低エネルギーイオン照射による絶縁体からの軽元素特性Ｘ線発生方法
【課題】 大型の設備が必要なく、小型、低コストの設備で軽元素の特性Ｘ線を効率良く発生させることが可能な新規な軽元素特性Ｘ線発生方法を提供する。
【解決手段】
２から１００ｋｅＶの低エネルギーを有する正イオンを、軽元素を含む絶縁体材料ターゲットへ照射することにより、絶縁体材料ターゲットに含まれる軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法。
【解決手段】
２から１００ｋｅＶの低エネルギーを有する正イオンを、軽元素を含む絶縁体材料ターゲットへ照射することにより、絶縁体材料ターゲットに含まれる軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、低エネルギーイオン（低加速イオンとも称する）を用いた軽元素特性Ｘ線発生方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、低エネルギーイオンを用いて軽元素の特性Ｘ線を高効率にかつ小型、低コストの設備で得ることができる新規な軽元素特性Ｘ線発生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は工業、医学、科学研究などの分野で広く利用されており、そのなかでも特性Ｘ線は、各種材料の分析、評価、測定、観察などの種々の用途に用いられている。今まで、特性Ｘ線は、高加速した電子線や高エネルギーイオンをターゲット材料に衝突させることにより発生させていた。その加速エネルギーは電子線で数ｋｅＶ〜数ＭｅＶのオーダー、高エネルギーイオンで数１００ｋｅＶ〜数ＭｅＶのオーダーである。
【０００３】
一方で、材料の分析、特に材料表面、有機物質、生物物質分析などのため、軽元素特性Ｘ線の利用が注目されている。軽元素特性X線を得るためには、軽元素を含む物質に上記
のような高加速電子線や高エネルギーイオンを照射して、軽元素特性Ｘ線を得ることが考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の高加速電子線を照射する方法では、軽元素特性Ｘ線の発生効率が低いという問題があった。また、従来の高エネルギーイオンを照射する方法では、軽元素特性Ｘ線の発生効率は高いものの、高額で大型の設備であり、コスト面で問題があった。
【０００５】
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたもので、高額・大型の設備が必要なく、小型、低コストの設備で軽元素の特性Ｘ線を効率良く発生させることが可能な新規な軽元素特性Ｘ線発生方法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】
【０００６】
この出願の発明は、上記課題を解決するものとして、第１には、２から１００ｋｅＶの低エネルギーを有する正イオンを、軽元素を含む絶縁体材料ターゲットへ照射することにより、絶縁体材料ターゲットに含まれる軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法を提供する。
【０００７】
また、第２には、上記第１の発明において、軽元素が原子番号４番から１７番までの元素であることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法を提供する。
【０００８】
また、第３には、上記第１又は第２の発明において、正イオンビームを電場及び磁場の少くともいずれかの印加により集束させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法を提供する。
【０００９】
また、第４には、上記第1から第３のいずれかの発明において、正イオンビームを電場
及び磁場の少くともいずれかの印加により絶縁体材料ターゲット上で走査させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法を提供する。
【００１０】
また、第５には、上記第１から第４のいずれかの発明において、絶縁体材料ターゲットの温度を変化させて軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生
方法を提供する。
【００１１】
さらに、第６には、上記第１から第５のいずれかの発明において，絶縁体材料ターゲットを真空中に配置させて軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
この出願の発明によれば、低エネルギーの正イオンを、軽元素を含む絶縁体に照射させることにより、従来の電子線照射励起により特性Ｘ線を発生する方法に比べ、軽元素の特性Ｘ線を高効率で発生することができ、また従来の高エネルギーイオン照射励起により特性Ｘ線を発生する方法に比べ、イオンの加速電圧は１桁から数桁低く、設備の小型化、低コスト化ができる。
【００１３】
従来は、低エネルギーの正イオンを絶縁体材料ターゲットに照射して、絶縁体材料ターゲットに含まれる軽元素の特性Ｘ線を発生できることは知られていなかった。この出願の発明の技術は、低エネルギーの正イオンを用いて軽元素の特性Ｘ線（特にＸ線エネルギー約２ｋｅＶ以下）を高効率で発生させるという今までの常識を破る斬新な方法であり、物理、化学、生物、医薬などの分野においても、基礎的な研究及びＸ線を利用する新方法、低エネルギー単色Ｘ線発生装置、新しい材料分析・評価装置などの開発に大きく寄与するものと期待される。さらに、低エネルギーの正イオンを絶縁体に照射させると、セリウム（Ｃｅ）やジルコニウム（Ｚｒ）などの重元素（原子番号１８番以上）の低エネルギー（Ｘ線エネルギー約２ｋｅＶ以下）特性Ｘ線を高効率で発生させることもできる。この出願の発明は基本技術として非常に大きな効果を持つものと期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１５】
