JP4262709B2 - Ｘ線用ガスフロー型比例計数管を備えるｘ線分析装置およびｘ線用ガスフロー型比例計数管の使用方法。 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線を検出するために用いられるＸ線用ガスフロー型比例計数管を備えるＸ線分析装置およびＸ線用ガスフロー型比例計数管の使用方法に関する。

Ｘ線用ガスフロー型比例計数管は、管内に電子の集電極である芯線を配置し、Ｘ線検出用フローガスを管内に約１０１３ヘクトパスカル（ｈＰａ）の圧力で約５０ミリリットル／分流しながらＸ線入射窓より入射したＸ線によりＸ線検出用ガスから電離した電子を正の高電圧で芯線に集め、電気パルスまたは電流としてＸ線を検出するものであり、電離ガスとしてはアルゴンガスやヘリウムガスが用いられており、また、Ｘ線用ガスフロー型比例計数管のフローガスとして、アルゴンガスとクエンチングガスであるメタンガスを混合したＰＲガスが市販されている。これらの従来のガスを有するガスフロー型比例計数管に長波長（低エネルギー）Ｘ線が入射するとガスフロー型比例計数管のＸ線入射窓付近で入射Ｘ線のほとんどが吸収され、入射Ｘ線による電離ガスのイオン化によって生成される電子がガスフロー型比例計数管内の芯線に到達する量が少なくなり、Ｘ線の検出感度が充分に得られなかった。

そのため、従来はガスフロー型比例計数管のＸ線入射窓付近でのＸ線の吸収を少なくし、電離ガスのイオン化を促進して検出するＸ線の感度を高くするために、測定波長（エネルギー）に適した種類のフローガスを使用したり、フローガスの供給圧力を変えたり、フローガスの有効体積を変化させるなどの方法がとられていた（特許文献１参照）。
特開平１−９３０４５号公報

検出するＸ線の波長に応じてフローガスの種類を変えることは、ガス切換えの手間や切換え時間などの無駄が発生し、操作が煩雑になる。通常、フローガスは１０１３ヘクトパスカル（ｈＰａ）程度の圧力で供給されており、ガスフロー型比例計数管が配置されている測定部や分析部内部は真空雰囲気に保たれていることが多く、フローガスの供給圧力を変えるとガスフロー型比例計数管のＸ線入射窓が圧力変動により破損することがある。また、検出するＸ線波長に応じてフローガスの有効体積を変化させるには、ガスフロー型比例計数管の内部構成要素である芯線や内筒などの位置可変調節手段を有する構造にしておかなければならず、ガスフロー型比例計数管およびこの計数管を適用するＸ線分析装置の構造は複雑になり、高額なものとなる。

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、Ｘ線入射窓付近でのＸ線の吸収が少ないとともに、検出Ｘ線の波長（エネルギー）によってフローガスの切換えやフローガスの減圧などの手間やＸ線入射窓の破損がなく、安価で、長波長（低エネルギー）のＸ線に対し高感度でＳ／Ｎ比のよいＸ線用ガスフロー型比例計数管を備えるＸ線分析装置およびＸ線用ガスフロー型比例計数管の使用方法を提供することを目的とする。

本発明の参考となる構成例であるＸ線用ガスフロー型比例計数管は、Ｘ線検出用フローガスとしてアルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを所定の体積割合で混合した混合ガスを計数管内に流すように構成する。

本発明の参考となる構成例によれば、アルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを前もって設定した所定の体積割合で混合した混合ガスをフローガスとしている。したがって、従来からフローガスとして使用されているアルゴンガスとメタンガスの混合ガスであるＰＲガスにヘリウムガスを、供給圧力を変えずに所定の体積割合で混合させることにより、フローガスの圧力を減圧させることなくＰＲガスの密度を小さくすることができる。フローガスの密度が小さくなると、フローガスによる入射Ｘ線の吸収が少なくなり、電離ガスであるアルゴンガスのイオン化が促進され、生成される電子が増加し、比例計数管内の芯線に多くの電子が到達しＸ線用ガスフロー型比例計数管の感度が向上する。

アルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを前もって設定した所定の体積割合で混合した混合ガスをフローガスとしているので、フローガスの切換えや減圧などの手間がなく、ガスフロー型比例計数管のＸ線入射窓の破損もなく、安価な装置で長波長のＸ線を高感度でＳ／Ｎ比よく検出でき、本発明の参考となる構成例であるガスフロー型比例計数管を適用したＸ線分析装置では長波長のＸ線分析や試料中の軽元素分析を高感度にすることができる。

本発明の第１構成にかかる混合ガス生成装置は、アルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスとヘリウムガスとを所定の体積割合で混合するガス混合部と、ガス混合部にＰＲガスを導入するＰＲガス配管と、ガス混合部にヘリウムガスを導入するヘリウムガス配管と、混合ガス部で混合された混合ガスをＸ線用ガスフロー型比例計数管に導入する混合ガス配管と、混合ガスのＰＲガスとヘリウムガスの所定の混合体積割合を一定に保持する混合ガス体積割合一定化手段と、を備える。

本発明の第１構成では、Ｘ線用ガスフロー型比例計数管のフローガスとして市販されているＰＲガスとヘリウムガスを混合ガス生成装置のそれぞれのガス配管に導入し、長波長のＸ線検出に適した所定の混合体積割合になるように、混合ガスのＰＲガスとヘリウムガスの所定の混合体積割合を一定に保持する混合ガス体積割合一定化手段を設定し、ＰＲガスとヘリウムガスをガス混合部で混合させ、所定の混合体積割合に生成された混合ガスを混合ガス配管でＸ線用ガスフロー型比例計数管に導入する。したがって、参考となる構成例と同様の効果を得ることができ、またＸ線分析装置に適用することにより長波長元素の分析を高感度に行うことができる。

ＰＲガスとヘリウムガスを所定の体積割合で混合するガス混合部は、それぞれのガスが配管内部で合流できる配管接続部でもよいし、それぞれのガスが合流し混合する空間を有する混合室であってもよい。混合ガス体積割合一定化手段は、ＰＲガスとヘリウムガスのそれぞれの配管に所定のガス流量に設定できる流量調節弁と流量計を、またはそれぞれの配管に所定のガス圧に設定できる圧力調節弁と圧力計を、または流量調節弁と流量計および圧力調節弁と圧力計の両方を備えて、前記混合ガスの前記ＰＲガスと前記ヘリウムガスの所定の混合体積割合を一定に保持してもよいし、ＰＲガスとヘリウムガスのそれぞれの配管にマスフローコントローラを備えて前記混合ガスの前記ＰＲガスと前記ヘリウムガスの所定の混合体積割合を一定に保持してもよい。

本発明の第２構成にかかるガスフロー型比例計数管を備えるＸ線分析装置は、アルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスとヘリウムガスとを所定の体積割合で混合するガス混合部と、前記ガス混合部に前記ＰＲガスを導入するＰＲガス配管と、前記ガス混合部に前記ヘリウムガスを導入するヘリウムガス配管と、前記混合ガス部で混合された混合ガスを前記Ｘ線用ガスフロー型比例計数管に導入する混合ガス配管と、前記混合ガスの前記ＰＲガスと前記ヘリウムガスの所定の混合体積割合を一定に保持する混合ガス体積割合一定化手段とを備える。

本発明の第２構成によれば、前記参考となる構成例であるＸ線用ガスフロー型比例計数管と、アルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスとヘリウムガスとを所定の体積割合で混合するガス混合部と、前記ガス混合部に前記ＰＲガスを導入するＰＲガス配管と、前記ガス混合部に前記ヘリウムガスを導入するヘリウムガス配管と、前記混合ガス部で混合された混合ガスを前記Ｘ線用ガスフロー型比例計数管に導入する混合ガス配管と、前記混合ガスの前記ＰＲガスと前記ヘリウムガスの所定の混合体積割合を一定に保持する混合ガス体積割合一定化手段とを備えているので、フローガスの切換えやフローガス減圧などの手間がなく、ガスフロー型比例計数管のＸ線入射窓の破損もなく、安価な装置で長波長Ｘ線分析すなわち軽元素の分析に対し高感度でＳ／Ｎ比のよい分析を行うことができる。

