蛍光Ｘ線分析装置
【課題】 蛍光Ｘ線の検出感度の向上及び装置の小型化を図ることができる蛍光Ｘ線分析装置を提供する。
【解決手段】 リング状に形成されかつ軸方向の一端部（端部）２ａからリング状の１次Ｘ線ａをその少なくとも一部が集束するように放射するＸ線発生器２と、このＸ線発生器２で包囲された内部空間１１に中心軸がＸ線発生器２の中心軸Ｄと一致するようにかつＸ線発生器２の中心軸Ｄ上の一端部２ａ近傍に配置した試料１０と対向するように挿入されると共に、１次Ｘ線ａの照射により試料１０から発生する蛍光Ｘ線ｂを検出するＸ線検出器３と、を備えた。
【解決手段】 リング状に形成されかつ軸方向の一端部（端部）２ａからリング状の１次Ｘ線ａをその少なくとも一部が集束するように放射するＸ線発生器２と、このＸ線発生器２で包囲された内部空間１１に中心軸がＸ線発生器２の中心軸Ｄと一致するようにかつＸ線発生器２の中心軸Ｄ上の一端部２ａ近傍に配置した試料１０と対向するように挿入されると共に、１次Ｘ線ａの照射により試料１０から発生する蛍光Ｘ線ｂを検出するＸ線検出器３と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次Ｘ線の照射により試料から発生する蛍光Ｘ線を検出してその試料の化学組成等を分析する蛍光Ｘ線分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の技術としては、Ｘ線管から発生する１次Ｘ線を１方向から試料に照射し、その試料から発生する蛍光Ｘ線を、他の方向に配備したＸ線検出器で検出する蛍光Ｘ線分析装置等が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平５−５２７７５号公報（第２−５頁，図１等）
【特許文献２】特許第２６７４６７５号公報（第１−３頁，図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような蛍光Ｘ線分析装置では、１次Ｘ線を１方向からしか試料に照射できないので、蛍光Ｘ線の励起・発生効率が低く、その検出感度が低いという問題点がある。
【０００４】
また、Ｘ線管とＸ線検出器とが試料に対して異なる方向に配備されるので、装置の小型化が困難であるという問題点がある。
【０００５】
本発明は、以上のような事情や問題点に鑑みてなされたものであり、蛍光Ｘ線の検出感度の向上及び装置の小型化を図ることができる蛍光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】
【０００６】
上記目的を達成するための請求項１の発明は、リング状に形成されかつ軸方向の端部からリング状の１次Ｘ線をその少なくとも一部が集束するように放射するＸ線発生器と、このＸ線発生器で包囲された内部空間に中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するようにかつ前記Ｘ線発生器の中心軸上の前記端部近傍に配置した試料と対向するように挿入されると共に、前記１次Ｘ線の照射により前記試料から発生する蛍光Ｘ線を検出するＸ線検出器と、を備えたものである。
【０００７】
請求項２の発明は、前記Ｘ線発生器の前記端部に前記１次Ｘ線を円錐面状に絞って集束させるＸ線集束器をその中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するように設けると共に、前記Ｘ線発生器の内部又は外部に前記蛍光Ｘ線を検出するためのＸ線集光素子をその中心軸及び焦点がそれぞれ前記Ｘ線集束器の中心軸及び焦点と一致するように設けたものである。
【０００８】
請求項３の発明は、リング状に形成されかつ周方向に互いに間隔を開けて並ぶ複数の１次Ｘ線を軸方向の端部から集束するように放射するＸ線発生器と、このＸ線発生器で包囲された内部空間に中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するようにかつ前記Ｘ線発生器の中心軸上の前記端部近傍に配置した試料と対向するように挿入されると共に、前記複数の１次Ｘ線の照射により前記試料から発生する蛍光Ｘ線を検出するＸ線検出器と、を備えたものである。
【０００９】
請求項４の発明は、前記Ｘ線発生器の前記端部に前記複数の１次Ｘ線をそれぞれ帯状に絞って集束させるＸ線集束器をその中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するように設けると共に、前記Ｘ線発生器の内部又は外部に前記蛍光Ｘ線を検出するためのＸ線集光素子をその中心軸及び焦点がそれぞれ前記Ｘ線集束器の中心軸及び焦点と一致するように設けたものである。
【００１０】
請求項５の発明は、前記Ｘ線集束器及び前記Ｘ線集光素子をそれぞれ軸方向に移動自在としたものである。
【００１１】
請求項６の発明は、リング状に形成されかつ前記１次Ｘ線の照射範囲を制限するコリメータを前記Ｘ線発生器の前記端部近傍又は内部に中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するように配置したものである。
【００１２】
請求項７の発明は、前記コリメータをその軸方向に移動自在としたものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、リング状に形成されたＸ線発生器の一端部からリング状の１次Ｘ線をその少なくとも一部が集束するようにして試料に照射できるので、蛍光Ｘ線の励起・発生効率及びその検出感度の向上を図ることができる。また、Ｘ線発生器とＸ線検出器とを同軸に（互いの中心軸が一致するように）配置できると共に、Ｘ線発生器の中心軸上に試料を配置できるので、装置の小型化を図ることができると共に、大きな立体角で効率良く蛍光Ｘ線を検出でき、その検出効率及び検出限界の向上を図ることができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、１次Ｘ線を円錐面状に絞って集束させ、測定すべき試料中の微小空間に対して１次Ｘ線を四方八方から効率的に照射できるので、その微小空間から蛍光Ｘ線を効率良く発生させることができる。また、発生する高強度の蛍光Ｘ線を、その焦点を前記微小空間と合致させたＸ線集光素子を用いて高検出効率で検出することができる。更に、試料を３次元的に走査すれば、試料の３次元元素分布を高感度に得ることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、リング状に形成されたＸ線発生器の端部から複数の１次Ｘ線を集束するように試料に照射できるので、請求項１の発明と比較すれば効果は少し劣るものの、蛍光Ｘ線の検出感度の向上や装置の小型化を十分に図ることができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、請求項２の発明と比較すれば効果は少し劣るものの、前記微小空間から蛍光Ｘ線を効率良く発生可能であると共に、発生する高強度の蛍光Ｘ線を、その焦点を前記微小空間と合致させたＸ線集光素子を用いて高検出効率で検出することができる。
【００１７】
請求項５及び請求項７の発明によれば、試料に対する１次Ｘ線の照射角度を変化させることができるので、試料に対する分析深さを適宜に変更することができる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、１次Ｘ線の照射範囲を必要な範囲に簡単に絞ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
第１実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置１は、図１及び図２に示すように、Ｘ線発生器２と、Ｘ線検出器３とを備えたものである。
【００２０】
