JP2007327756A - 蛍光ｘ線分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 偏光を利用した蛍光Ｘ線分析装置において、多種類の２次ターゲットを用意する必要を無くし、試料表面の微小部を効率よく測定すること。
【解決手段】 本発明に係る蛍光Ｘ線分析装置は、Ｘ線を発生するＸ線管球１と、前記Ｘ線を受ける試料３を支持するための図示しない試料支持部と、前記Ｘ線を受けて試料３から発生するＸ線を受ける偏光フィルタ５と、偏光フィルタ５からのＸ線を検出する検出器４で構成されている。そして、Ｘ線管球１から試料３に向かう光路、試料３から偏光フィルタ５に向かう光路、及び偏光フィルタ５から検出器４に向かう光路の３光路が互いに９０度となるようにＸ線管球１、試料３、偏光フィルタ５、検出器４が順に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｘ線の偏光を利用して取得スペクトルのバックグランド成分を軽減する手段を搭載した蛍光Ｘ線分析装置に関する。

蛍光Ｘ線分析において、試料中で発生した蛍光Ｘ線を検出することは重要だが、Ｘ線管球で発生したＸ線を検出しても分析時に不要なバックグランド成分となるだけである。そのため、不要なＸ線に対する必要な蛍光Ｘ線成分の強度比（Ｓ／Ｎ比）を上げるために、いくつかの方法が採用されている。Ｘ線の偏光を利用する方法も、そのひとつである。従来の偏光を利用した蛍光Ｘ線分析装置では、カルテシアン配置と呼ばれる偏光光学系を構成するように、Ｘ線管球、２次ターゲット、試料、検出器を配置する。この配置を取ることで、Ｘ線管球で発生したＸ線が検出器に到達することを防ぐことができる。

具体的には、Ｘ線管球、２次ターゲット、試料、検出器に至るＸ線の光路において、以下のような物理現象が生じている。その現象を図２を用いて、Ｘ線光路に沿って説明する。図２には、以下の説明で使用するｘ、ｙ、ｚの方向、部品配置、及びＸ線管球から発せられたＸ線の偏光成分が示されている。
（１）Ｘ線管球１から発せられたＸ線は、管球内部で電子線が管球ターゲットに照射されることで発生し、ｘとｙの２方向の偏光成分を含んでいる。
（２）２次ターゲットでは、Ｘ線管球１から発せられたＸ線が散乱される現象と、Ｘ線管球１から発せられたＸ線で励起された２次ターゲット２内元素からの蛍光Ｘ線が発せられる現象の２種の現象が起きる。カルテシアン配置では散乱角度が９０度となる方向に試料３を設置するので、試料３方向に散乱されたＸ線にはｘ方向の偏光成分が含まれない。これは、Ｘ線に対する２次ターゲットの屈折率が空気の屈折率よりも少しだけ小さいことから生ずる現象である。また、２次ターゲット内元素から発せられた蛍光Ｘ線は、ｙとｚの２方向の偏光成分を含んでいる。
（３）試料では、２次ターゲット２から発せられた上記散乱Ｘ線と蛍光Ｘ線が散乱される現象と、２次ターゲット２から発せられた上記散乱Ｘ線と蛍光Ｘ線で励起された試料３内元素からの蛍光Ｘ線が発せられる現象の２種の現象が起きる。カルテシアン配置では散乱角度が９０度、かつ試料３から検出器４に向かう方向がＸ線管球１から２次ターゲット２に向かう方向に対して９０度となる方向に検出器４を設置するので、検出器４方向に散乱されたＸ線にはｙ方向の偏光成分が含まれない。これは、Ｘ線に対する試料３の屈折率が空気の屈折率よりも少しだけ小さいことから生ずる現象である。また、試料３内元素から発せられた蛍光Ｘ線は、ｚとｘの２方向の偏光成分を含んでいる。
（４）検出器４に到達するＸ線は、２次ターゲット内で発生した蛍光Ｘ線のｚ方向の偏光成分と、試料内で発生した蛍光Ｘ線のｚ方向とｘ方向の偏光成分のみとなる。Ｘ線管球１から発せられたＸ線は、２次ターゲット２と試料３での２回の散乱の結果、ｘとｙの両成分共に検出器４まで到達できない。

上記に示した物理現象により、検出器４に到達するＸ線は、２次ターゲット２と試料３で発生する蛍光Ｘ線のみとなり、バックグランドの非常に少ない測定結果を得ることができる。（例えば、特許文献１参照）。
ＵＳ３９４４８２２Ａ１（請求項３）

