(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対してＸ線を照射するＸ線発生器と、それぞれの一端側開口部が前記Ｘ線発生器からのＸ線出射点を頂点とし、かつＸ線照射軸を軸芯とする円錐方向に沿って集束され、他端側開口部は前記Ｘ線照射軸の軸芯上の一点を頂点とし前記Ｘ線照射軸を軸芯とする円錐方向に沿って集束された多数のＸ線導波細管からなり、かつこれらは二分画され、一方がＸ線発生器からのＸ線を前記一端側開口部から入射し他端側開口部に導いて試料に照射する照射Ｘ線用導波細管体を形成し、他方が前記他端側開口部より試料からの信号Ｘ線を入射して一端側開口部に導く信号Ｘ線用導波細管体を形成するＸ線導波細管体と、前記信号Ｘ線導波細管体から出射される信号Ｘ線を検出するＸ線検出器とを備え、Ｘ線検出器からの出力信号にて試料を解析するようにしたことを特徴とする試料解析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線等を試料、たとえば金属材料や非金属材料、さらには構造物等の被検査材に照射し、試料からの信号Ｘ線を検出することによって試料成分等の解析を行う試料解析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の試料解析装置としては、たとえば蛍光Ｘ線装置を挙げることができる。この蛍光Ｘ線装置は、Ｘ線銃（Ｘ線源）から発生するＸ線を試料に照射し、この照射によって試料から出てくる蛍光Ｘ線をＸ線検出器にて検出するもので、この蛍光Ｘ線の波長を測定することによって試料の構成している元素を知ることができる。このような装置においては、図６に示すように、Ｘ線照射軸に対し、Ｘ線検出器は一定の角度を有する傾斜した方向にて設置され、Ｘ線銃２とＸ線検出器４は互いに離れた位置に配置されている。
【０００３】
他方、上記蛍光Ｘ線装置やＸ線光電子分光装置等においては、Ｘ線銃からのＸ線を試料の微小部分に照射する必要があることから、Ｘ線を微小径のビームにする研究が行われてきており、新たな「Ｘ線ビーム収束装置」（特開昭６２−２９９２４１号）および「Ｘ線集中装置」（特開平２−２１２９９号）が提案されている。この新たな「Ｘ線ビーム収束装置」は、多数の微小口径パイプを、一方の集合面が大きく他方の集合面が小さくなるように、かつ他方の集合面からの各パイプの中心延長線が一点に収束するように束ねて円錐台状とし、前記一方の集合面をＸ線入射面とし、他方の集合面をＸ線出射面としたものである。このＸ線ビーム収束装置によれば、一層微小なＸ線ビームを高パワーで得ることができる。また「Ｘ線集中装置」は、各管の中心線の一方の管端からの外方への延長が一点で交わり、各管の他方の端における中心線の管端外方への延長が前記一点とは別の一点に会合するように多数の管を相互結合し、この管群の一端側の各管中心線延長の会合点にＸ線源を位置させ、他端側の各管中心線延長の会合点に試料の被照射点を位置させるものである。また、イオンビームを試料に照射し、試料から反射されるイオンを照射軸の周囲に配置した検出器にて検出する同軸形イオンビーム分析装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、Ｘ線を利用して各種材料の分析、解析を行う場合、Ｘ線を微小な点に収束させることや、その試料からの二次Ｘ線、すなわち試料の成分に相応する信号を含むＸ線（以下、信号Ｘ線という）の検出を良好に行わせることが求められる。しかしながら、従来の蛍光Ｘ線装置においては、Ｘ線銃とＸ線検出器とは離れて設置されているので、装置の簡略化、小形化が困難である。また、照射位置と検出焦点位置を一致させるための調整や試料位置設定の作業が必要で、操作性が悪く熟練を要する等の問題を有してる。
【０００５】
また、図７に示すように試料から出射される信号Ｘ線の強度は照射Ｘ線に対する角度θが小さい程大きい。しかし、この角度θが小さい位置でのＸ線検出器の設置は困難である。また、新しく提案されている「Ｘ線ビーム収束装置」や「Ｘ線集中装置」は、微小な地点にＸ線を収束し照射できる技術、あるいは微小な地点から発生するＸ線を効率よく検出する技術であるが、照射位置とＸ線検出位置を一致させるための調整作業が必要で、しかもかつ相当の熟練を要するという問題を有している。
