Способ рентгеноспектрального анализа

 

.СПОСОБ РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА,заключающийся в том,чтр анализируемый .объект облучают первичным рентгеновским изл -чением, регистрируют флуоресцентное излучение объекта или рассеянное им первичное излучение проточными пропорциональными детекторами и по интенсивности зарегистрированного излучения определяют искомую характеристику анализируемого объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа, во время проведения анализа дополнительно облучают рабочий газ проточных пропорциональных детекторов вне объема детекторов рентгеновским или гамма-излучением от дополнительного источника, возбуждающим характеристическое рентгеновское излучение рабочего газа, регистрируют это излучение дополнительным детектором, по величине зарегистрированного сигнала определяют изменение коэффициентов газового усиления и эффективностей проточных пропорциональных детекторов g от их заданного значения , компенсируют (Л изменение коэффициента газового усиления проточных пропорциональных детекторов изменением напряжения их питания и (или) коэффициента усиления усилителя и вносят поправку на изме- s нение эффективностей детекторов в измеренную интенсивность флуоресцентного рентгеновского излучения анализируемого объекта -или рассе.янного им Оо первичного излучения. « р СП

СОК)З СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5П 0 01 N 2 3/223

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3501033/18-25 (22) 18.10.82 (46) 23.03.84. Бюл.9 11 (72) P.È.Плотников, В.П.Николаев и Э.E.Ñîñêèí (71) Ленинградское научно-производственное объединение "Буревестник" (53) 539.1.06(088.8) (56) 1. Патент США Р 3079499, кл. 250-51, 5, опублик. 1963.

2. Заявка Японии Р 48-5750, кл. 0 01 Т 1/18, опублик. 1973.

3. АВторское свидетельство СССР

Р 471953, кл.0 01 N 23/22, 1974.

4. Плотников Р.И., Николаев А.Н., 11ежевич А.Н. Кристаллодифракционная рентгеноспектральная аппаратура. N., ЦНИИТЭИ приборостроения, 1978, с.32 (прототип). (54) (57) СПОСОБ РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОГО

АНАЛИЗА, заключающийся в том,что анализируемый .объект облучают первичным рентгеновским излучением, регистрируют флуоресцентное излучение объекта или рассеянное им первичное излучение проточными пропорциойальными детекторами и по интенсивности зарегис„„SU„„10 1495 А трированного излучения определяют искомую характеристику анализируемого объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа, во время проведения анализа

-дололнительно облучают рабочий газ проточных пропорциональных детекторов вне объема детекторов рентгеновским или гамма-излучением от дополнительного источника, возбуждающим характеристическое рентгеновское излучение рабочего газа, регистрируют это излучение дополнительным детектором, по величине зарегистрированного сигнала определяют изменение коэффициентов газового усиления и эффективностей проточных пропорциональных детекторов ® от их заданного значения, компенсируют изменение коэффициента газового уси- ф/ ления проточных пропорциональных детекторов изменением напряжения их пи- { тания и (или) коэффициента усиления усилителя и вносят поправку на изменение эффективностей детекторов в из-меренную интенсивность флуоресцентного рентгеновского излучения анализируемого объекта .или рассеянного им первичного излучения.

7 08 7495

Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности к средствам для проведения рентгеноспектральиого анализа различных материалов с помощью проточных пропорциональных детекторов (ППД), 5

При осуществлении различных методов рентгеноспектрального анализа важное значение имеет учет влияния дестабилизирующих факторов на регистрируемую интенсивность флуоресцентного излуче- 7О ния анализируемого образца, вносящих заметную погрешность в результат анализа.

Известны способы рентгеноспектрального анализа материалов, заключаюшчеся в том,что объект анализа облучают первичным рентгеновским излучением,регистрируют флуоресцентное (вторичное) излучение образца и по значению интенсивности этого излучения судят об интересующих свойствах объекта анализа. 20

При этом в ряде случаев в той или иной степени осуществляют учет влияния некоторых дестабилизирующих факторов, снижающих точность анализа.

Так, например, методом монитора умень-25 шают погрешность анализа, обусловленную нестабильностью работы высоковольтного источника питания рентгеновской трубки j 1), путем стабилизации плотности газа в пропорциональ- 3р ном детекторе уменьшают ошибки рентгеновского анализа, возникающие из-за нестабильности его работы Г21.

Известны также способы,- в которых учитывают влияние дестабилизации положения фотопика в окне дискриминатора (3 ).

