JP2008058233A - Ｘ線回折装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線回折の測定結果に悪影響を及ぼすことなく、ヒータの小型化が図れながら試料を加熱する均熱領域を広くできるＸ線回折装置を提供し、複数の試料に対して同時にＸ線回折測定が良好に行えるようにする。
【解決手段】試料が配置されるケーシング1と、ケーシング1内に配置された試料にＸ線を照射するＸ線照射器2と、試料を透過した回折Ｘ線を検出するＸ線検出器3と、ケーシング1内に配置され、このケーシング1内に配置された試料を加熱するヒータ4とを備える。ヒータ4は、試料に入射するＸ線（入射Ｘ線）の光軸の周りに、試料を囲むように配置する。ヒータ4は、試料を囲む筒状に形成したときは、筒部の中心軸が入射Ｘ線の光軸と平行となるように配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料を高温に加熱しながらＸ線回折測定を行うＸ線回折装置に関する。

一般に、Ｘ線回折装置においては、試料にＸ線を照射し、その試料で回折したＸ線を検出する。この場合、試料の性質の変動を測定したい場合があり、測定条件によっては、試料を高温に加熱した状態で、この試料にＸ線を照射することがある。このような測定の場合には、試料の近くに加熱装置を配置して試料を加熱しながらＸ線回折測定を行う。

Ｘ線回折装置としては、反射型のＸ線回折装置（例えば特許文献１および特許文献２参照）と透過型のＸ線回折装置（例えば特許文献３参照）がある。なお、特許文献３のＸ線回折装置は、反射型と透過型のＸ線回折の測定が可能な構成となっている。

特許文献１に記載の反射型Ｘ線回折装置では、試料を螺旋状のヒータで囲んで、試料全体を均一に加熱するようにしている。

また、特許文献２に記載の反射型Ｘ線回折装置では、試料の背面側に面状ヒータを設けて、試料の背面全体を加熱するようにしている。

特許文献３に記載の透過型Ｘ線回折装置は、試料を取り付ける試料ホルダーを、板状の加熱ブロックに固定するようになっており、この加熱ブロックには、ヒータが埋め込まれて、試料の一方の面から試料を加熱する構成となっている。

特開平５−１８８０１７号公報 特開平５−２８８６９３号公報 特開平６−２２９９５１号公報

反射型Ｘ線回折装置では、層構造を有する試料を評価する場合に、表面層しか評価できないという不具合がある。さらに、反射型Ｘ線回折装置では、回折角度によって、評価深さが変化してしまうという不具合もある。

さらに、特許文献１に記載のＸ線回折装置は、試料の周りに螺旋状にヒータ線を配置し、このヒータ線を透過するようにＸ線を試料に照射するので、試料に入射するＸ線と試料で回折したＸ線がヒータ線を通過することになり、測定結果に、このヒータ線のＸ線回折が含まれてしまって確実な測定結果が得られない。

また、特許文献２および特許文献３に記載のＸ線回折装置の場合、試料の一方の面から加熱する構成となっているため均熱領域が狭く、試料全体を均一に加熱するためには、面状ヒータの大きさを試料の面積よりもかなり大きくする必要がある。さらに、均熱領域が狭いので、一度に測定できる試料は一つに限定されてしまい、複数の試料を一度に測定できない。

本発明の目的の一つは、このような上記課題を解決するために成したものであり、Ｘ線回折の測定結果に悪影響を及ぼすことなく、ヒータの小型化が図れながら試料を加熱する均熱領域を広くできる、透過法によるＸ線回折装置を提供することにある。また、他の目的は、複数の試料に対してほぼ同時にＸ線回折測定が良好に行えるようにすることにある。

本発明は、試料が配置されるケーシングと、ケーシング内に配置された試料にＸ線を照射するＸ線照射器と、試料を透過した回折Ｘ線を検出するＸ線検出器と、ケーシング内に配置され、このケーシング内に配置された試料を加熱するヒータとを備えるＸ線回折装置であって、ヒータは、試料に入射するＸ線（入射Ｘ線）の光軸の周りに、試料を囲むように配置する構成としている。

ヒータは、絶縁物で被覆されたヒータ線を螺旋状に巻きつけて筒状に形成し、この螺旋状ヒータで試料を囲むようにすることができる。また、絶縁材料で形成され、試料を囲む筒状に形成するヒータ本体と、このヒータ本体の筒部内部に内蔵される発熱体とを備えるヒータとして、このヒータ本体で試料を囲むようにすることもできる。前記ヒータ本体は、絶縁材料で筒状の枠体を形成することにより得られる。そして、発熱体は、このヒータ本体の筒部に埋め込むようにする。なお、筒状のヒータとは、円筒状のヒータに限らず、筒の断面形状が四角形などの多角形状のヒータも含む。

