JP2007218845A - 透過x線測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】X線2を被測定物3に透過させ透過X線をエネルギー弁別可能な検出器4で検出し、その検出信号により所定のエネルギーにおける実測X線強度を求めてデータ処理部6に与える。被測定物3の含有元素の吸収端波長が利用できる場合、吸収端前後の波長における質量吸収係数から求まる理論的な透過X線強度比と実測の透過X線強度比等を既知とし、元素の厚さを未知の値とする連立方程式を解くことで定量する。吸収端波長が利用できない場合には直接X線の測定結果も利用し、複数の波長における質量吸収係数から求まる理論的な透過X線と直接X線との強度比、及び実測の透過X線と直接X線との強度比を既知とし、各元素及び/又は各化合物の厚さを未知の値とする連立方程式を解くことで定量する。
【選択図】図1
Description
所定のエネルギーにおける、実測の透過X線強度比と、被測定物に含まれる全ての元素及び/又は化合物の質量吸収係数と、厚さ、又は重量比と密度で表した理論的透過X線強度比とから成る方程式を、被測定物に含まれる、厚さ又は含有率が未知な元素及び/又は化合物の総数と同数以上立てて連立方程式とし、
前記所定のエネルギーにおけるX線強度比を前記透過X線測定装置により実測し、
該実測により得られた値を前記連立方程式に代入して該連立方程式を解き、解として各元素及び/又は各化合物の、厚さ、又は重量比と全体の密度、を求めることを特徴としている。
各元素a、b、…、eの厚さを求めたい場合には次のような連立方程式を用いる。
ln(IEah/IEal)={(μ/ρ)aEal−(μ/ρ)aEah}・ρata+{(μ/ρ)bEal−(μ/ρ)bEah}・ρbtb+…+{(μ/ρ)eEal−(μ/ρ)eEah}・ρete …(1)
ln(IEbh/IEbl)={(μ/ρ)aEbl−(μ/ρ)aEbh}・ρata+{(μ/ρ)bEbl−(μ/ρ)bEbh}・ρbtb+…+{(μ/ρ)eEbl−(μ/ρ)eEbh}・ρete …(2)
………
ln(IEeh/IEel)={(μ/ρ)aEel−(μ/ρ)aEeh}・ρata+{(μ/ρ)bEel−(μ/ρ)bEeh}・ρbtb+…+{(μ/ρ)eEel−(μ/ρ)eEeh}・ρete …(3)
ここで、
IEah:元素aの吸収端波長のエネルギーよりも少し高いエネルギーの透過X線強度
IEbh:元素bの吸収端波長のエネルギーよりも少し高いエネルギーの透過X線強度
IEeh:元素eの吸収端波長のエネルギーよりも少し高いエネルギーの透過X線強度
IEal:元素aの吸収端波長のエネルギーよりも少し低いエネルギーの透過X線強度
IEbl:元素bの吸収端波長のエネルギーよりも少し低いエネルギーの透過X線強度
IEel:元素eの吸収端波長のエネルギーよりも少し低いエネルギーの透過X線強度
(μ/ρ)aEal:エネルギーEalにおける元素aの質量吸収係数
(μ/ρ)aEah:エネルギーEahにおける元素aの質量吸収係数
(μ/ρ)bEal:エネルギーEalにおける元素bの質量吸収係数
(μ/ρ)bEah:エネルギーEahにおける元素bの質量吸収係数
(μ/ρ)eEal:エネルギーEalにおける元素eの質量吸収係数
(μ/ρ)eEah:エネルギーEahにおける元素eの質量吸収係数
(μ/ρ)aEbl:エネルギーEblにおける元素aの質量吸収係数
(μ/ρ)aEbh:エネルギーEbhにおける元素aの質量吸収係数
(μ/ρ)bEbl:エネルギーEblにおける元素bの質量吸収係数
(μ/ρ)bEbh:エネルギーEbhにおける元素bの質量吸収係数
(μ/ρ)eEbl:エネルギーEblにおける元素eの質量吸収係数
(μ/ρ)eEbh:エネルギーEbhにおける元素eの質量吸収係数
ρa:元素aの密度
ρb:元素bの密度
ρe:元素eの密度
ta:元素aの厚さ
