X射线荧光分析（X-ray Fluorescence Analysis,XRF）技术是一种可靠、精确的分析技术,具有无损分析、检测速度快、灵敏度高等特点,广泛应用在科研以及工业等领域中。X射线源是XRF仪器中的关键部件,其性能对分析结果有极大的影响。具有多种出射能谱的X射线源可以有效提高XRF对复杂样品的检测灵敏度,所以多靶材X射线管成为XRF分析仪器中的研究热点。本文提出一种新型多靶材X射线管的设计方案并成功研制实验样机,通过在Be窗上分区设置不同的靶材,利用电场调制电子束运动轨迹,使电子轰击在不同的靶材上从而出射对应的X射线。本文主要围绕电场调制多靶材X射线管的设计展开研究。先后进行了X射线管的理论分析、仿真优化、方案设计和样机调试等。具体研究内容和主要成果如下:（1）使用CST粒子工作室进行X射线管主体结构的设计。选用0.3 mm（直径）×5 mm（长度）的螺旋钨丝为电子发射源,使用单个膜、筒结合的聚焦电极有效引出并聚焦电子,使得电子在阳极孔附近形成的束流直径小于3 mm。在阳极筒中设置调制电极,实现了约6.7 mm的靶平面上的调制幅度以及尺寸约为2.5 mm×4 mm和2 mm×5 mm的焦点。同时,在CST中分析了阴极、聚焦极和阳极之间的场强,结果表明,两处场强远小于该间隙距离下的击穿场强。（2）使用蒙特卡罗模拟程序Geant4对X射线的产生及其输运过程进行模拟。比较了几种常用靶材的综合性质,选择了Cr、Ni、Au和Mo作为靶材元素。对这四种靶材厚度进行优化,分别得到其在30 ke V电子轰击下出射X射线强度随厚度的变化规律,得到最佳靶材厚度。提高了出射能谱的峰总比,改善了反射式X射线管峰总比低、特征X射线强度小的问题。进一步利用Geant4模拟计算,得到了电子在不同入射角度时的出射X射线角分布,为X射线强度的计算提供了依据。（3）使用有限元分析软件ANSYS对靶组件进行了可靠性设计和分析。在热力学仿真中,假设所有的电子功率都转化为热能,并聚集在焦点位置,只改变Be窗厚度进行仿真计算,得到靶组件上最高温度随Be窗厚度的变化情况以及温度分布,结果表明带有300 um的Be窗的靶组件可以承受10 W的连续电子功率。通过静力学的仿真,验证了优化后的靶组件结构可以承受0.1MPa的压强,Be窗应力小于其极限应力值,可以保证X射线管的安全运行。（4）根据物理设计结果,开展了X射线管主体及附属设备的工程设计并完成加工和调试。综合考虑误差、和材料性能等方面问题,进行工程设计和工艺探索,完成X射线管和附属设备加工。最后,搭建了实验平台并完成调试工作,实现了对电子束的调制和出射能谱的变换功能。本文所设计的透射式、多靶材X射线管结构紧凑,特征能谱易于调制,可以应用于高精度的XRF分析、X射线通讯、医学成像等多个方面,并为相关研究提供了技术基础。