従来の配置では、２次ターゲットから発せられた散乱Ｘ線と蛍光Ｘ線で試料中の元素を励起する。また、２次ターゲットで発生する蛍光Ｘ線のエネルギーが試料元素の励起エネルギーよりわずかに上回るように２次ターゲット材料を選び、蛍光Ｘ線による励起効率を高める必要がある。逆に２次ターゲットで発生した蛍光Ｘ線のエネルギーと、試料元素の励起エネルギーが離れているなどの状況では、試料元素の励起効率が極端に悪くなる。そのような状況を避けるためには、試料元素に合わせた２次ターゲットを多種類用意して、切り替えて使用する必要があった。

また、２次ターゲットから発せられた散乱Ｘ線と蛍光Ｘ線は共に四方八方に発散する。発散してくるＸ線の多くを試料に照射させる必要があるので、試料表面の微小部を測定するためにコリメータを利用するとＸ線照射量が激減してしまうという問題があった。コリメータの代わりにＸ線用レンズを利用して試料表面の微小部にＸ線を集光しようとすると、偏光光学系の条件を崩してしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決し、２次ターゲットを多種類用意する必要がなく、試料表面の微小部測定を容易にさせることを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明の蛍光Ｘ線分析装置では、２次ターゲットと試料の順番を反対にした偏光光学系を採用する。この場合、２次ターゲットという呼び方はふさわしくないので、偏光フィルタと呼ぶ。偏光フィルタは多種類ではなく、１種類、または少数種類だけ用意する。すなわち、本発明の蛍光Ｘ線分析装置は、Ｘ線を発生するＸ線管球と、このＸ線を受ける試料を支持するための試料支持部と、Ｘ線を受けて試料から発生するＸ線を受ける偏光フィルタと、この偏光フィルタからのＸ線を検出する検出器とからなり、Ｘ線管球から試料、試料から偏光フィルタ、偏光フィルタから検出器に向かう３光路が互いに９０度となるようにＸ線管球、試料支持部、偏光フィルタ、及び検出器が配置されている。

また、上記の偏光フィルタとして、湾曲形状のものを使用し、試料から発散するＸ線の多くに対して、偏光光学系が有効となる配置とすることが望ましい。

また、上記の湾曲した偏光フィルタの形状として、その表面がひとつの円の円周に沿うように湾曲し、その円周上の１８０度離れた位置に試料と検出器、または検出器コリメータを配置することが望ましい。この時、Ｘ線管球から試料に向かうＸ線の方向が上記円の作る面に垂直となるようにＸ線管球を設置することが望ましい。

また、上記の円周に沿うように湾曲した偏光フィルタの形状として、円柱表面に密着するような形状の一部を利用することが望ましい。

また、Ｘ線管球のＸ線発生源と、検出器または検出器コリメータを球面上の１８０度離れた位置に配置し、その球面上にあり、検出器または検出器コリメータ位置を通り、かつその球直径よりも小さな直径の複数の円の円周に沿うように湾曲した複数の偏光フィルタを配置し、これらの円に対して検出器または検出器コリメータから１８０度離れた円周上に試料を配置することが望ましい。

また、上記複数の円の円周上に配置された試料、上記Ｘ線発生源、および上記検出器または上記検出器コリメータを別の円の円周上に並ぶように配置することが望ましい。

また、上記の偏光フィルタとして、複数個の平面状偏光フィルタをそれらの表面がひとつの円の円周に沿うように配置し、その円周上の１８０度離れた位置に試料と検出器、または検出器コリメータを配置し、試料から発散するＸ線の多くに対して、偏光光学系が有効となる配置とすることが望ましい。この時、Ｘ線管球から試料に向かうＸ線の方向が上記円の作る面に垂直となるようにＸ線管球を設置することが望ましい。

また、上記の円周に沿うように配置された複数個の平面状偏光フィルタの並べ方として、円柱表面に接するように配置されることが望ましい。

また、Ｘ線管球のＸ線発生源と、検出器または検出器コリメータを球面上の１８０度離れた位置に配置し、その球面上にあり、検出器または検出器コリメータ位置を通り、かつその球直径よりも小さな直径の複数の円の円周に沿うように複数の平面状偏光フィルタを配置し、これらの円に対して検出器または検出器コリメータから１８０度離れた円周上に試料を配置することが望ましい。

また、上記複数の円の円周上に配置された試料、上記Ｘ線発生源、および上記検出器または上記検出器コリメータを別の円の円周上に並ぶように配置することが望ましい。

また、試料内で発生した蛍光Ｘ線が、偏光フィルタでコンプトン散乱された後の成分を測定する測定手段を搭載することが望ましい。

また、上記偏光フィルタは、原子番号が１４以下の元素を主成分とする材料で作られていることが望ましい。

また、上記偏光フィルタは、原子番号が８以下の元素を主成分とする材料で作られていることが望ましい。

また、Ｘ線管球と試料の間にＸ線管球からのＸ線を集束するＸ線用レンズを設置して、試料表面の微小部測定を行なうことが望ましい。

また、Ｘ線管球から試料に向かうＸ線光路、試料から偏光フィルタに向かうＸ線光路、および偏光フィルタから検出器に向かうＸ線光路の３光路が互いに９０度となるようにＸ線管球、試料、偏光フィルタ、検出器を配置する分析方法とすることが望ましい。

