(57)【要約】【課題】Ｘ線のサイズを、本発明で指定した範囲内に設定することにより、各種の、通常のＸ線回折用、及び、Ｘ線異常散乱回折用等の、Ｘ線回折装置の測定精度を高めること。【解決手段】本発明において、これまで知られていたものとは全く異なる、新しい基礎原理を発見し、Ｘ線回折装置の精度が計算された。即ち、Ｘ線の回折条件は、回折を起こす、試験片内の、Ａｉ原子及びＡｊ原子を結ぶボンドベクトルｒｉｊのｙ方向成分ｒｉｊｙみならず、ｘ方向の成分ｒｉｊｘとも関係する。特にｘ方向の成分ｒｉｊｘの寄与は、二乗の関係にあり、大きな誤差を生じる原因となり、極めて重要である。この原理に基づいてシミュレーションを行い検証し、このシミュレーションに基づき、試験片に入射するＸ線サイズを、スリット又は集光器により制限することにより、高い精度が得られる回折方法を発明した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射Ｘ線の形状及びサイズが、試験片直前の、該Ｘ線の伝播方向に直角な面上で、縦ｈ×横ｗの矩形形状であり、且つ、０．０００１ｍｍ≦ｈ≦０．３ｍｍ、０．０００１ｍｍ≦ｗ≦０．３ｍｍ、及び、０．００１≦ｗ／ｈ≦２の寸法範囲となるスリットを組み込むことによる、各種の、Ｘ線回折用、及び、Ｘ線異常散乱回折用等の、Ｘ線装置の精度向上方法。ここで、該横ｗ方向のｘ軸は、試験片の回折角θの回転軸と一致する。
【請求項２】
入射Ｘ線の形状及びサイズが、試験片直前の、該Ｘ線の伝播方向に直角な面上で、縦ｈ×横ｗの矩形形状であり、且つ、０．０００１ｍｍ≦ｈ≦０．３ｍｍ、０．０００１ｍｍ≦ｗ≦０．３ｍｍ、及び、０．００１≦ｗ／ｈ≦２の寸法範囲を達成する集光方法を使用することによる、各種の、Ｘ線回折用、及び、Ｘ線異常散乱回折用等の、Ｘ線装置の精度向上方法。ここで、該横ｗ方向のｘ軸は、試験片の回折角θの回転軸と一致する。
【請求項３】
入射Ｘ線の形状及びサイズが、試験片直前の、該Ｘ線の伝播方向に直角な面上で、半径ｒの円形状、又は、長径ｒ１及び短径ｒ２の楕円形状であり、且つ、それぞれ、０．０００１ｍｍ≦ｒ≦０．３ｍｍ、又は、０．０００１ｍｍ≦ｒ１≦０．３ｍｍ及び０．０００１ｍｍ≦ｒ２≦０．３ｍｍ、の寸法範囲となるスリットを組み込むことによる、各種の、Ｘ線回折用、及び、Ｘ線異常散乱回折用等の、Ｘ線装置の精度向上方法。
【請求項４】
入射Ｘ線の形状及びサイズが、試験片直前の、該Ｘ線の伝播方向に直角な面上で、半径ｒの円形状、又は、長径ｒ１及び短径ｒ２の楕円形状であり、且つ、それぞれ、０．０００１ｍｍ≦ｒ≦０．３ｍｍ、又は、０．０００１ｍｍ≦ｒ１≦０．３ｍｍ及び０．０００１ｍｍ≦ｒ２≦０．３ｍｍ、の寸法範囲を達成する集光方法を使用することによる、各種の、Ｘ線回折用、及び、Ｘ線異常散乱回折用等の、Ｘ線装置の精度向上方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アモルファス即ち非晶質、液体、水溶液、準結晶等の非結晶材料、及び、結晶体材料の原子動径分布関数、並びに、その他の非晶質構造、及び、結晶構造を、精密に測定するために使用する、Ｘ線回折装置用スリットのサイズを制限することにより、並びに、特定のサイズにＸ線を集光させることにより、Ｘ線装置の精度を向上させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、放射光を用いて、アモルファス即ち非晶質、液体、準結晶等の非結晶材料、及び、結晶体材料の原子動径分布関数、及び、結晶構造を測定するとき、矩形形状の穴の一辺ｈが、約０．１ｍｍ、及び、他の一辺ｗが、３ｍｍ〜６ｍｍからなるＸ線回折用スリットを使用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＸ線回折装置用スリット及び集光器による入射Ｘ線のサイズでは、目的とする原子動径分布関数、或いは、結晶構造を精確に測定することができなかった。
【０００４】