本発明の第２構成において、さらにＸ線分析装置の分析部内部を大気圧または所定真空度の空気雰囲気から前記ヘリウムガス雰囲気に置換するヘリウムガス置換手段を備えるＸ線分析装置では、軽元素分析を行うときに分析部内部をヘリウムガス雰囲気に置換するのにヘリウムガスを使用しているので、新たにヘリウムガスを準備する必要がなく、既存のガス設備で分析を行うことができる。

本発明の第３構成にかかるガスフロー型比例計数管の使用方法は、Ｘ線検出用フローガスとしてアルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを所定の体積割合で混合した混合ガスをガスフロー型比例計数管に使用する。

本発明の第３構成によれば、アルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを前もって設定した所定の体積割合で混合した混合ガスをフローガスとして使用しているので、フローガスの切換えや減圧などの手間がなく、ガスフロー型比例計数管のＸ線入射窓の破損もなく、フローガスの成分であるアルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを検出Ｘ線波長に適した混合体積割合に設定することができ、高感度でＳ／Ｎ比のよいＸ線検出を行うことができ、特に長波長のＸ線検出においてその効果が大きい。

以下、本発明の第１実施形態であるＸ線用ガスフロー型比例計数管について説明する。この比例計数管はＸ線を検出するために用いられ、特に、長波長（低エネルギー）のＸ線検出に用いられるものであって、図１に示すように、ガスフロー型比例計数管１０の陰極であるケース７に検出するＸ線が入射するＸ線入射窓２と、検出用ガスであるフローガスの入口５と、フローガスの出口６と、比例計数管１０の高電圧および検出出力端子８を有し、比例計数管１０の内に入射Ｘ線と垂直方向であって管の軸方向に陽極である芯線４が設けられている。比例計数管１０のケース７は黄銅で形成され、Ｘ線入射窓２はＸ線の透過率がよいポリエステル、ポリプロピレン、ベリリウムなどの薄膜で、芯線４は２０〜１００μmの細い白金などの金属線で構成されている。電子の集電極である芯線４には高電圧および検出出力端子８を通じて１０００〜２４００Ｖ（ボルト）の正の高電圧が印加されており、比例計数管１０のケース７はアースされている。

入射Ｘ線によってフローガス中の電離ガスであるアルゴンガスがイオン化され、正高電圧が印加されている芯線４に電離した電子が集められ電流として高電圧および検出出力端子８を通じて図示しない増幅器に入り、増幅器から電圧として出力される。

Ｘ線用ガスフロー型比例計数管のフローガスとして、市販されているアルゴンガスとクエンチングガスであるメタンガスを混合したＰＲガスを使用すると長波長（低エネルギー）のＸ線が入射するとガスフロー型比例計数管のＸ線入射窓付近でＸ線のほとんどが吸収され、入射Ｘ線による電離ガスのイオン化が促進されず、イオン化によって生成される電子がガスフロー型比例計数管内の芯線に到達する量が少なくなり、Ｘ線の検出感度が充分に得られない。そこで、ガスフロー型比例計数管のＸ線入射窓付近でのＸ線の吸収を少なくし、電離ガスのイオン化を促進して検出するＸ線の感度を高くするために、アルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを所定の体積割合で混合した混合ガスを流すように構成している。アルゴンガスの体積割合が９０％、メタンガスの体積割合が１０％であるＰＲガスにヘリウムガスを混合することにより、クエンチングガスであるメタンガスの体積割合を減少させ、フローガスの密度を小さくしガスフロー型比例計数管のＸ線入射窓付近でのＸ線の吸収を少なくするとともに、アルゴンガスによるイオン化を促進させ検出Ｘ線感度を向上させている。

