JP6430208B2 - X-ray irradiation equipment - Google Patents

X-ray irradiation equipment Download PDF

Info

Publication number
JP6430208B2
JP6430208B2 JP2014214170A JP2014214170A JP6430208B2 JP 6430208 B2 JP6430208 B2 JP 6430208B2 JP 2014214170 A JP2014214170 A JP 2014214170A JP 2014214170 A JP2014214170 A JP 2014214170A JP 6430208 B2 JP6430208 B2 JP 6430208B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ray
rays
capillary
multicapillary
collimator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014214170A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016080607A5 (en
JP2016080607A (en
Inventor
啓義 副島
啓義 副島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP2014214170A priority Critical patent/JP6430208B2/en
Publication of JP2016080607A publication Critical patent/JP2016080607A/en
Publication of JP2016080607A5 publication Critical patent/JP2016080607A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6430208B2 publication Critical patent/JP6430208B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • X-Ray Techniques (AREA)

Description

本発明は、X線を被検体に照射して該被検体の分析や観察を行うX線装置において、被検体にX線を照射するために利用されるX線照射装置に関する。   The present invention relates to an X-ray irradiation apparatus that is used for irradiating a subject with X-rays in an X-ray apparatus that irradiates the subject with X-rays to analyze and observe the subject.

X線を試料に照射して分析や観察を行うことは広く行われている。例えば蛍光X線分析装置では、X線を被検体に照射し、それに応じて被検体から出てくる蛍光X線を検出する。蛍光X線は元素固有のエネルギを有しているため、蛍光X線のエネルギに基づいて元素組成を知ることができ、そのX線強度から元素の定量を行うことができる。また、X線回折装置では、X線を被検体に照射し、それに応じて被検体から出てくる回折X線を検出する。この回折X線を解析することによって、被検体が粉末試料である場合には、該試料を構成する成分の同定や定量を行ったり結晶サイズや結晶化度を求めたりすることができる。被検体が単結晶試料である場合には試料分子の三次元構造を得ることができ、被検体が蒸着薄膜である場合には、密度や結晶性、結晶軸の方向や周期などの情報を得ることができる。さらにまた、X線光電子分光装置では、X線を被検体に照射しそれによって発生する光電子のエネルギスペクトルに基づいて、被検体の極く表面の組成分析や状態分析を行うことができる。   It is widely performed to perform analysis and observation by irradiating a sample with X-rays. For example, an X-ray fluorescence analyzer irradiates a subject with X-rays and detects fluorescent X-rays emitted from the subject accordingly. Since fluorescent X-rays have energy specific to the element, the element composition can be known based on the energy of the fluorescent X-ray, and the element can be quantified from the X-ray intensity. The X-ray diffractometer irradiates the subject with X-rays and detects diffracted X-rays emitted from the subject accordingly. By analyzing this diffracted X-ray, when the subject is a powder sample, the components constituting the sample can be identified and quantified, and the crystal size and crystallinity can be obtained. When the specimen is a single crystal sample, the three-dimensional structure of the sample molecule can be obtained. When the specimen is a vapor-deposited thin film, information such as density, crystallinity, crystal axis direction and period is obtained. be able to. Furthermore, an X-ray photoelectron spectrometer can perform composition analysis and state analysis on the very surface of a subject based on the energy spectrum of photoelectrons generated by irradiating the subject with X-rays.

X線を被検体に照射して該被検体の分析や観察を行う上記のようなX線装置において、その分析や観察の空間分解能を上げるためには、被検体に照射するX線の照射径をできるだけ小さく絞る必要がある。周知のように、電子ビームやイオンビームのような荷電粒子線とは異なりX線は電場や磁場によっては曲げることができないため、電磁場レンズを用いては集光することができず、非特許文献1にまとめられているように、X線に特有の様々な集光法が従来提案され、また実用に供されている。   In the above-described X-ray apparatus that irradiates a subject with X-rays and performs analysis and observation of the subject, in order to increase the spatial resolution of the analysis and observation, the irradiation diameter of the X-rays irradiated to the subject Must be squeezed as small as possible. As is well known, unlike charged particle beams such as electron beams and ion beams, X-rays cannot be bent by an electric field or a magnetic field, and therefore cannot be condensed using an electromagnetic field lens. As summarized in 1, various condensing methods peculiar to X-rays have been proposed and put into practical use.

X線を高い効率で集光する部材として一般的な蛍光X線分析装置等のX線装置に広く利用されているのが、マルチキャピラリレンズである。   A multicapillary lens is widely used in X-ray apparatuses such as a general fluorescent X-ray analyzer as a member for condensing X-rays with high efficiency.

非特許文献1のほか、特許文献1、2等に開示されているように、マルチキャピラリは、内径が2〜十数μm程度の微小径のガラス等から成る細管(キャピラリ)を多数(数百〜100万本程度)束ねて1本の管状にしたものであり、1本のキャピラリの内側に入射されたX線がそのガラスの内壁面を臨界角以下の角度で以て全反射しながら進行してゆく原理を利用して、X線を効率良く案内する素子である。通常、マルチキャピラリレンズでは、少なくともいずれか一方の端部においてその端面は、多数のキャピラリの中心軸がその端部の端面の外側の所定位置で1点に交わるように各キャピラリが形成された点焦点端面となっている。これにより、殆ど点とみなし得るX線源から出たX線を大きな立体角で以て取り込んだり、逆に、各キャピラリを通して案内されたX線を略一点に集束させるように出射したりすることができる。   As disclosed in Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 and 2, etc., a multicapillary has a large number (several hundreds) of capillary tubes (capillaries) made of glass having a small diameter of about 2 to several tens μm. (About 1 million pieces) bundled into a single tube, and X-rays incident on the inside of one capillary travel while totally reflecting the inner wall surface of the glass at an angle less than the critical angle. This is an element that efficiently guides X-rays using the principle of the process. In general, in a multicapillary lens, at least one of the end portions thereof has an end surface in which each capillary is formed such that the central axes of many capillaries intersect at one point at a predetermined position outside the end surfaces of the end portions. It is the focal end face. As a result, X-rays emitted from an X-ray source that can be regarded as almost a point are captured with a large solid angle, and conversely, the X-rays guided through the capillaries are emitted so as to be converged to a substantially single point. Can do.

上述したようにマルチキャピラリレンズはX線を高い効率で収集し案内することができるものの、収集したX線を照射する面積を小さく絞るという点では必ずしも十分な性能が得られない。その大きな理由は、マルチキャピラリレンズでは原理的な焦点ボケが生じることによる。即ち、マルチキャピラリレンズでは、上述したようにX線は1本のキャピラリの内壁面を全反射しながら進行するが、全反射を起こす最大の入射角(慣用的に反射面に対する角度を入射角というので、本明細書でもその定義に従う)は臨界角である。そのため、キャピラリの端面からX線が出射する際に、キャピラリの中心軸に対し臨界角を最大とする開き角度を有してX線は拡がる。その結果、マルチキャピラリレンズの点焦点端面から出射したX線の照射領域は理想的な点とはならず、或る程度のサイズを持つ領域となってしまう。   As described above, the multicapillary lens can collect and guide X-rays with high efficiency, but sufficient performance cannot always be obtained in terms of reducing the area irradiated with the collected X-rays. The main reason for this is that the principle defocusing occurs in the multicapillary lens. That is, in the multi-capillary lens, as described above, X-rays travel while being totally reflected on the inner wall surface of one capillary, but the maximum incident angle that causes total reflection (the angle with respect to the reflecting surface is conventionally called the incident angle). Therefore, this definition also follows the definition) is a critical angle. Therefore, when X-rays are emitted from the end face of the capillary, the X-rays spread with an opening angle that maximizes the critical angle with respect to the central axis of the capillary. As a result, the irradiation region of the X-rays emitted from the point focal end face of the multicapillary lens is not an ideal point, and has a certain size.

