[实用新型]直线驱动式X射线单色器及X射线荧光光谱仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及X射线荧光光谱仪技术领域，特别公开一种直线驱动式X射线单色器及X射线荧光光谱仪。

背景技术

XRF，即X射线荧光光谱分析(X Ray Fluorescence)。一台典型的X射线荧光光谱仪(XRF)由激发源(X射线管)和探测系统构成。X射线管产生入射X射线(一次X射线)，激发被测样品。受激发的样品中的元素会发射出二次X射线即特征荧光，并且不同的元素所发射出的二次X射线具有特定的能量特性和波长特性。探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及强度。

将光源发出的光单色化成所需要的单色光的器件称为单色器，是从光源发射的波长连续的光谱中选择某一波长的光的光学系统。传统的单色器由入射狭缝、准直镜、色散元件、物镜和出射狭缝构成。其中色散元件是关键部件，作用是将复合光分解成单色光。入射狭缝用于限制杂散光进入单色器，准直镜将入射光束变为平行光束后进入色散元件。物镜将出自色散元件的平行光聚焦于出口狭缝。出射狭缝用于限制通带宽度。

X射线单色器是利用晶体衍射作用以取得单色X射线束的装置。目前，用来将X射线管所发出的连续波长的X射线进行单色化的装置，多为固定式的平面或凹面晶体，晶体是固定不动的，每个装置只 能得到一种波长的单色X射线。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供直线驱动式X射线单色器，其通过直线驱动控制入射狭缝与弯曲晶体的间距，来实现选择单色化后的X射线的不同波长，一套单色器可以实现连续波长的X射线的单色化。

本实用新型的另一个目的在于提供一种X射线荧光光谱仪，其采用直线驱动式X射线单色器，可大大提高X射线激发效率、降低探测器接收到的荧光谱的背景噪声。

本实用新型提供一种直线驱动式X射线单色器，包括入射狭缝，色散装置和出射狭缝，其中，所述的色散装置包括：

第一轨道，用于弯曲晶体在其上顺序移动，其起点位置设有入射狭缝；

第二轨道，其上设有出射狭缝，用于出射狭缝在其上顺序移动，第二轨道的起点位置和弯曲晶体在第一轨道上耦合；

固定杆，用于固定弯曲晶体，其起点位置固设有弯曲晶体，另一端与第一支臂、第二支臂耦合；

第一支臂，连接于第一轨道的起点位置与固定杆的端点位置；和

第二支臂，连接于第二轨道的出射狭缝位置与固定杆的端点位置；

第一支臂、第二支臂和固定杆在固定杆的端点位置耦合，第一支臂、第二支臂和固定杆的长度相同，均为弯曲晶体的曲率半径；

第一轨道上设有用于带动弯曲晶体顺序移动的第一滑块，第一滑 块由第一电机驱动；

第二轨道上设有用于带动出射狭缝顺序移动的第二滑块，第二滑块由第二电机驱动；

第一电机和第二电机保持步调一致；

随着弯曲晶体在第一轨道上顺序移动，相对应地，出射狭缝在第二轨道上顺序移动，并且入射狭缝、弯曲晶体和出射狭缝始终位于以固定杆、第一支臂、第二支臂三者的耦合端为圆心，以弯曲晶体的曲率半径为半径的同一虚拟的罗兰圆上。

弯曲晶体对X射线的聚焦式衍射必须同时满足罗兰条件和布拉格衍射条件。罗兰条件要求入射狭缝、弯曲晶体衍射中心和出射狭缝应处在同一个半径为R的罗兰圆上，且R为弯曲晶体的曲率半径。布拉格衍射条件要求X射线反射应服从布拉格公式：

2d sinθ＝nλ  式(1)

式(1)中，d为弯曲晶体的晶面间距，单位纳米nm；

θ为衍射角，衍射角θ＝入射角θ₁＝出射角θ₂；

n为衍射级数，为大于等于1的整数，一般只考虑n＝1；

λ为被单色化的X射线波长，单位纳米nm。

同时，在罗兰圆中，存在如下关系：

sinθ＝N/(2R)  式(2)

式(2)中，R为罗兰圆半径；

N为入射狭缝A和弯曲晶体点S间的距离。 

将式(2)代入式(1)中，即可得到：

选择不同的入射狭缝与弯曲晶体的间距N，可在出射狭缝处获得不同的单色化后某一定固定波长λ的X射线，两者的关系满足：

N＝Rnλ/d  式(3)

式(3)中，N为入射狭缝与弯曲晶体的间距；λ为被单色化的X射线波长；d为弯曲晶体的晶面间距；n为衍射级数，为大于等于1的整数；R为弯曲晶体的曲率半径，也即是罗兰圆半径。

当使用的弯曲晶体的晶面间距为d，罗兰圆半径为R时，如果需要在出射狭缝B处得到波长为λ的X射线，只需使步进电机运动到N满足式(3)中条件即可。