DE112007000422B4

DE112007000422B4 - Röntgenstrahlkonvergenzelement und Röntgenbestrahlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112007000422B4
Application number: DE112007000422.3T
Authority: DE
Inventors: Hiromoto Nakazawa; Hideki Yoshikawa; Mihai Vlaicu Aurel; Kenichi Obori; Shintaro Komatani; Sumito Ohzawa
Original assignee: Horiba Ltd; National Institute for Materials Science
Current assignee: Horiba Ltd; National Institute for Materials Science
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2027-02-09
Also published as: JP2007225314A; WO2007097202A1; JP4900660B2; DE112007000422T5; US20100226477A1; US8416921B2; CN101390172A; CN101390172B

Abstract

Röntgenstrahlkonvergenzelement (2) mit einem röhrenförmigen Körper (20), wobei Röntgenstrahlen, welche von einer eingangsseitigen Endöffnung (22) eindringen und an einer inneren Oberfläche (20a) des röhrenförmigen Körpers (20) reflektiert werden und die reflektierten Röntgenstrahlen aus einer ausgangsseitigen Endöffnung (21) austreten, während sie konvergiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass
der Durchmesser der eingangsseitigen Endöffnung (22) größer ist als der Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung (21);
ein Röntgenstrahlblockierelement (24, 25, 26, 29) bereitgestellt ist mit einem maximalen Durchmesser, der im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung (21) ist und kleiner als der Durchmesser der eingangsseitigen Endöffnung (22) ist;
das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements (24, 25, 26, 29) auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers (20) angeordnet ist; und
der Durchmesser des Röntgenstrahlblockierelements (24, 25, 26, 29) entlang der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers variiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Röntgenstrahlkonvergenzelement mit einem röhrenförmigen Körper zum Reflektieren von in den Röhrenkörper eingedrungenen Röntgenstrahlen und zum Konvergieren der reflektierten Röntgenstrahlen sowie auf eine Röntgenbestrahlungsvorrichtung, welche das Röntgenstrahlkonvergenzelement aufweist.
HINTERGRUND TECHNIK
Für zahlreiche Zwecke wie z. B. Forschung und Entwicklung, wie etwa einer Entwicklung von Materialien oder eine Untersuchung von lebenden Körpern, ein Qualitätsmanagement mit Fremdkörperanalysen oder Störstellenanalysen oder ähnliches, wird ein Röntgenstrahlanalysegerät zum Bestrahlen einer Probe mit Röntgenstrahlen, Detektieren von Fluoreszenzröntgenstrahlen, welche von der Probe emittiert werden, Übertragen von Röntgenstrahlen durch die Probe, gestreute Röntgenstrahlen oder ähnliches und zum Analysieren einer inneren Zusammensetzung oder Kristallstruktur der Probe verwendet. Einige Röntgenstrahlanalysegeräte können von einer Röntgenstrahlquelle ausgesendete Röntgenstrahlen reflektieren und konvergieren, um die Probe mit fokussierten Röntgenstrahlen zu bestrahlen.
Im Falle eines Röntgenstrahlanalysegeräts, welches einen Röntgenstrahlspiegel verwendet, bestehen jedoch Nachteile beim Einstellen eines Durchmessers eines auf die Probe abgestrahlten Röntgenstrahls auf ca. 1 µm, da eine hohe Prozessgenauigkeit einer Oberfläche eines Röntgenstrahlspiegels vorausgesetzt wird, um eine Streuung der Röntgenstrahlen an der Spiegeloberfläche zu verhindern, und dass eine Temperatursteuerung zum Reduzieren eines Einflusses einer thermischen Ausdehnung aufgrund von Energie der auf die Spiegeloberfläche einfallenden Röntgenstrahlen benötigt wird. Da eine Röntgenstrahlröhre (Kapillare), welche zum Lösen der Nachteile verwendet wird, aus einer dünnen und langen Glasröhre gebildet ist, kann der Einfluss der thermischen Ausdehnung mit einer achsensymmetrischen Struktur verringert werden und Röntgenstrahlen können mit einer einfachen Struktur auf eine höhere Dichte konvergiert werden.
Als Beispiel für die Röntgenstrahlröhre wird eine Röntgenstrahlröhre vorgeschlagen, in welcher Röntgenstrahlen von einer Endöffnung der Röntgenstrahlröhre eindringen bzw. eintreten und die eintretenden Röntgenstrahlen an einer inneren Oberfläche der Röntgenstrahlröhre totalreflektiert werden, damit die Röntgenstrahlen aus der anderen Endöffnung zur Probe hin austreten, um die Röntgenstrahlen auf die Probe zu konvergieren. Zudem ist es bekannt, dass die innere Oberfläche der Röntgenstrahlröhre als ein rotierender Paraboloid oder ein rotierender Ellipsoid ausgebildet ist, um die Konvergierbarkeit der Röntgenstrahlen weiter zu verbessern (siehe japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2001-85192 A ).
DE 101 39 384 A1 offenbart ein Röntgengerät umfassend eine Labor-Röntgenröhre zur Erzeugung einer Röntgenstrahlung, zwei jeweils mehrere Schichten aus Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex umfassende Reflektoreinrichtung zur Erzeugung einer oberhalb einer Absorptionskante liegenden monochromatischen Röntgenstrahlung und einer unterhalb der Absorptionskante liegenden monochromatischen Röntgenstrahlung und zur Lenkung der unterschiedlichen monochromatischen Röntgenstrahlungen in Richtung des zu durchleuchtenden Objektes, zumindest eine in Röntgenstrahlrichtung hinter dem zu durchleuchtenden Objekt angeordneten Detektionseinrichtung, mit der die auftreffenden Röntgenstrahlungen erfasst werden, und eine Bilderzeugungseinrichtung zur Auswertung der erfassten Röntgenstrahlungen.
JP H01-276100 A offenbart eine Röntgenstrahlungsspiegelvorrichtung mit einem Woltertyp-Spiegelkörper mit geöffneten Enden und einer Innenoberfläche, welche eine Reflexionsspiegeloberfläche bildet, die eine Rotations-Oberfläche besitzt, wobei eine Röntgenstrahlungsabschirmeinrichtung an mindestens einem geöffneten Ende des Spiegelkörpers bereitgestellt ist, wobei die Röntgenstrahlungsabschirmeinrichtung eine Röntgenstrahlungsabschirmplatte, die an einem geöffneten Ende bereitgestellt ist, um einen zentralen Teil des letzteren zu blockieren, und einen im wesentlichen ringförmigen Schlitz beinhaltet, um nur den Durchgang von Röntgenstrahlung, die auf die reflektierende Spiegeloberfläche einfällt, und von Röntgenstrahlung, die an der Reflexionsspiegeloberfläche reflektiert wird, zu erlauben.
US 6 442 236 B1 offenbart ein Instrument zur Fokussierung von Röntgenstrahlen mit einem ringförmigen Analyseelement und einem Kollimator. Das Analyseelement hat einen Innenumfang. Das Analyseelement analysiert und reflektiert Röntgenstrahlen, die auf den Innenumfang eingestrahlt werden. Der Kollimator weist eine Oberfläche auf und totalreflektiert Röntgenstrahlen auf der Oberfläche, um parallele Strahlen in Richtung einer Probe zu strahlen. Der Kollimator ist in einem Innenraum, der durch den Innenumfang des Analyseelements definiert ist, angeordnet. Das Analyseelement und der Kollimator sind so angeordnet, dass die Achse des Analyseelementes mit der Achse des Kollimators im Wesentlichen zusammenfällt.
