1 钢铁研究总院, 北京 100081
2 钢研纳克检测技术股份有限公司, 北京 100081
在进行能量色散X射线荧光(EDXRF)的解谱操作时, 如果样品中元素含量不高, 单个元素的谱峰形状在混合样品谱中会保持较好, 纯元素谱剥离是一种比较好的解谱方法, 同时, 在不高的含量范围内, 谱峰强度与元素含量的线性关系保持较好, 定量较为准确; 但在常量分析中, 元素之间会存在较强的吸收增强效应, 并导致混合样品谱中单个元素的贡献与其纯元素谱的形状不一致, 因此, 用固定形状的纯元素谱剥离方法就会有较大偏差。 同时, 吸收增强效应会干扰谱峰强度与元素含量的线性关系, 两种因素的叠加, 导致元素定量的不准确, 因此, 在进行常量分析时, 简单的纯元素谱剥离的解谱方法并不适用。 介绍了一种基于基本参数(FP)法的全谱拟合定量算法, 在进行谱图准确拟合的同时, 完成定量计算, 其操作步骤如下: 首先用纯元素谱剥离的方法得到实测的各谱线强度, 并以此为依据预估样品中各元素含量, 然后代入FP法计算样品中各谱线理论强度, 根据与实测值的偏差调整元素含量, 并做“FP计算-调整含量”两个过程的迭代, 直至计算谱与实测谱的强度无差别; 用最后的样品构成计算各元素谱峰形状, 并修正纯元素谱, 再次重复“剥离解谱-估算含量-迭代FP计算”的步骤, 将最终得到的元素含量认为是测试结果。 该种方法弥补了简单解谱剥离方法的弊端, 借助于基本参数法的计算, 纯元素谱峰得到了修正, 解谱更准确, 同时也能很好地校正基体效应对定量分析的影响。 利用这种方法对较高浓度La/Ce/Pr/Nd混合溶液样品的EDXRF谱图进行分析, 新方法计算得到的谱图与实测谱的残差σ降至474.5, 远小于单纯使用纯元素谱剥离方法的1 415.0[1]。 用该方法对多个配分含量范围从0~90%的稀土混合溶液进行检测, 各样品各元素配分偏差均小于1%, 多次连续测试表明, 各元素的相对标准偏差RSD<1%, 该方法的准确度和稳定性都较好, 能很好地满足稀土冶炼行业生产实践的需求。
解谱 基本参数法 最优化计算 纯元素谱剥离 稀土测试 EDXRF Unfolding Fundamental parameters method Optimized method Pure-element peeling Rare-earth elements test EDXRF 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2807
1 钢铁研究总院, 北京 100081
2 金属材料表征北京重点实验室, 北京 100081
3 钢研纳克检测技术股份有限公司, 北京 100081
4 北方工业大学电气与控制工程学院, 北京 100144
5 北京大学附属中学, 北京 100080
在X射线荧光光谱(EDXRF)测试中, 由于探测器分辨率的影响, 谱线会有不同程度的展宽, 多元素存在时谱线还会有一定的重叠。 获得纯净的谱线强度, 并保证准确测试结果的过程, 通常被称为EDXRF解谱。 传统的解谱方法包括感兴趣区加和、 纯元素谱线剥离以及干扰系数法等, 但这些方法在解决EDXRF解谱问题时都有不同程度的局限性。 最优化算法本质上是一种多自变量求极值的方法, 首先列出具有多个自变量参数并能够描述真实物理学过程的目标方程, 然后设定参数初值和边界条件, 通过数学(如共轭梯度法)的运算, 得到最优化的目标方程解。 将最优化计算的思想应用于EDXRF解谱过程中, 假设EDXRF谱图是一系列理想高斯峰的叠加, 可以列出其与原始谱图残差的目标方程, 根据物理学现象对这些高斯峰的高度、 位置和宽度三个参数分别进行估计, 此时目标方程的值通常较大, 通过设定所有参数各自的边界条件, 用共轭梯度法不断调整, 做最优化计算, 直至该值达到极小, 此时多峰叠加的结果与实测谱最为贴合, 解谱精度大大提高。 利用这种方法研究开发了能用于商业化EDXRF仪器的软件程序。 对最优化计算用于EDXRF解谱的方法进行了介绍, 并以Pr和Nd混合液的L系EDXRF谱图的解析举例, 这段谱线由11个谱峰组成, 通过设定33个高斯峰参数的初始值, 用共轭梯度法执行33个自变量的最优化计算, 运行于普通计算机, 经过580 ms的计算, 拟合谱与实测谱的残差从37.645减小为1.699 4, 二者在对比谱图上也极为吻合, 从而说明这是一种比较有效的谱线拟合方法。 通过对结果的分析还发现, 部分谱线的宽度发生了变化, 真实地反映了该条谱线是由多条相邻谱线构成的事实。 研究创新性在于, 将数学中的最优化计算原理应用于EDXRF谱图解析过程中, 获得了较好的效果, 并以较为复杂的Pr和Nd双稀土元素的L系谱线解析为例进行了说明。
X射线荧光光谱 能谱 解谱 最优化计算 Energy dispersive X-ray fluorescence Energy spectroscopy Spectrum unfolding Optimization calculation
1 中国工程物理研究院 核物理与化学研究所, 四川 绵阳 621900
2 清华大学 工程物理系, 北京 100084
为了将氘化液闪探测器(BC537)测量的反冲电子谱转换为γ射线能谱, 利用标准γ点源对BC537探测器的响应进行了测量并运用基于蒙特卡罗方法的Geant4程序计算了BC537探测器探测γ射线的响应函数。讨论了探测器建模中有无铝壳和入射γ射线束流半径对探测效率和响应函数的影响。对比模拟和实验测量的反冲电子谱, 两者符合较好。利用模拟的响应函数和实验测量标准γ源Cs-137和Co-60以及Am-Be源在BC537探测器中的反冲电子谱, 经迭代法解谱得到了对应的标准γ射线能谱, 验证了模拟参数的合理性以及该响应函数的实用性。
