元素分布探测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种元素分布探测装置

【技术实现步骤摘要】
元素分布探测装置、标定测试方法及元素分布探测方法


[0001]本专利技术涉及
X
射线荧光分析
，尤其是涉及一种基于像素型碲锌镉
、
碲化镉等化合物半导体探测器的元素分布探测装置
、
标定测试方法及元素分布探测方法
。

技术介绍

[0002]在
X
射线荧光分析（
X Ray Fluorescence
，
XRF
）是一种无损
、
检测效率高的元素分析方法，在地质探矿
、
土壤污染检测
、
食品安全等领域的高原子序数元素检测方面具有广阔的应用前景
。
多数应用场合中，需要在户外对被测物的高原子序数元素进行无损快速检测，这要求装置小型轻量化
、
探测效率高
、
能量分辨率高；与此同时，为了获得元素在被测物中的空间分布，需要装置具备对被测物元素的特征
X
射线进行成像的能力
。
[0003]目前常用于
X
射线荧光分析的探测器有闪烁体探测器和半导体探测器
。
由闪烁体探测器构成的
X
射线荧光分析装置分辨能力相对较低，容易受到温度变化的影响，其应用受到限制
。
随着半导体探测器的发展，由于半导体探测器具有高能量分辨率和工作性能稳定等优点，迅速成为
X
射线荧光分析装置中最广泛使用的探测器
。
[0004]常用于
X
射线荧光分析的半导体探测器有：锂漂移硅
(Si(Li))
探测器
、
锂漂移锗
(Ge(Li))
探测器
、
高纯锗（
HPGe
）探测器
、Si
‑
PIN
探测器和硅漂移（
SSD
）探测器等
。
其中
Si(Li)
探测器
、Ge(Li)
探测器和
HPGe
探测器，测量
X
射线时需要工作在液氮温度下，为此需要配置大体积的制冷装置，其应用受到限制（例如专利
US5014287A
公开的装置专门配置了一个液氮罐，以保证
(Si(Li))
探测器正常工作）
。Si
‑
PIN
探测器和
SSD
探测器对低能
X
射线能够兼具探测效率和高能量分辨率，且可以采用帕尔贴元件等进行电制冷，无需液氮制冷，装置的体积和重量大大降低，因此在
X
射线荧光分析中应用较为广泛
。
由于硅的原子序数较低，对低能的
X
射线能够兼具探测效率和高能量分辨率，但对于高原子序数的元素（例如重金属元素），其特征
X
射线的能量可达数十甚至上百
keV
，对于此类硬
X
射线，
Si
‑
PIN
探测器和
SSD
探测器的探测效率大大降低，其应用受到局限
。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本专利技术提供一种元素分布探测装置
、
标定测试方法及元素分布探测方法，能够在室温下工作
、
无需制冷，具有空间成像能力，能够探测元素分布，且不受射线击中探测器深度的影响，精准度高
。
[0006]根据本专利技术一个方面的专利技术构思，提供一种元素分布探测装置，包括：射线发生器，适用于向待检测目标发射
X
射线，以使所述待检测目标被激发生成特征
X
射线；多孔准直器，包括束状的多个射线通道，多个所述射线通道的一端朝向所述待检测目标，其中，所述射线通道被配置为允许相对于射线通道端面入射角度为零的特征
X
射线入射；探测器，包括像素层，所述像素层包括阵列式分布的多个像素，所述像素层与束状
的多个射线通道垂直设置，所述像素适用于将所述特征
X
射线转化为电信号；数据处理单元，适用于根据所述电信号得到待检测目标的元素分布
。
[0007]可选的，多个所述射线通道均为直线通道
。
[0008]可选的，所述探测器还包括：阳极像素电极，设置在所述像素层上，所述阳极像素电极在所述特征
X
射线作用下生成阳极信号；半导体层，设置在所述阳极像素电极上；阴极平面电极，与束状的多个射线通道垂直设置；其中，所述数据处理单元根据所述阳极信号得到所述特征
X
射线的能谱，对能谱解析得到特征
X
射线的能量信息，特征
X
射线的能量信息与元素的原子序数相关，所述数据处理单元根据所述阳极信号的计数率获得元素的丰度信息
。
[0009]可选的，所述阴极平面电极在所述特征
X
射线作用下生成阴极信号，所述数据处理单元通过所述阳极信号
、