US 3 898 455 A offenbart ein System und eine Vorrichtung für monochromatische Röntgenstrahlen von Kristallen durch Beugung gemäß dem Bragg'schen Gesetz.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
MITHILFE DER ERFINDUNG GELÖSTE PROBLEME
Da jedoch in der Röntgenstrahlröhre nach der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 2001-85192 A beide Enden der Röntgenstrahlröhre offen sind, muss ein Durchmesser der anderen Öffnung auf der Ausgangsseite in seiner Größe reduziert werden, um zu verhindern, dass Röntgenstrahlen von der einen Endöffnung der Röntgenstrahlröhre direkt aus der anderen Endöffnung austreten, ohne innerhalb der Röntgenstrahlröhre reflektiert zu werden. Obwohl der Durchmesser der anderen Endöffnung auf der Ausgangsseite verkleinert ist, ist die Entfernung zum Konvergieren der austretenden Röntgenstrahlen verkürzt was es erschwert, dass eine Arbeitsentfernung (WD) von der ausgangsseitigen Endöffnung zu einem Probestück (z. B. ca. 0,1 µm) ausreichend sichergestellt ist. Aus diesem Grund entstehen Probleme, bei denen eine Probe (Probestück) mit einer rauen Oberfläche nicht analysiert werden kann, ein Abstrahlwinkel von Fluoreszenzröntgenstrahlen, welche von der Probe emittiert werden, nicht sichergestellt werden kann, eine Streuung von Röntgenstrahlen nicht ausreichend analysiert werden kann, da die Probe nicht gedreht oder geneigt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände durchgeführt und bietet ein Röntgenstrahlkonvergenzelement und eine Röntgenbestrahlungsvorrichtung, welche das Röntgenstrahlkonvergenzelement aufweist. Das Röntgenstrahlkonvergenzelement weist einen röhrenförmigen Körper auf, in welchem ein Durchmesser einer eingangsseitigen Endöffnung größer ist als der der ausgangsseitigen Endöffnung sowie ein Röntgenstrahlblockierelement mit einem Durchmesser, der im Wesentlichen dem Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung entspricht, wobei dessen Zentrum auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers angeordnet ist. Dadurch ist eine Arbeitsentfernung von der ausgangsseitigen Endöffnung zu dem Probestück verlängerbar und eine Analyse des Probestücks mit einer rauen Oberfläche, eine Analyse von Fluoreszenzröntgenstrahlen sowie eine Röntgenstrahlstreuungsanalyse können ohne Einschränkung der Größe des Probestücks durchgeführt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Röntgenstrahlkonvergenzelement und eine Röntgenbestrahlungsvorrichtung, welche das Röntgenstrahlkonvergenzelement aufweist, bereitzustellen, in denen das Röntgenstrahlblockierelement durch eine Vielzahl von Stützelementen gestützt wird, welche sich von einem ringförmigen Element, das in der Nähe der eingangsseitigen Endöffnung befestigt ist, zum Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements erstreckt. Dadurch können unnötige Röntgenstrahlen durch eine einfache Struktur blockiert werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Röntgenstrahlkonvergenzelement sowie eine das Röntgenstrahlkonvergenzelement aufweisende Röntgenbestrahlungsvorrichtung bereitzustellen, in denen das Röntgenstrahlblockierelement ein tellerförmiger Körper ist. Der Durchmesser des Röntgenstrahlblockierelements ist zu der Eingangsseite der Röntgenstrahlung hin enger bzw. verjüngt. Dadurch kann das Eindringen von unnötigen, gestreuten Röntgenstrahlen verhindert werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Röntgenstrahlkonvergenzelement sowie eine das Röntgenstrahlkonvergenzelement aufweisende Röntgenstrahlungseinrichtung bereitzustellen, in denen das Röntgenstrahlblockierelement eine Röntgenstrahlungseinfallsoberfläche aufweist, welche ein Teil einer sphärischen Oberfläche ist. Dadurch kann das Eindringen von unnötigen, gestreuten Röntgenstrahlen verhindert werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Röntgenstrahlkonvergenzelement sowie eine das Röntgenstrahlkonvergenzelement aufweisende Röntgenstrahlungseinrichtung bereitzustellen, in denen das Röntgenstrahlblockierelement einen sphärischen Körper bildet und das Röntgenstrahlkonvergenzelement eine Vielzahl von Befestigungselementen zum Befestigen des Röntgenstrahlblockierelements an dem röhrenförmigen Körper zwischen einer inneren Oberfläche des röhrenförmigen Körpers und einer Oberfläche des Röntgenstrahlblockierelements aufweist. Dadurch kann das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements auf einfache Weise auf der Achse des röhrenförmigen Körpers angeordnet werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Röntgenstrahlkonvergenzelement sowie eine das Röntgenstrahlkonvergenzelement aufweisende Röntgenstrahlungseinrichtung bereitzustellen, in denen die Befestigungselemente sphärische Körper bilden. Dadurch kann das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements auf einfache Weise auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers mit einer einfachen Struktur angeordnet werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Röntgenstrahlkonvergenzelement sowie eine das Röntgenstrahlkonvergenzelement aufweisende Röntgenstrahlungseinrichtung bereitzustellen, in denen die Befestigungselemente stabartige Körper sind, die so angeordnet sind, dass sie voneinander mit einem festgelegten Abstand in der umlaufenden Richtung des röhrenförmigen Körpers beabstandet sind. Dadurch kann das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements auf einfache Weise auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers mit einer einfachen Struktur angeordnet werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Röntgenstrahlkonvergenzelement sowie eine das Röntgenstrahlkonvergenzelement aufweisende Röntgenstrahlungseinrichtung bereitzustellen, in denen das Röntgenstrahlkonvergenzelement eine Röntgenstrahlübertragungsscheibe zum Befestigen des Röntgenstrahlblockierelements an der eingangsseitigen Endöffnung aufweist. Dadurch kann unnötige Röntgenstrahlung mit einer einfachen Struktur blockiert werden, während mehr Röntgenstrahlen konvergiert werden.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Röntgenstrahlkonvergenzelement einen röhrenförmigen Körper auf, wobei Röntgenstrahlen von einer Endöffnung auf einer Seite eindringen, die eingedrungenen Röntgenstrahlen an einer inneren Oberfläche des röhrenförmigen Körpers reflektiert werden und die reflektierten Röntgenstrahlen aus der Endöffnung der anderen Seite austreten, während sie konvergiert werden. Ein Durchmesser der eingangsseitigen Endöffnung ist größer als der der ausgangsseitigen Endöffnung. Das Röntgenstrahlkonvergenzelement weist ein Röntgenstrahlblockierelement auf, welches im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die ausgangsseitige Endöffnung aufweist. Das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements ist auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers angeordnet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist das Röntgenstrahlkonvergenzelement zudem ein ringförmiges Element, welches nahe der Eingangsseitigen Endöffnung befestigt ist, sowie eine Vielzahl von Stützelementen, welche sich von dem ringförmigen Element zum Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements zum Stützen des Röntgenstrahlblockierelements erstrecken, auf.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung kann das Röntgenstrahlblockierelement ein tellerartiger Körper sein und ein Durchmesser des Röntgenstrahlblockierelements kann zur Eingangsseite der Röntgenstrahlung hin verjüngt sein.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung kann das Röntgenstrahlblockierelement eine Röntgenstrahlungseinfallsoberfläche aufweisen, welche ein Teil einer sphärischen Oberfläche ist.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung kann das Röntgenstrahlblockierelement einen sphärischen Körper bilden. Das Röntgenstrahlkonvergenzelement kann eine Vielzahl von Befestigungselementen zum Befestigen des Röntgenstrahlblockierelements an dem röhrenförmigen Körper zwischen einer inneren Oberfläche des röhrenförmigen Körpers und einer Oberfläche des Röntgenstrahlblockierelements aufweisen.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung können die Befestigungselemente sphärische Körper sein, welche so angeordnet sind, dass sie in der umlaufenden Richtung des röhrenförmigen Körpers voneinander beabstandet sind.
Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung können die Befestigungselemente mit einem festgelegten Abstand in der umlaufenden Richtung des röhrenförmigen Körpers voneinander beabstandet sein. Die Befestigungselemente können stabartige Körper sein, welche im Wesentlichen parallel zueinander in der axialen Richtung des röhrenförmigen Körpers angeordnet sind.
Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung kann das Röntgenstrahlkonvergenzelement zudem eine Röntgenstrahlübertragungsscheibe zum Befestigen des Röntgenstrahlblockierelements an der eingangsseitigen Endöffnung aufweisen.
Gemäß einem neunten Aspekt der Erfindung weist eine Röntgenbestrahlungsvorrichtung ein Röntgenstrahlkonvergenzelement zum Konvergieren von aus einer Röntgenstrahlenquelle abgestrahlten Röntgenstrahlen und zum Abstrahlen der konvergierten Röntgenstrahlen. Das Röntgenstrahlkonvergenzelement kann das Röntgenstrahlkonvergenzelement nach einem oder mehreren der oben beschriebenen Aspekte der Erfindung sein.
