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X射線衍射儀常用的四種信號檢測方法

更新時間:2015-05-05       點擊次數(shù):4290

一、熒光板

    熒光板是將ZnS、CdS等熒光材料涂布在紙板上制成,當X射線信號照射到熒光板上時,熒光板就會發(fā)出熒光。常用熒光板來確認光源產(chǎn)生的原射線束的存在,X射線衍射儀廠家主要用于儀器零點的調(diào)試。

二、照相方法

    照相法是zui早使用的檢測并記錄X射線的方法,直到現(xiàn)在仍被采用。X射線與可見光一樣,能夠使感光乳劑感光。當感光乳劑受到X射線照射后,AgBr顆粒離解形成顯影核,經(jīng)過顯影而游離出來的單質(zhì)銀微粒使感光處變黑。
在一定的曝光條件下,黑度是與曝光量成比例的。黑度也和波長有關(guān)。測量黑度的簡單方法是目估,較為準確的測量方法是用光電黑度計來掃描測量。

三、正比計數(shù)管(PC)

    正比計數(shù)管(PC)一般以一個內(nèi)徑約25mm的金屬圓筒作為陰極,圓筒中心有一根拉成直線的鎢絲作為陽極,筒內(nèi)充滿0.5至1個大氣壓的氬氣或氙氣,并加有10%左右的淬滅氣體(一般為CH4、乙醇或Cl2)。圓筒的側(cè)壁或一端設(shè)有入射X射線的“窗”,窗口材料通常為極薄的云母片或者金屬鈹。在使用正比計數(shù)管時,兩電極間需要加上1kV至2kV的直流高壓。計數(shù)管在被X射線照射時,管內(nèi)氣體被電離,初始產(chǎn)生的離子對數(shù)目與X射線的量子能量成比例,在極間電壓的作用下,離子定向運動并在運動過程中不斷碰撞其它的中性氣體分子,由此產(chǎn)生二次以至多次的電離并伴隨著光電效應(yīng),此時電離的數(shù)目大量增加從而形成放電(稱為電子雪崩或氣體放電),直到所有電荷都聚集到相應(yīng)的電極上,放電才停止,每次放電的時間歷程極短,約0.2~0.5微秒。因此,每當有一個X射線量子進入計數(shù)管時,兩極間將有一脈沖電流通過。正比計數(shù)管工作在氣體放電的正比區(qū),脈沖電流在負載電阻上產(chǎn)生的平均電壓降(即脈沖電壓幅度)與入射X射線的量子能量成正比,故稱正比計數(shù)管。

    正比計數(shù)管在接收單一波長的射線時,每個X射線量子產(chǎn)生的電脈沖幅度實際上不是嚴格相同的,而是分布在以平均幅度為中心的比較狹窄的一個范圍內(nèi)的,根據(jù)PC的放電特性,平均幅度的大小由入射X射線的量子能量決定,若脈沖分布的寬度越窄,其能量分辨能力就越好。能量分辨能力可用能量分辨率η來表示,作為計數(shù)管的一個重要特性:η=W/h×100%式中W為分布的半高寬,h為平均脈沖幅度。

四、NaI(Tl)閃爍計數(shù)管(SC)

    X射線衍射分析中使用的閃爍計數(shù)管,其閃爍體大多使用摻有Tl的NaI晶體。閃爍計數(shù)管的基本結(jié)構(gòu)由三部分組成:閃爍體、光電倍增管和前置放大器。

    閃爍體是摻有0.5%左右的Tl作為激活劑的NaI透明單晶體的切片,厚約1~2mm。晶體被密封在一個特制的盒子里,以防止NaI晶體受潮損壞。密封盒的一面是薄的鈹片(不透光),用來作為接收X射線的窗;另一面是對藍紫光透明的光學玻璃片。密封盒的透光面緊貼在端窗式的光電倍增管的光電陰極窗面上,界面上涂有一薄層光學硅脂以增加界面的光導率。NaI晶體被X射線激發(fā)能發(fā)出波長為420nm(藍紫色)的可見光,每個入射X射線量子將使晶體產(chǎn)生一次閃爍,每次閃爍將激發(fā)倍增管光電陰極產(chǎn)生光電子,這些一次光電子被*級接收(D1)收集并激發(fā)出更多的二次電子,再被下一級接收極(D2)收集,又倍增出更多的電子,如此,光電陰極發(fā)射的光電子經(jīng)10級接收極的倍增作用后,zui后一級收集極能獲得約為初始電子數(shù)目105倍的電子,從而形成可檢測的電脈沖信號。

    閃爍計數(shù)管的主要優(yōu)點是:對于晶體X射線衍射工作使用的各種X射線波長,均具有很高的接近100%的量子效率,穩(wěn)定性好,使用壽命長,此外,它和正比計數(shù)管一樣具有很短的分辨時間(10-7 秒),因而實際上不必考慮檢測器本身所帶來的計數(shù)損失,目前大多數(shù)衍射儀均配有SC探測器。

五、固體檢測器(SSD)

    固體探測器(SSD)又稱半導體檢測器。SSD的工作原理如下:當X射線照射半導體時,由于電離作用,能產(chǎn)生一些電子-空穴對,在本征區(qū)產(chǎn)生的電子-空穴對在電極間的電場作用下,電子集中在n區(qū),空穴則聚集在p區(qū),其結(jié)果將有一股小脈沖電流向外電路輸出,本征區(qū)起著“電離箱”的作用。SSD被電離產(chǎn)生一對電子-空穴對所需的能量約為3.8eV,而PC約為30eV,SC約為500eV,因此SSD的其能量分辨率*。