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X射線探測(cè)裝置XR-100CR

直接聯(lián)系

AMPTEK INC.

美國(guó)

產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)

參考報(bào)價(jià)：

面議

關(guān)注度：

1233

產(chǎn)品介紹

XR-100CR型X射線硅漂移探測(cè)器

145eV的能量分辨率！
全固態(tài)設(shè)計(jì)！
熱電致冷技術(shù)——無(wú)需液氮！

XR-100CR型硅PIN探測(cè)器及配套電源PX5

XR-100在火星探測(cè)器上的應(yīng)用

XR-100探頭組件示意圖

XR-100CR系列產(chǎn)品由高性能X射線探頭，前置放大器（前放）和致冷系統(tǒng)組成，**采用熱電致冷技術(shù)保持硅PIN光電二極管的低溫工作環(huán)境，另外在兩級(jí)熱電致冷器上還安裝了輸入場(chǎng)效應(yīng)管(FET)和新型溫度反饋控制電路，這樣探頭組件的溫度可保持在約零下55攝氏度左右，并可通過(guò)組件內(nèi)置的溫度傳感器顯示實(shí)時(shí)溫度。探頭采用TO-8封裝，并利用不透光和不透氣（真空封裝適用）的薄鈹(Be)窗以實(shí)現(xiàn)封裝后的軟X射線探測(cè)。

XR-100CR系列產(chǎn)品無(wú)需采用昂貴的低溫制冷系統(tǒng)即可獲得非常優(yōu)越的性能，它標(biāo)志著X射線探測(cè)器生產(chǎn)技術(shù)上的一個(gè)突破。

產(chǎn)品特性：

1. 硅PIN光電二極管探頭；

2. 兩級(jí)熱電致冷器；

3. 探頭溫度實(shí)時(shí)顯示；

4. 鈹（Be）窗；

5. 多層準(zhǔn)直器；

6. 密封封裝（TO-8）；

7. 檢測(cè)范圍寬，適于多種應(yīng)用；

8. 操作簡(jiǎn)單，易上手。

應(yīng)用范圍：

1. X射線熒光分析；

2. RoHS/WEE標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)；

3. 便攜式設(shè)備；

4. OEM應(yīng)用；

5. 核醫(yī)療學(xué)；

6. 高校和科研院所教學(xué)研究；

7. 藝術(shù)和考古學(xué)；

8. 生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控；

9. 穆斯堡爾譜儀；

10. 航空及宇航應(yīng)用；

11. 核電站輻射監(jiān)控；

12. 有毒物垃圾場(chǎng)檢測(cè)；

13. 粒子誘發(fā)X射線熒光分析（PIXE）。

配件：

1. MP1型X射線熒光分析系統(tǒng)裝配平臺(tái)

2. 真空應(yīng)用相關(guān)配件；

3. 準(zhǔn)直套裝（高通量應(yīng)用）；

4. 實(shí)驗(yàn)室XRF開(kāi)發(fā)套裝；

XRF設(shè)備由此開(kāi)始 ... ...

圖1. 6mm²/500μm尺寸硅PIN探測(cè)器測(cè)得的⁵⁵Fe能譜

利用硅PIN探測(cè)器測(cè)量⁵⁵Fe（5.9keV的峰）能譜時(shí)的能量分辨率為145eV到230eV不等（半高全寬，F(xiàn)WHM），具體分辨率和探測(cè)器類型以及成形時(shí)間（shaping time）常數(shù)有關(guān)，詳情可參見(jiàn)選購(gòu)指南。

簡(jiǎn)要理論說(shuō)明

入射的X射線會(huì)和硅原子相互作用，X射線能量每損失3.62eV就會(huì)在硅晶體產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)。隨著入射能量的不同，能量損失或以光電效應(yīng)為主，或以康普頓散射(Compton scattering)為主。而探測(cè)器吸收X射線能量并產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的幾率（即探測(cè)效率）隨著硅的厚度增大而變大。

