第一节　波长色散探测器

在波长色散X射线荧光光谱仪中，由于使用分光晶体，使得待测元素的分析谱线可以较好分离，故通常使用分辨率较低的流气式正比计数器和NaI闪烁计数器作为X射线探测器。分光晶体与低分辨率探测器的结合应用，使得波长色散X射线荧光光谱仪的整体分辨率要优于使用常规半导体Si（Li）探测器的能量色散X射线荧光光谱仪。

一、流气式气体正比计数器

气体正比计数器主要分为封闭式和流气式正比计数器两种。由于封闭式正比计数器分辨率太低，而温差电冷能量探测器已实用化，这就导致了封闭式正比计数器被逐渐淘汰。

流气式正比计数器为一直径约2cm的柱状体，中间有一根20～30μm的金属丝，用作前放信号和外部高压的接头，如图4-1所示。筒内充惰性气体和猝灭气体，通常为90％氩和10％甲烷，并在金属丝和柱壳间（柱壳接地）施加1400～1800V的电压。

当流气式正比计数器中的探测气体受到X射线照射时，会产生大量的由负电子和正电性氩离子组成的离子对。设入射X射线光子的能量为Ex，产生离子对的有效电离能为V，则由入射X射线光子产生的平均离子对数n与入射X射线光子的能量成正比，与离子对的有效电离能成反比：

产生的电子在电压作用下会逐渐加速飞向阳极金属丝，并引发进一步的氩原子电离，这一效应被称为气体电离增益，流气式正比探测器的电离增益一般为6×104。经放大后的电流由电容收集，产生的脉冲电压与入射光子的能量成正比。

需要特别注意的是脉冲高度和强度的区别。脉冲高度（pulse height）是指由单个X射线光子产生的单个脉冲电压幅度，而X射线强度则是指每秒测得的脉冲数。

探测器的分辨率通常定义为峰高一半处所对应的谱峰宽度（FWHM），简称谱峰半高宽。流气式正比计数器的理论分辨率Rt为：

式中，Ex为入射X光子能量。

流气式正比计数器适用于长波长的X射线探测，通常用于0.15～5nm波长的X射线探测，对0.15nm以下的波长，探测灵敏度低。

二、NaI闪烁计数器

闪烁计数器由荧光物质（闪烁体）和光电倍增器组成，闪烁体通常为一块涂有铊的NaI晶体。受X射线光子照射后，闪烁体产生蓝光，蓝光进而在光电倍增器表面激发出电子，并在倍增器电极的作用下，线性放大，经转换成脉冲电压后记录，倍增系数一般约为106。其产生的电子数与入射X光子的能量成正比。如图4-2所示，图中倍增器电极电子线性放大的作用在后部以箭头表示，未按线条的多少来表达。

闪烁计数器的X射线-光子-电子转换效率很低，要比流气式正比探测器低一个数量级，故闪烁计数器的理论分辨率Rt更差，为：

闪烁计数器为检测短波长X射线而设计，适用波长范围为0.02～0.2nm。

三、波长色散探测器的逃逸峰

入射X射线与探测器材料的相互作用机理包括三种。

（1）透射　入射X射线直接穿透探测器的有效探测区而不被吸收。

（2）光电吸收　入射X射线击出探测器组成材料中的外层电子，产生光电子，并生成相应的离子对，如Ar+-e-。其脉冲输出与入射X射线光子能量（Ex）成正比。

（3）二次激发　入射X射线击出探测器组成材料中的内层电子，产生光电子、探测器组成元素的特征X射线及俄歇电子，并伴随逃逸峰的产生。

当入射光子的能量足以激发出探测器组成元素的特征X射线时，由于特征X射线光子不易被其组成元素本身所吸收而逃逸出探测器活性区。该入射光子的能量一方面激发出了特征谱线，另一方面在探测器中产生了光电子，而可被探测器活性区所探测的能量（Ee）则为两者之差。该光子此时输出的脉冲高度与入射光子能量（Ex）与探测器组成元素的特征X射线能量（EK）之差成正比，其所对应的谱峰即为所谓的逃逸峰：

Ee=Ex-EK

换句话说，入射X射线由于激发出了探测器组成元素的特征X射线而损失部分能量，这部分能量不能被探测器有效检测，剩余的能量可被探测器检测，形成的脉冲即是逃逸峰。逃逸峰的能量低于入射X射线光子的能量。

对于采用Ar-CH4的流气式正比计数器而言，Ar的EK约为2.96keV，故探测器除输出被测元素的特征峰外，还将在比特征峰低2.96keV的地方产生Ar逃逸峰，如图4-3所示。对于NaI探测器，将在低于特征峰约29keV处产生I的逃逸峰。

越靠近探测器窗口，逃逸概率越大。对于能量刚好高于Ar或I吸收边的光子，在对应的正比或闪烁计数器中产生的逃逸峰强度最大。而具有较高能量的光子由于穿透力更强，进入探测器更深，逃逸峰减弱。

在选择脉高分布窗口和背景时，逃逸峰是要重点考虑的因素之一。