ヒータを入射Ｘ線の光軸の周りに、試料を囲むように配置することにより、試料の全周囲をヒータで囲むことができるので、内部均熱領域が広くとれ、試料のＸ線回折測定結果が良好に得られる。さらに、入射Ｘ線の光軸上にヒータが配置されないようにすることができるので、Ｘ線の光路に障害となるものを無くすことができる。その結果、Ｘ線の強度が低下するのを防止できるし、妨害となるＸ線回折の混入も無くなるので、試料のＸ線回折測定結果が良好に得られる。

ヒータは、試料を囲む筒状に形成し、筒部の中心軸が入射Ｘ線の光軸と平行となるように配置することが好ましい。ヒータの筒部の中心軸を入射Ｘ線の光軸と平行となるように配置すると、ヒータの筒部開口部を、入射Ｘ線が通過する窓、および回折Ｘ線が通過する窓とすることができる。従って、ヒータは、入射Ｘ線の光軸上に窓を形成されることになるので、Ｘ線の光路に障害となるものを無くすことができ、Ｘ線の強度低下の防止ができるし、妨害となるＸ線回折の混入も無くなるので、試料のＸ線回折測定結果が良好に得られる。

ヒータの筒部は、開口部を全面開口として窓を形成してもよいし、筒部の内径よりも小さい開口部を形成するように、筒部の開口部に蓋状部材を取り付けて窓を形成してもよい。ただし、ヒータは、開口部を必ずしも形成する必要はなく、Ｘ線強度の低下が少なく、Ｘ線吸収が少ない絶縁材料で筒部の開口部を閉鎖するようにしてもよい。さらに、試料以外の材料のＸ線回折が含まれても、不純物が無く、組成がわかっている材料であれば、筒部の開口部を閉鎖するようにしてもよい。筒部を閉鎖することにより、より均熱性向上が図れる。なお、閉鎖部分には、発熱体は配置しないようにする。これは、発熱体として後述するようにPt-RhなどのＸ線吸収が大きい材料を使用する場合があり、このようにＸ線吸収が大きい材料を発熱体に使用したときには、Ｘ線強度が低下してしまうからである。

ヒータにおける筒部の断面形状は、前述したように、円形や四角形や多角形にすることができる。特に、ヒータをヒータ本体と発熱体で構成する場合、ヒータの筒部の断面形状は、四角形状とすることが好ましく、この場合には、筒部内に複数の試料を配置可能とすることが好ましい。

このように、ヒータ本体の筒部断面形状を四角形状とすることにより、円筒にする場合よりも、内部均熱領域が広くとれ、複数試料をケース本体内に配置しても、それぞれの試料を均等に加熱することができるので良好なＸ線回折の測定ができる。

ヒータをヒータ本体と発熱体で構成する場合、ヒータ本体は、アルミナ（Al₂O₃）などの絶縁材料で形成することが好ましい。アルミナは、Ｘ線を透過させ易い性質を有し、Ｘ線は減衰することなくヒータ本体を通過することになるので、このアルミナで筒部の開口部に蓋を形成することも可能となる。しかも、アルミナは、耐熱性に優れるのでヒータの寿命も長くなる。さらに、ヒータ本体をアルミナにすることにより、試料の遮温筒としての作用効果も有するようになる。

発熱体は、線材として、ヒータ本体内を蛇行させたり、螺旋状に巻きつけたりすることが好ましい。発熱体は、１本の線材をヒータ本体の筒部に埋め込むようにしてもよいし、複数本の線材をヒータ本体の筒部に埋め込むようにしてもよい。発熱体としては、例えばPt-Rhの線材を用いることができる。

また、ヒータは温度調整可能とすることが好ましい。ヒータを温度調整可能とすることにより、ケーシング内に試料を配置させたまま、ヒータで温度勾配を付けて試料の測定が行える。例えば、試料としてBi系超電導線材をＸ線回折測定する場合には、徐々に加熱しながら線材の結晶変化を観察することができる。

