热释电晶体光源用于X射线荧光分析的方法研究

目前所使用的X射线荧光分析系统主要以加速器束流、X射线管或放射源作为激发源。这些激发源在实际应用中都有功率或安全性限制，不宜作为便携式使用。本项目主要研究以一种新型的X射线发射器为激发源的小型化、低功耗的X射线荧光分析系统。系统通过加热热释电晶体，使晶体表面产生强电场。这种强度的电场会使稀薄气体分子电离。利用电离的电子在电场中加速轰击金属靶电极，从而产生高强度和高能量的X射线，用以激发探测样品。样品原子受激发后退激发所产生的特征X射线使用碲锌镉及硅漂移室探测器探测，可以同时满足高能及中低能区X射线探测需要。本探测系统具有结构简单、功耗低、安全可靠、样品测量范围广、尺寸小、易于携带等特点，可以应用于空间探测、野外探矿、材料分析等众多科技及国民生产领域，具有广泛的应用前景。

热释电晶体光源用于X射线荧光分析的方法研究项目的目标是以一种新型X射线源作为激发源，并研制相关探测器及电子学从而达到元素鉴别的目的。其中X射线光源采用热释电晶体在加热或冷却过程中自然产生的高电压，来电离气体分子，并加速电子轰击晶体或金属靶获得韧致辐射X射线；为了配合元素鉴别的目的，利用实验室具体条件，我们研制了便携式的X射线探测器。探测器使用硅漂移室探测器及碲锌镉探测器，并配合以集成化的前端电子学，通过统一供电达到便携化。两种探测器均使用USB电源供电，其中碲锌镉探测器电路可以作为半导体通用电子学电路使用；控制电路使用了模拟电路及数字电路两种，模拟电路通过开关稳压电路芯片、比较器及热敏电阻设计了一套反馈电路进行加热及冷却控制，数字电路使用单片机控制电路加热及制冷，两者均取得了成功。模拟电路具有功耗低，可靠性高等特点，但没有信号采集部分；数字电路具有操作灵活，可采集信号并与计算机通信等特点。X射线源的研究是本项目的核心内容，项目进行中，我们利用真空罐详细的研究了X射线在晶体加热、冷却时发射谱，计数率等关键数据。并使用不同靶材检验了X射线源作为激发源的元素鉴别能力。后期使用玻璃封装成功的完成了X射线管的研制，并利用X射线管进行了元素激发测试，性能良好。本探测系统具有结构简单、功耗低、安全可靠、样品测量范围广、尺寸小、易于携带等特点，可以应用于空间探测、野外探矿、材料分析等众多科技及国民生产领域，具有广泛的应用前景。