JP2001343511A

JP2001343511A - Ｘ線集光素子及びｘ線集光方法

Info

Publication number: JP2001343511A
Application number: JP2000161402A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Omote; 和彦表
Original assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】細長いブロック状の本体に細長い凹状の溝を
形成して、この溝の内面を回転放物面または回転楕円面
とすることにより、全反射を利用したＸ線集光素子の製
造を容易にし、かつ、集光能力を高める。【解決手段】Ｘ線集光素子１０は、細長い石英ガラス
製の角柱棒のひとつの側面１１に細長い溝１２を加工し
たものである。角柱棒の長さＬは１６０ｍｍ、幅Ｗは１
０ｍｍ、厚さｔは２０ｍｍである。溝１２の内面が反射
面１４であり、この反射面１４の形状は回転放物面の一
部からなる。この反射面１４でＸ線が全反射する。反射
面１４のその長手方向に垂直な断面形状は半円である。
溝１２の内面には銅がコーティングされていて銅層１６
が形成されている。この銅層１６の表面が反射面１４と
なる。銅の特性Ｘ線をこのＸ線集光素子に入射させる
と、銅以外の特性Ｘ線が反射面から発生するのを防ぐこ
とができる。また、銅層１６の代わりにニッケル層を使
うとＣｕＫβ線をカットできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は回転放物面または
回転楕円面からなる反射面でＸ線を全反射させるように
したＸ線集光素子及びＸ線集光方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線の全反射を利用したＸ線集光素子は
広く知られている。そして、反射面の断面形状を放物線
または楕円の形状にすればその断面内においてＸ線が集
光して、Ｘ線集光能力が高まることが知られている。さ
らに、反射面を回転放物面または回転楕円面の形状にす
れば、３次元空間上でＸ線が集光して、Ｘ線集光能力が
さらに高まることが知られている。反射面を回転楕円面
または回転放物面の形状にしたＸ線集光素子としては、
特開昭６３−１９２０００号公報、特開平１−１８５４
９８号公報、特開平８−１０１２９９号公報、特開平１
１−８４０９２号公報などに記載されたものが知られて
いる。ところで、これらの公知技文献のうち、回転楕円
面または回転放物面を備えるＸ線集光素子をどのように
して製作するのかについて、これを具体的に開示したも
のはあまり多くない。

【０００３】特開平８−１０１２９９号公報は、回転楕
円面を備えるＸ線集光素子の具体的な製作方法を開示し
ている。この公知文献では、板状の複数の鏡面体を組み
合わせることで概略回転楕円面を形成しており、具体的
には、各鏡面体に力を加えて変形させることで、全体と
して、回転楕円面に近似した反射面を形成している。

【０００４】また、特開平１１−８４０９２号公報で
は、回転放物面を備えるＸ線集光素子の具体的な製作方
法を開示している。この公知文献では、まず。雌金型の
表面をＮＣ３次元加工機で回転放物面形状に形成してい
る。この雌金型を電気炉に入れて、その表面に、一端を
封じたガラス管を配置し、その後、このガラス管を加熱
・溶融させた状態でガラス管の他端から不活性ガスで均
等加圧して賦形し、次いで、自然冷却している。

【０００５】一方、内面に薄膜を形成した円筒状のＸ線
集光素子としては、特開平２−４２３９８号公報に記載
のものが知られている。このＸ線集光素子はガラス円筒
製であり、その内周面に重原子と軽原子の薄膜を交互に
積層している。内周面の形状は円錐面である。このＸ線
集光器は、その内面において回折や全反射を繰り返すこ
とでＸ線が入口から出口に伝搬するようになっている。
このＸ線集光器を製造するには、ガラス円筒をその軸を
含む平面で２等分して内周面を露出させ、スパッタリン
グ法で積層膜を形成してから、これらを一体化してい
る。なお、このＸ線集光器の内周面の形状としては、円
錐面形状のほかに、回転放物面形状としてもよいことが
記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開平８−１
０１２９９号公報に記載のＸ線集光素子は、複数の板状
の鏡面体をそれぞれ変形させて全体として概略回転楕円
面となるようにしているので、各鏡面体に変形駆動機構
を取り付ける必要があり、構造がきわめて複雑である。

