マルチＸ線の発生方法及びその装置
【課題】低エネルギー領域と高エネルギー領域において、明確に分離されたＸ線ピークを有するマルチＸ線を発生させる方法及びその装置の提供。
【解決手段】連続Ｘ線発生器に金属材料のフィルターを配置して管電圧をかけることにより低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを有するマルチＸ線の発生方法であって、金属材料のフィルターが少なくとも１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１（μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）、かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧または該電圧より数ｋＶ以上高い電圧であることを特徴とするマルチＸ線の発生方法及びその装置。
【解決手段】連続Ｘ線発生器に金属材料のフィルターを配置して管電圧をかけることにより低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを有するマルチＸ線の発生方法であって、金属材料のフィルターが少なくとも１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１（μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）、かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧または該電圧より数ｋＶ以上高い電圧であることを特徴とするマルチＸ線の発生方法及びその装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチＸ線の発生方法及びその装置に関し、詳しくは金属材料フィルターを配することにより、低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを有するマルチＸ線の発生方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、Ｘ線発生装置から発生するＸ線は、種々のエネルギーの光子からなり、なだらかな連続Ｘ線エネルギースペクトルをもつ白色Ｘ線となる。この連続Ｘ線の波長範囲を限定したり、複数の波長範囲に分離し、複数の単色化したＸ線を発生させ、物質中を通過するそれぞれのエネルギーにおけるＸ線の吸収係数から種々の物質の定量装置に用いる試みがなされている。
高いエネルギーのＸ線と低いエネルギーのＸ線を発生させる方法としては、例えば、タングステン等をターゲット材として加速電子により発生するＸ線を回折格子を用いて発生させる方法（例えば、特許文献１参照。）、２種類のフィルターを用いＸ線の管電圧を変化させる方法（例えば、特許文献２参照。）、Ｘ線発生器のターゲットに２種類の物質を用いる方法（例えば、特許文献３参照。）などがある。しかしながら、特許文献１の方法では回折格子を複数個使用する必要があり、特許文献２の方法では管電圧を変えて２回の測定を行なう必要があり、特許文献３の方法ではターゲットが複雑になるので、装置が大きくなったり、コストがかかったり、測定が複雑になってしまうという問題があった。
【０００３】
また、フィルターを用いる方式においては、１種類の元素のみでなく２種類以上の元素により構成されているＫエッジフィルターを用いる方法があり、例えば、主要部分が少なくとも２種類以上の元素を含む材料により構成されており、その少なくとも２種類の元素のＫ吸収端エネルギーが５〜１０ｋｅＶの差を有するフィルターを用いてＸ線連続スペクトルを単色化してデュアルＸ線を発生させる方法（例えば、特許文献４参照。）が開示され、その中では具体的に、Ｇｄ板とＥｒ板とを重ねたものや、ＰｂとＰｏを組み合わせたものが用いられている。しかしながら、これらの元素の組み合わせにおいては、各元素のＫ吸収端にある程度の差があるために、そのフィルターを通したＸ線エネルギーは、分離されたＸ線のエネルギー分離境界付近でのＸ線強度が十分に低減されるものではなく、低エネルギー領域と高エネルギー領域とを十分明確に分離することができず、特に、Ｘ線は低エネルギーにおいてビームハードニングの影響を大きく受けるため、単に高エネルギー領域と低エネルギー領域を分離するだけでは低エネルギー領域における正確な単一エネルギーとしてのＸ線強度の測定が困難であるという問題があった。
【０００４】
さらに、Ｘ線源と、このＸ線源から発生したＸ線を複数のエネルギーに分離するＫエッジフィルターと、Ｘ線検出器とを備え、Ｋエッジフィルターを構成する元素としてヨウ素とセシウムとを用い、Ｘ線検出器を構成する元素としてテルルとカドミウムとを用いた技術が開示されている（例えば、特許文献５参照。）。しかしながら、このようなフィルターを用いても低エネルギー領域のビームハードニング現象を必ずしも抑えることができていなかった。なお、特許文献５では、Ｓｎを用いたフィルターを用いると、低エネルギーのピークは低く、高エネルギーのピーク幅は広くなり、低エネルギー領域と高エネルギー領域とで確実に分離できなかった。
【特許文献１】特開昭６４−４９５４７号公報
【特許文献２】特開平１０−８５２０８号公報
【特許文献３】特開平８−２９９３１８号公報
【特許文献４】特開平５−２７０４３号公報
【特許文献５】特開平８−２８９８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、低エネルギー領域と高エネルギー領域とにおいて、十分明確に分離されたＸ線ピークを有するマルチＸ線を発生させる方法及びその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】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、ビームハードニング現象、特に低エネルギー領域での現象は、用いる金属元素フィルターの厚さと管電圧に起因することを見出し、それぞれの金属元素における特性を把握することにより、低エネルギー領域と高エネルギー領域とを十分明確に分離するとともに、マルチＸ線の発生を可能にすることを見出し本発明を完成させた。
【０００７】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、連続Ｘ線発生器に金属材料のフィルターを配置して管電圧をかけることにより低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを有するマルチＸ線の発生方法であって、金属材料のフィルターが少なくとも１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧または該電圧より数ｋＶ以上高い電圧であることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、金属材料のフィルターが１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧でシングルＸ線を発生させることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、金属材料のフィルターが１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧より数ｋＶ以上高い電圧でデュアルＸ線を発生させることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１０】
