JP2953420B2 - 平面波ｘ線マイクロビーム生成方法及びその装置 - Google Patents
平面波ｘ線マイクロビーム生成方法及びその装置Info
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- JP2953420B2 JP2953420B2 JP9022506A JP2250697A JP2953420B2 JP 2953420 B2 JP2953420 B2 JP 2953420B2 JP 9022506 A JP9022506 A JP 9022506A JP 2250697 A JP2250697 A JP 2250697A JP 2953420 B2 JP2953420 B2 JP 2953420B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は平面波Ｘ線マイクロ
ビームの生成方法およびその装置に関するものである。
ビームの生成方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線のマイクロビームを得る技術とし
て、これまでフレネルゾーンプレートやＸ線全反射ミラ
ー等の集光素子を使った方法があった。従来の集光技術
のいくつかについて、順次に図面を参照しながら説明す
る。
て、これまでフレネルゾーンプレートやＸ線全反射ミラ
ー等の集光素子を使った方法があった。従来の集光技術
のいくつかについて、順次に図面を参照しながら説明す
る。
【０００３】図４はＸ線フレネルゾーンプレートによる
Ｘ線束の集光の様子を示す模式図である。同図におい
て、Ｘ線源５から出射されたＸ線は、可視光において確
立されているフレネルゾーンプレートをＸ線用に応用し
た素子であるＸ線フレネルゾーンプレート６によって、
仮想光源である焦点位置に集光させる。
Ｘ線束の集光の様子を示す模式図である。同図におい
て、Ｘ線源５から出射されたＸ線は、可視光において確
立されているフレネルゾーンプレートをＸ線用に応用し
た素子であるＸ線フレネルゾーンプレート６によって、
仮想光源である焦点位置に集光させる。
【０００４】また、図５は全反射ミラーによるＸ線束の
集光の様子を示す模式図である。同図において、Ｘ線の
屈折率が１より小さいために、入射Ｘ線が或る臨界角よ
りもすれすれにミラー表面に入射したとき全反射を起こ
すことを利用したＸ線全反射ミラー８をフレネルゾーン
プレート６の替わりに用いた集光系の例である。
集光の様子を示す模式図である。同図において、Ｘ線の
屈折率が１より小さいために、入射Ｘ線が或る臨界角よ
りもすれすれにミラー表面に入射したとき全反射を起こ
すことを利用したＸ線全反射ミラー８をフレネルゾーン
プレート６の替わりに用いた集光系の例である。
【０００５】あるいは、図６はピンホールによるＸ線束
の断面積の絞り込みの様子を示す模式図である。スリッ
トやピンホール１０などでＸ線束の断面積を限っても、
空間的に絞られたＸ線束を得ることができることを利用
したものである。
の断面積の絞り込みの様子を示す模式図である。スリッ
トやピンホール１０などでＸ線束の断面積を限っても、
空間的に絞られたＸ線束を得ることができることを利用
したものである。
【０００６】一方、Ｘ線束の角度発散を絞るには、ソー
ラースリットやＸ線の完全結晶による動力学的回折を用
いてなされる例もある。しかし、ソーラースリットでは
分のオーダーに発散角を絞るのが限界であり、平面波と
言うには広すぎた。また、完全結晶を用いると、Ｘ線は
物質との相互作用が小さいので、回折に関わる格子面の
数が大きく、すなわち、干渉に寄与する反射波の数が多
く干渉効果が大きいために、回折波の角度拡がりがより
絞られ、回折条件下では、入射Ｘ線の方向と回折Ｘ線の
方向で張られる散乱面に含まれる方向の角度発散を秒の
オーダーに絞ることは可能であった。
ラースリットやＸ線の完全結晶による動力学的回折を用
いてなされる例もある。しかし、ソーラースリットでは
分のオーダーに発散角を絞るのが限界であり、平面波と
言うには広すぎた。また、完全結晶を用いると、Ｘ線は
