同步辐射X射线荧光分析

 近二、三十年来,X射线荧光分析(简称XRF)已成为物质中元素含量分析的基本手段,已广泛应用于物理、化学、生物、医学、法学、地学、材料科学等学科及工农业生产中.XRF是用X射线激发样品,并检测从样品中发射出的元素之特征X射线强度,分析样品中元素的含量.所谓特征X射线,是指每种元素的原子受激后会发射特定能量的X射线,它们是不连续的,是各自分立的.当原子内壳层中的电子受外来粒子作用而电离后,就会在内壳层留下一个空穴,于是较外层的电子就会跃迁到这个空穴,这就是所谓的退激发过程.     

X射线荧光光谱中散射效应对荧光强度的贡献研究

采用理论计算和实验测定的方法研究了在纯元素样品、BaB二元样品及熔融片样品中三种散射效应对荧光强度的贡献(包括相干散射X射线激发的荧光强度、非相干散射X射线激发的荧光强度以及其他方向的一次荧光X射线被散射进探测方向的强度)大小及其变化规律。研究结果表明,三种散射效应对荧光强度的贡献大小与所研究元素原子特征谱线的能量及样品的基体有关,元素原子的特征谱线能量越高,散射效应对荧光强度的贡献越大;轻基体样品中散射效应对荧光的贡献比重基体样品大。实验证明,将散射效应包括在基本参数法的理论计算中可以有效地提高理论计算的准确度。     

一种基于热释电效应的X射线荧光分析谱仪

利用热释电晶体实现了一个X射线激发源,并以此激发源和高能量分辨率的硅漂移探测器构建了一个X射线荧光分析谱仪。首先通过分析计算热释电晶体厚度和靶厚度对产生X射线的影响选定了激发源的设计参数;然后测量了激发源发射的X射线本底,其能量范围在1～27 keV,包含有Cu和Ta的特征X射线,最大强度在每秒3 000个计数以上,对本底的测量同时显示出谱仪的探测器部分对Cu的8.05 keV特征峰的分辨率达到210 eV,具有很高的能量分辨率;最后使用该谱仪测试了Fe,Ti和Cr等三种单质样品和高钛玄武岩样品,测试结果表明该谱仪可以有效的分析出样品的元素成分。由于这种X射线荧光分析谱仪的各组成部分体积都很小,进一步便携化后非常适合于非破坏、现场和快速的元素分析场合。     

4.5—20KeV能区Fe的光电截面测量

利用质子束激发单质金属元素靶产生的K线或L线特征x射线及Si(Li)谱仪测量了4.5—20keV能区Fe的x射线衰减系数。对于孤立的较强特征x射线,x射线系数实验误差小于1％。由于谱仪能量分辩限制,形成的重峰,利用XABS解谱程序也得到了各组分谱线较好的实验结果。由总的光子衰减截面扣除散射截面得到了光电截面实验值。与以前的实验结果及理论值进行了比较,并作了讨论。     

单色光激发的轻元素X射线分析

利用同步辐射单色光和质子激发的X射线作为可选择能量的单色光源,对K､Ca.Ti轻元素进行X荧光分析.实验结果表明,它不仅可以降低轫致辐射本底,还可用通过选择合适的激发能量排除某些元素的干扰,从而使K、Ca、Di元素分析灵敏度得到明显的提高.     

不同激发方式对能量色散X射线荧光法测铀的影响

针对能量色散X射线荧光法测铀过程中存在自激发效应对测量结果产生干扰的问题及以往测铀仅使用放射性同位素源作为激发源的测量限制,利用微型X射线对铀矿样品进行自激发效应测量,并分别将109Cd,241Am,微型X光管三种不同激发源测量铀矿样品的结果进行比较分析。结果表明,自激发效应产生的特征X射线峰面积计数仅为有源条件的0.01%以下,属统计涨落范畴,对测量结果的干扰可忽略不计;109Cd源由于其特征射线能量22.11和24.95 keV均在L_α吸收限能量21.75 keV附近,激发光电截面最高,相应的荧光产额也高,故109Cd源相比于241Am源对铀元素的激发效率更高;241Am源测量误差明显大于109Cd源的测量误差,原因是铀的L系能量特征峰与241Am源特征射线26.35 keV的散射峰能量区叠加,造成实测谱线本底偏高;X光管作激发源的铀矿样品中铀含量与化学分析结果之间的误差在10%以内,仅为同位素源激发X射线荧光分析误差的一半,且X光管激发谱峰面积计数值明显大于源激发条件下的峰面积计数,说明X光管作激发源的测铀质量优于源激发模式。     