さらに、ヒータの筒部の形状を四角形とする場合には、ヒータに配置する試料を帯状体として、ヒータ筒部における上面と下面とに、試料を挿通させる上部挿通孔と下部挿通孔とをそれぞれ水平方向に複数形成したり、ヒータ筒部における左右の面に、試料を挿通させる右側挿通孔と左側挿通孔とをそれぞれ上下方向に複数形成したりすることが好ましい。

このように、ヒータが筒状であっても、試料を上下または左右の挿通孔に挿通させるだけで、簡単に試料のセッティングが可能となる。しかも、筒部が四角形なので、複数の試料を平行に配置することにより、これら試料を筒部内で同じ面積で配置することができ、各試料に対して同じ温度条件でほぼ同時にＸ線回折測定が行える。

さらに、各挿通孔は、対向する筒部の面に形成された各挿通孔に試料を挿通させたときに、試料の照射面が入射Ｘ線の光軸と直交する面に対して傾斜するように、ヒータ本体に形成することが好ましい。

超電導線材のように試料に配向性がある場合、試料に対して入射Ｘ線の入射角度を垂直にできない場合があるが、本発明では、配向性のある試料であっても試料の照射面を入射Ｘ線の光軸と直交する面に対して傾斜させているのでＸ線回折測定が行うことができる。しかも、上下または左右の挿通孔の形成位置を、試料が所定の傾斜角度が得られるように形成しておくだけで、試料を挿通孔に挿通させることにより、容易に試料を傾斜させてヒータに配置することができる。例えば、Bi系超電導線材を測定する場合には、２０°程度の傾斜にする。

さらに、本発明のＸ線回折装置は、ヒータ内部に試料を保持する試料保持手段を備えていることが好ましい。試料保持手段は、ヒータに設けてもよいし、ヒータの外部で試料を把持するようにヒータとは別に試料保持手段をケーシング内に取り付けるようにしてもよい。

試料保持手段をヒータに設ける場合には、例えば、前記した上部挿通孔を試料保持手段としたり、左右の挿通孔を試料保持手段としたりすることができる。上部挿通孔に試料を保持させるには、試料を折り曲げて、この折り曲げ部分を上部挿通孔の上端および筒部上面に係止させる。左右の挿通孔に試料を挿通させる場合には、試料を挿通孔に挿通させるだけで、これら挿通孔の底部で試料を保持できる。

また、ヒータを、絶縁体が被覆されたヒータ線を螺旋状に巻きつけて筒状に形成する場合、ヒータ線の間の隙間で、試料を保持するようにすることができる。

ヒータの外部で試料を把持するようにヒータとは別に試料保持手段をケーシング内に取り付ける場合には、試料保持手段をクリップで構成し、このクリップを、ケーシング内におけるヒータの上方に配置させる。

また、本発明のＸ線回折装置は、ヒータを、断面形状が四角形状の筒状としており、筒部内に複数の試料を入射Ｘ線の光軸と直交する方向に並べて配置可能とするとともに、試料を透過した回折Ｘ線を検出するＸ線検出器は、二次元Ｘ線検出器とし、さらに、ケーシングとＸ線検出器の間に、Ｘ線遮蔽板を設置することが好ましい。このとき、このＸ線遮蔽板には、試料を透過した回折Ｘ線が通過可能な長尺な開口部を形成し、ヒータとＸ線検出器とを、入射Ｘ線の光軸と直交する方向に連動してスライド可能にする。

Ｘ線検出器は、複数の試料の回折Ｘ線信号が異なる領域毎に記録される面積を有している。そして、ヒータに固定される測定対象の試料が入射Ｘ線の光軸上に位置するようにヒータを移動させるとともに、このヒータと連動させて二次元Ｘ線検出器も移動させる。試料とＸ線検出器とを移動させる度に、Ｘ線を照射することにより、各試料の回折信号が異なる領域に記録される。この測定をケーシング内に配置した試料数だけ繰り返すことで全試料を連続的に測定することができる。この時に使用する二次元検出器としてはイメージングプレートや、イメージインテンシファイアとCCDカメラとを組み合わせた物や、フラットパネルディテクタ(FPD)などを用いることができる。

このように、本発明のＸ線回折装置では、試料をケーシング内に複数設置し、これら試料をケーシング内で連続的に切り替えることにより、試料をケーシングから取り出すことなく連続的にＸ線回折の測定が行える。

特に、ヒータを温度調整可能としておくことにより、例えばBi系超電導線材を試料とした場合、複数の試料をケーシング内に配置して、これら試料を、温度勾配を付けてＸ線回折の測定を行うことにより、各試料をケーシングから取り出すことなく線材の焼成過程評価を行える。