物質との相互作用が小さいので、回折に関わる格子面の
数が大きく、すなわち、干渉に寄与する反射波の数が多
く干渉効果が大きいために、回折波の角度拡がりがより
絞られ、回折条件下では、入射Ｘ線の方向と回折Ｘ線の
方向で張られる散乱面に含まれる方向の角度発散を秒の
オーダーに絞ることは可能であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これまでは、
Ｘ線の集光とＸ線の発散角を絞ることは、それぞれ独立
になされており、マイクロビームで発散角の絞られたＸ
線束は得られていない。なぜなら、集光しようとすれば
角度発散が大きくなり、角度発散を小さくしようとすれ
ば空間的に広がってしまうからである。しかも集光素子
による空間的な広がりの縮小する箇所は焦点位置に限ら
れていた。したがって、その位置で使用しなければビー
ムサイズは大きくなるため、焦点位置から離れれば角度
発散によってマイクロビームは何桁も空間的に広がって
しまう。すなわち、焦点位置でしかマイクロビームの利
用ができなかった不便さがある。
Ｘ線の集光とＸ線の発散角を絞ることは、それぞれ独立
になされており、マイクロビームで発散角の絞られたＸ
線束は得られていない。なぜなら、集光しようとすれば
角度発散が大きくなり、角度発散を小さくしようとすれ
ば空間的に広がってしまうからである。しかも集光素子
による空間的な広がりの縮小する箇所は焦点位置に限ら
れていた。したがって、その位置で使用しなければビー
ムサイズは大きくなるため、焦点位置から離れれば角度
発散によってマイクロビームは何桁も空間的に広がって
しまう。すなわち、焦点位置でしかマイクロビームの利
用ができなかった不便さがある。
【０００８】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みて、発散角の絞られた、しかも集光した平面性の良
好なマイクロビームＸ線束を生成し、種々の応用に適用
し易いＸ線を発生する方法と装置を提供するものであ
る。
鑑みて、発散角の絞られた、しかも集光した平面性の良
好なマイクロビームＸ線束を生成し、種々の応用に適用
し易いＸ線を発生する方法と装置を提供するものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の平面波Ｘ線マイ
クロビーム生成方法は、Ｘ線源から出射したＸ線に焦点
を結ばせ、焦点位置で散乱面が互いに直交する回折を同
時に発生させ、集光するＸ線束の発散角を絞って平面波
とみなせる一部分を取り出すことである。
クロビーム生成方法は、Ｘ線源から出射したＸ線に焦点
を結ばせ、焦点位置で散乱面が互いに直交する回折を同
時に発生させ、集光するＸ線束の発散角を絞って平面波
とみなせる一部分を取り出すことである。
【００１０】また、本発明の平面波Ｘ線マイクロビーム
生成装置は、Ｘ線源と、該Ｘ線源から出射したＸ線に焦
点を結ばせる集光素子と、焦点位置に配置したＸ線の発
散角を絞る光学素子とを具備するものである。さらに、
光学素子を透過したＸ線を選択的に取り出すスリットを
光学素子の出口側に配置した構成としてもよい。また光
学素子はラウエケース回折結晶を用いたものであっても
よく、例えば同時反射ボルマン効果（異常透過）回折素
子であってもよい。また、ラウエケース回折結晶の入射
面（同時反射ボルマン効果（異常透過）回折素子の入射
面）にＸ線遮蔽層を設け、この遮蔽層にピンホールを開
けるようにしてもよい。
生成装置は、Ｘ線源と、該Ｘ線源から出射したＸ線に焦
点を結ばせる集光素子と、焦点位置に配置したＸ線の発
散角を絞る光学素子とを具備するものである。さらに、
光学素子を透過したＸ線を選択的に取り出すスリットを
光学素子の出口側に配置した構成としてもよい。また光
学素子はラウエケース回折結晶を用いたものであっても
よく、例えば同時反射ボルマン効果（異常透過）回折素
子であってもよい。また、ラウエケース回折結晶の入射
面（同時反射ボルマン効果（異常透過）回折素子の入射
面）にＸ線遮蔽層を設け、この遮蔽層にピンホールを開
けるようにしてもよい。
