- Категория: Блог
- Просмотров: 1621
Сравнение характеристик SDD и PIN кремниевых детекторов
Ниже приведена сравнительная таблица по основным параметрам энергодисперсионных детекторов двух типов: PIN и SDD.
Тип детектора/ Характеристики |
Площадь рабочей области |
Разрешение (линия Fe55) |
Температура внутренней поверхности детектора |
Ограничение входной скорости счёта |
Стоимость |
SDD |
10-50 мм2 |
120-160 эВ |
от -20 до -40 °С |
≈500 тыс. отсчётов/сек |
Более дорогой |
PIN |
5-15 мм2 |
150-220 эВ |
от -20 до -40 °С |
≈100 тыс. отсчётов/сек |
Менее дорогой |
Табл.1 Сравнительная таблица основных параметров SDD и PIN детекторов
Типичный SDD детектор превосходит по производительности детектор с PIN-диодом. SDD детектор имеет лучшее разрешение, а также способен зарегистрировать большее количество рентгеновских квантов за заданный промежуток времени. Энергетическое разрешение является важным параметром, так как позволяет разделить фотоны от различных химических элементов, что влияет на достоверность результатов. Повышенная скорость счёта позволяет собрать более точную статистику за определённый временной интервал. Однако PIN детектор имеет преимущество в отношении цены. Данный тип детекторов обычно используется для бюджетных РФА приложений.
Схема установки
Установка для РФА имела стандартную конфигурацию (рис.1).
Рис.1 Слева изображена схема установки для РФА анализа с изображением наиболее важных её частей. Справа показана фотография установки.
Медный фильтр поглощает большую часть рентгеновских квантов с энергиями менее 15 кэВ от источника, что позволяет добиться наилучшего соотношения сигнал-шум в этой области. Однако данный фильтр не препятствует прохождению L-линии от вольфрама (порядка 8.3 кэВ). L-линия вольфрама улучшает анализ никеля и элементов с более низким атомным числом, однако может быть причиной паразитных пиков в спектре. На рис. 2 показан спектр от образца из чистой пластмассы, содержащий рассеянную L-линию вольфрама и тормозное излучение от источника.
Рис.2 Спектр от пластмассы, не содержащей примесей.
В ходе эксперимента сравнивались показатели производительности трёх типов детекторов: SDD, XPIN6 и XPIN13. Подробная сравнительная характеристика приведена в табл.2
Характеристика/Тип детектора |
SDD |
XPIN6 |
XPIN13 |
Площадь рабочей области, мм2 |
20 |
6 |
13 |
Толщина активной области диода, мкм |
500 |
625 |
625 |
Разрешение (линия Fe55), ширина на полувысоте, эВ |
150 |
165 |
200 |
Количество отсчётов за 30 сек. (спектр нержавеющей стали), тыс. |
349 |
117 |
131 |
Мертвое время, % |
26 |
22 |
25 |
Время формирования импульса (MXDPP), мксек. |
8 |
20 |
20 |
Ток анода источника, мкА |
20 |
20 |
15 |
Температура детектора, °С |
-45 |
-35 |
-35 |
Из табл.2 следует, что SDD детектор имеет лучшее разрешение, более высокую скорость формирования импульса и большую площадь рабочей области. Скорость счёта SDD детектора примерно в 3 раза выше, чем у PIN детектора.
Результаты РФА анализа
Нержавеющая сталь - 304 включает в себя кроме железа следующие элементы: <0.03% углерода, <1% кремния, <0.045% фосфора, <0.03% серы, 17.5-20% хрома, 8-11% никеля. Используемая установка не позволяла регистрировать элементы с атомным числом ниже кальция. Удалось проанализировать только элементы с атомным числом выше хрома. Каждый детектор в течение 30 сек. регистрировал сигнал от образца нержавеющей стали-304. На рис. 3 показаны три спектра, полученные детекторами SDD, XPIN6 и XPIN13, где видны основные элементы. На рис.4 показан тот же спектр, только для выделенной области от 5 до 9 кэВ.Рис.4 Спектр, полученный от нержавеющей стали-304, выделена область от 5 до 9 кэВ.
Характеристика источника
|
Значение |
Материал анода |
вольфрам |
Высоковольтное напряжение |
49.3 кВ |
Толщина бериллиевого окна |
250 мкм |
Расстояние от источника до образца |
25 мм |
Параметры рентгеновского фильтра |
Медь, толщина 75 мкм |
Характеристика/Тип детектора |
SDD |
XPIN6 |
XPIN13 |
Толщина активной области, мкм |
500 |
625 |
625 |
Толщина нечувствительного слоя, мкм |
0.15 |
0.15 |
0.15 |
Толщина бериллиевого окна, мкм |
12 |
25 |
25 |
Расстояние от образца до детектора, мм |
25 |
25 |
25 |
Фильтр |
- |
- |
- |
Cr |
Mn |
Fe |
Ni |
Mo |
Co |
Cu |
Общее кол-во отсчётов, тыс. |
|
Табличные значения концентраций, % |
17.5- 20 |
<2 |
Основной |
8-11 |
- |
- |
- |
|
SDD-30 сек. |
18.3 |
1.5 |
71.8 |
7.7 |
0.09 |
0.03 |
0.59 |
349 |
PIN6-30 сек |
18.3 |
1.7 |
71.5 |
8.0 |
0.12 |
0.03 |
0.31 |
117 |
PIN13-30 сек |
18.5 |
1.7 |
71.3 |
8.1 |
0.12 |
0.02 |
0.16 |
131 |
SDD-10 сек |
18.5 |
1.7 |
71.0 |
7.9 |
0.09 |
0.03 |
0.58 |
117 |
PIN6-10 сек |
18.5 |
1.4 |
71.5 |
7.8 |
0.11 |
0.02 |
0.08 |
51 |
PIN13-10 сек |
18.4 |
1.4 |
71.7 |
7.6 |
0.13 |
0.03 |
0.64 |
61 |
Табл. 4. Результаты расчёта концентраций элементов в образце нержавеющей стали-304 методом фундаментальных параметров при мертвом времени в 30%.
