(57)【要約】【課題】  極低温部を冷凍機本体から引き出すことなく、Ｘ線を効率よく検出し、かつ試料と検出器の間隔によらず同じＸ線用レンズを使用できる装置構成を実現する、超伝導Ｘ線分析装置を提供する。【解決手段】  試料、複数のＸ線用レンズ、検出器の順に並ぶように前記複数のＸ線用レンズを試料と検出器の間に配置する。また、試料から発散されたＸ線が前記複数のＸ線用レンズを通過して検出器に集光されるように、試料側のＸ線用レンズの焦点が試料位置に合うように、かつ検出器側のＸ線用レンズの焦点が検出器位置に合うように配置する。このような配置とすることで、検出器を搭載した極低温部が冷凍機本体から突起状に引き出されることなく真空容器内に納められた構造にする。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料、複数のＸ線用レンズ、検出器の順に一列に並ぶように複数のＸ線用レンズを試料と検出器の間に配置し、試料から発散されたＸ線が前記複数のＸ線用レンズを通過して検出器に集光されるように、試料に最も近い側のＸ線用レンズの焦点が試料位置に合うように、かつ検出器に最も近い側のＸ線用レンズの焦点が検出器位置に合うように前記複数のＸ線用レンズを配置した超伝導Ｘ線分析装置であって、検出器を搭載した極低温部が冷凍機から突起状に引き出されることなく真空容器内に納められた構造であることを特徴とする超伝導Ｘ線分析装置。
【請求項２】
前記Ｘ線が前記複数のＸ線用レンズの中の或る隣接する２個のＸ線用レンズ間で平行光に近くなるように、前記試料、前記複数のＸ線用レンズ、及び前記検出器を配置し、前記隣接する２個のＸ線用レンズ間の間隔のみを変えて試料と検出器の間隔が異なる場合に対応させることを特徴とする請求項１記載の超伝導Ｘ線分析装置。
【請求項３】
前記複数のＸ線用レンズが２個のＸ線用レンズであることを特徴とする請求項１記載の超伝導Ｘ線分析装置。
【請求項４】
前記Ｘ線が前記２個のＸ線用レンズ間で平行光に近くなるように、前記試料、前記２個のＸ線用レンズ、及び前記検出器を配置し、前記２個のＸ線用レンズ間の間隔のみを変えて試料と検出器の間隔が異なる場合に対応させることを特徴とする請求項３記載の超伝導Ｘ線分析装置。
【請求項５】
前記２個のＸ線用レンズとして片側が平行光に対応したポリキャピラリ型のＸ線用レンズを使用することを特徴とする請求項４記載の超伝導Ｘ線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超伝導Ｘ線分析装置に関し、特に試料から発散されるＸ線をＸ線用レンズを用いて集光して検出、分析する超伝導Ｘ線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導Ｘ線分析装置では、超伝導検出器を極低温に冷やすために冷凍機を利用する。検出器を搭載した極低温部は、外部からの熱流入を抑えるために室温と極低温の中間温度を持つ複数の熱シールド壁で囲まれ、真空環境に置かれる。また、検出器の入射面は１ｍｍ２以下と非常に小さい。従来の装置では、試料から発散されるＸ線を広く取り込んで検出効率を向上させるために、つまり試料から検出器の入射面を見たときの立体角を広げるために、検出器を搭載した極低温部を冷凍機本体から細く引き出して試料に接近させる（例えば、非特許文献１の図６、７を参照。）。
【０００３】
この従来例について図７を用いて説明する。図７は、Ｘ線用レンズを使用しない従来の超伝導Ｘ線分析装置の概略構成を示す図である。
【０００４】
図７において、試料６から発散したＸ線のうち、光路７に含まれるＸ線のみが検出器５にて検出される。極低温部４は、４Ｋ熱シールド３、８０Ｋ熱シールド２、真空容器１に囲まれており、検出器５を試料６に接近させるためにそれら全てが突起状に冷凍機本体から引き出されている。検出器を搭載した極低温部を試料に接近させるために、かつ励起源１２、試料容器１７、試料６等と冷凍機本体が干渉しないように、このような構成が採用される。この励起源１２は電子銃であり、電子線１３が試料表面の１点に照射される。また、試料の分析点と検出器位置が両側の焦点となるようなＸ線用レンズ１個を用いて検出効率をさらに向上させる構成も利用される（例えば、非特許文献１の図３０を参照。）。