Ｘ線ＰＲガスにヘリウムガスを混合した混合ガスをガスフロー型比例計数管１０に流し、ＭｎＫα線をガスフロー型比例計数管１０に入射させ芯線４への印加電圧と検出Ｘ線感度である出力電圧との関係を実験により得た結果を図２に示す。図２は横軸がガスフロー型比例計数管１０への印加電圧であり、縦軸は比例計数管１０の検出Ｘ線感度である出力電圧であり、ともにボルト（Ｖ）単位で表示されている。図２のＨｅ５０、Ｈｅ２５、Ｈｅ１７およびＰ１０はフローガス中のヘリウムガスの体積割合がそれぞれ５０％、２５％、１７％および０％を表しており、Ｐ１０はＰＲガスそのものである。図２に示すように同じ出力電圧ではヘリウムガスの体積割合が増加するにしたがい、印加電圧が低下しているのが分かる。これは電離ガスであるヘリウムガスの体積割合の増加に伴いフローガスの密度が小さくなり入射Ｘ線による吸収が減少しイオン化が促進され、低い印加電圧で集電極である芯線４に多くの電子が集められることによる。

次に、ＰＲガスにヘリウムガスを混合した混合ガスをガスフロー型比例計数管１０に流し、比例計数管１０の検出エネルギーと検出効率との関係を実験により得た結果を図３に示す。図３は横軸が検出エネルギーで、ＫｅＶ単位で表示され、縦軸は検出効率で、任意目盛で表示している。検出エネルギーは検出波長に対応するものであり、検出エネルギーが低い方が検出波長は長くなる。図３に示すようにヘリウムガスの体積割合が増加するにしたがい低エネルギーの検出効率が格段によくなっている。これは電離ガスであるヘリウムガスの体積割合の増加に伴い、低エネルギーの入射Ｘ線の方が高エネルギーの入射Ｘ線よりもフローガスによる吸収が減少し、よりイオン化が促進され低い印加電圧で芯線４に多くの電子が集められることによる。

前記の結果によれば、ヘリウムガスの体積割合の増加にともない効果が増大するが、ヘリウムガスの体積割合の増加にともないクエンチングガスであるメタンガスがヘリウムガスに希釈され、クエンチンガスとしての放電抑制効果や後続放電阻止効果が弱まり、ガスフロー型比例計数管１０内で放電が起こり易くなり、ヘリウムガスの体積割合が５０％を超えると放電が起こり、ガスフロー型比例計数管としての機能が果たせなくなる。したがって、ヘリウムガスの体積割合は５０％を超えないことが好ましい。

また、図２と図３から分かるように、フローガスのヘリウムガスの混合体積割合が１７％以上であると、フローガスがＰＲガスのみの場合に比べ印加電圧も低く、長波長（低エネルギー）での検出効率も充分実用にできるものである。したがって、ガスフロー型比例計数管１０に流すフローガスはヘリウムガスの体積割合が１７％〜５０％であり、アルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスの体積割合が５０〜８３％である混合ガスであることが好ましく、ヘリウムガスとＰＲガスが共に５０％であることがより好ましい。即ち、Ｘ線検出用フローガスとしてアルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスの各成分の体積割合は、ヘリウムガスが１７〜５０％、アルゴンガスが４５〜７４．７％、メタンガスが５〜８．３％である混合ガスを流すようにＸ線用ガスフロー型比例計数管１０を構成することが好ましく、ヘリウムガスが５０％、アルゴンガスが４５％、メタンガスが５％である混合ガスを流すようにＸ線用ガスフロー型比例計数管１０を構成することがより好ましい。

前記では、アルゴンガスが９０％、メタンガスが１０％のＰＲガスとヘリウムガスを所定の体積割合で混合したフローガスをガスフロー型比例計数管１０に流した実施形態を示したが、それぞれ単独のアルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを所定の体積割合で混合したフローガスを流すようにガスフロー型比例計数管１０を構成してもよい。

アルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを前もって設定した所定の体積割合で混合した混合ガスをフローガスとしているので、フローガスの切換えや減圧などの手間がなく、ガスフロー型比例計数管のポリエステル、ポリプロピレン、ベリリウムなどの薄膜材料で形成されたＸ線入射窓の破損もなく、安価な装置で長波長のＸ線を高感度でＳ／Ｎ比よく検出でき、本実施形態のガスフロー型比例計数管を適用したＸ線分析装置では長波長のＸ線分析や試料中の軽元素分析を高感度にすることができる。

第１実施形態のＸ線用ガスフロー型比例計数管はＸ線分析装置に使用できるだけではなく、その他のＸ線装置の低エネルギーＸ線の検出に用いることができる。

次に、本発明の第２実施形態である混合ガス生成装置について以下に説明する。この混合ガス生成装置はガスフロー型比例計数管に使用されるものであって、アルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを所定の体積割合で混合してＸ線検出用フローガスを生成するものである。図４は混合ガス生成装置２０と混合ガス生成装置２０にガスを供給するＰＲガスボンベ３５とヘリウムガスボンベ３６を示している。混合ガス生成装置２０の構成は流路図で示されており、アルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスとヘリウムガスとを所定の体積割合で混合するガス混合部２１、前記ガス混合部２１に前記ＰＲガスを導入するＰＲガス配管２２、前記ガス混合部２１に前記ヘリウムガスを導入するヘリウムガス配管２３および前記混合ガス部２１で混合された混合ガスを前記Ｘ線用ガスフロー型比例計数管１０に導入する混合ガス配管２４を備え、さらに、前記混合ガスの前記ＰＲガスと前記ヘリウムガスの所定の混合体積割合を一定に保持する混合ガス体積割合一定化手段２９と、各ガスの導入口であるＰＲガス導入口３１、ヘリウムガス導入口３２と、混合ガス供給口３３とを備えている。混合ガス体積割合一定化手段２９は、ＰＲガス用流量調節弁２５と調節された流量を表示するＰＲガス用流量計２６およびヘリウムガス用流量調節弁２７と調節された流量を表示するヘリウムガス用流量計２８とで構成されている。

ガス混合部２１は、ＰＲがスとヘリウムガスが合流でき両ガスが混合できる接続管である。ガス混合部２１は混合する空間を有する混合室であってもよい。ＰＲガス配管２２、ヘリウムガス配管２３および混合ガスの配管２４はポリエチレンからなる配管材料で構成されている。ガス配管はポリプロピレン、ナイロンなどの高分子化合物や銅などの金属材料で構成されていてもよい。ＰＲガスボンベ３５に取付けられた減圧弁（図示なし）で１０１３ｈＰａに調圧され、ＰＲガス導入口３１より導入されたＰＲガスをＰＲガス用流量調節弁２５で所定の流量に設定する。同様に、ヘリウムガスについてもヘリウムガスボンベ３６に取付けられた減圧弁（図示なし）で１０１３ｈＰａに調圧され、ヘリウムガス導入口３２より導入されたヘリウムガスをヘリウムガス用流量調節弁２７で所定の流量に設定する。流量調節弁２５、２７は流量が０〜１００ミリリットル／分に可変調節できるもので、流量計は０〜１００ミリリットル／分の流量範囲を読み取れるものです。

通常、ガスフロー型比例計数管にはフローガスとして５０ミリリットル／分程度の流量を流しているので、混合ガス生成装置２０の流量調節弁２５、２７を調節してＰＲガスを３５ミリリットル／分に、ヘリウムガスを１５ミリリットル／分に設定すると、ヘリウムガスの混合ガス中における体積割合は３０％となる。同様に、流量調節弁２５、２７を調節してＰＲガスを２５ミリリットル／分に、ヘリウムガスを２５ミリリットル／分に設定すると、ヘリウムガスの混合ガス中における体積割合は５０％となる。このように、混合ガス生成装置２０は流量調節弁２５、２７を調節することによりアルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスとヘリウムガスとを所定の体積割合に混合することができる。第２実施形態の混合ガス生成装置によれば、この混合された混合ガスを前記した第１実施形態のガスフロー型比例計数管１０に流すことにより第１実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態の混合ガス生成装置２０をＸ線分析装置に適用することにより長波長元素の分析を高感度に行うことができる。