Gemäß dem ersten und neunten Aspekt der Erfindung kann die innere Oberfläche des röhrenförmigen Körpers beispielsweise als rotierender Paraboloid oder rotierender Ellipsoid um die Mittelachse des röhrenförmigen Körpers ausgebildet sein. In die eingangsseitige Endöffnung des röhrenförmigen Körpers parallel zur Mittelachse eindringende Röntgenstrahlen werden an der inneren Oberfläche des röhrenförmigen Körpers totalreflektiert, wenn sie auf die innere Oberfläche des röhrenförmigen Körpers mit einem kleineren Einfallswinkel einfallen, als der optimale Totalreflektionswinkel. Die reflektierten Röntgenstrahlen treten aus der ausgangsseitigen Endöffnung heraus, um in einem Fokussierpunkt konvergiert zu werden, welcher durch den rotierenden Paraboloiden oder rotierenden Ellipsoiden der inneren Oberfläche des röhrenförmigen Körpers gebildet sein kann. Der Durchmesser der eingangsseitigen Endöffnung des röhrenförmigen Körpers ist größer als der der ausgangsseitigen Endöffnung. Das Röntgenstrahlblockierelement mit im Wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie der Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung ist so angeordnet, dass sein Zentrum auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers liegt. Dadurch blockiert das Röntgenstrahlblockierelement die eindringenden Röntgenstrahlen, welche durch den röhrenförmigen Körper hindurch dringen, ohne an der inneren Oberfläche des röhrenförmigen Körpers reflektiert zu werden und verhindert somit, dass Röntgenstrahlen direkt aus der ausgangsseitigen Endöffnung austreten. Die eingedrungenen Röntgenstrahlen, welche nicht von dem Röntgenstrahlblockierelement blockiert werden, werden an der inneren Oberfläche des röhrenförmigen Körpers totalreflektiert und treten aus der ausgangsseitigen Endöffnung so aus, dass sie in einem Fokussierpunkt konvergieren.
Der Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung des röhrenförmigen Körpers ist im Wesentlichen gleich wie der Durchmesser des Röntgenstrahlblockierelements. Dadurch braucht der Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung des röhrenförmigen Körpers nicht zwingend sehr klein zu sein, um einen
mikroskopischen Röntgenstrahl auf ein Probestück abzustrahlen. Somit kann der Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung des röhrenförmigen Körpers vergrößert werden, so dass eine Entfernung (d. h. eine Arbeitsentfernung) von der ausgangsseitigen Endöffnung zu dem Fokussierpunkt, in welchem die Röntgenstrahlen konvergieren, vergrößert ist.
Gemäß dem zweiten und neunten Aspekt der Erfindung erstrecken sich die Stützelemente zum Stützen des Röntgenstrahlblockierelements von einem ringförmigen Element zum Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements hin. Das ringförmige Element ist in der Nähe der eingangsseitigen Endöffnung befestigt. Dadurch ist das Röntgenstrahlblockierelement an dem röhrenförmigen Körper so befestigt, dass das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers angeordnet ist.
Gemäß dem dritten und neunten Aspekt der Erfindung ist das Röntgenstrahlblockierelement ein tellerartiger Körper und ist zur Eingangsseite der Röntgenstrahlung hin verjüngt. Falls der Durchmesser des Röntgenstrahlblockierelements kleiner ist als der Durchmesser der eingangsseitigen Endöffnung, können von der eingangsseitigen Endöffnung eindringende Röntgenstrahlen an einer seitlichen Oberfläche des Röntgenstrahlblockierelements in der axialen Richtung als unnötige gestreute Röntgenstrahlung reflektiert werden. Somit entstehen mehr gestreute Röntgenstrahlen, je größer eine Dimension des Röntgenstrahlblockierelements in der axialen Richtung ist. Durch ein Verengen des Durchmessers des Röntgenstrahlblockierelements zur Eingangsseite der Röntgenstrahlung kann eine Wegrichtung der eingedrungenen Röntgenstrahlen deutlich verändert werden und dadurch verhindert werden, dass die unnötigen gestreuten Röntgenstrahlen, welche an der seitlichen Oberfläche reflektiert werden, in die innere Oberfläche des röhrenförmigen Körpers eindringen.
Gemäß dem vierten und neunten Aspekt der Erfindung weist das Röntgenstrahlblockierelement eine Röntgenstrahlungseinfallsoberfläche auf, welche ein Teil einer sphärischen Oberfläche ist, um den Abschnitt der seitlichen Oberfläche, welcher parallel zur axialen Richtung des Röntgenstrahlblockierelements ist, zu eliminieren. Dadurch wird verhindert, dass Röntgenstrahlen, welche auf das Röntgenstrahlblockierelement einfallen, in die innere Oberfläche des röhrenförmigen Körpers als unnötige, gestreute Röntgenstrahlung eindringen.
Gemäß dem fünften und neunten Aspekt der Erfindung bildet das Röntgenstrahlblockierelement einen sphärischen Körper. Eine Vielzahl von Befestigungselementen zum Befestigen des Röntgenstrahlblockierelements an dem röhrenförmigen Körper sind zwischen der inneren Oberfläche des röhrenförmigen Körpers und der Oberfläche des Röntgenstrahlblockierelements angeordnet. Dadurch ist das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements auf einfache Weise auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers angeordnet.
Gemäß dem sechsten und neunten Aspekt der Erfindung sind die Befestigungselemente sphärische Körper, welche so angeordnet sind, dass sie mit einer festgelegten Entfernung in der umlaufenden Richtung des röhrenförmigen Körpers voneinander beabstandet sind. Deshalb ist das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers angeordnet, wenn die Durchmesser der sphärischen Körper gleich sind.
Gemäß dem siebten und neunten Aspekt der Erfindung sind die Befestigungselemente mit einem festgelegten Abstand in der umlaufenden Richtung des röhrenförmigen Körpers voneinander beabstandet und sind stabartige Körper, welche im Wesentlichen parallel zueinander in der axialen Richtung des röhrenförmigen Körpers angeordnet sind. Dadurch ist das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers angeordnet, wenn die Durchmesser oder Dicken der stabartigen Körper gleich sind.
Gemäß dem achten und neunten Aspekt der Erfindung kann die Röntgenstrahlübertragungsscheibe zum Befestigen des Röntgenstrahlblockierelements an der eingangsseitigen Endöffnung bereitgestellt sein. Dadurch werden unnötige Röntgenstrahlen durch das Röntgenstrahlblockierelement blockiert, während mehr Röntgenstrahlen durch die Röntgenstrahlübertragungsscheibe übertragen werden.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß dem ersten und neunten Aspekt der Erfindung ist der Durchmesser der eingangsseitigen Endöffnung des röhrenförmigen Körpers größer als der der ausgangsseitigen Endöffnung. Das Röntgenstrahlblockierelement mit im Wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie der Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung ist bereitgestellt. Das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements ist auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers angeordnet. Dadurch treten die eingedrungenen Röntgenstrahlen nicht direkt aus der ausgangsseitigen Endöffnung aus, ohne and der inneren Oberfläche des röhrenförmigen Körpers totalreflektiert zu sein. Zudem kann der Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung vergrößert werden und die Arbeitsentfernung von der ausgangsseitigen Endöffnung zu dem Probestück kann vergrößert werden. Durch das Vergrößern der Arbeitsentfernung können die Röntgenstrahlen auf die gewünschte Position des Probestücks abgestrahlt werden, selbst wenn das Probestück eine raue Oberfläche besitzt. Zudem kann ein ausreichender Abstrahlwinkel von Fluoreszenzröntgenstrahlen sichergestellt werden, welche von dem Probestück ausgesendet werden und das Probestück kann um einen gewünschten Winkel gedreht werden oder um eine gewünschte Entfernung bewegt werden. Dadurch können eine Analyse des Probestücks, eine Fluoreszenzröntgenstrahlanalyse und eine Analyse von Röntgenstrahlstreuung ungeachtet der Größe des Probestücks durchgeführt werden.
Gemäß dem zweiten und neunten Aspekt der Erfindung können unnötige Röntgenstrahlen mit einer einfachen Struktur blockiert werden, indem das Röntgenstrahlblockierelement mit einer Vielzahl der Stützelemente gestützt wird, welche sich von dem ringförmigen Körper, der nahe der eingangsseitigen Endöffnung befestigt ist, zum Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements erstrecken.
Gemäß dem dritten und neunten Aspekt der Erfindung ist das Röntgenstrahlblockierelement der tellerartige Körper und der Durchmesser des Röntgenstrahlblockierelements ist zur Eingangsseite der Röntgenstrahlung hin verjüngt. Dadurch können unnötige, gestreute Röntgenstrahlen daran gehindert werden, einzudringen.
Gemäß dem vierten und neunten Aspekt der Erfindung weist das Röntgenstrahlblockierelement die Röntgenstrahlungseinfallsoberfläche auf, die ein Teil der sphärischen Oberfläche ist. Dadurch können unnötige, gestreute Röntgenstrahlen daran gehindert werden, einzudringen.