本発明はこのような問題を解決する試料解析装置を提供せんとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明が提供する試料解析装置は、上記課題を解決するために、試料に対してＸ線を照射するＸ線発生器と、それぞれの一端側開口部が前記Ｘ線発生器からのＸ線出射点を頂点とし、かつＸ線照射軸を軸芯とする円錐方向に沿って集束され、他端側開口部は前記Ｘ線照射軸の軸芯上の一点を頂点とし前記Ｘ線照射軸を軸芯とする円錐方向に沿って集束された多数のＸ線導波細管からなり、かつこれらは二分画され、一方がＸ線発生器からのＸ線を前記一端側開口部から入射し他端側開口部に導いて試料に照射する照射Ｘ線用導波細管体を形成し、他方が前記他端側開口部より試料からの信号Ｘ線を入射し、前記一端側開口部に導く信号Ｘ線用導波細管体を形成するＸ線導波細管体と、前記信号Ｘ線導波細管体から出射される信号Ｘ線を検出するＸ線検出器とを備え、Ｘ線検出器からの出力信号にて試料を解析するようにしたものである。したがって、試料から発射される信号Ｘ線は、Ｘ線導波細管体に導かれて照射されそして信号Ｘ線がＸ線検出器へ導かれるので、Ｘ線の検出は適格に行われるとともにＸ線源とＸ線検出器を同軸上に配置でき、構成を簡略化、小形化ができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が提供する試料解析装置について、Ｘ線による解析装置の実施例を挙げ説明する。
図１は本発明による試料解析装置の基本的な構成を示している。すなわち、図１において１は解析を行う対象の試料で、具体的には金属材料や非金属材料、すなわちセメント、コンクリート、食品、薬品等あらゆる材料、さらには構造物等が対象となる。２はこの試料１にＸ線を発射し照射するＸ線発生器、具体的にはＸ線銃であり、４は試料からの信号Ｘ線を検出するＸ線検出器である。
【０００８】
３Ｄは、Ｘ線銃２からのＸ線を試料１に照射するとともに、試料１からの信号Ｘ線をＸ線検出器４に導くＸ線導波細管体である。
このＸ線導波細管体３Ｄは多数本のＸ線導波細管３たとえばＸ線ファイバの集合体すなわち集束体であってつぎのとおり構成されている。
すなわちこのＸ線導波細管体３Ｄの各Ｘ線導波細管３は集束されているが、一端側開口部は、図に示すとおりＸ線発生器２のＸ線出射点２Ｐを頂点とし、かつＸ線照射軸Ｌを軸芯とする円錐の方向に沿って集束されている。そして他端側はこのＸ線照射軸Ｌを軸芯とするその軸芯上で、かつＸ線出射点２Ｐとは異なる別異の一点、具体的には試料１側の一点ないし試料寄りの一点を頂点とし試料へのＸ線照射軸を軸芯とする円錐の方向に沿って集束されている。
【０００９】
しかもこの集束体は二分画されている点に特徴がある。具体的には図示例ではＸ線照射軸Ｌを通る平面で上下に二分画されている。そしてその一方側すなわち下方側は、Ｘ線銃２からの照射Ｘ線を他端側開口部に導き試料に照射する照射Ｘ線導波細管体３Ｓとして形成されている。
他方側すなわち上方側は、試料１の照射点Ｐからの信号Ｘ線を他端側開口部から入射（受け入れ）して一端側開口部に導きＸ線検出器４に入力される信号Ｘ線用導波細管体３Ｕとして形成させている。
【００１０】
このＸ線導波細管体３Ｄは曲線の組み合わせ体であり、レンズ機能を有し、かつ多数本でありＸ線を収束できることから、このＸ線導波細管体３ＤをマルチキャピラリＸ線ファイバレンズと称することもできる。開口部に近接して設置されたＸ線検出器４は多数本のファイバ端開口部から出射される信号Ｘ線を検出できるよう一定の面積を有している。フラットパネル形のＸ線検出器が好適である。しかも、このＸ線導波細管体３Ｄと試料１との位置関係は、Ｘ線導波細管体３Ｄの集束における円錐の頂点（Ｘ線照射軸の軸芯上の一点）が試料１における照射点Ｐと一致する必要がある。そのような位置関係になるようＸ線導波細管体３Ｄを試料１に対して対置する案内機構を設けるのが望ましい。
このような構成においては、Ｘ線導波細管体３Ｄ（Ｘ線レンズ）の立体角が特に大きくなければ効果はほぼ同じであり、Ｘ線検出器４の数が少なくなるという利点がある。
【００１１】
本発明による実施例としては上記したような形態が基本的に挙げられるが、実装置としては図２に示されるプローブ形の装置を提供できる。すなわち、図において５はＸ線シールドされたプローブで、筐体として構成されこの内方にＸ線の発生部、検出部が内設されている。この内部の構成は図１に示す実施例と同一で、詳細な説明は省略するが、プローブの小形化がはかられ、携帯形（モバイル形）Ｘ線解析装置として利用できる。さらに図３、図４に示されるような変形実施例を挙げることができる。この両変形例はＸ線銃２からのＸ線出射が行われる軸芯と試料１へのＸ線照射軸Ｌとが同軸でなく一定の角度を有している、ないし一定の角度を有するように変化できるようになっているものである。すなわち、図３は一定の角度がプローブ５により固定されている変形例であり、図４は蛇腹７の介設によって変形できるようになっている例である。図３はシンプルな形であり、図４は試料１の傾きに自在に対応できる利点がある。
【００１２】
