Поляризатор рентгеновского излучения устройства для рентгенофлуоресцентного анализа Советский патент 1993 года по МПК G01N23/223 

Изобретение относится к ядерно-физическому анализу вещества с использованием поляризованного рентгеновского излучения и в частности предназначается для использования в устройствах для рент- генофлуоресцентного анализа (РФА).

Известны поляризаторы рентгеновского излучения, используемые в составе устройств для рентгенофлуоресцентного

анализа. В известных устройствах поляризаторы представляют собой пластину или цилиндр, обычно из элемента с низким атомным номером. Размеры поляризатора и его ориентация относительно узлов, составляющих устройство для РФА, выбираются экспериментально при определенных параметрах рентгеновской трубки, коллимационной системы и энергии поляризованного

излучения. При этом первичное рентгеновское излучение и рассеянное излучение от поляризатора должно удовлетворять Томп- соновскому условию поляризации и закону Брегга-Вульфа.

Недостатком этих поляризаторов является то, что они обеспечивают эффективную поляризацию рентгеновского излучения только в узком спектре энергий, что обусловливает малую чувствительность при одновременном многоэлементном анализе образцов, содержащих элементы с большим диапазоном атомных номеров.

Для расширения диапазона эффективно поляризованного излучения увеличивается число пластин поляризатора. Применив многослойный поляризатор, вы- равниоают кривую чувствительности устройства для РФА в широком диапазоне атомных номеров, однако при необоснованном увеличении числа и толщины пластин поляризатора чувствительность недопустимо уменьшается.

Наиболее близким к предлагаемому поляризатору является поляризатор устройства для рентгенофлуоресцентного анализа, выбранный в качестве прототипа.

Этот поляризатор имеет форму пластины, изогнутой по поверхности цилиндра с диаметром, равным отрезку прямой, соединяющему источник с держателем образца, и выполненной в виде двух слоев из легких элементов с атомными номерами, возрастающими с увеличением радиуса основания слоя. Материал и размеры слоев подобраны экспериментально. С целью повышения чувствительности анализа и компенсации эффекта матрицы, внешний слой поляризатора выполнен из материала, энергия характеристического излучения которого больше энергии краев поглощения определяемых элементов, т.е. определяемые элементы возбуждаются не только рассеянным поляризованным излучением, но и характеристическим излучением этого внешнего слоя поляризатора (подложки). При этом диапазон эффективно анализируемых элементов не расширяется, а компенсируется уменьшением чувствительности из-за введения двух слоев за счет увеличения интенсивности излучения элементов.

Устройство РФА с данным известным поляризатором позволяет снизить предел обнаружения при анализе водного раствора нитрата цинка до значения 5-103.

Недостатком известного-поляризатора является неравномерность эффективного рассеяния в широком диапазоне энергий, что, s свою очередь, обусловливает малую чувствительность и слабый порог обнаружения устройства РФА, содержащего данный поляризатор, особенно на краях диапазона измерений при одновременном многоэлементном анализе образцов, содержащих

элементы с широким диапазоном атомных номеров. Причиной этого является невозможность оптимизации построения многослойного поляризатора путем экспериментальной подборки.

Цель изобретения - снижение предела обнаружения всех элементов при проведении многозлементного анализа за счет повышения вероятности взаимодействия излучения с атомами вещества поляризатора и увеличения выхода поляризованного излучения.

Поставленная цель достигается тем, что в поляризаторе рентгеновского излучения устройства для рентгенофдуоресцентного

анализа, выполненном в виде набора пластин из элементов с атомными номерами, возрастающими по ходу падающего на поляризатор излучения, количество, толщина и материал пластин связаны следующим соотношением

I- t j

gf- - ± $г -2j7 -

Wi

30 я1(1-у

35

,e Ј aft --ri- --Ґ--- -гЫ - с- Л }.

где Ns - рассеянный поток (на анализируе- мый образец);

No- падающий поток (от рентгеновской трубки);

а -толщина 1-й пластины поляризатора;

45

ра;

а - толщина n-й пластины поляризаторе - массовый коэффициент рассеяния n-й пластины поляризатора;

ц - полный массовый коэффициент ослабления рентгеновского излучения п-й пластиной поляризатора;

ц - полный массовый коэффициент ослабления рентгеновского излучения 1-й пластиной поляризатора; | - количество пластин поляризатора;

d - общий диаметр коллимационного отверстия.

На фиг. 1 показан многослойный поляризатор устройства для РФА; на фиг. 2 показаны графики эффективности рассеяния

тгр- для различных пластин: на фиг, 3 показан поляризатор в составе устройства для РФА.

Поляризатор, показанный на фиг. 1, представляет собой блок, выполненный в виде набора следующих друг за другом пластин из элементов с атомными номерами, возрастающими по ходу падающего на поляризатор излучения. Диаметр рабочей поверхности поляризатора D 2d, где d - общий диаметр коллимационного отверстия коллиматора устройства для РФА, для которого предназначается поляризатор, а количество пластин поляризатора (I), ихтол- щина (а) и материал связаны предложенным соотношением, за счет чего число и параметры пластин выбраны оптимальными для широкого диапазона энергий по графикам, показанным на фиг. 2, полученным математическим прогнозированием по максимальNSной эффективности рассеяния -rj- .