【００１１】そのため、本発明ではＸ線を集光してマイ
クロビーム状態にしてから、絞られたＸ線束の平面波と
みなせる一部分のみを取り出すことが可能になった。
クロビーム状態にしてから、絞られたＸ線束の平面波と
みなせる一部分のみを取り出すことが可能になった。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。
する。
【００１３】本発明の平面波Ｘ線マイクロビーム生成装
置は、Ｘ線源から発生したＸ線を集光装置に導き、集光
装置の焦点位置に同時反射ボルマン効果（異常透過）回
折素子を配置してＸ線束の発散角を絞るものである。Ｘ
線源は放射光（シンクロトロン放射）でもＸ線管でもよ
い。
置は、Ｘ線源から発生したＸ線を集光装置に導き、集光
装置の焦点位置に同時反射ボルマン効果（異常透過）回
折素子を配置してＸ線束の発散角を絞るものである。Ｘ
線源は放射光（シンクロトロン放射）でもＸ線管でもよ
い。
【００１４】入射Ｘ線の方向と回折Ｘ線の方向で張られ
る散乱面が互いに直交する回折条件下では、散乱面に含
まれる方向の角度発散を秒のオーダーに絞ることができ
る。この動力学的回折を用いて発散角を絞る場合、反射
方向の回折波のみならず透過方向の回折波も発散角を絞
ることができる。
る散乱面が互いに直交する回折条件下では、散乱面に含
まれる方向の角度発散を秒のオーダーに絞ることができ
る。この動力学的回折を用いて発散角を絞る場合、反射
方向の回折波のみならず透過方向の回折波も発散角を絞
ることができる。
【００１５】図３にラウエケースの回折の様子の模式図
を示す。同図に示すように、透過型の回折であるラウエ
ケースの回折では結晶の厚さが十分に厚いと、回折が起
こらないときと比ベて透過方向のＸ線束の透過率が大き
くなり、角度発散もさらに絞られる異常透過現象（ボル
マン効果）を示す。
を示す。同図に示すように、透過型の回折であるラウエ
ケースの回折では結晶の厚さが十分に厚いと、回折が起
こらないときと比ベて透過方向のＸ線束の透過率が大き
くなり、角度発散もさらに絞られる異常透過現象（ボル
マン効果）を示す。
【００１６】また、回折に関わる格子面が複数あると
き、回折波は透過方向と格子面の数だけの反射方向の波
が現れる（同時反射）。即ち、同時反射とは、入射Ｘ線
が或る格子面（h,k,l）に対しブラッグ条件を満たして
回折が起こっているとき、別の格子面（m,n,o）に対し
ても同時にブラッグ条件を満たしている回折をいう。
き、回折波は透過方向と格子面の数だけの反射方向の波
が現れる（同時反射）。即ち、同時反射とは、入射Ｘ線
が或る格子面（h,k,l）に対しブラッグ条件を満たして
回折が起こっているとき、別の格子面（m,n,o）に対し
ても同時にブラッグ条件を満たしている回折をいう。
【００１７】図２は複数の格子面が関わる同時反射の様
子を示す模式図である。図２（ａ）と（ｂ）は互いに垂
直な側面図を表し、図（ｂ）は図（ａ）において矢印Ｂ
の方向から見た図である。点線で示された格子面および
回折Ｘ線の方向は、結晶の対称性から偶然に許される回
折を表しているが、本質的には本実施例と関係がない。
二つの散乱面はお互いに垂直になっており、回折によっ
て透過方向のＸ線束は各散乱面に含まれる方向に発散角
が絞られ、結果として両方向に絞られたＸ線束が得られ
る。
子を示す模式図である。図２（ａ）と（ｂ）は互いに垂
直な側面図を表し、図（ｂ）は図（ａ）において矢印Ｂ
の方向から見た図である。点線で示された格子面および
回折Ｘ線の方向は、結晶の対称性から偶然に許される回
折を表しているが、本質的には本実施例と関係がない。
二つの散乱面はお互いに垂直になっており、回折によっ
て透過方向のＸ線束は各散乱面に含まれる方向に発散角
が絞られ、結果として両方向に絞られたＸ線束が得られ
る。
【００１８】同時反射ボルマン効果回折素子の後にスリ
ットを配置し、スリットの出口側に、光学素子を透過回
折した部分、即ち回折条件を満たした部分のＸ線を選択
的に取り出すことにより、平面波Ｘ線マイクロビームを
生成できた。
ットを配置し、スリットの出口側に、光学素子を透過回
