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辐射源比较

X射线辐射源有天然的,也有人工的。

人工产生的X射线源是X射线管,其结构如图所示。

图1. 辐射源比较

X 射线管是一个真空玻璃瓶,带有两个电极:阳极 A 和阴极 K,两者之间产生高压 U(1-500 kV)。阴极是一个由电流加热的螺旋。加热的阴极发射的电子(热电子发射)在电场的作用下加速到高速(这就是高压所需要的),并撞击管的阳极。当这些电子与阳极物质相互作用时,会产生两种类型的 X 射线辐射:轫致辐射特性辐射。

阳极的工作表面与电子束方向成一定角度,以产生所需的 X 射线方向。

电子动能中约有1%被转化成X射线,其余能量则以热量的形式释放,因此阳极的工作面采用耐火材料制成。

优点

  • X射线管使得制造更灵敏的设备成为可能。
  • 大大简化获得设备操作许可证的程序;
  • 可以控制辐射(打开/关闭)。

缺陷

  • X 射线管需要相当笨重且昂贵的设备才能运行。通常,X 射线管需要变压器和冷却系统才能运行,但有些便携式分析仪使用功率较低的射线管,可以使用电池供电。
  • X射线发射器的能量不稳定,因为它取决于环境温度、主电压波动等。
  • 成本高,平均故障间隔时间短。

X 射线的天然来源包括一些放射性同位素(例如,Cd-109、Fe-55、Am-241)。

辐射源比较

优点

  • 基于放射性核素激发源的设备结构紧凑、重量轻,可以轻松集成到生产线中,实现自动化和过程控制,也可以创建移动分析仪设备。
  • 与X射线管不同,放射性核素源具有绝对的能谱稳定性,从而确保更好的测量计量。 
  • 放射性核素源具有具有选择性能量的线谱,这是激发光谱所必需的。所有发射的光子都用作工作光子,以激发特征辐射。在 X 射线管中,由于代表轫致辐射光谱,因此大部分 X 射线光谱(能量低于吸收 K 边缘)会进入环境的辐射辐射。这种辐射会显著增加工作区域的辐射背景,因此与使用放射性核素源相比,需要对场所和服务人员(在设备校准期间等)进行更严格的保护。
  • 使用带源的设备更经济。正如使用带源设备多年的客户所说 - “我们安装了一次,然后 10 年内就忘了这个问题!”

缺陷

  1. 放射性核素源的缺点之一是无法改变辐射能量。 
  2. 需要获得 Rostekhnadzor 的设备操作许可。

结论

人们对基于放射性核素源的 X 射线荧光设备持有偏见。许多设备经销商声称,欧洲、美国和日本早已放弃使用射线源,转而使用 X 射线管,但这并不是完全准确的信息。例如,基于放射性核素源的便携式分析仪 Thermo Scientific Niton XL3p 和 Heuresis P200i XRF 铅漆分析仪在欧洲得到广泛使用。对于全天 24 小时运行的工业分析仪来说,X 射线管的优势(关闭并因此“控制”辐射的能力)就不复存在了。还要注意 X 射线管的使用寿命。在进行连续的全天候分析时,X 射线管在稳定性、可靠性和平均故障间隔时间方面无法与射线源相比。

直到最近,使用各种类型的放射源都需要许可证。但并非所有放射源对人体的危险程度都相同。因此,通过了一项法律,根据放射源的分类。ARP-1C 包含危险类别 4 和 5 的放射源(不太可能对人体造成危险)。对于这种类型的放射源,只需要注册仅包含第四类和第五类放射性核素源的放射源的组织。

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