CdTe 测量的X 射线管谱图：逃逸事件

应用指南 ANCDTE1 A1 修订版

R. Redus，2008 年 2 月 4 日

CdTe 探测器通常用于测量 X 射线管发射的频谱。1 mm 厚的 CdTe 探测器在高达 100 keV 的能量下具有出色的灵敏度，在高达 65 keV 的能量下光峰效率 > 90％。这远远优于 Si 探测器，其效率在约 20 keV 的能量下就开始下降。但 CdTe 探测器的响应函数与 Si 或 Ge 探测器存在差异，为了获得定量结果，必须事先弄清楚这些差异。特征 Cd 和 Te X 射线的逃逸会产生特别明显的效应。

图 1 显示了一个使用 CdTe 探测器测得的典型 X 射线管的频谱。这是钨靶和 15 keV 铝滤光片的 80 kVp光 管谱图。特征 X 射线的逃逸产生了两个明显可见的特征。首先，频谱在 27 和 32 keV 处中存在不连续现象。其次，虽然滤光片原则上应阻止所有低于 15 keV 的 X 射线入射到探测器上，但这里有一个明显的吸收限，可以看到许多低能量事件。

图 1.图示使用 1 mm 厚的 CdTe 探测器测量钨（W）靶和 15 keV 滤光片的 80 kVp X 射线管的谱图。

这两个特征都由逃逸事件¹引起。Cd 和 Te K 吸收限分别为 26.7 和 31.8 keV。入射能量刚好在这些吸收限上方的光子会发生光电相互作用，使 Cd 和 Te 原子处于激发态。当原子跃迁到基态时，它们通常会发出一个表 1 中所示能量的特征 X 射线。根据方向，此 X 射线可能会离开 CdTe 体积，因此只会沉积少量入射能量。与其他情况相比，此类事件导致的全能量事件（导致吸收限）更少，而低能量事件（低于滤光值）更多。该过程是导致光谱学中众所周知的逃逸峰的原因，但使用射线管时，会出现连续的逃逸事件。由于特征 X 射线的能量要高得多，因此 CdTe 中的逃逸事件比 Si 或 Ge 更为重要。所幸的是，现在已经有算法可以“清理”此类伪影，这些算法随 Amptek 软件提供。

表 1.Cd 和 Te 中 K 吸收限和特征 X 射线的能量。

图 2.该示意图的左侧是全部能量沉积事件，而右侧是特征 X 射线逃逸事件。如果光子的入射能量 E_inc 大于 K 吸收限，则将导致四个低能量逃逸事件。每个逃逸峰中的事件比例取决于 X 射线逃逸的概率，因此取决于入射 X 射线的能量以及探测器的几何形状。

为了校正频谱，分析软件必须首先确定高入射能量产生了多少低能量事件。它必须从原始频谱中减去这些值，并校正它们的能量（通过添加逃逸的能量），然后将这些计数重新加回去。图 3 使用了与图 1 相同的频谱来说明这一点。绿色迹线显示了这些逃逸事件在原始频谱中的大致位置（灰色）。深蓝色迹线显示了能量在经过校正以包括特征 X 射线损失能量后的逃逸事件。深黑色迹线显示了处理后的校正频谱。计数在滤波截止以下的低能量下被减去，然后重新加回到吸收限上方。由于二阶效应，Cd K 吸收限仍存在“毛刺”，但吸收限已被去除，可以看到滤光片的有效性。

图 3.该图显示了与图 1 相同的逃逸事件经过处理的频谱。灰色迹线为原始频谱。绿色迹线表示原始频谱中的逃逸事件。这些事件在计算正确的能量（通过添加逃逸的能量）之前会从原始频谱中扣除。蓝色迹线表示校正后的逃逸事件，它们将与灰色迹线相加。深黑色迹线表示处理后的最终结果，各事件都在正确的通道中。

此处理过程使用了我们的 XRS-FP 软件。XRS-FP 中使用的技术在 2007 丹佛 X 射线会议上展示的一篇 IEEE Trans. Nucl. Sci.² 论文中进行了介绍。该技术基于最初由 RMD Inc. 的 Paul Bennett 所做的工作。对此论文的总结如下：

“模拟软件用于确定从 CdTe 体积中逃逸的事件的比例，它是能量的函数，满足多项式函数关系。对于能量刚好超过 26.7 keV Cd K 吸收限的入射光子，Cd Ka 的最大值为 15%，Cd Kb 的最大值为 3%。当能量超过 100 keV 时，Cd Ka 的产率将接近 5%，Cd Kb 和 Te Ka 的产率将接近 1.5%，而 Te Kb 的产率将接近 0.4%。我们使用同位素源测量了逃逸率，并发现与模拟结果非常吻合。”

“校正软件从最高能量通道开始，并把它视作一个 1 通道光峰。相应逃逸峰的四个通道会被计算出来。逃逸数与光峰数之比根据每个逃逸峰的多项式计算得出。这些计数将从逃逸通道中减去，并添加到光峰通道中。此过程将使用处理后的频谱在下一个较低的能量通道中重复，并一个通道接着一个通道地一直到 Cd 逃逸吸收限。”

XRS-FP 软件除了校正逃逸峰之外，还具有其他功能，它设计用于使用 X 射线荧光和 CdTe 探测器进行全面的定量分析。其他用户已经编写了他们自己的校正算法³。在任何情况下，理解和校正这些逃逸事件对于使用 CdTe 探测器获得准确结果都很重要。

脚注

1. 参见 R. Jenkins, R.W. Gould, D. Gedcke, X 射线与物质的相互作用, Quantitative X-Ray Spectrometry 第 1 章，第 2 版, Marcel Dekker, Inc., 1995。
2. R. Redus, J. Pantazis, T. Pantazis, A. Huber, B. Cross, 用于定量 X 射线光谱分析的 CdTe 探测器的表征, 展示于 2007 年丹佛 X 射线会议上并发表在 IEEE Trans. Nucl. Sci 上, 2008。
3. S. Miyajima, 诊断 X 射线光谱分析中的薄 CdTe 探测器, Med.Phys 30 (5), 第 771 页, 2003。