また、上記点焦点端面を有する端部は、内径が同一で互いに平行である多数のキャピラリの束を加熱して引張ることによって形成されるが、製造上の限界により、膨大な数のキャピラリの全ての中心軸を完全に1点に収束させることは実際に不可能である。原理的に生じる焦点ボケのみならず、そうした製造上の要因による焦点ボケも存在する。このように理論上回避できない要因と製造の限界による要因との両方によって、従来のマルチキャピラリレンズでの最小焦点サイズは、通常せいぜい20〜30μm程度、利用するX線波長や焦点距離を限定した場合でも数μm程度であり、これよりも小さな照射径を実現することは困難であった。   In addition, the end portion having the point focal point end surface is formed by heating and pulling a bundle of a large number of capillaries having the same inner diameter and parallel to each other. It is actually impossible to completely converge the central axis of a single point. There are not only defocuses that occur in principle, but also defocuses due to such manufacturing factors. Due to both factors that cannot be avoided theoretically and factors due to manufacturing limitations, the minimum focal size of a conventional multicapillary lens is usually about 20 to 30 μm at most, and the X-ray wavelength and focal length to be used are limited. However, it is about several μm, and it was difficult to realize an irradiation diameter smaller than this.

一方、原理的にX線をより小さい径に集光可能である素子が、非特許文献1にも記載されているフレネルゾーンプレート(慣用的にFZPと略される)である。フレネルゾーンプレートは回折と干渉とを利用して集光を行う円盤状の素子であり、X線を遮蔽する遮蔽領域とX線を通過させる通過領域とが同心円状に交互に形成された一種の透過型の回折格子である。シンクロトロン放射を利用した、いわゆる放射光(Synchrotron Radiation)では、こうしたフレネルゾーンプレートを利用してサブミクロン〜ナノレベルの照射径のX線が実現されている。しかしながら、実験室で使用されるような一般的なX線装置では、フレネルゾーンプレートを利用しても、上記のようなごく微小な照射径のX線を実現するのは困難である。何故なら、一般に入手可能なフレネルゾーンプレートでは、フレネルゾーンプレートに入射するX線束がほぼ完全な平行光でないとX線を1点に集光させることができないのに対し、完全な又はそれに近い平行X線束を得ることは実際上かなり困難であるからである。即ち、フレネルゾーンプレートに入射するX線の平行度の悪さが焦点ボケの主たる要因となる。   On the other hand, an element capable of focusing X-rays to a smaller diameter in principle is a Fresnel zone plate (commonly abbreviated as FZP) described in Non-Patent Document 1. A Fresnel zone plate is a disk-shaped element that collects light using diffraction and interference, and is a kind of concentric circles in which shielding regions that shield X-rays and passing regions that allow X-rays to pass through are formed. It is a transmission type diffraction grating. In so-called synchrotron radiation using synchrotron radiation, X-rays with irradiation diameters of submicron to nano level are realized using such Fresnel zone plates. However, in a general X-ray apparatus used in a laboratory, it is difficult to realize X-rays with a very small irradiation diameter as described above even if a Fresnel zone plate is used. This is because, in general available Fresnel zone plates, X-rays incident on the Fresnel zone plate cannot be focused to one point unless the X-ray flux is almost perfect parallel light, whereas perfect or near parallel. This is because it is actually quite difficult to obtain an X-ray flux. That is, the poor parallelism of X-rays incident on the Fresnel zone plate is the main factor of defocusing.

上述したようなマルチキャピラリレンズのX線の収集効率の高さを活かしつつ焦点サイズを小さくすることを意図して、マルチキャピラリレンズとフレネルゾーンプレートとを組み合わせたX線集束装置が特許文献3、4に記載されている。   An X-ray focusing apparatus combining a multi-capillary lens and a Fresnel zone plate is disclosed in Patent Document 3, in order to reduce the focal spot size while taking advantage of the high X-ray collection efficiency of the multi-capillary lens as described above. 4.

特許文献3に記載のX線集束装置では、マルチキャピラリレンズの点焦点端面の外側にフレネルゾーンプレートを配置し、マルチキャピラリレンズの点焦点端面から出射して或る程度収束されたX線をフレネルゾーンプレートで1点に絞るようにしている。しかしながら、一般に入手容易なフレネルゾーンプレートではこのように平行線束でないX線を絞ることはできず、集光のためには、遮蔽領域と通過領域とがそれぞれプレートの厚さ方向に円錐周面状に形成されている特殊なフレネルゾーンプレートが必要となる。こうしたフレネルゾーンプレートは製造が非常に困難である。また、上述したように、マルチキャピラリレンズにおいて各キャピラリの内部を通過して来るX線はその出射端面から或る程度拡がって出射するため、上記特殊なフレネルゾーンプレートが得られても、全てのX線がそのフレネルゾーンプレートにおいてX線を1点に集光可能な入射角になるわけではなく、原理的な焦点ボケが生じることは避けられない。   In the X-ray focusing apparatus described in Patent Document 3, a Fresnel zone plate is disposed outside the point focal end face of the multicapillary lens, and X-rays that are converged to a certain extent after being emitted from the point focal end face of the multicapillary lens are Fresnel. The zone plate is narrowed down to one point. However, generally available Fresnel zone plates cannot focus X-rays that are not parallel bundles in this way, and for condensing, the shielding area and the passage area are conical circumferential surfaces in the plate thickness direction. A special Fresnel zone plate is required. Such Fresnel zone plates are very difficult to manufacture. Further, as described above, the X-rays passing through the capillaries in the multi-capillary lens are emitted from the emission end face to a certain extent, so even if the special Fresnel zone plate is obtained, The X-ray does not have an incident angle at which the X-ray can be collected at one point in the Fresnel zone plate, and it is inevitable that a fundamental defocusing occurs.

一方、特許文献4に記載のX線集束装置では、出射側の端部が入射側の端部よりも小径で且ついずれの端部でも各キャピラリの中心軸が互いに平行であるような徳利状のマルチキャピラリレンズを用い、その出射端面の外側に一般的なフレネルゾーンプレートを配置している。この構成では、遮蔽領域と通過領域とがそれぞれプレートの厚さ方向に円筒状であるような一般的なフレネルゾーンプレートを用いることができる反面、マルチキャピラリレンズが特殊な形状となり、そうした形状のマルチキャピラリレンズを精度良く製造するのは困難である。また、このX線集束装置においても、マルチキャピラリレンズにおける上述した原理的なX線の拡がった出射によって、焦点ボケが生じることは避けられない。   On the other hand, in the X-ray focusing apparatus described in Patent Document 4, the end of the exit side has a smaller diameter than the end of the entrance side, and the central axes of the capillaries are parallel to each other at any end. A multi-capillary lens is used, and a general Fresnel zone plate is disposed outside the emission end face. In this configuration, it is possible to use a general Fresnel zone plate in which the shielding region and the passing region are each cylindrical in the thickness direction of the plate, but the multicapillary lens has a special shape. It is difficult to manufacture a capillary lens with high accuracy. Also in this X-ray focusing device, it is inevitable that the out-of-focus is caused by the above-described fundamental X-ray spread out of the multicapillary lens.