【０００７】また、特開平１１−８４０９２号公報に記
載のＸ線集光素子は、加熱・溶融したガラス管を雌金型
の内周面に不活性ガスの圧力で押し付けることによって
ガラス管の内面に回転放物面を形成している。これによ
ると、ガラス管の外面は金型に接触して回転放物面とな
るが、ガラス管の内面は必ずしもそのような形状になっ
ている保証はない。ガラス管が一様な肉厚であると仮定
すれば、ガラス管の内面も回転放物面になると想定して
いるものである。したがって、ガラス管の肉厚はかなり
薄いものに限定される。ゆえに、このＸ線集光素子の取
り扱いは、破損しないように慎重を要する。また、ガラ
ス管の内面の形状は自由表面であるから、その形状精度
はあまり高くないと推定され、高い集光能力が期待でき
ない。

【０００８】さらに、特開平２−４２３９８号公報に記
載のＸ線集光素子は、ガラス円筒をその軸を含む平面で
２等分してから内周面に積層膜を形成して、そのあとで
両者を一体化している。この方法は、内周面に積層膜を
形成する方法としては、容易に実施できる利点がある。
しかし、この公知文献は、ガラス管の内周面の形状を精
度の良い回転放物面や回転楕円面にするための方法は開
示していない。この公知文献の実施形態では、内周面を
円錐面形状にしたガラス円筒を準備して、これを２等分
して積層膜を形成しているだけであり、内周面を円錐面
形状にしたガラス円筒自体の製造方法については触れて
いない。この公知文献に係るＸ線集光素子は、その内面
においてＸ線が「回折や全反射を繰り返す」ことでＸ線
が入口から出口に伝搬することを意図しているものであ
るから、内周面の形状を精度良く形成することについて
あまり考慮していないようである。したがって、特開平
２−４２３９８号公報を参考にしても、内周面を回転楕
円面または回転放物面の形状にしたＸ線集光素子を容易
に精度良く製造するための有益な情報については得ると
ころがない。

【０００９】この発明の目的は、内周面を回転楕円面ま
たは回転放物面の形状にしたＸ線集光素子を容易にかつ
精度良く製造できるようにした構造を提供することにあ
る。この発明の別の目的は、そのようなＸ線集光素子の
構造において、全反射の能力を高めるようにした工夫を
提供することにある。この発明のさらに別の目的は、こ
のようなＸ線集光素子を用いたＸ線集光方法を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】内周面を回転楕円面また
は回転放物面の形状にした従来のＸ線集光素子は、その
素材として、いずれも、パイプ状（例えば、ガラス管）
または板状のものを用いているが、この発明では、従来
にない発想として、細長いブロック状の材料を利用する
ことにした。この細長いブロック状の本体のひとつの側
面に凹状の溝を形成して、この溝の内面をＸ線の全反射
面としたものである。そして、この反射面の形状を回転
放物面または回転楕円面の一部からなるようにしてい
る。このようにすることで、回転放物面または回転楕円
面の加工が容易になり、構造が簡単で、反射面の形状精
度が高くて、かつ、集光能力の高いＸ線集光素子を得る
ことができる。反射面のその長手方向に垂直な断面形状
は半円、または、半円よりも円周角が小さい円弧とする
ことができる。

【００１１】さらに、反射面の表面にはＸ線発生装置の
ターゲットの材質と特定の関係にある金属層を形成する
のが好ましい。具体的には、ターゲットの材質と同じ材
質の金属層を形成するか、あるいは、ターゲットを構成
する元素よりも原子番号が一つまたは二つだけ小さい元
素の金属層を形成するのが好ましい。ターゲットの材質
と同じ材質の金属層を形成すると、全反射の臨界角が大
きくなり、かつ、臨界角近傍まで高い反射率を得ること
ができ、さらに、ターゲットの特性Ｘ線以外の特性Ｘ線
が反射面から発生するのを防ぐことができる。この方法
によれば、例えば、銅のターゲットを使う場合は銅層を
反射面に形成することになり、モリブデンのターゲット
を使う場合はモリブデン層を反射面に形成することにな
る。