所述阴极信号得到特征
X
射线击中探测器的深度信息，所述深度信息适用于对特征
X
射线作用不同深度下的增益进行标定测试，以消除不同深度下载流子收集效率差异导致的增益不同对能量分辨率的影响
。
[0010]可选的，所述数据处理单元通过所述阳极信号
、
所述阴极信号得到特征
X
射线击中探测器的深度信息包括：利用所述阴极信号与所述阳极信号的幅度比得到特征
X
射线击中在探测器的深度信息；或者利用所述阴极信号与所述阳极信号的触发时间差得到特征
X
射线击中在探测器的深度信息
。
[0011]可选的，每个所述像素对应一个或多个所述射线通道
。
[0012]可选的，所述半导体层包括碲锌镉化合物或碲化镉化合物
。
[0013]根据本专利技术另一个方面的专利技术构思，还提供一种元素分布探测的标定测试方法，使用如前所述元素分布探测装置，标定测试方法包括操作：利用
X
射线照射待标定测试目标，所述待标定测试目标被激发生成特征
X
射线；利用多孔准直器对所述特征
X
射线进行准直处理；探测器接收处理后的特征
X
射线，在阳极像素电极产生阳极信号，在阴极平面电极产生阴极信号，计算阴极信号与阳极信号幅度比
C/A
，或者计算阴极和阳极信号的触发时间差
Δ
t
，通过阴极信号与阳极信号幅度比
C/A
或者触发时间差
Δ
t
计算特征
X
射线击中在探测器的深度
d
，一个特征
X...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种元素分布探测装置，其特征在于，包括：射线发生器，适用于向待检测目标发射
X
射线，以使所述待检测目标被激发生成特征
X
射线；多孔准直器，包括束状的多个射线通道，多个所述射线通道的一端朝向所述待检测目标，其中，所述射线通道被配置为允许相对于射线通道端面入射角度为零的特征
X
射线入射；探测器，包括像素层，所述像素层包括阵列式分布的多个像素，所述像素层与束状的多个射线通道垂直设置，所述像素适用于将所述特征
X
射线转化为电信号；数据处理单元，适用于根据所述电信号得到待检测目标的元素分布
。2.
根据权利要求1所述的元素分布探测装置，其特征在于，多个所述射线通道均为直线通道
。3.
根据权利要求1所述的元素分布探测装置，其特征在于，所述探测器还包括：阳极像素电极，设置在所述像素层上，所述阳极像素电极在所述特征
X
射线作用下生成阳极信号；半导体层，设置在所述阳极像素电极上；阴极平面电极，与束状的多个射线通道垂直设置；其中，所述数据处理单元根据所述阳极信号得到所述特征
X
射线的能谱，对能谱解析得到特征
X
射线的能量信息，特征
X
射线的能量信息与元素的原子序数相关，所述数据处理单元根据所述阳极信号的计数率获得元素的丰度信息
。4.
根据权利要求3所述的元素分布探测装置，其特征在于，所述阴极平面电极在所述特征
X
射线作用下生成阴极信号，所述数据处理单元通过所述阳极信号
、
所述阴极信号得到特征
X
射线击中探测器的深度信息，所述深度信息适用于对特征
X
射线作用不同深度下的增益进行标定测试，以消除不同深度下载流子收集效率差异导致的增益不同对能量分辨率的影响
。5.
根据权利要求4所述的元素分布探测装置，其特征在于，所述数据处理单元通过所述阳极信号
、
所述阴极信号得到特征
X
射线击中探测器的深度信息包括：利用所述阴极信号与所述阳极信号的幅度比得到特征
X
射线击中在探测器的深度信息；或者利用所述阴极信号与所述阳极信号的触发时间差得到特征
X
射线击中在探测器的深度信息
。6.
根据权利要求4所述的元素分布探测装置，其特征在于，每个所述像素对应一个或多个所述射线通道
。7.
根据权利要求3所述的元素分布探测装置，其特征在于，所述半导体层包括碲锌镉化合物或碲化镉化合物
。8.
一种元素分布探测的标定测试方法，其特征在于，使用如权利要求1至7中任一项所述元素分布探测装置，标定测试方法包括操作：利用
X
射线照射待标定测试目标，所述待标定测试目标被激发生成特征
X
...

【专利技术属性】
技术研发人员：封常青，秦阳辉，王宇，沈仲弢，刘树彬，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：