特公平7−11600号公報Japanese Examined Patent Publication No. 7-11600 特公平7−40080号公報Japanese Patent Publication No. 7-40080 特開2007−93316号公報JP 2007-93316 A 特開2010−276423号公報JP 2010-276423 A

日本学術振興会マイクロビームアナリシス第141委員会、「マイクロビームアナリシス・ハンドブック 1.2.3 X線集光」、株式会社オーム社、平成26年6月30日発行、p.85-92Japan Society for the Promotion of Science Microbeam Analysis 141st Committee, “Microbeam Analysis Handbook 1.2.3 X-ray Focusing”, Ohm Co., Ltd., issued June 30, 2014, p.85-92

上述したように、X線を微小径に絞るという目的を達成するために、フレネルゾーンプレートは原理的に優れた素子であるものの、フレネルゾーンプレートに対して十分に高い平行度のX線束を入射することができないと、フレネルゾーンプレートの能力を十分に発揮することができない。そうした高い平行度のX線束を比較的小型で且つ廉価な装置で実現することは難しく、一般的なX線装置に利用でき、且つサブミクロン〜ナノレベルのX線を得られるようなX線照射装置は従来存在しなかった。   As described above, in order to achieve the purpose of narrowing the X-rays to a very small diameter, although the Fresnel zone plate is an excellent element in principle, an X-ray flux having sufficiently high parallelism is incident on the Fresnel zone plate. If this is not possible, the ability of the Fresnel zone plate cannot be fully exhibited. It is difficult to realize such a high parallelism X-ray flux with a relatively small and inexpensive apparatus, and it can be used for a general X-ray apparatus, and X-ray irradiation which can obtain submicron to nano level X-rays. The device has not existed before.

本発明はこうした課題を解決するために成されたものであり、その主たる目的は、比較的高いX線強度を得ながら従来よりも微小径に絞ったX線を被検体に照射することができるX線照射装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、小型で且つ廉価な構成でありながら、高い平行度のX線束を被検体に照射することができるX線照射装置を提供することである。
The present invention has been made to solve these problems, and the main object of the present invention is to irradiate a subject with X-rays with a smaller diameter than before while obtaining a relatively high X-ray intensity. An X-ray irradiation apparatus is provided.
Another object of the present invention is to provide an X-ray irradiation apparatus capable of irradiating a subject with an X-ray bundle having high parallelism while having a small and inexpensive configuration.

上記課題を解決するためになされた本発明に係るX線照射装置は
a)X線を放出するX線源と、
b)前記X線源を通る直線状の軸線上で互いに所定距離だけ離れて設けられた該X線源から放出されたX線が通過する円形状である二つの開口、を有するコリメータと、
c)それぞれの中心軸が一直線状で且つ互いに平行であり、略同じ長さ、同じ内径である多数の束ねられたX線案内用の細管から成り、前記X線源及び前記コリメータの二つの開口を通る直線状の軸線と一致する中心軸を有し、一方の端面が前記X線源から放出され前記コリメータの二つの開口を通過したX線入射される入射端面であり、他方の端面がX線を略平行に出射する出射端面であるマルチキャピラリと
を備え、前記マルチキャピラリの各細管の内径は前記コリメータの二つの開口の内径よりも小さいことを特徴としている。
X-ray irradiation equipment according to the present invention has been made to solve the above problems,
a) an X-ray source emitting X-rays;
b) a collimator having two circular openings through which X-rays emitted from the X-ray source that are provided at a predetermined distance apart from each other on a linear axis passing through the X-ray source;
c) a plurality of bundled X-ray guiding capillaries each having a central axis that is straight and parallel to each other, and has substantially the same length and the same inner diameter, and includes two X-ray sources and two collimators. It has a central axis which coincides with straight axis passing through the opening, where one end faces the incident end face X-rays passing through the two openings Ru is incident is released the collimator from the X-ray source, the other A multicapillary whose end face is an emission end face for emitting X-rays substantially in parallel ;
The inside diameter of each thin tube of the multicapillary is smaller than the inside diameter of the two openings of the collimator .

本発明において、マルチキャピラリは直管状の細管を多数束ねた構造を有し、各細管は入射端面から出射端面に至るまで湾曲部を有さない。そのため、細管の中心軸に完全に平行に各細管に入射したX線は一度も管内壁に当たらず、つまりは反射することなく、出射端面から出射する。また、細管の中心軸に対し所定の角度(細管の内径と長さに依存)以内の入射角を有して各細管に入射したX線の一部も、管内壁に当たらず出射端面から出射する。前述のように、一般にマルチキャピラリレンズでは全反射を利用してX線を案内するが、実際には、臨界角以下の入射角で細管内壁に当たったX線はかなりの割合で壁面に吸収されてしまうため反射X線は減衰する。もちろん、臨界角を超える入射角で以て細管に入射したX線は、該細管を通過しない。
In the present invention , the multicapillary has a structure in which a large number of straight tubular tubes are bundled, and each thin tube does not have a curved portion from the incident end surface to the output end surface. For this reason, the X-rays that have entered the thin tubes completely parallel to the central axis of the thin tubes never hit the inner wall of the tubes, that is, are not reflected and are emitted from the emission end face. In addition, a part of the X-rays having an incident angle within a predetermined angle (depending on the inner diameter and length of the thin tube) with respect to the central axis of the thin tube and not incident on the inner wall of the tube are emitted from the emission end face. To do. As described above, in general, multicapillary lenses guide X-rays using total reflection, but in reality, X-rays that hit the inner wall of a thin tube at an incident angle that is less than the critical angle are absorbed by the wall at a considerable rate. Therefore, the reflected X-ray is attenuated. Of course, X-rays incident on the capillary with an incident angle exceeding the critical angle do not pass through the capillary.

即ち、本発明に使用されているマルチキャピラリでは、各細管から出射するX線には、各細管の内壁面に一度も当たらずに、つまりは全く減衰せずに細管を通過したX線と、細管の内壁面で一度以上反射して該細管を通過したX線とが含まれるが、反射せずに通過して来たX線と反射することで減衰したX線とでは強度に十分な差があるので、前者による高い平行度のX線束が大きな強度で出射端面から出射する。このようにマルチキャピラリは、X線源から放出されたX線の中で平行度が高いX線を取り出す平行フィルタとして機能する。
That is, in the multicapillary used in the present invention , the X-rays emitted from each capillary tube do not hit the inner wall surface of each capillary tube once, that is, pass through the capillary tube without being attenuated at all. X-rays that have been reflected by the inner wall surface of the thin tube at least once and have passed through the thin tube are included, but there is a sufficient difference in intensity between the X-rays that have passed without reflection and the X-rays that have been attenuated by reflection. Therefore, the X-ray bundle having high parallelism by the former is emitted from the emission end face with a large intensity. Thus, the multicapillary functions as a parallel filter that extracts X-rays having a high degree of parallelism among the X-rays emitted from the X-ray source .