【００１２】また、反射面の表面にターゲットを構成す
る元素よりも原子番号が一つまたは二つ小さい元素の金
属層を形成することも有効である。こうすると、ターゲ
ットから発生する特性Ｘ線のうちのＫα線だけを効率良
く反射する一方で、Ｋβ線は金属層に吸収させることで
その反射強度を減らすことができる。この方法によれ
ば、Ｘ線集光素子で全反射させることでＫα線だけを選
択的に取り出すことが可能になる。実際には、Ｋβ線を
減らすことについて、ターゲットの材質と反射面の材質
との実用的な組み合わせが存在し、銅のターゲットを使
う場合はニッケル層（ターゲットよりも原子番号が一つ
小さい）を反射面に形成するのが最適である。また、モ
リブデンのターゲットを使う場合は、Ｋβ線を減らすた
めに、原理的にはニオブ層（ターゲットよりも原子番号
が一つ小さい）とジルコニウム層（ターゲットよりも原
子番号が二つ小さい）とを使うことが可能であるが、反
射面の形成のし易さなどの実用性からジルコニウム層が
最適である。

【００１３】Ｘ線発生装置のターゲットの材質として一
般に使われているのは、銅またはモリブデンが大半であ
るから、以上のような観点からは、Ｘ線集光素子の反射
面に形成する金属層としては、銅、ニッケル、モリブデ
ン及びジルコニウムのいずれかとするのが最適である。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、この発明のひとつの実施
形態を示す斜視図である。このＸ線集光素子１０は、細
長い石英ガラス製の角柱棒のひとつの側面１１に細長い
溝１２を加工したものである。石英ガラスは、金属に比
べて、その表面がなめらかになるので、全反射用のＸ線
集光素子の素材として優れている。角柱棒の長さＬは１
６０ｍｍ、幅Ｗは１０ｍｍ、厚さｔは２０ｍｍである。
厚さｔを２０ｍｍと厚くしているのは、溝１２を加工し
たときに加工歪によって溝の内面（反射面となる）の曲
率が変化するのを防ぐためである。溝１２の内面が反射
面１４であり、この反射面１４の形状は回転放物面の一
部からなる。この回転放物面の形状については後述す
る。この反射面１４でＸ線が全反射する。ブロック状の
石英ガラスの側面に回転放物面の形状をした溝を加工す
ることは可能である。具体的には、（１）第１段階とし
て、半径の異なる複数の円板状の加工工具を並べて回転
させることで溝を加工していき、加工が進むにつれて、
半径の異なる加工治具に交換する。加工工具の半径の違
いから溝には段差が生じる。（２）第２段階として、半
径の異なる複数の球面状の加工工具を回転させること
で、上述の段差を無くすように溝を加工していき、回転
放物面となるように精密に加工する。これらの作業で
は、レーザ光等で形状を確認しながら、慎重に作業を進
めていく。

【００１５】図２（ａ）は図１のＸ線集光素子１０をそ
の長手方向から見た正面図である。反射面１４のその長
手方向に垂直な断面形状は半円である。溝１２の内面に
は銅がコーティングされていて銅層１６が形成されてい
る。この銅層１６の表面が反射面１４となる。銅層１６
は例えば真空蒸着により１００ｎｍの膜厚になるように
堆積している。

【００１６】図１において、Ｘ線集光素子１０の左側の
端部における反射面１４の半円の半径は３．６７ｍｍで
あり、一方、右側の端部における半円の半径は２．７８
ｍｍである。したがって、左側から右側に向かって半円
の半径は徐々に小さくなっていく。正面から見た図２
（ａ）では、半径が徐々に小さくなっていく反射面１４
が見えている。

【００１７】図２（ｂ）はＸ線ビームが正面方向から入
射した状態を示す拡大正面図である。斜線の領域１８が
Ｘ線ビームの照射断面であり、この図では、照射断面の
寸法は１ｍｍ×１ｍｍである。反射面１４がこの領域１
８に重なるように、Ｘ線ビームに対してＸ線集光素子の
位置を調整することになる。

