JP3150167B2 - 非対称ｘ線回折方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集中法の光学系を利用
して粉末Ｘ線回折測定を行うＸ線回折方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】集中法の光学系を利用して粉末Ｘ線回折
測定を行う装置は、一般にＸ線ディフラクトメ−タと呼
ばれ、次のような構成を備えている。Ｘ線源から発散し
たＸ線を試料に入射させ、この試料で回折したＸ線を受
光手段たとえば受光スリットに集束させてこのスリット
を通過させ、スリットの後方位置に配置したＸ線検出器
によって回折Ｘ線の強度を測定する。そして、試料の面
内を通るゴニオメ−タ回転中心線（試料軸）を中心とし
て試料を回転させるとともに、受光スリットおよびＸ線
検出器を前記試料軸を中心として試料の２倍の角速度で
回転させることによって、回折角度に応じた回折強度分
布を測定することができる。

【０００３】この種のＸ線回折装置においては、次のよ
うな幾何学的配置条件を満たす必要がある。試料表面の
任意の位置において回折角度２θで回折したＸ線が受光
スリットに集束するためには、Ｘ線源と試料中心と受光
スリットとが常に集中円上に位置する必要があり、か
つ、試料表面はこの集中円に接していなければならな
い。なお、厳密には試料表面は集中円に沿った円弧面で
なければならないが、回折角度２θを変化させていくと
集中円の半径も変化していくので、実際には平板状の試
料を用いることが多い。

【０００４】従来のＸ線ディフラクトメ−タは、Ｘ線源
から試料に至る入射Ｘ線距離Ｌ１と、試料から受光スリ
ットに至る回折Ｘ線距離Ｌ２とが等しくなっている。こ
の場合には、試料と入射Ｘ線とのなす入射角αと、入射
Ｘ線と回折Ｘ線とのなす回折角度２θとが、常に１対２
になるように、試料と受光スリットおよびＸ線検出器を
相対回転させることによって、上述の集中条件を満足す
ることになる。すなわち、入射角αがθに等しくなり、
いわゆるθ−２θ走査のゴニオメ−タとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで最近では、Ｘ
線回折方法における測定結果について非常に精度の高い
分解能が要求されるようになってきている。この分解能
を向上させる一つの方法として、試料と受光スリットと
の間の距離すなわち回折Ｘ線距離を大きく設定すること
が考えられる。

【０００６】入射Ｘ線距離と回折Ｘ線距離とを等しく設
定するという従来のＸ線ディフラクトメ−タにおいて
は、分解能を向上させるために回折Ｘ線距離を長くしよ
うとすると、それに対応させて、入射Ｘ線距離すなわち
Ｘ線源と試料との間の距離をも長くしなければならなく
なり、その分だけＸ線回折装置全体の形状が大きくな
る。しかも、Ｘ線源から受光スリットに至るＸ線経路が
長くなる分だけＸ線強度が低下するという問題も生じ
る。

【０００７】また、測定の種類に応じては、非常に強い
Ｘ線強度を必要とする場合があり、この場合には、入射
Ｘ線距離をできるだけ短く設定するのが好ましい。しか
しながら、従来のＸ線ディフラクトメ−タでは、この場
合、試料から受光スリットへ至る距離すなわち回折Ｘ線
距離をも短くしなければならない。したがって、今度
は、Ｘ線回折測定結果の分解能が著しく低下するという
問題が生じる。

【０００８】以上のような問題点は、すべて、入射Ｘ線
距離と回折Ｘ線距離とを等しくしたことに起因してい
る。そこで、本発明の目的は、入射Ｘ線距離と回折Ｘ線
距離とを異ならせて、かつ集中条件を満足するような、
新しいＸ線回折方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明のＸ線回折方
法は、集中円上にＸ線源、試料および受光手段の３要素
を配置し、これらの３要素の相対位置関係を変更させな
がら、Ｘ線源から発散したＸ線を試料に入射させ、この
試料で回折したＸ線を受光手段に集束させ、もって回折
角度に対応した回折Ｘ線強度の分布を測定するＸ線回折
方法において、Ｘ線源から試料に至る入射Ｘ線距離Ｌ１
と、試料から受光手段に至る回折Ｘ線距離Ｌ２とを互い
に異ならせ、かつ、入射Ｘ線距離Ｌ１に対する回折Ｘ線
距離Ｌ２の比率を一定に保った状態で、試料と入射Ｘ線
とのなす入射角αと、入射Ｘ線と回折Ｘ線とのなす回折
角度２θとが、次の式１を満足するように、試料とＸ線
源と受光手段との相対位置関係を制御することを特徴と
している。