本発明では、コリメータが第1段階の粗い平行フィルタ、マルチキャピラリが第2段階の細かい平行フィルタとして機能する。例えば同一径の二つの開口を所定距離離して配置したコリメータでは、それら開口の径及び離間距離で決まる入射角(中心軸線に対する角度)を有するX線のみが通過し、それよりも大きな入射角を有するX線はたとえ前段の開口を通過しても後段の開口を通過せずに遮蔽される。例えば、マルチキャピラリに入射したときにマルチキャピラリの細管内壁面で複数回反射する可能性があるような入射角を持つX線を遮蔽するようにコリメータの開口の径や離間距離などを定めておけば、平行度が相対的に低いX線がマルチキャピラリに入射することを回避することができる
In the present invention , the collimator functions as a first-stage coarse parallel filter, and the multicapillary functions as a second-stage fine parallel filter. For example, in a collimator in which two openings of the same diameter are arranged at a predetermined distance, only an X-ray having an incident angle (angle with respect to the central axis) determined by the diameter and the separation distance of the openings passes and has a larger incident angle. Even if it has passed through the opening of the front stage, the X-rays it has are shielded without passing through the opening of the rear stage. For example, the collimator opening diameter and separation distance can be determined so as to shield X-rays with an incident angle that may be reflected multiple times by the inner wall of the multicapillary when entering the multicapillary. For example, X-rays with relatively low parallelism can be prevented from entering the multicapillary .

本発明に係るX線照射装置では、第1段階の粗い平行フィルタであるコリメータ、及び第2段階の細かい平行フィルタであるマルチキャピラリの2段階のフィルタを経て、平行度がきわめて高いX線がマルチキャピラリの出射端面から出射する。こうした平行X線束は従来、点/平行型のマルチキャピラリレンズを使用して生成した平行X線束を被検体に照射するX線装置、例えば立体構造を有する試料の高分解能X線回折分析を行うX線装置などに有用である。
また本発明では、前記マルチキャピラリの出射端面の外側に、該マルチキャピラリの中心軸と中心軸が一致するように配置されたフレネルゾーンプレート、をさらに備える構成とするとよい。
この構成では、平行度が高く且つ強度が比較的大きなX線束がフレネルゾーンプレートに入射する。このフレネルゾーンプレートは一般的な、有効径以下の径の平行X線を1点に集束させるフレネルゾーンプレートである。上述したように、本発明に係るX線照射装置では、フレネルゾーンプレートに入射するX線の平行度は十分に高いので、フレネルゾーンプレートで回折したX線はきわめて微小な領域に集光される。
In the X-ray irradiation apparatus according to the present invention, X-rays with extremely high parallelism are multi-passed through a collimator which is a first-stage coarse parallel filter and a multi-capillary two-stage filter which is a second-stage fine parallel filter. The light exits from the exit end face of the capillary. Conventionally, such a parallel X-ray beam is an X-ray apparatus that irradiates a subject with a parallel X-ray beam generated by using a point / parallel type multicapillary lens, for example, a high-resolution X-ray diffraction analysis of a sample having a three-dimensional structure. Useful for wire devices.
In the present invention, it is preferable to further include a Fresnel zone plate disposed outside the emission end face of the multicapillary so that the central axis of the multicapillary coincides with the central axis.
In this configuration, an X-ray beam having high parallelism and relatively high intensity is incident on the Fresnel zone plate. This Fresnel zone plate is a general Fresnel zone plate that focuses parallel X-rays having a diameter less than or equal to the effective diameter at one point. As described above, in the X-ray irradiation apparatus according to the present invention, since the parallelism of the X-rays incident on the Fresnel zone plate is sufficiently high, the X-rays diffracted by the Fresnel zone plate are collected in a very small region. .

本発明に係るX線照射装置によれば、小型の装置でありながら強度が比較大きく、且つ平行度がきわめて高いX線束を得ることができる。それによって、照射X線束の平行度が重要である高分解能X線回折などにおいて高い分解能の回折スペクトルを得ることができる。
また本発明に係るX線照射装置の好ましい構成によれば、小型の装置でありながら強度が比較大きいX線をごく微小な領域に集中的に照射することができる。それによって、例えば本発明に係るX線照射装置をX線回折装置や蛍光X線分析装置に利用することで、従来は実現し得ない高い空間分解能の分析や観察を行うことが可能となる。また、本発明で使用しているマルチキャピラリは単に直管状の多数の細管を束ねたものであるため、製造が容易であるとともに高い寸法精度を確保し易い。また、上記構成では、フレネルゾーンプレートも特殊な形状、構造のものを要しない。したがって、装置の作製が容易であって低廉なコストを実現可能である。
According to engagement Ru X-ray irradiation apparatus of the present invention, it will strength increases compared a compact device can be and parallelism obtain a very high X-ray flux. Thereby, a high-resolution diffraction spectrum can be obtained in high-resolution X-ray diffraction or the like where the parallelism of the irradiated X-ray flux is important.
Moreover, according to the preferable structure of the X-ray irradiation apparatus which concerns on this invention, although it is a small apparatus, it can irradiate intensively to a very small area | region X-ray with comparatively large intensity | strength. Accordingly, for example, by using the X-ray irradiation apparatus according to the present invention for an X-ray diffraction apparatus or a fluorescent X-ray analysis apparatus, it becomes possible to perform analysis and observation with high spatial resolution that cannot be realized conventionally. Moreover, since the multicapillary used in the present invention is simply a bundle of a large number of straight tubes, it is easy to manufacture and it is easy to ensure high dimensional accuracy. In the above configuration, the Fresnel zone plate does not require a special shape or structure. Therefore, it is easy to manufacture the apparatus and it is possible to realize low cost.

本発明の第1実施例であるX線照射装置の概略構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic block diagram of the X-ray irradiation apparatus which is 1st Example of this invention. 第1実施例のX線照射装置においてX線照射のみに必要な構成要素を描いた原理的な構成図。The fundamental block diagram which drawn the component required only for X-ray irradiation in the X-ray irradiation apparatus of 1st Example. 第1実施例のX線照射装置における直管型マルチキャピラリの拡大図。The enlarged view of the straight tube | pipe type multicapillary in the X-ray irradiation apparatus of 1st Example. 第1実施例のX線照射装置におけるフレネルゾーンプレートの拡大図。The enlarged view of the Fresnel zone plate in the X-ray irradiation apparatus of 1st Example. X線がコリメータを通過する際の通過経路の説明図。Explanatory drawing of the passage route at the time of an X-ray passing a collimator. 直管型マルチキャピラリにおいてX線がキャピラリを通過する際の通過経路の説明図。Explanatory drawing of the passage route at the time of an X-ray passing through a capillary in a straight tube type multicapillary. フレネルゾーンプレートから所定距離離れた面上のX線の波長分布の概念図。The conceptual diagram of the wavelength distribution of the X-ray on the surface away from the Fresnel zone plate by the predetermined distance. 第1実施例のX線照射装置において単色化したX線を得る場合の変形例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the modification in the case of obtaining the monochromatic X-ray in the X-ray irradiation apparatus of 1st Example. 本発明の第2、第3実施例であるX線照射装置の概略構成図。The schematic block diagram of the X-ray irradiation apparatus which is the 2nd, 3rd Example of this invention. 本発明の第4、第5実施例であるX線照射装置の概略構成図。The schematic block diagram of the X-ray irradiation apparatus which is the 4th, 5th Example of this invention. 本発明の効果を確認するための実験装置の構成概略図。The structure schematic of the experimental apparatus for confirming the effect of this invention. 図11に示した実験装置からコリメータを取り除いた装置により得られたX線像を示す図。The figure which shows the X-ray image obtained by the apparatus which remove | eliminated the collimator from the experimental apparatus shown in FIG. 図11に示した実験装置から直管型マルチキャピラリを取り除いた装置により得られたX線像を示す図。The figure which shows the X-ray image obtained by the apparatus which removed the straight tube | pipe type | mold multicapillary from the experimental apparatus shown in FIG. 図11に示した実験装置により得られたX線像を示す図。The figure which shows the X-ray image obtained by the experimental apparatus shown in FIG.

