[发明专利]一种基于SDD探测器的X射线荧光分析系统

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及一种基于SDD探测器的X射线荧光分析系统。

背景技术

当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态。外层电子跃迁至内层空穴使原子恢复到基态，此过程中所释放的能量以辐射的形式放出，便产生了X荧光。X荧光的能量与入射的能量无关，它只等于原子两能级之间的能量差。由于能量差完全由该元素原子的壳层电子能级决定，故称之为该元素的特征X射线，也称荧光X射线或X荧光。

X射线荧光分析(XRF)技术利用被测样品中元索受初级X射线激励辐射二次特征X射线(荧光)，判断和确定样品成分和组成。它以分析速度快、可分析元素多、可分析浓度范围广、可进行非破坏分析、探测限低等特点而成为分析测试领域的一个研究热点。X射线荧光分析技术在产品和材料的无损检测、人体医检、微电子电路光刻检验等领域有广泛的应用。另外，近年来随着工业化的发展，国内大气污染问题日趋严重。在大气重金属元素的检测上，X射线荧光测量技术已比较成熟，比之传统的电化学测量方法具有速度快、测量范围广，样品预处理简单等优点。

高性能的核探测器读出系统是整个XRF的核心。XRF的核心探测器从常用的正比计数器、闪烁体，向半导体探测器过渡。我国的X射线荧光分析仪多数依赖于进口，无成熟的本土化的XRF产品。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于SDD探测器的X射线荧光分析系统，能够有效产生X射线荧光，并对X射线荧光光谱进行分析，且能量分辨率高，噪声低。

本发明的基于SDD探测器的X射线荧光分析系统，包括荧光产生子系统、SDD探测器和电子学读出子系统，其中，荧光产生子系统用于产生X射线荧光，包括同位素激发源和样品，其中，同位素激发源出射的X射线与样品表面的夹角小于全反射临界角；

SDD探测器位于样品表面正上方，接收样品发出的X射线荧光，并将X射线荧光转换为电信号后输出至电子学读出子系统；

电子学读出子系统对SDD探测器的电信号进行成形放大，并提取X射线荧光光谱；其中，电子学读出子系统包括前置放大器、成形放大模块、MCA多道分析仪、高压模块、制冷模块和供电模块；其中，前置放大器与SDD探测器连接，对SDD探测器产生的电信号进行提取放大；成形放大模块与前置放大器连接，对前置放大器的输出信号进行高斯整形和放大；MCA多道分析仪与成形放大模块连接，对成形放大模块输出的高斯信号进行多通道AD采集，提取X射线荧光的能谱分布送至计算机，用于分析；高压模块与SDD探测器连接，为SDD探测器提供反偏工作电压；制冷模块与SDD探测器连接，为SDD探测器提供低温工作环境；供电模块为前置放大器、成形放大模块、高压模块和制冷模块供电。

进一步地，所述同位素激发源采用第Ⅴ类天然同位素放射源。

进一步地，能量在5keV以下X射线荧光选择⁵⁵Fe同位素激发源，能量在5keV以上X射线荧光选择¹⁰⁹Cd同位素激发源。

进一步地，所述前置放大器采用高增益带宽运算放大器，高增益带宽运算放大器的反向输入端接SDD探测器的输出正端，高增益带宽运算放大器的正向输入端接地；高增益带宽运算放大器的输出电压作为前置放大器的输出正端，SDD探测器的输出负端作为前置放大器的输出负端；高增益带宽运算放大器的反向输入端和输出端之间并联一个负反馈电容；其中，反馈电容为1～10pf，前置放大器的增益为10mV/keV±20％。

进一步地，所述成形放大模块包括滤波成形子模块和放大子模块，其中，滤波成形子模块采用CR-(RC)^m滤波方式将前置放大器的输出电压滤波整形成高斯脉冲，其中m≥3，高斯脉冲的上升沿时间处于200ns～2us之间；放大子模块将滤波成形子模块输出的高斯脉冲信号进行放大，放大倍数为100～200。

进一步地，所述制冷模块包括帕尔贴制冷器和PIC控制芯片，其中帕尔贴制冷器的冷端贴在SDD探测器上，PIC控制芯片根据SDD探测器内部的热敏电阻的输出信号，控制调整帕尔贴制冷器的输入电压。

有益效果：

(1)本发明的基于SDD探测器的电子学读出子系统结构简单，能够对X射线荧光光谱进行有效分析，且由于SDD探测器收集阳极电容不依赖于探测面积，能量分辨高。SDD探测器的Be窗可以有效屏蔽背景光，本发明的荧光系统可以实现对1～30keV荧光光谱的有效探测。