响应函数 蒙特卡罗方法 氘化液闪探测器 迭代法 解谱 response function Monte-Carlo method deuterated liquid scintillator iterative method spectrum unfolding 强激光与粒子束
2014, 26(5): 054001
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
惯性约束聚变实验中, 14通道软X光能谱仪是测量软X射线能谱、等效积分温度和辐射能流时间过程的重要诊断设备。基函数法是还原能谱分布的一种常用方法。通过对双峰谱形的还原,对不同类型基函数的选择、基函数参数的设置和求解方法等影响解谱的因素进行了比较分析。根据大量算例的结果, 使用优化后的基函数和求解方法对实际测量辐射谱进行了计算, 并与透射光栅谱仪的测量结果进行了比较。结果显示,根据谱仪通道响应选择三次样条的节点, 能够较好还原软X射线的能谱。
软X光能谱仪 惯性约束聚变 解谱 基函数法 soft X-ray spectrometer inertial confinement fusion unfolding method base function 强激光与粒子束
2010, 22(12): 2905
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
使用多道软X光能谱仪测量黑腔辐射能流时间过程并使用最小二乘法将多道谱仪的响应函数线性组合为等效平响应。针对惯性约束聚变实验中软X光能谱强度分布不均匀、等效平响应局部不平带来的误差, 提出了辐射能流求解的加权改进算法。对不同谱形和等效积分温度的能谱进行了计算, 比较了不同方法得到的能流还原能力。改进后的方法应用于实验数据的处理, 得到了修正后的等效积分温度随时间的演化过程。
软X光能谱仪 惯性约束聚变 解谱 辐射能流 soft X-ray spectrometer inertial confinement fusion unfolding radiation flux 强激光与粒子束
2010, 22(11): 2617
1 清华大学 工程物理系,北京 100084
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621900
针对自行研制的8通道Dante谱仪,提出了一种使用B样条曲线进行平滑解谱的算法,并用黑体谱对其进行了验证。计算结果表明:新算法与使用矩形函数解谱的算法相比,对能谱轮廓与总辐射强度的反演精度均有明显提高。给出了“阳”加速器氩气喷气Z箍缩实验的测量波形,由8通道Dante谱仪的测量结果解谱得到的软X光峰值辐射功率和总能量分别为40.5 GW和851 J,与软X光功率计经修正后的测量结果相一致。
软X光Dante谱仪 解谱算法 B样条曲线 Z箍缩诊断 soft X-ray Dante spectrometer unfolding method B-splines Z-pinch diagnostic 强激光与粒子束
2009, 21(11): 1655
1 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044
2 上海激光等离子体研究所 高功率激光物理国家重点实验室,上海 201800
描述了椭圆型晶体谱仪配X射线CCD相机的X射线谱测量系统(EBCS-XCCD),研究了CCD相机记录信号的解谱处理方法,推出了对实测原始谱曲线辨认或标识值的计算公式及激光等离子体辐射X射线在某一波长光谱强度的公式,使之应用在激光打靶产生的等离子体源辐射X射线谱的回推,辨认出了激光等离子体X射线源能谱,并与文献[1]的结果进行了比较,结果基本一致。测试结果证实了解谱方法的可行性,表明X射线CCD相机适用于椭圆型晶体谱仪的光谱测量记录。在已知晶体的积分反射率、滤片透射率和CCD探测效率的条件下,可以获得X射线源光谱强度,为下一步诊断激光等离子体的电子温度和离子密度的空间分布轮廓和进一步细化X射线激光研究奠定了基础。
X射线源 晶体谱仪 X射线能谱 激光等离子体诊断 解谱方法 X-ray source crystal spectrometer X-ray spectrum laser-plasma diagnosis spectral unfolded method
1 安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230029
2 光电信息获取与控制教育部重点实验室, 安徽 合肥 230039
3 安徽农业大学理学院, 安徽 合肥 230036
用溅射法在Si片上制备了厚度为140 nm的氧化铟锡(ITO)薄膜。X射线衍射研究表明所制备的薄膜为多晶结构。在1.5～4.5 eV范围内对ITO薄膜进行了椭偏测量。分别用德鲁德洛伦茨谐振子(Drude+Lorenz oscillators)模型、层进模型结合有效介质近似模型对椭偏参量ψ、Δ进行了拟合,得到ITO薄膜的折射指数n的变化范围在1.8～2.6之间,可见光范围内消光系数k接近于零,在350 nm波长附近开始明显变化,且随着波长的减小k迅速增加。计算得到直接和间接光学带隙分别是3.8 eV和4.2 eV。并在1.5～4.5 eV段给出一套较为可靠的、具有实用价值的ITO介电常量和光学常量。
薄膜光学 椭圆偏振术 光学常量测量 椭偏建模及解谱 ITO薄膜
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
对可用于研究X射线源光谱特性的光栅成像系统进行了研究,运用部分相干光成像理论对系统的成像性质和传递函数进行分析,指出像面上的光强分布正比于光栅复振幅透过率函数的自相关函数的傅里叶变换与光源在接收面上的几何投影像之间的卷积,并进一步求得光栅成像系统的传递函数正比于光栅透过率的自相关函数。最后提出了一种实验技术与数值模拟相结合的解谱方法。
部分相干光 软X射线光谱 解谱分析
