(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器から発射されたイオンビームを真空チャンバ内の試料に照射し、試料から発生するＸ線をＸ線検出器で検出し、Ｘ線のスペクトルにより元素分析を行う装置であって、
前記Ｘ線検出器は、重元素用Ｘ線検出器と、軽元素用Ｘ線検出器との２つを具備し、
前記重元素用Ｘ線検出器は、前記真空チャンバ内に先端が開放するように配置されたＸ線導入用の第１スリーブを有し、
この第１スリーブの先端部には、γ線を遮蔽すると共にＸ線の進入量を制限するためのアブソーバが装着され、
このアブソーバは、前記第１スリーブの先端部を被覆するように取り付けられる鉛製の被覆筒を有するγ線遮蔽シリンダと、
このγ線遮蔽シリンダの先端の開放部を閉塞するように装着され、中央に所定直径の開口を備え、前記第１スリーブ内へのＸ線の進入量を調整するための金属製のコリメータとを具備し、
前記軽元素用Ｘ線検出器は、前記真空チャンバ内に先端が開放するように配置されたＸ線導入用の第２スリーブを有し、
この第２スリーブの先端部には、前記アブソーバに加えて、散乱陽子の進入を阻止するための散乱陽子リムーバが装着され、
この散乱陽子リムーバは、前記軽元素用Ｘ線検出器内への散乱陽子の進入を磁場により阻止する本体と、前記アブソーバ先端部に装着するための嵌合筒とを具備し、
前記本体は、相互間にほぼ平行な磁束が生じるように磁極を対向させて配置された２枚の永久磁石板と、この２枚の永久磁石板の間を貫通して前記嵌合筒に通じ周囲を合成樹脂製の被覆壁で囲まれ内部に前記磁束を通すことができる通路と、この通路の両端を開口させて前記永久磁石板の外周を被覆する鉄製のヨークとを具備することを特徴とする元素分析装置。
【請求項２】
前記第１スリーブに取り付けられる前記アブソーバにおける前記コリメータの前記開口を閉塞するようにコリメータ上に合成樹脂製のＸ線吸収板が取り付けられ、第１スリーブ内へのＸ線の進入量が調整され、無用のガンマ線、散乱陽子の進入が阻止されることを特徴とする請求項１に記載の元素分析装置。
【請求項３】
前記第１スリーブに取り付けられる前記アブソーバにおける前記γ線遮蔽シリンダが、ほぼ筒状のアルミニウム製コアの外周を鉛製の被覆筒で被覆して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の元素分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加速器から発射されたイオンビームを試料に照射し、試料から発生するＸ線をＸ線検出器により検出し、そのスペクトルにより試料の元素分析を行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、粒子線励起Ｘ線法（Particle Induced X-ray Emission）と称される元素分析法が知られている。この方法は、真空チャンバ内で、陽子、アルファ粒子、重イオン等のイオンビームを試料に照射することによって、試料に含まれる元素に固有のエネルギを持つＸ線（特性Ｘ線）を発生させ、この特性Ｘ線をＸ線検出器で測定し、そのＸ線スペクトルから試料中の元素を分析する方法である。
この方法においては、イオンビームを試料に照射すると、試料から特性Ｘ線の他に、連続Ｘ線、散乱陽子が発生する。さらに、試料を透過した陽子がその進行方向に対向した真空チャンバの内壁面などの衝突してγ線を発生する。散乱陽子、散乱γ線は、Ｘ線検出器に進入して特性Ｘ線スペクトルに対してノイズとなり、正確な分析を阻害する。また、試料中に特定の元素が多量に存在する場合には、対応する特性Ｘ線が多量に発生してＸ線検出器に進入する。これがそのＸ線検出器の検出能を上回る場合には、同様に解析を阻害する。
