本公司最新推出單色高衍射效率點對點聚焦的對數螺線旋轉雙曲面人工晶體(LSDCC)

本公司主要從事各種電子儀器特別是X射線類儀器的開發和生產。本公司的主要產品是X射線熒光光譜儀,無論是小型的X熒光鈣鐵分析儀、測硫儀、硫鈣鐵分析儀、多元素分析儀,還是大型的X熒光波長色散光譜儀都是XRF光譜儀。這些XRF光譜儀本公司已生產了一萬多臺。但這些XRF光譜儀都是屬于傳統意義上的XRF光譜儀。 傳統意義上的XRF光譜儀雖然具有速度快、精度高、分析時不接觸不破壞樣品、制樣方便、無需化學試劑等特點,但它主要用于常量的測量。

近年來,隨著小康目標的基本達成我國正大踏步邁向發達國家,普通民眾對環境保護的意識越來越提高。為降低對環境有害污染物的排放,國家提高和制定了多項質量標準,對諸如油品、土壤、食品、大氣等中的微量有害元素的探測限的要求越來越高。如:車用燃油的質量標準,其中對硫濃度的限量要求從50ppm(車用汽、柴油國IV)降低到10ppm(車用汽、柴油國V、國VI);如對汽、柴油中硅,氯元素的限量要求達到1ppm。國家環保部制定了多項標準,如HJ829-2017環境空氣顆粒物中無機元素的測定能量色散X射線熒光光譜法、HJ830-2017環境空氣顆粒物中無機元素的測定波長色散X射線熒光光譜法、HJ780-2015土壤和沉積物無機元素的測定波長色散X射線熒光光譜法等等。

降低XRF光譜儀檢出限的途徑是增加有效輻射和降低背景信號。近來,X射線光學器件得到很大的發展。一種現有的X射線光學器件,雙彎曲晶體DCC(Doubly Curved Crystals),其基于光學晶體(例如,鍺(Ge)或硅(Si)晶體)對X射線源發散輻射的聚焦并同時進行單色化。使用這種DCC的低功率X射線源XRF光譜儀,其檢出限能達到亞ppm級別。

本公司自2016年年初起開始研制DCC晶體。本公司集聚公司所有精英,查閱了大量國內外技術資料和專利,做了大量的實驗,試制了不同材料做成的不同類型的DCC晶體。

我們試制了鍺(Ge)、硅(Si)、氟化鋰(LiF),石英等天然晶體,雖然它們的衍射效率較高,但這些晶體的光譜分辨率太高,只能部分衍射X光管靶材的特征X射線,所以積分反射率低。我們就對各種人工晶體進行了研究實驗,發覺大部分的人工晶體,如在波長色散XRF光譜儀中用的最多的多層晶體,其衍射效率還低于天然晶體,雖然它們的光譜分辨率不高,但積分反射率也較低。最終我們找到了我們稱之為DM的人工晶體,DM晶體的積分衍射率是天然晶體的3到10倍,是目前世界上最高的。

我們還對雙彎曲面進行了研究。諸如半聚焦(Johann)旋轉,全聚焦(Johansson)旋轉和對數螺線(Logarithmic Spiral)旋轉等。半聚焦基于約翰幾何形狀,一個限制是低輻射收集角,克服這種限制的方法已在美國專利No.5,127,028和美國專利No.7,035,374中公開,但仍然有局限性,這2個專利都使用多個衍射晶體進行拼接的方法,所以難以制造。全聚焦基于約翰遜幾何形狀,理論上全聚焦是完全滿足衍射條件且是點對點聚焦的,所以是最好的。但全聚焦DCC的制造工藝極其復雜,除彎曲外它必須有一個磨成2R曲面的過程,人工晶體是不可能磨制的,而天然晶體如Si,Ge等是很脆的,極不容易磨制,所以至目前在國內外未見有成功制造商業化全聚焦DCC晶體的報道。對數螺線基于對數螺線幾何形狀,理論上與全聚焦相同,也是完全滿足衍射條件的,不同的只是對于點光源聚焦于一個區域,而不像全聚焦是聚焦于一個點。但這個區域是很小的,一般只有2mm左右,對于在X射線熒光光譜儀中用作激發光源單色器的X射線光學器件,可認為是點對點的。另外,它可以采用所有晶體包括人工晶體制造,并且一般情況下不用拼接,容易制造。

最終經本公司技術精英2年多的刻苦專研,研制成對數螺線旋轉雙曲面人工晶體(LSDCC。其完全滿足衍射條件,并可以認為是點對點聚集的,采用具有已知晶體中最大積分反射率的DM人工晶體,所以是單色高衍射效率點對點聚集的。另外,它只需彎曲無需磨制和拼接,制造方便,所以性價比較高。 

該晶體的推出定將極大地提高XRF光譜儀的靈敏度,降低XRF光譜儀的檢出限,實現XRF光譜儀的小型化。該晶體的推出會是本公司的一大利器,將使本公司的X熒光光譜儀提高到國際先進水平。該晶體的推出將使本公司在今后的幾年里陸續推出各種不同類型的單色激發X射線熒光光譜儀,諸如臺式、便攜式、手持式的,單色波長色散、單色能量色散的,實驗室用、工業用、野外現場用的,測輕元素、測重元素、測全元素的。這些單色激發的XRF光譜儀將用于各行各業,特別是需要測量微量元素的油品,環保,食品等行業。

我們相信,隨著今后幾年多種不同類型的單色激發XRF光譜儀的推出,本公司無論產品質量、產品檔次、產品銷量都會有一個較大的提高,將會在為我國的儀器事業做出較大貢獻的同時使本公司得到飛躍式的發展。



上海愛斯特電子有限公司

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