Gemäß dem fünften und neunten Aspekt der Erfindung bildet das Röntgenstrahlblockierelement einen sphärischen Körper. Die Vielzahl von Befestigungselementen zum Befestigen des Röntgenstrahlblockierelements an dem röhrenförmigen Körper sind zwischen der inneren Oberfläche des röhrenförmigen Körpers und der Oberfläche des Röntgenstrahlblockierelements bereitgestellt. Dadurch ist das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements auf einfache Weise auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers angeordnet.
Gemäß dem sechsten und neunten Aspekt der Erfindung sind die Befestigungselemente sphärische Körper bzw. Kugelkörper, welche so angeordnet sind, dass sie voneinander mit einem festgelegten Abstand in der umlaufenden Richtung des röhrenförmigen Körpers beabstandet sind. Dadurch ist das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements auf einfache Weise auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers angeordnet.
Gemäß dem siebten und neunten Aspekt der Erfindung sind die Befestigungselemente mit einem festgelegten Abstand in der umlaufenden Richtung des röhrenförmigen Körpers voneinander beabstandet und sind stabartige Körper, welche im Wesentlichen parallel zueinander in der axialen Richtung des röhrenförmigen Körpers angeordnet sind. Dadurch ist das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements auf einfache Weise auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers angeordnet.
Gemäß dem achten und neunten Aspekt der Erfindung ist die Röntgenstrahlübertragungsscheibe zum Befestigen des Röntgenstrahlblockierelements an der eingangsseitigen Endöffnung bereitgestellt. Dadurch werden unnötige Röntgenstrahlen durch das Röntgenstrahlblockierelement mit einer einfachen Struktur blockiert, während mehr Röntgenstrahlen durch die Röntgenstrahlübertragungsscheibe übertragen werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Anordnung eines Röntgenstrahlanalysegeräts mit einem Röntgenstrahlkonvergenzelement gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine äußere Perspektivansicht des Röntgenstrahlkonvergenzelements;
3 ist eine schematische Ansicht eines Längsschnitts einer Kapillare eines zum Verständnis der vorliegenden Erfindung beitragenden Beispiels, in welchem Grundprinzipien der erfindungsgemäßen Ausführungsformen geschildert werden;
4 ist eine Ansicht einer Form eines Röntgenstrahlblockierelements eines zum Verständnis der vorliegenden Erfindung beitragenden Beispiels;
5 ist eine Ansicht einer anderen Form eines Röntgenstrahlblockierelements;
6 ist eine Ansicht einer weiteren Form eines Röntgenstrahlblockierelements;
7 ist eine Ansicht einer anderen Form eines Röntgenstrahlblockierelements;
8 ist eine Ansicht einer weiteren Form von Befestigungselementen; und
9 ist eine Ansicht eines weiteren Beispiels der Befestigung des Röntgenstrahlblockierelements.

Bezugszeichenliste

1:: Röntgenstrahlverschluss und -filter
2:: Röntgenstrahlkonvergenzelement
3:: Röntgenstrahlsteuerung
4:: Rechner
5:: Datenverarbeitungseinheit
6:: Plattensteuerung
7:: Motor
8:: Fluoreszenzröntgenstrahldetektor
9:: Detektor zum Detektieren von ringförmig gestreuter Röntgenstrahlung
10:: Detektor zum Detektieren von übertragener Röntgenstrahlung
11:: Bildgeber
12:: Probenplatte
13:: Probe
14:: Röntgenstrahlübertragungskörper
15:: Öffnung
20:: Kapillare
20a:: innere Oberfläche der Kapillare
21:: Ausgangsseitige Endöffnung
22:: Eingangsseitige Endöffnung
23, 24, 25, 26, 29, 29:: Röntgenstrahlblockierelement
30:: Harzfilm
232, 242, 252:: Ringförmiges Element
233, 243, 253:: Stützelement
27, 28:: Befestigungselement

BESTE WEGE ZUM IMPLEMENTIEREN DER ERFINDUNG
[Ausführungsform 1]
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung auf Basis der angehängten Zeichnungen beschrieben, welche deren Ausführungsformen darstellen. 1 ist ein Blockdiagramm einer Anordnung eines Röntgenstrahlungsanalysegeräts mit einem Röntgenstrahlkonvergenzelement gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser FIG. bezeichnet das Referenzzeichen 1 einen Röntgenstrahlverschluss und einen -filter zum EIN/AUS-Steuern von Röntgenstrahlen und einer Ausgabeintensität von Röntgenstrahlen. Ein Röntgenstrahlkonvergenzelement 2 ist dem Röntgenstrahlverschluss und -filter 1 nachgestellt. Ein Strahl mit paralleler Röntgenstrahlung, welcher aus dem Röntgenstrahlverschluss und -filter 1 austritt, dringt in das Röntgenstrahlkonvergenzelement 2 ein, wobei das Röntgenstrahlkonvergenzelement 2 die eingedrungenen Röntgenstrahlen an einer inneren Oberfläche des Röntgenstrahlkonvergenzelements 2 totalreflektiert, um die Röntgenstrahlen zu konvergieren. Dann wird ein Durchmesser des Strahls beispielsweise auf etwa 1 µm verengt, während die Röntgenstrahlen zu einer Öffnung 15 geführt werden, die nahe einer Probenplatte 12 bereitgestellt ist.
In dieser Ausführungsform ist die Öffnung 15 ein Freiraum, welcher mit einem Röntgenstrahlübertragungskörper 14 abgeschlossen ist, und das Innere des Raumes ist ein Vakuum. In diesem Fall ist der Vakuumraum in der Öffnung 15 durch ein Aufteilen der Probenplatte 12 und der Öffnung 15 durch den Röntgenstrahlübertragungskörper 14 gebildet. Die Öffnung 15 kann ein atmosphärischer Raum sein und der gesamte Raum mit der Probenplatte 12 kann ebenfalls ein Vakuumraum sein. Jedoch ist es vorteilhaft, dass ein röntgenstrahlbestrahlter Raum unter einem Vakuum gehalten wird, um eine Schwächung von sekundären Röntgenstrahlen zu verhindern.
In der Öffnung 15 ist eine ausgangsseitige Endöffnung des Röntgenstrahlkonvergenzelements 2 angeordnet. Ebenfalls in der Öffnung 15 ist ein Spitzenendabschnitt eines Fluoreszenzröntgenstrahldetektors 8 zum Detektieren einer Fluoreszenzröntgenstrahlung angeordnet, die von einer Probe (Probestück) 13 abgestrahlt wird, die mit den Röntgenstrahlen bestrahlt wird. Zudem ist ein Fotorezeptorabschnitt eines Bildgebers 11 zum bildlichen Darstellen der Probe 13, welche auf der Probeplatte 12 angeordnet ist, in der Öffnung 15 bereitgestellt.
Z. B. ist unter dem Röntgenstrahlübertragungskörper 14 ein Detektor zum Detektieren von ringförmig gestreuter Röntgenstrahlung 9 zum Detektieren von gestreuten Röntgenstrahlen angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Probenplatte 12 bzgl. der Anordnung der Probe 13 ist ein Detektor zum Detektieren von übertragener Röntgenstrahlung 10 zum Detektieren von durch die Probe 13 hindurch übertragenen Röntgenstrahlen angeordnet. Der Detektor zum Detektieren von gestreuter Röntgenstrahlung 9 ist nicht auf die Ringform beschränkt und kann ebenso eine andere als eine ringförmige Form aufweisen.
Ein Motor 7 ist an der Probenplatte 12 angebracht. Der Motor 7 bewegt die Probenplatte 12 in zwei Richtungen, welche parallel zu der Oberfläche der Probenplatte 12 sind, auf welcher die Probe 13 angeordnet ist, und welche senkrecht zueinander sind (X-Richtung und Y-Richtung), während die Röntgenstrahlungsrichtung gegen die Probe 13 um einen gewünschten Winkel gedreht wird. Der Motor 7 bewegt die Probenplatte 12 in eine normale Richtung zu der Oberfläche der Probenplatte 12, auf welcher die Probe 13 angeordnet ist, um eine Entfernung zwischen der Öffnung 15 und der Probenplatte 12 einzustellen. Beim Analysieren der gestreuten Röntgenstrahlung werden zudem Platten verwendet, welche um drei Achsen R, θ und Φ (nicht dargestellt) drehbar sind.
Eine Plattensteuerung 6 ist mit dem Motor 7 verbunden und die Plattensteuerung 6 steuert den Motor 7, zum Steuern einer Position der Probe 13, die auf der Probenplatte 12 angeordnet ist.
