用于 XRF 的 Mini-X2 X 射线管系统

图 2.Mini-X2 框图。

Mini-X2 X 射线管

阳极材料：  Mini-X2 X 射线管有四种阳极材料：  银（Ag）、金（Au）、铑（Rh）和钨（W）。  （Ag 在 70kV 下不可用）

最大功率：  Mini-X2 X 射线管的最大功率为 4 W 或 10 W

最大 HV：  Mini-X2 X 射线管的 HV 范围为 10 至 50 kV 或 35 至 70 kV。

• 请注意，机械尺寸取决于 HV 和功率选项。
• 请注意，高功率和/或 HV 型号需要比低功率和/或 HV 型号更多的辐射屏蔽。

X 射线管接口：  Mini-X2 与 NSI（Newton Scientific）的 X 射线管相连接。  其标准管使用模拟接口，而其新型 UltraMini 管则使用数字（I2C）接口。  两者都受 Mini-X2 控制器支持。

Mini-X2 控制器

一个 Mini-X2 控制器与所有 Mini-X2 X 射线管模块相连接。  每个控制器在出厂时都由 Amptek 根据特定 X 射线管模块的 P/N、S/N、最大 kV、最大功率等进行了编程。Amptek 的固件管理软件可用于为不同的射线管重新配置控制器。

Amptek 的标准 Mini-X2 控制器仅支持 USB 通信，并仅支持标准 X 射线管。  如需与 UltraMini 相连接和/或支持 RS232 接口的控制器，请与 Amptek 联系。

规格参数

规格、条款和定价可能会有所变动。

图 2.Mini-X2 等功率。电流和电压必须根据此曲线设置，否则 Mini-X2 可能会遭到严重损坏。  此类损坏不在保修范围内。  Amptek 的控制软件会将功率限制在此曲线上。  如果命令的系统功率超出了功率限制，软件将使用命令的 HV 并回滚电流以符合功率限制要求。  请注意，曲线因射线管而异。

图 3.Mini-X2 角响应，120° 锥角。

图 4.Mini-X2 120° 锥角。
注意：当使用 2 mm 准直器时，X 射线锥角为 5°。

图 5.Mini-X2 控制器接口。

图 6.Mini-X2 软件控制面板。

真空应用

Mini-X2 可配置一个标准真空法兰，用于真空应用。

图 7.带真空接头的 Mini-X2 和 X-123SDD。

附加信息

使用 Mn 二次靶模拟 ⁵⁵Fe 源

如何选择 X 射线管阳极材料

X 射线管

Mini-X2 的核心部件是一个使用透射靶的紧凑型 X 射线管。  高压电源（HVPS）在靶（接地）和钨丝之间产生偏压。  此电压会使钨丝处产生的电子加速进入靶区。  当这些电子在靶物中减速时，它们会产生韧致辐射，也就是具有连续能量频谱的 X 射线。  它们还会产生靶物特征能量的 X 射线。  这些 X 射线中的许多射线都指向由 Be（铍）制成的窗口，在那里它们被准直到样品中。  X 射线管包含屏蔽层，可将 X 射线阻止在 120^o 锥角外。

高压电源

HVPS 接受 12 VDC 输入并将其逐步提升至命令偏压（10kV 至 50kV）。  它是一个开关模式调节器，具有常规的 Cockcroft-Walton 倍增器，工作频率在 40 至 100 kHz 之间。

HVPS 有三个输入：  设置 HV 的模拟电压、设置电流的模拟电压和开/关逻辑信号。  HV 和电流信号的范围为 0 至 4V，这对应于 HPVS 设置：向 HV 输入 2V 电压将产生 25 kV 的半量程输出。  HVPS 有三个输出：读取 HV 的模拟电压、读取电流的模拟电压和状态逻辑信号。  它们具有与输入相同的比例因子。

Mini-X2 X 射线管模块由 NSI 提供。  NSI 的标准 X 射线管模块具有模拟输入和输出，这是 Mini-X2 控制器的标准输入和输出。  NSI 最近发布了一款名为“UltraMini”的小型管，它使用数字 I2C 接口。  Amptek 的 Mini-X2 控制器还可以支持 UltraMini 的 I2C 接口。