図５に示すように混合ガス生成装置４０は、さらにＰＲガス流路とヘリウムガス流路それぞれにガスの圧力を調節するガス圧力調節弁４１、４２とガスの圧力を表示する圧力計４３，４４を備え、ＰＲガスとヘリウムガスのそれぞれの圧力と流量を調節してアルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスとヘリウムガスとを所定の体積割合に混合してもよい。混合ガス生成装置４０の混合ガス体積割合一定化手段４９は、ＰＲガス用流量調節弁２５と、ＰＲガス用流量計２６と、ヘリウムガス用流量調節弁２７と、ヘリウムガス用流量計２８と、ガス圧力調節弁４１、４２と、圧力計４３，４４とで構成されている。

図６に示すように混合ガス生成装置５０は、ＰＲガス流路とヘリウムガス流路それぞれにマスフローコントローラ５１、５２とを備え、ＰＲガスとヘリウムガスのそれぞれのマスフローを調節してアルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスとヘリウムガスとを所定の体積割合に混合してもよい。混合ガス生成装置５０の混合ガス体積割合一定化手段５９は、ＰＲガス用流量計２６と、ヘリウムガス用流量計２８と、マスフローコントローラ５１、５２とで構成されている。また、混合ガス生成装置５０は、ＰＲガス流路とヘリウムガス流路にコンピュータコントロールされた自動流量調節弁や自動圧力調節弁を備え、ＰＲガスとヘリウムガスのそれぞれのガス流量やガス圧力を調節してアルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスとヘリウムガスとを所定の体積割合に混合してもよい。この構成の場合の混合ガス体積割合一定化手段は、自動流量および／または圧力コントロールコンピュータと、自動流量調節弁および／または自動圧力調節弁とで構成されている。

さらに、混合ガス生成装置は、ＰＲガスおよびヘリウムガスが充填されたそれぞれのボンベに取付けられた減圧弁を調節して調圧されたＰＲガスおよびヘリウムガスをガス混合部で混合してアルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスとヘリウムガスとを所定の体積割合に混合するものであってもよい。

次に、本発明の第３実施形態であるＸ線分析装置について以下に説明する。図７に示す蛍光Ｘ線分析装置６０は、ガスフロー型比例計数管１０、ガスフロー型比例計数管１０に高電圧を印加する高電圧電源部６１、ガスフロー型比例計数管１０の検出出力である出力電圧出力部６２およびガスフロー型比例計数管１０を有する分析部６３を備えており、さらに、ガスフロー型比例計数管１０にフローガスを供給するガス制御部７０とを備えている。

ガス制御部７０はアルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスとヘリウムガスとを所定の体積割合で混合するガス混合部２１、前記ガス混合部２１に前記ＰＲガスを導入するＰＲガス配管２２、前記ガス混合部２１に前記ヘリウムガスを導入するヘリウムガス配管２３および混合ガス部２１で混合された混合ガスを前記Ｘ線用ガスフロー型比例計数管１０に導入する混合ガス配管２４とを備えており、さらに、混合ガスの前記ＰＲガスと前記ヘリウムガスの所定の混合体積割合を一定に保持する混合ガス体積割合一定化手段７９と、ガスフロー型比例計数管からの排出ガス配管６４と、各ガスの出入口である前記ＰＲガス導入口３１、前記ヘリウムガス導入口３２、排出ガス出口６５とを備えている。混合ガス体積割合一定化手段７９は、ＰＲガス用流量調節弁２５と、ＰＲガス用流量計２６と、ヘリウムガス用流量調節弁２７と、ヘリウムガス用流量計２８とで構成されている。ＰＲガス流路２２、ヘリウムガス流路２３、混合ガス流路２４および混合ガス体積割合一定化手段７９は第２実施形態と同様のもので構成されておりＸ線分析装置と一体に形成されている。