【００１８】図２（ｃ）はＸ線ビームの照射断面の寸法
を１ｍｍ×１０ｍｍにした状態を示す拡大正面図であ
る。この場合は、縦長の照射領域２０となり、反射面１
４がこの照射領域２０にできるだけ多く重なるようにＸ
線集光素子を位置調整する。

【００１９】図３はＸ線集光素子１０の反射面１４の形
状を説明する説明図である。図に示すようなＸＹ座標軸
を考えて、ＸＹ平面上に図のような放物線２２を設定す
る。この放物線２２は焦点ＦがＸＹ座標軸の原点にあ
る。放物線２２の頂点（図３の右端）の座標は、ｘ＝マ
イナスｐ／２、ｙ＝０（ゼロ）である。このようにｐを
定義すると、この実施形態ではｐ＝０．０１８ｍｍであ
る。したがって、この放物線２２は実際には極めて偏平
な形状をしている。反射面１４はこの放物線２２をＸ軸
の回りに回転したときにできる回転放物面の一部で構成
されている。焦点ＦからＸ線集光素子１０までの最短距
離ｄは２１５ｍｍであり、Ｘ線集光素子１０の長さＬは
１６０ｍｍである。Ｘ線集光素子１０の側面１１（溝を
形成してある面）とＸ軸とは同一の平面（紙面に垂直な
平面）上に位置している。

【００２０】このＸ線集光素子１０に対して図３の左側
から平行Ｘ線ビーム２４がＸ軸に平行に反射面１４に入
射すると、反射面１４で全反射して、その反射Ｘ線２６
は焦点Ｆに集光する。Ｘ軸に対する反射Ｘ線２６のなす
角度は、入射Ｘ線２４に対する反射Ｘ線２６のなす角度
２θに等しい。反射面１４のどの位置に入射Ｘ線２４が
当たっても、入射Ｘ線が反射面１４となす角度θは常に
全反射の臨界角以下になり、全反射する。そして、その
反射Ｘ線２６は常に焦点Ｆに集光する。したがって、図
３の左側に、平行Ｘ線ビームを出射するＸ線源を配置
し、焦点Ｆの位置に試料を配置すれば、試料上の微小領
域にＸ線が集光する。

【００２１】上述の平行Ｘ線ビーム２４を得るには、例
えば、Ｘ線管の焦点から出射されたＸ線ビームを放物面
多層膜モノクロメータ（例えば、特開平１１−２８７７
７３号公報に開示されているもの）で反射させればよ
い。

【００２２】図５は反射面１４でＸ線が全反射する状況
を示す拡大図である。入射Ｘ線２４は反射面１４に対し
て入射角θで入射する。入射角θが全反射の臨界角θｃ
よりも小さいときにＸ線は全反射することになり、その
とき、反射Ｘ線２６は反射面１４に対して角度θをなし
て出ていく。銅層からなる反射面１４にＣｕＫα線を入
射させた場合の全反射臨界角θｃは約０．４度である。
したがって、反射面１４に対する入射Ｘ線２４の入射角
θが０．４度以下になるように、このＸ線集光素子は設
計されている。この実施形態では、Ｘ線集光素子１０と
入射Ｘ線２４とが図３に示すような位置関係にあるとき
に、Ｘ線集光素子１０の長手方向の中点において、入射
角θ＝０．３１６度となる。この入射角θの値はＸ線集
光素子の長手方向に沿って変化する。図３の左端ではθ
＝０．２８１度であり、右方向にいくにつれてθが大き
くなっていって、右端ではθ＝０．３７１度である。

【００２３】次の表１は、Ｘ線集光素子１０の反射面１
４のＸＹ平面上でのｘｙ座標（ｍｍ）と、その位置にお
ける反射面の曲率半径ｒ（ｍｍ）と、設計上のＸ線入射
角θ（度）を示している。この表１から分かるように、
反射面上のすべての地点において、入射角θが上述の全
反射臨界角θｃ（約０．４度）よりも小さくなってい
る。