本発明の高温Ｘ線回折測定方法は、上記したように、試料が配置されるケーシングと、ケーシング内に配置された試料にＸ線を照射するＸ線照射器と、試料を透過した回折Ｘ線を検出する二次元Ｘ線検出器と、試料に入射するＸ線（入射Ｘ線）の光軸の周りに、試料を囲むように配置されるヒータと、ケーシングとＸ線検出器の間に配置され、試料を透過した回折Ｘ線が通過可能な長尺な開口部を有するＸ線遮蔽板とを備えるＸ線回折装置を用いてＸ線回折を行う高温Ｘ線回折測定方法である。

本発明の高温Ｘ線回折測定方法は、さらに、ヒータの内側に複数の試料を入射Ｘ線の光軸と直交する方向に並べて配置し、ヒータと二次元Ｘ線検出器とを、入射Ｘ線の光軸と直交する方向に連動してスライド可能とし、二次元Ｘ線検出器は、各試料の回折Ｘ線信号が異なる領域に記録される面積を有している。このように構成することにより、複数の試料が配置されたヒータと二次元検出器とを、各試料に対してＸ線回折測定を行うごとに移動させて、二次元Ｘ線検出器に、各試料の回折信号を、それぞれ異なる領域に記録する。

本発明のＸ線回折測定方法は、前記したように、試料をケーシング内に複数設置し、これら試料をケーシング内で連続的に切り替えるだけで、試料をケーシングから取り出すことなく連続的にＸ線回折の測定が行える。

所定の温度条件において、複数の試料を１試料ずつＸ線回折測定を行う場合、測定した後に次の試料を測定するときは、試料が同じ温度条件になるまで待機する必要がある。しかしながら、本発明では、ケーシング内に複数の試料を配置させるので、同じ温度条件を維持したまま連続して測定を行え、待機時間は、次の温度条件に至るまでの待機時間だけでよくなる。

このように、複数の材料を測定する場合の測定時間を短縮でき、しかも、同じ雰囲気下で複数の試料の測定結果を入手できる。特に、本発明のＸ線回折測定方法は、種類の異なる試料を同じ雰囲気下で測定する場合に有効である。

本発明のＸ線回折装置によれば、入射Ｘ線の光軸の周りに、試料を囲むように配置したヒータにより試料全体を加熱するので、ヒータを大型化することなく、均一に加熱することができる。そして、ヒータを筒状のように形成できるので、ヒータにおける試料のＸ線入射面側および検出器側を開放でき、Ｘ線の進行の妨げにならず、信頼性の高いＸ線回折測定を行うことができる。

以下、本発明のＸ線回折装置について図面に基づいて説明する。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態に係るＸ線回折装置について、図１および図２に基づいて説明する。第一実施形態に係るＸ線回折装置は、図１に示すように、試料が内部に配置されるケーシング1と、このケーシング1内の試料にＸ線を照射するＸ線照射器2と、試料に入射して透過したＸ線を検出するＸ線検出器3を備える。

ケーシング1内には、試料を固定する固定台にもなる筒状のヒータ4が配置されている。また、ケーシング1とＸ線検出器3との間には、Ｘ線遮蔽板5が配置されている。

ケーシング1のＸ線が透過する領域は、Ｘ線が吸収され難く、Ｘ線を透過することができる材料(例えば、ベリリウム)で形成されている。そして、ケーシング1内に配置されるヒータ4は、図２に示すように、試料6を囲む筒状のヒータ本体41と、このヒータ本体41の筒部41a内部に内蔵される発熱体（図示せず）とを備える。このヒータ4は、ヒータ本体41の筒部41aの中心軸が入射Ｘ線の光軸と平行となり、この光軸の周りにヒータ本体41の筒部41aが位置するようにケーシング1内に配置している。

本実施形態では、ヒータ本体41は、発熱体が他の金属部材と接触しないように絶縁するためアルミナで形成しており、ヒータ本体41は、遮熱筒としての作用も有している。ヒータ本体の筒部41aの断面形状は、四角形状としている。筒部41aの両端開口は、そのまま開放状態にして、一方の開口部を入射Ｘ線が通過する入射Ｘ線用窓41b、他方の開口部を回折Ｘ線が通過する回折Ｘ線用窓41cとしている。

ヒータ本体41における筒部41a全体には、図示していないが、発熱体となるヒータ線が蛇行状に埋め込まれている。発熱体は、１本のヒータ線を筒部41aに内蔵するようにしている。発熱体としては、Pt-Rhの線材を用いている。このヒータ線は、給電されて発熱するようになっている。