また、本発明の第４の発明によれば、第１の発明において、フィルターが２種類の金属元素からなり、フィルターの厚さが２種類の金属元素の内の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が２種類の金属元素の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧でデュアルＸ線を発生させることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の第５の発明によれば、第１の発明において、フィルターが２種類の金属元素からなり、フィルターの厚さが２種類の金属元素の内の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が２種類の金属元素の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギー該金属の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧より数ｋＶ以上高い電圧でトリプルＸ線を発生させることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１２】
また、本発明の第６の発明によれば、第１〜５のいずれかの発明において、金属元素が原子番号２２〜８３の間の元素であることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の第７の発明によれば、第４又は５の発明において、金属フィルターが２種類の金属元素の貼り合わせフィルターであることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１４】
また、本発明の第８の発明によれば、第４又は５の発明において、金属フィルターが２種類の金属元素の粉体を混合して成形したフィルターであることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１５】
また、本発明の第９の発明によれば、第３の発明において、金属元素がＳｎであり、フィルター厚さが０．７〜１．７ｍｍ、管電圧が５０〜７０ｋＶであることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１６】
また、本発明の第１０の発明によれば、第３の発明において、金属元素がＴｉであり、フィルター厚さが６０〜８０μｍ、管電圧が８ｋＶ以上であることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１７】
また、本発明の第１１の発明によれば、第４の発明において、金属元素がＳｎとＧｄであり、Ｓｎのフィルター厚さが０．３〜０．８ｍｍでＧｄのフィルター厚さが０．２〜０．５ｍｍ、管電圧が５０〜７５ｋＶであることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１８】
また、本発明の第１２の発明によれば、連続Ｘ線発生器及び少なくとも１種類の金属材料からなるフィルターからなる低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを有するマルチＸ線の発生装置であって、連続Ｘ線発生器と金属材料からなるフィルターを第１〜１１のいずれかの発明の条件で組み合わせて操作することを特徴とするマルチＸ線の発生装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、低エネルギー領域及び／又は高エネルギー領域にＸ線ピークを有するマルチＸ線を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のマルチＸ線の発生方法は、連続Ｘ線発生器に少なくとも１種類の金属からなる金属元素のフィルターを配置して、管電圧をかけることによりマルチＸ線を発生させる方法であって、該金属フィルターの厚さと管電圧を調整することにより該金属の特性Ｘ線である単色Ｘ線のピークとそれより高エネルギー位置に現れる連続Ｘ線のピークからなるマルチＸ線を発生させる方法である。以下に詳細を説明する。
【００２１】
本発明で用いる金属材料のフィルターに用いることのできる金属材料としては、原子番号が２２〜８３の金属元素が好ましい。これらの金属元素は、それぞれの金属が有する特性Ｘ線のエネルギーの用途において使い分けられる。該金属材料は、公知の方法でフィルター形状に成形されて、連続Ｘ線発生器に設置される。なおＸ線を絞るコリメーターを用いる場合は、その前あるいは後に設置される。
【００２２】
本発明のマルチＸ線の発生方法においては、連続Ｘ線発生器に金属材料のフィルターを配置して管電圧をかけることにより低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを発生させるが、フィルターに用いる金属材料のフィルターの厚みとＸ線を発生させる管電圧を制御することが必要である。
【００２３】
金属材料のフィルターの厚みは、用いる金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
好ましくは、下記式（１’）を満足する必要がある。
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．０５ …（１’）
（式（１）、（１’）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
金属フィルターの厚みをｅｘｐ（−μρｘ）の値が０．１以下になるようにし、管電圧を制御することにより、該金属フィルターの特性Ｘ線の発生するエネルギー近辺における連続Ｘ線を遮蔽し、かつ高エネルギー領域における連続Ｘ線ピークを単一化することができる。ｅｘｐ（−μρｘ）の値が０．１を超えると特性Ｘ線に連続Ｘ線が重なってしまう。
【００２４】
ここで、ｅｘｐ（−μρｘ）は、通常のＸ線の強度を求める式であり、μは金属の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）であって、文献（例えば、ＮＳＲＤＳ−ＮＢＳ２９（１９６９） ｂｙ Ｊ．Ｈ．Ｈｕｂｂｅｌｌ）により求められる値であり、ρは金属の密度（ｇ／ｃｍ３）であり、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）である。
【００２５】
管電圧は、該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な電圧より数ｋＶ以上高い電圧にし、特性Ｘ線のエネルギーが数１０ｋｅＶの時は１０ｋＶ以上高い電圧にすることが必要である。管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な電圧より低いと何も現れなくなる。
【００２６】
通常、Ｘ線発生装置から発生するＸ線は、種々のエネルギー光子からなるので、図５に示すようななだらかな連続Ｘ線スペクトルのエネルギースペクトルをもつ。ここに、特定の厚さの金属フィルターを用いると、該フィルターを透過したＸ線は、該金属の減弱係数に依存してＫ吸収端以下のＸ線エネルギーを十分減弱し、該金属の特性Ｘ線のエネルギー領域における透過量が急激に減少して連続スペクトルは現れなくなる。このフィルターの厚みとＸ線を発生させる管電圧の制御を行なって、マルチＸ線を発生させることに成功したのが本発明である。
【００２７】
金属元素として、１種類の金属を用い、上記のフィルター厚みと管電圧を制御すると、低エネルギー領域において用いた金属の特性Ｘ線エネルギーのピークが得られ、かつ高エネルギー領域に連続Ｘ線のピークが得られ、２種類のＸ線ピークを発生させることができる。
なお、ここで、管電圧を金属フィルターの特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧にすることにより、高エネルギー領域における連続Ｘ線のピークの発生を抑えることができ、低エネルギー領域においてフィルターとして用いた金属の特性Ｘ線の単色ピークのみを得ることができる。
【００２８】