この出願の発明は、２から１００ｋｅＶの低エネルギーを有する正イオンを、軽元素を含む絶縁体材料ターゲットへ照射することにより、絶縁体材料ターゲットに含まれる軽元素の特性Ｘ線（特にＸ線エネルギー約２ｋｅＶ以下）を高効率で発生させることを特徴とする。
【００１６】
正イオンとしてはいずれの正イオンも使用可能であるが、好ましいものとしては、周期表１８族元素の正イオンであるＨｅ+、Ｎｅ+、Ａｒ+、Ｋｒ+、Ｘｅ+等が例示される。こ
れらの正イオンはターゲット物質と化学反応しないなどの利点がある。
【００１７】
正イオンのエネルギー（加速電圧）は２から１００ｋｅＶであるが、そのエネルギーは正イオンの種類によって変わる。正イオンのエネルギーが上記範囲より高くなると、大型の設備が必要なく小型、低コストの設備で軽元素の特性Ｘ線を効率良く発生させるという所期の目的を達成することができない。正イオンのエネルギーが上記範囲より低くなると、軽元素の特性Ｘ線を効率良く発生させることができなくなる。
【００１８】
この出願の明細書において、軽元素とは原子番号４番から１７番までのものをいう。
【００１９】
軽元素を含む絶縁体材料ターゲットとしては、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｓｉ3Ｎ4、ＮａＣｌ、ＳｉＯ2等を用いることができる。
【００２０】
この出願の発明の方法による軽元素特性Ｘ線発生の原理を図１に模式図で示す。上記の範囲の低エネルギー正イオンを絶縁体材料ターゲットに照射すると、照射イオンはターゲ
ット物質と相互作用をし、ターゲット材料に含まれる原子の内殻電子空孔を生成させ、外側電子殻からその空孔への電子遷移により、特性Ｘ線が発生する。
【００２１】
表１に、この出願の発明による特性Ｘ線発生方法と既存の代表的な特性Ｘ線発生方法を比較して示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
また、絶縁体材料ターゲットの照射位置の制御のために、イオンビームに、磁場及び電場の少くともいずれかを印加して収束させたり、走査させたりしてもよい。
【実施例】
【００２４】
次に、この出願の発明による実施例を示す。もちろん、この出願の発明は前述の実施の形態及び以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
＜実施例１＞
低エネルギー正イオンとして２０ｋｅＶのＨｅ+イオン、絶縁体ターゲット材料として
Ａｌ2Ｏ3を用い、ターゲットチャンバーの真空度は１×１０-5Ｐａ以下にした。Ｘ線の検出はＳｉ（Ｌｉ）Ｘ線エネルギー分光検出器を用いた。
【００２５】
室温で低エネルギー正イオンをターゲット材料に照射すると、Ｘ線エネルギー分光検出器により、ターゲット材料に含まれる元素である酸素のＫエッジ（Ｏ−Ｋ）とアルミニウムのＫエッジ（Ａｌ−Ｋ）の特性Ｘ線が検出された。図２（ａ）にこの実施例において低エネルギーイオン照射により励起されたＸ線スペクトルを示す。また、比較のために、図２（ｂ）に同じ絶縁体ターゲット材料を用い４００ｋｅＶの高加速電子ビーム照射により励起されたＸ線スペクトルを示す。これらの図に現れたスペクトルを比較すると、電子線に比べ、低エネルギーイオンにより励起された特性Ｘ線では、軽元素である酸素からのピーク（Ｏ−Ｋエッジ）の強度がアルミニウムからのピーク（Ａｌ−Ｋエッジ）の強度よりはるかに強く、軽元素の特性Ｘ線の励起効率が高いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この出願の発明の方法による軽元素特性Ｘ線発生の原理を示す模式的に示す図である。
【図２】（ａ）は実施例において低エネルギー正イオン照射により励起されたＸ線スペクトルを示す図、（ｂ）は４００ｋｅＶの高加速電子ビーム照射により励起されたＸ線スペクトルを示す図である。
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、低エネルギーイオン（低加速イオンとも称する）を用いた軽元素特性Ｘ線発生方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、低エネルギーイオンを用いて軽元素の特性Ｘ線を高効率にかつ小型、低コストの設備で得ることができる新規な軽元素特性Ｘ線発生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は工業、医学、科学研究などの分野で広く利用されており、そのなかでも特性Ｘ線は、各種材料の分析、評価、測定、観察などの種々の用途に用いられている。今まで、特性Ｘ線は、高加速した電子線や高エネルギーイオンをターゲット材料に衝突させることにより発生させていた。その加速エネルギーは電子線で数ｋｅＶ〜数ＭｅＶのオーダー、高エネルギーイオンで数１００ｋｅＶ〜数ＭｅＶのオーダーである。
【０００３】
一方で、材料の分析、特に材料表面、有機物質、生物物質分析などのため、軽元素特性Ｘ線の利用が注目されている。軽元素特性X線を得るためには、軽元素を含む物質に上記