硬币材料特征峰幅度的探究

利用X射线实验仪测量了不同模式下单元素金属及多元素合金次级X射线K_α特征峰峰值随入射角及出射角的变化.当入射角与出射角相同时,单元素金属的次级X射线特征峰峰值不随角度的改变而改变;当入射角不变时,单元素金属的次级X射线特征峰峰值随出射角的增大而增大,验证了X射线一次荧光激发的理论.对于多元素FeZn合金,当入射角与出射角相同时,Fe的总X射线荧光强度随出射角的增大而增大,Zn的总X射线荧光强度随出射角的增大而减小;当入射角不变时,Fe的总X射线荧光强度随出射角的增大而增大,而Zn的总X射线荧光强度随出射角的增大呈现先增加后减小的趋势,验证了X射线二次荧光激发的理论.     

毛细管聚焦的X射线荧光光谱拟合软件的开发及应用

基于Python语言设计了一款毛细管聚焦的X射线荧光光谱拟合软件QMXRS（quantitative analysis of micro-energy dispersive X-ray fluorescence spectra）并实现其在毛细管聚焦的X射线荧光光谱拟合方面的应用。QMXRS具有小波降噪、本底扣除、能量刻度、元素特征峰的识别、分峰和拟合、能谱的批处理和元素分布成像等功能。毛细管聚焦的X射线荧光分析技术采用毛细管X光透镜对X射线源激发出的X射线束进行聚焦导致X射线荧光光谱分布发生改变。这一变化影响了毛细管聚焦的X射线荧光光谱本底分布。因此QMXRS利用本底预估模型对毛细管聚焦的X荧光光谱本底进行本底分布的修正;同时在全谱拟合过程中,利用半高宽与能量的关系对高斯峰半高宽进行约束,减少高斯峰模型中变量,在保证全谱拟合收敛的同时提高了拟合速度。为验证上述方法的可行性,分别利用QMXRS,PyMca(python multichannel analyzer)和QXAS(quantitative X-ray analysis system)三款软件分析NIST 610标准样品的毛细管聚焦的微束X射线荧光光谱,并对比三款软件的元素特征峰拟合结果。结果表明,相较于QXAS和PyMca采用的非最小二乘法拟合,QMXRS采用约束化的非线性最小二乘法进行拟合能有效的减少能谱拟合过程中带来的误差,提高分析数据的准确度。     

离子薄层活化及其应用

离子薄层活化(TLA)是七十年代后期发展起来的一种核技术[1].在固体材料表面由于某种原因(例如磨损、腐蚀或溅射等)而有质量损失的情况下,这种新技术具有灵敏度高和可以进行原位测量等优点. 离子薄层活化也可称为放射性同位素的工业标记方法,在现代工业上有着广泛的应用价值.它在诸如机械部件的表面磨损、化学腐蚀、等离子侵蚀以及离子溅射等很多方面的研究测试中都是独具一格的手段. TLA方法的原理很简单.离子可以通过某种核反应使所要研究材料中的一种(或数种)核素变成放射性同位素,放射出具有一定能量的特征γ射线.如果样品表面有质量…     

用高灵敏度X射线荧光仪现场勘查金矿

核物探x射线荧光法是利用轻便型X射线荧光仪在野外现场测量,了解金矿的指示元素分布规律,从而能勘查金矿的远景区及隐伏矿体. 本法特点是在现场就地快速测量.每次读数只需10秒钟.一旦发现金矿指示元素异常,再进行少量取样验证,这样便加快了勘查金矿速度,降低了勘查金矿的成本. 我院与重庆地质仪器厂联合研制的轻便型x射线荧光仪有三种类型: (1)HYX-1 型轻便X射线荧光仪; (2)HYX-2型轻便双道x射线荧光仪; (3)HYX-3型微型机400道X射线荧光仪. 从总体说来.这三种类型仪器有共同点,它们都是由一个探头和一个主机构成.整机重 6-skg,其中探头…     