Выводы
Оба типа детекторов (PIN и SDD) применимы для идентификации большинства безъалюминиевых металлов/сплавов, таких как, например, нержавеющая сталь-304. Детектор с PIN диодом наиболее приемлем для данных приложений ввиду более низкой стоимости.
- Категория: Блог
- Просмотров: 1176
Что такое рентген?
Рентген входит в электромагнитный спектр с другой разной длиной волны света, ультрафиолета, y-луча и так далее.
Рентген относится к самой короткой длине волны, когда поток высокоскоростного электрона сталкивался с веществами.
Его длина волны приблизительно колеблется от 0,01 до 100 (108 [Ангстрем] = 1 см), очень короткая длина волны по сравнению
со светом. Он имеет аналогичные свойства по сравнению со светом, но также имеет несколько различных свойств.
Открытие рентгеновского луча
проникающей способности для идентификации внутренней части объекта.
Открытие Брэггом в начале 20-го века, что рентгеновское излучение может быть дифрагировано кристаллом. Он показал условие,
необходимое для дифракции, в своем законе Брэгга (2dSinθ = nλ), и, применяя эту дифракцию рентгеновских лучей, ему удалось
определить кристаллическую структуру различных веществ.
Характеристики рентгеновских лучей
Проникает в вещество, происходит поглощение (тепло), флуоресценция и фотоэлектрон
Рассеяние на вещество (когерентное рассеяние, некогерентное рассеяние, упругое рассеяние, неупругое рассеяние)
Чем меньше проникновение веществ, тем больше атомный номер и поглощение. Другими словами,
толщина покрытия может быть измерена по принципу, поглощение зависит от толщины и элемента.
Поглощение зависит от пропорции толщины предмета и элементов.
Что такое рентгеновская флуоресценция?
Когда первичное возбуждение рентгеновского излучения, испускаемого из рентгеновской трубки, сталкивается с образцом, он рассеивается либо рентгеновским излучением, поглощенным атомом, либо проникающим через вещество. Фотоэлектрический эффект относится к процессу, когда рентгеновское излучение передает всю энергию самой глубокой части и поглощается атомом. В этом процессе, если первичная рентгенограмма имеет достаточно энергии, электрон будет торчать изнутри, чтобы создать пространство. Это пустое пространство относится к нестабильности атома. Атом всегда пытается вернуться в стабильное состояние; таким образом, внешний электрон будет переноситься на внутреннюю сторону, и в этом процессе излучается определенная энергия рентгеновского излучения. Каждый атом имеет ряд энергетических уровней для излучения определенного рентгеновского излучения. Это излучение рентгеновского излучения называется «рентгеновской флуоресценцией (XRF)», и состав атомов в образце с помощью этого свойства можно измерить с помощью неразрушающего контроля.
Рентгеновская флуоресцентная спектроскопия
Свойства рентгеновского излучения варьируются по названию, что указывает на исходные углы, K, L, M и N. Также другие названия, альфа (α), бета (β), гамма (γ) используются для обозначения x- луч в электроне переносится с внешней стороны. В каждой сфере, В углах, есть несколько слоев подоболочки с электроном, имеющим большую или меньшую энергию; поэтому имя, обозначающее перенос электрона с одной оболочки на внутренний угол, классифицируется на α1, α2, β1, β2 и т. д.
Аналитический спектрометр XRF получает энергетический спектр, позволяя напряжению и току от HVPS к рентгеновской трубке исследовать рентгеновское излучение в образце и подсчитывать энергию флуоресценции, реагирующую в образце каждой энергетической полосой. Интенсивность элементной линии в полученном спектре связана с концентрацией элемента и толщиной образца. Увеличение концентрации элемента вызывает пропорциональное увеличение флуоресцентного излучения этого элемента; тогда как увеличение толщины образца пропорционально уменьшает эту интенсивность. Каждый элемент имеет индивидуальные характеристики излучающей линии; следовательно, прореагировавший элемент может быть идентифицирован с помощью полученной линии спектра. Также Толщина может быть проанализирована количественно, качественно и нанесением покрытия с помощью экспериментальной или теоретической
и физической модели.
Страница 25 из 25