のような高加速電子線や高エネルギーイオンを照射して、軽元素特性Ｘ線を得ることが考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の高加速電子線を照射する方法では、軽元素特性Ｘ線の発生効率が低いという問題があった。また、従来の高エネルギーイオンを照射する方法では、軽元素特性Ｘ線の発生効率は高いものの、高額で大型の設備であり、コスト面で問題があった。
【０００５】
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたもので、高額・大型の設備が必要なく、小型、低コストの設備で軽元素の特性Ｘ線を効率良く発生させることが可能な新規な軽元素特性Ｘ線発生方法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】
【０００６】
この出願の発明は、上記課題を解決するものとして、第１には、２から１００ｋｅＶの低エネルギーを有する正イオンを、軽元素を含む絶縁体材料ターゲットへ照射することにより、絶縁体材料ターゲットに含まれる軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法を提供する。
【０００７】
また、第２には、上記第１の発明において、軽元素が原子番号４番から１７番までの元素であることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法を提供する。
【０００８】
また、第３には、上記第１又は第２の発明において、正イオンビームを電場及び磁場の少くともいずれかの印加により集束させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法を提供する。
【０００９】
また、第４には、上記第1から第３のいずれかの発明において、正イオンビームを電場
及び磁場の少くともいずれかの印加により絶縁体材料ターゲット上で走査させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法を提供する。
【００１０】
また、第５には、上記第１から第４のいずれかの発明において、絶縁体材料ターゲットの温度を変化させて軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生
方法を提供する。
【００１１】
さらに、第６には、上記第１から第５のいずれかの発明において，絶縁体材料ターゲットを真空中に配置させて軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
この出願の発明によれば、低エネルギーの正イオンを、軽元素を含む絶縁体に照射させることにより、従来の電子線照射励起により特性Ｘ線を発生する方法に比べ、軽元素の特性Ｘ線を高効率で発生することができ、また従来の高エネルギーイオン照射励起により特性Ｘ線を発生する方法に比べ、イオンの加速電圧は１桁から数桁低く、設備の小型化、低コスト化ができる。
【００１３】
従来は、低エネルギーの正イオンを絶縁体材料ターゲットに照射して、絶縁体材料ターゲットに含まれる軽元素の特性Ｘ線を発生できることは知られていなかった。この出願の発明の技術は、低エネルギーの正イオンを用いて軽元素の特性Ｘ線（特にＸ線エネルギー約２ｋｅＶ以下）を高効率で発生させるという今までの常識を破る斬新な方法であり、物理、化学、生物、医薬などの分野においても、基礎的な研究及びＸ線を利用する新方法、低エネルギー単色Ｘ線発生装置、新しい材料分析・評価装置などの開発に大きく寄与するものと期待される。さらに、低エネルギーの正イオンを絶縁体に照射させると、セリウム（Ｃｅ）やジルコニウム（Ｚｒ）などの重元素（原子番号１８番以上）の低エネルギー（Ｘ線エネルギー約２ｋｅＶ以下）特性Ｘ線を高効率で発生させることもできる。この出願の発明は基本技術として非常に大きな効果を持つものと期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１５】
この出願の発明は、２から１００ｋｅＶの低エネルギーを有する正イオンを、軽元素を含む絶縁体材料ターゲットへ照射することにより、絶縁体材料ターゲットに含まれる軽元素の特性Ｘ線（特にＸ線エネルギー約２ｋｅＶ以下）を高効率で発生させることを特徴とする。
【００１６】
正イオンとしてはいずれの正イオンも使用可能であるが、好ましいものとしては、周期表１８族元素の正イオンであるＨｅ+、Ｎｅ+、Ａｒ+、Ｋｒ+、Ｘｅ+等が例示される。こ
れらの正イオンはターゲット物質と化学反応しないなどの利点がある。
【００１７】
正イオンのエネルギー（加速電圧）は２から１００ｋｅＶであるが、そのエネルギーは正イオンの種類によって変わる。正イオンのエネルギーが上記範囲より高くなると、大型の設備が必要なく小型、低コストの設備で軽元素の特性Ｘ線を効率良く発生させるという所期の目的を達成することができない。正イオンのエネルギーが上記範囲より低くなると、軽元素の特性Ｘ線を効率良く発生させることができなくなる。
【００１８】
この出願の明細書において、軽元素とは原子番号４番から１７番までのものをいう。
【００１９】
軽元素を含む絶縁体材料ターゲットとしては、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｓｉ3Ｎ4、ＮａＣｌ、ＳｉＯ2等を用いることができる。
【００２０】
この出願の発明の方法による軽元素特性Ｘ線発生の原理を図１に模式図で示す。上記の範囲の低エネルギー正イオンを絶縁体材料ターゲットに照射すると、照射イオンはターゲ
ット物質と相互作用をし、ターゲット材料に含まれる原子の内殻電子空孔を生成させ、外側電子殻からその空孔への電子遷移により、特性Ｘ線が発生する。
【００２１】
