JP2020067337A - Composition analysis method, composition analysis device, hardness calculation method and hardness calculation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属を主成分とする材料中におけるホウ素（Ｂ）と酸素（Ｏ）の組成を調べる組成分析方法、組成分析装置、及びこれらを用いたこの材料の硬度算出方法、硬度算出装置に関する。 The present invention relates to a composition analysis method for investigating the composition of boron (B) and oxygen (O) in a material containing a metal as a main component, a composition analysis device, and a hardness calculation method and hardness calculation device for this material using these. .
各種の金属を主成分とした素材の硬度を算出するためには、この素材を抽出して機械的な方法で硬度を調べることが一般的に行われている。原子炉を構成する核燃料や制御棒等が事故等によって溶融、再固化することによって生成された燃料デブリについても、その処理をするに際しては硬度に関する情報が重要である。しかしながら、燃料デブリの一部を抽出してその硬度を機械的に調べることは、燃料デブリが存在する環境や自身が発する放射線のために実際には非常に困難である。 In order to calculate the hardness of a material composed mainly of various metals, it is common to extract the material and examine the hardness by a mechanical method. Regarding the fuel debris produced by melting and re-solidifying nuclear fuel, control rods, etc. that compose a nuclear reactor due to an accident or the like, information on hardness is important when treating the fuel debris. However, it is actually very difficult to extract a part of the fuel debris and mechanically check the hardness thereof due to the environment in which the fuel debris exists and the radiation emitted by the fuel debris.
また、燃料デブリには、制御棒として用いられる炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）が含まれるため、ホウ素（Ｂ）が多く含まれる。また、同様に多く含まれる元素として酸素（Ｏ）がある。燃料デブリの各種の特性は金属材料に対するＢ、Ｏの組成比の影響を特に大きく受ける。このため、燃料デブリ中のＢ、Ｏ組成を調べることも有効であるが、上記と同様の理由により、この分析も試料と非接触で行うことが必要となる。 Further, since the fuel debris contains boron carbide (B 4 C) used as a control rod, a large amount of boron (B) is contained. Further, similarly, oxygen (O) is an element contained in a large amount. Various characteristics of the fuel debris are greatly influenced by the composition ratio of B and O with respect to the metal material. Therefore, it is effective to examine the B and O compositions in the fuel debris, but for the same reason as above, this analysis also needs to be performed without contact with the sample.
一般的に金属を主成分とする材料中のＢ、Ｏの組成を精密に調べるための手法としては、各種のものがあり、例えば、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）やＩＣＰ−ＭＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ−Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）が知られている。ただし、ＥＰＭＡにおいては、金属元素とＯの組成を精密に求めることができるが、原子番号の小さなホウ素の組成を精密に求めることは困難である。一方、ＩＣＰ−ＭＳにおいては、金属元素とＢの組成を精密に求めることができるが、他の元素と共に同様にプラズマ化することが困難な酸素の組成を精密に求めることは困難である。更に、ＥＰＭＡ、ＩＣＰ−ＭＳのどちらにおいても、小規模ながら分析用の試料を取り出す必要があるため、少なくとも非接触で組成の分析を行うことは困難である。 In general, there are various methods for precisely examining the composition of B and O in a material containing a metal as a main component. For example, EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) and ICP-MS (Inductively Coupled Plasma) are available. -Mass Spectrometer) is known. However, in EPMA, the composition of the metal element and O can be accurately determined, but it is difficult to accurately determine the composition of boron having a small atomic number. On the other hand, in ICP-MS, the composition of the metal element and B can be accurately determined, but it is difficult to accurately determine the composition of oxygen, which is difficult to be plasmatized similarly with other elements. Furthermore, in both EPMA and ICP-MS, it is necessary to take out a sample for analysis on a small scale, so it is difficult to analyze the composition at least in a non-contact manner.
一方、ＬＩＢＳ（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）は、非破壊ではないが遠隔した場所からレーザー光を照射して試料をプラズマ化し、このプラズマからの発光スペクトルを分析することによって組成分析を行うため、非接触かつその場で試料の組成分析が可能である。また、ＬＩＢＳにおける一定の波長域における発光スペクトルは１回のレーザー光の照射によって取得可能であるため、この測定を試料における複数の箇所で行い、非接触で組成のマッピング結果を得ることも容易である。ＬＩＢＳを用いた組成の算出方法は、例えば特許文献１に記載されている。 On the other hand, LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) is not non-destructive, but it irradiates a laser beam from a remote location to turn a sample into a plasma, and the composition is analyzed by analyzing an emission spectrum from this plasma. Moreover, the composition analysis of the sample is possible on the spot. In addition, since the emission spectrum in a certain wavelength range in LIBS can be acquired by irradiating the laser light once, it is easy to obtain the composition mapping result in a non-contact manner by performing this measurement at a plurality of points in the sample. is there. A method of calculating the composition using LIBS is described in Patent Document 1, for example.
しかしながら、ＬＩＢＳを用いた場合でも、Ｏ、Ｂの発光ピークは、そのピーク強度が低い、あるいはその波長が金属元素の発光ピークの波長と近いという問題があるため、金属材料中のＯ、Ｂの組成を精密に算出することは困難であった。 However, even when LIBS is used, the emission peaks of O and B have a problem that the peak intensity is low or the wavelength thereof is close to the wavelength of the emission peak of the metal element. It was difficult to accurately calculate the composition.