例えば、金属元素として、Ｓｎを用いた場合、そのＸ線スペクトルの図１及び図２で説明する。Ｓｎの特性Ｘ線エネルギーは、２８．５ｋｅＶであるので、その１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置におけるｅｘｐ（−μρｘ）の値が０．１以下になるフィルター厚みにし、かつ、管電圧をＳｎの特性Ｘ線エネルギー２８．５ｋｅＶを発生させることのできる２８．５ｋＶより１０ｋＶ以上高い電圧をかけると、図１のような、２８．５ｋｅＶにＳｎの特性Ｘ線の単色ピークと約６５ｋｅＶに連続Ｘ線のピークのデュアルＸ線が発生する。
また、この時、管電圧を高エネルギー領域における連続Ｘ線のピークの発生を抑えることができる５０ｋＶ以下にすることにより、連続Ｘ線のピークの出現を抑えることができ、図２に示すようなＳｎの単色スペクトルの単一のピークを得ることができる。
【００２９】
ここで、Ｓｎをフィルターとした場合は、Ｓｎの厚さを０．７〜１．７ｍｍにし、管電圧を５０〜７５ｋＶにすると、６０ｋｅＶでのｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０３９〜０．０００３９となり、デュアルＸ線が得られる。また、管電圧を３０〜５０ｋＶにするとＳｎの単色Ｘ線のみが得られる。
【００３０】
また、Ｔｉをフィルターとした場合は、Ｔｉの厚さを６０〜８０μｍにし、管電圧を８ｋＶ以上にすると、１０ｋｅＶでのｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０４９〜０．０１８となり、デュアルＸ線が得られる。
【００３１】
フィルター金属として、２種類以上の金属を用いる場合は、最も原子番号の高い金属について、上記のフィルター厚みと管電圧を制御すると、低エネルギー領域において用いた金属の２種類以上の特性Ｘ線エネルギーのピークと、高エネルギー領域において連続Ｘ線のピークの３種類以上のＸ線ピークを発生させることができる。
なお、ここで、管電圧を原子番号の高い方の金属フィルターの特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧にすることにより、高エネルギー領域における連続Ｘ線のピークの発生を抑えることができ、低エネルギー領域においてフィルターとして用いた２種類以上の金属の特性Ｘ線の単色ピークのみを得ることができる。
【００３２】
例えば、金属元素として、ＳｎとＧｄの２種類の金属を用いた場合のＸ線スペクトルを図３及び図４で説明する。Ｓｎの特性Ｘ線エネルギーは、２８．５ｋｅＶであり、Ｇｄの特性Ｘ線エネルギーは、４８．７ｋｅＶである。２種類の金属のうち、原子番号の高い方の金属Ｇｄの特性Ｘ線エネルギー４８．７ｋｅＶの１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置におけるｅｘｐ（−μρｘ）の値が０．１以下になるフィルター厚みにすればよく、また、管電圧はＧｄの特性Ｘ線エネルギー４８．７ｋｅＶを発生させることのできる４８．７ｋＶより１０ｋＶ以上高い電圧をかけると、図３に示すような２８．４ｋｅＶにＳｎの特性Ｘ線の単色ピークと４８．７ｋｅＶにＧｄの単色ピークが表れ、６０ｋｅＶの位置に連続Ｘ線のピークが現れ、トリプルＸ線となる。また、この時、管電圧を該金属の特性Ｘ線エネルギーを発生させるエネルギーの電圧でかつ１０ｋＶ以下に抑えることにより、連続Ｘ線のピークの出現を抑えることができ、図４に示すようなＳｎの単色スペクトルとＧｄの単色スペクトルのデュアルＸ線を得ることができる。
【００３３】
ここで、２種類の金属のフィルターを用いる場合において、ＳｎとＧｄをフィルターとして用いた場合は、それぞれの金属毎にフィルターを形成し、それを重ねて一つのフィルターとして用いており、Ｓｎの厚さを０．３〜０．８ｍｍ、Ｇｄの厚さを０．２〜０．５ｍｍにし、管電圧を６５〜７５ｋＶにすると、６０ｋｅＶでのｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０３４〜０．０００９０となり、トリプルＸ線が得られる。また、管電圧を５０〜６５ｋＶにするとＳｎとＧｄの単色Ｘ線のみのデュアルＸ線が得られる。
【００３４】
２種類の金属を用いる場合は、２種類の金属元素のフィルターを貼り合わせたフィルターであっても、２種類の金属元素の粉体を混合して成形したフィルターであっても良い。
２種類の金属フィルターを貼りあわせて用いる場合は、２種類の金属フィルターの厚みと、管電圧を主に調整するが、２種類の金属を用いる場合の原子番号の高い方の金属フィルターの厚みと原子番号の低い方のフィルターの厚み比は、低エネルギー側と高エネルギー側のそれぞれのピークをどのような比にするかにより決まる。
【００３５】
本発明のマルチＸ線を発生させる装置は、従来公知のＸ線装置のＸ線発生器と、必要に応じて用いるＸ線を絞るコリメーターからなり、連続Ｘ線を単色化してマルチＸ線を取り出す金属材料フィルターをＸ線発生器に接して配した装置である。
【実施例】
【００３６】
以下に本発明を実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
Ｘ線発生器として東芝社製Ｉ３１１を用い、Ｘ線検出器として、ＮａＩ検出器（５０．８φ×５０．８ｍｍ）を用い、フィルターとして、１ｍｍ厚のＳｎ金属を用いた。管電圧６３ｋＶ、管電流０．５ｍＡの電圧をかけてＸ線スペクトルを得た。Ｘ線スペクトルを図６に示す。２８．４ｋｅＶにＳｎの特性Ｘ線の単色ピークと約６２ｋｅＶに連続Ｘ線のピークが現れデュアルＸ線となった。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．００９８であった。
【００３８】
（実施例２）
Ｘ線発生器としてリガク社製ＸＢ１５０ＣＰ−１０を用い、Ｘ線検出器としてＣｄＴｅ検出器（４×４×０．３ｍｍ）を用い、フィルターとして０．７ｍｍ厚のＳｎ金属を用いた。管電圧を７５ｋＶ、管電流０．５ｍＡの電圧をかけてＸ線スペクトルを得た。Ｘ線スペクトルを図７のＡに示す。２８．４ｋｅＶにＳｎの特性Ｘ線の単色ピークと約６７ｋｅＶに連続Ｘ線のピークが現れデュアルＸ線となった。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０３９であった。
【００３９】
（比較例１）
実施例２において、Ｓｎ金属フィルターの厚さを０．３ｍｍとする以外は、実施例２と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図７のＢに示す。なだらかなパイルアップした連続Ｘ線ピークしかあらわれなかった。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．２５であった。
【００４０】
（実施例３）
実施例２において、Ｓｎ金属フィルターの厚さを１ｍｍ、管電圧を５０ｋＶとする以外は、実施例２と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図８のＡに示す。Ｓｎ金属の特性Ｘ線の単色ピークのみが現れた。
【００４１】
（比較例２）
実施例２において、管電圧を３０ｋＶとする以外は、実施例３と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図８のＢに示す。Ｓｎ金属の特性Ｘ線の単色ピークがわずかしか現れなかった。
【００４２】
（実施例４）
Ｘ線発生器としてソフテックス社製ＲＥ−１０３０特を用い、Ｘ線検出器としてＮａＩ検出器（５０．８φ×３ｍｍ）を用い、金属フィルターとして、７２μｍ厚のＴｉ金属フィルターを用い、管電圧を１０ｋＶ、管電流０．０２ｍＡにしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図９に示す。４．９ｋｅＶにＴｉの特性Ｘ線の単色ピークと約８．５ｋｅＶに連続Ｘ線のピークが現れ、デュアルＸ線となった。なお、１０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０２７であった。
