计数管设计与性能测试.docVIP

计数管设计与性能测试 　　摘要：文章阐述了流气正比计数管在设计上各技术参数的选定原理及参照，包括流气正比计数管内半径R2与阳极丝半径R1之比的选定、阳极丝材料的选择、阴极金属筒的大小选择与加工要求等以及生产中的测试记录。实验结果性能测定指标包括：计数效率（计数效果）噪音水平、能谱分辨率、分辨时间（死时间）及使用条件（使用方便否）。 　　关键词：流气；正比；计数管；衍射；X射线；光谱仪；电场；计数率；特性曲线 　　中图分类号：TL816 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）10-0093-02 　　1 流气正比计数管各技术参数设定 　　1.1 流气正比计数管内半径R2与阳极丝半径R1之比的选定 　　我们对德国西门子电气公司出产的X射线光谱仪，日本电子株式会社出产的JXA-3A电子探针等仪器上使用的流气正比计数管进行统计，它们的R2与R1之比值都大于400，有的为800左右，有的或稍多一点。通过实验我们采用的阳极丝直径（2R1）为30微米，筒内直径（2R2）为24mm或25mm，故我们所用的R2与R1之比值为800～833，这样，我们就有了足够的电场强度，实验证明，我们所选定的R2与R1的比值，在实际使用中性能还是较好的。 　　1.2 阳极丝材料的选择 　　所用的阳极丝材料一般为重金属丝，在强电子轰击下，不至于变形，最常用的为铂丝、金丝和钨丝。一般常用的阳极丝直径为30～60微米，通过实验，我们采用了直径为30微米的钨丝。对阳极金属丝要求均匀、光滑、清洁，这样有利于得到一个均匀电场，钨丝的优点为不易变形、便宜等，缺点为不易焊牢。 　　1.3 阴极金属筒的大小选择与加工要求 　　作为阴极的金属圆筒，其内壁最好能光滑如镜，要求内部光洁度能达到Ra0.025方好，比此更高的光洁度当然更好，比此稍差一点也可以，就是管内光洁度差了会影响电场的均匀分布。 　　流气正比计数管内径（直径）最常用的为25mm左右，根据需要可以大一些，也可小一些。一般说，大一些性能可以好一些，小一些可以减小体积与减轻重量，现在一般是在保持较好性能的条件下，向小的方向发展。计数管内径（直径）应小于计数管有效长度的二分之一以上。 　　计数管的有效长度一般为50～100mm，根据需要可以长一些，也可以短一些。一般说长一些有利于形成均匀电场，短一些可以减小体积与减轻重量。 　　我们所采用的流气正比计数管的有效长度为60mm，一般计数管的有效长度应为外界进入的辐射照射区在同方向上长度的三倍或更多一点。 　　1.4 计数管选材 　　圆筒所用的材料，一般多采用黄铜，也可用不锈钢制造，因不锈钢较贵又不易加工，故应用较少，有时为了减轻计数管的重量，便于运动，也可以采用铝。我所采用的是不锈钢。 　　1.5 阳极丝的安装 　　阳极丝要较严格地安装在金属圆筒的中心。这样可以形成一个均匀分布的电场，为使得计数管的性能优越，装时要紧一些，否则因阳极丝较松，一通气阳极丝就会摆动，这样会严重影响计数的稳定性。阳极丝一定要粗细均匀清洁，否则电场不均匀，计数性能就会变差。 　　固定中心阳极丝的计数管两端的螺钉，有一端须采用可调螺钉，这样在必要时，可以调整阳极丝的松紧。在螺钉中心打一个细孔，用以安装中心阳极丝，此孔要求与筒同轴度高，使中心阳极丝严格处在计数管中心。以保证计数管的电场均匀，我们所采用的细孔直径为200微米。 　　另外，在流气正比计数管两端，固定中心螺丝的绝缘板，我们采用半透明绝缘的有机玻璃制成，能耐高压3000V以上，采用半透明有机玻璃可用以观察阳极丝从而保证安装质量。 　　1.6 气体缓冲室 　　流气正比计数管进出气的两端，各装有一个气体缓冲室，这样可使气体均匀地进入计数管，有利于计数管的性能稳定，对于小型流气正比计数管可以不要气体缓冲室。 　　1.7 流气正比计数管的窗口 　　对于平面晶体，在X射线荧光方面，多采用圆形或方形大面积窗口，一般直径为25mm左右，因为流气正比计数管是用来测轻元素的，为了增加计数的强度，故须采用大窗口。目前窗口材料多采用Meller膜，因它不导电，须将膜喷铍铝或炭等导电的轻元素，这样就可以使电场均匀。 　　对于聚焦的弯曲晶体，多开长形狭缝窗口，缝宽一般为1～3mm左右或更小一点，我们采用2mm的窗宽，窗口长度一般与聚焦的柱形弯曲有效宽度相一致，我们采用了15～18mm的窗长，为了提高透过率，目前多采用1～6微米的Meller薄膜，我们采用3微米的Meller薄膜为窗口材料，由于这种窗口较小，不须喷铍炭或铝等导电物质，也不会影响管内电场的均匀性。 　　对于炭、氮、氧等超轻元素，须使用窗口薄膜厚度为3000埃左右的火棉胶薄膜，由于这种窗口太薄，须采用镍网或铜网支撑火棉胶薄膜，镍网或铜网的透过