微型X射线管出射谱特征研究及Be窗厚度确定

微型X射线管已广泛应用于现场元素分析、放射性医疗等领域,对于微型X射线管铍窗,普遍认为除保证管内真空外,应越薄越好。采用蒙特卡洛方法,模拟了从50～500 μm范围内共13个Be窗厚度的微型X射线管出射X射线谱。按照在应用中的作用,将出射X射线划分为不同能量段进行分析。通过分析谱线特征,发现Be窗厚度应依据其应用要求合理选择。因此,提出了K系特征X射线与轫致辐射强度的比值和低能射线与激发射线计数比值等参量作为评价Be窗厚度最优化的判断依据。除上述评判指标外,铍窗的厚度最优化选择还应考虑Be窗对不同能量X射线的屏蔽效果。依据模拟结果分析,原位(现场)X射线能量色散荧光分析应用中,Be窗厚度约250 μm的微型X射线管最为合适。与50 μm铍窗厚度出射射线相比,71.66%低能原级X射线被屏蔽,5~50 keV能量原级X射线仅有21.31%被屏蔽,低能射线强度占总X射线比值小于10%,且K系X射线占激发射线的比例仍保持较高的水平。因此,采用250 μm铍窗厚度的微型X射线管作为能量色散激发源,能保证探测器探测的有效信号比值较高,低能X射线对探测器的能量分辨率的影响最小,而且能量色散分析谱线的散射本底相对强度处于较低的水平,从而保证元素分析结果精准度。对于放射性治疗的应用中,则铍窗厚度越薄越好,此时,低能X射线具有较高的通量,能保证辐射剂量在治疗组织中剂量的集中。     

衍射分析用的X射线管谱线纯度的定量测定

本文提出了衍射分析用的X射线管谱线纯度的定量测定方法。在国产衍射仪上用石英单晶作分光晶体进行展谱测定。实验测得的各种波长X射线的强度应还原为X射线管窗口处的出射强度。对影响强度的各种因素作了详细的理论分析,给出了对应于不同靶、不同杂质元素的强度还原换算因子表。X射线管阳极靶元素主特征谱线强度用铜或铝吸收箔进行衰减,以避免计数损失造成的误差。用这一方法,对许多X射线管进行了测定。 关键词：     

Al窗Ag靶微型透射式X射线管模拟与性能分析

微型透射式X射线管广泛应用于能量色散X射线荧光分析领域,具有体积小、功耗低、X射线发射效率高等特点,可作为手持式X射线荧光分析仪器的激发源。目前常用铍(Be)作为出射窗材料,成本高,而且有毒性。同时为减少低能散射射线,在射线管前端放置铝(Al)作为过滤窗。本文拟采用Al为微型透射式X射线管出射窗材料,透射高能射线,屏蔽低能散射射线,降低制作成本和难度。文中采用蒙特卡洛模拟软件MCNP5模拟计算不同银(Ag)靶厚度和Al窗厚度的X射线管输出谱。结果表明,Al窗对低能射线的屏蔽作用强于对高能射线的屏蔽作用,在Al窗厚度超过1.5 mm时,低能射线完全被屏蔽,高能射线有部分透射。通过和已有研究成果[1,5]对比分析,在Ag靶厚度为2 μm,Al窗厚度为0.8 mm时,低能射线所占的比例仅为0.087 8%,高能射线产生率为0.002 73%,既能有效屏蔽低能射线,又能保证高能射线较高的出射率,能够满足野外现场能量色散 X射线荧光分析的需要。     

掠发射X射线荧光强度的实验研究

文章探讨掠发射 X射线荧光强度与 X射线管阳极高压的关系。依据实验结果 ,掠发射 X射线荧光强度随 X射线管阳极高压的增大而增加 ,因此采用高的 X射线管阳极高压 ,有利于减小 X射线荧光的测量时间 ,提高掠发射 X射线荧光分析的速度     

硬X光弯晶谱仪的定量化标定方法

介绍了具有定量化测量能力的硬X光弯晶谱仪的结构, 利用Mo靶X光管的K特征线作为标定源, 使用绝对标定过的Si(Li)探测器对X光管出射的特征线谱进行强度和谱测量。结合X光管空间分布均匀的特点, 计算进入弯晶谱仪的光子数目, 采取了特征谱扣去轫致谱的计数处理方法, 得到了17 keV和19 keV处弯晶谱仪的绝对效率, 分别为4.3210-4和3.9410-4。     

原级X射线谱强度分布的定量测定

本文提出了衍射或荧光分析用的X射线管原级X射线谱强度分布的定量测定方法。在带有正比、闪烁计数管的衍射仪上用LiF分光晶体进行展谱测定。实验测定强度经校正计算还原为X射线管窗口处的强度。对荧光X射线管还应测定几个射线束方向的原级谱加以平均求得有效原级谱。分析了原级X射线谱数据的误差及其对基本参数法等实际应用的影响。 关键词：     

X射线辐射剂量率的模拟计算与实验测量

利用C语言对钨反射式X射线管出射的X射线光谱公式编制计算机程序,对模拟计算得到的光谱的形状与理论及实验结果进行比较,对模拟计算结果的正确性加以验证.     