用蒙特-卡罗方法模拟质子X荧光分析中的荧光增强因子

本文用蒙特-卡罗方法模拟质子激发X荧光分析中的一次和二次荧光强度,从而得到荧光增强因子。文中利用模拟计算程序,在改变入射质子能量、入射角、x射线出射角及分析样品的成分和含量的条件下,分别计算了荧光增强因子。此外,还计算了质子激发标准合金钢样品的荧光增强因子,得到的     

PLXE、次级靶和放射性同位素源能量色散X射线光谱技术在微量元素分析方面的比较研究

能量色散X射线光谱分析技术广泛地应用于各种样品中微量元素的分析。但分析灵敏度在很大程度上取决于所采用的激发方法。本文试图对三种常用的激发方法在微量元素分析方面的潜力作一初步的评价。质子激发X射线发射(PIXE)分析和次级靶X射线能散分析系作者在美国加州大学劳伦斯实验室所作。放射性同位素源X射线能散分析数据部分引自文献,部分系从一台国内自己发展的系统上获得。用于比较分析的标准参考样品包括NBS的SRM157(果树叶)、SRM1577(牛肝藏)、SRM1633(煤飞尘)和USGS的标准岩石样品G-2、AGV-1、BCR-1和PCC-1。结果表明,在原子序数为30—40的范围内对一特定样品PIXE给出最佳的峰/背景比值。在该范围内PIXF可很容易获得0.5—1ppm的探测限,而其余二种方法通常能达到的探测极限为2—10ppm。但就较宽的范围来说PLXE并不见得明显地优于其它二种方法。事实上,在轻元素范围内PIXE的高X射线产额部分地被在该范围内较高的二次电子的轫致辐射背景所抵销,而在较高原子序数范围内PIXE的X射线产额急剧地下降。当在某些场合下能满足最佳激发条件时,次级靶的激发灵敏度常优于PIXE。放射性同位素源通常认为灵敏度较差,因为其光子发射通量较低,且可供选择的激发能量有限。但目前获得高强度的各种能量的放射性同位素已不是一件难事。当计数时间足够长时(1小时以上)75毫居的~(109)Cd源可激发出与Mo二次靶相当的峰/背景比值;150毫居的~(241)Am源可激发出明显可辨的～10ppm的BaK峰。~(238)Pu和~(55)Fe源在相应能量范围也可达到与二次级靶相当的效果。当然这是以牺牲测量时间为代价的。看来,对于能散X射线微量分析来说采用带Ti、Mo(或Ag)和Sm(或Ce)等次级靶的系统是最敏灵佳的选择。采用PIXE仅当样品量和大小为主要考虑时,或对中等原子序数的元素的分析度有较高要求时才有意义。放射性同位素源激发仍不失为一种有吸引力的方法,当时间和效率不作为一主要因素考虑时仍是值得采用的,这是因为其操作简单,结构紧凑,无须维护性能稳定而且价格低廉,     

毛细管X光透镜三维共聚焦微束X射线荧光技术在岩矿样品分析中的应用

利用毛细管X光透镜搭建了三维共聚焦微束X射线荧光谱仪,处在激发道的多毛细管X射线会聚透镜和处在探测道的多毛细管X射线平行束透镜处于共聚焦状态,该共聚焦结构降低了X射线荧光光谱的背底,从而有利于降低的X射线荧光分析技术的探测极限。在上述共聚焦结构中,多毛细管X射线会聚透镜和多毛细管X射线平行束透镜的焦斑重合形成共聚焦微元,探测器只能探测到来自该共聚焦微元内的X射线荧光信号,当该共聚焦微元在样品移动时,就可利用该共聚焦技术原位无损得到样品内部的三维X射线荧光信息。该共聚焦技术使用的多毛细管X射线会聚透镜具有103量级的功率放大倍数,从而降低了该共聚焦技术对高功率X射线源的依赖程度,即利用低功率普通X射线源就可以设计毛细管X光透镜共聚焦X射线荧光技术。利用上述共聚焦微束X射线荧光谱仪对两种岩矿样品进行三维无损分析,在其中一种岩石中发现：Fe浓度大的区域Cu的浓度也大,这在一定程度上反映了岩矿自然生长的机理。实验结果证明：该共聚焦X射线荧光技术可以在不破坏样品情况下分析岩矿样品中元素成分组成和元素三维分布情况。该共聚焦三维微束X射线荧光技术在矿石勘察、玉器选材和鉴别、石质食用器皿、“赌石”和家用石质地板检测等领域具有潜在的应用。     