このため、金属を主成分とする材料中のＯ、Ｂの組成や材料の硬度を非接触で精密に算出できることが望まれた。 Therefore, it has been desired that the composition of O and B in the material containing metal as a main component and the hardness of the material can be accurately calculated without contact.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an invention that solves the above problems.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の組成分析方法は、試料における金属元素に対するホウ素（Ｂ）及び酸素（Ｏ）の組成比を算出する組成分析方法であって、レーザー誘起ブレークダウン分光法（ＬＩＢＳ）によって前記試料をプラズマ化し、当該プラズマからの発光スペクトルを取得する発光スペクトル取得工程と、前記発光スペクトルにおける、前記金属元素に対応するピークの強度である第１の強度と、２０８．９ｎｍの波長に対応するホウ素（Ｂ）の単一のピークの強度である第２の強度と、酸素（Ｏ）の複数のピークが含まれる７７６．８ｎｍ〜７７７．８ｎｍの波長帯の平均強度である第３の強度と、を算出し、前記第２の強度の前記第１の強度の対する比率であるＢ／Ｍ値から前記試料におけるホウ素（Ｂ）の前記金属元素に対する組成比を、前記第３の強度の前記第１の強度に対する比率であるＯ／Ｍ値から前記試料における酸素（Ｏ）の前記金属元素に対する組成比を、それぞれ算出する分析工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の組成分析方法は、前記発光スペクトル取得工程において、１回の測定により、前記金属元素に対応するピーク、前記２０８．９ｎｍの波長に対応するホウ素（Ｂ）の単一のピーク、及び前記酸素（Ｏ）の複数のピークが含まれる７７６．８ｎｍ〜７７７．８ｎｍの波長帯、が含まれる波長範囲で前記発光スペクトルを取得することを特徴とする。
本発明の組成分析方法は、前記試料における複数の測定点において前記発光スペクトルを取得し、ホウ素（Ｂ）及び酸素（Ｏ）の前記金属元素に対する組成比を前記測定点毎に算出することを特徴とする。
本発明の組成分析方法は、前記第１の強度より、前記試料における前記金属元素の組成を算出することを特徴とする。
本発明の硬度算出方法は、前記組成分析方法を用いて前記試料の硬度を算出する硬度算出方法であって、前記金属元素、ホウ素（Ｂ）及び酸素（Ｏ）を含む模擬試料の硬度と、前記模擬試料におけるホウ素（Ｂ）の酸素（Ｏ）に対する組成比の前記金属元素の組成に対する比率との関係を、当該比率の増加に伴い前記硬度が増大する第１の領域と、当該比率の増加に伴い前記硬度が減少する第２の領域とに区分されるように、予め取得し、前記Ｂ／Ｍ値又は前記Ｏ／Ｍ値に基づき、前記試料が前記第１の領域、前記第２の領域のどちらに該当するかを判定し、前記第２の強度の前記第３の強度に対する比率の、前記第１の強度に対する比率である（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値を算出し、前記第１の領域、前記第２の領域のうちの前記試料が該当するとされた側における前記 （Ｂ／Ｏ）／Ｍ値より、前記硬度を算出することを特徴とする。
本発明の硬度算出方法は、金属元素、ホウ素（Ｂ）及び酸素（Ｏ）を含む試料の硬度を非接触で算出する硬度算出方法であって、前記金属元素、ホウ素（Ｂ）及び酸素（Ｏ）を含む模擬試料の硬度と、前記模擬試料におけるホウ素（Ｂ）の酸素（Ｏ）に対する組成比の前記金属元素の組成に対する比率との関係を、当該比率の増加に伴い前記硬度が増大する第１の領域と、当該比率の増加に伴い前記硬度が減少する第２の領域とに区分されるように、予め取得し、前記試料からの発光スペクトルを取得し、前記発光スペクトルから前記金属元素、ホウ素（Ｂ）、及び酸素（Ｏ）の組成をそれぞれ認識する組成分析方法を用い、前記組成分析方法によって算出された、前記ホウ素（Ｂ）の組成の前記金属元素の組成に対する比率に対応したＢ／Ｍ値、又は前記試料における酸素（Ｏ）の組成の前記金属元素の組成に対応した比率であるＯ／Ｍ値に基づき、前記試料が前記第１の領域、前記第２の領域のどちらに該当するかを判定し、前記ホウ素（Ｂ）の組成の前記酸素（Ｏ）の組成に対する比率の、前記金属元素の組成に対する比率に対応した（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値を算出し、前記第１の領域、前記第２の領域のうちの前記試料が該当するとされた側における前記 （Ｂ／Ｏ）／Ｍ値より、前記硬度を算出することを特徴とする。
本発明の硬度算出方法において、前記試料は放射性物質を含有することを特徴とする。
本発明の組成分析装置は、試料における金属元素に対するホウ素（Ｂ）及び酸素（Ｏ）の組成比を前記試料が発する発光の発光スペクトルから算出する組成分析装置であって、前記発光スペクトルにおける、前記金属元素に対応するピークの強度である第１の強度と、２０８．９ｎｍの波長に対応するホウ素（Ｂ）の単一のピークの強度である第２の強度と、酸素（Ｏ）の複数のピークが含まれる７７６．８ｎｍ〜７７７．８ｎｍの波長帯の平均強度である第３の強度と、を算出し、前記第２の強度の前記第１の強度の対する比率であるＢ／Ｍ値から前記試料におけるホウ素（Ｂ）の前記金属元素に対する組成比を、前記第３の強度の前記第１の強度に対する比率であるＯ／Ｍ値から前記試料における酸素（Ｏ）の前記金属元素に対する組成比を、それぞれ算出する解析部を具備することを特徴とする。
本発明の組成分析装置は、レーザー光を前記試料に対して発する光源と、前記レーザー光が照射された前記試料から前記発光スペクトルを入手する光検出器と、を具備し、前記解析部は、単一の前記発光スペクトルから前記試料におけるホウ素（Ｂ）の前記金属元素に対する組成比、及び前記試料における酸素（Ｏ）の前記金属元素に対する組成比を、それぞれ算出することを特徴とする。
本発明の硬度算出装置は、前記組成分析装置を用いて前記試料の硬度を算出する硬度算出装置であって、前記金属元素、ホウ素（Ｂ）及び酸素（Ｏ）を含む模擬試料の硬度と、前記模擬試料におけるホウ素（Ｂ）の酸素（Ｏ）に対する組成比の前記金属元素の組成に対する比率との関係を、当該比率の増加に伴い前記硬度が増大する第１の領域と、当該比率の増加に伴い前記硬度が減少する第２の領域とに区分されるように、予め取得されたデータを記憶する記憶部を具備し、前記解析部は、前記Ｂ／Ｍ値又は前記Ｏ／Ｍ値に基づき、前記試料が前記第１の領域、前記第２の領域のどちらに該当するかを判定し、前記第２の強度の前記第３の強度に対する比率の、前記第１の強度に対する比率である（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値を算出し、前記第１の領域、前記第２の領域のうちの前記試料が該当するとされた側における前記 （Ｂ／Ｏ）／Ｍ値と前記データより、前記硬度を算出することを特徴とする。
本発明の硬度算出装置において、前記解析部は、前記試料における複数の箇所で得られた前記発光スペクトルより、前記複数の箇所における前記硬度を算出することを特徴とする。
The present invention has the following configurations in order to solve the above problems.
The composition analysis method of the present invention is a composition analysis method for calculating a composition ratio of boron (B) and oxygen (O) to a metal element in a sample, and the sample is converted into plasma by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). An emission spectrum acquisition step of acquiring an emission spectrum from the plasma, a first intensity that is an intensity of a peak corresponding to the metal element in the emission spectrum, and boron (B) corresponding to a wavelength of 208.9 nm. The second intensity, which is the intensity of a single peak of, and the third intensity, which is the average intensity of the wavelength band of 776.8 nm to 777.8 nm that includes multiple peaks of oxygen (O), are calculated. From the B / M value, which is the ratio of the second intensity to the first intensity, the composition ratio of boron (B) to the metallic element in the sample is The composition ratio of the metal element oxygen (O) in the sample from O / M value is a ratio relative to said first intensity strength, characterized by comprising an analysis step of calculating respectively, the.
In the composition analysis method of the present invention, in the emission spectrum acquisition step, the peak corresponding to the metal element, the single peak of boron (B) corresponding to the wavelength of 208.9 nm, and the single peak are obtained by one measurement. The emission spectrum is obtained in a wavelength range including a wavelength band of 776.8 nm to 777.8 nm including a plurality of peaks of oxygen (O).
The composition analysis method of the present invention is characterized in that the emission spectra are acquired at a plurality of measurement points in the sample, and a composition ratio of boron (B) and oxygen (O) to the metal element is calculated at each of the measurement points. And
The composition analysis method of the present invention is characterized in that the composition of the metal element in the sample is calculated from the first intensity.