tb:元素bの厚さ
te:元素eの厚さ
各元素a、b、…、eの含有量や全体の密度を算出するために重量比を求めたい場合には次のような連立方程式を用いる。
ln(IEah/IEal)=[{(μ/ρ)aEal−(μ/ρ)aEah}・wa+{(μ/ρ)bEal−(μ/ρ)bEah}・wb+…+{(μ/ρ)eEal−(μ/ρ)eEah}・we]・ρmtm …(4)
ln(IEbh/IEbl)=[{(μ/ρ)aEbl−(μ/ρ)aEbh}・wa+{(μ/ρ)bEbl−(μ/ρ)bEbh}・wb+…+{(μ/ρ)eEbl−(μ/ρ)eEbh}・we]・ρmtm …(5)
………
ln(IEeh/IEel)=[{(μ/ρ)aEel−(μ/ρ)aEeh}・wa+{(μ/ρ)bEel−(μ/ρ)bEeh}・wb+…+{(μ/ρ)eEel−(μ/ρ)eEeh}・we]・ρmtm …(6)
ここで、上記[A]で記載した以外のパラメータについて、
wa:元素aの重量比
wb:元素bの重量比
we:元素eの重量比
ρm:混合物(又は化合物)全体の密度
tm:混合物(又は化合物)全体の厚さ
であり、且つ全ての含有元素の重量比の和は1、つまり
wa+wb+…+we=1
である。
いま、被測定物中に種類が既知である化合物、例えば元素aの代わりに化合物aが含まれている場合について考える。ここでいう種類が既知であるとは、その化合物aの構成元素の全ての含有量比及び密度が既知であるということである。この場合、化合物aとその他の含有元素b、c、d、eの厚さ、又は含有量と全体の密度、を同時に定量するためには、例えば化合物aの構成元素がa1、a2、a3であり、それら構成元素の重量wa1、wa2、wa3が既知の場合、前述の各式(1)〜(6)において、(μ/ρ)aの代わりに、
(μ/ρ)a=(μ/ρ)wa1+(μ/ρ)wa2+(μ/ρ)wa3
を代入し、その化合物aの密度ρa、厚さta、重量比waは元素aをそのまま化合物aと読み代える式を立てればよい。但し、
(μ/ρ)a:化合物aの質量吸収係数
(μ/ρ)wa1:構成元素a1の質量吸収係数
(μ/ρ)wa2:構成元素a2の質量吸収係数
(μ/ρ)wa3:構成元素a3の質量吸収係数
wa1+wa2+wa3=1
である。また、前述の元素aの吸収端を利用した式の代わりに、この化合物aに対応する方程式として、化合物aに含まれる全ての元素がa1、a2、a3の吸収端に対応する方程式を立てる必要はなく、そのうちのいずれか1つの元素、例えば元素a1についてのみ吸収端の両側のエネルギーを利用した方程式を立てれば十分である。したがって、X線源1とX線検出器4との組み合わせで測定可能なエネルギー範囲において、吸収端を持つ元素を1つだけ選べばよい。この場合、例えば(1)式は、
ln(IEah/IEal)=[{(μ/ρ)a1Ea1l・wa1+(μ/ρ)a2Ea1l・wa2+(μ/ρ)a3Ea1l・wa3}−{(μ/ρ)a1Ea1h・wa1+(μ/ρ)a2Ea1h・wa2+(μ/ρ)a3Ea1h・wa3}]・ρata+[(μ/ρ)bEal−(μ/ρ)bEah]・ρbtb+…+[(μ/ρ)eEal−(μ/ρ)eEah]・ρete
と変形する。また(2)式、(3)式も同様に変形する。一方(4)式は、
ln(IEah/IEal)=〈[{(μ/ρ)a1Ea1l・wa1+(μ/ρ)a2Ea1l・wa2+(μ/ρ)a3Ea1l・wa3}−{(μ/ρ)a1Ea1h・wa1+(μ/ρ)a2Ea1h・wa2+(μ/ρ)a3Ea1h・wa3}]・wa+{(μ/ρ)bEal−(μ/ρ)bEah}・wb+…+{(μ/ρ)eEal−(μ/ρ)eEah}・we〉・ρmtm
と変形する。また(5)式、(6)式も同様に変形する。
各元素a、b、…、eの厚さを求めたい場合には次のような連立方程式を用いる。
ln(I0E1/IE1)=(μ/ρ)aEl・ρata+(μ/ρ)bE1・ρbtb+…+(μ/ρ)eE1・ρete …(7)