本実施形態では、筒部41aの断面形状を四角形状とし、この筒部41a全体に発熱体を埋め込んでいるので、矩形状の試料6を測定する場合には、内部均熱領域が広くとれ、試料全体を均一に加熱することができる。

さらに、ヒータ本体41の上面には、図示していないが、試料を挿通させるスリット状の孔を形成し、この孔から試料を筒部41a内に挿入し、試料の上端部をヒータ本体41の外部でクリップなどの試料保持手段により固定する。

さらに、ヒータ本体41には、図示していないが、熱電対を設けており、ヒータ本体41内部の温度を測定するようにしている。熱電対は、ヒータ本体41の筒部41aに孔を形成し、この孔に熱電対を挿通させて、ヒータ本体41内部の温度を測定するようになっている。この熱電対による温度測定に基づいて、発熱体の加熱温度を制御している。本実施形態では、ヒータ4の内部で温度勾配を付けて試料を温度変化させながらＸ線回折の測定が行えるようにしており、本実施形態では、試料としてBi系超電導線材を配置し、加熱しながら結晶変化を観察する。

Ｘ線照射器2は、放射光を用いて、高平行、高エネルギーのＸ線を発するようになっている。例えば、実験室にて広く用いられているCuのＸ線管球にて2θ（回折角度）が10度〜140度に相当する領域を、放射光を用いて25keVのＸ線とすることにより3.2度〜35度にでき、50keVのＸ線とすることにより1.6度〜17度の狭い角度で測定できる。このように、放射光を用いたＸ線を試料に透過させることにより、狭い角度範囲で測定できるので、二次元Ｘ線検出器を従来に比べて小さくできる。

Ｘ線検出器3は、二次元Ｘ線検出器を用いており、イメージングプレートで構成している。

Ｘ線遮蔽板5は、上下方向に延びる長尺な開口部51が形成されており、この開口部51の下部が、Ｘ線照射器2の入射Ｘ線の光軸上に位置するように配置する。そして、試料を透過した回折Ｘ線はこの開口部51を通過して、Ｘ線検出器3で検出されるようになっている。

Ｘ線照射器2から照射されたＸ線は、ケーシング1の壁面を通過して、ヒータ本体41の入射Ｘ線用窓41bから入射して試料6に入射する。試料6に入射したＸ線は試料6を透過し、透過Ｘ線と回折Ｘ線とが発生する。これらＸ線は、ヒータ本体41の回折Ｘ線用窓41cを通って、ケーシング1の壁面を通過して、Ｘ線遮蔽板5の開口部51を通過し、Ｘ線検出器3によって検出される。

以上のように、本実施形態では、ヒータ4を筒状に形成し、ヒータ本体41の筒部41aで、試料の全周囲を囲む構成としているため、ヒータ本体41の内部の均熱領域を広くとれ、試料6を均一に加熱することができることから、Ｘ線回折測定結果が良好に得られる。さらに、ヒータ本体41の筒部41aの中心軸が入射Ｘ線の光軸と平行となるように配置しているので、この筒部41aの両端の開口部を入射Ｘ線用窓41bと回折Ｘ線用窓41cとにすることができ、Ｘ線の光路に障害となるものがない状態にできる。その結果、Ｘ線の強度低下の防止ができ、妨害となる回折Ｘ線の混入も無いので、試料のＸ線回折測定結果が良好に得られる。

（第二実施形態）
前記第一実施形態では、筒状のヒータ4のヒータ本体41の断面形状を四角形状とし、筒部開口部は、筒部を全面開口として入射Ｘ線用窓41bと回折Ｘ線用窓41cとを形成した。図３に示す第二実施形態では、ヒータは、筒状のヒータ4ａのヒータ本体42の断面形状を円形とし、筒部42aの開口部は、筒部42aを全面開口として入射Ｘ線用窓42bと回折Ｘ線用窓42cとを形成している。

（第三実施形態）
さらに、図４に示す第三実施形態では、ヒータは、筒状のヒータ4bのヒータ本体43の断面形状を円形とし、筒部43aの開口部に、筒部43aと同軸で、この筒部43aの内径よりも小さい開口部を有する蓋状部材44を筒部43aの開口部に取り付けて、蓋状部材44に形成する開口部を入射Ｘ線用窓43bと回折Ｘ線用窓43cとしている。

