轻元素(本文特指原子序数在11～17之间的元素)的XRF分析,对许多生产流程的控制具有重要的指导作用。但是,由于轻元素特征X射线能量低、激发效率低的特点。目前EDXRF谱仪对于轻元素的激发-探测效果并不理想,在实际应用中受到很大的限制。本文以轻元素EDXRF分析的前端探测装置设计及优化为研究内容,对探测装置中最优几何结构、布局以及X射线管工作最佳条件进行了理论研究与实验分析,以改进EDXRF方法分析轻元素的效果。论文的主要研究成果如下:(1)结合轻元素产生特征X射线的特点,对探测装置中所用到的激发源、探测器、二次转换靶以及真空环境进行选型。根据选定型号设备的几何安装尺寸,设计安装连接的机械零件,并搭建了实验探测装置。(2)运用MCNP5模拟对比了轻元素在两种测量环境——真空环境与氦气环境下的激发探测效果,分析了“源-样-探”、“源-靶-样-探”最佳角度以及分析轻元素时最适宜的X射线管的管压。结果表明:分析轻元素在真空环境中比在氦气环境中测量效果更好;分析轻元素时,在“源-样-探”模型中“源-靶”之间的最佳角度为70°,“样-探”之间的最佳角度为80°;在“源-靶-样-探”模型中“源-靶”之间的最佳角度为65°,“靶-样”之间的最佳角度为70°,“样-探”之间的最佳角度为60°;X射线管的最佳工作电压为10k V。(3)研究了X射线管出射射线的角度与光强分布规律并进行实验分析。实验结果表明:X射线管出射射线的角度16.8°,光强呈均匀分布。(4)在MC模拟结果的指导下,对探测装置几何布置的角度、距离展开了实验研究,实验结果与理论分析吻合。同时对测量轻元素时所用的最佳管压、管流参数进行了实验,发现管压为(9～10)k V、管流为(1.5～2.5)μA,分析轻元素含量较高样品,所得轻元素特征峰峰背比最优。(5)测量分析了二次转换靶的仪器谱,发现经过转换靶的仪器谱较为干净,背景散射明显减少。使用设计的两种探测装置,测量并对比了几种典型样品的仪器谱,发现二次转换靶激发方式激发轻元素效果比直接激发方式好。并使用所设计的探测装置,对煤样中的S、“GSS”物质中的Al、Si以及地质样品中的Na、Mg进行了测量分析,实验结果表明采用二次转换靶分析样品,与推荐值更吻合。