【００２４】

【表１】

【００２５】図４はＸ線集光素子１０と焦点Ｆの間にコ
リメータ２８を配置した状態を示す断面図である。Ｘ線
集光素子１０で全反射したＸ線はコリメータ２８の先端
の孔３０を通過して焦点Ｆに集光する。孔３０の内径
は、例えば、０．２ｍｍ、０．１ｍｍ、０．０５ｍｍの
ものを準備しておいて、そのいずれかを選択できるよう
にする。試料上の集光領域を非常に狭くしたければ、小
さい孔径のコリメータを使うことになる。この孔３０は
Ｘ線集光素子１０で全反射したＸ線だけが通過するよう
な位置に配置されている。したがって、試料上において
焦点Ｆ以外の地点にＸ線が照射されることがない。この
実施形態では、反射Ｘ線２６の発散角αは約０．１８度
である。焦点Ｆ上のＸ線照射サイズは入射Ｘ線の平行度
に依存する。例えば、入射Ｘ線の平行度が１００分の５
度の場合は、Ｘ線照射サイズは０．２ｍｍ程度である。
平行度が１００分の１度の場合は、Ｘ線照射サイズは
０．０４ｍｍ程度である。このＸ線集光素子を使うと試
料上のＸ線強度が飛躍的に増加する。Ｘ線集光素子を使
わないで平行Ｘ線ビーム２４を単にコリメータで絞って
試料上の直径０．２ｍｍ程度の領域にＸ線を照射した場
合のＸ線強度と比較して、このＸ線集光素子を使って試
料上にＸ線を照射した場合のＸ線強度は１００倍くらい
になる。したがって、このＸ線集光素子のゲインは約１
００である。

【００２６】次に、Ｘ線集光素子１０の反射面に銅層１
６を設けた効果を説明する。図７はＸ線が反射面で全反
射するときの反射率を示すグラフである。横軸は反射面
に入射するＸ線の入射角θであり、縦軸は反射率であ
る。ここで、反射率とは、入射Ｘ線の強度に対する反射
Ｘ線の強度の比率である。このグラフは、入射Ｘ線がＣ
ｕＫα線であるときの反射率を示しているが、この反射
率の値は、反射面の材質に依存する。一番左側の曲線３
２は反射面が石英ガラス（ＳｉＯ₂）のときの反射率で
あり、中央の曲線３４は反射面が銅（Ｃｕ）、右側の曲
線３６は反射面が金（Ａｕ）の場合の反射率である。

【００２７】図７の曲線３４で示すように、銅の全反射
の臨界角θｃは約０．４度である。そして、反射面が銅
の場合には、臨界角θｃの付近で反射率の変化が急峻に
なる。すなわち、臨界角θｃの近くまで反射率が１に近
い。これに対して、Ｘ線集光素子の本体の材質である石
英ガラスで反射する場合は、図７の曲線３２のようにな
り、このときの全反射の臨界角は約０．２度となる。こ
の値は、銅の場合の臨界角よりもずっと小さい。したが
って、石英ガラス上に銅層を形成することによって、全
反射の臨界角が大きくなり、全反射可能な入射角範囲を
広くとることができる。反射面の材質を銅にするために
は、Ｘ線集光素子の全体を最初から銅で作ることも考え
られるが、そうすると、溝を加工したときの反射面の粗
さが目立ち、石英ガラスのような滑らかな反射面が得ら
れない。これに対して、この実施形態のように、石英ガ
ラスの滑らかな反射面の上に、銅層をスパッタリング
法、蒸着法などの薄膜形成法で形成すると、より滑らか
な反射面が得られる。

【００２８】ところで、図７に示すように、金の反射面
（曲線３６）の場合は、全反射の臨界角は約０．５度と
なり、銅よりも臨界角が大きくなる。ただし、吸収効果
によって曲線の肩がなまっており、臨界角よりも小さい
入射角のところから反射率が低下していく。したがっ
て、金の反射面の場合、必要な特性Ｘ線を全反射させ、
不要な白色Ｘ線はカットする、という効果は、銅の場合
よりも劣る。

