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本论文选题来源于国家863计划“放射性矿产探测与开发技术”主题项目课题——高精度能谱探测仪器研发(课题编号:2012AA061803)。随着环境污染日趋严重,农田生态系统受到了工业排放的重金属污染,很多粮食作物受到了不同程度的污染。水稻生长过程中对Cd、As、Pb等重金属有较强的吸附能力,因此很容易被污染。稻米是世界上几乎一半人口的主要食物来源,为了避免重金属超标的稻米流入市场,进入百姓的餐桌,对稻米中重金属的检测,特别是Cd元素的检测已显得十分迫切。传统的粮食中重金属的检测技术大多存在分析时间长、操作繁琐、无法进行现场检测等缺点。近年来,能量色散X射线荧光技术以其快速、无损检测、样品前处理简单等优势,广泛用于合金和矿物中元素的分析,而对类似于稻米等轻基体中痕量重金属元素分析的应用较少。本文针对稻米中重金属的元素的EDXRF分析,利用蒙特卡罗方法,模拟建立痕量重金属分析的最佳探测装置。首先通过对探测装置的理论分析,确定蒙特卡罗方法需要模拟的各种参数条件,然后通过MCNP5模拟了探测装置中的各个部分的条件。论文取得的主要成果和创新性如下:(1)通过对“源-样”夹角α、“样-探”夹角β不同角度组合状态的模拟,根据CdKα的归一化计数和峰背比参数确定最佳α角为25°,最佳β角为25°;(2)在最佳“源-样-探”角度条件下,模拟了“源-样”和“样-探”之间不同距离条件的组合,根据CdKα的归一化计数和峰背比参数确定“源-样”最佳距离为0.25cm和“样-探”最佳距离为0.55cm;(3)对样品的三种外部形状(平面形、楔形和薄片形状),采用MCNP5模拟得出楔形样品为最佳形状,且其楔形角度为80°;(4)通过对初级滤光片的蒙特卡罗模拟,得出初级滤光片Al、Fe、Cu的最佳厚度分别为330μm、18μm、12μm,其中Cu滤光片的滤光效果相对较好;(5)次级滤光片为Ru和Rh组成的一对平衡滤光片,通过理论公式计算出Rh、Ru的最佳厚度分别为25.21μm、26.47μm,模拟结果表明,平衡滤光片能够大大的改善测量的峰背比;(6)模拟结果显示,60kV左右的X光管工作电压为检测大米中Cd元素的最佳激发电压;(7)采用La作为二次靶材料,设计了透射型和反射型两种二次靶,反射型二次靶采用偏振三维光路装置。模拟结果显示,透射型二次靶的最佳靶材厚度为30μm,而且透射型二次靶的激发效果好于反射型二次靶。通过理论研究和蒙特卡罗模拟得到了X射线荧光仪的最佳探测条件,为EDXRF分析稻米中重金属的装置设计及实际应用提供指导。