そこで、従来は、Ｘ線検出器のＸ線受け入れ用のスリーブの開口の向きや開口面積を調整したり、このスリーブの先端部に鉛板を巻き付けたり、その都度試行を繰り返して調整を行い、ノイズの発生を防止している。軽元素の分析においては、発生する特性Ｘ線のエネルギが低いために、重元素の分析の場合とは調整を変更する必要がある。このため、試料に多く含まれる元素が軽元素であるか重元素であるかにより、その都度上記の調整を変更して対応している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のＸ線検出器のノイズ防止方法は、熟練を要し、誰でもが画一的に容易に行うことができず、また調整に手間がかかる。また、試料に含まれる元素の種類に応じてその都度チャンバの真空を解いてノイズ防止のための調整を行わなければならないという問題点がある。
そこで本発明は、解析を阻害する散乱陽子、γ線、過剰な特性Ｘ線が、Ｘ線検出器へ進入することがないように、その進入を阻止して正確な分析を容易に行うことができ、しかも重元素に対しても軽元素に対しても調整を変更することなく広く適用することができる使い勝手の良好な元素分析装置を提供することを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、真空チャンバ内に、重元素用Ｘ線検出器４と、軽元素用Ｘ線検出器５とを具備させる。重元素用Ｘ線検出器のＸ線導入用の第１スリーブ４ａの先端部には、γ線を遮蔽すると共にＸ線の進入量を制限するためのアブソーバ６を装着し、軽元素用Ｘ線検出器５のＸ線導入用の第２スリーブ５ａの先端部には、アブソーバ６に加えて、散乱陽子の進入を阻止するための散乱陽子リムーバ１０を装着する。アブソーバ６は、第１スリーブ４ａの先端部を被覆するように取り付けられる鉛製の被覆筒７ｂを有するγ線遮蔽シリンダ７と、γ線遮蔽シリンダ７の先端の開放部を閉塞するように装着されるステンレススチール製のコリメータ８とを具備させる。コリメータ８の、中央の開口８ｃで第１スリーブ４ａ内へのＸ線の進入量を調整する。散乱陽子リムーバ１０には、Ｘ線検出器５内への散乱陽子の進入を磁場により阻止する本体１１と、アブソーバ６の先端部に装着するための嵌合筒１２とを具備させる。本体１１には、相互間にほぼ平行な磁束が生じるように磁極を対向させて配置された２枚の永久磁石板１４を具備させ、この永久磁石板１４の間を貫通して嵌合筒１２に通じる通路１６を設ける。通路１６の周囲を合成樹脂製の被覆壁で囲み、内部には磁場を形成する。この通路１６の両端を開口させて永久磁石板１４の外周を鉄製のヨーク１５で被覆する。永久磁石板１４は、その全周をヨーク１５に被覆されて漏洩する磁束が極めて少ないので、例えばＸ線検出器５の検出用半導体等に対する悪影響は生じない。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る元素分析装置における真空チャンバの概略構成を示す平面図、図２は本発明に係るＸ線検出器用アブソーバの断面図である。
【０００６】
図１において、真空チャンバ１内には、イオンビーム導入管２、ターゲットフレーム３、重元素用のＸ線検出器４、軽元素用Ｘ線検出器５が設けられている。ビーム導入管２は、図示しない加速器に接続され、ビームコリメータを介してイオンビームを真空チャンバ１内に導く。ビーム導入管２の先端に対向するようにターゲットフレーム３が設けられている。ターゲットフレーム３は、複数の試料Ｓを保持しており、遠隔操作により移動自在である。ターゲットフレーム３を移動することにより、イオンビームを照射する試料Ｓを任意に変えることができる。
【０００７】
図１，図２に示すように、重元素用Ｘ線検出器４は、Ｘ線導入用のスリーブ４ａを有し、その開放した先端をターゲットフレーム３上の所定の試料Ｓに向けて配置されている。スリーブ４ａの先端部には、元素解析を阻害する散乱陽子、γ線、過剰な特性Ｘ線等が、Ｘ線検出器へ進入しないように、その進入を阻止し、あるいは制限するためのアブソーバ６が取り付けられている。
