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。     

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。     

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。     

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.     

ITO靶材黑化物的X射线光电子能谱研究

利用X射线光电子能谱（XPS）分析了ITO靶材黑化物的化学组成，结果表明黑化物由In、Sn、O和C组成，相对原子百分含量In为34．35％，Sn为2．74％，O为52．65％，C为10．26％；In、Sn处于亚氧化状态；C有部分氧化。与原始靶材相比，黑化物的元素组成和化学状态发生了明显的变化。择优溅射最可能引起成分比例失常，真空残余的合C气体和泵油蒸汽被认为是污染C的直接来源。     

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。     

X光导管传输特性的蒙特卡罗模拟

 X光在导管中的传输性能是设计X光透镜的基础。在研究X光导管传输理论基础上，建立了X光在导管中传输的射线跟踪方法，编制了蒙特卡罗模拟计算程序。对具体的模型，计算给出了导管的传输效率随X光源与导管入口面的距离、导管直径和曲率半径的变化关系。模拟表明：直圆柱导管的传输效率随导管直径增大而减小，随Ｘ光源所在平面与导管入口面之间的距离增大而增大；弯曲圆柱导管的传输效率随其曲率半径的增大而增大，当曲率半径趋向无穷大时，X光在弯圆柱导管的传输效率趋向于直圆柱导管的传输效率。利用编制程序计算得到的传输效率与实验结果符合较好。     

模体厚度对MC程序计算速度与效率的影响研究

基于蒙特卡罗(MC)程序MCNP4c, DOSXYZnrc, DOSRZnrc 和DPM, 考察了模体厚度变化对MC程序计算速度和MC效率的影响, 发现模体的厚度变化对不同MC程序速度提升的影响差异较大, 其中DOSXYZnrc 提升最多, DOSRZnrc提升最小。 从MC效率方面来讲, DPM和DOSRZnrc具有明显的优势。 就4个程序而言, 薄模体均表现出一定的MC 效率优势。 从MC 效率提升角度来看, MCNP4c, DOSXYZnrc和DOSRZnrc表现出一定的相似性, 而DPM相对低些。 也对DOSRZnrc异常的统计不确定性特征、 速度提升进行了研究, 发现其内部植入的光子强迫方差减小技巧在降低体元统计不确定性的同时, 也削弱了薄模体的速度优势。 但是由于显著影响了方差, 所以总体来讲, 仍然提高了DOSRZnrc薄模体的MC 模拟效率。     

半腔靶M带X射线角分布测量与模拟

在"神光Ⅱ"实验条件下,通过在半腔靶底部的漏口来测量内爆靶丸附近的M带X射线发射的角分布.介绍了试验中采用的诊断方法和试验方法,并给出了典型的实验结果.此外,利用视角因子程序,对该实验的X射线角分布进行了模拟.经过对比,发现实验结果与视角因子程序模拟结果相符,从半腔靶底部漏口出射的M带X射线不遵从cosθ分布.实验结果和模拟结果的比较有助于提高对黑腔物理图像的理解,并为内爆实验设计提供实验依据.     

由X射线成像反推核爆当量的蒙特卡罗模拟

初步探讨利用X射线成像反推核爆当量.建立特征环小孔几何模型,采用MCNP4C进行模拟,从模拟源面积,E_c的选取,环宽、等效温度及X射线入射角度的影响等方面对蒙特卡罗模拟进行讨论.在模拟时宜选取源面积S₀=6.25π cm²、能量截断值E_c=2×10^-8 MeV,需考虑能量响应和角度响应.对等效温度为1.4 keV和3.8 keV、X射线入射角度为0°,1°,2°,3°,4°,5°,6°的特征环小孔模型分别进行模拟,给出根据这些模拟结果反推核爆当量的具体方法.     

全反射X射线技术应用于镀锌板锌层测量的模拟研究

分析了传统的X射线荧光镀锌板锌层测量法,提出了基于全反射X射线荧光分析技术的镀锌板锌层测量方法,并在MCNP中建立X射线全反射模型进行模拟仿真。X射线全反射发生时锌层将原级X射线几乎反射,并在镀锌板法向方向伴随产生少量X射线荧光。针对此特征X射线荧光直接进行分析有效地减少了X射线源的散射本底,提高了测量精度,并且降低了所需源X射线的能量。模拟结果验证了镀锌板上发生X射线全反射的可行性,为实际应用提供了理论依据。     