Ｘ線発生器２は、図１〜図３に示すように、リング状のＸ線管で構成されており、その軸方向の一端部（端部）２ａからリング状の１次Ｘ線ａをその少なくとも一部が集束するように放射可能とされている。このＸ線発生器２は、円管状の外管４と、この外管４内に挿入された円管状の内管５とを備え、軸方向の一端部２ａ及び他端部２ｂをそれぞれ閉塞した密閉型の２重管構造とされている。Ｘ線発生器２の内部６は、適宜の真空度に保持されている。なお、Ｘ線発生器２の軸方向の長さは特に限定されるものではなく、図１に例示したものより短くても長くてもよい。また、Ｘ線発生器２は、リング状の１次Ｘ線ａの少なくとも一部が集束するように放射できればよいが、リング状の１次Ｘ線ａの全部が集束するように放射可能であってもよい。
【００２１】
Ｘ線発生器２の一端部２ａの内側には、図１及び図３に示すように、ベリリウム（Ｂ）等からなるリング状のＸ線透過窓７が設けられている。図１、図２、及び図４に示すように、Ｘ線発生器２の内部６の他端部２ｂ側にはリング状のフィラメント（熱陰極）８が設けられており、一端部２ａ側にはリング状に形成された透過型のターゲット（陽極）９が設けられている。フィラメント８には電源（図示せず）が接続されており、ターゲット９には高電圧電源（図示せず）が接続されている。そのため、フィラメント８に電圧を印加すれば、図１に示すように、リング状の電子線ｅがフィラメント８から一端部２ａ側に向かって発生する。このリング状の電子線ｅはターゲット９の一面９ａに入射し、ターゲット９の他面９ｂからリング状の１次Ｘ線ａが出射する。このリング状の１次Ｘ線ａは、Ｘ線透過窓７を透過してＸ線発生器２の一端部２ａから放射される。なお、ターゲット９は本実施形態のような透過型のものに限定されるものではなく、電子線ｅが入射した面から１次Ｘ線ａを放射する反射型のものを採用することもできる。
【００２２】
Ｘ線検出器３は、図１及び図２に示すように、Ｘ線発生器２で包囲された内部空間１１に、中心軸がＸ線発生器２の中心軸Ｄと一致するように、かつ、Ｘ線発生器２の中心軸Ｄ上の一端部２ａ近傍に配置した試料１０と対向するように挿入されており、１次Ｘ線ａの照射により試料１０から発生する蛍光Ｘ線ｂを検出できるようになっている。
【００２３】
試料１０は、図１に示すように、Ｘ線発生器２の中心軸Ｄに対して平行方向（図１では上下方向）に移動自在で、かつ、前記中心軸Ｄに対して直角方向の面内（図１では水平面内）で移動自在な試料ステージ（図示せず）に着脱自在に支持されている。なお、本実施形態ではＸ線発生器２の中心軸Ｄが鉛直方向となり、Ｘ線検出器３の上方に試料１０が支持されるように構成しているが、これに限定されるものではなく、Ｘ線発生器２の中心軸Ｄの方向やその一端部２ａの向きを適宜に変えてＸ線検出器３の下方、側方、斜め上方、又は斜め下方に試料１０が支持されるように構成してもよい。
【００２４】
上記のように構成された蛍光Ｘ線分析装置１によれば、リング状に形成されたＸ線発生器２の一端部２ａからリング状の１次Ｘ線ａをその少なくとも一部が集束するようにして試料１０に照射できるので、蛍光Ｘ線ｂの励起・発生効率及びその検出感度の向上を図ることができるという利点がある。また、Ｘ線発生器２とＸ線検出器３とを同軸に配置できると共に、Ｘ線発生器２の中心軸Ｄ上に試料１０を配置できるので、装置の小型化を図ることができると共に、大きな立体角で効率良く蛍光Ｘ線ｂを検出でき、その検出効率及び検出限界の向上を図ることができるという利点がある。
【００２５】
ここで、本実施形態のように、リング状に形成されかつ１次Ｘ線ａの照射範囲を制限するコリメータ１２，１３をＸ線発生器２の一端部２ａ近傍に中心軸がＸ線発生器２の中心軸Ｄと一致するように配置しておけば、１次Ｘ線ａの照射範囲を必要な範囲に簡単に絞ることができるという利点がある。
【００２６】
Ｘ線発生器２の一端部２ａと試料１０との間に配置されたコリメータ１２は鉛（Ｐｂ）等から上方に突出した円錐面状に形成されており、その頂部に平面視が円状の開口部１２ａが設けられている。このコリメータ１２は、Ｘ線透過窓７から放射される１次Ｘ線ａの照射範囲を上方（一端部２ａ側）から制限するものであり、Ｘ線透過窓７から放射された１次Ｘ線ａはコリメータ１２の開口部１２ａを通過する。また、試料１０から発生した蛍光Ｘ線ｂも、コリメータ１２の開口部１２ａを通過する。
【００２７】
一方、Ｘ線発生器２の内部空間１１に配置されたコリメータ１３も鉛等から上方に突出した円錐面状に形成されており、その頂部に平面視が円状の開口部１３ａが設けられている。このコリメータ１３は、Ｘ線透過窓７から放射される１次Ｘ線ａの照射範囲を下方（他端部２ｂ側）から制限するものであり、コリメータ１２の開口部１２ａを通過した蛍光Ｘ線ｂはコリメータ１３の開口部１３ａも通過してＸ線検出器３により検出される。
【００２８】
なお、これらのコリメータ１２，１３を配備しない場合は、Ｘ線透過窓７の幅を小さくする等して１次Ｘ線ａの放射範囲を絞っておいてもよい。また、コリメータ１２，１３の構成は特に限定されるものではなく、従来公知の各種の技術を採用することができる。
【００２９】
第２実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置２１は、図５に示すように、第１実施形態において、コリメータ１２を下方に突出した円錐面状に形成すると共に、コリメータ１２，１３をそれぞれ軸方向に移動自在としたものである。
【００３０】
コリメータ１２，１３は、適宜の移動手段によりそれぞれ軸方向に移動自在とされている。なお、本実施形態ではコリメータ１２を下方に突出した円錐面状に形成しているが、これに限定されるものではなく、フラットなリング状や上方に突出した円錐面状等であってもよい。また、コリメータ１３も、フラットなリング状や下方に突出した円錐面状等に形成してもよい。
【００３１】
このように、コリメータ１２，１３をそれぞれ軸方向に移動自在としておけば、試料１０に対する１次Ｘ線ａの照射角度を変化させることができるので、試料１０に対する分析深さを適宜に変更できるという利点がある。また、試料１０に対する１次Ｘ線ａの照射角度を、全反射を満たす角度から大きな入射角となる角度まで調整可能としておけば、試料１０に対する分析深さの変更幅を大きくすることができる。
【００３２】
第３実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置３１は、図６及び図７に示すように、Ｘ線発生器３２と、第１実施形態と同様のＸ線検出器３とを備えたものである。
【００３３】
Ｘ線発生器３２は、リング状でかつその内部空間１１における軸方向の一端部（端部）３２ａ側が閉塞されたグロー放電管で構成されており、一端部３２ａからリング状の１次Ｘ線ａを集束するように放射可能とされている。このＸ線発生器３２は、円管状の外管３３及びこの外管３３内に複数の支持部材（図示せず）で支持された円管状の内管３４からなる２重管構造のアノード３５と、外管３３の軸方向の一端部３３ａに固定された円錐面状のターゲット３６と、内管３４の軸方向の一端部３４ａに固定されたリング状（円管状）のコリメータ３７と、外管３３の軸方向の他端部３３ｂ及び内管３４の軸方向の他端部３４ｂに大小２つのＯ−リング３８，３９を介して固定された図６〜図８のようなリング状のカソード４０とを備えている。Ｏ−リング３８は、外管３３の他端部３３ｂに嵌着される。Ｏ−リング３９は、内管３４の他端部３４ｂに嵌着される。
【００３４】
ターゲット３６は上方に突出した円錐面状に形成されており、その頂部にベリリウム等からなる円板状のＸ線透過窓４１が設けられている。ターゲット３６の材質としては、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）等が挙げられる。アノード３５の材質としては、真鍮〔銅と亜鉛（Ｚｎ）の合金〕等が挙げられる。カソード４０の材質としては、アルミニウム（Ａｌ）、銅等が挙げられる。Ｏ−リング３８，３９の材質としては、ゴム（シリコーンゴム等）等が挙げられる。
