JP2006085927A

JP2006085927A - Ｘ線管およびそれを用いた全反射蛍光ｘ線分析装置

Info

Publication number: JP2006085927A
Application number: JP2004266763A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shoji; 孝庄司
Original assignee: Rigaku Industrial Corp
Current assignee: Rigaku Corp
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】実用的な寸法形状で、十分に強度の大きい軟Ｘ線を取り出せる横型Ｘ線管などを提供する。
【解決手段】筒状の筐体4 内にその軸方向Y に並ぶフィラメント2 とターゲット3 を有し、陰極であるフィラメント2 から放射した熱電子e_tを陽極であるターゲット3 に衝突させて、そのターゲット3 から筐体の側壁4aに向かうＸ線B を窓7 を介して出射する横型のＸ線管1 であって、筐体の側壁4aから外方向X に突出する筒状で非磁性体の突出部8 を有し、その突出部8 の先端部に前記窓7 が設けられており、突出部の側壁8aを外側から挟むように磁石10A,10B を有することにより、突出部8 を含む空間に磁場を形成して、ターゲット3 からの散乱電子e を窓7 へ到達しないように偏向させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆる横型Ｘ線管およびそれを用いた全反射蛍光Ｘ線分析装置に関する。

従来、全反射蛍光Ｘ線分析装置では、試料表面に微小な入射角度で１次Ｘ線を入射させ、発生する蛍光Ｘ線の強度を測定するが、細い線状または薄い帯状の１次Ｘ線を試料に照射するために、横型Ｘ線管をＸ線源に用いる。この横型Ｘ線管は、筒状の筐体内にその軸方向に並ぶフィラメントとターゲットを有し、陰極であるフィラメントから放射した熱電子を陽極であるターゲットに衝突させて、そのターゲットから発生して筐体の側壁に向かうＸ線を筐体外へ出射するＸ線管であるが、筐体内の真空を保持しつつＸ線を透過させるために、例えばベリリウム板からなる窓が側壁に設けられている。Ｘ線透過のためには窓は薄い方がよいが、薄すぎると機械的強度が不足し、ターゲットからの散乱電子により損傷を受けて内部の真空保持に支障をきたす。

このような横型Ｘ線管において、Ａl やＮa の蛍光Ｘ線の励起に有効な軟Ｘ線（例えばＷ−Ｍα線）を取り出すべく、図４に示すように、筐体４の側壁４ａから外方向Ｘに突出する筒状の突出部８を形成し、その突出部８の先端部に窓７を設けたものがある（特願２００３−４３２１９３号）。この構成によれば、側壁４ａに設けられる場合よりも窓７がターゲット３から遠ざかるのでターゲット３からの散乱電子ｅの影響を受けにくくなり、その分薄くできるので、窓７による減衰を小さくして軟Ｘ線Ｂを取り出すことが可能になる。

しかし、この構成では、窓７をより薄くしてより強度の大きい軟Ｘ線Ｂを取り出すためには、先端部に窓７を設けた突出部８をより長く側壁４ａから突出させることになるが、全反射蛍光Ｘ線分析装置に組み込むには、そのような形状のＸ線管は実用的でない。

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、実用的な寸法形状で、十分に強度の大きい軟Ｘ線を取り出せる横型Ｘ線管およびそれを用いた全反射蛍光Ｘ線分析装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の第１構成は、まず、筒状の筐体内にその軸方向に並ぶフィラメントとターゲットを有し、陰極である前記フィラメントから放射した熱電子を陽極である前記ターゲットに衝突させて、そのターゲットから発生して前記筐体の側壁に向かうＸ線を窓を介して出射する横型のＸ線管である。そして、前記筐体の側壁から外方向に突出する筒状の突出部を有し、その突出部の先端部に前記窓が設けられている。さらに、前記突出部の側壁を外側から挟むように磁石または電極を有するとともに、前記突出部が非磁性体であることにより、前記突出部を含む空間に磁場または電場を形成して、前記ターゲットからの散乱電子が前記窓へ到達しないように偏向させる。

