偏振X射线荧光系统测量痕量Cd元素的Geant4模拟研究

摘要

通过传统能量色散X射线荧光分析(EDXRF)对Cd元素进行痕量分析时,X光管发出的原级轫致辐射连续谱对Cd元素的分析具有严重的影响。为了减弱原级X射线对测量结果的影响,通过Geant4程序包模拟不同几何尺寸下偏振激发X射线荧光分析(P-EDXRF)中荧光靶的结构,研究其在减弱测量过程中原级X射线轫致辐射连续谱的影响。为了提高模拟效率,本文分三步进行模拟。第一步模拟不同管电压下电子打靶过程,得到不同管压下的X光管原级能谱。第二步针对Cd元素的痕量分析设置不同种类、不同几何条件的Te及BaSO_(4)作为荧光靶材料进行模拟。结果表明在使用K_(α1)能量(27.468 keV)与Cd元素吸收限26.711 keV最为接近的Te作为荧光靶材料时,随着Te靶厚度增加Te元素的特征峰强度在100μm前快速增长,在150μm后趋于稳定。而其信噪比(SNR)在80μm到达最大值21.434。继续增加厚度由于荧光靶材料的自吸收作用SNR开始有些许下降,达到饱和吸收厚度后稳定。在不同应用场景时荧光靶选材应有不同,对于测量时间没有限制的条件下,应选择荧光强度更大的荧光靶厚度。而对于测量时间相对较短的条件下,则应该选择SNR更大的荧光靶厚度。第三步模拟通过荧光靶后的出射能谱激发含0.01%Cd的样品,经过Te靶后的出射能谱激发样品,得到Cd元素K_(α1)峰背比为8.28。相较于直接通过原级谱激发样品,Cd元素K_(α1)峰背比为2.29,其峰背比明显提高但Te元素的散射峰对Cd元素K_(α1)峰仍然有所影响。选用特征X射线能量与Cd元素K_(α1)相距更远的BaSO_(4)作为荧光靶材料,可减弱由于样品中的基体轻元素的散射作用而引起目标元素的峰背比降低情况,可将Cd元素K_(α1)峰背比提高至14.179。通过增大X光管管电压可进一步提高激发效果,在管电压为70 kV时对于Cd元素有最佳激发效果,峰背比为21.431。