【００３５】
コリメータ３７の内部空間４２の一端部３２ａ側はＸ線透過窓４１に面しており、内部空間４２におけるＸ線発生器３２の他端部３２ｂ側はベリリウム等からなる円板状のＸ線透過窓４３で閉塞されている。コリメータ３７の材質としては、銅、真鍮等が挙げられる。なお、コリメータ３７の厚さをより大きくすれば、１次Ｘ線ａの照射範囲をより絞ることができる。
【００３６】
上記のようにして密閉されたＸ線発生器３２の内部６には、グロー放電用のガス〔アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等〕が１Torr以下程度の圧力（通常のグロー放電の条件よりも低圧）で封入されている。なお、Ｘ線発生器３２の軸方向の長さは特に限定されるものではなく、図６に例示したものより短くても長くてもよい。また、Ｘ線発生器３２は、第１実施形態のように、その内部空間１１を閉塞しないで構成することもできる。更に、真空ポンプ等の減圧手段と、グロー放電用のガスを供給するガス供給手段とをＸ線発生器３２に接続しておき、Ｘ線発生器３２の内部６の減圧及び内部６へのガス供給を試料の分析の都度行うようにしてもよい。
【００３７】
アノード３５とカソード４０との間に１５ｋＶ程度の電圧（通常のグロー放電の条件よりも高電圧）を印加すれば、図６に示すように、リング状の電子線ｅがカソード４０から一端部３２ａ側に向かって発生する。このリング状の電子線ｅはターゲット３６に入射し、ターゲット３６からリング状の１次Ｘ線ａが集束するように出射する。このリング状の１次Ｘ線ａは、Ｘ線透過窓４１を透過してＸ線発生器３２の一端部３２ａから放射される。なお、ターゲット３６は本実施形態のような反射型のものに限定されるものではなく、電子線ｅが入射した面と反対の面から１次Ｘ線ａを放射する透過型のものを採用することもできる。
【００３８】
Ｘ線検出器３や試料１０は第１実施形態と同様にして配置されており、１次Ｘ線ａの照射により試料１０から発生した蛍光Ｘ線ｂは、Ｘ線透過窓４１、コリメータ３７の内部空間４２、及びＸ線透過窓４３を透過してＸ線検出器３により検出される。
【００３９】
上記のように構成された蛍光Ｘ線分析装置３１によれば、リング状に形成されたＸ線発生器３２の一端部３２ａからリング状の１次Ｘ線ａを集束するように試料１０に照射できるので、第１実施形態と同様の利点がある。
【００４０】
ここで、本実施形態のように、リング状に形成されかつ１次Ｘ線ａの照射範囲を制限するコリメータ３７をＸ線発生器３２の内部６に中心軸がＸ線発生器３２の中心軸Ｄと一致するように配置しておけば、１次Ｘ線ａの照射範囲を必要な範囲に簡単に絞ることができるという利点がある。
【００４１】
第４実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置５１は、図９及び図１０に示すように、Ｘ線発生器５２と、第１実施形態と同様のＸ線検出器３とを備えたものである。
【００４２】
Ｘ線発生器５２は、第３実施形態と同様、リング状でかつその内部空間１１における軸方向の一端部（端部）５２ａ側が閉塞されたグロー放電管で構成されているが、一端部５２ａから複数の１次Ｘ線ａを集束するように放射可能とされている。このＸ線発生器５２は、リング状に形成されかつ軸方向に対して平行な複数の貫通孔５３が周方向に互いに間隔を開けて並設されたアノード５４と、このアノード５４の軸方向の一端部５４ａの外縁に固定された円錐面状のターゲット３６と、アノード５４の一端部５４ａにおける貫通孔５３の内側に固定されたリング状のコリメータ３７と、アノード５４の軸方向の他端部５４ｂに大小２つのＯ−リング３８，３９を介して固定されたリング状のカソード４０とを備えている。
【００４３】
第３実施形態と同様、コリメータ３７の内部空間４２の一端部５２ａ側はＸ線透過窓４１に面しており、内部空間４２におけるＸ線発生器５２の他端部５２ｂ側はベリリウム等からなる円板状のＸ線透過窓４３で閉塞されている。
【００４４】
アノード５４とカソード４０との間に１５ｋＶ程度の電圧を印加すれば、図９に示すように、各貫通孔５３をそれぞれ通過する複数の電子線ｅがカソード４０から一端部５２ａ側に向かって発生する。これら複数の電子線ｅはターゲット３６にそれぞれ入射し、ターゲット３６から複数の１次Ｘ線ａが集束するように出射する。これら複数の１次Ｘ線ａは、Ｘ線透過窓４１を透過してＸ線発生器５２の一端部５２ａから放射される。なお、Ｘ線発生器５２は、アノード５４とカソード４０とターゲット３６とで構成されて軸方向の端部から１つの１次Ｘ線ａを放射するグロー放電管タイプの複数のＸ線発生手段、又は、軸方向の端部から１つの１次Ｘ線ａを放射するＸ線管タイプの複数のＸ線発生手段を円状に互いに間隔を開けて配置することによって、リング状に形成されかつ周方向に互いに間隔を開けて並ぶ複数の１次Ｘ線ａを軸方向の端部から集束するように放射可能としてもよい。
【００４５】
Ｘ線検出器３や試料１０は第３実施形態と同様にして配置されており、複数の１次Ｘ線ａの照射により試料１０から発生した蛍光Ｘ線ｂは、Ｘ線透過窓４１、コリメータ３７の内部空間４２、及びＸ線透過窓４３を透過してＸ線検出器３により検出される。
【００４６】
上記のように構成された蛍光Ｘ線分析装置５１によれば、リング状に形成されたＸ線発生器５２の一端部５２ａから複数の１次Ｘ線ａを集束するように試料１０に照射できるので、第１〜第３実施形態と比較すれば効果は少し劣るものの、蛍光Ｘ線の検出感度の向上や装置の小型化を十分に図ることができるという利点がある。
【００４７】
第５実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置６１は、図１１及び図１２に示すように、第３実施形態において、第３実施形態とほぼ同様のＸ線発生器６２の一端部（端部）６２ａに１次Ｘ線ａを円錐面状に絞って集束させるＸ線集束器６３をその中心軸がＸ線発生器６２の中心軸と一致するように設けると共に、Ｘ線発生器６２の内部６にＸ線集光素子６４をその中心軸及び焦点がそれぞれＸ線集束器６３の中心軸及び焦点Ｏと一致するように設けた３次元共焦点型−微小空間蛍光Ｘ線測定タイプのものである。
【００４８】
Ｘ線集束器６３は、大小２つの反射鏡６５，６６で構成されている。反射鏡６５，６６はそれぞれ銅や真鍮等から上方に突出した円錐面状に形成されており、その頂部に平面視が円状の開口部６５ａ，６６ａがそれぞれ設けられている。反射鏡６５，６６は互いの中心軸が一致し、かつ、Ｘ線発生器６２の中心軸と一致するように設けられている。反射鏡６５，６６同士の間には、隙間６７が形成されている。Ｘ線発生器６２から隙間６７に入射した１次Ｘ線ａは、隙間６７内で全反射を繰り返しながら円錐面状に絞られた状態で集束するようにＸ線集束器６３から出射する。なお、Ｘ線収束器６３は、ポリキャピラリー等を上記２つの反射鏡６５，６６間の隙間６７に相当する空間に配置することによっても実現される。つまり、複数のキャピラリーを円錐状に配置することにより、個々のキャピラリーを通過する１次Ｘ線ａが同一の焦点Ｏに集光される。また、Ｘ線収束器６３は、１次Ｘ線ａを１点に集光する目的のみならず、ある特定の箇所から発生した蛍光Ｘ線ｂをリング状に効率良く取り込む目的にも使用することができる。よって、Ｘ線収束器６３を、蛍光Ｘ線ｂをリング状に取り込む目的で使用する場合、リング状のＸ線検出器３を使用すれば、より効率良く蛍光Ｘ線ｂを検出することができる。
【００４９】
