JP4910628B2 - Ｘ線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＰＭＡ（電子プローブエックス線マイクロアナライザ）やＸ線蛍光分析装置、低エネルギーのＸ線から検出できるＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析）装置などのＸ線分析装置に用いられるＸ線検出器に関するものである。

ＥＰＭＡやＸ線蛍光分析装置を用いて軽元素を分析する場合、Ｘ線強度を検出するために用いられる検出器の１つにガスフロー型の軟Ｘ線検出器（以下、ＦＰＣと略す。）がある。このＦＰＣのＸ線を透過させるための窓を構成する材料としては、ＢＫα、ＣＫα、ＮＫαなどの軽元素の特性Ｘ線の透過率を上げるために樹脂フィルムが用いられるのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
樹脂フィルムの中でも特にポリプロピレン（以下、ＰＰと略す。）は、厚みが１μｍ（マイクロメートル）以下の超薄膜に引き伸ばすことが容易であることから、軟Ｘ線用窓材料として広く用いられてきた（特許文献２，３参照。）。
特開２００１−２８９９５５号公報 特開２００２−３６５３７０号公報 特開平６−９６７２１号公報

しかし、ＰＰはそれ自身にガス透過性がある。したがって、ＰＰが窓材料として用いられているＦＰＣを真空雰囲気であるＥＰＭＡ内又はＸ線蛍光分析装置内に配置して使用すると、ＦＰＣ内部とＦＰＣ外部の圧力差による圧力が入射窓にかかり、ＦＰＣ内部のガスがＦＰＣ外部の真空側にリークすることがある。ＦＰＣ内部のガスが分析装置の真空側にリークすると、分析装置内を高真空状態に維持するためのスパッタイオンポンプなどの真空排気装置内部の壁面や電極にＦＰＣ内部からのリークガスが吸着して堆積し、真空排気装置の寿命が縮まるという問題がある。

また、ＥＤＳ装置もＸ線検出器内部の真空状態を維持するために、Ｘ線を透過させるための入射窓に軟Ｘ線用窓材料が貼られており、軽元素の特性Ｘ線の透過率を上げるために樹脂フィルムが軟Ｘ線用窓材料として用いられてきた。この場合も、樹脂フィルムの材料としてＰＰのようなガス透過性のある樹脂を用いると、ＥＤＳ装置のＸ線検出器内を長時間真空状態に維持することができず、検出器の破損を招くことがあった。

ＰＰに代わる窓材料としては、ポリイミドやポリカーボネートを挙げることができるが、これらの材料は引き伸ばし加工性が良くないため、スピンコートや液表面展開など引き伸ばしとは別の手法で超薄膜にする必要がある。そのため、超薄膜化するための作業工程が引き伸ばし加工よりも複雑になり、製作コストが増加して経済的なメリットが薄くなるという問題があった。

そこで本発明は、入射窓のＸ線透過率が高く、入射窓からのリークガス量の少ないＸ線検出器を製作コストを増加させることなく提供することを目的とするものである。

本発明のＸ線検出器は、筐体と、筐体内に検出ガスを導入するための検出ガス導入部と、検出ガスを筐体から排出するための検出ガス排出部と、筐体内にＸ線を入射させるために筐体の一部が開口し、その開口部がポリブチレンテレフタレート（以下、ＰＢＴと略す。）からなる薄膜（ＰＢＴフィルム）により封止された入射窓と、筐体内に設けられ、入射窓から筐体内に入射したＸ線を検出するための芯線と、を備えていることを特徴とするものである。

ＰＢＴを窓材として用いる利点として、以下の点（１）〜（３）を挙げることができる。
（１）ＰＰと同様に、引き伸ばし加工性に優れており、膜厚が１μｍ以下の超薄膜にすることが容易である。
（２）ＰＰと同等のＸ線透過性をもっている。
（３）ＰＰよりもガス遮断性に優れている。

ＰＢＴフィルムは金属メッシュ上に貼られ、その上に導電性薄膜が形成された状態で、導電性薄膜が筐体の内側になるように開口部に配置されていることが好ましい。導電性薄膜は蒸着法やスパッタリング法により形成することができる。

本発明のＸ線検出器は、Ｘ線を筐体内に入射させるための入射窓がＰＢＴフィルムにより構成されているので、Ｘ線透過性、ガス遮断性に優れた窓材が引き伸ばし加工によって容易に得えられ、コストの増加が抑制できる。そして、ＰＢＴフィルムはＰＰフィルムよりもガス遮断性に優れているので、ＰＰフィルムを用いた従来のＸ線検出器よりも入射窓からのリークガス量を抑えることができる。これにより、例えばＥＰＭＡなど装置内を高真空状態に維持する必要のある分析装置では、Ｘ線検出器内部から真空側へのリークガス量が少なくなり、分析装置の真空状態を維持することができ、真空状態を維持するための装置にかかる負荷を低下させることができる。

