一種x射線螢光分析儀的製作方法

2024-01-25 10:14:15

專利名稱：一種x射線螢光分析儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於測定試樣中元素含量及在試樣表面的分布的X射線螢光分析儀。
X射線螢光分析儀作為一種元素含量分析的儀器，在物理、化學、化工、冶金、生物、醫學、地學、材料科學、航天航空和微電子等諸多科研或工業領域得到廣泛的應用。常規的X射線螢光分析儀由X光源、樣品、探測器、放大器和計算機多道分析器等組成。用這種螢光分析儀可以進行樣品的無損分析，一次確定數種到數十種元素的含量。但是由於常規的X光源功率低，產生的X光束功率密度低，引發的元素特徵X光強度也低，信號本底比較差，分析靈敏度低，很難分析痕量元素的含量(通常的測量極限為10-4-10-8g)，而且常規X射線螢光分析儀給出的X光束截面大，不能用於微區分析。
本實用新型的目的在於提供一種高X光功率密度，高靈敏度，低探測極限，且能進行微區分析的X射線螢光分析儀。
本實用新型的目的通過如下措施達到該儀器包括X光源、樣品、探測器、放大器和計算機多道分析器等，其特點在於在X光源和樣品之間加有一整體會聚X光透鏡。自X光源發射的相當大立體角內的X光被整體會聚X光透鏡收集和會聚，形成高功率密度的X光微束斑，並聚焦在被測樣品上，樣品中的元素被激發後，發射的特徵X光射到探測器上，經放大器放大後由計算機多道分析器進行分析和貯存。
該整體會聚X光透鏡為一個單一的、沒有支撐部件的玻璃固體，內有多個從所述固體一端貫通到另一端的X光導孔，且該玻璃固體由上述X光導孔壁自身熔合而成，該透鏡沿長度的外形母線和X光導孔外形的母線及X光導孔的軸線近似為空間二次曲線段、二次曲線段的組合或二次曲線段和直線段的組合，透鏡的母線和X光導孔外形母線的徑向變化對於假想的透鏡X光軸線是對稱的。X光可以藉助在所述X光導孔的內壁上全反射而從所述玻璃固體的一端傳播到另一端，利用所述的玻璃固體和X光導孔的不同形狀和大小改變X光傳播的方向，在很寬的波長範圍內調控X光，將X光會聚成很小的束斑形成整體會聚X光透鏡。
本實用新型與現有技術相比具有優點如下1.由於本實用新型採用整體會聚X光透鏡，這種整體會聚X光透鏡收集了大量發散的X光，並將其會聚成微束斑，束斑的功率密度很大，在同樣X光源功率條件下，比普通X螢光分析儀的束斑功率密度大一百倍到一萬倍。
2.由於整體會聚X光透鏡有一定的通頻帶，可以選擇分析時的最佳X光波段，從而卡掉高能X光引起的本底，提高了分析靈敏度，擴展了探測極限。
3.由於本實用新型加有整體會聚X光透鏡，所以它形成的微束斑可用於微區分析。
4.由於這種整體會聚X光透鏡沒有支架，結構小巧，所以本實用新型結構簡單、造價低，便於普及和推廣使用。
以下結合附圖及實施例對本實用新型進一步詳述。


圖1為本實用新型的的原理框圖；圖2為本實用新型中整體會聚X光透鏡的結構示意圖；圖3為本實用新型中整體會聚X光透鏡的軸向剖面圖；圖4為圖3中C部局部剖面圖；圖5為圖2中A-A剖面的正多邊形截面示意圖6為圖2中A-A剖面的圓形截面示意圖；圖7為圖2中A-A剖面的矩形截面示意圖；圖8為具有整體會聚X光透鏡和光闌組合體的X射線螢光分析儀原理框圖；圖9為具有兩個整體會聚X光透鏡的X射線螢光分析儀原理框圖；圖10為帶有一個整體會聚X光透鏡、一個整體X光透鏡和光闌組合體的X射線螢光分析儀原理框圖。
