1) 探測器的能量分辯率
雖然探測器產生電脈沖的幅值是由入射X 射線光子的能量所決 定,但并不是具有同一波長的X 光束所生成的脈沖幅值完全相 同。因為產生電脈沖的過程是一個隨機過程,所以產生的電脈 沖幅值符合隨機分布(高斯分布)。圖2.15 顯示了這種分布相 應的光子數與其所具能量的關系,它是有一定寬度的,具有峰 值能量的光子數最多,代表了這束光子的主流能量。
我們通常用將這個分布圖稱為脈沖高度分布曲線,或譜線能量 分布圖。圖中峰值高度一半處的寬度稱為半寬度(FWHM ),而 它與最大計數率比值的百分率稱為探測器的能量分辨率,即能 量分辨率 = (半寬度 / 最大計數率)x 100 。
一個探測器的能量分辨率,對不同波長的單色X 射線而言,是大致相同的。從實際測試來看,充氣計數 器的能量分辨率在20-40% 左右(輕元素更大),閃爍計數器的能量分辨率在30-50% 左右。
2) 探測器的脈沖高度飄移
使用充氣正比計數器(流氣式和封閉式)時,脈沖高度分布會隨計數率的升高而向低能量的方向飄移, 也就是說探測器輸出的脈沖幅值變小了,這種現象稱為脈沖高度飄移(Pluse Amplitude Shift )。 這是由于隨著計數率升高,在陽極周圍形成離子鞘使電場有所下降,改變了氣體增益。探測器使用的高 壓越高,陽極絲越細,入射能量越高,這種現象越顯著。使用氣體種類不同,飄移程度也不一樣,其次 序依次為:Xe > Kr > Ar(P10)> Ne。消除脈沖高度飄移影響的方法有:
● 使用自動增益電路(AGC )將脈沖幅值再放大到原來值。
● 不使用過高的探測器高壓。
● PHD 道寬設置不要太窄。
3)逃逸峰
當進入探測器的X 光光子的能量大于充氣氣體的吸收限波長時,也即入射X 射線波長短于充氣氣體的吸 收限波長時,就將產生所謂的逃逸峰(見圖2.15 左側的小峰)。例如所充氣體為Ar, 它的K 系吸收限 波長為3.87 埃,因而只要進入探測器的X 射線波長小于此值,就能在初級電離過程中導至Ar的Kα躍遷 產生ArKα線。
當一束X 射線光子射入探測器,其能量足以使Ar產生ArKα線,則部分光子將產生ArKα線,然后這部分 光子剩余的能量再產生電子離子對并通過雪崩放大。如果形成的ArKα線又被吸收產生帶電粒子,那就 不存在什么問題,因為生成的電脈沖幅值仍和原光子能量成正比。如果形成的ArKα線沒有被吸收產生 帶電粒子,則這部分光子隨后產生的電脈沖幅值將小于不產生ArKα線光子所形成的電脈沖。因此,在 脈沖高度分布圖上就顯示出一個能量教較低的一個小峰,因為它是由于能量損失而產生的,故叫逃逸峰。 只要不和試樣中其他譜線的能量發生重疊,逃逸峰的存在不會引起麻煩的。但是,因為產生逃逸峰的光 子也是入射譜線光子的一部分,因此,計數時應該將它計算在內,否則要損失強度。在使用閃爍計數器 時,如果發生了使碘激發的情況,那也會產生逃逸峰。
3) 探測器的死時間
光子進入探測器產生電子離子對,再在雪崩中放大,這樣一個時間過程約需10-7秒數量級。帶電粒子在 向陰陽極奔去的過程中,由于離子的質量大于電子,所以移動的速度要小于電子,因而就在陽極絲周圍 形成了陽離子層,并阻礙了雪崩效應,當陽離子層散去后,又恢復下一個過程。在陽離子層形成到消散 的這一時間段內,探測器像“死”了一樣。因此人們定義,在一個光子引發電離后,探測器不能再檢測 下一輪光子產生電離過程的時間為探測器的死時間,在這段時間內進入探測器的光子不被計數。由于死時間的存在,進入探測器的總光子數可能有一小部分沒有被計數,即測到的強度不真實地反映了 入射X 熒光的強度,這種情況隨熒光強度的增加(光子數增加)而加重。
在儀器出廠時,死時間一般都已輸入軟件,然后根據這個時間進行數學校正,使沒有被記錄的光子數補 回來。近代儀器中死時間的校正,已經可以達到在很高計數率的情況下不受影響(在實際測量中,已經 沒有必要測量或者甚至要超過這樣高的計數)。
ARL 儀器通過死時間校正可以確保,在使用流氣正比計數器、封閉充氣計數器和閃爍計數器時計數率分 別達到2Mcps 、1Mcps 和1.5Mcps 時,不受死時間影響。
4) 探測器的穩定性
除了探測器高壓和氣體流量的不穩定所引起的測量信號波動外,探測器本身的穩定性取決于陽極絲的清 潔。由于充氣的純度不夠或長期使用形成的小顆粒沉積在陽極絲表面,使陽極絲的有效直徑改變,導致 局部電場破壞改變氣體放大增益使測定數據波動。
發生這種情況后,原則上需更換陽極絲或探測器,也可非常小心的用有機溶劑清冼陽極絲,但效果不一 定會很好。