(57)【要約】【課題】汎用分析において、散乱線を除外して、高感度かつ高精度に分析できるとともに、小型化とコストダウンを図ることができるＸ線測定モジュールおよびＸ線測定モジュールを複数備え、小型化とコストダウンを図ることができる多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のＸ線測定モジュール１は、Ｘ線を通過させる矩形開口を有する入射スリット２と、入射スリットを通過したＸ線３を回折して円弧形に集束させる、回折面が凹型に二重湾曲した二重湾曲Ｘ線分光素子４と、二重湾曲Ｘ線分光素子４によって回折されて円弧形に集束されたＸ線５を過不足なく通過させる円弧形開口を有する出射スリット６と、出射スリット６を通過したＸ線の強度を測定するＸ線検出器７と、を備える。【選択図】図１
2016017759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を通過させる矩形開口を有する入射スリットと、
前記入射スリットを通過したＸ線を回折して円弧形に集束させる、回折面が凹型に二重湾曲した二重湾曲Ｘ線分光素子と、
前記二重湾曲Ｘ線分光素子によって回折されて円弧形に集束されたＸ線を過不足なく通過させる円弧形開口を有する出射スリットと、
前記出射スリットを通過したＸ線の強度を測定するＸ線検出器と、
を備えるＸ線測定モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線測定モジュールにおいて、
前記出射スリットの円弧形開口の幅を、前記二重湾曲Ｘ線分光素子によって回折されて円弧形に集束されたＸ線のうち、前記Ｘ線検出器で強度を測定すべき分析線に対して波長が近似する近接線を通過させないように狭小にしたＸ線測定モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＸ線測定モジュールを総計で複数備える多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二重湾曲Ｘ線分光素子を有するＸ線測定モジュールおよびそれを複数備える多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料から発生する２次Ｘ線が通過する入射スリットと、入射スリットを通過したＸ線を回折して集束する単湾曲Ｘ線分光素子と、単湾曲Ｘ線分光素子によって回折されて集束されたＸ線を通過させる矩形開口を有する出射スリットと、出射スリットを通過したＸ線の強度を測定するＸ線検出器と、を有するＸ線測定モジュールを備える蛍光Ｘ線分析装置がある。この蛍光Ｘ線分析装置では、単湾曲Ｘ線分光素子によって回折されて集束されたＸ線がＸ線検出器の受光面で直線状に結像されるので、矩形開口を有する出射スリットを備えている。しかし、蛍光Ｘ線分析装置による測定をより高感度かつ高精度にするためには、Ｘ線検出器に受光させるＸ線をより集束させる必要がある。
【０００３】
そこで、Ｘ線検出器に受光させるＸ線をより集束させるために、単湾曲Ｘ線分光素子ではなく、凹型に二重湾曲した二重湾曲Ｘ線分光素子を備える蛍光Ｘ線分析装置がある（特許文献１参照）。この蛍光Ｘ線分析装置は、Ｘ線源から放射される１次Ｘ線をピンホールスリットによってビームサイズ１５０×１５０μm2の光束にして試料に照射し、試料から発生した２次Ｘ線を、二重湾曲Ｘ線分光素子で回折して集束させ、出射スリットを用いずに位置敏感型Ｘ線検出器によって試料に含有される多元素を同時に測定する。この装置は出射スリットを備えていないので、分光素子などで散乱されて広い範囲に放射されＸ線検出器に入射する散乱線を除外することができない。この散乱線は測定すべき分析線に対して妨害線となり測定精度を悪くするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９５２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の二重湾曲Ｘ線分光素子を備える、Ｘ線測定モジュールおよび蛍光Ｘ線分析装置は、試料の微小部を分析することを目的としており、微小部分析以外の一般的な分析に適したＸ線測定モジュールを備えず、出射スリットも備えていないので、散乱線を除外することができず、汎用分析において高感度かつ高精度に分析することができなかった。また、上記の単湾曲Ｘ線分光素子を備える蛍光Ｘ線分析装置では、Ｘ線検出器の受光面において結像するＸ線は、結像の線幅方向には集束されているが、結像の長さ方向には集束されていないので、Ｘ線検出器の受光面に必要な面積が大きくなる。そのため、Ｘ線検出器の窓材も大きく、Ｘ線検出器そのものも大きくなり、コストアップになっていた。さらに、Ｘ線測定モジュールを多数備える多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置では、Ｘ線検出器が大きいと装置全体も大型になり、コストアップになっていた。
