X(γ)谱数据处理与软件开发.doc

第6章 X(γ)谱数据处理与软件开发 由放射性测量仪器采集的能谱数据，有什么用？采集的这些谱数据究竟要干什么？怎样进行处理？这是我们数据处理要解决的主要问题。 简单地说，由放射性测量仪器采集的能谱数据，就是要分析待测样品的成分(元素或核素)及各成分的含量。 确定测样品的成分(元素或核素)的过程，就是定性分析过程。 确定测样品的成分含量的过程，就是定量分析过程。 分析方法是基于相对分析方法，或成为相对测量方法。就是说，要分析未知样品(充分及含量)，就得先分析与之相似的标准样品，通过与标样的对比来分析未知样品。 6.0 序言——基于放射性能谱的分析方法 物质在射线的作用下产生激发、电离、散射、核反应等物理效应，可诱发物质发射次级射线。根据次级射线的能谱，可进行物质元素的鉴别，并实现微量物质成份的分析。基于这一基本原理，针对不同射线，例如X射线、γ射线，各自发展成为相对独立的分析方法——主要有X射线荧光方法、仪器中子活化分析方法以及天然γ能谱分析方法等。 6.0.1 X射线荧光分析 (1) 概述 自1895年伦琴发现X射线以来，在一百多年的时间里，X射线学已获得了巨大的发展，元素周期表中的每一种元素，其原子在受到激发时，都可以发射自己特有的X射线。通过测量元素原子的特征X射线，进行物质成份的分析就是X荧光方法。 X射线和低能γ射线与物质相互作用产生光电效应和散射，在100keV以下的能区，光电效应是主要的。射线照射靶物质时，使靶原子受激，退激时，跃迁能量以特征X射线的形式释放出来，称为X射线荧光(也可能以发射俄歇电子的形式释放能量)。不同的壳层电子受激发，退激时，会发射不同能量的特征X射线，它们与元素所处的物理和化学状况几乎无关。这样，就可以通过测量特征X射线的能量和强度，对靶物质中各元素进行定性和定量分析。 根据X射线产生的物理过程，X荧光方法不属于核(地球物理)范畴，因为它是基于激发原子壳层上的电子，使原子受激；进而测量原子在退激过程中产生的X射线。测量前后，物质的核结构没有任何变化。所以说不属于核(地球物理)范畴。但是，X荧光方法所采用的技术以及工作方法，都是借助了其它核(地球物理)方法，并随之发展起来的，而且，它也是名副其实的放射性分析方法。所以习惯上，人们将其划入人工放射性方法这个大类之中。 使用这种分析方法，测量前无需对样品进行任何化学处理。当停止对样品激发，样品不再产生放射性射线，所以是标准的无损分析。这一方法，在室内已发展得十分完善，成为地质样品物质成分分析的主要手段之一。50年代以来，人们将其应用于野外现场测量以及测井工作中。近年来，有了长足的进展，已被更多的科技工作者所接受，除了进行元素的含量测定以外，还可利用该方法在浮土覆盖的地区划分岩性，研究含矿构造，追索、圈定矿化异常，寻找隐伏盲矿。在勘探阶段，进行X荧光取样或测井，可确定含矿层位、划分矿层边界、测定矿石品位，参与储量计算，提高回采率等等。此外，该方法在环境科学、材料科学、无损检测(Non-Destruction Detection)、生物和医学等领域也被广泛应用。 X射线荧光分析是一种非破坏性的元素分析方法，样品不必分离，分析方法比较简便；但是，它不能测定出元素所处的化学和物理状态。(?) 用于X射线荧光分析的仪器，其特点是：体积小，重量轻，使用方便，分析快速，分析元素范围广(从13Al到92U)。分析含量(浓度)范围较宽，从常量到微量都可分析；元素的检测限可达ppm量级，对轻元素稍差；可以进行高含量元素的定量分析，也能进行低含量(10-6)元素的半定量分析。可在野外现场使用，也可安装在生产设备上，进行生产过程的在线监测。 由于半导体探测器和微型计算机技术的不断发展，X射线荧光分析仪的性能也在不断提高。随着好的应用软件不断推出，使得测量过程更加自动、快速，分析结果更加精确。 为什么有人说X射线荧光分析是“皮肤科”？ (2) 分类 按照对荧光信号处理方式的不同，X射线荧光分析(X-Ray Fluorescence)可以分为：波长色散X射线荧光分析(WDXRF，Wave Dispersive X-ray Fluorescence)和能量色散X射线荧光分析(EDXRF, Energe Dispersive X-ray Fluorescence)。常用的是能量色散X荧光分析。两者都可以采用X射线管作为样品的激发源，所不同的是探测X射线的方法不同。波长色散X荧光分析中，荧光光谱通过色散元件(例如晶体)，被分离成为不连续的波段，用探测器探测，然后电子线路记录。在能量色散X荧光分析中，使用探测器，例如Si(Li)或HPGe探测荧光，并转换为电信号，然后用电子学电路将信号放大，再利用多道分析器得到能量与强度信息。 按照激发源的不同，X射线荧光分析可以分为：放射源激发X荧