在X熒光光譜儀中,對于檢測方面,同樣是會用到探測器,在其中,正比計數器(封閉式或流氣式)、閃爍計數器和固體計數器是X射線光譜分析中常用的三種探測器。這三種探測器均根據脈沖的電子放大原理工作。探測器每次吸收一個X射線光子,就形成個電脈沖。
正比計數器
正比計數器是以某種氣體(如氙、氦、氬或甲烷等)吸收入射的X射線光子而形成電脈沖的。
由于篇幅有限,在這邊我們先說一下封閉式正比計數器。
這種探測器適宜探測波長小于2~3埃的X射線。其中心線極(陽極)與金屬管殼(陰極)是絕緣的,而且可耐1500~ 1800伏的正高壓。為了操作安全,金屬殼接地。探測器出、入射窗口,均由云母或鈹片做成。當波長大于2.0埃的輻射通過時,不產生顯著的吸收。設置出射窗口的目的是,使未被氣體吸收的輻射穿過探測器時,不碰撞金屬殼而形成假脈沖。
X射線光子進入探測器時,可能遇到兩種不同方式的吸收,其一是,以入射光子轟擊氣體原子的內層電子,產生標志該原子的特征X射線(熒光)光子從而引起“逸峰”現象,發生這種吸收的可能性最小;其二是,入射光子轟擊氣體原子的價電子,并將其能量幾乎全部轉變為該電子的動能,發生這種吸收的可能性最大。一個能量為8千電子伏特的CuKa光子,可從氙原子中逐走一個價電子,其剩余能量(8千電子伏特減去氙的電離電位)全部交給該電子,變成其動能。這個獲得動能的電子,又使其它氙原子電離,從而引起若干電離對,即正離子和電子。
計數器中,氣體原子電離后,正離子被引向管殼而復合,電子則飛向中心線極。每個起始電子,在正高壓的加速下,均能獲得足夠的能最迫使其它氣體原子電離,每個新產生的電子又使更多的氣體原子電離,這個過程稱謂雪崩放電。由一對起始電離所引起的一次放電大約能夠產生10^4個電子,沖擊中心線極。這種放電過程發生在X射線光子被吸收后大約0.1~0.2微秒的時間內。在這樣短的時間內,有大量的雪崩放電沖擊中心線極,使高壓瞬時降落。這種電位降以脈沖形式,經電容器輸入放大電路和測量電路。在中心線極電壓的恢復過程中(約1微秒),探測器對另一個入射的X射線光子不發生響應。這個時間叫做探測器的“死時間”。
由于初始電離對數與X射線光量子能量間的線性關系和電路的線性放大,測得脈沖的幅度與X射線光子的能量成正比,因而得名正比計數器。