基于光电阴极的超快X射线源设计及调制性能研究

为解决基于热阴极的传统X射线管灯丝发射结构脆弱、能量效率低以及散热等问题,设计了一种新型光控脉冲X射线管装置。通过光电阴极与光源的参数匹配,选择蓝光波段量子效率高的S20阴极与波长为460 nm的LED光源。模拟计算确定X射线管整体结构设计。最终实现最大2.37 mA的管电流,光电阴极电子发射效率为0.288 mA/lm,出射X射线能量0～25 keV可调。另外,基于光控脉冲X射线管出射X射线强度易调制的特性,进行不同频率加载信号还原实验和任意X射线轮廓还原实验。     

强流二极管产生大面积脉冲X射线参数计算

利用二极管的电压电流波形计算了电子束参数,建立了串级二极管和四路并联二极管阳极靶蒙特卡罗粒子输运计算模型,给出了两种情况下轫致辐射X射线场参数。结果表明:阳极靶厚度增加时,轫致辐射X射线平均能量增大,而能量转换效率先增大,后减小;距离串级二极管和四路并联二极管阳极靶5cm位置处,X射线注量分别为76.50,3.74mJ/cm2;光子平均能量分别为81.13,60.77keV;半径为12cm的圆面上,串级二极管X射线剂量呈马鞍形分布,均匀性为1.70∶1;边长为52cm的正方形平面上,四路并联二极管X射线剂量均匀性小于6.30∶1;电子束轫致辐射转换效率分别为0.29%,0.32%。     

X射线管激发X荧光光谱连续本底扣除方法研究

X射线管是目前X射线荧光光谱分析中最常采用的激发源,它所产生的原级谱成为了X荧光光谱中本底成分的主要来源,在对这种光谱进行进一步的分析处理之前需要对其本底进行扣除,对本底估计的准确性直接影响后续处理步骤的效果。对射线管激发X荧光光谱的成分进行了分析,针对其本底特点构造了一种本底强度的估计方法,并根据实测谱线构建了理论测试谱线以便对光谱处理算法的效果进行评价。该方法利用测得X射线荧光光谱中不包含特征峰的谱段对X射线管原级谱造成的本底成分进行估计,使用只包含连续本底的谱段对整个测量谱段进行插值,从而避免了谱线特征峰重叠或对半高宽估计不当时所产生的影响。利用构建的测试光谱对SNIP法、傅里叶变换法和本文的本底估计方法的使用效果进行了比较,使用该方法估计的本底与理论本底更加接近。结果表明使用的方法对X射线管激发的X荧光光谱的本底估计准确,可以采用这种方法对连续本底进行扣除,在对实际测得的X射线荧光光谱的本底扣除中取得了较好的应用效果。     

MC模拟分析透射式微型X射线管目标靶厚度对输出谱的影响

透射式微型X射线管是能量色散X射线荧光分析中的主要激发源,在能量色散X射线荧光分析中希望得到谱分布较为单一的X射线管输出谱。采用MC方法,研究了透射式微型X射线管在不同目标靶厚度的情况下输出谱的特征,通过低谱段(<5 keV)和高能谱段(5~50 keV)的分析比较,高能谱段计数随厚度加大先增加而后减小,低能谱段计数则随厚度增加减小,增加目标靶厚度可以有效抑制低能谱段。在入射电子能量为50 keV和目标靶为4 Ag的条件下,X射线管输出能谱具有较高的高能谱段注量,同时有效压制低能谱段注量,适合能量色散X射线荧光分析中使用。     

基于空间应用的透射式微型微束调制X射线源

针对空间应用对X射线源的需求, 提出了一种透射式微型微束调制X射线源的设计方案, 建立了调制X射线源的理论模型. 相较传统的X射线源, 增加了栅极电压控制和多个聚焦极微束聚焦功能, 通过改变栅极电压实现X射线的幅度调制和脉冲调制. 利用带电粒子光学仿真软件SIMION, 模拟计算了不同管电压下透射式阳极靶的最佳靶厚, 仿真分析了不同栅极电压对电子束运动轨迹的影响, 最终得到了150 μm的微束焦斑直径. 完成了原理样机的加工镀膜和真空密封, 搭建了调制X射线源的测试装置, 实验报道了阳极钨靶的谱线特性, 分析了栅极电压影响出射X射线强度的原因, 讨论了栅极幅度调制的可能性, 完成了调制X射线源栅极脉冲调制的验证.     