【００４３】
（実施例５）
金属フィルターとして、１ｍｍ厚のＣｄ金属フィルターを用い、Ｘ線検出器としてＮａＩ検出器（５０．８φ×５０．８ｍｍ）を用い、管電圧を６０ｋＶ、管電流０．５ｍＡにする以外は、実施例２と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図１０に示す。２６．１ｋｅＶにＣｄの特性Ｘ線の単色ピークと約５６ｋｅＶに連続Ｘ線のピークが現れ、デュアルＸ線となった。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．００６５であった。
【００４４】
（実施例６）
金属フィルターとして、１ｍｍ厚のＡｇ金属フィルターを用い、管電圧を６０ｋＶ、管電流０．５ｍＡにする以外は、実施例５と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図１０に示す。２４．９ｋｅＶにＡｇの特性Ｘ線の単色ピークと約５６ｋｅＶに連続Ｘ線のピークが現れ、デュアルＸ線となった。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．００３０であった。
【００４５】
（実施例７）
金属フィルターとして、０．２５ｍｍ厚のＧｄ金属フィルターと０．５ｍｍ厚のＳｎ金属フィルターを用い、管電圧を７０ｋＶ、管電流０．５ｍＡにする以外は、実施例２と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図１１に示す。２８．５ｋｅＶにＳｎの特性Ｘ線の単色ピークと４８．７ｋｅＶにＧｄの単色ピークが表れ、約６０ｋｅＶに連続Ｘ線のピークが現れ、トリプルＸ線となった。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０１７であった。
【００４６】
（実施例８）
金属フィルターとして、０．２５ｍｍ厚のＧｄ金属フィルターと０．５ｍｍ厚のＳｎ金属フィルターを用い、管電圧を６０ｋＶ、管電流０．５ｍＡにする以外は、実施例２と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図１２に示す。２８．５ｋｅＶにＳｎの特性Ｘ線の単色ピークと４８．７ｋｅＶにＧｄの単色ピークが表れ、約６０ｋｅＶに連続Ｘ線のピークのデュアルＸ線が現れた。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０１７であった。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のマルチＸ線の発生方法、装置によれば、低エネルギー領域と高エネルギー領域とにおいて、十分明確に分離されたＸ線ピークを有するマルチＸ線を発生させることができるので、骨塩量測定装置、乳製品中の脂肪量の測定装置、ガソリン中の添加剤の測定装置、ラミネートフィルムの各フィルム層の厚さの測定装置等、非破壊検査分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の方法により得られるデュアルＸ線のスペクトルの一例である。
【図２】本発明の方法により得られるシングルＸ線のスペクトルの一例である。
【図３】本発明の方法により得られるトリプルＸ線のスペクトルの一例である。
【図４】本発明の方法により得られるデュアルＸ線のスペクトルの一例である。
【図５】連続Ｘ線のスペクトルである。
【図６】実施例１のＳｎフィルターを用いたＸ線のスペクトルである。
【図７】実施例２及び比較例１のＸ線のスペクトルである。
【図８】実施例３及び比較例２のＸ線のスペクトルである。
【図９】実施例４のＸ線のスペクトルである。
【図１０】実施例５及び実施例６のＸ線のスペクトルである。
【図１１】実施例７のＸ線のスペクトルである。
【図１２】実施例８のＸ線のスペクトルである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチＸ線の発生方法及びその装置に関し、詳しくは金属材料フィルターを配することにより、低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを有するマルチＸ線の発生方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、Ｘ線発生装置から発生するＸ線は、種々のエネルギーの光子からなり、なだらかな連続Ｘ線エネルギースペクトルをもつ白色Ｘ線となる。この連続Ｘ線の波長範囲を限定したり、複数の波長範囲に分離し、複数の単色化したＸ線を発生させ、物質中を通過するそれぞれのエネルギーにおけるＸ線の吸収係数から種々の物質の定量装置に用いる試みがなされている。
高いエネルギーのＸ線と低いエネルギーのＸ線を発生させる方法としては、例えば、タングステン等をターゲット材として加速電子により発生するＸ線を回折格子を用いて発生させる方法（例えば、特許文献１参照。）、２種類のフィルターを用いＸ線の管電圧を変化させる方法（例えば、特許文献２参照。）、Ｘ線発生器のターゲットに２種類の物質を用いる方法（例えば、特許文献３参照。）などがある。しかしながら、特許文献１の方法では回折格子を複数個使用する必要があり、特許文献２の方法では管電圧を変えて２回の測定を行なう必要があり、特許文献３の方法ではターゲットが複雑になるので、装置が大きくなったり、コストがかかったり、測定が複雑になってしまうという問題があった。
【０００３】
また、フィルターを用いる方式においては、１種類の元素のみでなく２種類以上の元素により構成されているＫエッジフィルターを用いる方法があり、例えば、主要部分が少なくとも２種類以上の元素を含む材料により構成されており、その少なくとも２種類の元素のＫ吸収端エネルギーが５〜１０ｋｅＶの差を有するフィルターを用いてＸ線連続スペクトルを単色化してデュアルＸ線を発生させる方法（例えば、特許文献４参照。）が開示され、その中では具体的に、Ｇｄ板とＥｒ板とを重ねたものや、ＰｂとＰｏを組み合わせたものが用いられている。しかしながら、これらの元素の組み合わせにおいては、各元素のＫ吸収端にある程度の差があるために、そのフィルターを通したＸ線エネルギーは、分離されたＸ線のエネルギー分離境界付近でのＸ線強度が十分に低減されるものではなく、低エネルギー領域と高エネルギー領域とを十分明確に分離することができず、特に、Ｘ線は低エネルギーにおいてビームハードニングの影響を大きく受けるため、単に高エネルギー領域と低エネルギー領域を分離するだけでは低エネルギー領域における正確な単一エネルギーとしてのＸ線強度の測定が困難であるという問題があった。
【０００４】
さらに、Ｘ線源と、このＸ線源から発生したＸ線を複数のエネルギーに分離するＫエッジフィルターと、Ｘ線検出器とを備え、Ｋエッジフィルターを構成する元素としてヨウ素とセシウムとを用い、Ｘ線検出器を構成する元素としてテルルとカドミウムとを用いた技術が開示されている（例えば、特許文献５参照。）。しかしながら、このようなフィルターを用いても低エネルギー領域のビームハードニング現象を必ずしも抑えることができていなかった。なお、特許文献５では、Ｓｎを用いたフィルターを用いると、低エネルギーのピークは低く、高エネルギーのピーク幅は広くなり、低エネルギー領域と高エネルギー領域とで確実に分離できなかった。
【特許文献１】特開昭６４−４９５４７号公報
【特許文献２】特開平１０−８５２０８号公報
【特許文献３】特開平８−２９９３１８号公報
【特許文献４】特開平５−２７０４３号公報