第１構成のＸ線管では、突出部の側壁を外側から挟むように磁石または電極を設けることにより、ターゲットからの散乱電子を窓へ到達しないように偏向させるので、突出部をさらに突出させることなく、窓を薄くでき、実用的な寸法形状で、十分に強度の大きい軟Ｘ線を取り出せる。

本発明の第２構成は、前記第１構成のＸ線管から出射されたＸ線を直接にまたは単色化して、試料表面に微小な入射角度で入射させ、発生する蛍光Ｘ線の強度を測定する全反射蛍光Ｘ線分析装置である。第２構成の装置によれば、十分に強度の大きい軟Ｘ線を１次Ｘ線として試料に照射できるので、Ａl やＮa などの軽元素についてより高感度で全反射蛍光Ｘ線分析を行える。

以下、本発明の第１実施形態のＸ線管について、図にしたがって説明する。このＸ線管は、図１に示すように、まず、例えば円筒状の筐体４内にその軸方向Ｙに並ぶフィラメント２とターゲット３を有し、陰極であるフィラメント２から放射した熱電子ｅ_ｔを陽極（接地）であるターゲット３に衝突させて、そのターゲット３から発生して筐体４の側壁４ａに向かうＸ線Ｂをベリリウム板である窓７を介して出射する横型のＸ線管１である。そして、このＸ線管１は、筐体４の側壁４ａから外方向Ｘに突出する、例えば円筒状の突出部８を有し、その突出部８の先端部を塞ぐように前記窓７が設けられ、突出部８の内部で窓７の手前には、出射するＸ線を絞るためのスリットをもつ絞り９が設けられている。

さらに、このＸ線管１は、突出部８の側壁８ａを外側から（図１では上下から）挟むように１対の磁石１０Ａ，１０Ｂを有するとともに、突出部８が、銅や非磁性ステンレスなどの非磁性体（常磁性体）であることにより、突出部８を含む空間に磁場を形成して、ターゲット３からの散乱電子ｅが窓７へ到達しないように偏向させる。磁石１０Ａ，１０Ｂは、永久磁石であることが簡便で好ましいが、電磁石でもよく、また、磁石の代わりに１対の電極を有して突出部８を含む空間に電場を形成し、ターゲット３からの散乱電子ｅが窓７へ到達しないように偏向させてもよい。なお、磁石や電極は、１対に限定されない。

具体的にどのような磁場を形成すればよいかは、以下のように算出できる。図２に示すように、幅ｌ（エルの小文字）で紙面に直交する方向に強さＨの磁場（ハッチングの部分）が形成されており、紙面右方向に速さｖで質量ｍ、電荷−ｅの電子ｅが磁場に入ったとすると、電子の紙面上方向への偏向量Ｌは、次式（１）で表される。

Ｌ＝ｅＨｌ^２／ｍｖｃ …（１）

ここで、ｃは光速である。また、電子のエネルギーをＥとすると、速さｖは次式（２）で表される。

ｖ＝（Ｅ^２−（ｍ_０ｃ^２）^２）^１／２ｃ／Ｅ …（２）

ここで、ｍ_０は電子の静止質量である。ターゲットから発生した電子の最大運動エネルギーをＸ線管の電圧５０ｋＶにほぼ等しいとして（仕事関数＜＜５０ｋＶ）、この電子の窓の位置での偏向量Ｌを２ｃｍよりも大きくするための磁場の強さＨは、以下のように求められる。ただし、磁場の強さＨは、５ｃｍの幅ｌの範囲で一様とし、ｍ_０ｃ^２＝５１１ｋeVとする。まず、電子のエネルギーＥが求められる。