一种新型多元素X射线荧光分析仪的研制

新研制的一种用于建材的新型多元素Ｘ射线荧光分析仪与传统的技术方案不同，采用了小功率Ｘ光管激发，薄铍窗正比计数管探测，在低号元素Ａｌ、Ｓｉ的测量方面，具有特色。并简要介绍了仪器的工作原理、组成、技术指标及工业应用效果。     

X射线荧光光谱中低分离度重叠峰分解的方法研究

由于轻元素自身特征X射线以及测量元素间特征X射线的相互干扰,受仪器能量分辨率的影响,实测X射线荧光光谱会产生严重重叠。以色谱分离度Rs作为计算谱峰重叠程度的指标,Rs低于0.5的重叠峰作为研究对象,提出一种峰锐化法结合双树复小波变换分解低分离度重叠峰的新方法,并对模拟X射线荧光光谱和实测X射线荧光光谱进行了新方法的验证。首先,在详细介绍峰锐化法和双树复小波变换分解重叠峰原理的基础上,通过仿真结果发现:当Rs=0.38时,两种方法皆不能单独实现重叠峰的分解;然而,峰锐化法处理后的信号不仅保留了原始信号的峰位特征,还出现了分离度明显变大的现象。因此,可以通过调节峰锐化法的权值实现对低分离度重叠峰的初步锐化,再对锐化后的信号做双树复小波变换,结果实现了对模拟重叠峰的分解,验证了新方法分解低分离度重叠峰的优越性。其中,双树复小波变换的分解层数为2～6层,第一层选择near_sym_b滤波器,第一层以上选择qshift_d滤波器,且当细节系数放大倍数为1～10时,重叠峰的分解结果更准确。然后,模拟了K元素K_α能量峰与其K_β能量峰的重叠光谱(Rs=0.44)以及Fe元素K_β能量峰与Co元素K_α能量峰的重叠光谱(Rs=0.34),用新方法对谱线进行处理,结果实现了重叠峰分解,且分解后峰位和峰面积的相对误差分别在1%和6%以内,验证了该方法分解光谱中低分离度重叠峰的可行性。最后,用新方法对实测的Ca元素X射线荧光光谱进行处理,最终也实现了重叠峰分解,且分解后的峰位相对误差分别为0.8%和0.7%。结果证明:峰锐化法结合双树复小波变换能够有效分解低分离度重叠峰,且在解决X射线荧光光谱中谱峰严重重叠的问题上具有实用性。     

样品厚度对薄膜法X射线荧光光谱测量的影响研究

分别以富集有Cr,Pb和Cd三种元素的尼龙薄膜样品及玻璃纤维滤膜为研究对象,采用滤膜叠加的方式,通过XRF光谱仪测量不同样品厚度下薄膜样品的XRF光谱,根据测得的尼龙薄膜样品中Cr,Pb,Cd元素及玻璃纤维滤膜中Ca,As和Sr元素特征XRF性质的变化,研究样品厚度对薄膜法XRF光谱测量的影响。结果表明：薄膜样品厚度对不同能量区间上元素特征谱线荧光性质的影响并不相同。元素特征谱线能量越大,元素特征X射线荧光穿透滤膜到达探测器的过程中损失越少;但由薄膜样品厚度增加引起的基体效应却越强,相应特征谱线位置处的背景荧光强度就越大,因此样品厚度增加所引起的基体效应对薄膜法XRF光谱测量的灵敏度影响就越大。对于特征谱线能量较低(能量小于7 keV)的元素,以增加薄膜样品厚度的方式来增加待测组分的质量厚度浓度,并不能有效地提高薄膜法XRF光谱测量的灵敏度;对于特征谱线能量较高的元素(能量＞7 keV),可以通过适当增加样品厚度以增加被测组分的质量厚度浓度的方式来提高XRF光谱测量的灵敏度,薄膜样品厚度在0.96～2.24 mm内,更有利于XRF光谱的测量与分析。该研究为大气及水体重金属薄膜法XRF光谱分析中薄样制备及富集技术提供了重要的理论依据。     