表１に、この出願の発明による特性Ｘ線発生方法と既存の代表的な特性Ｘ線発生方法を比較して示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
また、絶縁体材料ターゲットの照射位置の制御のために、イオンビームに、磁場及び電場の少くともいずれかを印加して収束させたり、走査させたりしてもよい。
【実施例】
【００２４】
次に、この出願の発明による実施例を示す。もちろん、この出願の発明は前述の実施の形態及び以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
＜実施例１＞
低エネルギー正イオンとして２０ｋｅＶのＨｅ+イオン、絶縁体ターゲット材料として
Ａｌ2Ｏ3を用い、ターゲットチャンバーの真空度は１×１０-5Ｐａ以下にした。Ｘ線の検出はＳｉ（Ｌｉ）Ｘ線エネルギー分光検出器を用いた。
【００２５】
室温で低エネルギー正イオンをターゲット材料に照射すると、Ｘ線エネルギー分光検出器により、ターゲット材料に含まれる元素である酸素のＫエッジ（Ｏ−Ｋ）とアルミニウムのＫエッジ（Ａｌ−Ｋ）の特性Ｘ線が検出された。図２（ａ）にこの実施例において低エネルギーイオン照射により励起されたＸ線スペクトルを示す。また、比較のために、図２（ｂ）に同じ絶縁体ターゲット材料を用い４００ｋｅＶの高加速電子ビーム照射により励起されたＸ線スペクトルを示す。これらの図に現れたスペクトルを比較すると、電子線に比べ、低エネルギーイオンにより励起された特性Ｘ線では、軽元素である酸素からのピーク（Ｏ−Ｋエッジ）の強度がアルミニウムからのピーク（Ａｌ−Ｋエッジ）の強度よりはるかに強く、軽元素の特性Ｘ線の励起効率が高いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この出願の発明の方法による軽元素特性Ｘ線発生の原理を示す模式的に示す図である。
【図２】（ａ）は実施例において低エネルギー正イオン照射により励起されたＸ線スペクトルを示す図、（ｂ）は４００ｋｅＶの高加速電子ビーム照射により励起されたＸ線スペクトルを示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２から１００ｋｅＶの低エネルギーを有する正イオンを、軽元素を含む絶縁体材料ターゲットへ照射することにより、絶縁体材料ターゲットに含まれる軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法。
【請求項２】
軽元素が原子番号４番から１７番までの元素であることを特徴とする請求項１に記載の軽元素特性Ｘ線発生方法。
【請求項３】
正イオンビームを電場及び磁場の少くともいずれかの印加により集束させることを特徴とする請求項１又は２に記載の軽元素特性Ｘ線発生方法。
【請求項４】
正イオンビームを電場及び磁場の少くともいずれかの印加により絶縁体材料ターゲット上で走査させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の軽元素特性Ｘ線発生方法。
【請求項５】
絶縁体材料ターゲットの温度を変化させて軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の軽元素特性Ｘ線発生方法。
【請求項６】
絶縁体材料ターゲットを真空中に配置させて軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の軽元素特性Ｘ線発生方法。
【請求項１】
２から１００ｋｅＶの低エネルギーを有する正イオンを、軽元素を含む絶縁体材料ターゲットへ照射することにより、絶縁体材料ターゲットに含まれる軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする軽元素特性Ｘ線発生方法。
【請求項２】
軽元素が原子番号４番から１７番までの元素であることを特徴とする請求項１に記載の軽元素特性Ｘ線発生方法。
【請求項３】
正イオンビームを電場及び磁場の少くともいずれかの印加により集束させることを特徴とする請求項１又は２に記載の軽元素特性Ｘ線発生方法。
【請求項４】
正イオンビームを電場及び磁場の少くともいずれかの印加により絶縁体材料ターゲット上で走査させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の軽元素特性Ｘ線発生方法。
【請求項５】
絶縁体材料ターゲットの温度を変化させて軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の軽元素特性Ｘ線発生方法。
【請求項６】
絶縁体材料ターゲットを真空中に配置させて軽元素の特性Ｘ線を発生させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の軽元素特性Ｘ線発生方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−４６９６３（Ｐ２００６−４６９６３Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２４５８７（Ｐ２００４−２２４５８７）
【出願日】平成１６年７月３０日（２００４．７．３０）
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月３０日（２００４．７．３０）
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【Ｆターム（参考）】
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