また、上記偏光フィルタでコンプトン散乱された後の成分を測定することが望ましい。

本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。

試料より後段に設置される偏光フィルタには、２次ターゲットに対して要求されるような各試料に合わせた種類選択を行なう必要が無いので、交換が不要になる。仮に交換を行なうとしても、偏光フィルタの種類は少数で済み、簡易な交換機構で実現することが可能となる。また、２次ターゲットと試料の順番を交換しても、Ｘ線管球から発せられたＸ線の偏光成分に対する影響は同じで、Ｘ線管球のＸ線が検出器に到達するのを防ぎ、バックグランド成分を軽減させる効果は、従来例と同様である。

そして、偏光フィルタの形状を単純な平面ではく、湾曲状にすることで、偏光光学系の効果を上げることができる。試料から散乱、発散したＸ線は偏光フィルタに到達し、そこで散乱されたＸ線の一部が検出器に到達するが、検出される全Ｘ線が偏光フィルタでの散乱角度９０度を満たすわけではない。偏光フィルタの形状を湾曲状にすることで、９０度からのずれ幅を小さくして、Ｘ線管球からのＸ線が検出器まで到達することを抑える効果を上げることができる。

さらに、偏光フィルタの表面をひとつの円の円周に沿うように湾曲させ、その円周上の１８０度離れた位置に試料と検出器、または検出器コリメータを配置することで、さらに測定効率を上げることができる。この配置においては、Ｘ線管球から発せられ、試料で散乱されたＸ線は、偏光フィルタの円周に重なる部分のどこで次の散乱を受けようと、検出器に向かう散乱角度は常に９０度となる。偏光フィルタの形状をひとつの円の円周に沿った湾曲状にすることで、広い範囲に発散する試料からのＸ線を利用し、測定効率を上げることができる。この時、Ｘ線管球から試料に向かうＸ線の方向が上記円の作る面に垂直となるようにＸ線管球を設置することで、Ｘ線管球から発せられたＸ線が試料で散乱して偏光フィルタに向かう時の散乱角度を常に９０度としてカルテシアン配置条件を満たすことができ、Ｘ線管球からのＸ線が検出器まで到達することを抑えることができる。

さらに、偏光フィルタの表面を円柱表面に密着するような湾曲形状とすることで、上記円の作る面に垂直な方向に外れた部分の偏光フィルタで散乱されたＸ線に対しても散乱角度９０度からのずれ幅を小さくして、Ｘ線管球からのＸ線が検出器まで到達することを抑える効果を上げることができる。

また、Ｘ線管球のＸ線発生源と、検出器または検出器コリメータを球面上の１８０度離れた位置に配置し、その球面上にあり、検出器または検出器コリメータ位置を通り、かつその球直径よりも小さな直径の複数の円の円周に沿うように湾曲した複数の偏光フィルタを配置し、これらの円に対して検出器または検出器コリメータから１８０度離れた円周上に試料を配置することで、さらに測定効率を上げることができる。この配置は、一組のＸ線管球と検出器に対して、上記のひとつの円の円周に沿うように湾曲させた偏光フィルタ複数個と各偏光フィルタに対応する試料複数個を配置することを意味する。この結果、カルテシアン配置条件を満たしたまま、１台のＸ線管球で複数位置に設置された試料を励起し、測定効率を複数倍に上げることができる。

さらに、上記複数の円の円周上に配置された試料、上記Ｘ線発生源、および上記検出器または上記検出器コリメータを別の円の円周上に並ぶように配置することで、上記複数の円が交差しない配置をとれるので、装置構成を単純化することができる。

また、複数の平面状偏光フィルタをひとつの円の円周に沿うように並べ、その円周上の１８０度離れた位置に試料と検出器、または検出器コリメータを配置することで、測定効率を上げることができる。この配置においては、Ｘ線管球から発せられ、試料で散乱されたＸ線は、どの偏光フィルタで次の散乱を受けようと、検出器に向かう散乱角度は常にほぼ９０度となる。複数の平面状偏光フィルタを円周に沿うように並べることで、広い範囲に発散する試料からのＸ線を利用し、測定効率を上げることができる。この時、Ｘ線管球から試料に向かうＸ線の方向が上記円の作る面に垂直となるようにＸ線管球を設置することで、Ｘ線管球から発せられたＸ線が試料で散乱して偏光フィルタに向かう時の散乱角度を常に９０度としてカルテシアン配置条件を満たすことができ、Ｘ線管球からのＸ線が検出器まで到達することを抑えることができる。