【０００８】
図２に示すように、アブソーバ６は、スリーブ４ａの先端部外周を被覆するγ線遮蔽シリンダ７と、γ線遮蔽シリンダ７の先端に装着されるコリメータ８と、このコリメータ８の開口を閉塞するようにコリメータ８上に取り付けられるＸ線吸収板９とを具備する。
【０００９】
γ線遮蔽シリンダ７は、ほぼ筒状のアルミニウム製コア７ａの外周を鉛製の被覆筒７ｂで被覆して成り、スリーブ４ａに対して着脱自在である。
【００１０】
γ線遮蔽シリンダ７の先端部には、その開放部を閉塞するようにコリメータ８が装着される。コリメータ８は、ステンレススチール製で、シリンダ７の開放部に着脱自在に嵌合する嵌合部８ａと、シリンダ７の先端面に当接する鍔部８ｂとを備え、中央には所定直径の開口８ｃが形成されている。開口８ｃは、それの直径の大きさによりスリーブ４ａ内へのＸ線の進入量を調整する。特性Ｘ線の発生量に応じて、適宜取り替えできるように、開口８ｃの直径の異なるものを数種類用意しておくのが好都合である。
【００１１】
Ｘ線吸収板９は、コリメータ８の開口８ｃを閉塞するように、コリメータ８の外側面に取り付けられる。Ｘ線吸収板９は、Ｘ線の透過量を調整し、無用のガンマ線、散乱陽子の進入を阻止することができるポリカーボネート等の合成樹脂製の薄板である。例えば、ポリカーボネート製のＸ線吸収板９では、厚さ３００μｍでＡｌ元素以下の軽元素の特性Ｘ線を吸収し、厚さ５００μｍでＫ元素以下の軽元素の特性Ｘ線を吸収し、厚さ１０００μｍでＳｅ元素以下の軽元素の特性Ｘ線を吸収する。従って、厚さが各々異なるＸ線吸収板９を取り付けた複数種類のコリメータ８を用意し、試料Ｓが含有する元素に応じて適宜取り替えられるようにするのが好都合である。
【００１２】
ビーム導入管２を介して試料Ｓにイオンビームを照射すると、試料Ｓから連続Ｘ線、特性Ｘ線、散乱陽子が発生し、また試料Ｓを透過した陽子がその進行方向に対向したチャンバ１の内壁面などに衝突してγ線を発生する。散乱γ線は、γ線遮蔽シリンダ７によりＸ線検出器４内への進入を阻止される。また、コリメータ８は、Ｘ線検出器４内へ入射するＸ線量を調整し、その量が検出能を超えない範囲に制限し、さらに小径の開口８ｃにより、γ線、散乱陽子の進入を妨げる。Ｘ線吸収板９を装着する場合には、これにより一定範囲のＸ線を吸収してＸ線検出器４内へ入射するＸ線量を調整すると共に、γ線の進入をより確実に阻止することができる。
【００１３】
図１、図３において、軽元素用Ｘ線検出器５は、Ｘ線導入用のスリーブ５ａの開放した先端をターゲットフレーム３上の所定の試料に向けて、軽元素用Ｘ線検出器４のスリーブ４ａとは異なる角度で配置されている。スリーブ５ａの先端部には、散乱陽子リムーバ１０が取り付けられている。
【００１４】
散乱陽子リムーバ１０は、軽元素の解析を阻害する散乱陽子がＸ線検出器５へ進入するのを阻止するためのもので、図３に示すように、Ｘ線吸収板９を装着しない上記のアブソーバ６に重ねてスリーブ５ａに取り付けられる。散乱陽子リムーバ１０は、本体１１と、嵌合筒１２とを具備する。嵌合筒１２は、アルミニウム製であり、アブソーバ６のγ線遮蔽シリンダ７の外周に嵌合する。
【００１５】
図５乃至図７に示すように、散乱陽子リムーバ１０の本体１１は、相互間に合成樹脂製のスペーサ１３を介在させて、２枚の強力な永久磁石板１４を対向配置し、その周囲を軟鉄製のヨーク１５でカバーして成る。スペーサ１３は、一対の永久磁石板１４の間隔を保ち、その間にＸ線の通路１６を形成すると共に、この通路６に永久磁石板１４が直接露出しないように被覆する被覆壁を構成するもので、各一対の第１スペーサ１３ａと第２スペーサ１３ｂとから成る。第１スペーサ１３ａは、一対の永久磁石板１４の間隔を保ち、隙間を形成するためのもので、一対が相互間隔をおいて配置され、両者の隙間に通路１６が形成される。通路１６には、ほぼ平行な磁束の磁場が形成される。第２スペーサ１３ｂは、一対の永久磁石板１４の対向する面を被覆するように配置される。
