華普科普欄目丨波長色散型X射線熒光光譜儀核心部件——X光管

發(fā)表日期：2024/04/08 瀏覽次數(shù)：

X光管是波長色散型X射線熒光光譜儀（WD-XRF）最核心的部件之一，影響光管性能的主要參數(shù)有功率、電壓、電流、鈹窗膜厚度、陽極靶材、陰極燈絲等，其性能很大程度影響了儀器的最終性能。


在高壓下，電子從燈絲表面逸出，并在電場作用下打到陽極靶材上，激發(fā)出初級X射線。在這個過程中，電子動能99%轉(zhuǎn)化成熱能，所以需要不斷對光管進(jìn)行冷卻。

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圖1 X光管結(jié)構(gòu)示意圖


市面上WD-XRF的X光管有不同功率的型號。目前，大型的WD-XRF最常見的以3KW（或4KW）為主，也有1KW、2.4KW等小功率。

其最主要的區(qū)別是對元素激發(fā)效果不同，功率越大，激發(fā)效果越好，特別是對輕元素的激發(fā)。

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圖2 X射線熒光強(qiáng)度與功率


X光管的電壓電流也是很重要的性能指標(biāo)。電壓的作用一般是對元素進(jìn)行激發(fā)，其設(shè)置最佳激發(fā)電壓應(yīng)高于元素臨界激發(fā)電位的4~10倍。


電流的作用為提高元素的熒光產(chǎn)額，受限于X光管的最大功率，對于重元素需要大電壓，低電流的激發(fā)條件；對于輕元素需要低電壓和大電流的激發(fā)條件。


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圖3 X射線熒光強(qiáng)度與電壓電流的關(guān)系


Be（鈹）窗膜的厚度很大程度上影響初級X射線的強(qiáng)度，Be（鈹）窗膜越厚，對初級X射線吸收作用越強(qiáng)。X射線光管的Be窗膜不斷向超薄發(fā)展，其目的是為了在相同功率下獲得更大的激發(fā)強(qiáng)度 （節(jié)能環(huán)保）。

目前，市面上最薄的Be（鈹）窗膜的厚度在30μm。由圖2可知，在功率一定下，窗膜越薄，元素的激發(fā)效果越好，特別針對輕元素和超輕元素，其激發(fā)效果有1.5倍左右的提升。


X光管的靶材常見的是Rh靶，其特征譜線Rh Kα和Rh Lα線，能對全元素段有很好的激發(fā)。

Rh靶的弊端在于會對Rh附近元素（比如Ag、Cd等）的測試有干擾，需要儀器采用特殊的濾光片，消除靶材譜線的干擾才能進(jìn)行測試。X光管也有其他靶材（比如Mo、W、Cr等）的配置，但是目前市面上很少應(yīng)用于（WD-XRF），在此略過。


對于WD-XRF的X光管，上述的結(jié)構(gòu)很大程度影響產(chǎn)生的初級X射線強(qiáng)度，以及對被測樣品的激發(fā)效果。X光管另外的核心要求就是其X射線強(qiáng)度的穩(wěn)定性，只有強(qiáng)度穩(wěn)定，才能保證分析結(jié)果的穩(wěn)定。


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