Eine Röntgenstrahlsteuerung 3 ist mit dem Röntgenstrahlverschluss und - filter 1 verbunden und die Röntgenstrahlsteuerung 3 führt ein Öffnen/Schließen des Verschlusses und ein Schalten des Filters zur EIN/AUS-Steuerung der Röntgenstrahlen und der Ausgabeintensität der Röntgenstrahlen aus.
Eine Datenverarbeitungseinheit 5 ist mit dem Bildgeber 11, der Röntgenstrahlsteuerung 3 und der Plattensteuerung 6 verbunden. Die Datenverarbeitungseinheit 5 überträgt ein Steuersignal an den Bildgeber 11, die Röntgenstrahlsteuerung 3 und die Plattensteuerung 6 über ein Kommunikationsinterfacemodul (nicht dargestellt) zum Steuern der Funktionen des Bildgebers 11, der Röntgenstrahlsteuerung 3 bzw. der Plattensteuerung 6. Zudem sind ein Rechner 4 sowie der Fluoreszensröntgenstrahldetektor 8, der Detektor zum Detektieren von gestreuter Röntgenstrahlung 9 und der Detektor zum Detektieren von übertragener Röntgenstrahlung 10 mit der Datenverarbeitungseinheit 5 über das Kommunikationsinterfacemodul verbunden.
Wenn die Datenverarbeitungseinheit 5 einen Steuerparameter des Röntgenstrahlverschlusses und -filters 1 von dem Rechner 4 empfängt, erzeugt die Datenverarbeitungseinheit 5 ein Steuersignal, welches dem empfangenen Parameter entspricht, und überträgt dieses an die Röntgenstrahlsteuerung 3. Die Röntgenstrahlsteuerung 3 steuert ein EIN/AUS der erzeugten Röntgenstrahlen mithilfe des Röntgenstrahlverschlusses und -filters 1 auf der Basis des empfangenen Steuersignals, während die Ausgabeintensität der Röntgenstrahlen gesteuert wird.
Wenn die Datenverarbeitungseinheit 5 einen Steuerparameter des Bildgebers 11 von dem Rechner 4 empfängt, erzeugt die Datenverarbeitungseinheit 5 ein Steuersignal, welches dem empfangenen Parameter entspricht, und überträgt es dann an den Bildgeber 11. Der Bildgeber 11 nimmt ein Bild der Probe 13 auf der Basis des empfangenen Steuersignals auf, die auf der Probenplatte 12 angeordnet ist, und überträgt dann das aufgenommene Bild (das auch ein Standbild sein kann) an den Rechner 4.
Wenn die Datenverarbeitungseinheit 5 ein Steuersignal der Probenplatte 12 von dem Rechner 4 empfängt, erzeugt die Datenverarbeitungseinheit 5 ein Steuersignal, welches dem empfangenen Parameter entspricht und überträgt dieses an die Plattensteuerung 6. Die Plattensteuerung 6 steuert den Motor 7 auf der Basis des empfangenen Steuersignals an und bewegt oder dreht die Probenplatte 12. Z. B. überträgt die Datenverarbeitungseinheit 5 das Bild der Probe, welches durch den Bildgeber 11 aufgenommen wurde, an den Rechner 4 und bewirkt, dass eine Bildanzeige (nicht dargestellt) des Rechners 4 das aufgenommene Bild anzeigt. Wenn ein festgelegter Funktionsknopf auf einem Bildschirm betätigt wird, empfängt die Datenverarbeitungseinheit 5 den Steuerparameter der Probenplatte 12 von dem Rechner 4. Als Ergebnis kann die Position der Probe 13 gesteuert werden, während das aufgenommene Bild der Probe 13 auf der Bildanzeige des Rechners 4 dargestellt wird.
Die Datenverarbeitungseinheit 5 empfängt Detektionssignale, welche von dem Flureszenzröntgenstrahldetektor 8, dem Detektor zum Detektieren gestreuter Röntgenstrahlung 9 und dem Detektor zum Detektieren übertragener Röntgenstrahlung 10 detektiert werden, über das Kommunikationsinterfacemodul (nicht dargestellt) und führt eine festgelegte Datenverarbeitung auf der Basis der empfangenen Detektionssignale zum Ausgeben der Verarbeitungsergebnisse an den Rechner 4.
Der Rechner 4 weist eine zentrale Recheneinheit (Central Processing Unit, CPU), einen flüchtigen Speicher (RAM), eine Speichereinheit zum Speichern verschiedener Daten, eine Kommunikationseinheit zum Durchführen von Datenkommunikation mit der Datenverarbeitungseinheit 5 und anderen Einheiten auf, eine Eingabe/Ausgabe-Einheit wie z. B. eine Maus und eine Tastatur, die Anzeigeeinheit, sowie eine Anzeige (alle nicht dargestellt) auf. Der Rechner 4 führt ein festgelegtes Analyseverfahren der Probe 13 auf der Basis der von der Datenverarbeitungseinheit 5 ausgegebenen Daten aus und stellt die Analyseergebnisse dann auf der Anzeigeeinheit bildlich dar oder speichert sie in der Speichereinheit (nicht dargestellt).
2 ist eine perspektivische Außenansicht des Röntgenstrahlkonvergenzelements 2. Das Röntgenstrahlkonvergenzelement 2 weist eine Kapillare (röhrenförmiger Körper) 20 auf, die typischerweise aus Glas hergestellt ist, sowie ein Röntgenstrahlblockierelement 23, welches im Folgenden beschrieben wird. Eine Länge der Kapillare 20 in der axialen Richtung beträgt beispielsweise 100 mm oder 200 mm. In dieser Ausführungsform ist ein äußerer Durchmesser der Kapillare 20 auf einer Seite, auf der die Röntgenstrahlen eindringen, beispielsweise 5 mm und ein Durchmesser der eingangsseitigen Endöffnung 22 beträgt ungefähr 1 mm groß. Zudem beträgt ein äußerer Durchmesser der Kapillare 20 auf einer Seite, auf der die Röntgenstrahlen austreten, beispielsweise 4,6 mm und ein Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung 21 beträgt ungefähr 0,6 mm.
3 ist eine schematische Ansicht eines Längsschnitts einer Kapillare 20 eines zum Verständnis der vorliegenden Erfindung beitragenden Beispiels, in welchem Grundprinzipien der erfindungsgemäßen Ausführungsformen geschildert werden. Wie in der FIG. gezeigt, ist die Mittelachse der Kapillare 20 als X-Achse bezeichnet und eine radiale Richtung der Kapillare 20 ist als Y-Achse bezeichnet. Die Kapillare 20 ist bezüglich der X-Achse rotationssymmetrisch und eine innere Oberfläche 20a der Kapillare 20 bildet einen rotierenden Paraboloiden. Ein Durchmesser Φ 2 der eingangsseitigen Endöffnung 22 der Kapillare 20 ist größer als ein Durchmesser F 1 der ausgangsseitigen Endöffnung 21 (Φ 2 > Φ 1) und das scheibenartige Röntgenstrahlblockierelement 23 mit dem gleichen Durchmesser wie der Durchmesser Φ 1 der ausgangsseitigen Endöffnung 21 ist nahe der eingangsseitigen Endöffnung 22 der Kapillare 20 bereitgestellt.
Die eindringenden Röntgenstrahlen parallel zur Mittelachse der Kapillare 20 von der eingangsseitigen Endöffnung 22 (X-Achse) fallen auf die innere Oberfläche 20a der Kapillare 20 mit einem Einfallswinkel θ ein. Falls der Einfallswinkel θ kleiner als ein optimaler Winkel der Totalreflektion θc ist, werden die Röntgenstrahlen auf der inneren Oberfläche 20a der Kapillare 20 total reflektiert und treten aus der ausgangsseitigen Endöffnung 21 aus, um in einem Fokussierpunkt F zu konvergieren. Die Röntgenstrahlen, welche innerhalb des Durchmessers Φ1 eindringen, welche in der Mitte der Mittelachse (X-Achse) liegen, werden durch das Röntgenstrahlblockierelement 23 blockiert. Dadurch werden alle von der eingangsseitigen Endöffnung 22 eindringenden Röntgenstrahlen an der inneren Oberfläche 20a der Kapillare 20 totalreflektiert und treten aus der ausgangsseitigen Endöffnung 21 aus, um in einem Fokussierpunkt F (Position der Probe 13) zu konvergieren. Die Röntgenstrahlen werden zu einem Strahldurchmesser von beispielsweise 1 mm konvergiert. Folglich treten die Röntgenstrahlen nicht direkt aus der ausgangsseitigen Endöffnung 21 aus, ohne an der inneren Oberfläche 20a der Kapillare 20 totalreflektiert zu werden.