Пример выполнения предложенного поляризатора Е составе устройства для РФА при анализе содержащихся в образце кальция, марганца и железа. Устройство для РФА, показанное на фиг. 1, содержит источник рентгеновского излучения 1, расположенный за ним сотовый коллиматор 2, через который излучение попадает на многослойный поляризатор 3 под углом 45° к его рабочей поверхности. Под углом 90° к направлению первичного излучения расположен коллиматор 4 поляризованного излучения, поступающего на образец, находящийся в держателе 5, и детектор инициированного излучения 6. Широкополосное излучение источника рентгеновского излучения 1 подают через коллиматор 2 на многослойный поляризатор 3. Первая ближайшая пластина из материала с наименьшим атомным номером эффективно рассеивает низкоэнергетическое рентгеновское излучение, а последующие слои эффективно рассеивают рентгеновское излучение с более высокими энергиями, что обеспечивает высокий выход поляризованного излучения в широком диапазоне энергий, возбуждающего одновременно характеристическое излучение всех определяемых элементов, Выходящее из поляризатора 3 поляризованное излучение выделяют коллиматором 4 под углом 90° к направлению распространения первичного излучения, При этом направление оси источник-поляризатор и поляризатор-образец составляет 45° с нормалью к рабочей плоскости пластин поляризатора. Выделенное поляризованное излучение направляют на держатель 5 с образцом. Инициированное излучение образца регистрируют детектором 6. В качестве источника рентгеновского излучения была применена рентгеновская трубка прострельного типа БХ-7 с медным анодом. Сотовый коллиматор из свинца имеет длину 1,5 см, общий (внутренний) ди0 аметр 0,5 см при сотах с радиусом 0,025 см. Конструкция коллиматора аналогична конструкциям коллиматоров рентгеновского и гамма-излучения, но без стеклянных прослоек. Детектирование производилось

5 кремнелитиевым детектором БДЭР-2-25 с разрешением 250 эВ па линии 5,9 КэВ с толщиной бериллиевого окна 30 мк.1 В качестве анализируемой пробы-образца исследуется стандартный растительный образец

0 злаковой травосмеси СБМТ-01 N 1485-88. Параметры режима работы рентгеновского генератора составляли 30 кО и 300 мкА. Графики эффективности рассеяния показаны на фиг. 2. Для обеспечения качественного

5 представительного анализа имеющихся образцов травосмеси область энергии поляризованного излучения была выбрана 10-25 кои. Q качестве материала пластин поляризатора в результате расчетов и их анализа

5 были использованы бериллий, углерод и алюминий, как материалы, позволяющие обеспечить наибольшую вероятность взаимодействия с излучением этого диапазона. В рассматриваемом примере оказалось целесообразным ограничиться тремя пла0 стинами, так как дальнейшее увеличение числа пластин не дает существенного эффекта. Толщины пластин дня трехслойного поляризатора выбраны из максимальной эффективности рассеяния о пнбрзнной об5 ласти энергий анализируемых элементов из предложенного математического выражения. При использовании трехслойного поляризатора предложенной оптимизированной конструкции были достигнуты следу0 ющие пороги обнаружения: для кальция 10-10 4%, для марганца 1, для железа 0,9 . Оптимизированный поляризатор в составе устройства для РФА позволит проводить многоэлементный ана5 лиз в диапазоне атомных номеров 11-92 с порогом обнаружения до 1-10 % и сократить время анализа.

Формула изобретения Поляризатор рентгеновского излучения устройства для рентгенофлуоресцентного анализа, выполненный в виде набора пластин из элементов с атомными номерами, возрастающими по ходу падающего на поляриэатор излучения, отличающийся тем, что, с целью снижения предела обнаружения всех элементов при проведении многоэлементного анализа за счет повышения вероятности взаимодействия излучения с атомами вещества поляризатора и увеличения выхода поляризованного излучения, количество, толщина и материал пластин связаны следующим соотношением:

пч

Й- - i

II

ю-5Ur -« p -iVt/ }.

0

5

где Ns - поток излучения, падающий на анализируемый образец;

No - поток первичного излучения, падающий на поляризатор;

ft sn массовый коэффициент рассеяния n-го слоя поляризатора;

/Utn - полный массовый коэффициент ослабления излучения n-м слоем поляризатора;

а - толщина 1-го слоя поляризатора;

ц - полный массовый коэффициент рассеяния 1-го слоя;

а - толщина п-ro слоя поляризатора;

I - количество слоев поляризатора;

d - общая площадь потока излучения, падающего на анализируемый образец.

Изобретение относится к ядерно-физическому анализу вещества с использованием поляризованного рентгеновского излучения. Цель изобретения - снижение предела обнаружения всех элементов при проведении многоэлементного анализа за счет повышения вероятности взаимодействия излучения с атомами вещества поляризатора и увеличение выхода поляризованного излучения. Поляризатор выполнен в виде набора пластин из элементов с атомными номерами, возрастающими по ходу падающего на поляризатор излучения. Количество, толщина и материал пластин связаны следующим соотношением: (-2,J2;V,a )fl-()/ i - ;- |д -exp((a;)/d ()l-exp(-2 /uJaTl)) где Ns- поток излучения, падающий на анализируемый образец; No- поток первичного излучения, падающий на поляризатор; - массовый коэффициент рассеяния п- го слоя поляризатора; (Л tn полный массовый коэффициент ослабления излучения п-м слоем поляризатора; а1 -толщина 1-го слоя поляризатора;/ t1 - полный массовый коэффициент рассеяния 1-го слоя поляризатора; а - толщина n-го слоя поляризатора; I - количество слоев поляризатора; d - общая площадь потока излучения, падающего на анализируемый образец. 3 ил. (Л С о VI ю 00 О О

з

.Ъ

0.5

Е,кэВ

.З