JP3254474B2 - 軟x線分光素子用材料 - Google Patents

軟x線分光素子用材料

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JP3254474B2 JP24971799A JP24971799A JP3254474B2 JP 3254474 B2 JP3254474 B2 JP 3254474B2 JP 24971799 A JP24971799 A JP 24971799A JP 24971799 A JP24971799 A JP 24971799A JP 3254474 B2 JP3254474 B2 JP 3254474B2
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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、0.5keV以上
のエネルギーを持つ軟X線の分光を可能にする軟X線分
光素子材料を提供すること、およびlkeV以上の軟X
線の分光において、X線反射率を高め、1keV以上の
エネルギーを持つ軟X線の分光性能を改善、実用性を向
上させた軟X線分光素子材料を提供することにある。
【0002】
【従来の技術】従来、軟X線の分光にはβ- アルミナ、
ベリル、無添加六十六ホウ化イットリウムが用いられて
きた。β- アルミナは0.6keV以上1.6keVま
で、また、ベリルは0.8keV以上から2keV以上
まで分光可能であるが、実際上、X線照射損傷が激し
く、短時間の使用で分解能を低下させることから、使用
できるX線強度の範囲が非常に狭い欠点があり、放射光
に対する使用はごく限られたものであった。
【0003】この欠点を克服するために、本発明者ら
は、無添加六十六ホウ化イットリウム(YB66)単結晶
を用いた軟X線分光素子を開発した。この無添加六十六
ホウ化イットリウム単結晶は400回折を使用すること
でlkeVから2keVまでの軟X線を分光するのに適
しているが、1keV以下の軟X線分光には使用できな
かった。また、回折格子を用いて分光することも行われ
ているが、0.5keV以上のエネルギーを持つ軟X線
の分光には、X線入射角度を極端に低くとる必要があ
り、強度、分解能とも満足のいく性能を得ることができ
なかった。
【0004】このため、結晶材料で、耐X線照射損傷性
に優れ、しかも、0.5keV以上のエネルギーを持つ
軟X線の分光が可能なものが開発されることが期待され
ていた。本発明者らは、YB66に代わりうる材料の探
索、開発も行いつつあり、新規材料の発見もあるが、こ
れら材料の開発にも課題は多く、未だ、YB66に代わり
うる材料の開発は成功していない。
【0005】さらに、無添加六十六ホウ化イットリウム
(YB66)単結晶を用いた軟X線分光素子では400回
折を使用するが、1keVから2keVまでの軟X線に
対するX線反射率はあまり高くなく、おおよそ3%であ
り、分光に際し、大部分の入射X線を失っていることか
ら、lkeVから2keVまでの軟X線に対するX線反
射率を高めることができるYB66単結晶の開発が期待さ
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】無添加六十六ホウ化イ
ットリウム(YB66)単結晶を用いた軟X線分光素子で
は、400回折を使用することで1keVから2keV
までの軟X線を分光する。この400回折の2d値は1
1.76Aであり、原理的にこの値より長い波長を持つ
軟X線の分光はできず、より大きい2d値を持つ回折に
よる分光が必要である。粉末X線回折法で観測できる4
00回折より長い2d値を持つのは、無添加YB66では
唯一222回折がある。しかし、この222回折の反射
強度は低く、400回折の1/3程度であり、400回
折の反射率が3%程度であることを考慮すれば、222
回折の反射率は1%程度に過ぎず実用的ではない。
【0007】粉末X線回折法では観測はほとんどできな
いが、無添加YB66における400回折より長い2d値
を持つものとして200回折、220回折もあるが、そ
の反射強度は、222回折に比してもさらに低い。本発
明の課題は、なんらかの手段でこれらの400回折より
長い2d値を持つ回折の反射強度を高め、実用的にも利
用可能であるところの0.5keV以上の軟X線を分光
できる軟X線分光素子材料を提供することである。ま
た、400回折の反射率が3%程度であり、一般的に使
用される二結晶分光器では、分光器を透過後のX線強度
は、入射X線の1/1000でしかない。本発明の課題
は、この400回折の反射率を高め、1keVから2k
eVまでの軟X線を分光するYB66軟X線分光素子材料
の実用性を高めることにもある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、六十六ホウ