折した部分、即ち回折条件を満たした部分のＸ線を選択
的に取り出すことにより、平面波Ｘ線マイクロビームを
生成できた。
【００１９】平面波Ｘ線マイクロビームを得るためには
上記の構成である、Ｘ線源、集光素子、同時反射ボルマ
ン効果回折素子、およびスリットの配列順序が本質的で
あり、集光素子を回折素子の後方においた場合は発散角
度が大きくなってしまい、ビームサイズが小さく、かつ
発散角度も小さいＸ線束を得ることはできない。
上記の構成である、Ｘ線源、集光素子、同時反射ボルマ
ン効果回折素子、およびスリットの配列順序が本質的で
あり、集光素子を回折素子の後方においた場合は発散角
度が大きくなってしまい、ビームサイズが小さく、かつ
発散角度も小さいＸ線束を得ることはできない。
【００２０】
【実施例】本発明の実施例について説明する。図１は本
発明の実施例の構成を示す概念図である。
発明の実施例の構成を示す概念図である。
【００２１】図１において、Ｘ線源１として光源のパラ
メーターが例えばサイズ：３ｍｍ角、発散角：４ｍｒａ
ｄ、光子数：１０ー9／ｓｅｃの放射光を用いた。
メーターが例えばサイズ：３ｍｍ角、発散角：４ｍｒａ
ｄ、光子数：１０ー9／ｓｅｃの放射光を用いた。
【００２２】また、本実施例では集光素子２としてはフ
レネルゾーンプレートを用いたが、Ｘ線全反射ミラーや
反射型のフレネルレンズであるブラッグフレネルレンズ
でもよい。集光素子２によって空間的に絞られたＸ線束
を集光素子２の焦点位置（焦点距離：１ｍ）に配置し
た、同時反射ボルマン効果回折素子３によってＸ線束の
角度発散をしぼり、平面波Ｘ線マイクロビームを生成し
た。
レネルゾーンプレートを用いたが、Ｘ線全反射ミラーや
反射型のフレネルレンズであるブラッグフレネルレンズ
でもよい。集光素子２によって空間的に絞られたＸ線束
を集光素子２の焦点位置（焦点距離：１ｍ）に配置し
た、同時反射ボルマン効果回折素子３によってＸ線束の
角度発散をしぼり、平面波Ｘ線マイクロビームを生成し
た。
【００２３】使用した回折素子は厚さ２ｍｍ（１．４ｍ
ｍ以上）のシリコン単結晶で、表面が（００１）面にな
っているものを使用し、０．１２ｎｍの波長のＸ線に対
し、３３／３反射（／印はその後の数字３の上付きバー
を表わす、以下同じ）、／３３／３反射、／３／３／３
反射および３／３／３反射を同時に起こさせ、入射方向
に対し７０度に回折した回折波をシリコン結晶から約５
ｃｍ離れた位置にセツトした、５ｍｍφの開口が付いた
１〜５ｍｍ厚のタンタル板のスリット４で除去し、透過
方向の回折波のみを取り出した。透過波の発散角度は１
〜２秒であり、ビーム径はおよそ〜１０μｍ程度であっ
た。
ｍ以上）のシリコン単結晶で、表面が（００１）面にな
っているものを使用し、０．１２ｎｍの波長のＸ線に対
し、３３／３反射（／印はその後の数字３の上付きバー
を表わす、以下同じ）、／３３／３反射、／３／３／３
反射および３／３／３反射を同時に起こさせ、入射方向
に対し７０度に回折した回折波をシリコン結晶から約５
ｃｍ離れた位置にセツトした、５ｍｍφの開口が付いた
１〜５ｍｍ厚のタンタル板のスリット４で除去し、透過
方向の回折波のみを取り出した。透過波の発散角度は１
〜２秒であり、ビーム径はおよそ〜１０μｍ程度であっ
た。
【００２４】本発明は以上のパラメータに限定されるこ
となく、使用する波長により、利用する格子面を選択す
ることができる。例えば、波長が０．３６ｎｍのＸ線に
対し、シリコン（００１）面に垂直に入射させて、１１
／１反射、／１１／１反射、／１／１／１反射および１
／１／１反射を同時に起こさせれば平面波Ｘ線マイクロ
ビームが得られる。同様に、０．０７２ｎｍおよび０．
０５２ｎｍの波長に対しては、それぞれ、５５／５反
射、／５５／５反射、／５／５／５反射、５／５／５反
射および７７／７反射、／７７／７反射、／７／７／７
反射、７／７／７反射を利用することができる。また、
回折素子である結晶にシリコン以外のゲルマニウムおよ
び水晶などを用いることで、格子面間隔をかえることが
でき、別の波長にも適用できる。
となく、使用する波長により、利用する格子面を選択す