以下、本発明に係るX線照射装置の実施例について、添付図面を参照しつつ説明する。
[第1実施例]
図1は第1実施例のX線照射装置の概略構成図、図1は第1実施例のX線照射装置においてX線照射のみに必要な構成要素を描いた原理的な構成図である。
図1に示すように、第1実施例のX線照射装置1Aは、筐体であるX線シールドチャンバ50の内部に、X線源10と、コリメータ20と、直管型マルチキャピラリ30と、フレネルゾーンプレート40と、を備える。X線シールドチャンバ50の内部は大気で満たされており、チャンバ支持体58によって防振テーブル60上に支持されている。X線シールドチャンバ50の一部にはX線出射開口51が形成されており、このX線出射開口51を通してX線シールドチャンバ50外部にX線XLを出射する。図示しないが、X線出射開口51の外側にはX線回折装置、蛍光X線分析装置などのX線装置が設置されており、X線出射開口51から取り出されたX線XLはそうしたX線装置にセットされた被検体(試料)に照射される。
Hereinafter, embodiments of the X-ray irradiation apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[First embodiment]
Figure 1 is a schematic structural diagram of an X-ray irradiation apparatus of the first embodiment, FIG. 1 is a principle block diagram depicting the components necessary only in the X-ray irradiation at the X-ray irradiation apparatus of the first embodiment is there.
As shown in FIG. 1, the X-ray irradiation apparatus 1A of the first embodiment includes an X-ray source 10, a collimator 20, a straight tube type multicapillary 30, and an X-ray shield chamber 50 as a housing. A Fresnel zone plate 40. The inside of the X-ray shield chamber 50 is filled with the atmosphere, and is supported on the vibration isolation table 60 by the chamber support 58. An X-ray exit opening 51 is formed in a part of the X-ray shield chamber 50, and the X-ray XL is emitted outside the X-ray shield chamber 50 through the X-ray exit opening 51. Although not shown, an X-ray apparatus such as an X-ray diffractometer or a fluorescent X-ray analyzer is installed outside the X-ray emission opening 51, and the X-ray XL taken out from the X-ray emission opening 51 is such an X-ray. The object (sample) set in the apparatus is irradiated.

X線源10は例えばX線管球などを含んで構成され、X線XLを放出する。このX線源10は、図2に示すように、X線出射面10aが或る程度の2次元的な広さを持つ面光源であるとみなせるものであり、具体的には、X線出射面10aの径d1はフレネルゾーンプレート40の有効径d4よりも大きくなっている。なお、ここではX線源10から放出されるX線の波長のエネルギは例えば5keV〜50keVである。   The X-ray source 10 includes, for example, an X-ray tube, and emits X-rays XL. As shown in FIG. 2, the X-ray source 10 can be regarded as a surface light source in which the X-ray emission surface 10a has a certain two-dimensional area. The diameter d1 of the surface 10a is larger than the effective diameter d4 of the Fresnel zone plate 40. Here, the energy of the wavelength of the X-ray emitted from the X-ray source 10 is, for example, 5 keV to 50 keV.

X線源10から放出されたX線XLが最初に到達するコリメータ20は、X線源10を通る所定の中心軸線C上で所定距離D2だけ離れて、第1、第2なる二つの円形状の開口21、22を有する。開口21、22の中心と中心軸線Cとは一致している。本実施例では、この開口の数は2であり、1以上の適宜の数とすることができるが、好ましくは2以上とするとよい。二つの開口21、22の内径は同一のd2であり、X線源10から放出されたX線XLの一部はまず前段の第1開口21を通過し、さらにそのうちの一部が後段の第2開口22を通過する。X線XLが開口21、22を通過する際に、それぞれ開口21、22の縁部よりも外側に達したX線XLはコリメータ20によって遮蔽される。詳しくは後述するが、同一内径の二つの開口21、22の内側に達したX線のみがコリメータ20を通過し得るから、コリメータ20を通過することでX線XLは粗く平行化されることになる。   The collimator 20 to which the X-ray XL emitted from the X-ray source 10 first reaches is separated by a predetermined distance D2 on a predetermined central axis C passing through the X-ray source 10, and has two first and second circular shapes. Openings 21 and 22 are provided. The centers of the openings 21 and 22 coincide with the central axis C. In this embodiment, the number of openings is 2, and can be an appropriate number of 1 or more, but preferably 2 or more. The inner diameters of the two openings 21 and 22 are the same d2, and a part of the X-ray XL emitted from the X-ray source 10 first passes through the first opening 21 in the front stage, and a part of the X-ray XL is further in the second stage. Pass through two openings 22. When the X-ray XL passes through the openings 21 and 22, the X-ray XL that reaches outside the edges of the openings 21 and 22 is shielded by the collimator 20. As will be described in detail later, only X-rays that reach the inside of the two openings 21 and 22 having the same inner diameter can pass through the collimator 20, so that the X-ray XL is roughly collimated by passing through the collimator 20. Become.

コリメータ20を通過したX線XLが次に到達する直管型マルチキャピラリ30は、中心軸線Cに沿って直線状に延伸する硼珪酸ガラス製のキャピラリ(細管)の集合体である。図3は直管型マルチキャピラリ30の拡大図であり、(a)はX線XLの入射方向から見た平面図、(b)は(a)中のA−A’矢視線断面図である。   The straight tube type multicapillary 30 to which the X-ray XL that has passed through the collimator 20 reaches next is an aggregate of capillaries (capillaries) made of borosilicate glass that extends linearly along the central axis C. FIG. 3 is an enlarged view of the straight tube type multi-capillary 30, (a) is a plan view seen from the incident direction of the X-ray XL, and (b) is a cross-sectional view taken along line AA ′ in (a). .

直管型マルチキャピラリ30は、円筒形状である遮光性の外装体32の内側に、略同一の内径d3(例えばd3=3μm〜10μm程度)で同一長さD4の多数の円筒形状のキャピラリ31が束ねられた状態で収納された構成を有する。ただし、キャピラリ31の本数は図3に示したものよりも遙かに多く、数百本〜100万本程度であり、最外周に位置するキャピラリ31の位置によって決まる直管型マルチキャピラリ30のおおよその有効径は少なくとも後述のフレネルゾーンプレート40の有効径d4よりも大きくなっている。この直管型マルチキャピラリ30は、その中心軸(又は最も中心に近い位置にある1本のキャピラリ31の中心軸)が中心軸線Cに一致するように配置されている。各キャピラリ31は、一方の端面(入射端面)30aから他方の端面(出射端面)30bまで直線状に且つ互いに平行に延伸しており、各キャピラリ31はそれぞれX線XLを案内しつつ通過させる。後で詳しく述べるが、この直管型マルチキャピラリ30はコリメータ20よりも平行度の高いX線を取り出す機能を有する。   The straight tube type multi-capillary 30 includes a large number of cylindrical capillaries 31 having substantially the same inner diameter d3 (for example, d3 = about 3 μm to 10 μm) and the same length D4 inside a cylindrical light-shielding exterior body 32. It has a configuration stored in a bundled state. However, the number of capillaries 31 is much larger than that shown in FIG. 3, which is about several hundred to one million, and is approximately that of the straight-tube multicapillary 30 determined by the position of the capillaries 31 located on the outermost periphery. The effective diameter is at least larger than the effective diameter d4 of the Fresnel zone plate 40 described later. The straight tube type multi-capillary 30 is arranged so that the central axis (or the central axis of one capillary 31 closest to the center) coincides with the central axis C. Each capillary 31 extends linearly and parallel to each other from one end face (incident end face) 30a to the other end face (outgoing end face) 30b, and each capillary 31 passes X-ray XL while guiding it. As will be described in detail later, this straight tube type multi-capillary 30 has a function of extracting X-rays having a higher parallel degree than the collimator 20.