化イットリウムに遷移金属元素を添加することで、従
来、反射強度が低く使用に耐えなかった200回折の反
射強度を高め、lkeV以下0.5keVまでの軟X線
の分光を可能にするとともに、400回折の反射強度を
も高め、lkeVから2keVまでの軟X線を分光する
YB66軟X線分光素子材料の実用性を高めることに成功
し、本発明を完成した。
【0009】本発明は、六十六ホウ化イットリウム(Y
66)構造をとるところのYBn 、ただし、52<n<
72に、遷移金属元素であるTi,V,Cr,Mn,F
e,Co,Ni,Cu,Zr,Nb,Moのいずれかま
たは二種以上を添加し、その軟X線分光特性を改善し、
結晶格子内原子配置、位置占有率を変化させることによ
り、その軟X線分光特性を改善し、より低エネルギーで
あるところの0.5keV以上の軟X線の分光を可能と
したことを特徴とする軟X線分光素子用材料である。
【0010】また、同様の手段により、400回折の反
射強度をも高め、1keVから2keVまでの軟X線を
分光するYB66軟X線分光素子材料の実用性を高めたこ
とを特徴とする軟X線分光素子用材料である。
【0011】本発明者は、YB66軟X線分光素子の開発
を行う一方で、YB66の持つ弱点、低X線反射率、低熱
伝導性およびlkeV以下の分光ができないなどを克服
するために、YB66を代替できる新規希土類多ホウ化
物、ホウ炭化物の探索を行い、多くのものを見出してき
た。しかし、分光素子として利用するためには、これら
の大型、良質単結晶を育成する必要があるが、いずれの
新規化合物も高温で分解し、融液を利用した単結晶育成
が困難で、未だYB66を代替できるまでの材料は見つか
っていない。
【0012】一方、ホウ素単体であるβ- ボロンは、そ
の結晶構造に、大きな空隙を含み、種々の遷移金属元
素、希土類元素を不純物として添加できることは良く知
られている。しかも、これらの添加により、X線回折特
性は大きく変化し、無添加であるβ- ボロンでは強度の
低かった回折が、添加により大幅に改善されるものがあ
ることも知られていた。しかし、これらを添加したβ-
ボロンの単結晶のX線回折線の線幅は広く、分光結晶と
して使用するのに必要な十分な分解能を与えることがで
きない。
【0013】本発明者は、しかし、このβ- ボロンにお
ける遷移金属元素、希土類元素を不純物として添加した
ときの、回折特性の変化の事実に着目し、YB66に遷移
金属元素を添加したとき、同様のX線回折特性の変化が
起こり得ると期待し、鋭意研究を重ねた結果、本発明を
なしえたものである。
【0014】すなわち、まず、無添加の六十六ホウ化イ
ットリウム構造をとるYBn (ただし、52<n<7
2)単結晶を育成し、この単結晶と、Yとほぼ当モルの
遷移金属元素であるTi,V,Cr,Mn,Fe,C
o,Ni,Cu,Zr,Nb,Moのいずれかを加え、
アークメルト法により溶融する。この溶融帯を粉砕し、
粉末X線回折法で解析する。粉末X線回折図形に現れる
各回折の強度を無添加のYBn の粉末X線回折図形と比
較し、それぞれの回折の強度変化を見るとき、上記いず
れの遷移金属元素の添加に対しても200回折強度の著
しい増加を認めることができる。この回折強度の変化は
200回折のみにとどまらず、220回折も著しく強度
が増加するが、他方、222および442回折の強度は
大幅に減少する。また、無添加のYB66軟X線分光素子
で回折面として用いられている400回折の強度も増加
する。200回折強度の増加にはCuが最も顕著な効果
を示すが、同時に組成nもまた回折強度変化に大きな寄
与を果たす。すなわち、nの小さい値に対して、この回
折強度変化はより大きく現れる。
【0015】一方、CoまたはNiの両者の添加は回折
強度の変化のみならず、結晶構造の明らかな変化も引き
起こす。すなわち、CoまたはNiの両者以外の上記遷
移金属元素添加に対して、YB66は無添加の時の結晶構
造系である面心立方型結晶構造を保つが、CoまたはN
iの両者の添加に対して結晶構造系は単純立方型結晶構
造へと変化する。
【0016】軟X線分光素子として遷移金属元素を添加
したYB66単結晶を利用するが、単結晶育成は、光集光
加熱浮遊帯域法または高周波間接加熱浮遊帯域法などを
用いることができる。必要な量の遷移金属元素とあらか
じめ合成したYBn 、ただし52<n<72、を混合、
1500〜1800℃の温度範囲のいずれかの温度、不
活性ガスまたは真空中で数時間反応させ、浮遊帯域法原
料棒とする。遷移金属元素の種類によっては、アークメ
ルト法、ホットプレス法などにより原料棒をさらに高密
度化させておく必要がある。また原料棒の合成は、YB
4 のような比較的ホウ素量の少ない原料に、遷移金属元
素と所望量のホウ素を同時に加え、あらかじめYBn
合成することなく、反応させることも可能である。