【００１６】
ヨーク１５は、永久磁石板１４の周囲への漏洩磁場を抑えるためのもので、上下左右前後の６枚の矩形鉄板１５ａ〜１５ｆから成り、永久磁石板１４の全周を被覆している。前後の鉄板１５ａ、１５ｂの中央には、通路１６に対応する位置に開口１５ｇ，１５ｈが形成されている。このヨーク１５により、その表面付近での漏洩磁場を数ガウスに抑えることができる。また、前方鉄板１５ｅの前面には、散乱陽子の衝突によるγ線の発生を防止するための合成樹脂板１７が貼り付けられている。合成樹脂板１７は、開口１５ｇに対応する開口１７ａを有する。
【００１７】
軽元素の分析においては、散乱陽子の吸収のために、Ｘ線吸収板９を装着したアブソーバ６を用いた場合、軽元素から発生する特性Ｘ線のエネルギが低いために、これがＸ線吸収板９に吸収されてしまう。散乱陽子リムーバ１０は、低エネルギの特性Ｘ線の進入を阻害せずに、散乱陽子の進入のみを阻止する。即ち、通路１６内に進入した散乱陽子は、永久磁石板１４による磁場のために進路を偏向され、Ｘ線検出器５へ到達しない。永久磁石板１４は、その全周をヨーク１５に被覆されて漏洩する磁束が極めて少ないので、例えばＸ線検出器５の検出用半導体等に対する悪影響は生じない。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、解析を阻害する散乱陽子、γ線、過剰な特性Ｘ線が、Ｘ線検出器へ進入することがないように、その進入を阻止して正確な分析を容易に行うことができ、しかも重元素に対しても軽元素に対しても調整を変更することなく広く適用することができる使い勝手の良好な元素分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る元素分析装置における真空チャンバの概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明に係るＸ線検出器用アブソーバの断面図である。
【図３】本発明に係るＸ線検出器用散乱陽子リムーバの一部を切り欠いた正面図である。
【図４】本発明に係るＸ線検出器用散乱陽子リムーバの側面図である。
【図５】図３におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図４におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】図４におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【符号の説明】
１      真空チャンバ
２      ビーム導入管
３      ターゲットフレーム
４      重元素用Ｘ線検出器
４ａ    Ｘ線導入スリーブ
５      軽元素用Ｘ線検出器
５ａ    Ｘ線導入スリーブ
６      アブソーバ
７      γ線遮蔽シリンダ
７ａ    コア
７ｂ    被覆筒
８      コリメータ
８ａ    嵌合部
８ｂ    鍔部
８ｃ    開口
９      Ｘ線吸収板
１０    散乱陽子リムーバ
１１    本体
１２    嵌合筒
１３    スペーサ
１３ａ  第１スペーサ
１３ｂ  第２スペーサ
１４    永久磁石
１５    ヨーク
１５ａ〜１５ｆ  鉄板
１５ｇ  開口
１５ｈ  開口
１６    通路
１７    合成樹脂板
１７ａ  開口
【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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