Mini-X2 控制器

控制器接受通过 USB 命令的控制值，并使用这些值设置适当的控制电压并发送开/关命令。  它还会读取输出。  以下是有关控制和接口模块的一些重要信息：

• 互锁电路对于辐射安全和 Mini-X2 的正常运行都非常重要。有关详细信息，请参阅第 4.2 节和第 8.2 节。
• 软件会比较 HV 和电流的命令值和输出。如果输入和输出不同（超出公差极限并持续一段时间），则 HVPS 将被禁用。
• Mini-X2 控制器基于 Silicon Labs 8051 微控制器，使用与 Amptek 数字脉冲处理器（DP5、X123、PX5 等）相同的通信软件。该软件接口称为 FW6，Amptek 数字产品程序员指南对它进行了说明。

安全互锁

Mini-X2 控制器上的 AUX 接口包含一个安全联锁，
设计用于与故障保护警告灯一起使用。下图为一个典型的应用电路。
控制器在外部互锁电路上施加一个可配置的电压
，并监控电流；射线管仅当电流在可编程范围内时才会被启用
。如果开关打开或灯发生故障，它将关闭。

警告灯和蜂鸣器

Mini-X2 控制器包括一个 LED 和一个蜂鸣器，用于指示射线管的 HV 和电流是否被启用。它们以大约 1 Hz 的频率闪烁/发出嘟嘟声。安全互锁可驱动带有故障保护电路的灯。有关警告灯的技术规格，请参阅 Mini-X2 用户手册。

图 7.10、20、30、40、50 kV 下的 Mini-X2 金（Au）输出谱图。

图 8.10、20、30、40、50 kV 下的 Mini-X2 银（Ag）输出频谱。

图 9.相关输出谱图：银和金靶。以 50 kV/20 µA 在 10 分钟内采集的谱图（无准直器）。  请注意，在相同的电流和时间内，Au 管的计数要多 3 倍。这是因为随着 Z 的增加，韧致辐射也会增加。

使用各种滤光片时的 Mini-X2 银（Ag）输出谱图

图 10.使用 3 密耳 Cu 滤光片时的 Mini-X2 Ag 输出谱图。	图 11.使用 2 密耳 Mo 滤光片时的 Mini-X2 Ag 输出谱图。
图 12.使用 1 密耳 Ag 滤光片时的 Mini-X2 Ag 输出谱图。	图 13.使用 1 密耳 W + 10 密耳 Al 滤光片时的 Mini-X2 Ag 输出谱图。
图 14.使用 80 密耳 Al 滤光片时的 Mini-X2 Ag 输出谱图。

使用各种滤光片时的 Mini-X2 金（Au）输出谱图

图 15.使用 3 密耳 Cu 滤光片时的 Mini-X2 Au 输出谱图。	图 16.使用 2 密耳 Mo 滤光片时的 Mini-X2 Au 输出谱图。
图 17.使用 1 密耳 Ag 滤光片时的 Mini-X2 Au 输出谱图。	图 18.使用 1 密耳 W + 10 密耳 Al 滤光片时的 Mini-X2 Au 输出谱图。
图 19.使用 80 密耳 Al 滤光片时的 Mini-X2 Au 输出谱图。

上述频谱尚未归一化（即不是在相同的电流下和相同的时间内采集）。它们仅用于显示频谱的形状，并证明使用滤光片可以获得应用特定的射线束。请记住，使用滤光片会减少从射线管中出来的通量。与 W 或 Ag 滤光片相比，Al 滤光片减少的通量要少得多。滤光片的 Z 值越高或滤光片越厚，可用的通量就越少。因此，有必要提高 X 射线管的电流以进行补偿。

上述频谱使用 Amptek XR-100T-CdTe 探测器、PX5 数字处理器和电源以及银（Ag）和金（Au）版的 Mini-X 采集得到。在上述频谱中，在 26.7 和 31.8 keV 处观察到了缺口。这些是 Cd 和 Te K 吸收限。XRS-FP 软件用于校正探测器中产生的逃逸峰。有关 CdTe 探测器对输出频谱的影响的更多信息，请参阅 ANCDTE1 应用指南。

