李娜

摘 要

能量色散X射線熒光分析能夠快速分析物質(zhì)內(nèi)部元素組分，是一種非化學手段處理元素的分析方法。本文建立了通過蒙特卡羅方法的模擬程序，并且研究了 “X射線源-樣品-探測器”的相對幾何位置的改變對測量精度的影響。模擬結(jié)果表明，通過對峰背比的計算和測量確定了最佳的探測角度為45°，樣品與探測器的距離為10mm，從而提高了系統(tǒng)的探測精度。

【關(guān)鍵詞】EDXRF 蒙特卡羅方法 精度

1 引言

能量色散X熒光（EDXRF）分析技術(shù)因為具有對樣品無損害、可以實現(xiàn)多元素測量而且測試速度比較快等優(yōu)勢，被譽為現(xiàn)代先進技術(shù)之一，被廣泛應用在地質(zhì)勘探、石油化工、食品安全、刑事偵查、考古鑒定以及生物醫(yī)學等諸多領(lǐng)域。近年來，能量色散X射線熒光分析逐漸向著便攜式的方向發(fā)展，體積小、重量輕、易于攜帶的分析儀器，備受在線分析檢測技術(shù)人員的青睞。本文建立了蒙特卡洛模擬程序，并且研究了 “X射線源-樣品-探測器”的相對幾何位置的改變對測量精度的影響。通過優(yōu)化相對位置，提高儀器的分辨率及探測效率，增強特征X射線的全能峰的峰背比，改善儀器的工作性能。

2 蒙特卡羅方法在離子輸運領(lǐng)域內(nèi)的運用

蒙特卡羅（Monte Carlo）方法，又稱統(tǒng)計試驗方法，或者稱為計算機隨機模擬方法。將在具體事件中具體概率特征的事件轉(zhuǎn)化為與概率相關(guān)的問題模型通過模擬這個概率過程來求得近似解。本研究使用Geant4工具包進行模擬分析，Geant4是基于蒙特卡羅方法計算粒子輸運的工具包。本模擬使用Geant4建立了EDXRF的幾何結(jié)構(gòu)，研究了探測器位置的擺放對測量結(jié)果的影響，本程序使用Livermore物理過程模板進行對激發(fā)-退激模型的模擬工作，可以得到相應的熒光信息。其中物理建模條件如下：X射線源位置固定在樣品正上方與法線夾角為零度，探測器位置安置于距離激發(fā)源距離分別為10mm，20mm，30mm，40mm，50mm，60mm。的弧上，探測器器與樣品法線的夾角分別設置為15°，30°，45°，60°，75°探測器大小為1mm*1mm*1mm正方體，樣品選用純銀，入射X線能量30kV的單能光子，單次模擬的總粒子事件為500000。

3 模擬結(jié)果與討論

根據(jù)預先設計的模擬條件，分別調(diào)整探測器的射出角度為15°，30°，45°，60°以及75°，探測器與樣品之間的距離為10mm，20mm，30mm，40mm，50mm，60mm，獲得光譜的峰背比以及熒光峰值的強度。

根據(jù)模擬的條件選取熒光計數(shù)率以及有效峰與總計數(shù)探測器之比為研究的參數(shù)，在定量分析中熒光計數(shù)率關(guān)系到探測器的信號強度，有效峰與總計數(shù)探測器之比影響著測量的精確度。

圖1為熒光計數(shù)率隨著出射角以及與樣本距離的變化與熒光計數(shù)的函數(shù)曲線。

根據(jù)圖1可以看出隨著探測器與樣品距離的增加會導致熒光計數(shù)率會出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，這是因為平方反比定律，在不同的角度面隨著角度增加在40度附近可以取得最大的探測效率。

由模擬結(jié)果可知，探測器-樣品距離對有效峰與總計數(shù)率之比的相關(guān)程度較低，通過上圖發(fā)現(xiàn)在40度附近探測器-樣品距離變化基本并不影響探測器與總計數(shù)比。

以由上圖可以看出在射出角度為40度附近時，探測器距離樣品的距離為50mm時候可以獲得最大的有效峰與總計數(shù)率之比，在其模擬條件下可以獲得更好的準確度。

4 結(jié)論

用蒙特卡羅方法模擬計算得到的結(jié)論為：

（1）通過對峰背比的計算和測量確定了最佳的探測角度為45°，樣品與探測器的距離為10mm，這樣可以獲得較好的有效峰與總探測計數(shù)之比以及熒光計數(shù)率。

（2）熒光計數(shù)率在45度左右可以獲得極大值，隨著探測器-樣品距離的增加熒光計數(shù)率下降。

（3）有效峰與計數(shù)率之比與探測器-樣品距離的相關(guān)度不大，在40度附近基本不發(fā)生變化。

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作者單位

長春理工大學電子科學與技術(shù)系 吉林省長春市 130022