さらに、円柱表面に接するように複数の偏光フィルタを並べることで、上記円の作る面に垂直な方向に外れた部分の偏光フィルタで散乱されたＸ線に対しても散乱角度９０度からのずれ幅を小さくして、Ｘ線管球からのＸ線が検出器まで到達することを抑える効果を上げることができる。

また、Ｘ線管球のＸ線発生源と、検出器または検出器コリメータを球面上の１８０度離れた位置に配置し、その球面上にあり、検出器または検出器コリメータ位置を通り、かつその球直径よりも小さな直径の複数の円の円周に沿うように複数の平面状偏光フィルタを配置し、これらの円に対して検出器または検出器コリメータから１８０度離れた円周上に試料を配置することで、さらに測定効率を上げることができる。この配置は、一組のＸ線管球と検出器に対して、上記のひとつの円の円周に沿うように並べた複数の平面状偏光フィルタ複数組と各偏光フィルタの組に対応する試料複数個を配置することを意味する。この結果、カルテシアン配置条件を満たしたまま、１台のＸ線管球で複数位置に設置された試料を励起し、測定効率を複数倍に上げることができる。

さらに、上記複数の円の円周上に配置された試料、上記Ｘ線発生源、および上記検出器または上記検出器コリメータを別の円の円周上に並ぶように配置することで、上記複数の円が交差しない配置をとれるので、装置構成を単純化することができる。

また、偏光フィルタでコンプトン散乱された後の蛍光Ｘ線を測定する測定手段を搭載することで、測定効率を上げることができる。蛍光Ｘ線が偏光フィルタで散乱されるとき、エネルギーを保存したまま散乱されるレーリー散乱とエネルギーを少し失って散乱されるコンプトン散乱が起きるが、フィルタ材質によっては、コンプトン散乱の強度がレーリー散乱の強度の数十倍になるなどの現象が見られるので、測定効率を上げることができる。

さらに、上記偏光フィルタがアルミニウムや石英（ＳｉＯ２）など、主成分元素の原子番号が１４以下の材料で作られていることで、コンプトン散乱強度を上げることができる。

さらに、上記偏光フィルタがプラスチック（ＣｘＯｙＨｚ）など、主成分元素の原子番号が８以下の材料で作られていることで、コンプトン散乱強度をさらに上げることができる。

また、通常の偏光を利用した蛍光Ｘ線分析装置に対して、２次ターゲットと試料の順番を交換することで微小部分析への対応を容易にすることができる。ここでは、Ｘ線管球と試料の間にＸ線用レンズを設置するが、その光路中でのＸ線は２方向の偏光状態をどちらも持っており、偏光状態を保存する必要が無いので、Ｘ線用レンズを問題なく利用することができ、微小部分析を効率よく行なうことができる。

また、Ｘ線管球から試料に向かうＸ線光路、試料から偏光フィルタに向かうＸ線光路、および偏光フィルタから検出器に向かうＸ線光路の３光路が互いに９０度となるようにＸ線管球、試料、偏光フィルタ、検出器を配置することで、Ｘ線管球から発せられたＸ線を検出器まで到達させないようにする偏光光学系の効果を保ったまま、偏光フィルタを少数種類しか用意する必要の無い分析方法とすることができる。

また、上記偏光フィルタでコンプトン散乱された後の成分を測定することで、測定効率を上げた分析方法とすることができる。

本発明は、Ｘ線を発生するＸ線管球と、前記Ｘ線を受ける試料を支持するための試料支持部と、前記Ｘ線を受けて試料から発生するＸ線を受ける偏光フィルタと、前記偏光フィルタからのＸ線を検出する検出器とからなる蛍光Ｘ線分析装置において、前記Ｘ線管球から試料、試料から偏光フィルタ、偏光フィルタから検出器に向かう３光路が互いに９０度となるようにＸ線管球、試料支持部、偏光フィルタ、及び検出器が配置されていることを特徴とするものである。以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して各実施例について説明する。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。

図３は、本発明による蛍光Ｘ線分析装置の実施例１を示した図で、Ｘ線管球１、図示しない試料支持部に支持された試料３、偏光フィルタ５、及び検出器４の位置関係を示している。図２に示した従来の偏光を利用した装置構成と比べると２次ターゲット２と試料３の順番が異なるが、Ｘ線管球１から発せられたＸ線の偏光成分に対する影響は同じで、Ｘ線管球１のＸ線が検出器４に到達するのを防ぎ、バックグランド成分を軽減させる効果は、従来例と同様である。