A hardness calculation method of the present invention is a hardness calculation method for calculating the hardness of the sample by using the composition analysis method, wherein the hardness of a simulated sample containing the metal element, boron (B) and oxygen (O), Regarding the relationship between the ratio of the composition ratio of boron (B) to oxygen (O) to the composition of the metal element in the simulated sample, the first region in which the hardness increases as the ratio increases and the increase in the ratio So as to be divided into a second region in which the hardness decreases, the sample is obtained in advance based on the B / M value or the O / M value. It is determined which one of the regions corresponds, and the (B / O) / M value, which is the ratio of the ratio of the second intensity to the third intensity to the first intensity, is calculated, and the first Area, the sample in the second area is applicable. Wherein in the other side of the (B / O) / M value, and calculates the hardness.
The hardness calculation method of the present invention is a hardness calculation method for calculating the hardness of a sample containing a metal element, boron (B) and oxygen (O) in a non-contact manner, wherein the metal element, boron (B) and oxygen (O) are used. ) And the ratio of the composition ratio of the metal element to the composition ratio of boron (B) to oxygen (O) in the simulated sample, the hardness increases as the ratio increases. 1 region and a second region in which the hardness decreases with an increase in the ratio, are acquired in advance, an emission spectrum from the sample is acquired, and the metal element is obtained from the emission spectrum. B corresponding to the ratio of the composition of the boron (B) to the composition of the metal element calculated by the composition analysis method using a composition analysis method that recognizes the compositions of boron (B) and oxygen (O), respectively. / The sample corresponds to either the first region or the second region based on the value or the O / M value which is the ratio of the composition of oxygen (O) in the sample corresponding to the composition of the metal element. It is determined whether or not the ratio (B / O) / M corresponding to the ratio of the composition of boron (B) to the composition of oxygen (O) to the composition of the metal element is calculated, and the first It is characterized in that the hardness is calculated from the (B / O) / M value on the side of the region corresponding to the sample in the second region.
In the hardness calculation method of the present invention, the sample contains a radioactive substance.
The composition analyzer of the present invention is a composition analyzer for calculating a composition ratio of boron (B) and oxygen (O) to a metal element in a sample from an emission spectrum of light emitted from the sample, wherein A first intensity, which is the intensity of the peak corresponding to the metal element, a second intensity, which is the intensity of the single peak of boron (B), which corresponds to the wavelength of 208.9 nm, and a plurality of oxygen (O) And a third intensity which is an average intensity of a wavelength band of 776.8 nm to 777.8 nm including a peak, and a B / M value which is a ratio of the second intensity to the first intensity. The composition ratio of boron (B) to the metal element in the sample is calculated from the O / M value, which is the ratio of the third intensity to the first intensity, to the composition of oxygen (O) to the metal element in the sample. And characterized by including an analyzer for calculating, respectively.
The composition analysis device of the present invention comprises a light source that emits laser light to the sample, and a photodetector that obtains the emission spectrum from the sample irradiated with the laser light, and the analysis unit includes: The composition ratio of boron (B) in the sample to the metal element and the composition ratio of oxygen (O) in the sample to the metal element are calculated from a single emission spectrum.
A hardness calculation device of the present invention is a hardness calculation device that calculates the hardness of the sample using the composition analysis device, and the hardness of a simulated sample containing the metal element, boron (B) and oxygen (O), Regarding the relationship between the ratio of the composition ratio of boron (B) to oxygen (O) to the composition of the metal element in the simulated sample, the first region in which the hardness increases as the ratio increases and the increase in the ratio A storage unit that stores data acquired in advance so as to be divided into a second region in which the hardness decreases according to the above, and the analysis unit stores the B / M value or the O / M value. It is determined based on which of the first region and the second region the sample is based, based on the ratio of the second intensity to the third intensity to the first intensity. The (B / O) / M value is calculated, and the first area is calculated. , The sample of said second region from said at is the appropriate side as (B / O) / M value the data, and calculates the hardness.
In the hardness calculation device of the present invention, the analysis unit calculates the hardness at the plurality of locations from the emission spectra obtained at the plurality of locations in the sample.
本発明は以上のように構成されているので、金属を主成分とする材料中のＯ、Ｂの組成や材料の硬度を非接触で精密に算出できる。 Since the present invention is configured as described above, the composition of O and B in the material containing metal as a main component and the hardness of the material can be accurately calculated in a non-contact manner.
本発明の実施の形態に係る組成分析方法、硬度測定方法を実行する組成分析装置の構成を図１に示す。この組成分析装置１は、同時に、試料の高度を非接触で算出する硬度測定装置にもなっている。この組成分析方法はＬＩＢＳを用いるため、図１に示された構成は、通常知られるＬＩＢＳの分析装置と共通し、この構成は特許文献１に記載されたものと同様である。 FIG. 1 shows the configuration of a composition analysis device that executes the composition analysis method and hardness measurement method according to the embodiment of the present invention. At the same time, the composition analyzer 1 also serves as a hardness measuring device that calculates the altitude of the sample in a non-contact manner. Since this composition analysis method uses LIBS, the configuration shown in FIG. 1 is common to a commonly known LIBS analyzer, and this configuration is the same as that described in Patent Document 1.
ここでは、光源１０から発せられたレーザー光１００が照射光学系２０を介して試料Ｓの所望の箇所に照射される。この際に試料Ｓにおけるレーザー光１００に照射された狭い領域が気化、プラズマ化される。このプラズマから発せられた主に可視光域の発光（プラズマ発光２００）は検出光学系３０を介して光検出器４０で検出される。光検出器４０では所定の波長域におけるプラズマ発光２００のスペクトル強度が検出される。解析部５０は例えばパーソナルコンピュータであり、光源１０における光照射のタイミングと光検出器４０における検出タイミングを制御する。また、解析部５０は、照射光学系２０、検出光学系３０の制御も行い、試料Ｓにおけるレーザー光１００が照射される箇所を調整し、この箇所から発せられる発光を光検出器４０に適切に導くことができる。また、解析部５０には、組成や硬度を算出する際の各種のデータを記憶する記憶部６０が接続されている。 Here, the laser light 100 emitted from the light source 10 is applied to a desired portion of the sample S via the irradiation optical system 20. At this time, the narrow region of the sample S irradiated with the laser beam 100 is vaporized and turned into plasma. The light emitted mainly from the visible light region (plasma light emission 200) emitted from the plasma is detected by the photodetector 40 via the detection optical system 30. The photodetector 40 detects the spectral intensity of the plasma emission 200 in a predetermined wavelength range. The analysis unit 50 is, for example, a personal computer, and controls the light irradiation timing of the light source 10 and the detection timing of the photodetector 40. The analysis unit 50 also controls the irradiation optical system 20 and the detection optical system 30, adjusts a portion of the sample S irradiated with the laser light 100, and appropriately emits light emitted from this portion to the photodetector 40. I can guide you. Further, the analysis unit 50 is connected to a storage unit 60 that stores various data when calculating the composition and hardness.