ガスフロー型比例計数管に高電圧を印加する高電圧電源部６１はフローガスのアルゴンガスやヘリウムガスが比例計数管に入射するＸ線によってイオン化され発生する電子を芯線に集めるための正の高電圧を印加する電源部であり、１０００〜２４００ボルト（Ｖ）の高電圧を高電圧端子６１から芯線に印加している。芯線に集められた電子は電流として出力端子８から図示しない増幅器に入力され、電圧に変換後出力電圧として出力電圧出力部６２に出力される。

蛍光Ｘ線分析装置６０の分析部６３は、試料ＳにＸ線を照射するＸ線照射源８１、試料Ｓを載せるための試料載置台８２、Ｘ線照射源８１により照射されたＸ線により試料Ｓより発生する蛍光Ｘ線を分光する分光素子８３および分光されたＸ線を検出するＸ線用ガスフロー型比例計数管１０で構成されている。試料Ｓが試料載置台８２にセットされ、Ｘ線照射源であるＸ線管８１から発生するＸ線が試料Ｓに照射されると試料Ｓから蛍光Ｘ線が発生する。この蛍光Ｘ線をＸ線検出器であるガスフロー型比例計数管１０のＸ線入射窓に入射させＸ線を検出する。

この時、ガスフロー型比例計数管１０にはガス制御部７０でアルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスとヘリウムガスとを所定の体積割合で混合された混合ガスが流され蛍光Ｘ線を検出し、フローガスが排出ガス配管６４内を通って排出ガス出口６５から排出される。ガス制御部７０は第２実施形態の混合ガス生成装置と同様にガス流量調節弁、圧力調節弁、マスフローコントローラなどでアルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを所定の体積割合で混合し、ガスフロー型比例計数管に流すように構成されている。

第３実施形態の蛍光Ｘ線分析装置によれば、第１実施形態のガスフロー型比例計数管および第２実施形態の混合ガス生成装置と同様の効果を得ることができるとともに、ガス制御部７０が蛍光Ｘ線分析装置６０と一体に形成されており、混合ガス生成装置を別途設ける蛍光Ｘ線分析装置に比べ、ガス混合部とガスフロー型比例計数管の混合ガス導入口との配管距離を短くすることができるので、フローガス配管内からの芯線の汚染を減少させることがで、長期間にわたって安定した分析と芯線クリーニングなどの回復処置の頻度を少なくすることができる。

図８は、図７の蛍光Ｘ線分析装置６０に、さらに分析部６３の内部の雰囲気を大気圧または所定の真空度の空気雰囲気からヘリウムガス雰囲気に置換するヘリウムガス置換手段９０を追加して備えた蛍光Ｘ線分析装置８０を示す。ヘリウムガス置換手段９０はヘリウムガス配管７１、流量調節弁７２、流量計７３、置換用ヘリウムガス導入口７４から構成されている。この装置では、ヘリウムガスを使用して分析しているので、本発明の目的を達成するために新たにヘリウムガス設備を準備する必要がなく、容易に目的を達成することができる。

なお、本発明のＸ線分析装置は、分光素子を有さない非分散型蛍光Ｘ線分析装置でもよく、またＸ線回折装置などでもよい。

次に、本発明の第４実施形態であるガスフロー型比例計数管の使用方法について以下に説明する。第４実施形態は、第１実施形態のガスフロー型比例計数管１０を、第２実施形態の混合ガス生成装置２０、４０、５０や第３実施形態の蛍光Ｘ線分析装置６０、８０において使用する方法であって、例えば、図７に示す第３実施形態の蛍光Ｘ線分析装置６０の長波長Ｘ線（低エネルギーＸ線）の検出器としてガスフロー型比例計数管１０を使用する。次に、ＰＲガスおよびヘリウムガスが充填されたそれぞれのボンベ３５、３６に取付けられた減圧弁（図示なし）で調圧されたＰＲガスおよびヘリウムガスを蛍光Ｘ線分析装置６０の各々のガス導入口３１、３２に導入し、各々のガス配管内に導入された各ガスを混合ガス体積割合一定化手段７９でアルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを所定の体積割合で混合した混合ガスをガス混合部２１で生成する。生成された混合ガスを混合ガス配管２４でガスフロー型比例計数管１０に流しながら蛍光Ｘ線分析装置６０で長波長蛍光Ｘ線を検出し、軽元素の定量分析または定性分析を行う。