図４は、本発明による蛍光Ｘ線分析装置の実施例２を示した図で、湾曲状の偏光フィルタ６を用いた例を示している。また、比較のために、平面状の偏光フィルタ１９を用いた配置図を図５に示した。図４、図５共に、Ｘ線管球から試料に向かう軸と同じ方向（ｚ方向）から部品配置を見た場合の断面図である。これらの図では、実施例１の説明図の図３と同じ座標を用いている。また、試料上のＸ線照射部７、及び検出器センサ９を明示して、偏光フィルタでの散乱角を明確に示すようにした。図５の平面状偏光フィルタ１９を使用した例では、試料上のＸ線照射部７から発せられ、偏光フィルタで散乱され、検出器センサ９まで到達するＸ線の散乱角度に注目すると、散乱角度９０度の条件を満たすのは検出器に到達するＸ線の一部に過ぎないことがわかる。図４の本発明の実施例２では、偏光フィルタの端で散乱されるＸ線の散乱角度８が、図５の散乱角度１１と比較して９０度に近づくことがわかる。この散乱角度が９０度に近いほど、Ｘ線管球からのＸ線が検出器まで到達することを効果的に防止することができる。

図６は、本発明による蛍光Ｘ線分析装置の実施例３を示した図で、偏光フィルタの表面を円周１６に沿うように湾曲させ、その円周１６上の１８０度離れた位置に試料上のＸ線照射部７と検出器コリメータ１２を配置した様子を示している。図６では、実施例２の説明図の図４で検出器センサ９が担っていた検出器に到達するＸの角度を制限するという役割を検出器コリメータ１２が担っている。図６では、図４で示した偏光フィルタの湾曲面を円周１６に沿うように、また試料上のＸ線照射部７と検出器コリメータ１２がその円周１６上に上記条件で配置されている様子が示されている。また、円周１６の中心付近に、Ｘ線照射部から発せられるＸ線が直接、検出器センサ９に到達するのを防ぐための遮蔽体３０を設置する。

この配置においては、Ｘ線管球から発せられ、試料上のＸ線照射部７で散乱されたＸ線は、偏光フィルタの円周１６に重なる部分１３のどこで次の散乱を受けようと、検出器コリメータ１２に向かう散乱角度は常に９０度となることがわかる。したがって、図４の場合と比較して偏光フィルタの合計面積が大きくなる分、広い範囲に発散する試料からのＸ線を利用でき、かつ散乱角度９０度を保つことができ、高効率な測定が可能となる。この時、Ｘ線管球から試料に向かうＸ線の方向が図６の紙面に垂直となるようにＸ線管球を設置することで、Ｘ線管球から発せられたＸ線が試料上のＸ線照射部７で散乱して偏光フィルタに向かう時の散乱角度を常に９０度としてカルテシアン配置条件を満たすことができる。

図１は、本発明による蛍光Ｘ線分析装置の実施例４を示した図で、円柱表面に密着するような形状の面１５を偏光フィルタとした様子を示している。図１は、実施例３の説明図の図６に対してｚ方向の構造を加えて示した立体図である。図６の円周１６からｚ方向（紙面に垂直な方向）に外れた部分の偏光フィルタで散乱されたＸ線に対してもカルテシアン配置条件から大きくずれないようにすることができ、高効率な測定が可能となる。図１には、Ｘ線管球から発せられたＸ線が試料の限定範囲のみを照射するように光路を制限するためのコリメータ１４も示されている。

図７は、本発明による蛍光Ｘ線分析装置の実施例５を示した図で、Ｘ線管球のＸ線発生源１０と検出器コリメータ１２を球面２０上の１８０度離れた位置に配置し、その球面２０上にあり、検出器コリメータ１２の位置を通り、かつその球直径よりも小さな直径の複数の円の円周１６、１７、１８に沿うように湾曲した複数の偏光フィルタを配置し、これらの円に対して検出器コリメータ１２から１８０度離れた円周上にＸ線照射部７を配置した様子を示している。図７には個々の偏光フィルタを示してはいないが、実施例４の説明図の図１と同様の円柱表面に密着するような形状や、球２０の表面に密着するような形状の偏光フィルタを設置する。この時、各円に対して、そのＸ線照射部７に向かうＸ線の方向、Ｘ線照射部から偏光フィルタに向かうＸ線の方向、及び偏光フィルタから検出器コリメータ１２に向かうＸ線の方向は、常に互いに９０度となり、カルテシアン配置条件を満たすことができる。