フレネルゾーンプレート40は、直管型マルチキャピラリ30の出射端面30bから出射したX線XLを受けて集光するものである。図4はフレネルゾーンプレート40の拡大図であり、(a)はX線XLの入射方向から見た平面図、(b)は(a)中のB−B’矢視線断面図である。   The Fresnel zone plate 40 receives and collects the X-ray XL emitted from the emission end face 30 b of the straight tube type multi-capillary 30. 4A and 4B are enlarged views of the Fresnel zone plate 40, where FIG. 4A is a plan view viewed from the incident direction of the X-ray XL, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line B-B ′ in FIG.

フレネルゾーンプレート40は外形が略円盤状であり、X線を遮蔽する遮蔽領域41とX線を通過させる通過領域42とが同心円状に交互に形成されている一種の透過型の回折格子である。径方向に隣接する通過領域42の間隔は中心から外側に向かうに従い徐々に狭くなっており、それによって、外周側に入射したX線XLほど回折によって大きく進行方向を曲げる。その結果、フレネルゾーンプレート40の有効径d4の範囲に、その中心軸に平行に入射したX線XLは、入射面と反対側の出射面から所定距離離れた位置の1点Fに収束する。このフレネルゾーンプレート40はその中心軸が中心軸線Cに一致するように配置されている。   The Fresnel zone plate 40 is a kind of transmissive diffraction grating in which the outer shape is substantially disk-shaped, and shielding regions 41 that shield X-rays and passing regions 42 that allow X-rays to pass through are alternately formed concentrically. . The interval between the passing regions 42 adjacent to each other in the radial direction is gradually narrowed from the center toward the outside, whereby the X-ray XL incident on the outer peripheral side is greatly bent by the diffraction. As a result, the X-ray XL incident in the range of the effective diameter d4 of the Fresnel zone plate 40 in parallel to the central axis converges to a single point F at a position away from the exit surface opposite to the entrance surface. The Fresnel zone plate 40 is arranged so that its central axis coincides with the central axis C.

X線シールドチャンバ50内にあって、二つの調整台53の上にはX線XLの進行方向(図1中の中心軸線Cの方向)に延伸する剛性ガイドレール54が備えられ、この剛性ガイドレール54には、その延伸方向に位置調整可能に、コリメータ調整台55、マルチキャピラリ調整台56、及びFZP調整台57が取り付けられている。コリメータ調整台55、マルチキャピラリ調整台56、及びFZP調整台57はコリメータ20、直管型マルチキャピラリ30、及びフレネルゾーンプレート40を、中心軸線Cに対するそれぞれの中心軸の傾斜角が調整可能であるように支持する。これにより、X線源とコリメータ20との間隔D1、コリメータ20と直管型マルチキャピラリ30との間隔D3、及び、直管型マルチキャピラリ30とフレネルゾーンプレート40との間隔D5をそれぞれ適宜調整することができるとともに、中心軸線Cに対するコリメータ20、直管型マルチキャピラリ30、及びフレネルゾーンプレート40の傾斜角を微調整することが可能となっている。   In the X-ray shield chamber 50, a rigid guide rail 54 extending in the traveling direction of the X-ray XL (the direction of the central axis C in FIG. 1) is provided on the two adjustment bases 53. A collimator adjustment base 55, a multicapillary adjustment base 56, and an FZP adjustment base 57 are attached to the rail 54 so that the position can be adjusted in the extending direction. The collimator adjustment table 55, the multicapillary adjustment table 56, and the FZP adjustment table 57 can adjust the inclination angles of the central axes of the collimator 20, the straight tube type multi-capillary 30, and the Fresnel zone plate 40 with respect to the central axis C. To support. Accordingly, the distance D1 between the X-ray source and the collimator 20, the distance D3 between the collimator 20 and the straight tube type multicapillary 30, and the distance D5 between the straight tube type multicapillary 30 and the Fresnel zone plate 40 are adjusted as appropriate. In addition, it is possible to finely adjust the inclination angles of the collimator 20, the straight tube type multi-capillary 30, and the Fresnel zone plate 40 with respect to the central axis C.

上述したように本実施例のX線照射装置1Aでは、コリメータ20及び直管型マルチキャピラリ30はいずれも平行X線を得るための素子であり、一方、フレネルゾーンプレート40は平行X線を微小径の領域に絞るための素子である。次に、こうしたX線の平行化及び集光について、図1〜図4に加え、図5、図6を用いて詳しく説明する。図5はX線がコリメータ20を通過する際の通過経路の説明図、図6は直管型マルチキャピラリ30においてX線が1本のキャピラリ31を通過する際の通過経路の説明図である。   As described above, in the X-ray irradiation apparatus 1A of the present embodiment, the collimator 20 and the straight tube type multi-capillary 30 are both elements for obtaining parallel X-rays, while the Fresnel zone plate 40 finely parallel X-rays. It is an element for narrowing down to a small diameter region. Next, the parallelization and focusing of X-rays will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6 in addition to FIGS. FIG. 5 is an explanatory view of a passage route when X-rays pass through the collimator 20, and FIG. 6 is an explanatory view of a passage route when X-rays pass through one capillary 31 in the straight tube type multicapillary 30.

二つの開口21、22の径d2は同一であるから、それら開口21、22の中心を通過する中心軸線Cに平行にコリメータ20の第1開口21に入射したX線XL(つまり傾斜角θ=0であるX線)はコリメータ20を通過する。コリメータ20を通過するX線XLの傾斜角(中心軸線Cに対する角度)は、二つの開口21、22の間隔D2とそれら開口21、22の径d2とに依存する。即ち、コリメータ20を通過するX線XLの傾斜角θが最大となるのは、X線が図5に示すように、第1開口21の縁部のごく近傍を通過し、中心軸線Cを挟んだ第2開口22の反対側の縁部ごく近傍を通過する場合である。したがって、二つの開口21、22の間隔D2を大きくするほど、通過するX線の最大傾斜角は小さくなる(つまりは平行度が上がる)し、間隔D2が同じでも開口21、22の径d2が小さくなるほど通過するX線の最大傾斜角は小さくなる。   Since the diameters d2 of the two openings 21 and 22 are the same, the X-ray XL incident on the first opening 21 of the collimator 20 parallel to the central axis C passing through the centers of the openings 21 and 22 (that is, the inclination angle θ = X-rays that are 0) pass through the collimator 20. The inclination angle (angle with respect to the central axis C) of the X-ray XL passing through the collimator 20 depends on the distance D2 between the two openings 21 and 22 and the diameter d2 of the openings 21 and 22. That is, the inclination angle θ of the X-ray XL passing through the collimator 20 is maximized because the X-ray passes very close to the edge of the first opening 21 and sandwiches the central axis C as shown in FIG. In other words, it passes through the very vicinity of the edge on the opposite side of the second opening 22. Therefore, as the distance D2 between the two openings 21 and 22 is increased, the maximum inclination angle of the passing X-rays is reduced (that is, the parallelism is increased). The smaller the smaller, the smaller the maximum inclination angle of the X-rays that pass.

