1、X 射 線 熒 光 測 厚 儀趙 豪 民一、X射線熒光測厚原理1、X射線產生 X射線波長略大于0.5納米的被稱作軟X射線。波長短于0.1納米的叫做硬X射線。 產生X射線的最簡單方法是用加速 后的電子撞擊金屬靶。撞擊過程中，電子突然減速，其損失的動能（其中的1）會以光子形式放出，形成 X光光譜的連續部分，稱之為制動輻射。通過加大加速電壓，電子攜帶的能量增大，則有可能將金屬原子的內層電子撞出。于是內層形成空穴，外層電子躍遷回內層填補空穴，同時放出波長在0.1納米左右的光子。由于外層電子躍遷放出的能量是量子化的，所以放出的光子的波長也集中在某些部分，形成了X光譜中的特征線，此稱為特性輻射。 接變壓器

2、玻璃鎢燈絲金屬聚燈罩鈹窗口金屬靶冷卻水電子X射線X射線X射線管剖面示意圖過程演示 某型號國產X射線管外觀 連續X射線 具有連續波長的X射線，構成連續X射線譜，它和可見光相似，亦稱多色X射線。 標識X射線譜產生機理 標識X射線譜的產生相理與陽極物質的原子內部結構緊密相關的。原子系統內的電子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各個能級。在電子轟擊陽極的過程中，當某個具有足夠能量的電子將陽極靶原子的內層電子擊出時，于是在低能級上出現空位，系統能量升高，處于不穩定激發態。較高能級上的電子向低能級上的空位躍遷，并以光子的形式輻射出標識X射線譜。K系激發機理 K層電子被擊出時，原子系統能量由基態升到K激發

3、態，高能級電子向K層空位填充時產生K系輻射。L層電子填充空位時，產生K輻射；M層電子填充空位時產生K輻射。 根據色散方式不同，X射線熒光分析儀相應分為X射線熒光光譜儀(波長色散)和X射線熒光能譜儀(能量色散)。 X射線熒光光譜儀主要由激發、色散、探測、記錄及數據處理等單元組成。激發單元的作用是產生初級X射線。它由高壓發生器和X光管組成。后者功率較大，用水和油同時冷卻。色散單元的作用是分出想要波長的X射線。它由樣品室、狹縫、測角儀、分析晶體等部分組成。通過測角器以12速度轉動分析晶體和探測器，可在不同的布拉格角位置上測得不同波長的X射線而作元素的定性分析。探測器的作用是將X射線光子能量轉化為電能

4、，常用的有蓋格計數管、正比計數管、閃爍計數管、半導體探測器等。記錄單元由放大器、脈沖幅度分析器、顯示部分組成。通過定標器的脈沖分析信號可以直接輸入計算機，進行聯機處理而得到被測元素的含量。 X射線熒光能譜儀沒有復雜的分光系統，結構簡單。X射線激發源可用X射線發生器，也可用放射性同位素。能量色散用脈沖幅度分析器 。探測器和記錄等與X射線熒光光譜儀相同 。 X射線熒光光譜儀和X射線熒光能譜儀各有優缺點。前者分辨率高，對輕、重元素測定的適應性廣。對高低含量的元素測定靈敏度均能滿足要求。后者的X射線探測的幾何效率可提高23數量級，靈敏度高?？梢詫δ芰糠秶軐挼腦射線同時進行能量分辨(定性分析)和定量測

5、定。對于能量小于2萬電子伏特左右的能譜的分辨率差 。二、X射線熒光測厚應用 可測量電鍍、蒸鍍、離子鍍等各種金屬鍍層的厚度, 但適合較薄鍍層測量 。 可通過CCD攝像機來觀察及選擇任意的微小面積以進行微小面積鍍層厚度的測量，避免直接接觸或破壞被測物。 薄膜厚度測量軟件是標準配置，可同時對多層鍍層（6層）及合金鍍層厚度和成分進行測量，實際應用中發現最外層測量值比較可信。 測量元素范圍：TiU 目前我中心備有Cu Cr Ni Sn Au TiN鍍層厚度測量所需的標準樣品。 測量束斑大小選擇 可以根據需要，比如樣品的尺寸大小，選擇X射線束斑大小。 束斑大小 16mil 12mil 6mil 4mil (1mil=25.4m）三、X射線的安全防護X射線設備的操作人員可能遭受電震和輻射損傷兩種危險。電震的危險在高壓儀器的周圍是經常地存在的，X射線的陰極端為危險的源泉。在安裝時可以把陰極端裝在儀器臺面之下或箱子里、屏后等方法加以保證。輻射損傷是過量的X射線對人體產生有害影響?？墒咕植拷M織灼