华普科普栏目丨波长色散型X射线荧光光谱仪核心部件——X光管

X光管是波长色散型X射线荧光光谱仪（WD-XRF）最核心的部件之一，影响光管性能的主要参数有功率、电压、电流、铍窗膜厚度、阳极靶材、阴极灯丝等，其性能很大程度影响了仪器的最终性能。

在高压下，电子从灯丝表面逸出，并在电场作用下打到阳极靶材上，激发出初级X射线。在这个过程中，电子动能99%转化成热能，所以需要不断对光管进行冷却。

图1 X光管结构示意图

市面上WD-XRF的X光管有不同功率的型号。目前，大型的WD-XRF最常见的以3KW（或4KW）为主，也有1KW、2.4KW等小功率。

其最主要的区别是对元素激发效果不同，功率越大，激发效果越好，特别是对轻元素的激发。

图2 X射线荧光强度与功率

X光管的电压电流也是很重要的性能指标。电压的作用一般是对元素进行激发，其设置最佳激发电压应高于元素临界激发电位的4~10倍。

电流的作用为提高元素的荧光产额，受限于X光管的最大功率，对于重元素需要大电压，低电流的激发条件；对于轻元素需要低电压和大电流的激发条件。

图3 X射线荧光强度与电压电流的关系

Be（铍）窗膜的厚度很大程度上影响初级X射线的强度，Be（铍）窗膜越厚，对初级X射线吸收作用越强。X射线光管的Be窗膜不断向超薄发展，其目的是为了在相同功率下获得更大的激发强度 （节能环保）。

目前，市面上最薄的Be（铍）窗膜的厚度在30μm。由图2可知，在功率一定下，窗膜越薄，元素的激发效果越好，特别针对轻元素和超轻元素，其激发效果有1.5倍左右的提升。

X光管的靶材常见的是Rh靶，其特征谱线Rh Kα和Rh Lα线，能对全元素段有很好的激发。

Rh靶的弊端在于会对Rh附近元素（比如Ag、Cd等）的测试有干扰，需要仪器采用特殊的滤光片，消除靶材谱线的干扰才能进行测试。X光管也有其他靶材（比如Mo、W、Cr等）的配置，但是目前市面上很少应用于（WD-XRF），在此略过。

对于WD-XRF的X光管，上述的结构很大程度影响产生的初级X射线强度，以及对被测样品的激发效果。X光管另外的核心要求就是其X射线强度的稳定性，只有强度稳定，才能保证分析结果的稳定。