上記最大傾斜角よりも大きな角度で第1開口21を通過したX線は、第2開口22の周囲の壁面に当たり遮蔽される。ただし、図5から明らかなように、最大傾斜角よりも小さな角度で第1開口21を通過したX線のうち第開口22を通過し得るのは、第1開口21の面内の所定範囲に入射したもののみであるから、入射したX線XLの一部はコリメータ20を通過し、他のX線は遮蔽されることになる。したがって、コリメータ20の第2開口22のすぐ外側におけるX線強度分布は、開口21、22の径d2と同程度の範囲で高いX線強度を示す。そして、その範囲よりも外側に向かうに従い徐々にX線強度が下がり、上記最大傾斜角で決まる範囲より外側ではX線強度は0になる。このようにコリメータ20では、X線源10から放出されたX線XLの中で中心軸線Cにほぼ沿った粗い平行度のX線XLが抽出される。
X-rays that have passed through the first opening 21 at an angle larger than the maximum inclination angle hit the wall around the second opening 22 and are shielded. However, as is apparent from FIG. 5, the X-ray that has passed through the first opening 21 at an angle smaller than the maximum inclination angle can pass through the second opening 22 within a predetermined range in the plane of the first opening 21. Therefore, a part of the incident X-ray XL passes through the collimator 20 and other X-rays are shielded. Therefore, the X-ray intensity distribution immediately outside the second opening 22 of the collimator 20 shows a high X-ray intensity in a range similar to the diameter d2 of the openings 21 and 22. The X-ray intensity gradually decreases toward the outside of the range, and the X-ray intensity becomes 0 outside the range determined by the maximum inclination angle. As described above, the collimator 20 extracts the X-ray XL having a rough parallelism substantially along the central axis C among the X-rays XL emitted from the X-ray source 10.

直管型マルチキャピラリ30の各キャピラリ31の径d3は入射端面31aから出射端面31bまで同一であり、且つ各キャピラリ31は中心軸線Cに平行な直線状である。図6(a)に示すように、中心軸線Cに完全に平行であるX線XLがキャピラリ31に入射すると、該X線XLは一度も反射することなく、つまりは全く減衰せずにキャピラリ31を通過する。一方、図6(e)に示すように、臨界角よりも大きな入射角を有してキャピラリ31に入射したX線XLは、キャピラリ31の内壁面に当たると該壁面に侵入し、該壁面で吸収されるか或いは該壁面を通り抜けてキャピラリ31の外側に出る。このため、こうした入射角を有するX線XLはキャピラリ31を通過せずに除去される。   The diameter d3 of each capillary 31 of the straight tube type multi-capillary 30 is the same from the entrance end face 31a to the exit end face 31b, and each capillary 31 has a linear shape parallel to the central axis C. As shown in FIG. 6A, when an X-ray XL that is completely parallel to the central axis C is incident on the capillary 31, the X-ray XL is never reflected, that is, not attenuated at all. Pass through. On the other hand, as shown in FIG. 6E, the X-ray XL having an incident angle larger than the critical angle and incident on the capillary 31 enters the wall surface when it hits the inner wall surface of the capillary 31 and is absorbed by the wall surface. Or pass through the wall surface and exit to the outside of the capillary 31. For this reason, the X-ray XL having such an incident angle is removed without passing through the capillary 31.

臨界角以下の入射角を有してキャピラリ31に入射したX線XLのうち、キャピラリ31の内径d3と長さD4とに依存する所定の角度θ1以下の入射角を有してキャピラリ31に入射したX線XLのごく一部は、図6(b)に示すように、一度も反射することなく、つまりは全く減衰せずにキャピラリ31を通過する。一方、同じ入射角を有するX線XLの大部分は、図6(c)に示すように、キャピラリ31の内壁面に一度当たり、全反射したX線が該キャピラリ31の出射端面31bから出射する。この反射は原理的には全反射であるが、実際には(反射面が完全な鏡面ではないために)反射の際にX線強度が減衰する。したがって、一回反射して通過したX線の強度は一度も反射することなく通過したX線の強度に比べて明らかに低くなる。   Of the X-ray XL incident on the capillary 31 with an incident angle smaller than the critical angle, incident on the capillary 31 with an incident angle equal to or smaller than a predetermined angle θ1 depending on the inner diameter d3 and the length D4 of the capillary 31. A very small part of the X-ray XL passes through the capillary 31 without being reflected, that is, without being attenuated at all, as shown in FIG. 6B. On the other hand, most of the X-ray XL having the same incident angle hits the inner wall surface of the capillary 31 once as shown in FIG. 6C, and the totally reflected X-ray is emitted from the emission end face 31b of the capillary 31. . In principle, this reflection is total reflection, but in practice, the X-ray intensity is attenuated during reflection (because the reflection surface is not a perfect mirror surface). Therefore, the intensity of X-rays that have passed after being reflected once is clearly lower than the intensity of X-rays that have passed without being reflected.

臨界角以下であってもさらに大きな入射角を有してキャピラリ31に入射したX線XLは、図6(d)に示すように、キャピラリ31の内壁面で複数回の反射を繰り返したあとに該キャピラリ31の出射端面31bから出射する。反射する毎に強度が減衰するから、こうして複数回の反射を経てキャピラリ31を通り抜けたX線と全く反射せずにキャピラリ31を通り抜けたX線とでは強度に顕著な差が生じる。このように直管型マルチキャピラリ30では、その出射端面30bから、各キャピラリ31の内壁面で一度も反射せずに各キャピラリ31を通り抜けたX線XLと各キャピラリ31の内壁面で一度以上反射して各キャピラリ31を通り抜けたX線XLとが混在して出射するが、その二種類のX線XLの強度には明確な差が生じる。また、キャピラリ31の内径d3はきわめて小さいので、この内径d3と長さD4から決まる上記所定の角度はきわめて小さな(0に近い)値となる。したがって、各キャピラリ31の中心軸に対してほぼ平行であるX線のみが通過するとみなすことができ、この直管型マルチキャピラリ30は、キャピラリ31の中心軸に対してきわめて高い平行度を有するX線XLのみを選択的に通過させ、それ以外のX線XLを遮蔽するフィルタとして機能することになる。   The X-ray XL incident on the capillary 31 with a larger incident angle even if it is less than the critical angle, after being repeatedly reflected on the inner wall surface of the capillary 31 as shown in FIG. The light is emitted from the emission end face 31 b of the capillary 31. Since the intensity is attenuated at each reflection, there is a significant difference in intensity between the X-rays that have passed through the capillary 31 through a plurality of reflections and the X-rays that have passed through the capillary 31 without being reflected at all. As described above, in the straight tube type multi-capillary 30, the X-ray XL passing through each capillary 31 and the inner wall surface of each capillary 31 are reflected at least once from the emission end face 30 b without being reflected by the inner wall surface of each capillary 31. Then, X-rays XL passing through the capillaries 31 are mixed and emitted, but there is a clear difference between the intensities of the two types of X-rays XL. Further, since the inner diameter d3 of the capillary 31 is extremely small, the predetermined angle determined from the inner diameter d3 and the length D4 is a very small value (close to 0). Therefore, it can be considered that only X-rays substantially parallel to the central axis of each capillary 31 pass, and this straight tube type multi-capillary 30 has an extremely high parallelism with respect to the central axis of the capillary 31. It functions as a filter that selectively passes only the line XL and shields the other X-rays XL.