【数３】

【００１０】第２の発明のＸ線回折方法は、第１の発明
において、回折角度２θを一定の角速度で連続的にまた
は一定の時間間隔で間欠的に変化させ、この２θの変化
に基づいて、次の式２を満足するように入射角αを変化
させることを特徴としている。

【数４】

【００１１】

【作用】図１は入射Ｘ線距離Ｌ１と回折Ｘ線距離Ｌ２と
を異ならせた状態（以下、非対称配置と呼ぶ。）の集中
法の光学系の原理図である。本発明は、この非対称配置
を実現するためのＸ線回折方法を提供するものである。

【００１２】図１において、Ｘ線焦点Ｆと、試料４の中
心すなわち試料軸ωと、受光スリットの中心Ｒとは集中
円１２上に位置する。試料４の表面はω点において集中
円１２に接している。試料４に対する入射Ｘ線の角度す
なわち入射角はαであり、試料４に対する回折Ｘ線の角
度はβである。入射Ｘ線に対する回折Ｘ線の角度すなわ
ち回折角度は２θであるから、αとβの和は２θに等し
い。なお、θは回折現象を生じる結晶格子面と入射Ｘ線
とのなす角度である。

【００１３】図１のような幾何学的配置のときには、試
料表面の任意の位置において回折角２θで回折したＸ線
は近似的にＲ点に集束する。Ｆ点からω点までの距離Ｌ
１はＬ１＝Ｄｓｉｎαとなり、ω点からＲ点までの距離
Ｌ２はＬ２＝Ｄｓｉｎβとなる。また、β＝（２θ−
α）である。したがって、次の式１が成立する。

【数５】

【００１４】すなわち、式１を満足するようにＸ線源と
試料と受光スリットとを相対回転させながら、回折角２
θに応じた回折Ｘ線強度分布を求めれば、非対称配置に
おいて試料の粉末Ｘ線回折パタ−ンを測定することがで
きる。ところで、式１は、入射Ｘ線距離Ｌ１に対する回
折距離Ｌ２の比率（以下、距離比Ｋと呼ぶ。）と、入射
角αと、回折角度２θとの三つの変数の間の関係を規定
していると理解することができる。

【００１５】式１においてＫ＝（Ｌ２／Ｌ１）＝１と仮
定すると、α＝θとなり、これは従来の対称配置のＸ線
ディフラクトメ−タそのものである。

【００１６】粉末Ｘ線回折パタ−ンを得るためには２θ
に応じた回折Ｘ線強度分布を測定する必要があるので、
式１は、２θを変化させたときに入射角αと距離比Ｋと
をどのように変化さたらよいか、を示すものであると見
ることができる。そこで、本発明者は、非対称配置の集
中法光学系においては、式１の条件を満足させながら、
次の三つの回折方法が可能であることを見出だした。 （イ）距離比Ｋを一定の値に保った状態で、回折角度２
θを変化させながら、それに伴って入射角αを変化させ
る方法。 （ロ）入射角αを一定の値に保った状態で、回折角度２
θを変化させながら、それに伴って距離比Ｋを変化させ
る方法。 （ハ）回折角度２θを変化させながら、それに伴って、
距離比Ｋと入射角αの両方を変化させる方法。

【００１７】本発明は上述の（イ）の回折方法に相当す
る。

【００１８】上述の（ロ）の回折方法については公知技
術が存在する。「J. Appl. Cryst.(1970) Vol.3, 372
」は、薄膜試料のＸ線回折測定に関してゼ−マン・ボ
−リン（Seeman-Bohlin ）法によるＸ線ディフラクトメ
−タを開示している。この文献では、入射角αを一定に
保った状態（すなわちＸ線源と試料とを静止した状態）
で、試料を中心として受光スリットとＸ線検出器を回転
させ、かつ試料から受光スリットまでの距離を回折角度
に応じて変化させ、もって集中円上に受光スリットを位
置させている。この方法では２θを変化させても集中円
は静止している。