Эти методы позволяют уменьшить погрешности, обусловленные плавным дрейфом высоковольтного источника питания и счетного канала, однако не 40 дают возможности исключить влияние кратковременных нестабильностей.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ рентгеноспектрального анализа, заклю-45 чающийся в том, что анализируемый объект облучают первичным рентгеновским излучением, регистрируют флуоресцентное излучение объекта или рассеянное им первичное излучение ППД 5р и по интенсивности зарегистрированного излучения определяют искомую характеристику анализируемого объекта.

Согласно способу учет влияния аппаратурного дрейфа пРоиэводится по контрольному образцу, интенсивности аналитических линий которого измеряются перед проведением анализа и запоминаются ЭВМ. Аналитическим сигналом при этом является оТношение интенсивностей флуоресцентного излуче - 6О ния анализируемого и контрольного образцов f.4 ).

Недостатком известного способа является то,,что измерение интенсивности и ее изменений производится не 65 одновременно на анализируемом и контрольном образцах, что не позволяе1 произвести точную корректировку данных непосредственно в момент ан.ализа.

Кроме того, дополнительную погрешность в результат анализа вносит невозможность учета влияния смещения амплитудного распределения импульсов относительно окна дискриминатора электроннорегистрирующего блока, что приводит к необходимости ограничивать требования к точности рентгеноспектрального анализа.

Целью изобретения является повышение точности рентгеноспектрального анализа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно. способу рентгеноспектрального анализа, заключающемуся в том, что анализируемый объект облучают первичным рентгеновским излучением, регистрируют флуоресцентное излучение объекта или рассеянное им первичное излучение ППД и по интенсивности зарегистрированного излучения определяют искомую харакТеристику анализируемого объекта, во время проведения анализа дополнительно облучают рабочий гаэ ППД вне объема детекторов рентгеновским или гамма-излучением от дополнительного источника, возбуждающим характеристическое рентгеновское излучение рабочего газа, регистрируют это излучение дополнительным детектором, по величине зарегистрированного сигнала определяют изменение коэффициентов газового усиления и эффективностей проточных пропорциональных детекторов от их заданного значения, компенсируют изменение коэффициента газового усиления — ППД изменением напряжения их питания и (или) коэффициента усиления усилителя и вносят поправку на изменение эффективностей детекторов в измеренную интенсивность флуоресцентного рентгеновского излучения анализируемого объекта или рассеянного им первичного излучения.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Во время экспозиции, когда измеряют интенсивность вторичного рентгеновского излучения, несущую информацию о свойствах анализируемого объекта, учитывают влияние на результат анализа изменения коэффициента газового усиления (КГУ) и эффективности ППД z вызванные изменениями плотности рабочего газа детекторов, обусловленными изменениями внешних воздействий (таких как температура и давление окружающей среды)..

С этой целью одновременно с воз-. буждением характеристического рентгеновского излучения анализируемого объекта возбуждают характеристическое флуоресцентное рентгеновское иэ1081495 лучение рабочего газа, находящегося вне объема детектора, и регистрируют его интенсивность дополнительным детектором, например отпаянным пропорциональным счетчиком. Зарегистрированную интенсивность характеристическо- 5

ro рентгеновского излучения рабочего газа сравнивают со значением ее, измеренным в начальный момент времени, и определяют относительное изменение интенсивности. 10

Интенсивность характеристического . флуоресцентного излучения рабочего газа детектора I определяется плотностью рабочего газа р и в случае плоскопараллельного слоя равна

-A Ь

I = I (1- Ф ), где I — интенсивность характерисн тического рентгеновского 20 излучения для насыщенного (бесконечного J слоя газа;

А . — постоянная, зависящая от коэффициента поглощений рабочего газа для возбуждающего и собственного характеристического рентгеновского излучения и геометрических условий измерений, h — толщина слоя рабочего газа в месте измерения его флуоресценции.

При малых значениях показателя экс поненты (Aph (О), что имеет место для обычно применяемого рабочего газа

Ar + 10% CH+ при h (3 мм, допускающих пренебрежение членами высшего порядка разложения (1) в ряд, получаем

Aph (40

Обозначив интенсивность и плотность рабочего га=а, измеренные в начальный момент tо и через время .через Зо и о и 3< и а соответственно, находим, что

1t- I, Р - о или — = — < (3) йТ Ð о Po . о fo т.е"; в укаэанных условиях относительные изменения Интенсивностей характеристического излучения рабочего газа. и его плотности равны.