【特許文献５】特開平８−２８９８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、低エネルギー領域と高エネルギー領域とにおいて、十分明確に分離されたＸ線ピークを有するマルチＸ線を発生させる方法及びその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】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、ビームハードニング現象、特に低エネルギー領域での現象は、用いる金属元素フィルターの厚さと管電圧に起因することを見出し、それぞれの金属元素における特性を把握することにより、低エネルギー領域と高エネルギー領域とを十分明確に分離するとともに、マルチＸ線の発生を可能にすることを見出し本発明を完成させた。
【０００７】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、連続Ｘ線発生器に金属材料のフィルターを配置して管電圧をかけることにより低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを有するマルチＸ線の発生方法であって、金属材料のフィルターが少なくとも１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧または該電圧より数ｋＶ以上高い電圧であることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、金属材料のフィルターが１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧でシングルＸ線を発生させることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、金属材料のフィルターが１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧より数ｋＶ以上高い電圧でデュアルＸ線を発生させることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１０】
また、本発明の第４の発明によれば、第１の発明において、フィルターが２種類の金属元素からなり、フィルターの厚さが２種類の金属元素の内の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が２種類の金属元素の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧でデュアルＸ線を発生させることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の第５の発明によれば、第１の発明において、フィルターが２種類の金属元素からなり、フィルターの厚さが２種類の金属元素の内の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が２種類の金属元素の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギー該金属の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧より数ｋＶ以上高い電圧でトリプルＸ線を発生させることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１２】
また、本発明の第６の発明によれば、第１〜５のいずれかの発明において、金属元素が原子番号２２〜８３の間の元素であることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の第７の発明によれば、第４又は５の発明において、金属フィルターが２種類の金属元素の貼り合わせフィルターであることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１４】
また、本発明の第８の発明によれば、第４又は５の発明において、金属フィルターが２種類の金属元素の粉体を混合して成形したフィルターであることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１５】
また、本発明の第９の発明によれば、第３の発明において、金属元素がＳｎであり、フィルター厚さが０．７〜１．７ｍｍ、管電圧が５０〜７０ｋＶであることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１６】
また、本発明の第１０の発明によれば、第３の発明において、金属元素がＴｉであり、フィルター厚さが６０〜８０μｍ、管電圧が８ｋＶ以上であることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１７】
また、本発明の第１１の発明によれば、第４の発明において、金属元素がＳｎとＧｄであり、Ｓｎのフィルター厚さが０．３〜０．８ｍｍでＧｄのフィルター厚さが０．２〜０．５ｍｍ、管電圧が５０〜７５ｋＶであることを特徴とするマルチＸ線の発生方法が提供される。
【００１８】
また、本発明の第１２の発明によれば、連続Ｘ線発生器及び少なくとも１種類の金属材料からなるフィルターからなる低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを有するマルチＸ線の発生装置であって、連続Ｘ線発生器と金属材料からなるフィルターを第１〜１１のいずれかの発明の条件で組み合わせて操作することを特徴とするマルチＸ線の発生装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、低エネルギー領域及び／又は高エネルギー領域にＸ線ピークを有するマルチＸ線を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のマルチＸ線の発生方法は、連続Ｘ線発生器に少なくとも１種類の金属からなる金属元素のフィルターを配置して、管電圧をかけることによりマルチＸ線を発生させる方法であって、該金属フィルターの厚さと管電圧を調整することにより該金属の特性Ｘ線である単色Ｘ線のピークとそれより高エネルギー位置に現れる連続Ｘ線のピークからなるマルチＸ線を発生させる方法である。以下に詳細を説明する。
【００２１】
本発明で用いる金属材料のフィルターに用いることのできる金属材料としては、原子番号が２２〜８３の金属元素が好ましい。これらの金属元素は、それぞれの金属が有する特性Ｘ線のエネルギーの用途において使い分けられる。該金属材料は、公知の方法でフィルター形状に成形されて、連続Ｘ線発生器に設置される。なおＸ線を絞るコリメーターを用いる場合は、その前あるいは後に設置される。
【００２２】
本発明のマルチＸ線の発生方法においては、連続Ｘ線発生器に金属材料のフィルターを配置して管電圧をかけることにより低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを発生させるが、フィルターに用いる金属材料のフィルターの厚みとＸ線を発生させる管電圧を制御することが必要である。
【００２３】
金属材料のフィルターの厚みは、用いる金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
好ましくは、下記式（１’）を満足する必要がある。
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．０５ …（１’）
（式（１）、（１’）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
金属フィルターの厚みをｅｘｐ（−μρｘ）の値が０．１以下になるようにし、管電圧を制御することにより、該金属フィルターの特性Ｘ線の発生するエネルギー近辺における連続Ｘ線を遮蔽し、かつ高エネルギー領域における連続Ｘ線ピークを単一化することができる。ｅｘｐ（−μρｘ）の値が０．１を超えると特性Ｘ線に連続Ｘ線が重なってしまう。
【００２４】
ここで、ｅｘｐ（−μρｘ）は、通常のＸ線の強度を求める式であり、μは金属の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）であって、文献（例えば、ＮＳＲＤＳ−ＮＢＳ２９（１９６９） ｂｙ Ｊ．Ｈ．Ｈｕｂｂｅｌｌ）により求められる値であり、ρは金属の密度（ｇ／ｃｍ３）であり、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）である。