ることができる。例えば、波長が０．３６ｎｍのＸ線に
対し、シリコン（００１）面に垂直に入射させて、１１
／１反射、／１１／１反射、／１／１／１反射および１
／１／１反射を同時に起こさせれば平面波Ｘ線マイクロ
ビームが得られる。同様に、０．０７２ｎｍおよび０．
０５２ｎｍの波長に対しては、それぞれ、５５／５反
射、／５５／５反射、／５／５／５反射、５／５／５反
射および７７／７反射、／７７／７反射、／７／７／７
反射、７／７／７反射を利用することができる。また、
回折素子である結晶にシリコン以外のゲルマニウムおよ
び水晶などを用いることで、格子面間隔をかえることが
でき、別の波長にも適用できる。
【００２５】別の実施例として、ピンホールを用いる場
合について説明する。
合について説明する。
【００２６】ピンホールの位置が最もＸ線ビームサイズ
が小さくなる位置であるので、その位置が回折素子への
入射位置となるようにする。そのため、図１のシリコン
結晶３の入射面に金属などを蒸着し、その入射位置にレ
ーザーでピンホール（〜１μｍ）を開けた。これにＸ線
を入射して、マイクロビーム平面波Ｘ線束が得られた。
十分な厚さのシリコン結晶では最終的にボルマン効果
で、出射ビームは強度が減少するだけで平面波性には影
響がなかった。
が小さくなる位置であるので、その位置が回折素子への
入射位置となるようにする。そのため、図１のシリコン
結晶３の入射面に金属などを蒸着し、その入射位置にレ
ーザーでピンホール（〜１μｍ）を開けた。これにＸ線
を入射して、マイクロビーム平面波Ｘ線束が得られた。
十分な厚さのシリコン結晶では最終的にボルマン効果
で、出射ビームは強度が減少するだけで平面波性には影
響がなかった。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の平面波Ｘ
線マイクロビーム生成方法及び装置によれば、焦点位置
以外の領域においても発散角の絞られた平面性の良好な
Ｘ線マイクロビームを生成することができる。
線マイクロビーム生成方法及び装置によれば、焦点位置
以外の領域においても発散角の絞られた平面性の良好な
Ｘ線マイクロビームを生成することができる。
【００２８】これによりマイクロビームの空間的広がり
の充分小さい平面波Ｘ線マイクロビームの利用が可能に
なったので、従来、Ｘ線利用時に考慮しなければならな
かった、焦点位置に起因する作業領域の制限が大幅に緩
和され、ワークディスタンスの制限もなくなり、Ｘ線回
折等により物質の微細構造の解析を容易に行うことがで
きるようになる。
の充分小さい平面波Ｘ線マイクロビームの利用が可能に
なったので、従来、Ｘ線利用時に考慮しなければならな
かった、焦点位置に起因する作業領域の制限が大幅に緩
和され、ワークディスタンスの制限もなくなり、Ｘ線回
折等により物質の微細構造の解析を容易に行うことがで
きるようになる。
【図１】本発明の実施例の構成を示す概念図
【図２】複数の格子面が関わる同時反射の様子を示す模
式図
式図
【図３】ラウエケースの回折の様子を示す模式図
【図４】Ｘ線フレネルゾーンプレートによるＸ線束の集
光の様子を示す模式図
光の様子を示す模式図
【図５】全反射ミラーによるＸ線の集光束の様子を示す
模式図
模式図
【図６】ピンホールによるＸ線束の断面積の絞り込みの
様子を示す模式図
様子を示す模式図
１，５，７，９ Ｘ線源 ２，６ 集光素子（フレネルゾーンプレート） ３、１１、１２ シリコン単結晶 ４ スリット ８ Ｘ線全反射ミラー １０ ピンホール
Claims (7)
- 【請求項１】 Ｘ線源から出射したＸ線に焦点を結ば
せ、焦点位置で散乱面が互いに直交する回折を同時に発
生させ、集光するＸ線束の発散角を絞って平面波とみな
せる一部分を取り出すことを特徴とする平面波Ｘ線マイ
クロビーム生成方法。 - 【請求項２】 Ｘ線源と、該Ｘ線源から出射したＸ線に
焦点を結ばせる集光素子と、焦点位置に配置したＸ線束
の発散角を絞る光学素子とを具備することを特徴とする
平面波Ｘ線マイクロビーム生成装置。 - 【請求項３】 光学素子を透過したＸ線を選択的に取り
出すスリットを光学素子の出口側に配置したことを特徴
