通过传统能量色散X射线荧光分析(EDXRF)对Cd元素进行痕量分析时, X光管发出的原级轫致辐射连续谱对Cd元素的分析具有严重的影响。 为了减弱原级X射线对测量结果的影响, 通过Geant4程序包模拟不同几何尺寸下偏振激发X射线荧光分析(P-EDXRF)中荧光靶的结构, 研究其在减弱测量过程中原级X射线轫致辐射连续谱的影响。 为了提高模拟效率, 本文分三步进行模拟。 第一步模拟不同管电压下电子打靶过程, 得到不同管压下的X光管原级能谱。 第二步针对Cd元素的痕量分析设置不同种类、 不同几何条件的Te及BaSO4作为荧光靶材料进行模拟。 结果表明在使用Kα1能量(27.468 keV)与Cd元素吸收限26.711 keV最为接近的Te作为荧光靶材料时, 随着Te靶厚度增加Te元素的特征峰强度在100 μm前快速增长, 在150 μm后趋于稳定。 而其信噪比(SNR)在80 μm到达最大值21.434。 继续增加厚度由于荧光靶材料的自吸收作用SNR开始有些许下降, 达到饱和吸收厚度后稳定。 在不同应用场景时荧光靶选材应有不同, 对于测量时间没有限制的条件下, 应选择荧光强度更大的荧光靶厚度。 而对于测量时间相对较短的条件下, 则应该选择SNR更大的荧光靶厚度。 第三步模拟通过荧光靶后的出射能谱激发含0.01%Cd的样品, 经过Te靶后的出射能谱激发样品, 得到Cd元素Kα1峰背比为8.28。 相较于直接通过原级谱激发样品, Cd元素Kα1峰背比为2.29, 其峰背比明显提高但Te元素的散射峰对Cd元素Kα1峰仍然有所影响。 选用特征X射线能量与Cd元素Kα1相距更远的BaSO4作为荧光靶材料, 可减弱由于样品中的基体轻元素的散射作用而引起目标元素的峰背比降低情况, 可将Cd元素Kα1峰背比提高至14.179。 通过增大X光管管电压可进一步提高激发效果, 在管电压为70 kV时对于Cd元素有最佳激发效果, 峰背比为21.431。
荧光靶 痕量分析 Geant4 Secondary target Trace analysis P-EDXRF Geant4 P-EDXRF 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1064
1 东北师范大学 物理学院， 吉林 长春130024
2 东北师范大学 紫外光发射材料与技术教育部重点实验室， 吉林 长春130024
为实现伴随粒子中子管研究中的小靶点表征，设计了一种基于YAG∶Ce材料的模块化荧光靶体，给出了一种靶点实时监视与测量的方法。利用该方法实现了伴随粒子中子管最小4 mm直径靶点的实验工作。研究中在可更换的荧光靶面上经过激光雕刻阵列化后，能够分辨毫米级甚至亚毫米级的靶点大小。经过长时间高能离子束轰击后的YAG∶Ce材料靶面能够持续发光，未见性能下降，证明YAG∶Ce材料具有良好的耐辐照性能。
伴随粒子中子管 小靶点 YAG∶Ce荧光粉 荧光靶 耐辐照 associated particle neutron tube small beam spot YAG∶Ce3+ phosphor fluorescence target radiation-resistance