Ｘ線集光素子６４は、蛍光Ｘ線ｂを検出するためのシングルキャピラリー又はポリキャピラリーで構成されており、その中心軸及び焦点がそれぞれＸ線集束器６３の中心軸及び焦点Ｏと一致するようにＸ線発生器６２の内部６に設けられている。そのため、試料１０中の適宜の微小空間にＸ線集束器６３の焦点Ｏを合わせると共に、その焦点ＯにＸ線集光素子６４の焦点を更に合わせておけば、微小空間から発生した蛍光Ｘ線ｂのみをＸ線検出器３で検出することができる。なお、Ｘ線集光素子６４は、本実施形態のようにその一部がＸ線発生器６２の外部に露出するように設けてもよいし、あるいは、Ｘ線発生器６２の外部に設けてもよい。
【００５０】
ここで、Ｘ線集束器６３及びＸ線集光素子６４をそれぞれ軸方向に移動自在としておけば、試料１０に対する１次Ｘ線ａの照射角度を変化させることができるので、試料１０に対する分析深さを適宜に変更できるという利点がある。また、試料１０に対する１次Ｘ線ａの照射角度を、全反射を満たす角度から大きな入射角となる角度まで調整可能としておけば、試料１０に対する分析深さの変更幅を大きくすることができる。
【００５１】
従来の共焦点型−微小空間蛍光Ｘ線分析装置では、微小空間での蛍光Ｘ線ｂを励起するための１次Ｘ線ａは１本のキャピラリー等によって１方向から行われるので、蛍光Ｘ線ｂの発生効率は良くない。これに対し、上記のように構成された蛍光Ｘ線分析装置６１によれば、１次Ｘ線ａを円錐面状に絞って集束させ、測定すべき試料１０中の微小空間に対して１次Ｘ線ａを四方八方から効率的に照射できるので、その微小空間から蛍光Ｘ線ｂを効率良く発生させることができる。更に、発生する高強度の蛍光Ｘ線ｂを、その焦点を前記微小空間と合致させたＸ線集光素子６４により高感度に検出できるという利点がある。加えて、試料１０を３次元的に走査すれば、試料１０の３次元元素分布を高感度に得ることができるという利点がある。
【００５２】
なお、Ｘ線発生器６２としては、第４実施形態におけるＸ線発生器５２のような複数の１次Ｘ線ａを集束するように放射可能なタイプのものも採用することができる。即ち、Ｘ線集束器６３やＸ線集光素子６４は、本実施形態と同様にして第４実施形態のような蛍光Ｘ線分析装置５１に配備することもできる。この場合、Ｘ線発生器５２の一端部５２ａに複数の１次Ｘ線ａをそれぞれ帯状に絞って集束させるＸ線集束器６３をその中心軸がＸ線発生器６２の中心軸と一致するように設けると共に、Ｘ線発生器６２の内部６又は外部にＸ線集光素子６４をその中心軸及び焦点がそれぞれＸ線集束器６３の中心軸及び焦点Ｏと一致するように設けておけばよい。このような蛍光Ｘ線分析装置によれば、本実施形態と比較すれば効果は少し劣るものの、試料１０中の微小空間の蛍光Ｘ線分析が可能であると共に、その微小空間から発生する蛍光Ｘ線ｂを高感度に検出できるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、１次Ｘ線の照射により試料から発生する蛍光Ｘ線を検出してその試料の化学組成等を分析する蛍光Ｘ線分析装置として有用であり、特に、蛍光Ｘ線の検出感度の向上及び装置の小型化を図る場合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の概略縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】Ｘ線発生器の平面図。
【図４】ターゲットの平面図。
【図５】第２実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の概略縦断面図。
【図６】第３実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の概略縦断面図。
【図７】図１のＥ−Ｅ線断面図。
【図８】カソードの平面図。
【図９】第４実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の概略縦断面図。
【図１０】図９のＦ−Ｆ線断面図。
【図１１】第５実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の概略縦断面図。
【図１２】図１１の要部拡大図。
【符号の説明】
【００５５】
１，２１，３１，５１，６１ 蛍光Ｘ線分析装置
２，３２，５２，６２ Ｘ線発生器
２ａ，３２ａ，５２ａ，６２ａ 一端部（端部）
Ｄ 中心軸
３ Ｘ線検出器
ａ １次Ｘ線
ｂ 蛍光Ｘ線
１０ 試料
１１ 内部空間
１２，１３，３７ コリメータ
６３ Ｘ線集束器
Ｏ 焦点
６４ Ｘ線集光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次Ｘ線の照射により試料から発生する蛍光Ｘ線を検出してその試料の化学組成等を分析する蛍光Ｘ線分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の技術としては、Ｘ線管から発生する１次Ｘ線を１方向から試料に照射し、その試料から発生する蛍光Ｘ線を、他の方向に配備したＸ線検出器で検出する蛍光Ｘ線分析装置等が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平５−５２７７５号公報（第２−５頁，図１等）
【特許文献２】特許第２６７４６７５号公報（第１−３頁，図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような蛍光Ｘ線分析装置では、１次Ｘ線を１方向からしか試料に照射できないので、蛍光Ｘ線の励起・発生効率が低く、その検出感度が低いという問題点がある。
【０００４】
また、Ｘ線管とＸ線検出器とが試料に対して異なる方向に配備されるので、装置の小型化が困難であるという問題点がある。
【０００５】
本発明は、以上のような事情や問題点に鑑みてなされたものであり、蛍光Ｘ線の検出感度の向上及び装置の小型化を図ることができる蛍光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】
【０００６】
上記目的を達成するための請求項１の発明は、リング状に形成されかつ軸方向の端部からリング状の１次Ｘ線をその少なくとも一部が集束するように放射するＸ線発生器と、このＸ線発生器で包囲された内部空間に中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するようにかつ前記Ｘ線発生器の中心軸上の前記端部近傍に配置した試料と対向するように挿入されると共に、前記１次Ｘ線の照射により前記試料から発生する蛍光Ｘ線を検出するＸ線検出器と、を備えたものである。
【０００７】
請求項２の発明は、前記Ｘ線発生器の前記端部に前記１次Ｘ線を円錐面状に絞って集束させるＸ線集束器をその中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するように設けると共に、前記Ｘ線発生器の内部又は外部に前記蛍光Ｘ線を検出するためのＸ線集光素子をその中心軸及び焦点がそれぞれ前記Ｘ線集束器の中心軸及び焦点と一致するように設けたものである。
【０００８】
請求項３の発明は、リング状に形成されかつ周方向に互いに間隔を開けて並ぶ複数の１次Ｘ線を軸方向の端部から集束するように放射するＸ線発生器と、このＸ線発生器で包囲された内部空間に中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するようにかつ前記Ｘ線発生器の中心軸上の前記端部近傍に配置した試料と対向するように挿入されると共に、前記複数の１次Ｘ線の照射により前記試料から発生する蛍光Ｘ線を検出するＸ線検出器と、を備えたものである。
【０００９】
請求項４の発明は、前記Ｘ線発生器の前記端部に前記複数の１次Ｘ線をそれぞれ帯状に絞って集束させるＸ線集束器をその中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するように設けると共に、前記Ｘ線発生器の内部又は外部に前記蛍光Ｘ線を検出するためのＸ線集光素子をその中心軸及び焦点がそれぞれ前記Ｘ線集束器の中心軸及び焦点と一致するように設けたものである。