Es sei angenommen, dass der Paraboloid der inneren Oberfläche 20a der Kapillare 20 durch y² = 4ax beschrieben wird. Eine Koordinate eines Punktes P2 an der eingangsseitigen Endöffnung ist P2(x², y²) und eine Koordinate eines Punktes P1 an der ausgangsseitigen Endöffnung ist P1 (x1, y1). Zudem ist ein Winkel des Paraboloiden an dem Punkt P1 bezüglich der X-Achse θ und eine Koordinate des Fokussierpunkts F aus dem Paraboloid ist F(a, 0).
Wie in den folgenden Gleichungen gezeigt ist, ist „a“ durch die Gleichung (1) durch Differenzieren von y² = 4ax nach x dargestellt. Da hier y' durch die Gleichung (2) repräsentiert wird, kann y' durch die Gleichung (3) repräsentiert werden. Durch Substituieren der Gleichung (3) in der Gleichung (1) kann „a“ durch die Gleichung (4) repräsentiert werden. Unter der Annahme, dass die Länge (Dimension in der axialen Richtung) der Kapillare 20 L ist, kann y2 durch die Gleichung (5) repräsentiert werden. Eine Entfernung S von der ausgangsseitigen Endöffnung 21 zum Fokussierpunkt F kann durch die Gleichung (6) repräsentiert werden. Eine Röntgenstrahlkonvergenzeffizienz E kann durch die Gleichung (7) repräsentiert werden.
$a = \frac{1}{2} y \cdot y'$
$y' = \frac{d y}{d x}$
$y' = tan θ$
$a = \frac{1}{2} y \cdot tan θ$
$y 2 = {(y 1^{2} + 4 a L)}^{\frac{1}{2}}$
$S = x 1 - a$
$E = \frac{y 2^{2} - y 1^{2}}{y 2^{2}}$
Als nächstes werden die obigen Gleichungen durch die Anwendung bestimmter Werte erklärt. Unter der Annahme, dass die Länge L der Kapillare 20 100 mm beträgt, sind der Durchmesser des Röntgenstrahlblockierelements 23 und der Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung 21 0,6 mm groß. Das bedeutet, dass eine Y-Koordinate y1 an dem Punkt P1 0,3 mm ist und der optimale Winkel der Totalreflektion θc 3 mrad beträgt. Zudem kann der optimale Winkel θc der Totalreflektion entsprechend der Energie von Röntgenstrahlen oder ähnlichem variiert werden. In diesem Fall beträgt die Energie von Röntgenstrahlen beispielsweise ungefähr 10 keV.
Unter den oben beschriebenen Voraussetzungen können die folgenden Werte erhalten werden: a = 0,00045 mm aus der Gleichung (4); xl = 50 mm aus xl = y1²/4a; y2 = 0,52 mm aus der Gleichung (5); S = 50,0 mm, was eine Arbeitsentfernung (WD) darstellt, aus der Gleichung (6); und die Röntgenstrahlkonvergenzeffizienz E = 66,7 % aus der Gleichung (7). Zudem wird bei einer Verwendung in einer Lichtstrahlungsumgebung und einer Luminanz der eindringenden Röntgenstrahlen, die auf 10¹² Photonen/sec/mm2 festgelegt ist, durch ein Verringern des Durchmessers der eingedrungenen Röntgenstrahlen auf 1 mm 7 × 10¹⁷/sec/mm² realisiert werden.
Alternativ wird angenommen, dass die Länge L der Kapillare 20 100 mm beträgt und der Durchmesser der Röntgenstrahlblockiereinrichtung 23 sowie der Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung 21 0,6 mm betragen. Das bedeutet, dass eine Y-Koordinate y1 in dem Punkt P1 0,3 mm und der optimale Winkel der Totalreflektion θc 4 mrad ist. Zudem kann der optimale Winkel der Totalreflektion θc entsprechend der Energie von Röntgenstrahlen und ähnlichem variiert werden. In diesem Fall beträgt die Energie von Röntgenstrahlen z. B. ungefähr 7,5 keV.
Unter den oben beschriebenen Umständen können die folgenden Werte erhalten werden: a = 0,000060 mm aus der Gleichung (4); y2 = 0,574 mm aus der Gleichung (5); S = 37,5 mm, was die Arbeitsentfernung WD darstellt, aus der Gleichung (6), und die Röntgenstrahlkonvergenzeffizienz E = 72,7 % aus der Gleichung (7).
Wie oben beschrieben, ist die Arbeitsentfernung WD von dem Ausgabepunkt zu der Fokusposition kürzer, während die Röntgenstrahlkonvergenzeffizienz verbessert ist, wenn Röntgenstrahlen mit weniger Energie verwendet werden (d. h. der optimale Winkel der Totalreflektion θc ist größer). Andererseits ist die Arbeitsentfernung WD größer, während die Röntgenstrahlkonvergenzeffizienz geringer ist, wenn Röntgenstrahlen mit einer höheren Energie verwendet werden (d. h. der optimale Winkel der Totalreflektion θc ist kleiner). Diese Werte sind lediglich Beispiele und können willkürlich gesetzt werden, um die gewünschte Arbeitsentfernung WD sowie die Röntgenstrahlkonvergenzeffizienz zu erhalten. In jedem Fall kann die Arbeitsentfernung WD ausreichend sichergestellt werden, während die Röntgenstrahlen mit hoher Effizienz auf die Probe konvergiert werden können.
4 ist eine Ansicht einer Form eines Röntgenstrahlblockierelements 23 eines zum Verständnis der vorliegenden Erfindung beitragenden Beispiels. 4(a) zeigt eine Frontalansicht des Röntgenstrahlblockierelements 23 und 4(b) zeigt eine Längsschnittansicht dadurch. Das Röntgenstrahlblockierelement 23 weist drei Stützelemente 233 zum Stützen des Röntgenstrahlblockierelements 23 auf, so dass es sich von einem ringförmigen Element 232 mit im Wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie der Durchmesser der eingangsseitigen Endöffnung 22 (äußerer Durchmesser der Kapillare 20) zum Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements 23 erstreckt. Das ringförmige Element 232 ist an der Kapillare 20 befestigt.
Das ringförmige Element 232, die Stützelemente 233 sowie das Röntgenstrahlblockierelement 23 können integral aus einem Metall geformt sein, welches die Röntgenstrahlen abschirmt, wie z. B. Tantal, Wolfram und Molybdän. Eine Dimension in der axialen Richtung (Dicke) des Röntgenstrahlblockierelements 23 ist so gewählt, dass sie zum Blockieren der Röntgenstrahlen ausreicht. Vorzugsweise sind Bereiche der Stützelemente 233 bezüglich der Röntgenstrahlungseinfallsoberfläche so klein wie möglich, so dass die eindringenden Röntgenstrahlen nicht unterbrochen werden. Zudem können, um eine ausreichende Stützstärke zum Stützen des Röntgenstrahlblockierelements 23 sicherzustellen, die Stützelemente 233 schmale, stabartige Formen aufweisen und so angeordnet sein, dass sie in Winkeln von 120° zueinander um die Mittelachse angeordnet sind. Die Anzahl der Stützelemente 233 ist nicht auf drei beschränkt und zwei, vier oder mehr Elemente können verwendet werden. Jedoch können für die Stärke und die Reduzierung der Röntgenstrahlunterbrechung drei Elemente geeignet sein. Die Form des Röntgenstrahlblockierelements ist nicht auf die der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt und kann andere Formen aufweisen.
[Ausführungsform 2]
5 ist eine Ansicht einer weiteren Form des Röntgenstrahlblockierelements. 5(a) zeigt eine Frontalansicht des Röntgenstrahlblockierelements 24 und 5(b) zeigt eine Längsschnittansicht dessen. Ein Unterschied zur Ausführungsform 1 ist, dass der Durchmesser des Röntgenstrahlblockierelements 24 zur Einfallsseite der Röntgenstrahlung hin verjüngt ist.
Das Röntgenstrahlblockierelement 24 weist drei Stützelemente 243 zum Stützen des Röntgenstrahlblockierelements 24 auf, so dass sie sich von einem ringförmigen Element 242 mit annähernd dem gleichen Durchmesser wie der Durchmesser der eingangsseitigen Endöffnung 22 (dem äußeren Durchmesser der Kapillare 20) zum Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements 24 hin erstreckt. Das ringförmige Element 242 ist an der Kapillare 20 befestigt. In diesem Fall, wenn die eingedrungenen Röntgenstrahlen von der eingangsseitigen Endöffnung 22 an einer seitlichen Oberfläche des Röntgenstrahlblockierelements 24 im Wesentlichen in der axialen Richtung reflektiert werden, werden die Wegrichtungen der eingedrungenen Röntgenstrahlen signifikant verändert und dadurch wird verhindert, dass unnötige, gestreute Röntgenstrahlen, welche an dem Röntgenstrahlblockierelement 24 reflektiert wurden, in die Kapillare 20 eindringen.