図８は、本発明による蛍光Ｘ線分析装置の実施例６を示した図で、実施例５の説明図の図７における複数の円の円周１６、１７、１８上に配置された複数のＸ線照射部７、Ｘ線発生源１０、および検出器コリメータ１２を別の円の円周２９上に並ぶように配置した様子を示した図である。また、図９は、本発明による蛍光Ｘ線分析装置の実施例６を示した図で、図８と同じ配置を円周２９の作る面に垂直な方向から見た様子を示した図である。

図１０は、本発明による蛍光Ｘ線分析装置の実施例７を示した図で、複数の平面状偏光フィルタ２１を円周１６に沿うように並べ、その円周１６上の１８０度離れた位置に試料上のＸ線照射部７と検出器コリメータ１２を配置した様子を示している。図１０では、実施例１の比較例の図５で示した偏光フィルタ１９を円周１６に沿うように、また試料上のＸ線照射部７と検出器コリメータ１２がその円周１６上に上記条件で配置されている様子が示されている。

この配置においては、Ｘ線管球から発せられ、試料上のＸ線照射部７で散乱されたＸ線は、どの偏光フィルタで次の散乱を受けようと、検出器コリメータ１２に向かう散乱角度は常にほぼ９０度となることがわかる。したがって、図５の場合と比較して偏光フィルタの合計面積が大きくなる分、広い範囲に発散する試料からのＸ線を利用でき、かつ散乱角度９０度をほぼ保つことができ、高効率な測定が可能となる。この時、Ｘ線管球から試料に向かうＸ線の方向が図１０の紙面に垂直となるようにＸ線管球を設置することで、Ｘ線管球から発せられたＸ線が試料上のＸ線照射部７で散乱して偏光フィルタに向かう時の散乱角度を常に９０度としてカルテシアン配置条件を満たすことができる。

図１１は、本発明による蛍光Ｘ線分析装置の実施例８を示した図で、円柱表面に接するように複数の平面状偏光フィルタ２１を並べた様子を示している。図１１は、実施例７の説明図の図１０に対してｚ方向の構造を加えて示した立体図である。図１０の円周１６からｚ方向（紙面に垂直な方向）に外れた部分の偏光フィルタで散乱されたＸ線に対してもカルテシアン配置条件から大きくずれないようにすることができ、高効率な測定が可能となる。図１１には、Ｘ線管球から発せられたＸ線が試料の限定範囲のみを照射するように光路を制限するためのコリメータ１４も示されている

図１２は、本発明による蛍光Ｘ線分析装置の実施例９を示した図で、Ｘ線管球のＸ線発生源１０と検出器コリメータ１２を球面２０上の１８０度離れた位置に配置し、その球面２０上にあり、検出器コリメータ１２の位置を通り、かつその球直径よりも小さな直径の複数の円の円周１６、１７、１８に沿うように複数の平面状偏光フィルタを配置し、これらの円に対して検出器コリメータ１２から１８０度離れた円周上にＸ線照射部７を配置した様子を示している。図１２には個々の偏光フィルタを示してはいないが、実施例８の説明図の図１１と同様に円柱表面に接するように配置する、または球２０の表面に接するように配置する。この時、各円に対して、そのＸ線照射部７に向かうＸ線の方向、Ｘ線照射部から偏光フィルタに向かうＸ線の方向、及び偏光フィルタから検出器コリメータ１２に向かうＸ線の方向は、常に互いにほぼ９０度となり、カルテシアン配置条件を満たすことができる。ちなみに、図１２は、偏光フィルタを示していないので、実施例５の説明図の図７と全く同じ図になっている。同様に、実施例６の説明図の図８に相当する配置を、複数の平面状偏光フィルタを利用して実現することもできる。

図１３は、本発明による蛍光Ｘ線分析装置の実施例１０を示した図で、偏光フィルタでコンプトン散乱された後の蛍光Ｘ線を測定する方法を示している。図１３は、グラファイト製偏光フィルタ２２を使用する点、Ｘ線の角度広がりを抑えるための検出器コリメータ１４を備える点が、実施例１の説明図の図３と異なる点である。蛍光Ｘ線が偏光フィルタで散乱されるとき、エネルギーを保存したまま散乱されるレーリー散乱とエネルギーを少し失って散乱されるコンプトン散乱が起きるが、フィルタ材質によっては、コンプトン散乱の強度がレーリー散乱の強度の数十倍になるなどの現象が見られる。この目的のためには、偏光フィルタの材料としてグラファイト、プラスチック等の軽元素で構成された材料が適している。即ち、実施例１０を構成する偏光フィルタは、主成分元素の原子番号が１４以下のアルミニウムや石英（ＳｉＯ２）などの材料、または主成分元素の原子番号が８以下のプラスチック（ＣｘＯｙＨｚ）など材料で作られていることが望ましい。