本発明は、通常のＸ線回折法、及び、Ｘ線異常散乱回折用等の方法により、非結晶材料、及び、結晶体材料の原子構造を決定する際に、入射Ｘ線のサイズと、測定精度との関係を精確に計算する計算式を導出し、その計算式によるシミュレーション結果に基づき、Ｘ線スリット、又は、集光器により、該入射Ｘ線のサイズを制限することにより、非晶質材料、及び、結晶体材料の原子動径分布関数、及び、結晶構造を、高精度で測定可能とすることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、入射Ｘ線サイズと、測定精度との関係を精確に計算する計算式を導出し、期待する精度を得るために必要な該入射Ｘ線のサイズを決定した。
【０００６】
［原理］  式の座標系を、右手系で、次のように設定する。すなわち、ｘ軸、及び、ｙ軸は、ｚ軸をＸ線の進行方向として、ｚ軸に直角で、水平方向、及び、垂直方向に、それぞれ、設定する。平面波として試験片に入射し、Ａｉ原子とＡｊ原子によって回折されたＸ線は、ミクロ的な光路差、即ち、Ａｉ原子とＡｊ原子を結ぶボンドベクトルのｙ方向成分から引き起こされる光路差と、マクロ的な光路差、即ち、該ボンドベクトルのｘ方向成分から引き起こされる光路差の和で表される全光路差δｉｊｔが、Ｘ線波長λの整数ｎ倍のとき、強まり、端数のとき弱められる。δｉｊｔ＝ｎλとするとき、ｎλは、次の［数１］によって表される。なお、ｚ方向の光路差は、ｘ及びｙ方向成分の光路差よりも、数桁小さく、無視できる。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
ここで、ｒｉｊｙは、Ａｉ原子とＡｊ原子をむすぶ、ボンドベクトルｒｉｊのｙ軸成分を表す。前記式中の、ｒｏｉｘ及びｒｏｊｘは、試験片中の原点から、Ａｉ原子及びＡｊ原子までの距離のｘ成分をそれぞれ表し、ｈは、Ｘ線スリットのｙ方向の幅、Ｌ２は、Ｘ線検出器と試験片との間に設置したスリットと試験片間の距離、θは、試験片表面となすＸ線の入射角、並びに、Ｋは、次の［数２］で表される、装置によって定まる定数である。前記試験片中の原点は、Ｘ線発生部からＸ線検出器までの光路をｘ−ｚ平面に投影し、その投影面上でＸ線発生部とＸ線検出器とを結ぶ直線と、試験片中のボンドベクトルとの交点により定める。
【０００９】
【数２】
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【００１０】
ここで、Ｌ３は、試験片とＸ線検出器間の距離である。該［数１］の右辺の第２項は、ｒｏｊｘ＝０又はｒｏｊｘ＝０のとき、それぞれ、最大値ｒｏｊｘ２、又は、符号を無視した最大値ｒｏｉｘ２をとる。一方、該［数１］の右辺の第２項は、ｒｏｉｘ＝ｒｏｊｘのとき最小値零となり、右辺の第２項の寄与は無視できる。［数１］右辺の第２項の値は、一般的に、前記のｒｏｉｘ、ｒｏｊｘ、及び、原点Ｏの相対的な位置関係で決まり、該最大値と該最小値零との間になる。
【００１１】
Ｘ線の入射角をθとするとき、試験片からＬ２の距離に設置した、幅ｈのスリットを通過するＸ線は、［数３］で表される、ｒｉｊｙ及び−ｒｉｊｙの位置の、ｄｒｉｊｙの範囲にある、原子Ａｉ、及び、原子Ａｊによって回折される。
【００１２】
【数３】
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【００１３】
同様に、Ｘ線の入射角をθとするとき、試験片からＬ２の距離に設置した、幅ｈのスリットを通過するＸ線は、［数４］及び［数５］で表す、ｒｏｉｘ及びｒｉｊｙ、並びに、ｒｏｊｘ及びｒｉｊｙ、又は、ｒｏｉｘ及び−ｒｉｊｙ、並びに、ｒｏｊｘ及び−ｒｉｊｙの位置の、ｄｒｉｘ、並びに、ｄｒｊｘの範囲にある、原子Ａｉ、及び、原子Ａｊによって、それぞれ回折される。
【００１４】
【数４】
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【００１５】
【数５】
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【００１６】
【発明の実施の形態】