Z箍缩内爆过程中的能量转换机制研究

利用一维三温辐射磁流体力学程序对氖气和铝丝阵Z箍缩内爆过程中的能量转换过程进行了详细的数值研究，发现在内爆过程中离子和电子之间的碰撞能量交换是最主要的能量交换过程，其次是电子和光子之间的光电过程和轫致过程，而康普顿散射过程中的能量交换可以忽略不计；辐射出的x射线主要是在光电激发和光电复合过程中产生的，其次是在轫致辐射过程和康普顿散射过程中产生的.理论分析表明，辐射出的x射线能量可以超过，也可能小于其等离子体最大动能.数值模拟结果表明，在氖气Z箍缩中，辐射出的x射线能量没有超过其等离子体最大动能，而在铝丝阵列内爆中，辐射出的x射线能量超过了其等离子体最大动能，但小于磁压所做的功；在整个Z箍缩过程中欧姆加热能量是较小的. 关键词： Z箍缩 能量转换 x射线辐射     

PGNAA-XRF联合检测水溶液中重金属的研究

重金属污染越来越受到人们的关注,迫切需要开发具有高精度的原位检测技术。瞬发伽玛中子活化分析（PGNAA）技术具有原位、无损、快速等优点而被广泛应用于重金属测量,但由于目前原位检测装置中使用的中子源通量相对较低,因此对一些重金属元素分析精度相对不高。为提高测量精度,直接利用PGNAA技术中的瞬发特征γ射线充当传统X荧光光谱分析的激发源,来激发重金属元素的特征X射线荧光（XRF）信息,提出了一种PGNAA-XRF联合检测水溶液中重金属元素的方法,并设计了一套由BGO和带铍窗的NaI组成的双探测器联合检测装置,分别用来探测PGNAA中瞬发特征γ射线和特征X荧光信息。通过MCNP分别模拟研究了Cr,Cd,Hg和Pb的浓度（ｃ_i）对瞬发特征γ射线强度（I_γ）和特征X荧光强度(I_X)的影响,模拟结果表明该装置中Cr,Cd,Hg和Pb元素的I_γ和I_X均与ｃ_i成良好的线性关系,并建立了联合检测方法的经验公式。比较重金属元素特征X射线荧光发现,该联合方法对Hg和Pb等高原子序数重金属的检测较灵敏,最后计算得到该装置对Hg和Pb等重金属元素的检测限分别为17.4和24.2 mg·kg-1。     

标定脉冲星导航探测器的荧光X射线光源

为标定X射线脉冲星导航用探测器, 设计了一种荧光X射线源, 该射线源的工作原理是 用X射线管的出射线轰击特定荧光靶材, 从而获得能量一定的荧光X射线, 并以此作为标定探测器的荧光X射线光源. 采用硅漂移半导体探测器在大气环境下测试了按上述原理搭建的荧光X射线光源的能谱分布和光子流量, 从光子流量入手推算了该荧光X射线光源用于真空系统中对探测器进行标定的可行性. 研制出了荧光X射线光源样机, 并在真空系统中对荧光X射线光源样机光子流量做了测试. 在探测距离D_x=300 cm, X射线管管流I_a=200 μA时, 所测得的荧光X射线光源光子流量可达19.57 ph/s@4.51 keV, 25.22 ph/s@5.41 keV, 33.27 ph/s@8.05 keV, 确认了所提方法的可行性, 获得了标定探测器的荧光X射线光源.     

x射线象增强器转换系数的计算

一、前言自1895年伦琴发现x射线以来,x射线得到了广泛的应用,特别是在医疗方面已成为必不可少的诊断手段。x射线透视图象显示的传统方法有直接拍照和荧光显示两种方