解析部５０においては、特に試料Ｓにおける金属元素（Ｆｅ、Ｚｒ等、以下ではＭと記載）、ホウ素（Ｂ）、酸素（Ｏ）の組成分析を行う。ここでは、上記の発光スペクトルから各組成の絶対値ではなく、Ｂ／Ｍ、Ｏ／Ｍ等に対応する組成比が求められる。図２は、この発光スペクトルの例であり、下段は２００〜９００ｎｍの波長帯における発光スペクトル全体を示し、上段は、この中におけるＢ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｏの発光ピークに対応した部分を拡大した図である。ここで、分析対象となる金属元素（Ｚｒ、Ｆｅ）のピークにおける発光強度は高いため、その認識は容易であり、解析部５０において、対応するピークの強度を容易に算出することができる。このピーク強度としては、例えば、例えばガウス分布形状と仮定した単一のピークの積分強度をこのピーク強度（第１の強度）として算出することができる。具体的には、図２におけるＺｒに対しては３４３．５〜３４４．１ｎｍの波長帯の発光強度の積分値をＺｒのピーク強度とすることができ、４３８．０〜４３８．１ｎｍの波長帯の積分値をＦｅのピーク強度とすることができる。 In the analysis unit 50, the composition analysis of the metal element (Fe, Zr, etc., hereinafter referred to as M), boron (B), and oxygen (O) in the sample S is performed. Here, not the absolute value of each composition but the composition ratio corresponding to B / M, O / M, etc. is obtained from the above emission spectrum. FIG. 2 is an example of this emission spectrum, the lower part shows the entire emission spectrum in the wavelength band of 200 to 900 nm, and the upper part shows the part corresponding to the emission peaks of B, Mg, Zr, Fe and O in this. FIG. Here, since the emission intensity at the peak of the metal element (Zr, Fe) to be analyzed is high, it is easy to recognize it, and the analysis unit 50 can easily calculate the intensity of the corresponding peak. As the peak intensity, for example, the integrated intensity of a single peak assuming a Gaussian distribution shape can be calculated as the peak intensity (first intensity). Specifically, for Zr in FIG. 2, the integrated value of the emission intensity in the wavelength band of 343.5 to 344.1 nm can be used as the peak intensity of Zr, and the wavelength band of 438.0 to 438.1 nm can be used. The integrated value of can be used as the peak intensity of Fe.
Ｂのピークのうちで最も発光強度の高いピークの波長は２４９．６〜２４９．８ｎｍであるが、その周辺には金属元素のピークが存在しているために、このピークの強度をこの金属元素の存在下で上記のＺｒやＦｅと同様に算出することは困難である。このため、ここでは、この最も発光強度の高いピークではなく、発光強度は高くないが金属元素のピークからは離間した波長約２０９ｎｍの単一のピークが上記と同様に用いられる。具体的には、このピーク強度は、２０８．７〜２０９．１ｎｍの波長帯の積分値をＢのピーク強度（第２の強度）とすることができる。 The wavelength of the peak having the highest emission intensity among the peaks of B is 249.6 to 249.8 nm, but since the peak of the metal element is present in the vicinity thereof, the intensity of this peak is set to this metal element. In the presence of, it is difficult to calculate like Zr and Fe described above. Therefore, here, a single peak having a wavelength of about 209 nm, which is not the peak having the highest emission intensity but is not high in the emission intensity but is separated from the peak of the metal element, is used in the same manner as described above. Specifically, as for this peak intensity, the integrated value in the wavelength band of 208.7 to 209.1 nm can be the peak intensity of B (second intensity).
一方、Ｏのピークの発光強度は金属元素やＢと比べて低いため、その単一のピーク強度の認識を上記と同様に行うことは困難である。しかしながら、図２の上段に示されるように、Ｏのピークは波長７７７ｎｍ付近で隣接して複数存在している。このため、ここでは、金属元素（Ｚｒ、Ｆｅ）やＢとは異なり、３つのピークが含まれる波長範囲となる７７６．８ｎｍ〜７７７．８ｎｍの波長帯における積分値をＯのピーク強度（第３の強度）とすることができる。 On the other hand, since the emission intensity of the O peak is lower than that of the metal element or B, it is difficult to recognize the single peak intensity in the same manner as above. However, as shown in the upper part of FIG. 2, a plurality of O peaks are present adjacent to each other near the wavelength of 777 nm. Therefore, here, unlike the metal elements (Zr, Fe) and B, the integrated value in the wavelength range of 776.8 nm to 777.8 nm, which is a wavelength range including three peaks, is the peak intensity of O (the third value). Strength).
このように、上記の組成分析方法においては、ます、金属元素（Ｚｒ）に対応するピーク、上記のＢの一つのピーク、上記のＯの隣接する３つのピークが全て含まれる発光スペクトルをＬＩＢＳにより取得する（発光スペクトル取得工程）。その後、以下に説明するように、第２の強度の第１の強度の対する比率であるＢ／Ｍ値からホウ素の金属元素（Ｚｒ）に対する組成比を、第３の強度の第１の強度に対する比率であるＯ／Ｍ値から酸素の金属元素（Ｚｒ）に対する組成比を、それぞれ算出する（分析工程）。 As described above, in the above composition analysis method, the emission spectrum including all the peaks corresponding to the metal element (Zr), one peak of the above B, and the three adjacent peaks of the above O is analyzed by LIBS. Acquire (emission spectrum acquisition step). Then, as described below, the composition ratio of boron to the metal element (Zr) is calculated from the B / M value, which is the ratio of the second strength to the first strength, to the third strength to the first strength. The composition ratio of oxygen to the metal element (Zr) is calculated from the ratio O / M value (analysis step).
上記のように算出された金属元素Ｍ（Ｚｒ、Ｆｅ）、Ｂ、Ｏのピーク強度（第１〜第３の強度）を基に、組成比を定量的に算出した結果について説明する。このために、組成の判明している複数の試料Ｓに対してこの測定を行い、上記のピーク強度の比として、第２の強度の第１の強度の対する比率であるＢ／Ｍ値、第３の強度の第１の強度に対する比率であるＯ／Ｍ値と、判明している組成との関係を調べた。図３（ａ）は、横軸を他の分析手法により判明しているＢ／Ｚｒの組成比、縦軸を上記のように算出したＢ／Ｚｒに対応するピーク強度比（Ｂ／Ｍ値：Ｍ＝Ｚｒ）とした結果であり、図３（ｂ）は、Ｂ／Ｆｅ（Ｂ／Ｍ値：Ｍ＝Ｆｅ）についての同様の結果である。ここで、前記の通り、図３における横軸（Ｂ／Ｚｒ、Ｂ／Ｆｅ）の組成比はＩＣＰ−ＭＳにより算出された。また、図４（ａ）はＯ／Ｚｒ（Ｍ＝Ｚｒ）について、図４（ｂ）はＯ／Ｆｅ（Ｍ＝Ｆｅ）についての同様の結果である。図４における横軸（Ｏ／Ｚｒ、Ｏ／Ｆｅ）の組成比はＥＰＭＡの一種であるＷＤＸ（波長分散型Ｘ線分析）により算出された。 The result of quantitatively calculating the composition ratio based on the peak intensities (first to third intensities) of the metal elements M (Zr, Fe), B, and O calculated as described above will be described. For this reason, this measurement is performed on a plurality of samples S of known composition, and the B / M value, which is the ratio of the second intensity to the first intensity, as the ratio of the above peak intensities, The relationship between the O / M value, which is the ratio of the strength of 3 to the first strength, and the known composition was examined. In FIG. 3 (a), the horizontal axis represents the composition ratio of B / Zr found by another analysis method, and the vertical axis represents the peak intensity ratio (B / M value: B / Zr corresponding to B / Zr calculated above). M = Zr), and FIG. 3B shows the same result for B / Fe (B / M value: M = Fe). Here, as described above, the composition ratio on the horizontal axis (B / Zr, B / Fe) in FIG. 3 was calculated by ICP-MS. Further, FIG. 4A shows the same result for O / Zr (M = Zr), and FIG. 4B shows the same result for O / Fe (M = Fe). The composition ratio of the horizontal axis (O / Zr, O / Fe) in FIG. 4 was calculated by WDX (wavelength dispersive X-ray analysis) which is a type of EPMA.