【0017】このようにして合成した原料棒を用い、光
集光加熱浮遊帯域法または高周波間接加熱浮遊帯域法な
どを用い単結晶を育成する。育成した単結晶を軟X線分
光素子として利用するためには単結晶が高品質であるこ
とが必須であるが、一回の浮遊帯域法単結晶育成のみで
は不十分なことが多く、二回以上融帯通過を繰り返すこ
とで高品質を達成する。この時、融帯からの遷移金属元
素の蒸発は避けられず、したがってCuのような蒸気圧
の高いものでは二回以上の融帯通過によるCuの損失分
を補うべくあらかじめ余分に添加して原料棒を作成して
おく必要がある。
【0018】
【実施例】実施例1 六十六ホウ化イットリウム構造をとるものの中で最もイ
ットリウム濃度の高いn=[B]/[Y]=56および
一致溶融組成であるn=62を持つ六十六ホウ化イット
リウムに、遷移金属元素であるTi,V,Cr,Mn,
Fe,Co,Ni,Cu,Zr,Nb,Moの内の一つ
をYと等モル濃度になる量を加え、アークメルト法によ
り溶融添加した。得られたペレットを粉砕し、粉末X線
回折法により、評価し、それぞれの200回折の強度を
無添加六十六ホウ化イットリウムの200および400
回折の強度と比較した。代表的なものを図1に示す。
【0019】無添加六十六ホウ化イットリウムでは20
0回折の400回折に対する強度比が約1/35である
のに、n=56のものに対するCu添加では、200回
折の強度は400回折より強度が増大し、400回折の
約1.5/1になった。同様組成のものに対するMo添
加では0.7/lとやはり無添加のものに対して200
回折の強度が大幅に増加した。またn=62のものに対
するNi添加でも200回折の強度は400回折に対
し、1/5にまで増大した。また、Ni添加では、無添
加六十六ホウ化イットリウムの持つ面心立方型結晶構造
では観測できない筈の新しい回折線(図中矢印)が観測
されている。これから、Ni添加六十六ホウ化イットリ
ウムは、面心立方型から単純立方型へと結晶形を変えた
ことも認められる。これにより、遷移金属元素を添加し
たYB66単結晶の200回折を用いることにより、0.
5keV以上のエネルギーの軟X線分光素子が作成でき
ることを確認した。
【0020】実施例2 YB58粉末を合成した後、Yと当モルのNiを加え、ア
ークメルト法により浮遊帯域法用原料棒を作成した。こ
の原料棒を用い、光集光加熱浮遊帯域法により、単結晶
を育成した。育成した単結晶を粉砕し、粉末X線回折法
により各回折線の強度変化を調べた。図2に示すよう
に、無添加YB62に対し、200回折が格段に増大する
一方、400回折も、無添加YB62の約2倍になってい
ることを確認した。このように遷移金属元素を添加した
六十六ホウ化イットリウムでは、400回折の反射率が
増大し、従来の無添加のものに比し、実用性を増した軟
X線分光素子とすることができることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【図1】遷移金属元素の例としてCu、Ni、Moを添
加した六十六ホウ化イットリウムと無添加六十六ホウ化
イットリウムを比較した粉末X線回折図。
【図2】Niを添加したYB58Ni単結晶と無添加六十
六ホウ化イットリウムを比較した粉末X線回折図。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軟X線分光素子用材料であり、六十六ホ
    ウ化イットリウム(YB66)構造をとるところのY
    n 、ただし、52<n<72に、遷移金属元素である
    Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co、Ni,Cu,Z
    r,Nb,Moのいずれかまたは二種以上を添加し、結
    晶格子内原子配置、位置占有率を変化させることによ
    り、200回折のX線反射率を増大させることによりそ
    の軟X線分光特性を改善し、より低エネルギーであると
    ころの0.5keV以上の軟X線の分光を可能としたこ
    とを特徴とする軟X線分光素子用材料。
  2. 【請求項2】 軟X線分光素子用材料であり、六十六ホ
    ウ化イットリウム(YB66)構造をとるところのY
    n 、ただし、52<n<72に、遷移金属元素である
    Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co、Ni,Cu,Z
    r,Nb,Moのいずれかまたは二種以上を添加し、結
    晶格子内原子配置、位置占有率を変化させることによ
    り、400回折のX線反射率を高め、実用性を向上させ
    たことを特徴とする1keV〜2keVのエネルギー領
    域の軟X線分光素子用材料。
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