X射线偏振探测器中的极化光电过程模拟

采用蒙特卡罗程序Geant4模拟2～10 keV线偏振X射线光子在几种常用工作气体中的极化光电过程,明确了光电子出射位置、方位角分布与入射光子偏振方向、能量之间的响应关系。光电子的出射方向在入射光子偏振方向上的分布概率最高,且出射光电子的方位角分布可近似为余弦平方函数。光子能量增大时,各角度光电子计数不同程度地减少,但都呈现出在方位角为0或π（-π）时有极大值的统计规律。此外,揭示并量化了气体厚度、气体组成、气体体积分数之比和光子能量对探测效率的影响规律。气体厚度越大、平均原子序数越大,则探测效率越高。光子能量增大会导致探测效率降低,而对于由Xe或Ar组成的工作气体,当光子能量大于某壳层电子结合能时,由于相应壳层电子开始被弹射出,探测效率会有一定程度的提高。这些结果可为X射线偏振探测器的结构设计提供理论依据和数据支持。     

地球化学分析用铬-金双阳极靶X射线管

侧窗X射线管的最新设计思想是基于双层阳极结构,即在较重元素(例如金)阳极上涂上一薄层轻元素(如铬)。涂层的厚度是关键,必须是几个微米。     

聚焦电子束对透射式微焦点X射线源的影响

微焦点X射线源是微计算机断层扫描技术设备的核心部件。研究了电子束在靶材中的横向扩散引起的透射式微焦点射线源的焦点尺寸和强度的变化规律。结果表明:当打靶电子束的束流密度遵循高斯分布时,其产生的X射线强度也遵循高斯分布,该分布的标准差可以用来精确表示X射线的焦点尺寸;当靶材厚度可以使沉积电子束的能量达到60%时,对应的靶材产生的X射线强度最高;随着靶材厚度增加,X射线的焦点尺寸逐渐变大;增大电子束的加速电压可以适当减小X射线的焦点。本研究为透射式微焦斑X射线源的靶材选择和设计提供了理论依据。     

X射线源的静电自会聚电子枪的计算机模拟北大核心CSCD

高功率、大电流密度、细聚焦X射线源在工业无损探伤、医学成像、安全技术等领域具有广泛的应用。本文设计了一种用于X射线管的静电自会聚电子枪,该电子枪包括三部分:La B6热阴极发射体、带有矩形孔和斜槽的聚焦极、阳极。采用EBS粒子束模拟软件对该电子枪的结构进行了模拟仿真。仿真结果表明:电子枪的聚焦能力主要取决于聚焦极倾角,当聚焦极倾角为46°时,达到理想的电子束聚焦效果;随着阴栅距的增加,阳极电流以及束斑电流分布均匀性显著降低,当阴栅距为0.3 mm,可在工艺条件允许下,得到具有较大阳极电流以及理想电流分布的电子束。     

X射线源的静电自会聚电子枪的计算机模拟

高功率、大电流密度、细聚焦X射线源在工业无损探伤、医学成像、安全技术等领域具有广泛的应用。本文设计了一种用于X射线管的静电自会聚电子枪,该电子枪包括三部分:La B6热阴极发射体、带有矩形孔和斜槽的聚焦极、阳极。采用EBS粒子束模拟软件对该电子枪的结构进行了模拟仿真。仿真结果表明:电子枪的聚焦能力主要取决于聚焦极倾角,当聚焦极倾角为46°时,达到理想的电子束聚焦效果;随着阴栅距的增加,阳极电流以及束斑电流分布均匀性显著降低,当阴栅距为0.3 mm,可在工艺条件允许下,得到具有较大阳极电流以及理想电流分布的电子束。     

X射线管辐射剂量分布的理论分析与实验测量

简述了反射式X射线管与透射式X射线管的结构.理论分析了透射式X射线管不具有足跟效应.实验测量表明:在所研究的范围内透射式X射线管辐射剂量分布情况明显好于反射式X射线管的辐射剂量分布.     

强流电子束入射角二维分布测量方法

电子束与靶物质相互作用时的入射角测量是强流电子束热-力学效应研究中的难点问题. 提出了一种新的基于覆盖不同厚度衰减片微型法拉第筒阵列的电子束入射角测量方法, 与现有方法相比, 可获得具有时域特性和位置分布的强流电子束入射角分布. 以此方法进行了入射角二维分布(r, θ)测量实验, 结果表明, 电子束入射角二维分布与束流箍缩情况紧密相关. 如果箍缩不明显, 则电子主要在自身做回旋运动的同时沿着电力线运动, 多以垂直或者小角度(40°以下)轰击到阳极靶面; 如果箍缩明显, 受E×B漂移影响, 电子束入射角度会明显变大, 从40°以下增至60°左右.     

微型法拉第筒阵列束流均匀性测量

研制了一种用于测量强流脉冲电子束束流均匀性的微型法拉第筒阵列,其直径为22mm,由5个微型法拉第筒组成,最大可测束流密度为38A/mm2。利用该系统测量了二极管阳极靶面的束流密度,得到了阳极靶面束流均匀性的分布情况。结果显示,阳极靶面中心处束流密度高于靶面其他位置,靶面束流存在弱箍缩,束流局部均匀,大面积不均匀,束流密度呈径向分布。该结果与理论预期和仿真计算符合较好。