新型X光器件研制及X光透镜在大气颗粒物源解析中的应用

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锥形单毛细管(锥管)和椭球形单毛细管(椭球管)都是利用X射线全反射原理来会聚X射线的光学器件,我们利用高精度光纤拉丝塔制作了高品质的锥管和椭球管,并且对它们的束斑大小、传输效率和增益因子进行了测量。测量结果表明,锥管的束斑大小可以达到20微米以下,在8.04keV能量点处,锥管的传输效率为13.86%,在距离锥管出口端2.5mm处,锥管的增益因子为85。利用锥管会聚X射线可以得到比目前经常使用的X光透镜更小的束斑,所以锥管在X射线微区分析方面具有独特的优势。椭球管可以将发散的X射线会聚成几十微米的焦斑,在8.04keV能量点处,椭球管的传输效率为55%,在椭球管焦斑处其增益因子为50。由于X射线在椭球管内部只发生一次全反射,所以被管壁吸收和散射掉的X射线大大减少,使得椭球管的传输效率要高于锥管。锥管和椭球管的测量结果都令人满意,这些工作都为以后锥管和椭球管的实际应用打下了基础。   近年来,大气颗粒物成为影响城市空气质量的主要污染物。对大气颗粒物的监测也越来越受到重视,X射线荧光分析(XRF)是一种分析大气颗粒物成分的有效手段。为了能够在实验室对大气颗粒物进行源解析,我们建立了基于毛细管X射线微会聚透镜和实验室X射线光源的X射线荧光谱仪。谱仪中所使用的毛细管X射线微会聚透镜的焦斑处功率密度增益为400,透镜焦斑大小为240微米,该谱仪的最小检出限可以达到ng/cm2的量级。在X光源电压和电流分别为35kV和70mA的条件下,利用该谱仪对大气颗粒物源样品和受体样品进行了XRF定量分析,得到了源样品和受体样品的成分谱。在此基础上利用化学质量平衡(CMB)模型对不同天气的大气颗粒物进行了源解析,解析结果表明当天气晴朗无风时煤烟尘和汽车尾气为采样点周围的主要污染源,在风沙天气,风沙尘则成为最主要的污染源。源解析结果的各评价参数值都较为理想,并且与采样点周围的实际情况相符合。实验结果表明,毛细管X射线微会聚透镜在大气颗粒物源解析中具有潜在的应用价值。
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