【００２５】
管電圧は、該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な電圧より数ｋＶ以上高い電圧にし、特性Ｘ線のエネルギーが数１０ｋｅＶの時は１０ｋＶ以上高い電圧にすることが必要である。管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な電圧より低いと何も現れなくなる。
【００２６】
通常、Ｘ線発生装置から発生するＸ線は、種々のエネルギー光子からなるので、図５に示すようななだらかな連続Ｘ線スペクトルのエネルギースペクトルをもつ。ここに、特定の厚さの金属フィルターを用いると、該フィルターを透過したＸ線は、該金属の減弱係数に依存してＫ吸収端以下のＸ線エネルギーを十分減弱し、該金属の特性Ｘ線のエネルギー領域における透過量が急激に減少して連続スペクトルは現れなくなる。このフィルターの厚みとＸ線を発生させる管電圧の制御を行なって、マルチＸ線を発生させることに成功したのが本発明である。
【００２７】
金属元素として、１種類の金属を用い、上記のフィルター厚みと管電圧を制御すると、低エネルギー領域において用いた金属の特性Ｘ線エネルギーのピークが得られ、かつ高エネルギー領域に連続Ｘ線のピークが得られ、２種類のＸ線ピークを発生させることができる。
なお、ここで、管電圧を金属フィルターの特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧にすることにより、高エネルギー領域における連続Ｘ線のピークの発生を抑えることができ、低エネルギー領域においてフィルターとして用いた金属の特性Ｘ線の単色ピークのみを得ることができる。
【００２８】
例えば、金属元素として、Ｓｎを用いた場合、そのＸ線スペクトルの図１及び図２で説明する。Ｓｎの特性Ｘ線エネルギーは、２８．５ｋｅＶであるので、その１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置におけるｅｘｐ（−μρｘ）の値が０．１以下になるフィルター厚みにし、かつ、管電圧をＳｎの特性Ｘ線エネルギー２８．５ｋｅＶを発生させることのできる２８．５ｋＶより１０ｋＶ以上高い電圧をかけると、図１のような、２８．５ｋｅＶにＳｎの特性Ｘ線の単色ピークと約６５ｋｅＶに連続Ｘ線のピークのデュアルＸ線が発生する。
また、この時、管電圧を高エネルギー領域における連続Ｘ線のピークの発生を抑えることができる５０ｋＶ以下にすることにより、連続Ｘ線のピークの出現を抑えることができ、図２に示すようなＳｎの単色スペクトルの単一のピークを得ることができる。
【００２９】
ここで、Ｓｎをフィルターとした場合は、Ｓｎの厚さを０．７〜１．７ｍｍにし、管電圧を５０〜７５ｋＶにすると、６０ｋｅＶでのｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０３９〜０．０００３９となり、デュアルＸ線が得られる。また、管電圧を３０〜５０ｋＶにするとＳｎの単色Ｘ線のみが得られる。
【００３０】
また、Ｔｉをフィルターとした場合は、Ｔｉの厚さを６０〜８０μｍにし、管電圧を８ｋＶ以上にすると、１０ｋｅＶでのｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０４９〜０．０１８となり、デュアルＸ線が得られる。
【００３１】
フィルター金属として、２種類以上の金属を用いる場合は、最も原子番号の高い金属について、上記のフィルター厚みと管電圧を制御すると、低エネルギー領域において用いた金属の２種類以上の特性Ｘ線エネルギーのピークと、高エネルギー領域において連続Ｘ線のピークの３種類以上のＸ線ピークを発生させることができる。
なお、ここで、管電圧を原子番号の高い方の金属フィルターの特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧にすることにより、高エネルギー領域における連続Ｘ線のピークの発生を抑えることができ、低エネルギー領域においてフィルターとして用いた２種類以上の金属の特性Ｘ線の単色ピークのみを得ることができる。
【００３２】
例えば、金属元素として、ＳｎとＧｄの２種類の金属を用いた場合のＸ線スペクトルを図３及び図４で説明する。Ｓｎの特性Ｘ線エネルギーは、２８．５ｋｅＶであり、Ｇｄの特性Ｘ線エネルギーは、４８．７ｋｅＶである。２種類の金属のうち、原子番号の高い方の金属Ｇｄの特性Ｘ線エネルギー４８．７ｋｅＶの１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置におけるｅｘｐ（−μρｘ）の値が０．１以下になるフィルター厚みにすればよく、また、管電圧はＧｄの特性Ｘ線エネルギー４８．７ｋｅＶを発生させることのできる４８．７ｋＶより１０ｋＶ以上高い電圧をかけると、図３に示すような２８．４ｋｅＶにＳｎの特性Ｘ線の単色ピークと４８．７ｋｅＶにＧｄの単色ピークが表れ、６０ｋｅＶの位置に連続Ｘ線のピークが現れ、トリプルＸ線となる。また、この時、管電圧を該金属の特性Ｘ線エネルギーを発生させるエネルギーの電圧でかつ１０ｋＶ以下に抑えることにより、連続Ｘ線のピークの出現を抑えることができ、図４に示すようなＳｎの単色スペクトルとＧｄの単色スペクトルのデュアルＸ線を得ることができる。
【００３３】
ここで、２種類の金属のフィルターを用いる場合において、ＳｎとＧｄをフィルターとして用いた場合は、それぞれの金属毎にフィルターを形成し、それを重ねて一つのフィルターとして用いており、Ｓｎの厚さを０．３〜０．８ｍｍ、Ｇｄの厚さを０．２〜０．５ｍｍにし、管電圧を６５〜７５ｋＶにすると、６０ｋｅＶでのｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０３４〜０．０００９０となり、トリプルＸ線が得られる。また、管電圧を５０〜６５ｋＶにするとＳｎとＧｄの単色Ｘ線のみのデュアルＸ線が得られる。
【００３４】
２種類の金属を用いる場合は、２種類の金属元素のフィルターを貼り合わせたフィルターであっても、２種類の金属元素の粉体を混合して成形したフィルターであっても良い。
２種類の金属フィルターを貼りあわせて用いる場合は、２種類の金属フィルターの厚みと、管電圧を主に調整するが、２種類の金属を用いる場合の原子番号の高い方の金属フィルターの厚みと原子番号の低い方のフィルターの厚み比は、低エネルギー側と高エネルギー側のそれぞれのピークをどのような比にするかにより決まる。
【００３５】
本発明のマルチＸ線を発生させる装置は、従来公知のＸ線装置のＸ線発生器と、必要に応じて用いるＸ線を絞るコリメーターからなり、連続Ｘ線を単色化してマルチＸ線を取り出す金属材料フィルターをＸ線発生器に接して配した装置である。
【実施例】
【００３６】
以下に本発明を実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
Ｘ線発生器として東芝社製Ｉ３１１を用い、Ｘ線検出器として、ＮａＩ検出器（５０．８φ×５０．８ｍｍ）を用い、フィルターとして、１ｍｍ厚のＳｎ金属を用いた。管電圧６３ｋＶ、管電流０．５ｍＡの電圧をかけてＸ線スペクトルを得た。Ｘ線スペクトルを図６に示す。２８．４ｋｅＶにＳｎの特性Ｘ線の単色ピークと約６２ｋｅＶに連続Ｘ線のピークが現れデュアルＸ線となった。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．００９８であった。
【００３８】
（実施例２）