Ｅ＝５１１ｋeV＋５０ｋeV＝５６１ｋeV

すると、式（２）から、ｖ＝０．４１３ｃ、となり、さらに式（１）から、

Ｌ＝ｅＨｌ^２／０．４１３ｍｃ^２＝２５ｅＨ／０．４１３×５６１、となるので、Ｌ＞２ｃｍとするには、

Ｈ＞２×０．４１３×５６１／２５ｅ（［ｋeV］［ｃｍ］／［ｅｍｓ］［ｅ］）、換算すると、

Ｈ＞６１．８（ガウス）、となる。つまり、図１において、ターゲット３から窓７に向かう空間に、その方向に直交する向きで強さ約６２ガウスの磁場を５ｃｍの幅で形成するように磁石１０Ａ，１０Ｂを配置することで、管電圧５０ｋＶの場合の散乱電子ｅを２ｃｍよりも大きく偏向させることができる。

このように、第１実施形態のＸ線管１では、突出部８の側壁８ａを外側から挟むように磁石または電極１０Ａ，１０Ｂを設けることにより、ターゲット３からの散乱電子ｅを窓７へ到達しないように偏向させるので、窓７が散乱電子ｅによる損傷を受けるおそれがない。したがって、突出部８をさらに突出させることなく、窓７を例えば１００μｍ以下に薄くでき、実用的な寸法形状で、十分に強度の大きい軟Ｘ線Ｂ（例えばタングステンであるターゲット３からのＷ−Ｍα線）を取り出せる。

次に、本発明の第２実施形態の全反射蛍光Ｘ線分析装置について説明する。この装置は、図３に示すように、前記第１実施形態のＸ線管１から出射されたＸ線Ｂを分光素子２２で単色化して１次Ｘ線Ｂ１とし、試料台２１に載置された試料Ｓの表面に例えば０．０５度程度の微小な入射角度α（図示と理解の容易のため、図３では誇大に表す）で入射させ、発生する蛍光Ｘ線Ｂ２の強度をＳＳＤなどの検出手段２３で測定する全反射蛍光Ｘ線分析装置である。分光素子２２を用いず、Ｘ線管１から出射されたＸ線Ｂをそのまま１次Ｘ線として、直接に試料Ｓの表面に入射させてもよい。

第２実施形態の装置によれば、十分に強度の大きい軟Ｘ線（例えばＷ−Ｍα線）を１次Ｘ線Ｂ１として試料Ｓに照射できるので、Ａl やＮa などの軽元素についてより高感度で全反射蛍光Ｘ線分析を行える。

本発明の第１実施形態の横型Ｘ線管を示す部分断面図である。同Ｘ線管で形成される磁場とそれにより偏向される電子を示す模式図である。本発明の第２実施形態の全反射蛍光Ｘ線分析装置を示す概略図である。従来の横型Ｘ線管の一例を示す部分断面図である。

符号の説明

１Ｘ線管
２フィラメント
３ターゲット
４筐体
４ａ筐体の側壁
７窓
８突出部
８ａ突出部の側壁
１０磁石または電極
ｅ散乱電子
ｅ_ｔ熱電子
ＢターゲットからのＸ線
Ｂ２蛍光Ｘ線
Ｓ試料
Ｘ筐体の外方向
Ｙ筐体の軸方向
α 微小な入射角度

Claims

筒状の筐体内にその軸方向に並ぶフィラメントとターゲットを有し、陰極である前記フィラメントから放射した熱電子を陽極である前記ターゲットに衝突させて、そのターゲットから発生して前記筐体の側壁に向かうＸ線を窓を介して出射する横型のＸ線管であって、
前記筐体の側壁から外方向に突出する筒状の突出部を有し、その突出部の先端部に前記窓が設けられており、
前記突出部の側壁を外側から挟むように磁石または電極を有するとともに、前記突出部が非磁性体であることにより、前記突出部を含む空間に磁場または電場を形成して、前記ターゲットからの散乱電子を前記窓へ到達しないように偏向させるＸ線管。
請求項１に記載のＸ線管から出射されたＸ線を直接にまたは単色化して、試料表面に微小な入射角度で入射させ、発生する蛍光Ｘ線の強度を測定する全反射蛍光Ｘ線分析装置。