為提高電子-空穴隊(duì)收集效率，需要在硅晶體上加約100到200伏的電壓，而具體大小則取決于硅的厚度。在室溫下工作時(shí)，該偏壓對(duì)半導(dǎo)體而言過(guò)高，很可能漏電甚至擊穿硅晶體。但在XR-100CR型探測(cè)器中**應(yīng)用了熱電制冷技術(shù)，保證探頭在低溫下工作，這樣漏電流大大減少，從而可以實(shí)現(xiàn)在高偏壓下的正常工作。另外高偏壓還能降低探測(cè)器的電容，進(jìn)而降低系統(tǒng)噪聲。

熱電制冷器同時(shí)對(duì)硅探測(cè)器以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管（為電荷敏感前置放大器提供輸入）進(jìn)行冷卻。對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管的冷卻能減少它的漏電流，同時(shí)能增加跨導(dǎo)（transconductance），二者都能減少系統(tǒng)的電子學(xué)噪聲。

實(shí)際上光電二極管探測(cè)器無(wú)法直接光學(xué)自復(fù)位，因此XR-100CR系列產(chǎn)品應(yīng)用一種新穎的反饋控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電荷敏感前置放大器的自復(fù)位。沒(méi)有繼續(xù)采用傳統(tǒng)產(chǎn)品中的復(fù)位晶體管，而是通過(guò)發(fā)射一個(gè)精確的電荷脈沖到場(chǎng)效應(yīng)管中來(lái)實(shí)現(xiàn)自復(fù)位，其中利用了到探測(cè)器的高壓連接和探測(cè)器電容。該方法避免了自復(fù)位晶體管的噪聲問(wèn)題，系統(tǒng)的能量分辨率進(jìn)一步提高。

利用熱電制冷的探測(cè)器內(nèi)部元件的溫度會(huì)隨著室溫的變化而改變，故為即時(shí)監(jiān)控這些元件的溫度，在硅基底上還安裝了一個(gè)用于溫度監(jiān)控的二極管芯片。低于-20^oC的情況下，XR-100CR的性能在幾攝氏度的范圍內(nèi)都不會(huì)有明顯變化，故在通常室溫條件下使用時(shí)無(wú)需采用閉合環(huán)路的溫度反饋控制電路，但在OEM手持式X射線熒光譜儀設(shè)備應(yīng)用中則強(qiáng)烈推薦使用溫度反饋控制電路。主動(dòng)溫度控制（ATC）模塊在PX2CR中是可選的，而在PX5中是默認(rèn)標(biāo)配的。

產(chǎn)品參數(shù)

常規(guī)參數(shù)
探頭類型	硅PIN探測(cè)器(Si-PIN)
硅基底尺寸	6-25mm²
硅基底厚度	300或500μm
準(zhǔn)直器	多層準(zhǔn)直器
能量分辨率(@⁵⁵Fe， 5.9keV峰)	145-230eV FWHM (取決于探測(cè)器類型和成形時(shí)間常數(shù))
本底計(jì)數(shù)	<3x10^-3/s，（對(duì)應(yīng)2-150keV峰值，7mm²/300μm探測(cè)器）
鈹(Be)窗厚度	1mil (25μm)或0.5mil (12.5μm)
電荷敏感型前置放大器	Amptek定制設(shè)計(jì)（通過(guò)高壓連接復(fù)位）
增益穩(wěn)定性（溫飄）	<20ppm>oC (一般情況下)
外殼尺寸	3 x 1.75 x 1.13 inch， 7.6 x 4.4 x 2.9 cm
重量	4.9 ounces (139g)
總功率	<1W
保修期	一年
產(chǎn)品壽命	五到十年，因具體應(yīng)用而異
環(huán)境溫度	0~+40^oC
倉(cāng)儲(chǔ)和物流要求	長(zhǎng)時(shí)間倉(cāng)儲(chǔ)：干燥條件下存放十年以上一般倉(cāng)儲(chǔ)/物流：-20到+50^oC，10%到90%濕度（無(wú)冷凝器）
	TUV Certification Certificate #: CU 72072412 01 Tested to: UL 61010-1: 2004 R7 .05 CAN/CSA-C22.2 61010-1: 2004
輸入?yún)?shù)
前置放大器電源	電壓正負(fù)8到9V，電流15mA，噪聲峰峰值小于50mV
探頭電源	電壓100到200V，電流1μA（因探頭種類而異）；輸入需要非常穩(wěn)定：<0.1%的波動(dòng)。
制冷器電源	電壓4V，噪聲峰峰值小于100mV，電流350mA 注意：XR-100CR探測(cè)器自身包含溫度控制器
輸出參數(shù)
復(fù)位輸出波形	XR100CR的輸出在+5和-5V之間；復(fù)位周期會(huì)隨探測(cè)器類型和計(jì)數(shù)率不同而變化。
前置放大器靈敏度	一般為1mV/keV（不同探測(cè)器可能略有不同）
前置放大器極性	負(fù)脈沖信號(hào)輸出（**負(fù)載為1k歐姆）
前端放大器反饋	經(jīng)過(guò)探測(cè)器電容復(fù)位
溫度顯示靈敏度	PX2CR中770mV相當(dāng)于-50^oC；利用PX5可通過(guò)軟件直接讀取溫度（單位：開(kāi)爾文）。