【０００６】
そこで、本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、汎用分析において、散乱線を除外して、高感度かつ高精度に分析できるとともに、小型化とコストダウンを図ることができるＸ線測定モジュール、およびＸ線測定モジュールを複数備え、小型化とコストダウンを図ることができる多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の第１構成のＸ線測定モジュールは、Ｘ線を通過させる矩形開口を有する入射スリットと、前記入射スリットを通過したＸ線を回折して円弧形に集束させる、回折面が凹型に二重湾曲した二重湾曲Ｘ線分光素子と、前記二重湾曲Ｘ線分光素子によって回折されて円弧形に集束されたＸ線を過不足なく通過させる円弧形開口を有する出射スリットと、前記出射スリットを通過したＸ線の強度を測定するＸ線検出器と、を備える。
【０００８】
本発明の第１構成のＸ線測定モジュールによれば、二重湾曲Ｘ線分光素子によって回折され、円弧形に集束されたＸ線が、円弧形開口を有する出射スリットを過不足なく通過してＸ線検出器で測定されるので、散乱線が除外され、汎用分析を高感度かつ高精度にできるとともに、Ｘ線検出器の小型化によるＸ線測定モジュールの小型化とコストダウンを図ることができる。
【０００９】
本発明の第１構成のＸ線測定モジュールは、前記出射スリットの円弧形開口の幅を、前記二重湾曲Ｘ線分光素子によって回折されて円弧形に集束されたＸ線のうち、前記Ｘ線検出器で強度を測定すべき分析線に対して波長が近似する近接線を通過させないように狭小にするのが好ましい。この場合には、近接線をも除外できるので、より高感度かつ高精度の測定をすることができる。
【００１０】
本発明の第２構成の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置は、本発明の第１構成のＸ線測定モジュールを総計で複数備える。
【００１１】
本発明の第２構成の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置によれば、本発明の第１構成のＸ線測定モジュールを総計で複数備えるので、本発明の第１構成のＸ線測定モジュールと同様の効果を奏することができ、さらに、Ｘ線測定モジュールの小型化によって、多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置の小型化とコストダウンを図ることができるとともに、従来の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置に比べ、多くのＸ線測定モジュールを備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１、第２実施形態のＸ線測定モジュールの概略図である。
【図２】同Ｘ線測定モジュールの動作説明図である。
【図３】同Ｘ線測定モジュールと従来のＸ線測定モジュールとにおけるＸ線の集束状態を示す概略図である。
【図４】同Ｘ線測定モジュールと従来のＸ線測定モジュールとにおける集束されたＸ線のリナグラフ像である。
【図５】同Ｘ線測定モジュールを備える多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の第１実施形態のＸ線測定モジュールについて図にしたがって説明する。図１に示すように、このＸ線測定モジュール１は、Ｘ線を通過させる矩形開口を有する入射スリット２と、入射スリット２を通過したＸ線（Ｘ線測定モジュール１への入射Ｘ線）３を回折して円弧形に集束させる、回折面が凹型に二重湾曲した二重湾曲Ｘ線分光素子４と、二重湾曲Ｘ線分光素子４によって回折されて円弧形に集束されたＸ線５を過不足なく通過させる円弧形開口を有する出射スリット６と、出射スリット６を通過したＸ線５の強度を測定するＸ線検出器７と、を備える。Ｘ線測定モジュール１には、測定すべき分析線の波長に対応した、二重湾曲Ｘ線分光素子４およびＸ線検出器７が備えられる。図１において、入射Ｘ線３の入射スリット２側の焦点を符号Ｆ１、集束されたＸ線５の出射スリット６側の焦点を符号Ｆ２として示している。
【００１４】
二重湾曲Ｘ線分光素子４は、熱塑性変形で凹型に二重湾曲に形成した単結晶基板の表面上に分光多層膜を形成して作製されている。この実施形態では、二重湾曲Ｘ線分光素子４の回折面４１は、焦点Ｆ１と焦点Ｆ２とを結ぶ線分を含む平面上の対数螺旋を、同線分を回転軸心として回転して形成された回転対数螺旋面（回転ログスパイラル面）である。
【００１５】
この二重湾曲Ｘ線分光素子４は、熱塑性変形加工時に発生する単結晶基板表面の形状欠陥を研磨により除去した面に分光多層膜を形成するため、低コストで作製できる。単結晶基板はシリコン基板、ゲルマニウム基板などである。回折面４１は、回転対数螺旋面に限らず、トロイダル面、回転楕円面、球面などであってもよい。二重湾曲Ｘ線分光素子４は、単結晶基板の表面上に分光多層膜が形成された分光素子に限らず、熱塑性変形で凹型に二重湾曲に形成したグラファイト、フッ化リチウム、ゲルマニウム、ＴＡＰ、ＰＥＴなどの分光結晶であってもよい。