とする請求項２記載の平面波Ｘ線マイクロビーム生成装
置。 - 【請求項４】 光学素子はラウエケース回折結晶である
ことを特徴とする請求項２または３記載の平面波Ｘ線マ
イクロビーム生成装置。 - 【請求項５】 光学素子はラウエケース回折結晶よりな
る同時反射ボルマン効果（異常透過）回折素子であるこ
とを特徴とする請求項４記載の平面波Ｘ線マイクロビー
ム生成装置。 - 【請求項６】 ラウエケース回折結晶の入射面にＸ線遮
蔽層を設け、この遮蔽層にピンホールを開けたことを特
徴とする請求項４の平面波Ｘ線マイクロビーム生成装
置。 - 【請求項７】 同時反射ボルマン効果（異常透過）回折
素子の入射面にＸ線遮蔽層を設け、この遮蔽層にピンホ
ールを開けたことを特徴とする請求項５の平面波Ｘ線マ
イクロビーム生成装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9022506A JP2953420B2 (ja) | 1996-09-27 | 1997-02-05 | 平面波ｘ線マイクロビーム生成方法及びその装置 |
| NL1007118A NL1007118C2 (nl) | 1996-09-27 | 1997-09-25 | Werkwijze voor het opwekken van een röntgenstralenmicrobundel en inrchting daarvoor. |
| US08/936,384 US5914998A (en) | 1996-09-27 | 1997-09-25 | X-ray microbeam generating method and device for the same |
| FR9712008A FR2754102B1 (fr) | 1996-09-27 | 1997-09-26 | Procede de generation d'un microfaisceau de rayons x et dispositif pour celui-ci |
| FR9800776A FR2756449B1 (fr) | 1996-09-27 | 1998-01-26 | Procede de generation d'un microfaisceau de rayons x et dispositif pour celui-ci |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25601196 | 1996-09-27 | ||
| JP8-256011 | 1996-09-27 | ||
| JP9022506A JP2953420B2 (ja) | 1996-09-27 | 1997-02-05 | 平面波ｘ線マイクロビーム生成方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10153698A JPH10153698A (ja) | 1998-06-09 |
| JP2953420B2 true JP2953420B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=26359744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9022506A Expired - Lifetime JP2953420B2 (ja) | 1996-09-27 | 1997-02-05 | 平面波ｘ線マイクロビーム生成方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2953420B2 (ja) |
-
1997
- 1997-02-05 JP JP9022506A patent/JP2953420B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10153698A (ja) | 1998-06-09 |
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