Ｘ線発生器としてリガク社製ＸＢ１５０ＣＰ−１０を用い、Ｘ線検出器としてＣｄＴｅ検出器（４×４×０．３ｍｍ）を用い、フィルターとして０．７ｍｍ厚のＳｎ金属を用いた。管電圧を７５ｋＶ、管電流０．５ｍＡの電圧をかけてＸ線スペクトルを得た。Ｘ線スペクトルを図７のＡに示す。２８．４ｋｅＶにＳｎの特性Ｘ線の単色ピークと約６７ｋｅＶに連続Ｘ線のピークが現れデュアルＸ線となった。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０３９であった。
【００３９】
（比較例１）
実施例２において、Ｓｎ金属フィルターの厚さを０．３ｍｍとする以外は、実施例２と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図７のＢに示す。なだらかなパイルアップした連続Ｘ線ピークしかあらわれなかった。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．２５であった。
【００４０】
（実施例３）
実施例２において、Ｓｎ金属フィルターの厚さを１ｍｍ、管電圧を５０ｋＶとする以外は、実施例２と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図８のＡに示す。Ｓｎ金属の特性Ｘ線の単色ピークのみが現れた。
【００４１】
（比較例２）
実施例２において、管電圧を３０ｋＶとする以外は、実施例３と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図８のＢに示す。Ｓｎ金属の特性Ｘ線の単色ピークがわずかしか現れなかった。
【００４２】
（実施例４）
Ｘ線発生器としてソフテックス社製ＲＥ−１０３０特を用い、Ｘ線検出器としてＮａＩ検出器（５０．８φ×３ｍｍ）を用い、金属フィルターとして、７２μｍ厚のＴｉ金属フィルターを用い、管電圧を１０ｋＶ、管電流０．０２ｍＡにしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図９に示す。４．９ｋｅＶにＴｉの特性Ｘ線の単色ピークと約８．５ｋｅＶに連続Ｘ線のピークが現れ、デュアルＸ線となった。なお、１０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０２７であった。
【００４３】
（実施例５）
金属フィルターとして、１ｍｍ厚のＣｄ金属フィルターを用い、Ｘ線検出器としてＮａＩ検出器（５０．８φ×５０．８ｍｍ）を用い、管電圧を６０ｋＶ、管電流０．５ｍＡにする以外は、実施例２と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図１０に示す。２６．１ｋｅＶにＣｄの特性Ｘ線の単色ピークと約５６ｋｅＶに連続Ｘ線のピークが現れ、デュアルＸ線となった。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．００６５であった。
【００４４】
（実施例６）
金属フィルターとして、１ｍｍ厚のＡｇ金属フィルターを用い、管電圧を６０ｋＶ、管電流０．５ｍＡにする以外は、実施例５と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図１０に示す。２４．９ｋｅＶにＡｇの特性Ｘ線の単色ピークと約５６ｋｅＶに連続Ｘ線のピークが現れ、デュアルＸ線となった。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．００３０であった。
【００４５】
（実施例７）
金属フィルターとして、０．２５ｍｍ厚のＧｄ金属フィルターと０．５ｍｍ厚のＳｎ金属フィルターを用い、管電圧を７０ｋＶ、管電流０．５ｍＡにする以外は、実施例２と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図１１に示す。２８．５ｋｅＶにＳｎの特性Ｘ線の単色ピークと４８．７ｋｅＶにＧｄの単色ピークが表れ、約６０ｋｅＶに連続Ｘ線のピークが現れ、トリプルＸ線となった。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０１７であった。
【００４６】
（実施例８）
金属フィルターとして、０．２５ｍｍ厚のＧｄ金属フィルターと０．５ｍｍ厚のＳｎ金属フィルターを用い、管電圧を６０ｋＶ、管電流０．５ｍＡにする以外は、実施例２と同様にしてＸ線を発生させた。Ｘ線スペクトルを図１２に示す。２８．５ｋｅＶにＳｎの特性Ｘ線の単色ピークと４８．７ｋｅＶにＧｄの単色ピークが表れ、約６０ｋｅＶに連続Ｘ線のピークのデュアルＸ線が現れた。なお、６０ｋｅＶにおけるｅｘｐ（−μρｘ）の値は０．０１７であった。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のマルチＸ線の発生方法、装置によれば、低エネルギー領域と高エネルギー領域とにおいて、十分明確に分離されたＸ線ピークを有するマルチＸ線を発生させることができるので、骨塩量測定装置、乳製品中の脂肪量の測定装置、ガソリン中の添加剤の測定装置、ラミネートフィルムの各フィルム層の厚さの測定装置等、非破壊検査分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の方法により得られるデュアルＸ線のスペクトルの一例である。
【図２】本発明の方法により得られるシングルＸ線のスペクトルの一例である。
【図３】本発明の方法により得られるトリプルＸ線のスペクトルの一例である。
【図４】本発明の方法により得られるデュアルＸ線のスペクトルの一例である。
【図５】連続Ｘ線のスペクトルである。
【図６】実施例１のＳｎフィルターを用いたＸ線のスペクトルである。
【図７】実施例２及び比較例１のＸ線のスペクトルである。
【図８】実施例３及び比較例２のＸ線のスペクトルである。
【図９】実施例４のＸ線のスペクトルである。
【図１０】実施例５及び実施例６のＸ線のスペクトルである。
【図１１】実施例７のＸ線のスペクトルである。
【図１２】実施例８のＸ線のスペクトルである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続Ｘ線発生器に金属材料のフィルターを配置して管電圧をかけることにより低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを有するマルチＸ線の発生方法であって、金属材料のフィルターが少なくとも１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧または該電圧より数ｋＶ以上高い電圧であることを特徴とするマルチＸ線の発生方法。
【請求項２】
金属材料のフィルターが１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧でシングルＸ線を発生させることを特徴とする請求項１に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項３】
金属材料のフィルターが１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧より数ｋＶ以上高い電圧でデュアルＸ線を発生させることを特徴とする請求項１に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項４】
フィルターが２種類の金属元素からなり、フィルターの厚さが２種類の金属元素の内の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が２種類の金属元素の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧でデュアルＸ線を発生させることを特徴とする請求項１に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項５】
