能量色散熒光光譜儀檢測器的種類及原理-華普通用
能量色散熒光光譜儀檢測器又稱探測器,是種能量轉(zhuǎn)換器,能對光子進行計數(shù)。在與光電子作用時,它可以儲存每次入射光子的全部能量。光子流越弱,檢測器工作的精度越高。目前常用的Ⅹ射線檢測器有氣體能量轉(zhuǎn)化器、半導(dǎo)體能量轉(zhuǎn)換器和閃爍計數(shù)器。
一、氣體能量轉(zhuǎn)化器
氣體能量轉(zhuǎn)化器也稱充氣型正比計數(shù)器(gas proportion counter ,PC),分為氣流型和封閉型兩種,氣流型適用于輕元素的檢測,而封閉型常用于高原子序數(shù)的元素,探測波長較長。以波長色散譜儀為例,氣流型和封閉型充Xe氣的正比計數(shù)管常常串聯(lián)使用以提高Ti ~ Cu的K系線和La ~ W的L系線的靈敏度。氣流型正比計數(shù)管通常用90%氬氣和10%甲烷混合氣體,其中甲烷起猝滅作用。對于原子序數(shù)很低的元素也可以用96%氦氣和4%丁烷混合氣體。封閉型正比計數(shù)管則可分別充氖、氪和氙氣。
二、閃爍計數(shù)器
閃爍計數(shù)器適用于重元素的檢測。閃爍計數(shù)器結(jié)構(gòu)是由一片用鉈激活的且密封于Be窗口的碘化鈉晶體和光電倍增管組成。當一入射X射線光子被Na晶體吸收時,便產(chǎn)生若千個數(shù)量的可見光子(閃爍),可見光子轟擊光電倍增管,產(chǎn)生光電流。因此,每個入射X射線光子能在光電倍增管的輸出端形成一個很大的脈沖電流。
閃爍計數(shù)器用于測量大于6kcV的X射線,對于低于6keV的X射線光子,由于光電倍增管極的噪聲脈沖較大,對弱光子脈沖的檢測會很困難。在閃爍計數(shù)器前附加一個氣體正比計數(shù)器構(gòu)成復(fù)合檢測器,這時長波長的X射線用正比計數(shù)器檢測,短波長的X射線則由閃爍計數(shù)器檢測。閃爍計數(shù)器裝在氣體正比計數(shù)器旁邊,縮短了它與晶體之間的距離達三倍,有效地提高了靈敏度,
三、能量色散熒光光譜儀半導(dǎo)體能量轉(zhuǎn)換器
能量色散熒光光譜儀通常采用半導(dǎo)體能量轉(zhuǎn)換器。硅中摻入少量的其他元素可形成晶體二極管。當探測器加上300~400V的電壓時,無電流通過。當一個X射線光子射到探測器上并被吸收時,則形成若干電子空穴對。電子和空穴分別迅速移向表層和底層而形成一個電脈沖。這種探測器的實際分辨率受電子噪聲和熱噪聲的限制,通過采用低溫冷卻技術(shù)和半導(dǎo)體制造工藝的改進,提高它的實際分辨率。
探測器的分辨率與入射X射線能量有關(guān),計算探測器理論分辨率的公式為:
R=Fn1/2
F為Fano常數(shù),對于氣體正比計算器,n是指每個入射光子產(chǎn)生的初級電子數(shù),對于閃爍計數(shù)器,n是指光電倍增管第一級所收集到的光電子數(shù)。