通常の蛍光Ｘ線分析でのコンプトン散乱としては、Ｘ線管球の管球ターゲット材に起因する特性Ｘ線が試料内でコンプトン散乱されたものが主となるので、それを用いた分析は考えられない。しかし、本発明のように試料の後段に光学素子（偏光フィルタ）が置かれたような構成では、試料内元素が発した全ての蛍光Ｘ線に対してコンプトン散乱が発生するので、蛍光Ｘ線そのものを用いて分析する代わりに、あるいは蛍光Ｘ線そのものによる分析に加えて、コンプトン散乱ピークを利用しての分析も可能となる。ただし、通常の蛍光Ｘ線分析で見られるコンプトン散乱ピークは蛍光Ｘ線ピークよりも太く分解能が良くないので、そのままでは利用価値が低い。コンプトン散乱ピークの広がりは、試料でコンプトン散乱したＸ線が広い角度範囲で検出されているからである。

しかし、偏光系を利用する本発明では、試料、及び偏光フィルタでの散乱角度９０度を満たしたＸ線のみを利用するために、その光路上にコリメータ等を設置して角度の広がりを押さえた測定を行なう。したがって、装置構成しだいでは、観察されるコンプトン散乱のピーク幅を蛍光Ｘ線のピーク幅と同程度にすることができ、コンプトン散乱ピークのみを利用しての分析、あるいはコンプトン散乱ピークを併用しての分析を行なうことが可能になる。装置構成や測定条件によっては、散乱角の広がりを抑えてＸ線利用効率を下げることで、コンプトン散乱ピークをシャープにすると同時にそのバックグランドを軽減するという方法が可能になる。

図１４（ａ）に、通常の蛍光Ｘ線分析で観察されるコンプトン散乱ピーク２３と蛍光Ｘ線ピーク２４を示した。図１４（ｂ）に、散乱角の広がりを抑えて同じスペクトルを測定した場合に観察されるコンプトン散乱ピーク２５と蛍光Ｘ線ピーク２６を示した。これらの図より、散乱角の広がりを抑えることで、バックグランドが軽減されると同時に、蛍光Ｘ線ピークも小さくなっていく様子がわかる。また、コンプトン散乱ピークに関しては、その面積は減少するものの、形状がシャープになることがわかる。

図１５は、本発明による蛍光Ｘ線分析装置の実施例１１を示した図で、微小部分析を行う場合の装置構成を示した図である。一方、従来例の説明図である図１６は、通常の装置構成で微小部分析を行う方法を示した図である。図１６では、偏光状態を保存するためには試料前でＸ線用レンズを使用できないので、コリメータ２８を利用して試料３上の励起範囲を制限している。したがって、試料を励起するために利用できるＸ線が極端に減少するので、測定効率も同様に悪くなってしまう。一方、実施例１１の説明図である図１５では、Ｘ線管球１と試料３の間にＸ線管球１からのＸ線を集束するＸ線用レンズ２７を設置するが、その光路中でのＸ線は２方向の偏光状態をどちらも持っており、偏光状態を保存する必要が無いので、Ｘ線用レンズ２７を問題なく利用することができる様子を示している。したがって、本発明の装置構成では、効率を落とすことなく、微小部分析を行うことができる。

本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例４を示す図である。 従来の蛍光Ｘ線装置におけるカルテシアン配置を示す図である。 本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例１を示す図である。 本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例２を示す図である。 本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例１の比較例を示す図である。 本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例３を示す図である。 本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例５を示す図である。 本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例６を示す図である。 図８の本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例６を平面的に示した図である。 本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例７を示す図である。 本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例８を示す図である。 本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例９を示す図である。 本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例１０を示す図である。 本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例１０による測定スペクトルを説明する図である。 本発明における蛍光Ｘ線分析装置の実施例１１を示す図である。 従来の蛍光Ｘ線装置における微小部分析用の配置を示す図である。

符号の説明

１ Ｘ線管球
２ ２次ターゲット
３ 試料
４ 検出器
５ 偏光フィルタ
６ 湾曲状の偏光フィルタ
７ 試料上のＸ線照射部
８、１１ 偏光フィルタの端で散乱されるＸ線の散乱角度
９ 検出器センサ
１０ Ｘ線管球のＸ線発生源
１２ 検出器コリメータ
１３ 偏光フィルタの円周に重なる部分
１４ 試料上のＸ線照射範囲を限定するためのコリメータ
１５ 偏光フィルタ（円柱表面に密着するような形状の面）
１６、１７、１８ 円周
１９ 平面状の偏光フィルタ
２０ 球面
２１ 複数の平面状偏光フィルタ
２２ グラファイト製偏光フィルタ
２３、２５ コンプトン散乱ピーク
２４、２６ 蛍光Ｘ線ピーク
２７ Ｘ線用レンズ
２８ コリメータ
２９ 球面上の複数試料、Ｘ線発生源、及び検出器コリメータを含む円周
３０ 遮蔽体