【００１６】
出射スリット６の円弧形開口は、二重湾曲Ｘ線分光素子４の回折面の形状に基づいて、シミュレーションや実験によって二重湾曲Ｘ線分光素子４によって回折されて円弧形に集束されたＸ線５を過不足なく通過させるように形成される。
【００１７】
次に、蛍光Ｘ線分析装置に備えられた第１実施形態のＸ線測定モジュール１の動作について、説明する。図２に示すように、Ｘ線管８によって１次Ｘ線１３が試料Ｓに照射され、試料Ｓから発生した蛍光Ｘ線が入射スリット２を通過し、入射スリット２を通過したＸ線３が二重湾曲Ｘ線分光素子４によって回折されて円弧形に集束されたＸ線５、例えばＣｕ−Ｋα線が、出射スリット６の円弧形開口を過不足なく通過して、Ｘ線検出器７、例えば封入型比例計数管によって強度を測定される。
【００１８】
図３に本発明の第１実施形態のＸ線測定モジュール１と従来の単湾曲Ｘ線分光素子を備えたＸ線測定モジュールとにおけるＸ線の集束状態の概略を示す。図３の上側に、本発明の第１実施形態のＸ線測定モジュール１によるＸ線の集束状態の概略を示す。矩形開口を有する入射スリット２を通過した入射Ｘ線３が二重湾曲Ｘ線分光素子４で回折されて集束され、そのＸ線５が円弧形開口を有する出射スリット６を通過し、そのＸ線の強度が窓開口幅Ｌ１のＸ線検出器７によって検出される。図３の下側に、従来の単湾曲Ｘ線分光素子を備えたＸ線測定モジュールによるＸ線の集束状態の概略を示す。矩形開口を有する入射スリット２を通過した入射Ｘ線３が単湾曲Ｘ線分光素子４５で回折されて集束され、そのＸ線５５が長手方向長Ｌ５の矩形開口を有する出射スリット６５を通過し、そのＸ線の強度が窓開口幅Ｌ５のＸ線検出器７５によって検出される。
【００１９】
図３から分かるように、本発明の第１実施形態のＸ線測定モジュール１では、従来のＸ線測定モジュールに比べ、Ｘ線検出器７の窓材の面積およびＸ線検出器７そのものを小さくすることができる。
【００２０】
本発明の第１実施形態のＸ線測定モジュール１によって集束されたＸ線のリナグラフ像を図４の上側に示し、従来のＸ線測定モジュールによって集束されたＸ線のリナグラフ像を図４の下側に示す。図４から分かるように、本発明の第１実施形態のＸ線測定モジュール１によって円弧形に集束されたＸ線の円弧長（周方向の長さ）は、従来のＸ線測定モジュールによって直線状に集束されたＸ線の長さに比べ、約１／２になっている。
【００２１】
本発明の第１実施形態のＸ線測定モジュール１において二重湾曲Ｘ線分光素子４によって回折されて円弧形に集束されたＣｕ−Ｋα線の強度と、従来のＸ線測定モジュールにおいて単湾曲Ｘ線分光素子によって回折されて直線状に集束されたＣｕ−Ｋα線の強度とを測定したところ、本発明の第１実施形態のＸ線測定モジュール１での測定強度は従来のＸ線測定モジュールでの測定強度の１．３倍であり、散乱線によるバックグラウンドも大幅に低減した。これは、本発明の第１実施形態のＸ線測定モジュール１では、円弧形に集束されて空間密度が高くなったＣｕ−Ｋα線について出射スリット６によって散乱線の混入を排除し、集束されたＣｕ−Ｋα線を過不足なく測定できるからである。
【００２２】
従来のＸ線測定モジュールでは、Ｘ線検出器の受光面において結像するＸ線は、結像の線幅方向には集束されているが、結像の長さ方向には集束されていないので、Ｘ線検出器の受光面に必要な面積が大きくなる。そのため、Ｘ線検出器の窓材も大きく、Ｘ線検出器そのものも大きくなり、コストアップになっていた。それに対し、本発明の第１実施形態のＸ線測定モジュール１では、円弧形に集束されたＸ線の円弧長は、従来のＸ線測定モジュールによって直線状に集束されたＸ線の長さに比べ、約１／２になり、Ｘ線検出器７の受光面の面積、すなわちＸ線検出器７の窓材の受光面積を小さくできて窓材のコストダウンができ、Ｘ線検出器７も小型化できてコストダウンを図ることができる。特に、高価なベリリウム窓材を有するＸ線検出器７では、その効果は大きい。
【００２３】
このように、本発明の第１実施形態のＸ線測定モジュール１によれば、二重湾曲Ｘ線分光素子４によって回折され、円弧形に集束されたＸ線５が、円弧形開口を有する出射スリット６を過不足なく通過してＸ線検出器７で測定されるので、散乱線を除外して、汎用分析を高感度かつ高精度に分析できるとともに、Ｘ線検出器の小型化によるＸ線測定モジュールの小型化とコストダウンを図ることができる。
【００２４】
本発明の第２実施形態のＸ線測定モジュール１１について説明する。本発明の第２実施形態のＸ線測定モジュール１１は、本発明の第１実施形態のＸ線測定モジュール１とは出射スリットの円弧形開口の幅が異なるだけであるので、その構成のみについて説明する。本発明の第２実施形態のＸ線測定モジュール１１では、出射スリット６１の円弧形開口の幅が、二重湾曲Ｘ線分光素子４によって回折されて円弧形に集束されたＸ線５のうち、Ｘ線検出器７で強度を測定すべき分析線に対して波長が近似する近接線を通過させないように狭小に構成されている。