【００１０】
請求項５の発明は、前記Ｘ線集束器及び前記Ｘ線集光素子をそれぞれ軸方向に移動自在としたものである。
【００１１】
請求項６の発明は、リング状に形成されかつ前記１次Ｘ線の照射範囲を制限するコリメータを前記Ｘ線発生器の前記端部近傍又は内部に中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するように配置したものである。
【００１２】
請求項７の発明は、前記コリメータをその軸方向に移動自在としたものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、リング状に形成されたＸ線発生器の一端部からリング状の１次Ｘ線をその少なくとも一部が集束するようにして試料に照射できるので、蛍光Ｘ線の励起・発生効率及びその検出感度の向上を図ることができる。また、Ｘ線発生器とＸ線検出器とを同軸に（互いの中心軸が一致するように）配置できると共に、Ｘ線発生器の中心軸上に試料を配置できるので、装置の小型化を図ることができると共に、大きな立体角で効率良く蛍光Ｘ線を検出でき、その検出効率及び検出限界の向上を図ることができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、１次Ｘ線を円錐面状に絞って集束させ、測定すべき試料中の微小空間に対して１次Ｘ線を四方八方から効率的に照射できるので、その微小空間から蛍光Ｘ線を効率良く発生させることができる。また、発生する高強度の蛍光Ｘ線を、その焦点を前記微小空間と合致させたＸ線集光素子を用いて高検出効率で検出することができる。更に、試料を３次元的に走査すれば、試料の３次元元素分布を高感度に得ることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、リング状に形成されたＸ線発生器の端部から複数の１次Ｘ線を集束するように試料に照射できるので、請求項１の発明と比較すれば効果は少し劣るものの、蛍光Ｘ線の検出感度の向上や装置の小型化を十分に図ることができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、請求項２の発明と比較すれば効果は少し劣るものの、前記微小空間から蛍光Ｘ線を効率良く発生可能であると共に、発生する高強度の蛍光Ｘ線を、その焦点を前記微小空間と合致させたＸ線集光素子を用いて高検出効率で検出することができる。
【００１７】
請求項５及び請求項７の発明によれば、試料に対する１次Ｘ線の照射角度を変化させることができるので、試料に対する分析深さを適宜に変更することができる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、１次Ｘ線の照射範囲を必要な範囲に簡単に絞ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
第１実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置１は、図１及び図２に示すように、Ｘ線発生器２と、Ｘ線検出器３とを備えたものである。
【００２０】
Ｘ線発生器２は、図１〜図３に示すように、リング状のＸ線管で構成されており、その軸方向の一端部（端部）２ａからリング状の１次Ｘ線ａをその少なくとも一部が集束するように放射可能とされている。このＸ線発生器２は、円管状の外管４と、この外管４内に挿入された円管状の内管５とを備え、軸方向の一端部２ａ及び他端部２ｂをそれぞれ閉塞した密閉型の２重管構造とされている。Ｘ線発生器２の内部６は、適宜の真空度に保持されている。なお、Ｘ線発生器２の軸方向の長さは特に限定されるものではなく、図１に例示したものより短くても長くてもよい。また、Ｘ線発生器２は、リング状の１次Ｘ線ａの少なくとも一部が集束するように放射できればよいが、リング状の１次Ｘ線ａの全部が集束するように放射可能であってもよい。
【００２１】
Ｘ線発生器２の一端部２ａの内側には、図１及び図３に示すように、ベリリウム（Ｂ）等からなるリング状のＸ線透過窓７が設けられている。図１、図２、及び図４に示すように、Ｘ線発生器２の内部６の他端部２ｂ側にはリング状のフィラメント（熱陰極）８が設けられており、一端部２ａ側にはリング状に形成された透過型のターゲット（陽極）９が設けられている。フィラメント８には電源（図示せず）が接続されており、ターゲット９には高電圧電源（図示せず）が接続されている。そのため、フィラメント８に電圧を印加すれば、図１に示すように、リング状の電子線ｅがフィラメント８から一端部２ａ側に向かって発生する。このリング状の電子線ｅはターゲット９の一面９ａに入射し、ターゲット９の他面９ｂからリング状の１次Ｘ線ａが出射する。このリング状の１次Ｘ線ａは、Ｘ線透過窓７を透過してＸ線発生器２の一端部２ａから放射される。なお、ターゲット９は本実施形態のような透過型のものに限定されるものではなく、電子線ｅが入射した面から１次Ｘ線ａを放射する反射型のものを採用することもできる。
【００２２】
Ｘ線検出器３は、図１及び図２に示すように、Ｘ線発生器２で包囲された内部空間１１に、中心軸がＸ線発生器２の中心軸Ｄと一致するように、かつ、Ｘ線発生器２の中心軸Ｄ上の一端部２ａ近傍に配置した試料１０と対向するように挿入されており、１次Ｘ線ａの照射により試料１０から発生する蛍光Ｘ線ｂを検出できるようになっている。
【００２３】
試料１０は、図１に示すように、Ｘ線発生器２の中心軸Ｄに対して平行方向（図１では上下方向）に移動自在で、かつ、前記中心軸Ｄに対して直角方向の面内（図１では水平面内）で移動自在な試料ステージ（図示せず）に着脱自在に支持されている。なお、本実施形態ではＸ線発生器２の中心軸Ｄが鉛直方向となり、Ｘ線検出器３の上方に試料１０が支持されるように構成しているが、これに限定されるものではなく、Ｘ線発生器２の中心軸Ｄの方向やその一端部２ａの向きを適宜に変えてＸ線検出器３の下方、側方、斜め上方、又は斜め下方に試料１０が支持されるように構成してもよい。
【００２４】
上記のように構成された蛍光Ｘ線分析装置１によれば、リング状に形成されたＸ線発生器２の一端部２ａからリング状の１次Ｘ線ａをその少なくとも一部が集束するようにして試料１０に照射できるので、蛍光Ｘ線ｂの励起・発生効率及びその検出感度の向上を図ることができるという利点がある。また、Ｘ線発生器２とＸ線検出器３とを同軸に配置できると共に、Ｘ線発生器２の中心軸Ｄ上に試料１０を配置できるので、装置の小型化を図ることができると共に、大きな立体角で効率良く蛍光Ｘ線ｂを検出でき、その検出効率及び検出限界の向上を図ることができるという利点がある。
【００２５】
ここで、本実施形態のように、リング状に形成されかつ１次Ｘ線ａの照射範囲を制限するコリメータ１２，１３をＸ線発生器２の一端部２ａ近傍に中心軸がＸ線発生器２の中心軸Ｄと一致するように配置しておけば、１次Ｘ線ａの照射範囲を必要な範囲に簡単に絞ることができるという利点がある。
【００２６】
Ｘ線発生器２の一端部２ａと試料１０との間に配置されたコリメータ１２は鉛（Ｐｂ）等から上方に突出した円錐面状に形成されており、その頂部に平面視が円状の開口部１２ａが設けられている。このコリメータ１２は、Ｘ線透過窓７から放射される１次Ｘ線ａの照射範囲を上方（一端部２ａ側）から制限するものであり、Ｘ線透過窓７から放射された１次Ｘ線ａはコリメータ１２の開口部１２ａを通過する。また、試料１０から発生した蛍光Ｘ線ｂも、コリメータ１２の開口部１２ａを通過する。
【００２７】