[Ausführungsform 2]
6 ist eine Ansicht einer weiteren Form des Röntgenstrahlblockierelements. 6(a) zeigt eine Frontalansicht des Röntgenstrahlblockierelements 25 und 6(b) zeigt eine Längsschnittansicht dessen. Ein Unterschied zur Ausführungsform 1 ist, dass die Röntgenstrahlungseinfallsoberfläche des Röntgenstrahlblockierelements 25 einen Teil einer sphärischen Oberfläche bzw. eine Kugeloberfläche bildet.
Das Röntgenstrahlblockierelement 25 weist drei Stützeinrichtungen 253 zum Stützen des Röntgenstrahlblockierelements 25 auf, so dass sie sich von einem ringförmigen Element 252 mit annähernd dem gleichen Durchmesser wie der Durchmesser der eingangsseitigen Endöffnung 22 (dem äußeren Durchmesser der Kapillare 20) zum Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements 24 hin erstrecken. Das ringförmige Element 252 ist an der Kapillare 20 befestigt. In diesem Fall können die Röntgenstrahlen, welche von der eingangsseitigen Endöffnung 22 eindringen, blockiert werden, ohne an der seitlichen Oberfläche des Röntgenstrahlblockierelements 25 im Wesentlichen in der axialen Richtung reflektiert zu werden. Dadurch können die unnötigen, gestreuten Röntgenstrahlen, welche an dem Röntgenstrahlblockierelement 25 reflektiert werden, daran gehindert werden, in die Kapillare 20 einzudringen.
[Ausführungsform 4]
7 ist eine Ansicht einer weiteren Form des Röntgenstrahlblockierelements. 7(a) zeigt eine Frontalansicht des Röntgenstrahlblockierelements 26 und 7(b) zeigt eine Längsschnittansicht dessen. Ein Unterschied zur Ausführungsform 1 ist, dass das Röntgenstrahlblockierelement 26 als ein sphärischer Körper ausgebildet ist und sphärische Stützelemente 27 anstelle der Stützelemente 233 verwendet sind.
Das Röntgenstrahlblockierelement 26 besteht aus Metall, wie z. B. Tantal, Wolfram oder Molybdän und weist den gleichen Durchmesser wie der Durchmesser Φ1 der ausgangsseitigen Endöffnung 21 auf. Die Befestigungselemente 27 sind sphärische Körper mit kleineren Durchmessern als der Durchmesser des Röntgenstrahlblockierelements 26 und sind so angeordnet, dass sie voneinander in einem festgelegten Abstand in der umlaufenden Richtung der Kapillare 20 beabstandet sind. Dadurch ist das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements 26 auf der Mittelachse der Kapillare 20 angeordnet.
Da die Röntgenstrahlen, welche von der eingangsseitigen Endöffnung 22 eindringen, blockiert werden, ohne an der seitlichen Oberfläche des Röntgenstrahlblockierelements 26 im Wesentlichen in der axialen Richtung reflektiert zu werden, wird verhindert, dass die unnötigen, gestreuten Röntgenstrahlen, welche an dem Röntgenstrahlblockierelement 26 reflektiert werden, in die Kapillare 20 eindringen. Zudem ist es vorteilhaft, dass die Durchmesser der Befestigungselemente 27 so klein wie möglich sind, so dass die eindringenden Röntgenstrahlen nicht unterbrochen werden. Die Befestigungselemente 27 können so angeordnet sein, dass sie in Winkeln von 120° um die Mittelachse zueinander angeordnet sind. Die Anzahl der Befestigungselemente 27 ist nicht auf drei beschränkt und es können somit zwei, vier oder mehrere Elemente verwendet werden.
[Ausführungsform 5]
Die Form des Befestigungselements 27 ist nicht auf die aus der oben beschriebenen Ausführungsform 4 beschränkt und kann eine andere Form aufweisen. 8 ist eine Ansicht einer weiteren Form des Befestigungselements. Insbesondere zeigt die 8(a) eine Frontalansicht der Befestigungselemente 28 und die 8(b) zeigt eine Längsschnittansicht davon. Ein Unterschied zur Ausführungsform 4 ist, dass die Befestigungselemente 28 stabartige Körper anstelle von sphärischen Körpern sind.
Die Befestigungselemente 28 sind voneinander mit einem festgelegten Abstand in der umlaufenden Richtung der Kapillare 20 beabstandet und die stabartigen Körper sind im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung der Kapillare 20 angeordnet. Dadurch ist das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements 26 auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers angeordnet.
Da die von der eingangsseitigen Endöffnung 22 eindringenden Röntgenstrahlen blockiert werden, ohne an der seitlichen Oberfläche des Röntgenstrahlblockierelements 26 im Wesentlichen an der axialen Richtung reflektiert zu werden, kann verhindert werden, dass die unnötigen, gestreuten Röntgenstrahlen, welche an dem Röntgenstrahlblockierelement 26 reflektiert werden, in die Kapillare 20 eindringen. Zudem ist es vorteilhaft, dass eine Dicke des Befestigungselements 28 so dünn wie möglich ist, so dass die eindringenden Röntgenstrahlen nicht unterbrochen werden und die Befestigungselemente 28 so angeordnet werden können, dass sie in Winkeln von 120° um die Mittelachse zueinander stehen. Die Anzahl der Befestigungselemente 28 ist nicht auf drei beschränkt und so können zwei, vier oder mehr Elemente verwendet werden.
[Ausführungsform 6]
Ein Befestigungsverfahren des Röntgenstrahlblockierelements ist nicht auf die aus den Ausführungsformen 1 bis 5 beschränkt und weitere Befestigungsverfahren können ebenfalls verwendet werden. 9 ist eine Ansicht eines weiteren Beispiels einer Befestigung des Röntgenstrahlblockierelements. 9(a) zeigt eine Frontalansicht des Röntgenstrahlkonvergenzelements 2 und 9(b) zeigt eine Längsschnittansicht des Röntgenstrahlkonvergenzelements 2. In diesen FIG. en bezeichnet eine Referenzzahl 30 einen Harzfilm mit einer hohen Röntgenstrahlungsdurchlässigkeit (z. B. PET-Scheibe oder ähnliches). Der Harzfilm 30 ist an die eingangsseitige Endöffnung 22 der Kapillare 20 angeklebt. In einem zentralen Abschnitt des Harzfilms 30 ist ein halbsphärisches Röntgenstrahlblockierelement 29 mit dem gleichen Durchmesser wie der Durchmesser Φ1 der ausgangsseitigen Endöffnung 21 so befestigt, dass es sich aus der eingangsseitigen Endöffnung 22 nach außen wölbt.
Eine Position des Harzfilms 30 kann so eingestellt werden, dass das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements 29 auf einfache Weise auf der Mittelachse der Kapillare 20 angeordnet ist. In diesem Fall können durch eine Verwendung des Harzfilms 30 mit einer hohen Röntgenstrahlungsdurchlässigkeit die Röntgenstrahlen, welche von der eingangsseitigen Endöffnung 22 eindringen, durch das Röntgenstrahlblockierelement 29 blockiert werden, während notwendige Röntgenstrahlen durch den Harzfilm 30 hindurchtreten. Dadurch können mehr Röntgenstrahlen konvergiert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform 6 ist die Struktur, in der das Röntgenstrahlblockierelement 29 angeordnet ist, so, dass es sich von der eingangsseitigen Endöffnung 22 bzgl. des Harzfilms 30 nach außen wölbt, beschrieben, ist jedoch nicht auf diese Struktur beschränkt. Eine Struktur, in welcher das Röntgenstrahlblockierelement 29 so angeordnet ist, dass es sich von der eingangsseitigen Endöffnung 22 bzgl. dem Harzfilm 30 nach innen wölbt, kann ebenso angewendet werden.