【００１９】また、上述の（ハ）の回折方法についても
公知技術が存在する。特公昭６０−２２２９２号は、回
折に寄与する結晶格子面と試料表面とのなす角度が常に
一定の値を保つような条件のもとで、回折角２θと距離
比Ｋと入射角αとが式１の集中条件を満たすように制御
したものである。すなわち、この公知技術は、上述の
（ハ）の回折方法の一つの具体例を示したものである。
（ハ）の回折方法は、一般に、２θのひとつの値に対し
て、距離比Ｋと入射角αとの組み合わせが無数に考えら
れる。この公知技術は、「回折に寄与する結晶格子面と
試料表面とのなす角度が常に一定の値を保つ」という条
件を加えることによって、距離比Ｋと入射角αとの無数
の組み合わせの中から一つを選択していることになる。

【００２０】結局、この出願は、上述の（イ）（ロ）
（ハ）の非対称Ｘ線回折方法のうち、（イ）の回折方法
を提供するものである。

【００２１】本発明は、距離比を一定に保った状態で非
対称Ｘ線回折を行うものであって、他の非対称Ｘ線回折
方法と比べて、回折測定中は入射Ｘ線距離と回折Ｘ線距
離とを一定にしておくことができる利点がある。本発明
の態様としては、回折Ｘ線距離Ｌ２を入射Ｘ線距離Ｌ１
より長くする場合と、回折Ｘ線距離Ｌ２を入射Ｘ線距離
Ｌ１より短くする場合とがある。前者の場合は、入射Ｘ
線距離を短くした分だけＸ線強度を強く保持しつつ、回
折Ｘ線距離を長くした分だけＸ線回折測定における分解
能を向上させることができる。後者の場合は、著しく形
状の大きいＸ線源を用いることができる。また、この場
合、回折Ｘ線距離は短く保持されるので、Ｘ線強度の低
下を極力抑えることができる。

【００２２】入射Ｘ線距離あるいは回折Ｘ線距離のいず
れか一方の長さを可能なかぎり短く設定すれば、その分
だけＸ線回折装置全体の形状を小型にすることができ
る。

【００２３】本発明は、距離比を一定に保って非対称Ｘ
線回折を行うものであるが、この距離比は装置固有の値
にしてもよいし、変更可能にしてもよい。

【００２４】

【実施例】

実施例１ 図２は、本発明に係るＸ線回折方法を実施するためのＸ
線回折装置の一実施例の平面図である。同図において、
Ｘ線管１内に設けられたタ−ゲット２のＸ線焦点Ｆから
発散したＸ線は、試料台３に装着されている試料４に入
射して回折し、その回折Ｘ線は受光スリット５に集束し
てこのスリットを通過し、そのスリット５の後方に配置
されたＸ線検出器６によってその強度が測定される。こ
の場合、Ｘ線焦点Ｆ、試料４の試料面４ａ（図３参
照）、そして回折Ｘ線の集束点に置かれた受光スリット
５の３要素は、集中円１２上に位置している。なお、こ
の実施例における受光スリット５は、本発明における受
光手段に相当する。

【００２５】ここで、図２において、Ｘ線焦点Ｆから出
て試料４の中心（試料軸）ωを通る入射Ｘ線と回折Ｘ線
とのなす角度が２θ、試料面４ａ（図３）と入射Ｘ線と
のなす角度がα、そして試料面４ａと回折Ｘ線とのなす
角度がβである。

【００２６】図３にも示すように、試料４が装着されて
いる試料台３は、ゴニオメ−タベ−ス７上に設けられて
おり、試料台３のまわりに設けられた回転盤８にカウン
タア−ム９が固定されている。記述の受光スリット５お
よびＸ線検出器６は、カウンタア−ム９の先端近くに位
置している。ゴニオメ−タベ−ス７の内部にはゴニオメ
−タの駆動機構１０が配置されており、この駆動機構１
０により、試料台３およびカウンタア−ム回転盤８がそ
れぞれ独立して、試料軸ωを中心として回転駆動され
る。カウンタア−ム回転盤８が回転駆動されることによ
り、ア−ム回転角２θが変化し、一方、試料台３が回転
駆動されることにより試料４に対するＸ線入射角αが変
化する。