フィルターが２種類の金属元素からなり、フィルターの厚さが２種類の金属元素の内の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が２種類の金属元素の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギー該金属の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧より数ｋＶ以上高い電圧でトリプルＸ線を発生させることを特徴とする請求項１に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項６】
金属元素が原子番号２２〜８３の間の元素であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項７】
金属フィルターが２種類の金属元素の貼り合わせフィルターであることを特徴とする請求項４又は５に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項８】
金属フィルターが２種類の金属元素の粉体を混合して成形したフィルターであることを特徴とする請求項４又は５に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項９】
金属元素がＳｎであり、フィルター厚さが０．７〜１．７ｍｍ、管電圧が５０〜７０ｋＶであることを特徴とする請求項３に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項１０】
金属元素がＴｉであり、フィルター厚さが６０〜８０μｍ、管電圧が８ｋＶ以上であることを特徴とする請求項３に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項１１】
金属元素がＳｎとＧｄであり、Ｓｎのフィルター厚さが０．３〜０．８ｍｍで、Ｇｄのフィルター厚さが０．２〜０．５ｍｍ、管電圧が５０〜７５ｋＶであることを特徴とする請求項４に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項１２】
連続Ｘ線発生器及び少なくとも１種類の金属材料からなるフィルターからなる低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを有するマルチＸ線の発生装置であって、連続Ｘ線発生器と金属材料からなるフィルターを請求項１〜１１のいずれか１項に記載の条件で組み合わせて操作することを特徴とするマルチＸ線の発生装置。
【請求項１】
連続Ｘ線発生器に金属材料のフィルターを配置して管電圧をかけることにより低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを有するマルチＸ線の発生方法であって、金属材料のフィルターが少なくとも１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧または該電圧より数ｋＶ以上高い電圧であることを特徴とするマルチＸ線の発生方法。
【請求項２】
金属材料のフィルターが１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧でシングルＸ線を発生させることを特徴とする請求項１に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項３】
金属材料のフィルターが１種類の金属元素からなり、該金属フィルターが金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属元素の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が該金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧より数ｋＶ以上高い電圧でデュアルＸ線を発生させることを特徴とする請求項１に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項４】
フィルターが２種類の金属元素からなり、フィルターの厚さが２種類の金属元素の内の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が２種類の金属元素の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧でデュアルＸ線を発生させることを特徴とする請求項１に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項５】
フィルターが２種類の金属元素からなり、フィルターの厚さが２種類の金属元素の内の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギーより１０〜３０ｋｅＶの高エネルギー位置において、下記式（１）を満足し、
ｅｘｐ（−μρｘ）≦０．１ …（１）
（式（１）中、μは金属の特定のエネルギーにおける質量減弱係数（ｃｍ２／ｇ）、ρは金属の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｘは金属フィルターの厚さ（ｃｍ）を表す）
かつ管電圧が２種類の金属元素の高原子番号の金属元素の特性Ｘ線のエネルギー該金属の特性Ｘ線のエネルギーを発生させるに必要な管電圧より数ｋＶ以上高い電圧でトリプルＸ線を発生させることを特徴とする請求項１に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項６】
金属元素が原子番号２２〜８３の間の元素であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項７】
金属フィルターが２種類の金属元素の貼り合わせフィルターであることを特徴とする請求項４又は５に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項８】
金属フィルターが２種類の金属元素の粉体を混合して成形したフィルターであることを特徴とする請求項４又は５に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項９】
金属元素がＳｎであり、フィルター厚さが０．７〜１．７ｍｍ、管電圧が５０〜７０ｋＶであることを特徴とする請求項３に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項１０】
金属元素がＴｉであり、フィルター厚さが６０〜８０μｍ、管電圧が８ｋＶ以上であることを特徴とする請求項３に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項１１】
金属元素がＳｎとＧｄであり、Ｓｎのフィルター厚さが０．３〜０．８ｍｍで、Ｇｄのフィルター厚さが０．２〜０．５ｍｍ、管電圧が５０〜７５ｋＶであることを特徴とする請求項４に記載のマルチＸ線の発生方法。
【請求項１２】
連続Ｘ線発生器及び少なくとも１種類の金属材料からなるフィルターからなる低エネルギーの狭帯域及び／又は高エネルギーの狭帯域にＸ線ピークを有するマルチＸ線の発生装置であって、連続Ｘ線発生器と金属材料からなるフィルターを請求項１〜１１のいずれか１項に記載の条件で組み合わせて操作することを特徴とするマルチＸ線の発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１５５９２５（Ｐ２００６−１５５９２５Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４０５４９（Ｐ２００４−３４０５４９）
【出願日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（５９１０４３５８１）東京都 (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（５９１０４３５８１）東京都 (107)
【Ｆターム（参考）】
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