図１は一実施例のＸ線検出器を示す図であり（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ位置における断面図である。
筐体２内に検出ガスを導入するための検出ガス導入部４と、検出ガスを排出するための検出ガス排出部６が設けられている。検出ガスは、例えばＰＲガス（アルゴンを主成分とするメタンとの混合ガス）である。筐体２内の上端から下端にかけて、Ｘ線を検出するための芯線８が張られており、芯線８は筐体２の上端と下端に絶縁硝子１２ａ，１２ｂを介して筐体２に取り付けられた電極１０ａ，１０ｂに電気的に接続されている。電極１０ａ及び１０ｂと筐体２は絶縁硝子１２ａ，１２ｂにより、互いに絶縁されている。電極１０ａ‐１０ｂ間には電圧が印加され、芯線８には正電位が与えられている。

また、筐体２にはＸ線を筐体２内に入射させるための入射窓２ａが設けられている。入射窓２ａは、例えばニッケルメッシュなどの金属メッシュが取り付けられ、その金属メッシュの面上に膜厚が０.１〜１μｍ、例えば０.３μｍのＰＢＴフィルムが貼られた窓材１４により封止されている。ＰＢＴフィルム上には導電性薄膜として例えば数十ｎｍ程度の膜厚のアルミニウムからなる蒸着膜が形成されている。窓材１４は導電性薄膜が内側になるように筐体２に気密を保って固着されている。

入射窓２ａから入射したＸ線によって検出ガスに含まれているガス、例えばアルゴンガスが電離され、その際に生成される電子が正電位が与えられた芯線８に捕獲される。電子が芯線８に捕獲されると芯線８に電荷パルスが生じる。図示は省略されているが、電極１０ｂはコンデンサや増幅器などを備えた検出回路に接続されており、芯線８で生じた電荷パルスを検出するようになっている。検出ガスは測定中に電荷を放出するため、入射窓２ａにもその電荷が到来する。入射窓２ａ上に形成された導電性薄膜はその電荷による帯電を防止する。

図２に、本願発明者らが測定したＰＢＴフィルムを用いた入射窓とＰＰフィルムを用いた入射窓のＸ線透過率の計算データを示す。このグラフにおいて横軸はＸ線エネルギーであり、縦軸はＸ線透過率である。また、このグラフにおいてＰＰフィルムを用いた入射窓のデータは実線で示されており、ＰＢＴフィルムを用いた入射窓のデータは二点鎖線で示されている。なお、この測定で用いられている入射窓は、ニッケルメッシュ上に膜厚が０.３μｍ程度のＰＰフィルム又はＰＢＴフィルムが貼られ、さらにその上に数十ｎｍ程度の膜厚のアルミニウムからなる蒸着膜が形成されているものである。
このデータからわかるように、図示されているＸ線エネルギーの範囲内では、ＰＢＴフィルムを用いた入射窓のＸ線透過率はＰＰのそれとほぼ同等である。

また、本願発明者らは、ＰＢＴフィルムにより封止された入射窓からのリークガス量と、ＰＰフィルムにより封止された入射窓からのリークガス量を測定し、その測定結果に基づいてＰＢＴフィルムとＰＰフィルムのガス透過係数を算出した。
その結果、ＰＰフィルムのガス透過係数は１８５（×１０^-12ｃｍ³・ｃｍ／ｓ／ｃｍ²／ｃｍＨｇ）であり、ＰＢＴのガス透過係数は１５〜２９（×１０^-12ｃｍ³・ｃｍ／ｓ／ｃｍ²／ｃｍＨｇ）であった。
この結果から、ＰＢＴフィルムはＰＰフィルムよりもリークガス量がおよそ一桁少ないことがわかった。

したがって、ＰＢＴフィルムを入射窓２ａの窓材１４として用いることで、ＰＰフィルムを窓材として用いた入射窓と同等のＸ線透過率を維持した状態で、入射窓２ａからのリークガス量を大幅に低減することができる。これにより、検出器の検出感度を低下させることなく、このＸ線検出器を用いるＸ線分析装置において内部を高真空状態に維持するためのポンプに対する負荷を抑えることができる。
また、ＰＢＴはＰＰと同様に引き伸ばし加工によって１μｍ以下の超薄膜にすることが容易であるので、ＰＰの代わりにＰＢＴを用いてもコストの増加にならず、経済的にもメリットがある。