【００２７】ところで、本実施例においては、試料４か
ら受光スリット５に至る距離すなわち回折Ｘ線距離Ｌ２
が、Ｘ線源であるＸ線焦点Ｆから試料４に至る距離すな
わち入射Ｘ線距離Ｌ１よりも長く設定してある。すなわ
ち、表１に示すように、入射Ｘ線距離Ｌ１が１８５ｍ
ｍ、そして回折Ｘ線距離Ｌ２が２５０ｍｍに設定してあ
る。

【表１】

【００２８】従来であれば、入射Ｘ線距離Ｌ１と回折Ｘ
線距離Ｌ２とが互いに等しく設定されていたので、ア−
ム回転角２θをＸ線入射角αの２倍の角速度で連続回転
またはステップ回転させれば、試料面４ａ（図３）が常
に集中円１２に接することになって、正確なＸ線回折測
定が行われた。

【００２９】これに対して、本実施例では、入射Ｘ線距
離Ｌ１と回折Ｘ線距離Ｌ２とを異ならせた関係上、従来
のような１対２の角速度比関係では、目標とするＸ線集
中条件を得ることができない。結局、非対称配置の場合
には、すでに述べてきたように次の式１を満足させるこ
とになる。

【数６】

【００３０】この場合、回折測定中はＬ１に対するＬ２
の比率は一定である。また、２θは一定の角速度で回転
させることが回折パターンを得る上で便利である。した
がって、カウンタアーム９を一定の角速度で連続回転ま
たはステップ回転させながら、この２θの変化に応じた
入射角αを求めて試料台３を回転させることが現実的で
ある。入射角αは、式１を変形して、次の式２で求める
ことができる。

【数７】

【００３１】表１に示したαの値は、Ｌ１、Ｌ２、２θ
の値を式２に代入して求めたものである。このような制
御条件に基づいてＸ線回折測定を行ったところ、目標と
するＸ線回折図形が得られた。なお、表１におけるＤは
集中円の直径の変化を示している。

【００３２】この実施例によれば、回折Ｘ線距離Ｌ２を
長く設定してあるので、試料４から散乱する不要なＸ線
を受光スリット５によって効果的に遮蔽することができ
る。したがって、いわゆるＸ線回折測定における分解能
を向上させることができる。しかも、入射Ｘ線距離Ｌ１
すなわちＸ線源から試料４までの距離は短いままに保持
してあるので、Ｘ線の強度が低下するのを防止すること
ができる。

【００３３】実施例２（表２） 実施例１の場合と同様に、図２に示した装置を用い、回
折Ｘ線距離Ｌ２だけを２５０ｍｍから２８５ｍｍに変更
した。この場合の２θに対するαの値は表２に示した通
りである。

【表２】

【００３４】実施例３（表３） 実施例１の場合と同様に、図２に示した装置を用い、回
折Ｘ線距離Ｌ２だけを２５０ｍｍから３５０ｍｍに変更
した。この場合の２θに対するαの値は表３に示した通
りである。

【表３】

【００３５】実施例４（表４） この実施例においては、入射Ｘ線距離Ｌ１を２５０ｍｍ
とし、回折Ｘ線距離Ｌ２を１８５ｍｍとしている。すな
わち、実施例１〜３の場合と異なって、入射Ｘ線距離Ｌ
１の方を回折Ｘ線距離Ｌ２よりも長く設定してある。こ
の場合の２θに対するαの値は表４に示した通りであ
る。

【表４】

【００３６】この実施例によれば、例えばＸ線管１とし
て極めて大型のものを使用した場合に効果的である。こ
の場合は、必然的に入射Ｘ線距離Ｌ１が長くならざるを
得ないが、場合であっても、回折Ｘ線距離Ｌ２自体は短
い状態のままに保持できる。したがって、Ｘ線強度の低
下を防止することが可能となる。また、大型のＸ線管を
用いたにもかかわらず、Ｘ線回折装置全体を小型にする
ことができる。

