>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 1)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 2)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 3)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 4)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 5)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 6)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 8)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 9)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 10)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 11)
>> Cơ bản về phân tích XRF (Phần 12)
DETECTOR:
Các detector được sử dụng trong hầu hết các loại phổ kế WDX công nghiệp có thể phân thành hai loại:
1) Các ống đếm tỷ lệ nạp khí dùng cho các bước sóng từ dài tới trung bình (FPC, multitron và Exatron).
2) Các ống đếm Scintillation (Nhấp máy) dùng cho các bước sóng ngắn.
Các ống đếm được nạp khí (Gas filled counters):
Các ống đếm được nạp khí được phân chia tiếp thành hai loại:
- Ống đếm tỷ lệ dùng (FPC).
- Detector được hàn kín.
Các ống FPC có dòng khí liên tục cùng với áp lực trong detector được điều chỉnh. Chúng thường được đóng kín bằng cửa sổ Polypropylence mỏng được bọc Al chiều dày 1 ÷ 2mm. Mục đích của cửa sổ mỏng chủ yếu là để tăng sự truyền dẫn chùm tia X bước sóng dài.
(Các loại khí trơ thường được sử dụng gồm: Argon, Neon, Helium, Xenon hoặc Krypton).
Các detector hàn kín được nói đến là các loại Exatron và Multitron có cửa sổ Be 25 ÷ 200µm. Các detector FPC đều được dùng cho các nguyên tố nhẹ (Thông thường từ Be ÷ Cu) trên một gonionmeter. Các detector hàn kín thường được dùng cho các kênh cố định mặc dù các detector FPC kích thước nhỏ cũng được sử dụng cho các nguyên tố nhẹ ở kênh cố định. Nguyên lý hoạt đọng của cả hai loại đều như nhau. Ở dạng đơn giản nhất, detector khí gồm một hình trụ rỗng (đóng vai trò cathode) đặt bên trong một sợi đốt (dây kim loại
50 ÷ 75m đóng vai trò anode). Cao áp được đặt vào hai điện cực, vỏ hình trụ được nối đất (xem hình C.16). Ion hóa sơ cấp (Primary Ionization).
Các detector được nạp các loại khí hiếm He, Ne, Ar, Kr và Xe được dùng với mục đích ion hóa. Chúng đều được kết hợp với một loại khí dập (*) (CH4). Mỗi photon tia X đi vào detector sẽ ion hóa khí và tạo ra một cặp electron - ion. Số cặp electron tùy thuộc vào loại khí và năng lượng của photon tới. Lấy ví dụ, khi Ar cần một thế năng đủ để ion hóa một cặp electron điện tử khoảng 26eV, nếu photon CuKα.
(
= 1.54A0; E = 12.4/1.542 = 8040eV)
vào được detector, mỗi photon (có thể gọi là một biến cố) sẽ tạo ra 304 cặp electron - ion. Nếu một photon có năng lượng gấp đôi đi vào detector trong điều kiện.
Do đó, với mỗi loại khí trong detector, nếu toàn bộ các photon đi tới đều tạo được các cặp ion hóa thì số cặp sẽ tỷ lệ thuận với năng lượng photon. Đó là lý do detector này được gọi là ống đếm tỷ lệ. Vì vậy, nếu đếm được các điện tích tạo ra, chúng ta sẽ đo được cường độ của vạch phổ đã cho.
Số cặp Electron - Ion sinh ra trong quá trình ion hóa sơ cấp chưa đủ lớn để có thể phát hiện được. Người ta cần khuếch đại nhiềuu lần tín hiệu trước khi có thể đo được tỷ lệ tín hiệu tốt/nhiễu tạp. Điều này được hoàn thành bởi một quá trình được gọi là "thác" (Avalanche) hoặc "Khuếch đại khí". Hình C.17 minh họa điều này.
Thác ion hóa (Avalanche):
Xem xét một photon tia X đi vào vùng hoạt động của detector. Dọc theo hành trình, nó tạo ra các cặp electron - ion sơ cấp cho đến khi nó cạn kiệt năng lượng. Khi cao áp đặt vào detector, các điện tử bị kéo về phía sợi đốt, còn các ion bị hút về thân detector. Khi đến gần sợi đốt, các điện tử chịu tác động của điện trường mạnh gần sợi đốt làm gia tốc chúng mạnh hơn.
Như minh họa trên hình C.17, khi điện áp đặt vào thấp, các điện tử tái hợp với các ion dương trước khi tới được dây anode và đây là vùng chưa bão hòa. Khi điện áp đặt vào tăng lên, quá trình tái hợp chấm dứt và toàn bộ các điện tử đều đến được anode. Các ống đếm ion hóa làm việc trong vùng này. Do không có quá trình ion hóa thứ cấp, các hệ số khuếch đại vẫn là 1. Khi điện áp cao làm gia tốc các điện tử và chúng va chạm với các nguyên tức khí ga khác để bắt đầu quá trình ion hóa thứ cấp, người ta bắt đầu thấy sự tăng lên đáng kể về số điện tử mang đến. Sự gia tăng theo cấp số nhân này là do các điện tử đến kín đặc dây anode.
Trong vùng ống đếm, tỷ lệ mới điện tử sơ cấp chỉ tạo ra một "thác" và các "Thác" không chịu bất kỳ tương tác nào. Vì thế, số điện tử nhận được sau khuếch đại vẫn tỷ lệ thuận với số điện tử sơ cấp và quy về nguồn gốc là tỷ lệ thuận với năng lượng photon đi vàodetector. Đa số các detector được dùng trong phổ kế đều làm việc trong vùng tỷ lệ. Khi điện áp được tăng quá vùng này, cùng một điện tử có thể tạo ra nhiều "thác" và đặc tính tỷ lệ bị phá hủy. Khi điện áp đặt vào đủ lớn để "thác" được mở rộng, các ion khí và các nguyên tử đều bị kích thích. Các điện tử thứ cấp có thể được tạo ra tại anode và các điện tử có thể bị đẩy ra khỏi cathode.
Nói cách khác là người ta thấy có hiện tượng phóng điện trong toàn bộ detector. Vì thế giữa các photon đi vào các xung ở đầu ra detector tuyệt đối không còn quan hệ tỷ lệ. Các ống đếm Geiger - Miller làm việc trong vùng này. Cuối cùng, sự gia tăng tiếp về điện áp tạo ra sự phóng điện liên tục và được xác lập dẫn đến detector phát sáng (Glow). Khi kết thúc, hiện tượng phóng điện hồ quang giữa cathode và anode xuất hiện, detector rất có thể bị phá hủy.
Trong vùng tỷ lệ, nơi được quan tâm, có hệ số khuếch đại khí 105 - 106 cho phép người ta nhận được ở đầu ra tín hiệu tốt so với nền tạp nhiễu. Một trong các loại khí để nạp thông dụng nhất là hỗn hợp 90%Ar + 10%CH4 (được gọi là khí P10). Mathane được thêm vào mục đích chủ yếu là để dập hiệu ứng "Thác" ở tầng nào đó. Các phân tử khí dập (CH4) cũng được ion hóa cùng với các nguyên tử Ar. Chúng được phân tán trong vùng hoạt động của detector và khi không kiểm soát được quá trình "thác" chúng sẽ đóng góp vào sự tái hợp của điện tử và ion.
(Còn nữa)
ximang.vn * (Nguồn: Tạp chí Thông tin KHCN-Vicem)