Ｘ線検出器の他の実施例を説明する。
図３はＸ線検出器の他の実施例を説明するための、ＥＤＳ装置の構成を概略的に示す図である。
この実施例のＸ線検出器１６は筐体１８を備え、筐体１８の内部の先端側に導電性材料からなる支持部材２０により支持された半導体検出器２２が配置されている。筐体１８の先端側の面には、測定対象となる試料からの特定Ｘ線を透過させるためのＸ線入射窓１８ａが設けられ、Ｘ線入射窓１８ａはＰＢＴフィルムにより封止されている。支持部材２０の基端側にアンプ２４が取り付けられている。半導体検出器２２は支持部材２０の熱伝導を通して冷却部２６により冷却されている。冷却部２６は、例えば液体窒素により筐体１８内部を冷却するものであり、半導体検出器２２が冷却されることで半導体検出器２２の電気的なノイズが抑制される。

Ｘ線検出器１６はＥＤＳ装置の分析室２８内に配置される。測定対象の試料３２は分析室２８内に配置され、Ｘ線源３０により発生されたＸ線が照射される。試料３２にＸ線が照射されると、試料から特定Ｘ線が発生する。Ｘ線検出器１６は試料が発する特定Ｘ線をＸ線入射窓１８ａから入射させ、半導体検出器２２で検出する。半導体検出器２２の検出信号は支持部材２０を介してアンプ２４に送信され、増幅されて読み出される。

半導体検出器２２の電気的なノイズを抑えるために、Ｘ線検出器１６の筐体１８内部を常に真空状態に保つ必要がある。分析時においては、ＥＤＳ装置の分析室２８内は真空状態にされるが、例えば試料３２を交換する際などは分析室２８内は大気開放されるため、Ｘ線検出器１６の筐体１８の内部と外部との間で圧力差が生じる。Ｘ線入射窓１８ａが例えばＰＰフィルムなどＰＢＴよりもガス透過率の大きい膜によって封止されていた場合は、筐体１８の内部と外部の圧力差によって筐体１８内部にガス（大気）がリークし、半導体検出器２２の検出感度が低下するなどの不具合が生じる。しかし、この実施例のＸ線検出器１６では、ＰＰフィルムに比べてガス透過率が一桁以上小さいＰＢＴフィルムによってＸ線入射窓１８ａを封止しているため、試料３２の交換時にも筐体１８の内部へのガスのリークを防止して筐体１８内部の真空状態を維持することができ、検出器の寿命を伸ばすことができる。

一実施例のＸ線検出器を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ位置における断面図である。 本願発明者らが測定したＰＢＴフィルムを用いた入射窓とＰＰフィルムを用いた入射窓のＸ線透過率の計算データを示す図である。 Ｘ線検出器の他の実施例を説明するための、ＥＤＳ装置の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

２，１８ 筐体
２ａ，１８ａ 入射窓
４ 検出ガス導入部
６ 検出ガス排出部
８ 芯線
１０ａ，１０ｂ 電極
１２ａ，１２ｂ 絶縁硝子
１４ 窓材
１６ Ｘ線検出器
１８ 筐体
２０ 支持部材
２２ 半導体検出器
２４ アンプ
２６ 冷却部
２８ ＥＤＳ分析室
３０ Ｘ線源

Claims (3)

1. 装置内部にＸ線検出器を備え、前記装置内部が前記Ｘ線検出器の筐体内部よりも高真空状態にされてＸ線の検出が行われるＸ線分析装置における前記Ｘ線検出器であって、
   筐体と、
   前記筐体内に検出ガスを導入するための検出ガス導入部と、
   前記検出ガスを筐体から排出するための検出ガス排出部と、
   前記筐体内にＸ線を入射させるために前記筐体の一部が開口し、その開口部がポリブチレンテレフタレートからなる薄膜により封止された入射窓と、
   前記筐体内に設けられ、前記入射窓から前記筐体内に入射したＸ線を検出するための芯線と、を備えていることを特徴とするＸ線検出器。
2. 前記ポリブチレンテレフタレートからなる薄膜は金属メッシュ上に貼られ、その上に導電性薄膜が形成された状態で、前記導電性薄膜が筐体の内側になるように前記開口部に配置されている請求項１に記載のＸ線検出器。
3. 内部が真空状態となっている筐体と、
   前記筐体内にＸ線を入射させるために前記筐体の一部が開口し、その開口部がポリブチレンテレフタレートからなる薄膜により封止された入射窓と、
   前記筐体内部に配置され、前記入射窓から入射するＸ線を検出する半導体検出器と、
   前記半導体検出器を冷却する冷却部と、を備えていることを特徴とするＸ線検出器。

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