【０００５】
この従来例について図８を用いて説明する。図８は、Ｘ線用レンズを使用する従来の超伝導Ｘ線分析装置の概略構成を示す図である。
【０００６】
図８において、Ｘ線用レンズ８が試料６と検出器５の間に設置されている。試料６から発散したＸ線のうち、光路７に含まれるＸ線が検出器５にて検出されるが、図７と比較すると試料から見た光路７の立体角が大きく、検出効率が向上されていることが分かる。
【０００７】
ちなみに、本特許明細書では、集光機能を持つ光学素子以外に、ミラー、回折格子等のＸ線光路を変化させる素子を全てＸ線用レンズと呼ぶ。また、試料の分析点からＸ線を放射させるための励起源として電子銃、Ｘ線源等を持つ分析装置と、それらの励起源を持つ他の装置に搭載して使用するように励起源を持たない分析装置の両方を超伝導Ｘ線分析装置と呼ぶ。
【非特許文献１】Ｄ．Ａ．ＷＯＬＬＭＡＮ、他著「Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ、ｅｎｅｒｇｙ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ  ｆｏｒ  ｘ−ｒａｙ  ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ」Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、Ｖ１８８、Ｉｓｓｕｅ０３、Ｐａｇｅ１９６、１９９７年１２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
極低温部を冷凍機本体から引き出して試料に接近させる従来の分析装置では、熱シールド壁や真空環境という熱流入を抑えるための構成が検出器を試料に接近させる際の障害となっていた。Ｘ線用レンズ１個を利用する従来構成で検出器を試料から遠ざけることが可能だが、その間隔を離すためには大きなＸ線用レンズを使用しなければならないため、試料と検出器を十分に遠ざけることが困難で、やはり極低温部を冷凍機本体から引き出す必要があった。冷凍機本体から引き出された極低温部は機械的、及び熱的に不安定なため、検出器の位置精度、及び信号ノイズの点で問題となっていた。また、仮にＸ線用レンズ１個を利用する従来構成でなんとか試料と検出器を十分に遠ざけることができたとしても、試料と検出器の間隔を変更すると焦点間距離の異なるＸ線用レンズを使用しなければならないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決し、極低温部を冷凍機本体から引き出すことなく、Ｘ線を効率よく検出し、かつ試料と検出器の間隔によらず同じＸ線用レンズを使用できる装置構成を実現する、超伝導Ｘ線分析装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の超伝導Ｘ線分析装置では、試料、Ｘ線用レンズ、Ｘ線用レンズ、検出器の順に並ぶように２個のＸ線用レンズを試料と検出器の間に配置する。また、試料から発散されたＸ線が２個のＸ線用レンズを通過して検出器に集光されるように、試料側のＸ線用レンズの焦点が試料位置に合うように、かつ検出器側のＸ線用レンズの焦点が検出器位置に合うように配置する。
【００１１】
また、２個のＸ線用レンズをその間でのＸ線が平行光に近くなるように配置し、試料側のＸ線用レンズと試料の間隔、および検出器側のＸ線用レンズと検出器の間隔を固定したまま、２個のＸ線用レンズの間隔のみを変えて、試料と検出器の間隔が異なる場合に対応させることが望ましい。
【００１２】
また、片側が平行光に対応したポリキャピラリ型のＸ線用レンズ２個を使用することが望ましい。
【００１３】
また、試料側のＸ線用レンズを複数のＸ線用レンズに置き換える、または検出器側のＸ線用レンズを複数のＸ線用レンズに置き換えることもできる。
【００１４】
上記のように、試料と検出器の間に２個のＸ線用レンズを設置すると、試料から発せられたＸ線は以下のように変換されて検出器まで到達する。まず、試料から発散されたＸ線は、試料側のＸ線用レンズにより広い立体角で捕らえられ、その発散角度を小さく変換されて、検出器側のＸ線用レンズに向かう。その後、検出器側のＸ線用レンズにより検出器に向かって集光される。