Wie oben beschrieben, ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung der Durchmesser Φ2 der eingangsseitigen Endöffnung 22 der Kapillare 20 größer als der Durchmesser Φ1 der ausgangsseitigen Endöffnung 21. Ferner ist das Röntgenstrahlblockierelement so bereitgestellt, dass sein Zentrum auf der Mittelachse der Kapillare 20 angeordnet ist und das Röntgenstrahlblockierelement weist den gleichen Durchmesser wie der Durchmesser Φ1 der ausgangsseitigen Endöffnung, bzgl. der Mittelachse auf. Deshalb treten die eindringenden Röntgenstrahlen nicht direkt aus der ausgangsseitigen Endöffnung 21 aus, ohne an der inneren Oberfläche der Kapillare 20 reflektiert zu werden. Dadurch kann der Durchmesser Φ1 der ausgangsseitigen Endöffnung 21 vergrößert werden und die Arbeitsentfernung von der ausgangsseitigen Endöffnung 21 zur Probe 13 kann ausgedehnt werden. Folglich kann das Röntgenstrahlkonvergenzelement, welches Röntgenstrahlen mit einer hohen Effizienz konvergieren kann, mit einer einfachen Struktur realisiert werden.
Zudem können durch ein Ausdehnen der Arbeitsentfernung des Röntgenstrahlkonvergenzelements Röntgenstrahlen an einer gewünschten Position der Probe abgestrahlt werden, selbst wenn die Probe eine raue Oberfläche aufweist. Dadurch kann ein ausreichend großer Abstrahlwinkel der Fluoreszenzröntgenstrahlen, welche von der Probe abgestrahlt werden, sichergestellt sein. Ferner kann die Probe um einen gewünschten Winkel gedreht oder um eine gewünschte Entfernung bewegt werden. Dadurch kann ein Röntgenstrahlanalysegerät, welches eine Analyse der Probe, die Fluoreszenzröntgenstrahlanalyse und die Röntgenstrahlstreuungsanalyse ausführen kann, ungeachtet der Größe der Probe realisiert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Position des Röntgenstrahlblockierelements auf der Achse der Kapillare nicht auf diese Struktur beschränkt, obwohl die Struktur, in der das Röntgenstrahlblockierelement in der Nähe der eingangsseitigen Endöffnung 22 angeordnet ist, beschrieben wurde. Das Röntgenstrahlblockierelement kann zwischen einer Röntgenstrahlenquelle und der Kapillare angeordnet werden und kann auch in jeglicher Position in der Kapillare angeordnet sein. Z. B. kann die Kapillare an einer Mittelposition in zwei Teile geteilt sein, das Röntgenstrahlblockierelement nahe einer Endöffnung eines Teils der Kapillare angeordnet und die geteilten Teile der Kapillare befestigt sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde die Struktur, in welcher die Röntgenstrahlen parallel zu der Achse der Kapillare 20 von der eingangsseitigen Endöffnung 22 der Kapillare 20 zum Konvergieren der Röntgenstrahlen eindringen, beschrieben. Jedoch kann die innere Oberfläche der Kapillare als ein rotierender Paraboloid bzw. ein Rotationsparaboloid oder ein rotierender Ellipsoid bzw. ein Rotationsellipsoid ausgebildet sein und eine Röntgenstrahlquelle einer Punktquelle ist auf einer Fokusposition angeordnet. Dadurch werden von der Röntgenstrahlquelle eindringende Röntgenstrahlen an der inneren Oberfläche der Kapillare totalreflektiert, um zu parallelen Röntgenstrahlen zu werden, und die parallelen Röntgenstrahlen werden wiederum an der inneren Oberfläche der Kapillare totalreflektiert, um an dem anderen Fokuspunkt zu konvergieren. Zudem ist das Röntgenstrahlblockierelement mit im Wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie der der eingangsseitigen Endöffnung in der Kapillare angeordnet und Röntgenstrahlen, welche direkt von der eingangsseitigen Endöffnung zur ausgangsseitigen Endöffnung verlaufen, werden blockiert.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist eine Anwendung des Röntgenstrahlkonvergenzelements nicht auf dieses Beispiel beschränkt, obwohl das Beispiel, in welchem das Röntgenstrahlkonvergenzelement 2 für das Röntgenstrahlanalysegerät geeignet ist, beschrieben wurde. Z. B. kann es in einem Fotoelektronenmikroskop angewendet werden, in welchem ein konvergierter Röntgenstrahl auf eine Probe abgestrahlt wird und von der Probe abgestrahlte Fotoelektronen gemessen werden. Da der Röntgenstrahl mit einer hohen Effizienz auf den mikroskopischen Fokuspunkt konvergiert werden kann, kann in diesem Fall eine Röntgenstrahlungsdichte erhöht werden und eine Echtzeitbeobachtung der Probe kann mit einer höheren Rate durchgeführt werden, verglichen mit einem herkömmlichen Beobachtungsverfahren. Neben den obigen Anwendungen kann das Röntgenstrahlkonvergenzelement zudem in einem Röntgenbestrahlungsgerät zum Bestrahlen mit Röntgenstrahlen, wie z. B. einer Röntgenstrahllithographie, einem Gerät zum Hervorrufen einer chemischen Reaktion durch die Verwendung von Röntgenstrahlen, sowie eine abstrahlungsseitige Linse eines Röntgenstrahlmikroskops angewendet werden.

Claims

Röntgenstrahlkonvergenzelement (2) mit einem röhrenförmigen Körper (20), wobei Röntgenstrahlen, welche von einer eingangsseitigen Endöffnung (22) eindringen und an einer inneren Oberfläche (20a) des röhrenförmigen Körpers (20) reflektiert werden und die reflektierten Röntgenstrahlen aus einer ausgangsseitigen Endöffnung (21) austreten, während sie konvergiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der eingangsseitigen Endöffnung (22) größer ist als der Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung (21); ein Röntgenstrahlblockierelement (24, 25, 26, 29) bereitgestellt ist mit einem maximalen Durchmesser, der im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der ausgangsseitigen Endöffnung (21) ist und kleiner als der Durchmesser der eingangsseitigen Endöffnung (22) ist; das Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements (24, 25, 26, 29) auf der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers (20) angeordnet ist; und der Durchmesser des Röntgenstrahlblockierelements (24, 25, 26, 29) entlang der Mittelachse des röhrenförmigen Körpers variiert.
Röntgenstrahlkonvergenzelement nach Anspruch 1 mit: einem ringförmigen Element (232, 242, 252), welches nahe der eingangsseitigen Endöffnung (22) befestigt ist; und einer Vielzahl von Stützelementen (233, 243, 253), welche sich von dem ringförmigen Element (232, 242, 252) zum Zentrum des Röntgenstrahlblockierelements (23, 24, 25) erstrecken, um das Röntgenstrahlblockierelement (23, 24, 25) zu stützen.
Röntgenstrahlkonvergenzelement nach Anspruch 2, wobei das Röntgenstrahlblockierelement (24) ein tellerartiger Körper ist, dessen Durchmesser zu der Eingangsseite der Röntgenstrahlen verjüngt ist.
Röntgenstrahlkonvergenzelement nach Anspruch 2, wobei das Röntgenstrahlblockierelement (25) eine Röntgenstrahlungseinfallsoberfläche aufweist, welche ein Teil einer sphärischen Oberfläche ist.
Röntgenstrahlkonvergenzelement nach Anspruch 1, wobei das Röntgenstrahlblockierelement (26) einen sphärischen Körper bildet; mit einer Vielzahl von Befestigungselementen (27, 28) zum Befestigen des Röntgenstrahlblockierelements (26) an dem röhrenförmigen Körper (20) zwischen der inneren Oberfläche (20a) des röhrenförmigen Körpers (20) und einer Oberfläche des Röntgenstrahlblockierelements (26).
Röntgenstrahlkonvergenzelement nach Anspruch 5, wobei die Befestigungselemente (27) sphärische Körper sind, welche so angeordnet sind, dass sie in der umlaufenden Richtung des röhrenförmigen Körpers (20) voneinander beabstandet sind.
Röntgenstrahlkonvergenzelement nach Anspruch 5, wobei die Befestigungselemente (28) in der umlaufenden Richtung des röhrenförmigen Körpers (20) mit einer festgelegten Entfernung voneinander beabstandet sind und stabartige Körper sind, welche im Wesentlichen parallel zueinander in der axialen Richtung des röhrenförmigen Körpers (20) angeordnet sind.
Röntgenstrahlkonvergenzelement nach Anspruch 1, mit einer Röntgenstrahlübertragungsplatte (30) zum Befestigen des Röntgenstrahlblockierelements (29) an der eingangsseitigen Endöffnung (22).
Röntgenstrahlgerät mit einem Röntgenstrahlkonvergenzelement zum Konvergieren von einer Röntgenquelle abgestrahlten Röntgenstrahlen, welche die konvergierten Röntgenstrahlen abstrahlt, gekennzeichnet durch ein Röntgenstrahlkonvergenzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8.