【００２９】また、特定の元素に起因する特性Ｘ線をＸ
線集光素子の入射Ｘ線として使う場合において、Ｘ線集
光素子の反射面の材質を、上述の特定の元素と同じ材質
にすれば、反射面の材質に起因する特性Ｘ線が反射面で
生じたとしても、入射Ｘ線と同じ特性Ｘ線となるのでノ
イズにはならない。

【００３０】したがって、Ｘ線発生装置のターゲットの
材質とＸ線集光素子の反射面の材質を同じにすれば、Ｘ
線集光素子の反射面での反射率を大きくできて、かつ、
ノイズとなる特性Ｘ線が反射面において生じないという
利点がある。この実施形態のＸ線集光素子は、入射Ｘ線
としてＣｕＫα線を使うことを想定しているので、反射
面に銅層を形成しており、これによって、上述のような
利点が期待できる。Ｘ線分析装置では、Ｘ線源として銅
の特性Ｘ線を使う（Ｘ線発生装置のターゲットの材質を
銅にする）ことが一般的であるから、反射面に銅層を形
成したＸ線集光素子を標準的に準備することは意味があ
る。また、Ｘ線源としてモリブデンの特性Ｘ線を使うこ
ともよく行われているが、その場合は、反射面にモリブ
デン層を形成したＸ線集光素子が有効である。

【００３１】以上の実施形態では、Ｘ線発生装置のター
ゲットと同じ材質の金属層を反射面に形成しているが、
Ｋβ線をカットするという観点からは、ターゲットを構
成する元素よりも原子番号の一つまたは二つ小さい元素
の金属層を反射面に形成してもよい。以下に、この実施
形態を説明する。Ｘ線発生装置のターゲットの材質を銅
（原子番号は２９）にした場合、それよりも原子番号の
一つ小さいニッケル（原子番号２８）の層をＸ線集光素
子の反射面に形成することがＫβ線をカットするのに有
効である。図９は銅の特性Ｘ線ＣｕＫαとＣｕＫβがニ
ッケル層で全反射するときの反射率のグラフである。Ｃ
ｕＫαは入射角θ＝０．４度付近で反射率が急峻に変化
している。これに対して、ＣｕＫβは、ＣｕＫαと比較
してＮｉ層に吸収されやすいので、上述の全反射の臨界
角（約０．４度）よりもかなり小さい入射角から反射率
が大きく低下していく。したがって、ニッケル層の反射
面を有するＸ線集光素子に銅の特性Ｘ線を入射すると、
ＣｕＫβをカットして、ほぼＣｕＫαだけを取り出すこ
とができる。試料に対してできるだけ単色性の高い（す
なわち、波長分散の小さい）Ｘ線を照射することが必要
なＸ線分析においては、このようにＣｕＫβをカットす
ることは非常に有効であり、そのような場合に、ニッケ
ル層を形成したＸ線集光素子が役に立つ。なお、図９の
ＣｕＫα線の反射率のグラフは、図７の銅層の場合の曲
線３４とほぼ同じである。

【００３２】また、Ｘ線発生装置のターゲットの材質と
してモリブデン（原子番号は４２）を使う場合は、Ｋβ
線をカットする観点からは、ターゲットよりも原子番号
の二つ小さいジルコニウム（原子番号は４０）をＸ線集
光素子の反射面の材質とするのが最適である。

【００３３】次に、回転放物面の代わりに回転楕円面を
使ったＸ線集光素子の実施形態を説明する。図６は反射
面の形状を回転楕円面にしたＸ線集光素子の形状を説明
する説明図である。ＸＹ平面において図のような楕円３
８を設定する。この楕円３８は二つの焦点Ｆ１、Ｆ２が
Ｘ軸上にあり、一方の焦点Ｆ１がＸＹ座標軸の原点にあ
り、他方の焦点Ｆ２はｘ＝Ｄ、ｙ＝０（ゼロ）の座標位
置にある。楕円３８とその長軸（Ｘ軸）とが交わる二つ
の交点をＣ１、Ｃ２とすると、一方の交点Ｃ１の座標は
ｘ＝マイナスｐ／２、ｙ＝０（ゼロ）であり、他方の交
点Ｃ２の座標はｘ＝Ｄ＋(ｐ／２)、ｙ＝０（ゼロ）であ
る。このようにＤとｐを定義すると、この実施形態では
ｐ＝０．０１２５ｍｍ、Ｄ＝７００ｍｍである。したが
って、この楕円３８は実際には極めて偏平な形状をして
いる。