Claims (16)

1. Ｘ線を発生するＸ線管球と、前記Ｘ線を受ける試料を支持するための試料支持部と、前記Ｘ線を受けて試料から発生するＸ線を受ける偏光フィルタと、前記偏光フィルタからのＸ線を検出する検出器とからなり、前記Ｘ線管球から試料、試料から偏光フィルタ、偏光フィルタから検出器に向かう３光路が互いに９０度となるようにＸ線管球、試料支持部、偏光フィルタ、及び検出器が配置されている蛍光Ｘ線分析装置。
2. 前記偏光フィルタとして、前記試料からのＸ線を受ける受光面が試料側に湾曲する形状のものを使用することを特徴とする請求項１記載の蛍光Ｘ線分析装置。
3. 前記偏光フィルタの形状として、前記受光面がひとつの円の円周に沿うように湾曲し、その円周上の１８０度離れた位置に試料と、検出器または検出器コリメータを配置すること、及びＸ線管球から試料に向かうＸ線の方向が上記円の作る面に垂直となるようにＸ線管球を設置することを特徴とする請求項２記載の蛍光Ｘ線分析装置。
4. 前記円周に沿うように湾曲した偏光フィルタの形状として、円柱表面に密着するような形状の一部を利用することを特徴とする請求項３記載の蛍光Ｘ線分析装置。
5. 前記Ｘ線管球のＸ線発生源と、前記検出器または前記検出器コリメータを球面上の１８０度離れた位置に配置し、その球面上にあり、前記検出器または前記検出器コリメータ位置を通り、かつその球直径よりも小さな直径の複数の円の円周に沿うように湾曲した複数の偏光フィルタを配置し、前記複数の円に対して前記検出器または前記検出器コリメータから１８０度離れた円周上に前記試料を配置することを特徴とする請求項２記載の蛍光Ｘ線分析装置。
6. 前記複数の円の円周上に配置された試料、前記Ｘ線発生源、および前記検出器または前記検出器コリメータを別の円の円周上に並ぶように配置することを特徴とする請求項５記載の蛍光Ｘ線分析装置。
7. 前記偏光フィルタとして、複数個の平面状偏光フィルタをそれらの受光面がひとつの円の円周に沿うように配置し、その円周上の１８０度離れた位置に試料と、検出器または検出器コリメータを配置すること、及びＸ線管球から試料に向かうＸ線の方向が上記円の作る面に垂直となるようにＸ線管球を設置することを特徴とする請求項１記載の蛍光Ｘ線分析装置。
8. 前記複数個の平面状偏光フィルタを、円柱表面に接するように並べることを特徴とする請求項７記載の蛍光Ｘ線分析装置。
9. 前記Ｘ線管球のＸ線発生源と、前記検出器または前記検出器コリメータを球面上の１８０度離れた位置に配置し、その球面上にあり、前記検出器または前記検出器コリメータ位置を通り、かつその球直径よりも小さな直径の複数の円の円周に沿うように複数の平面状偏光フィルタを配置し、前記複数の円に対して前記検出器または前記検出器コリメータから１８０度離れた円周上に前記試料を配置することを特徴とする請求項１記載の蛍光Ｘ線分析装置。
10. 前記複数の円の円周上に配置された試料、前記Ｘ線発生源、および前記検出器または前記検出器コリメータを別の円の円周上に並ぶように配置することを特徴とする請求項９記載の蛍光Ｘ線分析装置。
11. 前記試料内で発生した蛍光Ｘ線が、前記偏光フィルタでコンプトン散乱された後の成分を測定する測定手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の蛍光X線分析装置。
12. 前記偏光フィルタが、原子番号が１４以下の元素を主成分とする材料で作られていることを特徴とする請求項１１記載の蛍光X線分析装置。
13. 前記偏光フィルタが、原子番号が８以下の元素を主成分とする材料で作られていることを特徴とする請求項１２記載の蛍光X線分析装置。
14. 前記Ｘ線管球と前記試料の間に、前記Ｘ線管球からのＸ線を集束するＸ線用レンズを設置したことを特徴とする請求項１から請求項４、請求項７、又は請求項８のいずれか１項に記載の蛍光X線分析装置。
15. Ｘ線管球から試料に向かうＸ線光路、試料から偏光フィルタに向かうＸ線光路、および偏光フィルタから検出器に向かうＸ線光路の３光路が互いに９０度となるようにＸ線管球、試料、偏光フィルタ、検出器を配置することを特徴とする蛍光Ｘ線分析方法。
16. 前記偏光フィルタでコンプトン散乱された後の成分を測定することを特徴とする請求項１５記載の蛍光X線分析方法。

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