ln(I0E2/IE2)=(μ/ρ)aE2・ρata+(μ/ρ)bE2・ρbtb+…+(μ/ρ)eE2・ρete …(8)
………
ln(I0En/IEn)=(μ/ρ)aEn・ρata+(μ/ρ)bEn・ρbtb+…+(μ/ρ)eEn・ρete …(9)
ここで、
I0E1:エネルギーE1における直接X線強度
I0E2:エネルギーE2における直接X線強度
I0En:エネルギーEn(nは被測定物に含まれる元素の種類と同数以上の値)における直接X線強度
IE1:エネルギーE1における透過X線強度
IE2:エネルギーE2における透過X線強度
IEn:エネルギーEnにおける透過X線強度
(μ/ρ)aEl:元素aのエネルギーE1における質量吸収係数
(μ/ρ)bE1:元素bのエネルギーE1における質量吸収係数
(μ/ρ)eE1:元素eのエネルギーE1における質量吸収係数
(μ/ρ)aE2:元素aのエネルギーE2における質量吸収係数
(μ/ρ)bE2:元素bのエネルギーE2における質量吸収係数
(μ/ρ)eE2:元素eのエネルギーE2における質量吸収係数
ln(I0E1/IEl)={(μ/ρ)aE1・wa+(μ/ρ)bE1・wb+…+(μ/ρ)eE1・we]・ρmtm …(10)
ln(I0E2/IE2)={(μ/ρ)aE2・wa+(μ/ρ)bE2・wb+…+(μ/ρ)eE2・we]・ρmtm …(11)
………
ln(I0En/IEn)={(μ/ρ)aEn・wa+(μ/ρ)bEn・wb+…+(μ/ρ)eEn・we]・ρmtm …(12)
であり、且つ全ての含有元素の重量比の和は1、つまり
wa+wb+…+we=1
である。
いま、被測定物中に種類が既知である化合物、例えば元素aの代わりに化合物aが含まれている場合を考える。ここでいう種類が既知であるとは、その化合物aの構成元素の全ての含有量比及び密度が既知であるということである。この場合、化合物aとその他の含有元素b、c、d、eの厚さ、又は含有量と全体の密度、を同時に定量するためには、例えば化合物aの構成元素がa1、a2、a3であり、それら構成元素の重量wa1、wa2、wa3が既知の場合、前述の各式(7)〜(12)において、(μ/ρ)aの代わりに、
(μ/ρ)a=(μ/ρ)wa1+(μ/ρ)wa2+(μ/ρ)wa3
を代入し、その化合物aの密度ρa、厚さta、重量比waは元素aをそのまま化合物aと読み代える式を立てる。但し、(μ/ρ)a、(μ/ρ)wa1、(μ/ρ)wa2、(μ/ρ)wa3は前述の定義であり、
wa1+wa2+wa3=1
である。また、前述の元素aの代わりにこの化合物aに対応する方程式の変形を行えばよく、化合物aに含まれる全ての元素a1、a2、a3の種類に対応した数、即ち、3つの方程式を立てる必要はなく、エネルギーと方程式の数は変わらない。この場合、例えば(7)式は、
ln(I0E1/IE1)={(μ/ρ)a1E1・wa1+(μ/ρ)a2E1・wa2+(μ/ρ)a3E1・wa3}・ρata+(μ/ρ)bE1・ρbtb+…+(μ/ρ)eE1・ρete
と変形する。また(8)式、(9)式も同様に変形する。一方、(10)式は、
ln(I0E1/IEl)=[{(μ/ρ)a1E1・wa1+(μ/ρ)a2E1・wa2+(μ/ρ)a3E1・wa3}・wa+(μ/ρ)bE1・wb+…+(μ/ρ)eE1・we]・ρmtm
と変形する。また(11)式、(12)式も同様に変形する。
2…X線
12…発散X線
22…平行束X線
3、13…被測定物
4、4’…X線検出器
14…二次元X線検出器
5…検出信号処理部
51…プリアンプ
52…比例増幅器
53…マルチチャンネルアナライザ
6…データ処理部
7…表示部
8…制御部
Claims (6)