（第四実施形態）
前記第一実施形態では、筒状のヒータ4のヒータ本体41の断面形状を四角形状とし、一つの試料に対してＸ線回折の測定を行うようにした。第四実施形態では、図５に示すように、ヒータ4のヒータ本体41の断面形状を同じく四角形状とし、さらに、筒部41a内に２本の帯状の試料を水平方向に並べて配置可能として、２本の試料を、ケーシングから出すことなく、同じ測定条件下で連続して測定できるようにしている。

本実施形態では、ケーシング1、Ｘ線照射器2、Ｘ線検出器3、そして、Ｘ線遮蔽板5は、第一実施形態と同じ構成の物を使用しているので、説明は省略する。

ここで、特許文献３に記載されている従来の装置のように、板状の試料の一方の面にヒータを設ける装置の場合、複数の試料を一度に測定しようとすると、板状試料を並べて配置し、これら試料の一方の面にヒータを設ける構成となる。

しかし、このヒータは、非常に大きくしなければ、複数の試料を均等に加熱できない。しかも、並べてケーシング内に配置した複数の試料を測定する場合、測定対象の試料を入射Ｘ線の光軸上に配置するように各試料とＸ線検出器とを水平方向に動かすか、または、Ｘ線照射器およびＸ線検出器を動かす必要がある。複数の試料を加熱する面状ヒータは、非常に大きくなるため、ヒータとともに試料を移動させたり、Ｘ線検出器やＸ線検出器を移動させたりする移動機構も大型にしなければならない。

そこで、本実施形態では、ヒータ本体41の筒部41aの断面形状を、四角形状とし、筒部41aの中心軸が入射Ｘ線の光軸と平行となるように、ケーシング1内に配置するとともに、筒部41a内に２つの帯状の試料61,62を並べて配置している。このようにヒータ4を構成することにより、ヒータ4が大型化することなく、ヒータ本体41の内部の均熱領域を広くとれるので、筒部41a内の複数の試料を均等に加熱でき、しかも、ヒータ4とともに、試料を移動させる移動機構も大型化しないでよくなる。

そして、図５に示すように、ヒータ本体41の筒部41aにおける上面に帯状の試料61,62を挿通させる二つの上部挿通孔71を筒部の中心軸と直交する方向に並べて形成し、筒部41aにおける下面に試料61,62を挿通させる二つの下部挿通孔72を筒部の中心軸と直交する方向に並べて形成している。

さらに、上部挿通孔71と下部挿通孔72とは、上部挿通孔71と下部挿通孔72とに試料61,62を挿通させたときに、試料61,62の照射面が入射Ｘ線の光軸と直交する面に対して傾斜するように、ヒータ本体41に形成している。具体的には、これら上部挿通孔71と下部挿通孔72の位置関係が、上部挿通孔71がＸ線照射器2に近く、下部挿通孔72が上部挿通孔71よりもＸ線照射器2に対して遠くなるように各挿通孔が形成されている。本実施形態では、試料としてBi系超電導線材を測定する場合には、２０°程度の傾斜になるようにしている。

さらに、本実施形態では、図６および図７に示すように、Ｘ線照射器とＸ線遮蔽板5は固定した状態で、ヒータ4とＸ線検出器3とを、入射Ｘ線の光軸と直交する方向で、水平方向に連動してスライドするように構成している。また、Ｘ線検出器3は、図８に示すように、２つの試料61,62の回折Ｘ線信号が異なる領域毎に記録されるようになっている。

本実施形態では、図６および図７に示すように、ヒータ4のヒータ本体筒部41a内に２つの第一試料61と第二試料62とを水平方向に並べて配置している。そして、ヒータ4と二次元Ｘ線検出器3とを、測定対象の試料が入射Ｘ線の光軸上に位置するように、何れかの試料を測定する毎に連動してスライドさせて、Ｘ線を照射することにより、二次元Ｘ線検出器3に各試料6の回折Ｘ線信号を順次記録する。

次に二つの試料61,62のＸ線回折測定を行う操作について説明する。まず、ケーシング内に配置されている各試料61,62を、ヒータ4による加熱で所定の温度になるまで昇温した後、第一試料61についてＸ線回折測定を行う。各試料が配置されたヒータ4を、第一試料61が入射Ｘ線の光軸上に配置されるように位置させるとともに、二次元Ｘ線検出器3を、第一試料61のＸ線回折測定結果を記録させる領域がＸ線遮蔽板5の開口部51に対向するように位置させる。この状態で、Ｘ線照射器2からＸ線をケーシング1内の第一試料61に照射し、Ｘ線遮蔽板5の開口部51を通過した回折Ｘ線を第一試料61の回折信号として、二次元Ｘ線検出器3に記録する。