ポリプロピレン、ナイロンで形成された配管材料を使用して混合ガスをガスフロー型比例計数管１０に導入するのが好ましい。

なお、第４実施形態のガスフロー型比例計数管の使用方法は、第２実施形態の混合ガス生成装置または第３実施形態の蛍光Ｘ線分析装置のガス制御部を使用する方法に限らず、これらの装置を使用しないでアルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを所定の体積割合で混合した混合ガスを生成し、生成された混合ガスを混合ガス配管でガスフロー型比例計数管に流しながら長波長（低エネルギー）Ｘ線を検出するのに使用することができる。

本発明の第１実施形態であるガスフロー型比例計数管の平面図である。 比例計数管への印加電圧と出力電圧との関係図である。 比例計数管の検出エネルギーと検出効率との関係図である。 本発明の第２実施形態である混合ガス生成装置の流路図の一例である。 同流路図の別の例である。 同流路図のさらに別の例である。 本発明の第３実施形態である蛍光Ｘ線分析装置の概略図である。 同装置の他の例の概略図である。

符号の説明

１０ ガスフロー型比例計数管
２０、４０、５０ 混合ガス生成装置
２１ ガス混合部
２２ ＰＲガス配管
２３ ヘリウムガス配管
２４ 混合ガス配管
２５ ＰＲガス流量調節弁
２６ ＰＲガス流量計
２７ ヘリウムガス流量調節弁
２８ ヘリウムガス流量計
２９、４９、５９、７９ 混合ガス体積割合一定化手段
６０、８０ Ｘ線分析装置（蛍光Ｘ線分析装置）
９０ ヘリウムガス置換手段

Claims (4)

1. Ｘ線用ガスフロー型比例計数管にフローガスを供給する混合ガス生成装置において、
   アルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスとヘリウムガスとを所定の体積割合で混合するガス混合部と、
   前記ガス混合部に前記ＰＲガスを導入するＰＲガス配管と、
   前記ガス混合部に前記ヘリウムガスを導入するヘリウムガス配管と、
   前記混合ガス部で混合された混合ガスを前記Ｘ線用ガスフロー型比例計数管に導入する混合ガス配管と、
   前記混合ガスの前記ＰＲガスと前記ヘリウムガスの所定の混合体積割合を一定に保持する混合ガス体積割合一定化手段と、
   を備えることを特徴とする混合ガス生成装置。
2. ガスフロー型比例計数管を備えるＸ線分析装置において、
   アルゴンガスおよびメタンガスからなるＰＲガスとヘリウムガスとを所定の体積割合で混合するガス混合部と、
   前記ガス混合部に前記ＰＲガスを導入するＰＲガス配管と、
   前記ガス混合部に前記ヘリウムガスを導入するヘリウムガス配管と、
   前記混合ガス部で混合された混合ガスを前記Ｘ線用ガスフロー型比例計数管に導入する混合ガス配管と、
   前記混合ガスの前記ＰＲガスと前記ヘリウムガスの所定の混合体積割合を一定に保持する混合ガス体積割合一定化手段と、
   を備えることを特徴とするＸ線分析装置。
3. 請求項２において、
   さらに、前記Ｘ線分析装置の分析部内部を大気圧または所定真空度の空気雰囲気から前記ヘリウムガス雰囲気に置換するヘリウムガス置換手段を備えるＸ線分析装置。
4. ガスフロー型比例計数管の使用方法において、
   Ｘ線検出用フローガスとしてアルゴンガス、ヘリウムガスおよびメタンガスを所定の体積割合で混合した混合ガスを使用することを特徴とするガスフロー型比例計数管の使用方法。

Images