【００３７】実施例５（表５） この実施例も入射Ｘ線距離Ｌ１を回折Ｘ線距離Ｌ２より
短くした場合の例である。この実施例は、上記の実施例
４に比較して、入射Ｘ線距離Ｌ１を２５０ｍｍから３５
０ｍｍへさらに長くしたものである。この場合の２θと
αの値は表５に示した通りである。

【表５】

【００３８】なお、図２において、受光スリット５およ
びＸ線検出器６はスライド部材１１上に固定されてお
り、そのスライド部材１１は矢印Ａの方向すなわち試料
４に近づいたり遠ざかったりする方向へ位置変更するこ
とができる。これにより、回折Ｘ線距離Ｌ２を自由に変
更することができるようになる。

【００３９】また、ゴニオメ−タの駆動機構１０を内蔵
したゴニオメ−タベ−ス７の全体をＸ線ダイレクトビ−
ム方向（図２の矢印Ｂの方向）に移動可能に構成してお
けば、入射Ｘ線距離Ｌ１を自由に変更することも可能で
ある。

【００４０】以上、いくつかの実施例を示して本発明を
説明したが、本発明はそれらの実施例に限定されるもの
ではない。例えば、上記各実施例は、Ｘ線管１を固定し
て試料４および受光スリット５を走査回転させる形式の
Ｘ線回折装置に本発明を用いたものであるが、これとは
別に、試料を固定配置し、その試料を中心としてＸ線管
および受光スリットを走査回転させる形式のＸ線回折装
置に本発明を適用することも可能である。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、入射Ｘ線距離と回折Ｘ
線距離とを異ならせて、かつ両者の比率を一定に保った
状態でＸ線回折測定を行うようにしたので、分解能を向
上させたり、Ｘ線強度の減少を防いだりといったよう
に、Ｘ線回折測定における測定条件を測定者の希望に応
じて変更することが可能となった。

【００４２】特に、回折Ｘ線距離を入射Ｘ線距離よりも
長く設定すれば、Ｘ線強度を強く維持した状態で分解能
の高いＸ線回折測定を行うことができる。また、Ｘ線管
としてその形状が著しく大きいものを使用する場合に
は、入射Ｘ線距離は大きくならざるを得ないが、このよ
うな場合にも本発明によれば、入射Ｘ線距離だけを大き
くして回折Ｘ線距離はそのままに保持しておくことがで
き、装置全体を小型にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】非対称Ｘ線回折方法の原理図を示した平面図で
ある。

【図２】本発明の方法を実施するためのＸ線回折装置の
一実施例を示す平面図である。

【図３】図２のＸ線回折装置の試料付近の斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ Ｘ線管 ４ 試料 ５ 受光スリット １０ ゴニオメ−タ １２ 集中円 Ｌ１ 入射Ｘ線距離 Ｌ２ 回折Ｘ線距離 α 入射角 ２θ 回折角度 Ｆ Ｘ線焦点 ω 試料の中心軸 Ｒ 受光スリットの中心

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集中円上にＸ線源、試料および受光手段
   の３要素を配置し、これらの３要素の相対位置関係を変
   更させながら、Ｘ線源から発散したＸ線を試料に入射さ
   せ、この試料で回折したＸ線を受光手段に集束させ、も
   って回折角度に対応した回折Ｘ線強度の分布を測定する
   Ｘ線回折方法において、Ｘ線源から試料に至る入射Ｘ線
   距離Ｌ１と、試料から受光手段に至る回折Ｘ線距離Ｌ２
   とを互いに異ならせ、かつ、入射Ｘ線距離Ｌ１に対する
   回折Ｘ線距離Ｌ２の比率を一定に保った状態で、試料と
   入射Ｘ線とのなす入射角αと、入射Ｘ線と回折Ｘ線との
   なす回折角度２θとが、次の式１を満足するように、試
   料とＸ線源と受光手段との相対位置関係を制御すること
   を特徴とするＸ線回折方法。 【数１】
2. 【請求項２】 回折角度２θを一定の角速度で連続的に
   または一定の時間間隔で間欠的に変化させ、この２θの
   変化に基づいて、次の式２を満足するように入射角αを
   変化させることを特徴とする請求項１記載のＸ線回折方
   法。 【数２】