- 所定の波長範囲のX線を被測定物に照射するX線照射手段と、前記被測定物を透過した透過X線を検出するためのエネルギー弁別可能なX線検出器と、該X線検出器による検出信号に基づき透過X線のエネルギーを弁別してX線強度データを求める信号処理回路と、を具備する透過X線測定装置を用い、含有元素及び/又は含有化合物の種類が既知である若しくは推定可能である被測定物の各元素及び/又は各化合物の、厚さ、又は含有量と密度、を測定する透過X線測定方法であって、
所定のエネルギーにおける、実測の透過X線強度比と、被測定物に含まれる全ての元素及び/又は化合物の質量吸収係数と、厚さ、又は重量比と密度で表した理論的透過X線強度比とから成る方程式を、被測定物に含まれる、厚さ又は含有率が未知な元素及び/又は化合物の総数と同数以上立てて連立方程式とし、
前記所定のエネルギーにおけるX線強度比を前記透過X線測定装置により実測し、
該実測により得られた値を前記連立方程式に代入して該連立方程式を解き、解として各元素及び/又は各化合物の、厚さ、又は重量比と全体の密度、を求めることを特徴とする透過X線測定方法。 - 前記X線照射手段と前記X線検出器との組み合わせで測定可能なエネルギー範囲において被測定物に含まれる全ての元素及び/又は全ての化合物中の元素が吸収端を持つ場合、各元素の吸収端を挟んだ両側のエネルギーにおける透過X線の実測値の比を前記X線強度比とした連立方程式を用い、被測定物を透過して来た透過X線を前記X線検出器で検出し、それにより得られるX線強度データから前記実測強度比を算出してこれを前記各方程式に適用して、その連立方程式を解くことにより各元素及び/又は各化合物の厚さ、又は重量比と全体の密度、を求めることを特徴とする請求項1に記載の透過X線測定方法。
- 被測定物に含まれる、厚さ又は含有率が未知な元素及び/又は化合物の総数と同数以上の所定のエネルギーにおいて被測定物を透過した透過X線の強度と同エネルギーにおいて被測定物を透過しない直接X線の強度との比を前記X線強度比とした連立方程式を用い、被測定物を透過して来た透過X線と透過しない直接X線をそれぞれ別に前記X線検出器で検出し、それにより得られるX線強度データから前記実測強度比を算出してこれを前記各方程式に適用して、その連立方程式を解くことにより各元素及び又は各化合物の厚さ、又は重量比と全体の密度、を求めることを特徴とする請求項1に記載の透過X線測定方法。
- 前記X線照射手段と前記X線検出器との組み合わせで測定可能なエネルギー範囲において被測定物に含まれる全ての元素が吸収端を持たない場合に前記測定方法を適用することを特徴とする請求項3に記載の透過X線測定方法。
- 前記X線照射手段と前記X線検出器との組み合わせで測定可能なエネルギー範囲において吸収端を持つ元素については、吸収端を挟んだ両側のエネルギーにおける透過X線の実測値の比を前記X線強度比とした方程式を用いる一方、該エネルギー範囲において吸収端を持たない元素については、所定のエネルギーにおいて被測定物を透過した透過X線の強度と同エネルギーにおいて被測定物を透過しない直接X線の強度との比を前記X線強度比とした方程式を用い、それらを併せた連立方程式を立ててこの解を求めることにより各元素及び/又は各化合物の厚さ、又は重量比と全体の密度、を求めることを特徴とする請求項1に記載の透過X線測定方法。
- 前記X線照射手段は所定の波長範囲の発散X線又は平行束X線を被測定物に照射するものであり、前記X線検出器は前記被測定物を透過した透過X線を検出するためのエネルギー弁別可能な微小X線検出素子が二次元状に配置されたものであり、前記信号処理回路は、該X線検出器による検出信号に基づき各微小検出素子毎に透過X線のエネルギーを弁別してX線強度データを求めるものであって、被測定物の各元素及び/又は各化合物の厚さ、又は重量比と密度の二次元分布情報を測定することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の透過X線測定方法。
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