一方、Ｘ線発生器２の内部空間１１に配置されたコリメータ１３も鉛等から上方に突出した円錐面状に形成されており、その頂部に平面視が円状の開口部１３ａが設けられている。このコリメータ１３は、Ｘ線透過窓７から放射される１次Ｘ線ａの照射範囲を下方（他端部２ｂ側）から制限するものであり、コリメータ１２の開口部１２ａを通過した蛍光Ｘ線ｂはコリメータ１３の開口部１３ａも通過してＸ線検出器３により検出される。
【００２８】
なお、これらのコリメータ１２，１３を配備しない場合は、Ｘ線透過窓７の幅を小さくする等して１次Ｘ線ａの放射範囲を絞っておいてもよい。また、コリメータ１２，１３の構成は特に限定されるものではなく、従来公知の各種の技術を採用することができる。
【００２９】
第２実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置２１は、図５に示すように、第１実施形態において、コリメータ１２を下方に突出した円錐面状に形成すると共に、コリメータ１２，１３をそれぞれ軸方向に移動自在としたものである。
【００３０】
コリメータ１２，１３は、適宜の移動手段によりそれぞれ軸方向に移動自在とされている。なお、本実施形態ではコリメータ１２を下方に突出した円錐面状に形成しているが、これに限定されるものではなく、フラットなリング状や上方に突出した円錐面状等であってもよい。また、コリメータ１３も、フラットなリング状や下方に突出した円錐面状等に形成してもよい。
【００３１】
このように、コリメータ１２，１３をそれぞれ軸方向に移動自在としておけば、試料１０に対する１次Ｘ線ａの照射角度を変化させることができるので、試料１０に対する分析深さを適宜に変更できるという利点がある。また、試料１０に対する１次Ｘ線ａの照射角度を、全反射を満たす角度から大きな入射角となる角度まで調整可能としておけば、試料１０に対する分析深さの変更幅を大きくすることができる。
【００３２】
第３実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置３１は、図６及び図７に示すように、Ｘ線発生器３２と、第１実施形態と同様のＸ線検出器３とを備えたものである。
【００３３】
Ｘ線発生器３２は、リング状でかつその内部空間１１における軸方向の一端部（端部）３２ａ側が閉塞されたグロー放電管で構成されており、一端部３２ａからリング状の１次Ｘ線ａを集束するように放射可能とされている。このＸ線発生器３２は、円管状の外管３３及びこの外管３３内に複数の支持部材（図示せず）で支持された円管状の内管３４からなる２重管構造のアノード３５と、外管３３の軸方向の一端部３３ａに固定された円錐面状のターゲット３６と、内管３４の軸方向の一端部３４ａに固定されたリング状（円管状）のコリメータ３７と、外管３３の軸方向の他端部３３ｂ及び内管３４の軸方向の他端部３４ｂに大小２つのＯ−リング３８，３９を介して固定された図６〜図８のようなリング状のカソード４０とを備えている。Ｏ−リング３８は、外管３３の他端部３３ｂに嵌着される。Ｏ−リング３９は、内管３４の他端部３４ｂに嵌着される。
【００３４】
ターゲット３６は上方に突出した円錐面状に形成されており、その頂部にベリリウム等からなる円板状のＸ線透過窓４１が設けられている。ターゲット３６の材質としては、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）等が挙げられる。アノード３５の材質としては、真鍮〔銅と亜鉛（Ｚｎ）の合金〕等が挙げられる。カソード４０の材質としては、アルミニウム（Ａｌ）、銅等が挙げられる。Ｏ−リング３８，３９の材質としては、ゴム（シリコーンゴム等）等が挙げられる。
【００３５】
コリメータ３７の内部空間４２の一端部３２ａ側はＸ線透過窓４１に面しており、内部空間４２におけるＸ線発生器３２の他端部３２ｂ側はベリリウム等からなる円板状のＸ線透過窓４３で閉塞されている。コリメータ３７の材質としては、銅、真鍮等が挙げられる。なお、コリメータ３７の厚さをより大きくすれば、１次Ｘ線ａの照射範囲をより絞ることができる。
【００３６】
上記のようにして密閉されたＸ線発生器３２の内部６には、グロー放電用のガス〔アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等〕が１Torr以下程度の圧力（通常のグロー放電の条件よりも低圧）で封入されている。なお、Ｘ線発生器３２の軸方向の長さは特に限定されるものではなく、図６に例示したものより短くても長くてもよい。また、Ｘ線発生器３２は、第１実施形態のように、その内部空間１１を閉塞しないで構成することもできる。更に、真空ポンプ等の減圧手段と、グロー放電用のガスを供給するガス供給手段とをＸ線発生器３２に接続しておき、Ｘ線発生器３２の内部６の減圧及び内部６へのガス供給を試料の分析の都度行うようにしてもよい。
【００３７】
アノード３５とカソード４０との間に１５ｋＶ程度の電圧（通常のグロー放電の条件よりも高電圧）を印加すれば、図６に示すように、リング状の電子線ｅがカソード４０から一端部３２ａ側に向かって発生する。このリング状の電子線ｅはターゲット３６に入射し、ターゲット３６からリング状の１次Ｘ線ａが集束するように出射する。このリング状の１次Ｘ線ａは、Ｘ線透過窓４１を透過してＸ線発生器３２の一端部３２ａから放射される。なお、ターゲット３６は本実施形態のような反射型のものに限定されるものではなく、電子線ｅが入射した面と反対の面から１次Ｘ線ａを放射する透過型のものを採用することもできる。
【００３８】
Ｘ線検出器３や試料１０は第１実施形態と同様にして配置されており、１次Ｘ線ａの照射により試料１０から発生した蛍光Ｘ線ｂは、Ｘ線透過窓４１、コリメータ３７の内部空間４２、及びＸ線透過窓４３を透過してＸ線検出器３により検出される。
【００３９】
上記のように構成された蛍光Ｘ線分析装置３１によれば、リング状に形成されたＸ線発生器３２の一端部３２ａからリング状の１次Ｘ線ａを集束するように試料１０に照射できるので、第１実施形態と同様の利点がある。
【００４０】
ここで、本実施形態のように、リング状に形成されかつ１次Ｘ線ａの照射範囲を制限するコリメータ３７をＸ線発生器３２の内部６に中心軸がＸ線発生器３２の中心軸Ｄと一致するように配置しておけば、１次Ｘ線ａの照射範囲を必要な範囲に簡単に絞ることができるという利点がある。
【００４１】
第４実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置５１は、図９及び図１０に示すように、Ｘ線発生器５２と、第１実施形態と同様のＸ線検出器３とを備えたものである。
【００４２】
Ｘ線発生器５２は、第３実施形態と同様、リング状でかつその内部空間１１における軸方向の一端部（端部）５２ａ側が閉塞されたグロー放電管で構成されているが、一端部５２ａから複数の１次Ｘ線ａを集束するように放射可能とされている。このＸ線発生器５２は、リング状に形成されかつ軸方向に対して平行な複数の貫通孔５３が周方向に互いに間隔を開けて並設されたアノード５４と、このアノード５４の軸方向の一端部５４ａの外縁に固定された円錐面状のターゲット３６と、アノード５４の一端部５４ａにおける貫通孔５３の内側に固定されたリング状のコリメータ３７と、アノード５４の軸方向の他端部５４ｂに大小２つのＯ−リング３８，３９を介して固定されたリング状のカソード４０とを備えている。
【００４３】
第３実施形態と同様、コリメータ３７の内部空間４２の一端部５２ａ側はＸ線透過窓４１に面しており、内部空間４２におけるＸ線発生器５２の他端部５２ｂ側はベリリウム等からなる円板状のＸ線透過窓４３で閉塞されている。
【００４４】
