnungszahlen eine ausreichende Differenz haben. /13267 PC17DE96/01866The mixture of the metals can advantageously also be formed in the form of an alloy. It also applies here that the alloy has a sufficiently high melting point and good thermal conductivity and all stable metal mixtures can be used whose atomic numbers have a sufficient difference. / 13267 PC17DE96 / 01866
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Die Metalle können vorteilhafterweise Molybdän und Wolfram sein.The metals can advantageously be molybdenum and tungsten.
In Versuchen ist gefunden worden, daß eine Legierung aus etwa gleichen Teilen, insbesondere aus Molybdän und Wolfram, zur Ausbildung der Anode sich als außerordent¬ lich geeignet erwiesen hat. Neben dem durch die hohe Ordnungszahl des Elements Wolfram starken Bremsstrah- lungsanteil werden von einer derartigen Legierung noch 3 intensive Röntgenl inien emittiert (8,4 keV, 10 keV und 17,4 keV), die zur Anregung verwendet werden können.It has been found in experiments that an alloy of approximately equal parts, in particular of molybdenum and tungsten, has proven to be extremely suitable for forming the anode. In addition to the brake radiation component, which is strong due to the high atomic number of the element tungsten, 3 such X-ray lines are emitted by such an alloy (8.4 keV, 10 keV and 17.4 keV), which can be used for excitation.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiden Fig. anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Darin zeigen:The invention will now be described with reference to the two figures using an exemplary embodiment. In it show:
Fig. 1 ein Röntgensignal einer Menge von 1 ng Nickel, angeregt durch eine W-Lß (10 keV) - Einstellung eines Instruments, undFIG. 1 shows an X-ray signal an amount of 1 ng nickel, excited by a WL ß (10 keV) - setting of an instrument, and
Fig. 2 das entsprechende Röntgenspektrum von 1 ng Blei, angeregt durch eine Mo-Ko Einstellung.Fig. 2 shows the corresponding X-ray spectrum of 1 ng lead, stimulated by a Mo-Ko setting.
Aus den Fig. 1 und 2 sind Röntgenspektren ersichtlich, die mit einer Röntgenstrahlungsquelle gemäß der Erfin¬ dung erzeugt worden sind. Dabei wurde in der Röntgen¬ röhre eine legierte Mo/W-Anode ausgerüstet, wobei die Röntgenspektren in verschiedenen Einstellungen gewonnen wurden. In Fig. 1 ist das Röntgensignal einer Menge von nur 1 ng Nickel, angeregt durch eine W-Lß (10 keV) Einstellung des mit der erfindungsgemäßen Anode ausge¬ rüsteten Elements, gezeigt. Fig. 2 zeigt das entspre¬ chende Röntgenspektrum von 1 ng Blei, angeregt durch eine Mo-K Einstellung. In beiden Fällen wurde eine Nachweisgrenze unter 1 pg erzielt. 1 and 2 show X-ray spectra that have been generated with an X-ray source according to the invention. An alloyed Mo / W anode was equipped in the X-ray tube, the X-ray spectra being obtained in different settings. In Fig. 1, the X-ray signal is an amount of only 1 ng nickel, excited by a WL ß (10 keV) adjusting the ausge¬ with the inventive anode element upgraded shown. 2 shows the corresponding X-ray spectrum of 1 ng lead, excited by a Mo-K setting. In both cases, a detection limit below 1 pg was achieved.

Claims

Patentansprüche claims
1. Röntgenstrahlungsquelle in Form einer Röntgenröhre mit einer Anode aus Metall, insbesondere für die Ver¬ wendung in der Röntgenfl uoreszenzanalyti k, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Anode aus einer Mischung mehrerer Metalle besteht.1. X-ray source in the form of an X-ray tube with an anode made of metal, in particular for use in X-ray fluorescence analysis, characterized in that the metal of the anode consists of a mixture of several metals.
2. Röntgenstrahlungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung eine Legierung ist.2. X-ray source according to claim 1, characterized in that the mixture is an alloy.
3. Röntgenstrahlungsquelle nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle Molybdän und Wolfram sind.3. X-ray source according to one or both of claims 1 or 2, characterized in that the metals are molybdenum and tungsten.
4. Röntgenstrahlungsquelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung oder die Legierung bei zwei Metallen im Ver¬ hältnis 1 : 1 gebildet wird, we 4. X-ray source according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the mixture or the alloy is formed with two metals in the ratio 1: 1, we
EP96945343A 1995-10-04 1996-09-28 X-ray source Withdrawn EP0795195A2 (en)

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