【００１５】
また、２個のＸ線用レンズ間でのＸ線の発散角度、または集光角度が小さく平行光に近いほど、２個のＸ線用レンズの間隔を変えることによるＸ線の輸送効率の変動が抑えられる。
【００１６】
また、片側が平行光に対応したポリキャピラリ型のＸ線用レンズを使用すると、試料側のＸ線用レンズと試料の間隔、及び検出器側のＸ線用レンズと検出器の間隔に影響を受けることなく、常に２個のＸ線用レンズ間のＸ線が平行光となる。
【００１７】
また、試料側のＸ線用レンズを複数のＸ線用レンズに適切に置き換える、または検出器側のＸ線用レンズを複数のＸ線用レンズに適切に置き換えることで、Ｘ線の光路形状をさらに最適化する手段となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の超伝導Ｘ線分析装置は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１９】
１個のＸ線用レンズの代わりに２個のＸ線用レンズを使用することで、試料と検出器を遠ざけた構成をとることが容易になり、検出器を搭載した極低温部を冷凍機本体から突起状に引き出す必要がなくなる。そのため、極低温部を機械的、及び熱的に安定させることができ、検出器の位置精度、及び信号ノイズの問題を軽減した装置を実現することができる。
【００２０】
また、２個のＸ線用レンズ間でのＸ線を平行光に近づけることで、２個のＸ線用レンズの間隔を変えることによるＸ線の輸送効率の変動を抑えることができ、試料と検出器の間隔が異なる場合にも２個のＸ線用レンズの間隔を変えるだけで検出効率を保ったまま対応することができる。
【００２１】
また、片側が平行光に対応したポリキャピラリ型のＸ線用レンズを使用することで、２個のＸ線用レンズ間でのＸ線の発散角度、または集光角度の調整に苦労することなく、平行光としてのＸ線を実現することができる。同時に、試料側のＸ線用レンズと試料の間隔、または検出器側のＸ線用レンズと検出器の間隔がずれても、常に２個のＸ線用レンズ間のＸ線を平行光のまま保つことができる。
【００２２】
また、試料側のＸ線用レンズを複数のＸ線用レンズに適切に置き換える、または検出器側のＸ線用レンズを複数のＸ線用レンズに適切に置き換えると、Ｘ線光路の収差を補正する、適切な焦点サイズや焦点深度を得る、または装置サイズを小さくする等の目的を達することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施形態は、本発明を限定するものではない。実際に、Ｘ線用レンズの種類、組み合わせ、配置等を変更することで、同様の機能を持つ多種の構成が実現可能である。
【００２４】
図１は、本発明における超伝導Ｘ線分析装置の要部の第１実施形態を示す構成図であり、２個のＸ線用レンズ、試料、及び検出器の配置構成例と、その中を通過するＸ線の光路を示した例である。試料６から発散したＸ線は、Ｘ線用レンズ９で広く取り込まれ、Ｘ線用レンズ１０により検出器５に集光される。
【００２５】
図２は、本発明における超伝導Ｘ線分析装置の要部の第２実施形態を示す構成図であり、図１と同じＸ線用レンズ２個を使用して検出器を試料から遠ざけた例である。図１と比較して、試料側のＸ線用レンズと試料の位置関係、及び検出器側のＸ線用レンズと検出器の位置関係を保ったまま、２個のＸ線用レンズの間隔のみを広げている。Ｘ線光路７に含まれるＸ線のうちＸ線光路１１に含まれる部分のみが検出器５に向かって集光され、さらに検出器側の焦点がずれてしまうために一部のＸ線のみが検出器に到達する。このように、試料側のＸ線用レンズを通過したＸ線の一部が検出器まで到達せずに失われるために、図１と比較してＸ線の輸送効率が落ちてしまう様子が示されている。
【００２６】
図３は、本発明における超伝導Ｘ線分析装置の要部の第３実施形態を示す構成図であり、本発明による２個のＸ線用レンズ、試料、及び検出器の配置構成例と、その中を通過するＸ線の光路を示した第２の例である。Ｘ線用レンズ９とＸ線用レンズ１０の間でのＸ線が平行光に近いので、２個のＸ線用レンズの間隔のみを変えて試料と検出器の間隔が異なる場合に対応させても、図１と図２の関係のようにＸ線の輸送効率を落とすことがない。
【００２７】