図３、４のどの結果においても、各測定点はほぼ直線上にある。このため、上記のようなピーク強度比（縦軸の値）を、図３、４における組成比（横軸の値）に換算することができる。 In all the results of FIGS. 3 and 4, each measurement point is on a substantially straight line. Therefore, the peak intensity ratio (value on the vertical axis) as described above can be converted into the composition ratio (value on the horizontal axis) in FIGS.
図１の構成においては、図２のような発光スペクトルは、レーザー光１００の１回の照射によって取得することができる（発光スペクトル取得工程）ため、試料Ｓにおけるレーザー光１００の照射箇所を順次変更する（走査する）ことによって、試料Ｓの表面における複数の箇所で発光スペクトルを取得し、非接触で各箇所におけるＢ／Ｍ値、Ｏ／Ｍ値を算出し、組成比を上記の通りに算出する（分析工程）ことができる。すなわち、組成比のマッピングを行うことができる。 In the configuration of FIG. 1, since the emission spectrum as shown in FIG. 2 can be acquired by irradiating the laser light 100 once (emission spectrum acquisition step), the irradiation position of the laser light 100 on the sample S is sequentially changed. By performing (scanning), emission spectra are acquired at a plurality of points on the surface of the sample S, and B / M value and O / M value at each point are calculated without contact, and the composition ratio is calculated as described above. Can be performed (analyzing step). That is, the composition ratio can be mapped.
次に、上記の結果を基にした硬度算出方法について説明する。ここで、例えば燃料デブリが試料Ｓである場合には、その硬度を非接触で算出することが望まれる。燃料デブリにおいては、上記のように主成分となる金属（Ｚｒ、Ｆｅ）中に上記のようにＢ、Ｏが含まれ、硬度はこれらの組成比に依存する。この場合、上記と同様にそのマッピングも行うことができる。 Next, a hardness calculation method based on the above results will be described. Here, for example, when the fuel debris is the sample S, it is desired to calculate its hardness in a non-contact manner. In the fuel debris, the metals (Zr, Fe) which are the main components as described above contain B and O as described above, and the hardness depends on their composition ratio. In this case, the mapping can be performed similarly to the above.
上記のＢ／Ｍ値、Ｏ／Ｍ値と同様に、第２の強度の第３の強度に対する比率の、更に第１の強度に対する比率である（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値を各模擬試料で算出し、これを縦軸とし、予め機械的な手法で計測された各模擬試料のビッカース硬度を横軸とした結果を図５に示す。この結果より、ビッカース硬度が１０ＧＰａとなる点（図５におけるＺ）付近を境として、これよりもビッカース硬度の大きな領域（第１の領域）では（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値とビッカース硬度との間には正の一次係数をもつ一次式の関係（直線関係）が見られるのに対し、これよりもビッカース硬度の小さな領域（第２の領域）では、（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値とビッカース硬度との関係は逆転し、（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値とビッカース硬度との間には負の一次係数をもつ一次式の関係が見られる。このため、一般的には（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値のみからビッカース硬度を算出することは困難である。図５において、Ｚよりも右側の領域（第１の領域）にある試料Ｓでは、ビッカース硬度Ｈは、（Ｂ／Ｏ）／Ｍの値をｘとすると、Ｈ＝ｋ１×ｘ＋ｃ１（ｋ１＞０）となり、Ｚよりも左側の領域（第２の領域）にある試料Ｓでは、Ｈ＝ｋ２×ｘ＋Ｃ２（ｋ２＜０）となる。 Similar to the above B / M value and O / M value, the (B / O) / M value, which is the ratio of the second intensity to the third intensity, and further to the first intensity, is calculated for each simulated sample. FIG. 5 shows the results obtained by calculating and using the vertical axis as the vertical axis, and the horizontal axis as the Vickers hardness of each simulated sample measured by a mechanical method in advance. From this result, with the vicinity of the point where the Vickers hardness becomes 10 GPa (Z in FIG. 5) as a boundary, in the region (first region) where the Vickers hardness is larger than this, the (B / O) / M value and the Vickers hardness are A linear relationship with a positive linear coefficient (linear relationship) is found between them, whereas in the region with a smaller Vickers hardness (second region), the (B / O) / M value and Vickers The relationship with the hardness is reversed, and a linear relationship with a negative linear coefficient is found between the (B / O) / M value and the Vickers hardness. Therefore, it is generally difficult to calculate the Vickers hardness only from the (B / O) / M value. In the sample S in the region (first region) on the right side of Z in FIG. 5, the Vickers hardness H is H = k 1 × x + c 1 (k when the value of (B / O) / M is x. 1 > 0), and H = k 2 × x + C 2 (k 2 <0) for the sample S in the region (second region) on the left side of Z.
ビッカース硬度がこのような（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値依存性をもつことは、以下のように説明できる。燃料デブリを初めとするこのように金属を主成分とする母材中にＯ、Ｂが存在している試料においては、その硬度に影響を与える物質は、試料中の（１）金属（合金、金属間化合物）、（２）金属酸化物、（３）金属ホウ化物、のいずれかと考えられる。具体的には、燃料デブリにおいては、（１）金属（合金、金属間化合物）としてはＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ）２（Ｕ，Ｚｒ）等が、（２）金属酸化物としてはＵＯ２、（Ｕ，Ｚｒ）Ｏ２等のセラミックス等が、（３）金属ホウ化物としてはＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ）２Ｂ、ＺｒＢ２等がある。（１）金属のビッカース硬度は概ね１０ＧＰａ以下、（２）金属酸化物のビッカース硬度は概ね６〜１３ＧＰａ程度、（３）金属ホウ化物のビッカース硬度は概ね１４〜２０ＧＰａ程度である。ここで、Ｏ、Ｂの組成比が小さな場合には、明らかに（１）により硬度は定まる。また、（３）金属ホウ化物の硬度は（２）金属酸化物よりも高い。 The fact that the Vickers hardness has such (B / O) / M value dependency can be explained as follows. In samples such as fuel debris in which O and B are present in the base material containing metal as a main component, the substance that affects the hardness is (1) metal (alloy, Intermetallic compound), (2) metal oxide, and (3) metal boride. Specifically, in fuel debris, (1) metals (alloys, intermetallic compounds) such as Fe-Cr-Ni and (Fe, Cr, Ni) 2 (U, Zr) are (2) metal oxides. Examples of the substance include ceramics such as UO 2 and (U, Zr) O 2 , and (3) metal borides include Fe, Cr, Ni) 2 B and ZrB 2 . (1) The Vickers hardness of the metal is about 10 GPa or less, (2) the Vickers hardness of the metal oxide is about 6 to 13 GPa, and (3) the Vickers hardness of the metal boride is about 14 to 20 GPa. Here, when the composition ratio of O and B is small, the hardness is obviously determined by (1). The hardness of (3) metal boride is higher than that of (2) metal oxide.