前記のように、θ回りの回折精度は、ｒｉｊｙのみならず、ｒｉｊｘとも関係する。従って、Ｘ線のｙ方向の寸法ｈだけでなく、ｘ方向の寸法ｗも、重要となる。このことは、前記［０００６］に示す、計算された基本［原理］に基づき、本発明で明らかにされたことである。全く誤差を含まない、ｒｉｊｘの大きさ、即ち、Ｘ線の幅は、約０．２５ミクロンメーターと、極めて小さくなる。しかし、実際には、［０００８］に記載したように、［数１］の第２項の寄与は、前記の最大値ｒｏｉｘ２及びｒｏｊｘ２よりも小さい。即ち、ほとんど誤差を含まないＸ線の幅は、前記０．２５ミクロンメーターよりも大きくなる。Ｘ線のサイズのより小さい方が回折精度は向上する。Ｘ線のサイズは、請求項に記載した寸法範囲が、実用上、許容誤差範囲内として適切である。高精度で、各種のＸ線回折データを得るためには、前記のように、使用するＸ線のｙ方向のみならずｘ方向のサイズが重要である。
【非特許文献１】日本金属学会講演概要、第１３１回・大阪、「放射光を使用した各種Ｘ線回折法におけるエラー因子」２００２年１１月２日、ｐ１３５．
【００１７】
【実施例】
［実施例１］  加速電圧２．５ＧＶ、電子の速度ｖ＝０．９９９９９９９７９ｃ（ｃは光速度）の条件下で、ベンド曲率半径Ｒ＝８．６６ｍの高真空の電子蓄積リングから、放射光Ｘ線を取り出し、幅ｗ及び高さｈが、それぞれ、０．０３ｍｍ、及び、０．０５ｍｍのスリットを使用し、Ｐｄ−２５ａｔ％Ｇｅアモルファス合金に対して、通常の回折実験を行った。精度の高い原子動径分布関数が得られた。
【００１８】
［実施例２］  加速電圧３０ｋＶ、電流２００ｍＡの回転式衝突型Ｘ線発生装置を使用し、幅ｗ及び高さｈが、それぞれ、０．０２ｍｍ、及び、０．０２ｍｍのスリットを設置し、Ｔｉ−５２ａｔ％Ａｌ−３ａｔ％Ｎｂ結晶体合金の、異常散乱回折実験を行った。精度の高い、Ｔｉ、Ａｌ、及び、Ｎｂ原子周囲の動径分布関数を得た。
【００１９】
［実施例３］    加速電圧２．５ＧＶ、電子の速度ｖ＝０．９９９９９９９７９ｃ（ｃは光速度）の条件下で、ベンド曲率半径Ｒ＝８．６６ｍの高真空の電子蓄積リングから、放射Ｘ線を取り出し、試験片直前のｚ軸に直交する面上で、Ｘ線の幅ｗ及び高さｈが、それぞれ、０．０３ｍｍ、及び、０．０８ｍｍとなるように集光する集光装置を使用し、ＰｂＺｎ液体合金の異常散乱回折実験を行った。精度の高い、Ｐｂ、及び、Ｚｎ原子周りの動径分布関数が得られた。
【発明の効果】
本発明は、Ｘ線回折装置の構造、及び、各種Ｘ線発生器の特徴を基に、回折時の精度に関する原理を明らかにして、計算した結果を用いて、誤差が少なくなるサイズのＸ線を使用したので、十分精度の高いＸ線回折データが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】λ＝０．１ｎｍ、及び、ｎ＝１のＸ線を使用した場合の、最大の誤差が生じる条件、即ち、下又は上に凸の１０°、２０°、及び、３０°における曲線、及び、最小の誤差となる条件、即ち、ｒｏｉｘ又はｒｏｊｘに対してｒｉｊｙ＝一定の条件のもとでの、ｒｉｊｙとｒｉｊｘとの関係を示す。一般的な条件下の誤差は、これら最大値と最小値との間の値となる。
【図２】各Ｘ線サイズの幅ｗに対して、Ｃｕ（００２）面のシミュレーション結果を示す。図のようにカウント数は、回折角θに対して広がりを示す。但し、回折角θが、０≦θ≦０．０１ラジアンの範囲では、［数３］において、ｄｒｉｊｙ＝ｄｒｉｊｙ（θ）と表したとき、一定値、ｄｒｉｊｙ＝ｄｒｉｊｙ（０．０１）と設定した。また、［数４］及び  ［数５］において、ｒｏｉｘ及びｒｏｊｘの値が、０≦ｒｏｉｘ≦１μｍ及び０≦ｒｏｊｘ≦１μｍの範囲では、ｄｒｏｉｘ及びｄｒｏｊｘの値は、それぞれ、ｒｏｉｘ＝１μｍ及びｒｏｊｘ＝１μｍを代入した一定値と設定した。１カウントは、検出領域面積ｄａに比例し、且つ、ｘ方向のインターフェアレンス確率Ｐは正規確率分布に従い、半値幅を１０μｍに設定したＰに比例するとした。ここで、ｄａ＝ｄｒｉｊｙ×［（ｄｒｏｉｘ＋ｄｒｏｊｘ）／２］である。
【符号の説明】
ｗ：スリットのｘ方向の幅
ｈ：スリットのｙ方向の高さ
Ｌ２：スリットと試験片間の距離
Ｌ３：試験片とＸ線検出器との距離
ｎ：整数
λ：Ｘ線の波長
θ：回折角
【図１】
2004170328.tif 000008
【図２】
2004170328.tif 000009