つぎに、ケーシングから試料を取り出さずに同じ温度条件のまま、第二試料62についてＸ線回折測定を行う。各試料61,62が配置されたヒータ4を、第二試料62が入射Ｘ線の光軸上に配置されるように移動させるとともに、第二試料62のＸ線回折測定結果を記録させる領域がＸ線遮蔽板5の開口部51に対向するように二次元Ｘ線検出器3を移動させる。この状態で、Ｘ線照射器2からＸ線をケーシング1内の第二試料62に照射し、Ｘ線遮蔽板5の開口部51を通過した回折Ｘ線を第二試料62の回折信号として、二次元Ｘ線検出器3に記録する。

このようにして、Ｘ線回折測定を行うと、二次元Ｘ線検出器3には、図８に示すように、第一試料61の回折信号と第二試料62の回折信号とが帯状に記録される。

このように、第四実施形態では、測定対象の試料が入射Ｘ線の光軸上に位置するようにヒータ4を移動させるとともに、このヒータ4と連動させて二次元Ｘ線検出器3も移動させるので、試料とＸ線検出器3とを移動させてＸ線を照射することにより、試料をケーシングから取り出すことなく連続的にＸ線回折の測定が行える。

しかも、本実施形態では、試料6を上部挿通孔71と下部挿通孔72とに挿通させるだけで、試料のセッティングが簡単にできる。筒部41aが四角形なので、２つの帯状の試料61,62を平行に配置することにより、これら試料61,62を筒部41a内で同じ面積となるように配置することができ、各試料61,62に対して同じ測定条件でＸ線回折測定が行える。

さらに、本実施形態では、試料の照射面を入射Ｘ線の光軸に対して傾斜させているので、Bi系超電導線材のように試料に配向性がある試料に対して、入射Ｘ線の入射角度が垂直では測定できないが、本実施形態の装置では、Ｘ線回折測定が行える。

特に、ヒータ4を温度調整可能としているので、Bi系超電導線材を試料とした場合、２本のBi系超電導線材をヒータ本体41内に配置し、これら試料を、温度勾配を付けて同じ温度条件でＸ線回折の測定を行うことができるので、各試料をケーシングから取り出すことなく連続して線材の焼成過程評価を良好に行える。

所定の温度条件において、複数の試料を１試料ずつＸ線回折測定を行う場合、測定した後に次の試料を測定するとき、同じ温度条件になるまで待機する必要がある。しかしながら、本発明では、ケーシング内に２本の試料を配置させるので、同じ温度条件を維持したまま連続して測定を行え、待機時間は、次の温度条件に至るまでの待機時間だけでよくなる。

しかも、本実施形態では、Ｘ線照射器2から照射するＸ線は、放射光を用いて発生させていることから、高平行、高エネルギーのＸ線を測定に用いることができる。その結果、透過型のＸ線回折装置を用いて、この放射光よるＸ線を試料に透過させることにより、高い角度精度にて回折Ｘ線が測定可能となり、狭い角度範囲の測定で、わずかに生成する励起構造を精密に解析することが可能となる。そして、放射光により、Ｘ線のエネルギーを大きくできるので、Ｘ線の回折角度を小さくでき、二次元検出器も小さくできる。

このように、複数の材料を測定する場合の測定時間を短縮でき、しかも、同じ雰囲気下で複数の試料の測定結果が得られる。なお、本実施形態では、２本の帯状の試料をヒータ本体に配置するようにしたが、ヒータ本体の筒部の断面形状を長方形にすることにより、それ以上の試料をヒータ本体の内部に配置させてＸ線回折の測定を行うこともできる。