參見附圖1，本實用新型由X光源1、整體會聚X光透鏡2、探測器7和7′、樣品13、前置放大器15和15′、放大器16和16′、計算機多道分析器17、計數率計18組成，3為透鏡假想的X光軸線，自X光源1發射的X光5，被整體會聚X光透鏡2收集和會聚，形成直徑數毫米以下的微束斑，聚焦點在被測樣品13上，樣品13的平面與透鏡X光軸線3成45°角，樣品13中元素被激發後，發射的特徵X光14，沿著與入射X光成90°的方向射到探測器7上，經前置放大器15和放大器16放大後，送入計算機多道分析17中進行分析和貯存從樣品13產生的X光另一部分由探測器7′接收，經前置放大器15′和放大器16′送入計數率計18記錄和貯存，用於X光源強度的監測。
參見附圖2、3、4，整體會聚X光透鏡2的進口截面和出口截面尺寸小於最大截面尺寸，透鏡2沿長度方向的外形母線40和X光導孔9的外形母線42及X光導孔的軸線41近似為空間二次曲線段、或二次曲線段的組合，或二次曲線段和直線段的組合，透鏡的外形母線40和X光導孔母線42的徑向變化對於假想的X光軸線3是對稱的。透鏡2的形狀可為正多邊形、圓形及矩形，如圖5、6、7所示。以上各圖中1為X光源、2為整體會聚X光透鏡、3為假想的透鏡光軸線、4為X光焦斑、5為入射到透鏡的X光、6為自透鏡會聚到焦斑上的X光、7為探測器、9為X光導孔，為了改進透鏡內部結構缺陷，提高透鏡的光學性能，增加機械強度，在透鏡2的外面加一層實體密合包邊8。X光源1到透鏡2進口端的距離即焦距f1為10mm-200mm，透鏡2出口端到焦斑4的距離即焦距f2為10mm-500mm，透鏡長度1為25mm-200mm，透鏡進口端尺寸Din為1mm-30mm(對於圓形透鏡為直徑尺寸，對於正多邊形為對邊尺寸，對於矩形為最小對邊尺寸)，透鏡出口端尺寸Dout為1mm-35mm，佔空比大於5％。
X光導孔9的內徑大小變化和透鏡2截面大小的變化是連續和同步的，即透鏡2截面小時，X光導孔9的內徑也小，透鏡2截面達到最大尺寸Dmax時，X光導孔9的內徑也最大。
為了提高整體會聚X光透鏡邊緣導孔的傳輸效率，X光導孔9尺寸在與X光軸線3相垂直的截面上不同部位處有不同的大小，例如靠近X光軸線3的X光導孔9的尺寸大，遠離X光軸線3的X光導孔9的尺寸小。
下面給出整體會聚X光透鏡的實例，該整體會聚X光透鏡由二次複合拉制而成，共有250507根X光導孔，透鏡2的外形和X光導孔的外形母線及X光導孔的軸線由直線段、旋轉橢球體線段、直線段、旋轉橢球體線段和直線段的組合而成，透鏡長度1為50mm，透鏡截面為正六邊形，入口處對邊長Din＝6.7mm，出口處對邊長Dout＝5.2mm，透鏡最大處對邊長Dmax＝7.2mm，焦距f1＝44mm，焦距f2＝33mm，X光收集角ω＝150mRAD。利用一個各向同性的直徑是0.1mm的點束斑X光源發出8.04keV的X光，測得透鏡的傳輸效率η＝5％，會聚束斑直徑S＝157μm，透鏡的放大倍數K＝760，等效距離Leq＝4.6mm。(上述透鏡傳輸效率η為透鏡出射X光與入射X光通量之比為，會聚束斑大小S為焦距f2處在和透鏡光軸線垂直的截面上會聚光束斑的大小，透鏡的放大倍數K為焦距f2處有X光透鏡時的X光功率密度與沒有X光透鏡時的X光功率密度之比，等效距離Leq對於各向同性的X光源，為X光源與X光透鏡入口之間某一點與X光源距離，該點上X光功率密度與焦距f2處的X光功率密度相等。)參見附圖8，整體會聚透鏡2之後加光闌12組成透鏡和光闌組合體，該光闌12由中重元素材料製成，在整體會聚透鏡2後加光闌12的作用是進一步限制X光束斑的大小，使X光束斑最強一部分X光射到探測器7上，從而得到更小的束斑和更高的X光功率密度。
