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X荧光现场测量的有关技术研究

作　者: 吴允平
导　师: 贾文懿；苗放
学　校: 成都理工学院
专　业: 矿产普查与勘探
关键词: 能量色散现场X 荧光分析仪小型低功率X 光管多道脉冲幅度分析器电制冷 Si-PIN 半导体探测器检出限微机化方案
分类号: TH74
类　型: 博士论文
年　份: 2000年
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内容摘要

能量色散X 荧光分析技术是一种重要的核分析技术。论文瞄准国内外能量色散现场X荧光仪的发展趋势,结合现场工作的特点,针对目前现场X 荧光分析工作中存在的问题如灵敏度低、检出限差、测定元素有限等问题,在激发源、探测器、测量电路、仪器的微机化(硬件和软件)等方面进行了较为系统的研究。激发源采用小型、低功率X 光管,其射线能量连续可调,可根据现场分析的特点和要求,调整照射量率,改善检出限至μg/g(ppm)量级;激发源亦可采用放射性核素源,以利应用于某些特殊场合,进行原位测量。探测器采用电制冷方式的、高灵敏度Si-PIN 型探测器,这种探测器在室温环境下工作良好,其半高宽度FWHM 在5.9KeV(55Fe 源)能量处约为180eV。仪器以笔记本微机系统为核心,和单片机相结合,实现微机化。研制了多道脉冲幅度分析器,并在理论和实验上作了较深入的讨论,该分析器采用单片机作为控制核心,设计了信号甄别电路,能够自适应不同宽度的脉冲信号,进行1024 道测量,外部RAM 保存测量结果,分析器通过RS-232 串口和笔记本微机进行通讯。结合野外现场工作的特点,采用面向对象的高级编程语言,建立和封装了软件的数据结构,设计了软件的多线程结构,开发了WINDOWS 风格的现场X 荧光分析应用软件,软件的图形界面友好,操作方便,可显示X 射线谱线并完成相应的分析任务,软件的文件格式和放射性测量工作站文件格式兼容,分析结果可直接由放射性测量工作站进行成图成像等工作。该系统解决了X 荧光现场测量中的若干技术问题,为在野外现场进行高灵敏度、多种元素快速测量提供了良好的条件。在四川德格、石棉及河北唐山对研制的能量色散现场X 荧光仪进行了现场应用,结果表明:研制的X 荧光分析仪可现场进行多元素分析,现场进行资料整理,仪器的检出限低,能量分辨本领好,测量时间短、使用方便,接近室内仪器的分析水平,是一种有效的现场X 荧光分析仪。该仪器在野外地质工作中应用,可与其他找矿方法相互补充,相互印证,提高野外地质工作的整体水平;在工业现场应用,可克服化学分析导致的分析时间长,分析元素有限、检出限差等缺点,具有明显的经济效益、社会效益和环境效益。可以预见,该仪器的研制成功,不仅将在我国西部大开发和国土资源大调查中发挥出巨大的作用,而且也将在其他非地学领域中大有应用潜力,是一项值得推广的研究成果。

全文目录

1 引言  7-10
  1.1 选题依据及研究意义  7-8
  1.2 研究内容  8-9
  1.3 成果特色与创新  9-10
2 现场 X 荧光分析仪的发展现状  10-14
  2.1 现场 X 荧光仪的研究背景  10-11
  2.2 现场 X 荧光仪的研究现状  11-14
3 现场 X 荧光分析仪的研究方案  14-19
  3.1 激发源  14-15
  3.2 探测器  15-16
  3.3 多道脉冲幅度分析器  16
  3.4 微机化方案  16-17
  3.5 软件系统  17-19
4 现场 X 荧光仪的有关硬件研究  19-54
  4.1 概述  19
  4.2 激发源  19-23
  4.3 半导体探测器  23-35
  4.4 前置放大器  35-36
  4.5 放大器  36-37
  4.6 多道脉冲幅度分析器  37-50
    4.6.1 峰值保持电路  37-39
    4.6.2 甄别电路  39-41
    4.6.3 A/D 电路  41-43
    4.6.4 时序说明  43
    4.6.5 软件设计  43-48
    4.6.6 死时间处理  48-49
    4.6.7 微分非线性  49-50
  4.7 接口电路  50-53
    4.7.1 方案选择  50
    4.7.2 串口通讯  50-53
  4.8 技术指标  53-54
5 现场X 荧光分析的软件系统研究  54-71
  5.1 概述  54
  5.2 设计方案  54-55
  5.3 程序结构设计  55-61
    5.3.1 数据结构  55-56
    5.3.2 类的设计  56-59
    5.3.3 文件结构  59-61
  5.4 程序运行设计  61-63
  5.5 主要模块简介  63-67
    5.5.1 文件管理模块  63-64
    5.5.2 数据采集模块  64-65
    5.5.3 谱分析模块  65-66
    5.5.4 谱数据显示模块  66-67
  5.6 与地面放射性测量工作站兼容  67-68
  5.7 软件环境和功能简介  68-71
6 仪器的性能测试  71-79
  6.1 技术指标  71-75
    6.1.1 能量分辨本领  71
    6.1.2 仪器的线性  71-72
    6.1.3 仪器的稳定性  72-75
    6.1.4 统计性涨落规律  75
  6.2 分析指标  75-79
    6.2.1 分析范围  75-76
    6.2.2 检出限  76-77
    6.2.3 精确性  77-78
    6.2.4 重复性  78-79
7 初步应用  79-93
  7.1 德格地区初步应用  79-83
    7.1.1 测区地质概况与工作任务  79
    7.1.2 成果解释  79-83
    7.1.3 结论  83
  7.2 石棉地区初步应用  83-85
  7.3 唐山水泥生产初步应用  85-93
    7.3.1 应用背景  85
    7.3.2 技术方案  85-86
    7.3.3 成果说明  86-90
    7.4 会东地区化探样品分析  90-93
8 结论  93-95
致谢  95-96
参考文献  96-99
作者简介  99

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