Известно, что изменение плотности рабочего газа детектора, вызванное изменением температуры газа или атмосферного давления, приводит к изменению длины свободного пробега электронов, определяющей КГу и амплитуду импульсов на его выходе. На практике 60 при нормальном рабочем режиме детектора изменение плотности рабочего ra49 за на 1% приводит к изменению КГу

Р и амплитуды импульсов на 2%. 65 где — толщина слоя рабочего газа

ППД; ,к — массовый коэффициент поглощения газа для регистрируемого излучения.

Дифференцируя по а и почленно поделив (4 ) на E z ь Е (ро) после перехода к конечным приращениям с учетом (3) получаем соотношение — = 1 + (5)

Ео g 1о с помощью которого находим выражение для определения уточненного (скорректированного) значения измеренной интенсивности Флуоресцентного рентгеновского излучения анализируемого объекта

N = N — о- = Н

Kop . изм E ныл pZ

Io (6) где N кор скорректированное значение измеренной интенсивности флуоресцентного излучения анализируемого объектар измеренное значение интенсивности флуоресцентного излучения анализируемого объекта. коэффициент, зависящий от параметров ППД, который может быть рассчитан заранее. иьм е о Р ) о.(Так как (<1, à 0(+<1, то (6) BI о можно представить в виде (7) В соответствии с этой формулой вносят поправки в регистрируемую интенсивность флуоресцентного излучения анализируемого объекта на изменение эффективностей детекторов.

Пропорционально найденной величине относительного изменения интенсивности флуоресценции рабочего газа изменяют либо коэффициент усиления усилителей, либо порог дискриминации электронного блока обработки информации, либо высокое напряжение блока пипитания детекторов. Этой операцией компенсируют изменение КГУ ППД.

Изменение плотности рабочего газа

ППД изменяет также их эффективность и соответственно влияет на результаты анализа, так как регистрируемые в аналитических каналах наборы импульсов пропорциональны эффективности

ППД. Зависимость эффективности Е ППД от плотности рабочего газа Р (при плоскопараллельном пучке регистрируемого излучения) выражается уравнением — а1,са

F 1- Я, ((4) 1081495

Составитель М. Викторов

Редактор В.Данко Техред О. Неце Корректор Г.Решетник

Заказ 1538/37 Тираж 923 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Пример . С помощью многоканального рентгеновского спектрометра определяют Hi и Мп в стали, регистрируя их флуоресцентное рентгеновское излучение (линии 8iК и MnK )

ППД диаметром 20 мм с рабочим газом 5

Ar + 10% СН4. В начальный момент (при градуировке ) температура и давление составляли 20 С и 760 мм рт.ст.

В этих условиях скорости счета на стандартном образце для линии SiK И

61пК (составляют соответственно

184,3 имп./с и 1918,8 имп./с. В дополнительном канале скорость счета флуоресцентного излучения рабочего газа ArKg, возбужденного радиоизотопным источником Fe активностью

20 мКи, составила 1435,5 имп./с.

В дальнейшем температура возросла до 25 С, а давление упало до

740 мм рт.ст. При этом скорость счета в дополнительном канале упала до

1377,2 имп./с, т.е. на 4,05%, что соответствует теоретически рассчитанному уменьшению плотности газа (4,2%).

Положения максимумов пиков амплитудного распределения при этом смес- 25 тились с 5В (первоначальные значения) до 5,4 B. В соответствии с найденным относительным изменением скорости счета в дополнительном канале было снижено напряжение высоковольного 30 питания ППД с первоначального значения 1820 В до 1810 В (известно, что изменение напряжения питания ППД на

1% приводит к соответствующим изменениям КГУ и смещению .пика на 15%). При этом положении максимумов пиков амплитудных распределений вернулись к прежним значениям 5 B. Из-за снижения эффективности ППД регистрируемые скорости счета линий SiKgv MnKg сосгавили соответственно 182,6 и .

1865,0 имп./с., т.е. снизились на

0,93Ъ и 2,7%.

Для компенсации изменения эффективностей были рассчитаны значения коэффициентов е(.(формула 7) для линии HiKg u MnK . В РезУльтате Расчета получено

Ц, . = 0,263 и о = 0,647

sj Kd МnK

Величины корректирующих множителей (поправок) для измеренных значений интенсивностей линий $1К и МпК,, определяемые в соответствии с формулой (7), составили 1,0105 и 1,0272, полученные скорректированные скорости счета линий HiK и МпК(, соответственно составили 184,4 и 1916, 8 имп./с

Таким образом, предлагаемый способ позволил снизить погрешность рентгеноспектрального анализа с 1-3 до

0,1-0,23.