【００３４】反射面４０はこの楕円３８をＸ軸の回りに
回転したときにできる回転楕円面の一部で構成されてい
る。第１焦点Ｆ１からＸ線集光素子４２までの最短距離
ｄ１は２１５ｍｍであり、Ｘ線集光素子１０の長さＬは
１６０ｍｍであり、第２焦点Ｆ２からＸ線集光素子４２
までの最短距離ｄ２は３２５ｍｍである。このＸ線集光
素子も、見かけは、図１のＸ線集光素子とほぼ同じであ
り、細長いブロック状の石英ガラスの本体のひとつの側
面に溝を形成したものである。そして、この溝の内周面
が回転楕円面の一部で構成されており、その表面には銅
層が形成されている。

【００３５】図６において、Ｘ線集光素子４２の側面４
３（溝を形成してある面）とＸ軸は同一の平面（紙面に
垂直な平面）上に位置している。第１焦点Ｆ１の位置に
Ｘ線源を配置すると、Ｘ線源から出たＸ線４４は、Ｘ線
集光素子４２の反射面４０で全反射して、その反射Ｘ線
４６は第２焦点Ｆ２に集光する。したがって、第２焦点
Ｆ２の位置に試料を配置すれば、試料上の微小領域にＸ
線が集光する。

【００３６】次の表２は、Ｘ線集光素子４２の反射面４
０のＸＹ平面上でのｘｙ座標（ｍｍ）と、その位置にお
ける反射面の曲率半径ｒ（ｍｍ）と、設計上のＸ線入射
角θ（度）を示している。この場合も、反射面上のすべ
ての地点において、入射角θが上述の銅層の全反射臨界
角θｃ（約０．４度）よりも小さくなっている。

【００３７】

【表２】

【００３８】次に、この発明のＸ線集光素子を二つ組み
合わせて使う例を説明する。図８（ａ）は図２（ａ）に
示すＸ線集光素子を二つ向かい合わせて組み合わせた状
態を示す正面図である。二つのＸ線集光素子１０ａ、１
０ｂは、その反射面１４ａ、１４ｂが互いに向かい合う
ように組み合わされている。図２（ｂ）は反射面の付近
を示す拡大図である。入射Ｘ線ビームの照射領域４８が
このように大きい場合には、二つのＸ線集光素子１０
ａ、１０ｂを組み合わせることで、全反射するＸ線を増
やすことができて、これによりＸ線強度をかせぐことが
できる。この場合は、図１０に示すように、Ｘ線集光素
子１０ａ、１０ｂの出口側に、コリメータ５４と共に、
ダイレクト・ビーム・ストッパ５０を配置する。これに
より、反射面１４ａ、１４ｂを経由しないＸ線が焦点Ｆ
に到達するのを防ぐことができる。

【００３９】この発明は上述の形態に限定されず、次の
ような変更が可能である。図２（ｂ）において、反射面
１４のその長手方向に垂直な断面形状は半円になってい
るが、Ｘ線集光素子の側面１１の位置を一点鎖線５０の
位置にすることもできる。こうすると、反射面１４のそ
の長手方向に垂直な断面形状は半円よりも中心角の小さ
い円弧になる。半円の中心角は１８０度であり、図２
（ｂ）の一点鎖線５０の位置を側面１１の位置にする
と、そのときの反射面１４の断面の円弧形状の中心角
は、長手方向の位置によっても変化するが、約１００〜
１３０度になる。