このプローブ５の先端部には上記した案内機構としての当接部材６が設けられている。もちろんこの部材の付設は必須条件ではない。なお、図１から図４も図１と同様、Ｘ線銃２からＸ線が照射され試料１からの信号Ｘ線がＸ線検出器４に入射されている状態を示している。図５は被検査体、すなわち試料が実物（構造物）であり、具体的にはトンネルのコンクリート内壁面を検査するモバイルＸ線解析装置の例を示している。すなわち、調査者ＯＰはプローブ５を片手に持って直接内壁面に対置し、他方Ｘ線銃や検出器のための電源と制御部およびコンピュータよりなる電源制御部ＣＤを肩に掛け調査することができる。この電源制御部ＣＤにはアンテナＴＰが設置されていて、測定結果を作業管理事務所に送信したり交通機関の往来などの情報をキャッチして、安全調査ができるようになっている。ＨＤはヘッドマウンテッドディスプレイで、解析結果が作業中にリアルタイムに観察できる。
【００１３】
本発明が提供する試料解析装置は以上詳述したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されず種々の変形例を包含するものである。
まず、上記ならびに図示例においては、解析のために取り扱うビームをＸ線とし、Ｘ線発生器すなわちＸ線銃やＸ線検出器との組み合わせによる、いわゆるＸ線形試料解析装置であるが、このビームを電子線とすることも可能で、この場合は電子銃とＸ線検出器の組み合わせとなる。あるいはビームをイオンとすることもできる。この場合はイオン発生器（イオン銃）とＸ線検出器の組み合わせとなる。これら電子線やイオンの場合、電磁界によりビーム方向を偏向できる利点がある。さらにビームをレーザとすることもでき、この場合はレーザ発振機とＸ線検出器の組み合わせとなる。このように本発明の解析装置におけるビームはＸ線のみに限定されるものではない。したがって、本発明が特許請求の範囲において規定している「Ｘ線発生器」には、上記電子線発生器、イオン発生器、あるいはレーザ発振機を含むものとする。
【００１４】
つぎに図示例では、Ｘ線導波細管体３Ｄの二分画をＸ線照射軸を通る平面にて上下に二分画した例としたか、この分画面は平面でなく曲面（円弧）でもよく、たとえば照射Ｘ線用導波細管体の断面を三日月形とすることもでき、あるいは信号Ｘ線用導波細管体の断面を三日月形にしてもよい。しかも分画は中心を通る必要はなく照射Ｘ線用と信号Ｘ線用の両導波細管体の断面積を必ずしも同じにする必要はない。また、上記ならびに図示例ではモバイル形、すなわち携帯形、移動形の装置への適用例を中心に挙げたが、研究設備として据え付けられる蛍光Ｘ線装置など大形器械や汎用機器としての解析装置にも適用でき、本発明の適用により、小形化、軽量化、簡略化がはかられ、経済的にも優れた解析装置を提供することになる。また、図３に示す照射軸の方向を可変自在にする構成については図示以外の方法もあり、図示例に限定されない。本発明はこれらすべての変形例を包含する。
【００１５】
【発明の効果】
本発明が提供する試料解析装置は以上詳述したとおりであるから、検出機構の小形化、簡略化がはかられ、可搬形、移動形の解析装置を提供できる。このことに関連し、従来では試料を測定できる大きさに切断して据え置かれた大形解析装置の試料台位置にセットしなければならず、そのための作業を要したが、そのような作業を省略でき現地にて試料に直接対応でき、分析、解析の作業性が飛躍的に向上する。Ｘ線銃とＸ線検出器は同軸上に配置でき、したがって照射位置とＸ線検出位置を一致させる作業が極めて容易になる。しかも操作者１人で手持式に操作でき、手軽に分析、解析ができる利点もある。研究所等に設置される大形解析装置の場合でも、その小形化、軽量化がはかられ経済性、操作性にすぐれ、取り扱い容易な解析装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による試料解析装置の基本的な構成を示す図である。
【図２】本発明による試料解析装置の変形例を示す図である。
【図３】本発明による試料解析装置の変形例を示す図である。
【図４】本発明による試料解析装置の実用的な構成を示す図である。
【図５】本発明による試料解析装置の使用例の構成を示す図である。
【図６】Ｘ線分析の原理を示す図である。
【図７】信号Ｘ線の特性を示す図である。
【符号の説明】
１……試料
２……Ｘ線銃
３……Ｘ線導波細管
３Ｄ……Ｘ線導波細管体
３Ｓ……照射Ｘ線用導波細管体
３Ｕ……信号Ｘ線用導波細管体
Ｌ……Ｘ線照射軸
Ｐ……Ｘ線照射点
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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