微区X射线荧光成像技术在岩心分析中的应用

微区X射线荧光(Micro-XRF)分析技术是通过微小的X射线光束照射样品,对样品进行原位成分观测的无损分析手段之一,具有灵敏度高、速度快和准确性高的特点。采用微区X射线荧光光谱仪(M6 JETSTREAM)对安徽铜陵冬瓜山铜矿床四段岩心样品进行面扫描,分析不同矿层共17种元素区域分布特征、空间分布规律及组合关系等,结果表明：(1)Cu和Fe两种成矿元素高值空间分布区域基本不重叠,S与Fe分布范围高度重叠,关系密切,微量元素Ni, Bi, Pb, Zn, Si, Na与Cu密切相关,而Ti, Al, K与Fe具有弱相关性;(2)垂向上,Fe元素含量随深度增加逐步增大,而Cu元素含量呈降低趋势,其他元素也随深度呈下降趋势;(3)元素分布受石炭纪中期海底喷流沉积成矿作用和岩浆热液成矿作用叠加改造作用明显;(4)该钻孔矿石矿物以磁黄铁矿、黄铜矿和黄铁矿为主,垂向上组合规律明显,脉石矿物以石英、石榴子石和透辉石为主。该技术通过分析元素空间分布规律、相关性以及矿物组合和分配关系等可对元素富集和运移以及对矿床的成矿机制、成因模式等地质环境和地质过程提供新认识和新证据。结合矿床地球化学特征的分布模式...     

双盘靶X光辐射光谱时空特性

在“星光－Ⅱ”激光装置上，利用三倍频激光辐照金双盘靶，研究Ｘ光辐射光谱时空特性。将４针孔透射光栅阵列和皮秒分幅相机结合，实现了Ｘ光辐射时间、空间、能谱三维联合测量，得到了双盘靶初级和次级辐射光谱结构，观测到Ｘ光辐射弛豫过程，并得到Ｎ带Ｏ带和零级光谱强度随时间和空间的变化特征、等离子体喷射二维空间分布、等离子体膨胀速率等重要结果。     

基于CCD的石英玻璃管壁厚在线检测系统研究

提出了一种用于石英玻璃管壁厚非接触测量的光电检测技术,研制了石英玻璃管壁厚在线检测系统。在确定检测总体方案的基础上,进行了石英玻璃管厚度检测原理、发射光学系统、CCD器件选择和数据处理系统的研究。根据几何光学中反射与折射定律,利用三角关系建立了石英玻璃管壁厚和光束宽度之间的关系。对实验结果进行了误差分析,验证了方案的可行性,系统测量精度优于±0．01mm。系统调试和实际测量结果表明,研制的系统满足在线非接触测量要求。     

毛细管X光透镜共聚焦技术在测厚中的应用

为了实现对薄膜和镀层材料厚度的微区无损分析,利用多毛细管X光会聚透镜和多毛细管X光平行束透镜设计并搭建了普通实验室X射线光源的共聚焦微束X射线荧光测厚仪,对该共聚焦测厚仪的性能进行了系统表征。利用该测厚仪测定了厚度约为25μm的Ni独立薄膜样品和压于硅基表面厚度约为15μm的Ni薄膜样品厚度,对应它们的相对测量误差分别为3.7%和6.7%。另外,还对厚度约为10μm Ni薄膜样品的厚度均匀性进行了测量。该共聚焦测厚仪可以对样品进行微区深度分析,并且具有元素分辨能力,从而使得该谱仪可以测量多层膜样品不同层的膜厚,在薄膜和镀层厚度表征领域具有潜在的应用。     

利用X射线衍射光谱研究丝织品的老化

中国考古出土的丝织品数量大,种类丰富,是中国古代文化遗产的重要组成部分,但由于丝蛋白易于降解老化的材料特性,有许多保护问题需要研究解决。对古代丝织品老化程度、老化特征的分析检测有助于了解丝织品的保存状况,并可为保护方法的选择与改进提供帮助。文章通过X射线衍射分析对丝织品老化特征及结晶度的变化进行了研究。样品为经光老化、热老化和水解老化的白色丝织品和出土于湖北、陕西、内蒙古、青海的古代丝织品。X射线衍射分析结果表明,X射线衍射分析可以揭示丝织品的老化作用过程和老化特征,以及相应结晶度的变化,对于出土古代丝织品保存状况及老化机理的研究来说具有实用价值。同时还可为了解古代染织工艺的发展提供信息。