XR-100CR 連接器接口

前置放大器輸出	同軸電纜BNC接頭
功率和信號(hào)	六針雷莫（LEMO）接頭（Part# ERA.1S.306.CLL）
互連電纜	單獨(dú)使用XR100CR：六針雷莫接頭（Part# FFA.1S.306.CLAC57）到九針D型接口；配套使用PX5：六針雷莫到六針雷莫接頭；長(zhǎng)均五英尺。

六針LEMO接頭針腳輸出

針腳1	溫度監(jiān)控二極管
針腳2	探測(cè)器正偏壓（高壓），**為+100~200V
針腳3	前置放大器-9V電源
針腳4	前置放大器+9V電源
針腳5	致冷器電源返回
針腳6	致冷器電源輸入（電壓范圍：0~+4V，電流350mA）
外殼	接地和屏蔽

選配組件

1. 其他厚度的Be窗可特別訂購(gòu)（0.3mil到7.5um）；

2. 高通量應(yīng)用時(shí)候的準(zhǔn)直器套件；

3. 真空應(yīng)用相關(guān)配件；

4. OEM應(yīng)用；

5. X-123配置。

圖2a. X-123配置，包含探測(cè)器，前置放大器，數(shù)字處理器及電源的一體化設(shè)計(jì)。

圖2b. 探測(cè)器，前置放大器及封裝。

圖3. XR100CR探測(cè)器加長(zhǎng)選項(xiàng)

XR100CR的數(shù)字脈沖處理器和電源模塊

XR-100CR系列產(chǎn)品的電源由PX5(數(shù)字脈沖處理器和電源模塊組合)提供，而PX5自身的直流輸入來(lái)源于交流電適配器。PX5提供了數(shù)字脈沖處理放大器（0.2~100us峰化時(shí)間），多道分析功能以及探測(cè)器所需的所有電源。

XR-100CR/PX5的組合系統(tǒng)能確保開(kāi)機(jī)1分鐘后穩(wěn)定工作。

圖4. 采用XR100CR和PX5搭建的典型系統(tǒng)的框圖。

AMPTEK公司能提供不同的探測(cè)器和前置放大器配置以滿足不同需要，其對(duì)應(yīng)的針腳輸出和電壓類型不一樣。

圖5. 硅PIN和硅漂移探測(cè)器的分辨率和峰化/成形時(shí)間關(guān)系曲線

圖6. 不同峰化時(shí)間下探測(cè)器能量分辨率和輸入計(jì)數(shù)率（ICR）關(guān)系，對(duì)應(yīng)XR100CR和PX5情況

圖7. 不同峰化時(shí)間下的PX5輸出能力

準(zhǔn)直器的使用

為提高能譜測(cè)量的質(zhì)量，絕大部分Amptek生產(chǎn)的探測(cè)器都帶有內(nèi)部準(zhǔn)直器。

探測(cè)器有效面元(active volume)邊緣部分和X射線的相互作用會(huì)因不完全電荷收集產(chǎn)生一些小脈沖信號(hào)，進(jìn)而影響測(cè)得的能譜數(shù)據(jù)。而且這些信號(hào)可能正處在用戶所關(guān)心的元素所在的能量范圍，降低了信噪比。而內(nèi)部準(zhǔn)直器則可以限制X射線只能打到有效面元內(nèi)，這就避免了噪聲信號(hào)的產(chǎn)生。