Ｏ又はＢの組成比が無視できない場合において、特にＯの組成比が大きな場合（Ｂ／Ｏが小さい場合）には、（２）金属酸化物の影響が支配的となる。金属酸化物の硬度はＯの組成比に応じて高くなり、これは図５におけるＺよりもビッカース硬度が低い領域（第２の領域）に対応する。このため、ここでは、（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値の上昇に従ってビッカース硬度が低下する。 When the composition ratio of O or B cannot be ignored, and particularly when the composition ratio of O is large (when B / O is small), the influence of (2) metal oxide becomes dominant. The hardness of the metal oxide increases with the composition ratio of O, which corresponds to a region (second region) having a lower Vickers hardness than Z in FIG. Therefore, here, the Vickers hardness decreases as the (B / O) / M value increases.
一方、Ｂの組成比が大きな場合（Ｂ／Ｏが大きい場合）には、（３）金属ホウ化物の影響が支配的となる。（３）金属ホウ化物の硬度はＢの組成比に応じて高くなり、これは図５におけるＺよりもビッカース硬度が高い領域に対応する。このため、ここでは、（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値の上昇に従ってビッカース硬度が増大する。 On the other hand, when the composition ratio of B is large (when B / O is large), the influence of (3) metal boride becomes dominant. (3) The hardness of the metal boride increases depending on the composition ratio of B, which corresponds to the region where the Vickers hardness is higher than that of Z in FIG. Therefore, here, the Vickers hardness increases as the (B / O) / M value increases.
このように（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値の依存性が逆である２つの領域が存在するために、図５の関係から（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値のみによりビッカース硬度を推定することは一般的には困難である。しかしながら、試料Ｓが図５におけるＺを挟んだどちらの領域にあるかを判定することができれば、（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値からビッカース硬度を推定することができる。前記の通り、図５におけるＺよりも左側の領域はＯの組成比が大きな場合であり、Ｚよりも右側の領域はＢの組成比が大きな場合に対応する。このため、前記のＯ／Ｍ値、Ｂ／Ｍ値に応じてこの試料Ｓがどちらの領域に属するかを認識することができる。 Since there are two regions in which the dependence of the (B / O) / M value is opposite as described above, it is general to estimate the Vickers hardness only from the (B / O) / M value from the relationship of FIG. Is difficult. However, the Vickers hardness can be estimated from the (B / O) / M value if it can be determined which region of the sample S sandwiching Z in FIG. As described above, the region on the left side of Z in FIG. 5 corresponds to the case where the composition ratio of O is large, and the region on the right side of Z corresponds to the case where the composition ratio of B is large. Therefore, it is possible to recognize which region the sample S belongs to according to the O / M value and the B / M value.
この際、この試料Ｓが上記のどちらの領域に属するかの閾値となるＯ／Ｍ値あるいはＢ／Ｍ値は、含まれる金属に応じて異なるが、上記の傾向はどの金属元素を含む場合においても同様であると考えられる。試料Ｓにどの金属元素が主として含まれるかは、前記の通りに、例えば図２の発光スペクトルにおける各金属元素に対応するピーク強度を認識することによって認識することができる。解析部５０は、この金属の種類や合金組成毎に上記の閾値を記憶部６０に記憶していれば、これに応じてこの試料Ｓが上記の領域のどちらに属するかを認識することができる。この際、前記のパラメータである（ｋ１、ｃ１）、（ｋ２、ｃ２）の値もこの閾値の値と共に金属の種類や合金組成毎に定まる。解析部５０がこれらの値をデータとして記憶部６０に記憶しておけば、結局、（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値から前記の一次式を用いてビッカース硬度を算出することができる。 At this time, the O / M value or the B / M value, which is a threshold value as to which region the sample S belongs to, varies depending on the metal contained, but the above-mentioned tendency depends on which metal element is contained. Is also considered to be the same. As described above, which metal element is mainly contained in the sample S can be recognized by recognizing the peak intensity corresponding to each metal element in the emission spectrum of FIG. 2, for example. If the storage unit 60 stores the above threshold value for each type of metal or alloy composition, the analysis unit 50 can recognize to which of the above regions the sample S belongs. . At this time, the values of the above-mentioned parameters (k 1 , c 1 ) and (k 2 , c 2 ) are also determined for each metal type and alloy composition together with the threshold value. If the analysis unit 50 stores these values as data in the storage unit 60, the Vickers hardness can be finally calculated from the (B / O) / M value using the above-described linear expression.
図６は、このような硬度算出方法を説明するフローチャートである。この操作は、解析部５０によって実行される。ここでは、まず、前記の通り、図１の構成の装置を用いてＬＩＢＳの発光スペクトルが取得される（Ｓ１）。この中における金属元素（Ｚｒ、Ｆｅ等）に対応するピーク、ピーク強度を認識し、含有する金属及び金属組成を認識することができる（Ｓ２）。また、上記のＯ／Ｍ値、Ｂ／Ｍ値も発光スペクトルから認識する（Ｓ３）。 FIG. 6 is a flowchart illustrating such a hardness calculation method. This operation is executed by the analysis unit 50. Here, first, as described above, the emission spectrum of LIBS is acquired using the apparatus having the configuration of FIG. 1 (S1). It is possible to recognize the peaks and peak intensities corresponding to the metal elements (Zr, Fe, etc.) therein, and to recognize the contained metal and metal composition (S2). Further, the above O / M value and B / M value are also recognized from the emission spectrum (S3).
次に、解析部５０は、これに応じて、上記の領域の判定のために用いるＯ／Ｍ値あるいはＢ／Ｍ値に対する閾値、及びこれに対応した上記のパラメータ（（ｋ１、ｃ１）、（ｋ２、ｃ２））を記憶部６０から入手し（Ｓ４）、その閾値とＯ／Ｍ値あるいはＢ／Ｍ値の大小関係から、試料Ｓが図５におけるどちらの領域に属するかを認識する（Ｓ５）。その後、解析部５０は、（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値を算出し（Ｓ６）、この値と上記のように認識されたパラメータ（（ｋ１、ｃ１）、（ｋ２、ｃ２）のいずれか）とを用いてビッカース硬度を算出する（Ｓ７）。 Then, the analysis unit 50 accordingly responds to the threshold value for the O / M value or the B / M value used for the determination of the area and the above-mentioned parameter ((k 1 , c 1 ) corresponding thereto. , (K 2 , c 2 )) is obtained from the storage unit 60 (S4), and which region in FIG. 5 the sample S belongs to is determined based on the magnitude relation between the threshold value and the O / M value or the B / M value. Recognize (S5). Then, the analysis unit 50 calculates the (B / O) / M value (S6), and calculates the value and the parameters ((k 1 , c 1 ), (k 2 , c 2 ) recognized as described above. Vickers hardness is calculated by using either (S7).
