X 射 线 荧 光 测 厚 仪

• 辐射损伤是过量的X射线对人体产生有害影响。
可使局部组织灼伤，可使人的精神衰颓、头晕、
毛发脱落、血液的组成和性能改变以及影响生
育等。安全措施有：严格遵守安全条例、配带
笔状剂量仪、避免身体直接暴露在X射线下、
定期进行身体检查和验血。
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谢谢！
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二、X射线荧光测厚应用
可测量电镀、蒸镀、离子镀等各种金属镀层 的厚度, 但适合较薄镀层测量 。
可通过CCD摄像机来观察及选择任意的微小 面积以进行微小面积镀层厚度的测量，避免直接 接触或破坏被测物。
薄膜厚度测量软件是标准配置，可同时对多 层镀层（6层）及合金镀层厚度和成分进行测量， 实际应用中发现最外层测量值比较可信。
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测量束斑大小选择
可以根据需要，比如样品的尺寸大小， 选择X射线束斑大小。
束斑大小 16mil 12mil 6mil 4mil
(1mil=25.4μm）
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三、X射线的安全防护
• X射线设备的操作人员可能遭受电震和辐射损 伤两种危险。
• 电震的危险在高压仪器的周围是经常地存在的， X射线的阴极端为危险的源泉。在安装时可以 把阴极端装在仪器台面之下或箱子里、屏后等 方法加以保证。
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标识X射线谱产生机理
标识X射线谱的产生相理与阳极物质的原子 内部结构紧密相关的。原子系统内的电子按泡利 不相容原理和能量最低原理分布于各个能级。在 电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的 电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低 能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激 发态。较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁， 并以光子的形式辐射出标识X射线谱。
X射线荧光测厚仪
赵豪民
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一、X射线荧光测厚原理
1、X射线产生 X射线波长略大于0.5纳米的被称作软X射线。
波长短于0.1纳米的叫做硬X射线。 产生X射线的最简单方法是用加速 后的电子
撞击金属靶。撞击过程中，电子突然减速，其损 失的动能（其中的1％）会以光子形式放出，形成 X光光谱的连续部分，称之为制动辐射。通过加 大加速电压，电子携带的能量增大，则有可能将 金属原子的内层电子撞出。于是内层形成空穴， 外层电子跃迁回内层填补空穴，同时放出波长在 0.1纳米左右的光子。由于外层电子跃迁放出的能 量是量子化的，所以放出的光子的波长也集中在 某些部分，形成了X光谱中的特征线，此称为特 性辐射。
测量元素范围：Ti～U 目前我中心备有Cu Cr Ni Sn Au TiN镀层厚度 测量所需的标准样品。
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厚度测量范围及误差
这些标样测量膜层厚度大概范围为： Cu 0.25～10μm Cr 0.25～10μm Ni 0.5～10μm Sn 0.5～20μm Au 0.1～2 μm 以上标准样品误差：5％ TiN 1.5～6μm （该标样自制）
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过程演示
冷却水
X射线 电子
金 属 靶
铍窗口
X射线 X射线管剖a 面示意图
玻璃 钨灯丝
接变压器
金属聚灯罩
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某型号国产X射线管外观
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连续X射线
具有连续波长的X射线， 构成连续X射线谱，它 和可见光相似，亦称 多色X射线。
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连续X射线谱产生机理
能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时， 电子失去自己的能量，其中部分以光子的 形式辐射，碰撞一次产生一个能量为hv的 光子，这样的光子流即为X射线。单位时间 内到达阳极靶面的电子数目是极大量的， 绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量 各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱。
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K系激发机理
• K层电子被击出
时，原子系统能
量由基态升到K
激发态，高能级
电子向K层空位
填充时产生K系
辐射。L层电子填
充空位时，产生
Kα 辐 射 ； M 层 电
子填充空位时产
பைடு நூலகம்
生Kβ辐射。
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2、 X射线荧光测厚
当原子受到X射线光子(原级X射线)或其他 微观粒子的激发使原子内层电子电离而出现空 位，原子内层电子重新配位，较外层的电子跃 迁到内层电子空位，并同时放射出次级X射线 光子，此即X射线荧光。较外层电子跃迁到内 层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能 量差，因此，X射线荧光的波长对不同元素是 特征的，根据元素X射线荧光特征波长对元素 做定性分析，根据元素释放出来的荧光强度， 来进行定量分析如元素厚度或含量分析 。
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根据色散方式不同，X射线荧光分析仪相应分为 X射线荧光光谱仪(波长色散)和X射线荧光能谱仪(能 量色散)。
X射线荧光光谱仪主要由激发、色散、探测、记 录及数据处理等单元组成。激发单元的作用是产生 初级X射线。它由高压发生器和X光管组成。后者功 率较大，用水和油同时冷却。色散单元的作用是分 出想要波长的X射线。它由样品室、狭缝、测角仪、 分析晶体等部分组成。通过测角器以1∶2速度转动 分析晶体和探测器，可在不同的布拉格角位置上测 得不同波长的X射线而作元素的定性分析。探测器的 作用是将X射线光子能量转化为电能，常用的有盖格 计数管、正比计数管、闪烁计数管、半导体探测器 等。记录单元由放大器、脉冲幅度分析器、显示部 分组成。通过定标器的脉冲分析信号可以直接输入 计算机，进行联机处理而得到被测元素的含量。
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X射线荧光能谱仪没有复杂的分光系统，结构简 单。X射线激发源可用X射线发生器，也可用放射性 同位素。能量色散用脉冲幅度分析器 。探测器和记 录等与X射线荧光光谱仪相同 。
X射线荧光光谱仪和X射线荧光能谱仪各有优缺 点。前者分辨率高，对轻、重元素测定的适应性广。 对高低含量的元素测定灵敏度均能满足要求。后者的 X射线探测的几何效率可提高2～3数量级，灵敏度高。 可以对能量范围很宽的X射线同时进行能量分辨(定性 分析)和定量测定。对于能量小于2万电子伏特左右的 能谱的分辨率差 。