Mini-X2 随附以下滤光片：

为什么要在 X 射线管上使用滤光片？

• 初级射线束滤光片是 X 射线管上的滤光片，可提高待测量的特征 X 射线峰的信号背景比。射线管会产生各种能量的 X 射线，包括许多低能量的韧致辐射 X 射线和来自靶区的特征 X 射线。这些 X 射线会从靶区散射，遮盖待测量的峰。滤光片可吸收不会激发待测量 X 射线的低能量 X 射线，从而提高感兴趣峰的信号背景比。
• 它们可以过滤射线管靶区的特征线。例如，图 20 和 21 中使用的滤光片干净地滤除了 12-15 keV 以下的低能量光子。这去除了来自射线管的 9.71 和 11.44 keV 的金（Au）L 线。上面的图 15 显示了一个 Cu 滤光片，它去除了低能量光子，同时产生了一个 10 keV 以上的干净区域。

图 20.此图显示了在 40 kV 下未滤波和使用 80 密耳（2 mm）铝（Al）进行滤波的 Mini-X2-Ag 输出谱图。在未滤波频谱中，大部分的韧致辐射计数处于低能量（5 至 15 keV 之间），而这些计数在滤波后的频谱中已被去除。

图 21.显示了使用未滤波和滤波射线管从铅靶区测得的频谱。如果没有滤光片，铅特征 X 射线将叠加在散射 X 射线的大背景上。如果使用滤光片，信号背景比将显著提高。这将减少这些线的测量不确定性。请注意，滤波频谱中的 L 伽马线比未滤波频谱中的 L 伽马线要明显得多。

X 射线管上的滤光片应用指南（PDF）

准直器和安全塞

Mini-X2 的 50kV 型号配有两个准直器，以便其在 XRF 应用中使用。它们包括一个带铝（Al）插件的黄铜准直器和一个拧入 Mini-X2 的盖。准直器有 1 和 2 mm 直径的孔。我们还提供了一个黄铜安全塞，它在安装后可将 5 cm 外工作管的通量降至 25 µSv/h（2.5 mrem/hr）以下，符合 NBS X 射线衍射和荧光分析设备辐射安全手册中的 5.2.2.2.2 要求。

图 22.Mini-X2 准直器和安全塞。

图 23.装有安全塞的 Mini-X2。

图 24.装有准直器的 Mini-X2。

警告

此设备在通电时会产生 X 射线。只能由合格人员操作。

辐射注意事项

Mini-X2 在正常操作期间会产生 X 射线辐射。Mini-X2 设计用于将辐射聚焦在指定输出方向上，但其他方向也可能有辐射，在最终应用中应通过屏蔽和/或监测来解决这个问题。

辐射水平

安装黄铜安全塞后，在距离外壳表面 5 cm 处测得的 X 射线管外壳外部的辐射水平不超过 25 µSv/h（2.5 mrem/h），符合国家标准局（NBS）X 射线衍射和荧光分析设备辐射安全手册中的 5.2.2.2.2 要求。

有关详细信息，请参阅 NBS 手册。

50 kV 射线管在 80 µA (4W) 下运行时的屏蔽示例（符合上述标准）。

请注意，10W 或 70 kV 射线管需要更多屏蔽。

• 1 mm（0.040 英寸）的铅将导致 0.5 mrem/h 的辐射水平。
• 6.35 mm（0.250 英寸）的铁将导致 0.5 mrem/h 的辐射水平。
• 3.18 mm（0.125 英寸）的黄铜将导致 2.5 mrem/h 的辐射水平。

外壳内部还可以采用 3.18 mm（0.125 英寸）的铝（Al）衬里，以便从屏蔽材料吸收 XRF。

屏蔽材料需要完全包围 X 射线锥和样品。  X 射线向四面八方散射，即 4π 个球面度。  在许多情况下，最强辐射危害来自于反向散射辐射（通常是操作员所在的位置）。  屏蔽层中的任何间隙（例如由于射线管、光谱仪或传感器导线）都会通过辐射。  在可能的情况下，在这些缝隙中使用转向，而不是直接路径。

图 26a.Mini-X2 4W 50kV 机械尺寸（[mm]）。

图 26b.Mini-X2 10W 50kV 机械尺寸（[mm]）。

图 26c.Mini-X2 10W 70kV 机械尺寸（[mm]）。

图 27.镀镍黄铜准直器盖机械尺寸（mils/mm）。

Mini-X2 STP 文件