図６の動作は、パーソナルコンピュータ等である解析部５０を用いて容易に行わせることができる。この際、１回の測定で取得された一つの発光スペクトルのみから、上記のようにＯ／Ｍ値、Ｂ／Ｍ値、（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値を算出し、これらの値からビッカース硬度を算出することができる。前記の通り、試料Ｓにおける複数の点からそれぞれ発光スペクトルを得ることは容易であるため、結局、ビッカース硬度の値をこの各点毎に算出することも容易である。このため、上記の硬度算出方法においては、試料Ｓにおけるビッカース硬度のマッピングも容易に行うことができる。この際、試料Ｓに対しては非接触でこの測定を行うことができるために、特に試料Ｓが施設等に固定された状態でも離間した箇所からこの測定を行うことができる。このため、特に燃料デブリ等に対してこの硬度算出方法は有効である。 The operation of FIG. 6 can be easily performed using the analysis unit 50 such as a personal computer. At this time, the O / M value, the B / M value, and the (B / O) / M value were calculated as described above from only one emission spectrum obtained by one measurement, and the Vickers hardness was calculated from these values. Can be calculated. As described above, since it is easy to obtain the emission spectrum from each of the plurality of points in the sample S, it is also easy to calculate the Vickers hardness value for each point. Therefore, in the above hardness calculation method, the Vickers hardness of the sample S can be easily mapped. At this time, since the measurement can be performed on the sample S in a non-contact manner, the measurement can be performed from a separated position even when the sample S is fixed to a facility or the like. Therefore, this hardness calculation method is particularly effective for fuel debris and the like.
ただし、上記のように金属元素に対してＯ、Ｂが混合している任意の試料に対して、上記の組成分析方法、硬度算出方法は同様に有効であることも明らかである。このような試料としては、例えば同様にＯ、Ｂが含まれる金属及びセラミックス材料等がある。 However, it is clear that the above composition analysis method and hardness calculation method are similarly effective for any sample in which O and B are mixed with the metal element as described above. As such a sample, for example, a metal, a ceramic material, or the like, which also contains O and B, is used.
また、上記の例では、ＬＩＢＳによって上記のＢ／Ｍ値、Ｏ／Ｍ値、（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値が算出された。しかしながら、Ｂ、Ｏ、Ｍの発光ピークが同時に非接触で確認できる限りにおいて、ＬＩＢＳ以外の測定方法も同様に用いることができる。特に、これらの元素の発光ピークが単一の発光スペクトル中でそれぞれ得られる場合には、上記の例と同様に、この単一の発光スペクトルからＢ／Ｍ値、Ｏ／Ｍ値、（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値を同時に算出することができるため、特に硬度のマッピングを非接触で行うことも容易である。 In the above example, the B / M value, O / M value, and (B / O) / M value were calculated by LIBS. However, as long as the emission peaks of B, O, and M can be simultaneously confirmed without contact, measurement methods other than LIBS can be used as well. In particular, when the emission peaks of these elements are obtained in a single emission spectrum, B / M value, O / M value, (B / M value, Since the O) / M value can be calculated at the same time, it is particularly easy to perform hardness mapping in a non-contact manner.
１ 組成分析装置（硬度算出装置）
１０ 光源
２０ 照射光学系
３０ 検出光学系
４０ 光検出器
５０ 解析部
６０ 記憶部
１００ レーザー光
２００ プラズマ発光
Ｓ 試料
1 Composition analyzer (hardness calculator)
10 light source 20 irradiation optical system 30 detection optical system 40 photodetector 50 analysis unit 60 storage unit 100 laser light 200 plasma emission S sample
Claims (11)
レーザー誘起ブレークダウン分光法（ＬＩＢＳ）によって前記試料をプラズマ化し、当該プラズマからの発光スペクトルを取得する発光スペクトル取得工程と、
前記発光スペクトルにおける、前記金属元素に対応するピークの強度である第１の強度と、２０８．９ｎｍの波長に対応するホウ素（Ｂ）の単一のピークの強度である第２の強度と、酸素（Ｏ）の複数のピークが含まれる７７６．８ｎｍ〜７７７．８ｎｍの波長帯の平均強度である第３の強度と、を算出し、前記第２の強度の前記第１の強度の対する比率であるＢ／Ｍ値から前記試料におけるホウ素（Ｂ）の前記金属元素に対する組成比を、前記第３の強度の前記第１の強度に対する比率であるＯ／Ｍ値から前記試料における酸素（Ｏ）の前記金属元素に対する組成比を、それぞれ算出する分析工程と、
を具備することを特徴とする組成分析方法。 A composition analysis method for calculating a composition ratio of boron (B) and oxygen (O) to a metal element in a sample,
An emission spectrum acquisition step of converting the sample into plasma by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) and acquiring an emission spectrum from the plasma;
In the emission spectrum, a first intensity which is the intensity of a peak corresponding to the metal element, a second intensity which is an intensity of a single peak of boron (B) corresponding to a wavelength of 208.9 nm, and oxygen. And a third intensity, which is an average intensity in a wavelength band of 776.8 nm to 777.8 nm including a plurality of peaks of (O), and a ratio of the second intensity to the first intensity. From a certain B / M value, the composition ratio of boron (B) to the metal element in the sample is calculated, and from the O / M value, which is the ratio of the third strength to the first strength, to the oxygen (O) in the sample. An analysis step of calculating the composition ratio to the metal element,
A composition analysis method comprising:
１回の測定により、前記金属元素に対応するピーク、前記２０８．９ｎｍの波長に対応するホウ素（Ｂ）の単一のピーク、及び前記酸素（Ｏ）の複数のピークが含まれる７７６．８ｎｍ〜７７７．８ｎｍの波長帯、が含まれる波長範囲で前記発光スペクトルを取得することを特徴とする請求項１に記載の組成分析方法。 In the emission spectrum acquisition step,
776.8 nm including a peak corresponding to the metal element, a single peak of boron (B) corresponding to the wavelength of 208.9 nm, and a plurality of peaks of oxygen (O) by one measurement. The composition analysis method according to claim 1, wherein the emission spectrum is acquired in a wavelength range including a wavelength band of 777.8 nm.
前記金属元素、ホウ素（Ｂ）及び酸素（Ｏ）を含む模擬試料の硬度と、前記模擬試料におけるホウ素（Ｂ）の酸素（Ｏ）に対する組成比の前記金属元素の組成に対する比率との関係を、当該比率の増加に伴い前記硬度が増大する第１の領域と、当該比率の増加に伴い前記硬度が減少する第２の領域とに区分されるように、予め取得し、
前記Ｂ／Ｍ値又は前記Ｏ／Ｍ値に基づき、前記試料が前記第１の領域、前記第２の領域のどちらに該当するかを判定し、
前記第２の強度の前記第３の強度に対する比率の、前記第１の強度に対する比率である（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値を算出し、
前記第１の領域、前記第２の領域のうちの前記試料が該当するとされた側における前記 （Ｂ／Ｏ）／Ｍ値より、前記硬度を算出することを特徴とする硬度算出方法。 A hardness calculation method for calculating the hardness of the sample using the composition analysis method according to any one of claims 1 to 4,
The relationship between the hardness of the simulated sample containing the metal element, boron (B) and oxygen (O), and the ratio of the composition ratio of boron (B) to oxygen (O) in the simulated sample to the composition of the metal element, Obtained in advance so as to be divided into a first region in which the hardness increases with an increase in the ratio and a second region in which the hardness decreases with an increase in the ratio,
Based on the B / M value or the O / M value, it is determined whether the sample corresponds to the first region or the second region,
Calculating a (B / O) / M value which is a ratio of the second intensity to the third intensity to the first intensity,
The hardness calculation method, wherein the hardness is calculated from the (B / O) / M value on the side to which the sample corresponds in the first region and the second region.