さらに、本実施形態では、Ｘ線回折装置をBi系超電導線材の評価のために適用したが、汎用的に他の材料においても適用可能である。

本発明のＸ線回折装置は、複数の試料を同じ雰囲気下で測定する場合に好適である。

本発明にかかるＸ線回折装置の全体概略構成図である。 本発明にかかるＸ線回折装置に用いるヒータの第一実施形態を示す概略構成図である。 本発明にかかるＸ線回折装置に用いるヒータの第二実施形態を示す概略構成図である。 本発明にかかるＸ線回折装置に用いるヒータの第三実施形態を示す概略構成図である。 本発明にかかるＸ線回折装置の第四実施形態のヒータを示す概略構成図である。 本発明にかかるＸ線回折装置の第四実施形態のヒータを用いたＸ線回折装置の動作説明図であって、第一試料のＸ線回折測定を行う場合のヒータとＸ線検出器との位置関係を示す説明図である。 本発明にかかるＸ線回折装置の第四実施形態のヒータを用いたＸ線回折装置の動作説明図であって、第二試料のＸ線回折測定を行う場合のヒータとＸ線検出器との位置関係を示す説明図である。 本発明にかかるＸ線回折装置の第四実施形態で測定したＸ線回折結果を二次元検出器で記録した状態を示す図である。

符号の説明

1 ケーシング
2 Ｘ線照射器
3 Ｘ線検出器
4,4a,4b ヒータ
41,42,43 ヒータ本体 41a,42a,43a 筒部
41b,42b,43b 入射Ｘ線用窓 41c,42c,43c 回折Ｘ線用窓
44 蓋状部材
5 Ｘ線遮蔽板 51 開口部
6 試料 61 第一試料 62 第二試料
71 上部挿通孔 72 下部挿通孔

Claims (8)

1. 試料が配置されるケーシングと、
   ケーシング内に配置された試料にＸ線を照射するＸ線照射器と、
   試料を透過した回折Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
   ケーシング内に配置され、このケーシング内に配置された試料を加熱するヒータとを備えるＸ線回折装置であって、
   ヒータは、試料に入射するＸ線（入射Ｘ線）の光軸の周りに、試料を囲むように配置されていることを特徴とするＸ線回折装置。
2. ヒータは、試料を囲む筒状に形成され、筒部の中心軸が入射Ｘ線の光軸と平行となるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線回折装置。
3. ヒータの筒部の断面形状は、四角形状であり、筒部内に複数の試料を配置可能としていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線回折装置。
4. ヒータは、絶縁材料で形成され、試料を囲む筒状のヒータ本体と、このヒータ本体の筒部内部に内蔵される発熱体とを備えていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のＸ線回折装置。
5. ヒータに配置する試料が帯状体であり、ヒータの筒部断面形状が四角形状で、その筒部の上面および下面、または、左右側面に、試料を挿通させる挿通孔が、それぞれの面で複数形成されていることを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載のＸ線回折装置。
6. 対向する筒部の面に形成された各挿通孔に試料を挿通させたときに、試料の照射面が入射Ｘ線の光軸と直交する面に対して傾斜するように、上部挿通孔と下部挿通孔とを、または、左側挿通孔と右側挿通孔とを形成していることを特徴とする請求項５に記載のＸ線回折装置。
7. ヒータは、断面形状が四角形状の筒状をしており、筒部内に複数の試料を入射Ｘ線の光軸と直交する方向に並べて配置可能とし、
   試料を透過した回折Ｘ線を検出するＸ線検出器は、二次元Ｘ線検出器であり、
   ケーシングとＸ線検出器の間に、Ｘ線遮蔽板を設置し、
   このＸ線遮蔽板には、試料を透過した回折Ｘ線が通過可能な長尺な開口部が形成されており、
   ヒータとＸ線検出器とを、入射Ｘ線の光軸と直交する方向に連動してスライド可能としていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線回折装置。
8. 試料が配置されるケーシングと、ケーシング内に配置された試料にＸ線を照射するＸ線照射器と、試料を透過した回折Ｘ線を検出する二次元Ｘ線検出器と、試料に入射するＸ線（入射Ｘ線）の光軸の周りに、試料を囲むように配置されるヒータと、ケーシングとＸ線検出器の間に配置され、試料を透過した回折Ｘ線が通過可能な長尺な開口部を有するＸ線遮蔽板とを備えるＸ線回折装置を用いてＸ線回折を行う高温Ｘ線回折測定方法であって、
   ヒータの内側に複数の試料を入射Ｘ線の光軸と直交する方向に並べて配置し、
   ヒータと二次元Ｘ線検出器とを、入射Ｘ線の光軸と直交する方向に連動してスライド可能とし、
   二次元Ｘ線検出器は、各試料の回折Ｘ線信号が異なる領域に記録される面積を有しており、
   複数の試料が配置されたヒータと二次元検出器とを、各試料に対してＸ線回折測定を行うごとに移動させて、二次元Ｘ線検出器に、各試料の回折信号を、それぞれ異なる領域に記録することを特徴とする高温Ｘ線回折測定方法。

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