アノード５４とカソード４０との間に１５ｋＶ程度の電圧を印加すれば、図９に示すように、各貫通孔５３をそれぞれ通過する複数の電子線ｅがカソード４０から一端部５２ａ側に向かって発生する。これら複数の電子線ｅはターゲット３６にそれぞれ入射し、ターゲット３６から複数の１次Ｘ線ａが集束するように出射する。これら複数の１次Ｘ線ａは、Ｘ線透過窓４１を透過してＸ線発生器５２の一端部５２ａから放射される。なお、Ｘ線発生器５２は、アノード５４とカソード４０とターゲット３６とで構成されて軸方向の端部から１つの１次Ｘ線ａを放射するグロー放電管タイプの複数のＸ線発生手段、又は、軸方向の端部から１つの１次Ｘ線ａを放射するＸ線管タイプの複数のＸ線発生手段を円状に互いに間隔を開けて配置することによって、リング状に形成されかつ周方向に互いに間隔を開けて並ぶ複数の１次Ｘ線ａを軸方向の端部から集束するように放射可能としてもよい。
【００４５】
Ｘ線検出器３や試料１０は第３実施形態と同様にして配置されており、複数の１次Ｘ線ａの照射により試料１０から発生した蛍光Ｘ線ｂは、Ｘ線透過窓４１、コリメータ３７の内部空間４２、及びＸ線透過窓４３を透過してＸ線検出器３により検出される。
【００４６】
上記のように構成された蛍光Ｘ線分析装置５１によれば、リング状に形成されたＸ線発生器５２の一端部５２ａから複数の１次Ｘ線ａを集束するように試料１０に照射できるので、第１〜第３実施形態と比較すれば効果は少し劣るものの、蛍光Ｘ線の検出感度の向上や装置の小型化を十分に図ることができるという利点がある。
【００４７】
第５実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置６１は、図１１及び図１２に示すように、第３実施形態において、第３実施形態とほぼ同様のＸ線発生器６２の一端部（端部）６２ａに１次Ｘ線ａを円錐面状に絞って集束させるＸ線集束器６３をその中心軸がＸ線発生器６２の中心軸と一致するように設けると共に、Ｘ線発生器６２の内部６にＸ線集光素子６４をその中心軸及び焦点がそれぞれＸ線集束器６３の中心軸及び焦点Ｏと一致するように設けた３次元共焦点型−微小空間蛍光Ｘ線測定タイプのものである。
【００４８】
Ｘ線集束器６３は、大小２つの反射鏡６５，６６で構成されている。反射鏡６５，６６はそれぞれ銅や真鍮等から上方に突出した円錐面状に形成されており、その頂部に平面視が円状の開口部６５ａ，６６ａがそれぞれ設けられている。反射鏡６５，６６は互いの中心軸が一致し、かつ、Ｘ線発生器６２の中心軸と一致するように設けられている。反射鏡６５，６６同士の間には、隙間６７が形成されている。Ｘ線発生器６２から隙間６７に入射した１次Ｘ線ａは、隙間６７内で全反射を繰り返しながら円錐面状に絞られた状態で集束するようにＸ線集束器６３から出射する。なお、Ｘ線収束器６３は、ポリキャピラリー等を上記２つの反射鏡６５，６６間の隙間６７に相当する空間に配置することによっても実現される。つまり、複数のキャピラリーを円錐状に配置することにより、個々のキャピラリーを通過する１次Ｘ線ａが同一の焦点Ｏに集光される。また、Ｘ線収束器６３は、１次Ｘ線ａを１点に集光する目的のみならず、ある特定の箇所から発生した蛍光Ｘ線ｂをリング状に効率良く取り込む目的にも使用することができる。よって、Ｘ線収束器６３を、蛍光Ｘ線ｂをリング状に取り込む目的で使用する場合、リング状のＸ線検出器３を使用すれば、より効率良く蛍光Ｘ線ｂを検出することができる。
【００４９】
Ｘ線集光素子６４は、蛍光Ｘ線ｂを検出するためのシングルキャピラリー又はポリキャピラリーで構成されており、その中心軸及び焦点がそれぞれＸ線集束器６３の中心軸及び焦点Ｏと一致するようにＸ線発生器６２の内部６に設けられている。そのため、試料１０中の適宜の微小空間にＸ線集束器６３の焦点Ｏを合わせると共に、その焦点ＯにＸ線集光素子６４の焦点を更に合わせておけば、微小空間から発生した蛍光Ｘ線ｂのみをＸ線検出器３で検出することができる。なお、Ｘ線集光素子６４は、本実施形態のようにその一部がＸ線発生器６２の外部に露出するように設けてもよいし、あるいは、Ｘ線発生器６２の外部に設けてもよい。
【００５０】
ここで、Ｘ線集束器６３及びＸ線集光素子６４をそれぞれ軸方向に移動自在としておけば、試料１０に対する１次Ｘ線ａの照射角度を変化させることができるので、試料１０に対する分析深さを適宜に変更できるという利点がある。また、試料１０に対する１次Ｘ線ａの照射角度を、全反射を満たす角度から大きな入射角となる角度まで調整可能としておけば、試料１０に対する分析深さの変更幅を大きくすることができる。
【００５１】
従来の共焦点型−微小空間蛍光Ｘ線分析装置では、微小空間での蛍光Ｘ線ｂを励起するための１次Ｘ線ａは１本のキャピラリー等によって１方向から行われるので、蛍光Ｘ線ｂの発生効率は良くない。これに対し、上記のように構成された蛍光Ｘ線分析装置６１によれば、１次Ｘ線ａを円錐面状に絞って集束させ、測定すべき試料１０中の微小空間に対して１次Ｘ線ａを四方八方から効率的に照射できるので、その微小空間から蛍光Ｘ線ｂを効率良く発生させることができる。更に、発生する高強度の蛍光Ｘ線ｂを、その焦点を前記微小空間と合致させたＸ線集光素子６４により高感度に検出できるという利点がある。加えて、試料１０を３次元的に走査すれば、試料１０の３次元元素分布を高感度に得ることができるという利点がある。
【００５２】
なお、Ｘ線発生器６２としては、第４実施形態におけるＸ線発生器５２のような複数の１次Ｘ線ａを集束するように放射可能なタイプのものも採用することができる。即ち、Ｘ線集束器６３やＸ線集光素子６４は、本実施形態と同様にして第４実施形態のような蛍光Ｘ線分析装置５１に配備することもできる。この場合、Ｘ線発生器５２の一端部５２ａに複数の１次Ｘ線ａをそれぞれ帯状に絞って集束させるＸ線集束器６３をその中心軸がＸ線発生器６２の中心軸と一致するように設けると共に、Ｘ線発生器６２の内部６又は外部にＸ線集光素子６４をその中心軸及び焦点がそれぞれＸ線集束器６３の中心軸及び焦点Ｏと一致するように設けておけばよい。このような蛍光Ｘ線分析装置によれば、本実施形態と比較すれば効果は少し劣るものの、試料１０中の微小空間の蛍光Ｘ線分析が可能であると共に、その微小空間から発生する蛍光Ｘ線ｂを高感度に検出できるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、１次Ｘ線の照射により試料から発生する蛍光Ｘ線を検出してその試料の化学組成等を分析する蛍光Ｘ線分析装置として有用であり、特に、蛍光Ｘ線の検出感度の向上及び装置の小型化を図る場合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の概略縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】Ｘ線発生器の平面図。
【図４】ターゲットの平面図。
【図５】第２実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の概略縦断面図。
【図６】第３実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の概略縦断面図。
【図７】図１のＥ−Ｅ線断面図。
【図８】カソードの平面図。
【図９】第４実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の概略縦断面図。
【図１０】図９のＦ−Ｆ線断面図。
【図１１】第５実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の概略縦断面図。
【図１２】図１１の要部拡大図。
【符号の説明】
【００５５】
１，２１，３１，５１，６１ 蛍光Ｘ線分析装置
２，３２，５２，６２ Ｘ線発生器
２ａ，３２ａ，５２ａ，６２ａ 一端部（端部）
Ｄ 中心軸
３ Ｘ線検出器
ａ １次Ｘ線
ｂ 蛍光Ｘ線
１０ 試料
１１ 内部空間
１２，１３，３７ コリメータ
６３ Ｘ線集束器
Ｏ 焦点