前記金属元素、ホウ素（Ｂ）及び酸素（Ｏ）を含む模擬試料の硬度と、前記模擬試料におけるホウ素（Ｂ）の酸素（Ｏ）に対する組成比の前記金属元素の組成に対する比率との関係を、当該比率の増加に伴い前記硬度が増大する第１の領域と、当該比率の増加に伴い前記硬度が減少する第２の領域とに区分されるように、予め取得し、
前記試料からの発光スペクトルを取得し、前記発光スペクトルから前記金属元素、ホウ素（Ｂ）、及び酸素（Ｏ）の組成をそれぞれ認識する組成分析方法を用い、
前記組成分析方法によって算出された、前記ホウ素（Ｂ）の組成の前記金属元素の組成に対する比率に対応したＢ／Ｍ値、又は前記試料における酸素（Ｏ）の組成の前記金属元素の組成に対応した比率であるＯ／Ｍ値に基づき、前記試料が前記第１の領域、前記第２の領域のどちらに該当するかを判定し、
前記ホウ素（Ｂ）の組成の前記酸素（Ｏ）の組成に対する比率の、前記金属元素の組成に対する比率に対応した（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値を算出し、
前記第１の領域、前記第２の領域のうちの前記試料が該当するとされた側における前記 （Ｂ／Ｏ）／Ｍ値より、前記硬度を算出することを特徴とする硬度算出方法。 A hardness calculation method for calculating the hardness of a sample containing a metal element, boron (B) and oxygen (O) in a non-contact manner,
The relationship between the hardness of the simulated sample containing the metal element, boron (B) and oxygen (O) and the ratio of the composition ratio of boron (B) to oxygen (O) in the simulated sample to the composition of the metal element, Obtained in advance so as to be divided into a first region in which the hardness increases with an increase in the ratio and a second region in which the hardness decreases with an increase in the ratio,
A composition analysis method is used which acquires an emission spectrum from the sample and recognizes the compositions of the metal element, boron (B), and oxygen (O) from the emission spectrum,
Corresponding to the B / M value corresponding to the ratio of the composition of boron (B) to the composition of the metal element calculated by the composition analysis method, or the composition of the metal element of the composition of oxygen (O) in the sample Based on the O / M value which is the ratio, it is determined whether the sample corresponds to the first region or the second region,
A (B / O) / M value corresponding to the ratio of the composition of boron (B) to the composition of oxygen (O) to the composition of the metal element is calculated,
The hardness calculation method, wherein the hardness is calculated from the (B / O) / M value on the side to which the sample corresponds in the first region and the second region.
前記発光スペクトルにおける、前記金属元素に対応するピークの強度である第１の強度と、２０８．９ｎｍの波長に対応するホウ素（Ｂ）の単一のピークの強度である第２の強度と、酸素（Ｏ）の複数のピークが含まれる７７６．８ｎｍ〜７７７．８ｎｍの波長帯の平均強度である第３の強度と、を算出し、前記第２の強度の前記第１の強度の対する比率であるＢ／Ｍ値から前記試料におけるホウ素（Ｂ）の前記金属元素に対する組成比を、前記第３の強度の前記第１の強度に対する比率であるＯ／Ｍ値から前記試料における酸素（Ｏ）の前記金属元素に対する組成比を、それぞれ算出する解析部を具備することを特徴とする組成分析装置。 A composition analyzer for calculating a composition ratio of boron (B) and oxygen (O) to a metal element in a sample from an emission spectrum of light emitted from the sample,
In the emission spectrum, a first intensity which is the intensity of a peak corresponding to the metal element, a second intensity which is an intensity of a single peak of boron (B) corresponding to a wavelength of 208.9 nm, and oxygen. And a third intensity, which is an average intensity in a wavelength band of 776.8 nm to 777.8 nm including a plurality of peaks of (O), and a ratio of the second intensity to the first intensity. From a certain B / M value, the composition ratio of boron (B) to the metal element in the sample is calculated, and from the O / M value, which is the ratio of the third strength to the first strength, to the oxygen (O) in the sample. A composition analysis device comprising an analysis unit for calculating a composition ratio for each of the metal elements.
前記レーザー光が照射された前記試料から前記発光スペクトルを入手する光検出器と、
を具備し、前記解析部は、単一の前記発光スペクトルから前記試料におけるホウ素（Ｂ）の前記金属元素に対する組成比、及び前記試料における酸素（Ｏ）の前記金属元素に対する組成比を、それぞれ算出することを特徴とする請求項８に記載の組成分析装置。 A light source that emits laser light to the sample,
A photodetector that obtains the emission spectrum from the sample irradiated with the laser light,
The analyzing unit calculates a composition ratio of boron (B) in the sample to the metal element and a composition ratio of oxygen (O) in the sample to the metal element from the single emission spectrum. The composition analyzer according to claim 8, wherein
前記金属元素、ホウ素（Ｂ）及び酸素（Ｏ）を含む模擬試料の硬度と、前記模擬試料におけるホウ素（Ｂ）の酸素（Ｏ）に対する組成比の前記金属元素の組成に対する比率との関係を、当該比率の増加に伴い前記硬度が増大する第１の領域と、当該比率の増加に伴い前記硬度が減少する第２の領域とに区分されるように、予め取得されたデータを記憶する記憶部を具備し、
前記解析部は、
前記Ｂ／Ｍ値又は前記Ｏ／Ｍ値に基づき、前記試料が前記第１の領域、前記第２の領域のどちらに該当するかを判定し、
前記第２の強度の前記第３の強度に対する比率の、前記第１の強度に対する比率である（Ｂ／Ｏ）／Ｍ値を算出し、
前記第１の領域、前記第２の領域のうちの前記試料が該当するとされた側における前記 （Ｂ／Ｏ）／Ｍ値と前記データより、前記硬度を算出することを特徴とする硬度算出装置。 A hardness calculation device for calculating the hardness of the sample using the composition analysis device according to claim 8 or 9,
The relationship between the hardness of the simulated sample containing the metal element, boron (B) and oxygen (O), and the ratio of the composition ratio of boron (B) to oxygen (O) in the simulated sample to the composition of the metal element, A storage unit that stores data acquired in advance so as to be divided into a first region in which the hardness increases as the ratio increases and a second region in which the hardness decreases as the ratio increases. Equipped with,
The analysis unit is
Based on the B / M value or the O / M value, it is determined whether the sample corresponds to the first region or the second region,
Calculating a (B / O) / M value which is a ratio of the second intensity to the third intensity to the first intensity,
A hardness calculation device, characterized in that the hardness is calculated from the (B / O) / M value and the data on the side of the first region and the second region to which the sample corresponds. .
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