X射线检测器又称探测器,是种能量转换器,能对光子进行计数。在与光电子作用时,它可以储存每次入射光子的全部能量。光子流越弱,检测器工作的精度越高。目前常用的Ⅹ射线检测器有气体能量转化器、半导体能量转换器和闪烁计数器。
一、气体能量转化器
气体能量转化器也称充气型正比计数器(gas proportion counter ,PC),分为气流型和封闭型两种,气流型适用于轻元素的检测,而封闭型常用于高原子序数的元素,探测波长较长。以波长色散谱仪为例,气流型和封闭型充Xe气的正比计数管常常串联使用以提高Ti ~ Cu的K系线和La ~ W的L系线的灵敏度。气流型正比计数管通常用90%氩气和10%甲烷混合气体,其中甲烷起猝灭作用。对于原子序数很低的元素也可以用96%氦气和4%丁烷混合气体。封闭型正比计数管则可分别充氖、氪和氙气。
二、闪烁计数器
闪烁计数器适用于重元素的检测。闪烁计数器结构是由一片用铊激活的且密封于Be窗口的碘化钠晶体和光电倍增管组成。当一入射X射线光子被Na晶体吸收时,便产生若千个数量的可见光子(闪烁),可见光子轰击光电倍增管,产生光电流。因此,每个入射X射线光子能在光电倍增管的输出端形成一个很大的脉冲电流。
闪烁计数器用于测量大于6kcV的X射线,对于低于6keV的X射线光子,由于光电倍增管极的噪声脉冲较大,对弱光子脉冲的检测会很困难。在闪烁计数器前附加一个气体正比计数器构成复合检测器,这时长波长的X射线用正比计数器检测,短波长的X射线则由闪烁计数器检测。闪烁计数器装在气体正比计数器旁边,缩短了它与晶体之间的距离达三倍,有效地提高了灵敏度,
三、半导体能量转换器
能量色散荧光光谱仪通常采用半导体能量转换器。硅中掺入少量的其他元素可形成晶体二极管。当探测器加上300~400V的电压时,无电流通过。当一个X射线光子射到探测器上并被吸收时,则形成若干电子空穴对。电子和空穴分别迅速移向表层和底层而形成一个电脉冲。这种探测器的实际分辨率受电子噪声和热噪声的限制,通过采用低温冷却技术和半导体制造工艺的改进,提高它的实际分辨率。
探测器的分辨率与入射X射线能量有关,计算探测器理论分辨率的公式为:
R=Fn1/2
F为Fano常数,对于气体正比计算器,n是指每个入射光子产生的初级电子数,对于闪烁计数器,n是指光电倍增管第一级所收集到的光电子数。
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