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從純技術角度討論X光管的壽命問題

[2012/12/25]

  按照目前的情況來說,一般手持式EDXRF在幾瓦,臺式EDXRF儀器X光管的功率在幾十瓦,固定道的WDXRF一般在幾百瓦,而掃描道的WDXRF要用到幾千瓦。另外,X光管的壽命和每個用戶的儀器使用狀態有很大的關系,比如,使用時,越接近光管的設計功率,使用壽命就越短;因此,X光管的壽命問題比較復雜。一般來說(并不是很嚴格),功率越大的X光管,壽命就相對要短一些。

  當然,這里不包括那些完全出于商業目的在這里胡說八道的人,事情往往會這樣,越是在技術上一竅不通的人,就越敢胡說八道。

  X光管從結構上分為大致可以分為側窗管,端窗管等等,從靶的結構上可以分為旋轉靶,固定靶;反射靶、透射靶等等;另外,靶的材料根據不同的應用也各不相同,比較常用的有鎢靶、鉬靶、銀靶、銠靶、等等很多。另外,X光管也可以按照功率大小進行分類。特別需要指出的是,目前,X光管在國內已經完全能夠批量生產,質量也完全可以保證;很多國外的X光管,都是在中國進行生產的,特別是中小功率的X光管。X光管的壽命,主要由以下三個方面決定:燈絲、靶材、真空。X光管的工作過程是:燈絲加熱產生的自由電子,在高壓電場進行加速,轟擊到靶材上,產生靶材的特征X射線和韌致輻射。

  X光管的壽命主要決定于:

  1、X光管真空是否能夠長期保持

  2、燈絲是否容易燒斷

  3、靶材是否能夠經受長期的高速電子轟擊

  另外需要強調的是:X光管是功率器件,它的散熱效果對X光管的使用壽命也至關重要。

  我想說明的是,對于X光管的壽命問題,只要我們明白了它的結構、原理、失效的過程,我們就可以對此問題做出一個理智的判斷了,而不會只是聽儀器生產商片面的宣傳了。

  X光管的失效主要有三個方面,燈絲、靶材、真空。因為X光管的真空密封是石英玻璃的,因此,真空能夠長期保持與否,很重要的問題就是密封材料的(石英玻璃)的品質,吹制的工藝、玻璃與金屬部件之間的結合密封工藝等諸多因素,另外很重要的一點是整套部件的熱密封性能(因為X光管是功率部件,它在工作的時候溫度是很高的),特別是在冷熱交替的情況下。

  X光管在裝配到儀器里面的時候,還要增加一個X光管冷卻套,一方面是在冷卻套內增加散熱媒介(大功率時還要采用外循環)進行散熱,另外也起到射線輻射防護的作用,一般會采用金屬材料。所以我們在儀器里看到的X光管,不是X光管的裸管,而是冷卻套部分。

  靶材和燈絲的問題比較簡單,主要要求材料純度要高,份量要足(開個玩笑)。因為在X光管工作時,燈絲和靶材都在消耗中。

  另外,XRF儀器的使用方法和使用環境也會影響X光管的使用壽命。因此,我們在使用XRF儀器的時候,也要特別注意幾點:1、打開和關閉X光管系統時,要逐漸的增加和逐漸降低X光管的管流和管壓,不要突然增加、或者在較高的管流和管壓的狀態下突然關閉X光管的高壓電源,如果有外循環冷卻系統,也不要在大負載工作以后,馬上關斷冷卻系統。2、在使用環境上,一定要保證環境的溫度和濕度條件,特別是在南方潮濕的天氣環境下,更要特別注意。儀器實驗室必須安裝空調設備。3、儀器的使用環境中,不能有酸霧存在,也就是說,XRF儀器不要和化學實驗室在同一個房間內。因為X光管和探測器都有用金屬鈹做的窗口,金屬鈹很容易被酸腐蝕。

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