【００２５】
本発明の第２実施形態のＸ線測定モジュール１１における出射スリット６１について、第１実施形態のＸ線測定モジュール１における出射スリット６に対して、円弧形開口の幅を１／２にし、円弧形開口の円弧長を２／３にして、測定すべき分析線であるＭｎ‐Ｋα線と、Ｍｎ‐Ｋα線に対して波長が近似する近接線であるＣｒ−Ｋβ１線について測定した。その結果、近接線であるＣｒ−Ｋβ１線の強度はほとんど測定されなかった。このように、本発明の第２実施形態のＸ線測定モジュール１１では、測定すべき分析線と近接線の波長の位置関係に応じて、出射スリット６１の円弧形開口の幅と円弧長を定めることによって、近接線を通過させないようにする。
【００２６】
本発明の第２実施形態のＸ線測定モジュール１１によれば、本発明の第１実施形態の効果に加え、近接線をも除外できるので、より高感度かつ高精度の測定をすることができる。
【００２７】
本発明の第３実施形態の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置１０について説明する。この多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置１０は、本発明の第１実施形態のＸ線測定モジュール１と本発明の第２実施形態のＸ線測定モジュール１１とを総計で複数備え、図５に示すように、Ｘ線管８と、３つのＸ線測定モジュール１と、１つのＸ線測定モジュール１１と、信号処理手段９と、を備える。信号処理手段９はＸ線測定モジュール１、１１によって同時に測定されたそれぞれの測定すべき分析線の強度に基づいて試料Ｓ中の元素を定量し、その結果を表示手段（図示なし）に表示する。Ｘ線測定モジュール１、１１のそれぞれの個数は、上記の個数に限ったものではなく、分析目的に応じた適切な個数であればよい。
【００２８】
例えば、試料Ｓ中のＺｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎを測定する場合、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｒの測定には、Ｘ線測定モジュール１がそれぞれ備えられ、Ｍｎの測定には、Ｘ線測定モジュール１１が備えられる。Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｒの測定用に備えられるＸ線測定モジュール１には、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｒそれぞれの測定すべき分析線の波長に対応した、二重湾曲Ｘ線分光素子４およびＸ線検出器７が備えられる。Ｍｎの測定については、Ｘ線測定モジュール１１によって試料Ｓに含有されているＣｒから発生するＣｒ−Ｋβ１線を除外して、測定すべき分析線であるＭｎ‐Ｋα線のみの強度が測定される。
【００２９】
本発明の第３実施形態の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置１０によれば、本発明の第１実施形態、本発明の第２実施形態のＸ線測定モジュール１、１１を備えるので、本発明の第１実施形態、本発明の第２実施形態のＸ線測定モジュール１、１１と同様の効果を奏することができ、さらに、Ｘ線測定モジュール１、１１の小型化によって、多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置１０の小型化とコストダウンを図ることができるとともに、従来の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置に比べ、多くのＸ線測定モジュール１、１１を備えることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１、１１  Ｘ線測定モジュール            
２        入射スリット                  
３        入射スリットを通過したＸ線（入射Ｘ線）                    
４        二重湾曲Ｘ線分光素子          
５        円弧形に集束されたＸ線        
６、６１  出射スリット                  
７        Ｘ線検出器                    
１０      多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置  
【図１】
2016017759.tif 000003
【図２】
2016017759.tif 000004
【図３】
2016017759.tif 000005
【図４】
2016017759.tif 000006
【図５】
2016017759.tif 000007