６４ Ｘ線集光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状に形成されかつ軸方向の端部からリング状の１次Ｘ線をその少なくとも一部が集束するように放射するＸ線発生器と、
このＸ線発生器で包囲された内部空間に中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するようにかつ前記Ｘ線発生器の中心軸上の前記端部近傍に配置した試料と対向するように挿入されると共に、前記１次Ｘ線の照射により前記試料から発生する蛍光Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
を備えたことを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項２】
前記Ｘ線発生器の前記端部に前記１次Ｘ線を円錐面状に絞って集束させるＸ線集束器をその中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するように設けると共に、
前記Ｘ線発生器の内部又は外部に前記蛍光Ｘ線を検出するためのＸ線集光素子をその中心軸及び焦点がそれぞれ前記Ｘ線集束器の中心軸及び焦点と一致するように設けた請求項１記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項３】
リング状に形成されかつ周方向に互いに間隔を開けて並ぶ複数の１次Ｘ線を軸方向の端部から集束するように放射するＸ線発生器と、
このＸ線発生器で包囲された内部空間に中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するようにかつ前記Ｘ線発生器の中心軸上の前記端部近傍に配置した試料と対向するように挿入されると共に、前記複数の１次Ｘ線の照射により前記試料から発生する蛍光Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
を備えたことを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項４】
前記Ｘ線発生器の前記端部に前記複数の１次Ｘ線をそれぞれ帯状に絞って集束させるＸ線集束器をその中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するように設けると共に、
前記Ｘ線発生器の内部又は外部に前記蛍光Ｘ線を検出するためのＸ線集光素子をその中心軸及び焦点がそれぞれ前記Ｘ線集束器の中心軸及び焦点と一致するように設けた請求項３記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項５】
前記Ｘ線集束器及び前記Ｘ線集光素子をそれぞれ軸方向に移動自在とした請求項２又は４記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項６】
リング状に形成されかつ前記１次Ｘ線の照射範囲を制限するコリメータを前記Ｘ線発生器の前記端部近傍又は内部に中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するように配置した請求項１から５のいずれか記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項７】
前記コリメータをその軸方向に移動自在とした請求項６記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項１】
リング状に形成されかつ軸方向の端部からリング状の１次Ｘ線をその少なくとも一部が集束するように放射するＸ線発生器と、
このＸ線発生器で包囲された内部空間に中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するようにかつ前記Ｘ線発生器の中心軸上の前記端部近傍に配置した試料と対向するように挿入されると共に、前記１次Ｘ線の照射により前記試料から発生する蛍光Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
を備えたことを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項２】
前記Ｘ線発生器の前記端部に前記１次Ｘ線を円錐面状に絞って集束させるＸ線集束器をその中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するように設けると共に、
前記Ｘ線発生器の内部又は外部に前記蛍光Ｘ線を検出するためのＸ線集光素子をその中心軸及び焦点がそれぞれ前記Ｘ線集束器の中心軸及び焦点と一致するように設けた請求項１記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項３】
リング状に形成されかつ周方向に互いに間隔を開けて並ぶ複数の１次Ｘ線を軸方向の端部から集束するように放射するＸ線発生器と、
このＸ線発生器で包囲された内部空間に中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するようにかつ前記Ｘ線発生器の中心軸上の前記端部近傍に配置した試料と対向するように挿入されると共に、前記複数の１次Ｘ線の照射により前記試料から発生する蛍光Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
を備えたことを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項４】
前記Ｘ線発生器の前記端部に前記複数の１次Ｘ線をそれぞれ帯状に絞って集束させるＸ線集束器をその中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するように設けると共に、
前記Ｘ線発生器の内部又は外部に前記蛍光Ｘ線を検出するためのＸ線集光素子をその中心軸及び焦点がそれぞれ前記Ｘ線集束器の中心軸及び焦点と一致するように設けた請求項３記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項５】
前記Ｘ線集束器及び前記Ｘ線集光素子をそれぞれ軸方向に移動自在とした請求項２又は４記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項６】
リング状に形成されかつ前記１次Ｘ線の照射範囲を制限するコリメータを前記Ｘ線発生器の前記端部近傍又は内部に中心軸が前記Ｘ線発生器の中心軸と一致するように配置した請求項１から５のいずれか記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項７】
前記コリメータをその軸方向に移動自在とした請求項６記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【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２００６−３１０９（Ｐ２００６−３１０９Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７７０４６（Ｐ２００４−１７７０４６）
【出願日】平成１６年６月１５日（２００４．６．１５）
【出願人】（５０４２３０３１６）
【出願人】（５０１１７４８３７）株式会社エックスレイプレシジョン (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１５日（２００４．６．１５）
【出願人】（５０４２３０３１６）
【出願人】（５０１１７４８３７）株式会社エックスレイプレシジョン (7)
【Ｆターム（参考）】
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