不同類型的探測(cè)器中準(zhǔn)直器的應(yīng)用各有優(yōu)點(diǎn)：提高峰本比（P/B）；消除邊界效應(yīng)；消除假尖峰信號(hào)。

真空環(huán)境中的應(yīng)用

XR-100CR型產(chǎn)品可以工作在10^-8托的真空環(huán)境到大氣壓下工作，而真空環(huán)境應(yīng)用有如下兩種方案：

1) XR-100CR的探頭和前放均置于真空室內(nèi)部：

a. 為保證XR-100CR的正常工作，需避免器件過(guò)熱，并做好輸入的1W功率的良好導(dǎo)熱；即利用XR-100CR封裝上的四個(gè)安裝孔，根據(jù)具體真空室位形設(shè)計(jì)散熱，將器件熱量傳導(dǎo)到真空室壁上；

b. 在CF（Conflat Flange）刀口法蘭上利用可選的真空饋通端子（如9DVF型，九接口）連接X(jué)R-100CR和真空室外的PX5電源。

2) XR-100CR全部置于真空室外：需利用可選的真空探測(cè)器延長(zhǎng)組件（如EXV9型，長(zhǎng)9英寸）和標(biāo)準(zhǔn)CF刀口法蘭窗口（通過(guò)O型金屬環(huán)密封）配套。

效率曲線

圖8（線性坐標(biāo)）. XR-100CR型探測(cè)器的對(duì)應(yīng)完全能量沉積的內(nèi)稟探測(cè)效率。

該效率對(duì)應(yīng)X射線能進(jìn)入該探測(cè)器前端并通過(guò)光電效應(yīng)沉積所有能量到探測(cè)器上的概率。

圖9（對(duì)數(shù)坐標(biāo)）. 考慮各種效應(yīng)后的收集效率，其中也包含了光電效應(yīng)的概率影響。

光電效應(yīng)在低能段主導(dǎo)，而該效應(yīng)對(duì)應(yīng)了能量的完全沉積，但在超過(guò)40keV后，康普頓（Compton）散射效應(yīng)逐漸顯著，不是所有能量均沉積在探測(cè)器上。

上面兩圖同時(shí)考慮了鈹窗（包括保護(hù)層）對(duì)X射線透過(guò)率的影響以及光子與硅探測(cè)器之間的相互作用。曲線的低能部分由鈹窗的厚度決定，而高能部分則取決于硅探測(cè)器的有效探測(cè)厚度。選用特定的鈹窗，可使90%的能量為2到3keV的入射光子到達(dá)探測(cè)器；選用特定的探測(cè)器，可接收到90%的9到12keV 的光子。

傳輸效率文件：包含傳輸效率方面系數(shù)和常見(jiàn)問(wèn)題解答的.zip格式文件，僅提供基本信息，不能作為定量分析依據(jù)。

XR-100在探路者（PathFinder）計(jì)劃中在火星著陸！！！

得益于該系列產(chǎn)品的獨(dú)特設(shè)計(jì)和可靠性，XR-100在探路者計(jì)劃中被選中，用于巖石和土壤成分分析。

來(lái)自火星的**個(gè)巖石元素成分能譜

圖10. 承蒙芝加哥大學(xué)提供。

完整的XRF系統(tǒng)

圖11. 完整的X射線熒光譜儀系統(tǒng)

圖12. XR100CR和Mini-X安裝在MP1平臺(tái)上示意圖

完整的X射線熒光譜儀系統(tǒng)包括：

1. XR-100CR型X射線探測(cè)器；

2. PX5型數(shù)字脈沖處理器，多道分析模塊和電源；

3. Mini-X型USB控制X射線管；

4. XRF-FP定量分析軟件；

5. MP1型XRF系統(tǒng)裝配平臺(tái)。

更多信息請(qǐng)關(guān)注AMPTEK英文官方網(wǎng)站：。