參見附圖9，本實用新型可在樣品13與探測器7之間加有另一整體會聚X光透鏡2′，以聚集樣品13發射的特徵X光14，透鏡2′會聚形成的會聚X光14′射到探測器7上。這樣可以提高元素探測靈敏度。
參見附圖10，本實用新型具有兩個整體會聚透鏡2和2′，並在整體會聚X光透鏡2後和樣品13前加有光闌12。
權利要求1.一種X射線螢光分析儀，由X光源、樣品、探測器、放大器和計算機多道分析器等組成，其特徵在於在X光源和樣品之間加有一整體會聚X光透鏡。
2.根據權利要求1所述的X射線螢光分析儀，其特徵在於整體會聚X光透鏡為一個單一的、沒有支撐部件的多孔玻璃固體，內有多個從所述固體一端貫通到另一端的X光導孔，且該玻璃固體由上述X光導孔壁自身熔合而成，該透鏡沿長度的外形母線和X光導孔外形的母線及X光導孔的軸線近似為空間二次曲線段、二次曲線段的組合或二次曲線段和直線段的組合，透鏡的母線和X光導孔外形母線的徑向變化對於假想的透鏡X光軸線是對稱的。
3.根據權利要求2所述的X射線螢光分析儀，其特徵在於上述透鏡的進口截面和出口截面尺寸小於最大截面尺寸。
4.根據權利要求3所述的X射線螢光分析儀，其特徵在於上述透鏡的進口端截面和X光導孔在與上述透鏡光軸線垂直方向上的截面為正多邊形或圓形或矩形，出口端截面與進口端截面形狀相同。
5.根據權利要求3所述的X射線螢光分析儀，其特徵在於上述X光導孔尺寸與上述透鏡X光軸線相垂直的截面上不同部位處有不同的大小。
6.根據權利要求3所述的X射線螢光分析儀，其特徵在於上述透鏡有實體密合包邊。
7.根據權利要求3所述的X射螢光分析儀，其特徵在於X光源到透鏡進口端的距離為10mm-200mm，X光透鏡出口端到最小會聚束斑的距離為10mm-500mm，透鏡長度為25mm-200mm，透鏡進口端尺寸為1mm-30mm，透鏡出口端尺寸為1mm-35mm，佔空比大於5％。
8.根據權利要求1或3所述的X射線螢光分析儀，其特徵在於在整體會聚X光透鏡之後加有一光闌組成透鏡和光闌組合體。
9.根據權利要求1或3所述的X射線螢光分析儀，其特徵在於在樣品與探測器之間加有一整體會聚X光透鏡。
10.根據權利要求8所述的X射線螢光分析儀，其特徵在於在樣品和探測器之間加一整體會聚X光透鏡。
11.根據權利要求10所述的X射線螢光分析儀，其特徵在於透鏡和光闌組合體中光闌由中重元素材料製成。
專利摘要一種用於測定試樣中元素含量及在試樣表面的分布的X射線螢光分析儀由X光源、樣品、探測器、放大器和計算機多道分析器等組成，其特點在於在X光源和樣品之間加有一整體會聚X光透鏡，該透鏡為一個單一的、沒有支撐部件的多孔玻璃固體，內有多個從所述固體一端貫通到另一端的X光導孔，且該玻璃固體由上述X光導孔壁自身熔合而成，本實用新型的分析靈敏度高、探測極限低、功率密度大，並可用於微區分析，且結構簡單、造價低。
文檔編號G01N23/22GK2237241SQ9620353
公開日1996年10月9日 申請日期1996年2月17日 優先權日1996年2月17日
發明者顏一鳴, 丁訓良, 赫業軍 申請人:中國航天工業總公司, 北京師範大學