図４は、本発明における超伝導Ｘ線分析装置の要部の第４実施形態を示す構成図であり、本発明による３個以上のＸ線用レンズ、試料、及び検出器の配置構成例と、その中を通過するＸ線の光路を示した例である。Ｘ線用レンズ９とＸ線用レンズ１８の間でのＸ線が平行光に近いので、これらのＸ線用レンズの間隔のみを変えて試料と検出器の間隔が異なる場合に対応させても輸送効率を落とすことがない。Ｘ線用レンズ１８は、試料側から来る平行光のＸ線をＸ線用レンズ１０が最適に機能するように変換する。
【実施例】
【００２８】
本発明の超伝導Ｘ線分析装置の実施例について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施例は、本発明を限定するものではない。実際に、Ｘ線用レンズの種類、組み合わせ、配置等、または励起源の有無、励起源の種類を変更することで、同様の機能を持つ多種の構成が実現可能である。
【００２９】
図５は、本発明による超伝導Ｘ線分析装置の第１実施例を示した構成図である。この例では、励起源１２として電子線を使用しており、冷凍機の真空容器１と試料容器１７の真空を共通化している。試料６から発散したＸ線のうち、光路７に含まれるＸ線のみが検出器５にて検出される。極低温部４は、４Ｋ熱シールド３、８０Ｋ熱シールド２に囲まれており、それら全ては冷凍機側の真空容器１の内部に納まっている。試料側のポリキャピラリ型Ｘ線用レンズ１９と検出器側のポリキャピラリ型Ｘ線用レンズ２０の間でのＸ線は平行光となっている。したがって、励起源１２、試料容器１７、または試料６のサイズが大きくて冷凍機の真空容器１を遠ざけなければならない場合にも、試料側のポリキャピラリ型Ｘ線用レンズ１９と検出器側のポリキャピラリ型Ｘ線用レンズ２０の間隔を広げるだけの設計変更で対応することができる。
【００３０】
図６は、本発明における超伝導Ｘ線分析装置の第２実施例を示した構成図である。この例では、励起源１４としてＸ線管球を使用し、そこから発せられるＸ線２１を効率良く試料の分析点に照射するために第３のＸ線用レンズ１５を使用する。放射線防護用の試料容器１６は真空環境にはなっていない。そのため、図５とは違い、真空容器１は冷凍機本体のみで閉じられている。極低温部等が真空容器１の内部に納まっている点、及び試料等のサイズが大きい場合の設計変更が容易である点は、図５の場合と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明における超伝導Ｘ線分析装置の要部の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明における超伝導Ｘ線分析装置の要部の第２実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明における超伝導Ｘ線分析装置の要部の第３実施形態を示す構成図である。
【図４】本発明における超伝導Ｘ線分析装置の要部の第４実施形態を示す構成図である。
【図５】本発明における超伝導Ｘ線分析装置の第１実施例を示した構成図である。
【図６】本発明における超伝導Ｘ線分析装置の第２実施例を示した構成図である。
【図７】Ｘ線用レンズを使用しない従来例を示す図である。
【図８】Ｘ線用レンズを使用する従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    真空容器
２    ８０Ｋ熱シールド
３    ４Ｋ熱シールド
４    極低温部
５    超伝導検出器
６    試料
７    Ｘ線光路
８    Ｘ線用レンズ
９    Ｘ線用レンズ（試料側）
１０  Ｘ線用レンズ（検出器側）
１１  Ｘ線光路（輸送効率が落ちた場合）
１２  励起源（電子銃）
１３  電子線
１４  励起源（Ｘ線管球）
１５  Ｘ線用レンズ（励起Ｘ線用）
１６  試料容器（放射線防護）
１７  試料容器（真空容器）
１８  Ｘ線用レンズ（中間）
１９  ポリキャピラリ型Ｘ線用レンズ（試料側）
２０  ポリキャピラリ型Ｘ線用レンズ（検出器側）
２１  励起用Ｘ線
【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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