(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試料のＸ線照射点を頂点とする円錐面に沿って配列されていて試料からの信号Ｘ線を入射し、他端側開口部は入射した信号Ｘ線を前記Ｘ線発生器とＸ線照射点を結ぶ照射軸の周囲に出射させるよう配列された多数本のＸ線導波細管を組み合わせたＸ線導波細管体と、この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８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９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試料のＸ線照射点を頂点とする円錐面に沿って配列されていて、試料からの信号Ｘ線を入射し、他端側開口部は入射した信号Ｘ線を前記Ｘ線発生器とＸ線照射点を結ぶ照射軸の周囲に出射させるよう配列された多数本のＸ線導波細管を組み合わせたＸ線導波細管体と、この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線導波細管体にて受け取られ、かつ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の一例を斜視的に示している。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線銃である。ＰはこのＸ線照射点を示している。
【０００８】
Ｘ線が照射されると、前述したとおりその照射点Ｐを頂点とする円錐面に沿って信号Ｘ線が発生する。３はこの信号Ｘ線を一端側開口部にて入射するＸ線導波細管であって、前記円錐面に沿って多数本配列されている。このＸ線導波細管３は具体的にはＸ線を導くＸ線ファイバで構成され、これら多数本の組み合わせによってＸ線導波細管体３Ｄが構成されている。図示例では、このＸ線導波細管３は理解を容易にするために太く、しかも２本のみ代表的に示しているが、ファイバで細管であり、しかもこれらは照射点Ｐを頂点とし、かつＸ線照射軸Ｌを軸芯とする円錐面に沿って多数本配設されている。図示例では一円錐面形であるが、二重円錐面に沿って二重に配列させてもよいし、さらに三重、四重でもよい。ただし、照射点Ｐを頂点とする円錐面方向にそれぞれ開口していて信号Ｘ線の入射を効率よく適格に行い得るようになっている。この円錐面の頂角は図９について説明したように小さいことが望ましく、具体的には４５°角度以内が好適である。
【０００９】
そして、このＸ線導波細管体３Ｄの他端側は、入射された信号Ｘ線を出射するべく開口部が設けられているが、この開口部は図示例ではＸ線照射軸Ｌ上に収束するよう円錐面に沿って配列される形となっている。すなわち曲管として形成されており、したがってこのＸ線導波細管体３Ｄはレンズの機能を有している。ファイバが多数本であり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。４はこの開口部に近接して設置されたＸ線検出器で、図示例ではＸ線導波細管３ごとに１個対設した実施例となっているが、Ｘ線導波細管体３Ｄの他端側開口部がリング状をなしていることから、１個の環状のＸ線検出器とすることもできる。あるいは４Ｓで示すＸ線検出器のように収束位置に１個設置するものでもよい。
なお、後述するが本発明においては、このＸ線導波細管体３Ｄの他端側開口部は、出射するＸ線が収束する形に配設されることを必須要件としているものではない。
【００１０】
以上のような構成によって、試料から発生した信号Ｘ線はＸ線検出器４によって検出され、その波長が測定されて試料１の元素が明らかとなり、定性分析が可能となる。あるいは信号Ｘ線の強度を測定することにより含有元素の量を知る、定量分析を行うことができる。
【００１１】
この図１に示す構成では、Ｘ線検出器４、４ＳがＸ線銃２より後方に位置しているが、この配置関係は本発明においては限定される事項ではなく、Ｘ線銃の前方（試料側寄り）に配置することもできる。
図２に示す実施例は、Ｘ線導波細管体３Ｌが直線状で、かつＸ線照射軸Ｌの周囲に環状に配列された例である。この実施例ではＸ線導波細管体３Ｄはレンズ機能を有しないが、Ｘ線銃２がマルチキャピラリＸ線ファイバすなわちＸ線導波細管体３Ｄの内方に配置できるので小形化がはかれる。
【００１２】
つぎに図３に示す実施例は、Ｘ線導波細管体３Ｄの分画を同心円にて行ったもので、内方側に照射Ｘ線用導波細管体３Ｓが配置され、外方側に信号Ｘ線用導波細管体３Ｕが配置されている。Ｘ線検出器４を環状形とすることもできる。さらに図４に示す実施例は、Ｘ線導波細管体３Ｄが円錐台状に形成された例を示しており、図３と同様、同心円にて照射Ｘ線用導波細管体３Ｓと信号Ｘ線用導波細管体３Ｕに分画されている。これら図３、図４に示す実施例は、一定の面積を有するＸ線導波細管体３Ｄの開口部にてＸ線の出射と入射が行われ、より精度の高い解析を保障する。
【００１３】
図５は、Ｘ線導波細管体３Ｄの配置が図１と異なるもので、すなわちＸ線導波細管３は照射点Ｐを頂点とする円錐面に沿って配置されているものの、それらの組み合わせ体であるＸ線導波細管体３Ｄの円錐軸芯はＸ線銃２の照射軸Ｌと同一ではない。照射軸Ｌに対して一定の角度を有しているが、この傾きは固定的であってもよいし、調節自在（可変自在）であってもよい。この角度は小さいことが望まれ、たとえば３０°前後以内が望まれる。
以上のような各変形例を挙げたが、本発明は基本的にはＸ線銃が照射点を頂点とする円錐面の範囲内に位置していることに特徴がある。
【００１４】
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６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２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。
【００１５】
図７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ＣＤは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で、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（図示せず）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る。
【００１６】
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イオン形試料解析装置とすることもでき、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。
【００１７】
つぎに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。本発明はこれらすべての変形例を包含する。
【００１８】
【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、取り扱い容易な試料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の構成を示す図である。
【図３】本発明による試料解析装置の変形例の構成を示す図である。
【図４】本発明による試料解析装置の変形例の構成を示す図である。
【図５】本発明による試料解析装置の変形例の構成を示す図である。
【図６】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７】本発明による試料解析装置の使用例を示す図である。
【図８】Ｘ線分析の原理を示す図である。
【図９】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
３Ｌ……直線形Ｘ線導波細管体
４、４Ｓ……Ｘ線検出器
５……プローブ
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３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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