【００４０】

【発明の効果】この発明のＸ線集光素子は、細長いブロ
ック状の本体に細長い凹状の溝を形成して、この溝の内
面を回転放物面または回転楕円面の一部として、これを
Ｘ線の全反射面としたので、加工が容易で、形状精度が
高くて、構造が簡単で、かつ、集光能力が高い。また、
反射面の表面に特定の金属層を形成することで、全反射
の臨界角を大きくしたり、目的の特性Ｘ線だけを取り出
せるようにしたりできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のひとつの実施形態を示す斜視図であ
る。

【図２】図１のＸ線集光素子の正面図である。

【図３】Ｘ線集光素子の反射面の形状を説明する説明図
である。

【図４】Ｘ線集光素子と焦点の間にコリメータを配置し
た状態を示す断面図である。

【図５】反射面でＸ線が全反射する状況を示す拡大図で
ある。

【図６】反射面を回転楕円面にした実施形態の形状を説
明する説明図である。

【図７】Ｘ線が反射面で全反射するときの反射率を示す
グラフである。

【図８】Ｘ線集光素子を二つ向かい合わせて組み合わせ
た状態を示す正面図である。

【図９】ニッケル層で銅の特性Ｘ線が反射するときの反
射率を示すグラフである。

【図１０】図８に示す実施形態を光軸に沿った平面で切
断した断面図である。

【符号の説明】

１０Ｘ線集光素子１１側面１２溝１４反射面１６銅層２２放物線２４入射Ｘ線２６反射Ｘ線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線を全反射させる集光素子において、
細長いブロック状の本体に、細長い凹状の溝が形成され
ていて、この溝の内面がＸ線の反射面であり、この反射
面が回転放物面または回転楕円面の一部からなることを
特徴とするＸ線集光素子。
【請求項２】請求項１に記載のＸ線集光素子におい
て、前記反射面の表面に、銅、ニッケル、モリブデン及
びジルコニウムのいずれかの層が形成されていることを
特徴とするＸ線集光素子。
【請求項３】請求項１または２に記載のＸ線集光素子
において、前記反射面のその長手方向に垂直な断面形状
が半円であることを特徴とするＸ線集光素子。
【請求項４】請求項１または２に記載のＸ線集光素子
において、前記反射面のその長手方向に垂直な断面形状
が半円よりも中心角が小さい円弧であることを特徴とす
るＸ線集光素子。
【請求項５】Ｘ線集光素子の反射面でＸ線を全反射さ
せてＸ線を集光するＸ線集光方法において、次の特徴を
有するＸ線集光方法。（ａ）前記Ｘ線集光素子は、細長いブロック状の本体
に、細長い凹状の溝が形成されていて、この溝の内面が
Ｘ線の反射面であり、この反射面が回転放物面または回
転楕円面の一部からなる。（ｂ）前記反射面の表面に特定元素の金属の層が形成さ
れていて、前記特定元素は、集光するＸ線を発生するＸ
線発生装置のターゲットを構成する元素に等しくなって
いる。
【請求項６】Ｘ線集光素子の反射面でＸ線を全反射さ
せてＸ線を集光するＸ線集光方法において、次の特徴を
有するＸ線集光方法。（ａ）前記Ｘ線集光素子は、細長いブロック状の本体
に、細長い凹状の溝が形成されていて、この溝の内面が
Ｘ線の反射面であり、この反射面が回転放物面または回
転楕円面の一部からなる。（ｂ）前記Ｘ線集光素子に入射するＸ線は銅の特性Ｘ線
を含んでおり、前記Ｘ線集光素子の反射面にはニッケル
層が形成されている。
【請求項７】Ｘ線集光素子の反射面でＸ線を全反射さ
せてＸ線を集光するＸ線集光方法において、次の特徴を
有するＸ線集光方法。（ａ）前記Ｘ線集光素子は、細長いブロック状の本体
に、細長い凹状の溝が形成されていて、この溝の内面が
Ｘ線の反射面であり、この反射面が回転放物面または回
転楕円面の一部からなる。（ｂ）前記Ｘ線集光素子に入射するＸ線はモリブデンの
特性Ｘ線を含んでおり、前記Ｘ線集光素子の反射面には
ジルコニウム層が形成されている。