さらにまた、この直管型マルチキャピラリ30では多数のキャピラリ31が図3(a)に示すように束ねられているので、一個のみで光軸(中心軸線C)に直交する略円形の断面内の全ての(つまり360°の)径方向について平行フィルタとして機能する。このことは、従来広く用いられている平行フィルタであるソーラースリットが一個では一方向についてしか平行フィルタとして機能しないことに比べて、非常に大きな利点であるといえる。   Furthermore, in this straight tube type multi-capillary 30, a large number of capillaries 31 are bundled as shown in FIG. 3 (a), so that only one of them is in a substantially circular cross section perpendicular to the optical axis (center axis C). It functions as a parallel filter for all (ie 360 °) radial directions. This can be said to be a significant advantage compared to the fact that a single solar slit, which is a parallel filter widely used in the past, functions as a parallel filter only in one direction.

上述したように、コリメータ20は粗い平行度のX線を選択するフィルタとして機能し、直管型マルチキャピラリ30はさらに高い平行度のX線を選択するフィルタとして機能する。このように本実施例のX線照射装置1Aでは、2段階の平行フィルタによってX線の平行度を高め、きわめて平行度の高いX線を取り出してフレネルゾーンプレート40に入射することができる。通常、フレネルゾーンプレート40は半導体製造技術を利用して作製されるため、その寸法精度は非常に高い。そうした高い寸法精度で、しかも回折効果を利用してX線を収束するので、きわめて微小な領域にX線を収束させることが可能である。 As described above, the collimator 20 functions as a filter that selects X-rays with coarse parallelism, and the straight tube type multi-capillary 30 functions as a filter that selects X-rays with higher parallelism. As described above, in the X-ray irradiation apparatus 1A of this embodiment, the parallelism of the X-rays can be increased by the two-stage parallel filter, and X-rays with extremely high parallelism can be taken out and incident on the Fresnel zone plate 40. Usually, since the Fresnel zone plate 40 is manufactured using semiconductor manufacturing technology, its dimensional accuracy is very high. Since the X-rays are converged with such a high dimensional accuracy and using the diffraction effect, the X-rays can be converged in a very small region.

焦点Fのサイズや焦点距離はフレネルゾーンプレート40を構成する物質の種類や遮蔽領域41や通過領域42による輪帯パターンの間隔などに依存して任意に決めることができるが、通過するX線の波長にも依存するため、使用するX線の波長帯域を考慮して適切に定めればよい。
この点について図7、図8により説明する。図7はフレネルゾーンプレート40から所定距離離れた面上のX線の波長分布の概念図、図8は第1実施例のX線照射装置において単色化したX線を得る場合の変形例を示す概略構成図である。
The size and focal length of the focal point F can be arbitrarily determined depending on the type of material constituting the Fresnel zone plate 40 and the interval of the annular pattern by the shielding region 41 and the passing region 42. Since it depends on the wavelength, it may be determined appropriately in consideration of the wavelength band of the X-ray to be used.
This point will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a conceptual diagram of the wavelength distribution of X-rays on a surface separated from the Fresnel zone plate 40 by a predetermined distance, and FIG. 8 shows a modified example in which monochromatic X-rays are obtained in the X-ray irradiation apparatus of the first embodiment. It is a schematic block diagram.

フレネルゾーンプレート40に異なる波長A、B、CのX線が入射すると、波長によって回折角が相違するため、それぞれの波長の焦点距離は異なる。波長AのX線の焦点位置では波長B、CのX線は焦点とはならないため、X線束は十分には絞られていない。一方で、フレネルゾーンプレート40の中心軸C1でもある光軸は波長によって変わらないの。そのため、図7に示すように、異なる波長のX線の照射範囲は中心部で重なった状態になっており、周辺部には一部の波長のX線のみが到達する。   When X-rays having different wavelengths A, B, and C are incident on the Fresnel zone plate 40, the diffraction angles differ depending on the wavelengths, and thus the focal lengths of the respective wavelengths are different. Since the X-rays of the wavelengths B and C are not focused at the focal position of the X-rays of the wavelength A, the X-ray flux is not sufficiently reduced. On the other hand, the optical axis that is also the central axis C1 of the Fresnel zone plate 40 does not change depending on the wavelength. Therefore, as shown in FIG. 7, the irradiation ranges of X-rays with different wavelengths are overlapped at the center, and only X-rays with some wavelengths reach the peripheral part.

一般的なX線装置で用いられているX線源から放出されるX線は、ターゲット材や設定加速電圧によって決まる強い強度のピークエネルギ(例えば波長A)を持つX線と緩やかな連続エネルギ(例えば波長B、C)を持つX線とを含む。そのため、波長AのX線に対する焦点位置の面上でX線像を観測すると、波長Aの焦点サイズの像、つまりはごく微小な像に、波長B、CのX線によるボケが加わった状態となることが避けられない。そこで、特定の波長を持つX線、つまりは単色光の照射が必要である場合には、図8に示したような構成を採ればよい。   X-rays emitted from an X-ray source used in a general X-ray apparatus include an X-ray having a strong peak energy (for example, wavelength A) determined by a target material and a set acceleration voltage, and moderate continuous energy ( For example, X-rays having wavelengths B and C). Therefore, when an X-ray image is observed on the surface of the focal position with respect to the X-ray of the wavelength A, the blur due to the X-rays of the wavelengths B and C is added to the image of the focal size of the wavelength A, that is, a very small image. Inevitable. Therefore, when irradiation with X-rays having a specific wavelength, that is, monochromatic light is necessary, the configuration shown in FIG. 8 may be adopted.

即ち、このX線照射装置では、直管型マルチキャピラリ30とフレネルゾーンプレート40との間に平板分光結晶(分光素子)70を設置し、平板分光結晶70により取り出した特定の波長のX線のみをフレネルゾーンプレート40に入射している。上述したように、直管型マルチキャピラリ30の出射端面30bから出射されるX線の平行度は十分に高いので、平板分光結晶70を用いて精度のよい単色化が容易に行え、例えば波長Aのみの平行度の高いX線をフレネルゾーンプレート40に入射することができる。その結果、単色化されたX線をごく微小な領域に照射することができる。   That is, in this X-ray irradiation apparatus, a flat plate crystal (spectral element) 70 is installed between the straight tube type multicapillary 30 and the Fresnel zone plate 40, and only X-rays of a specific wavelength extracted by the flat plate crystal 70 are used. Is incident on the Fresnel zone plate 40. As described above, since the parallelism of the X-rays emitted from the emission end face 30b of the straight tube type multi-capillary 30 is sufficiently high, accurate monochromation can be easily performed using the plate crystal crystal 70, for example, the wavelength A Only high parallel X-rays can enter the Fresnel zone plate 40. As a result, it is possible to irradiate a very small region with monochromatic X-rays.

第1実施例のX線照射装置に戻り説明を続ける。第1実施例のX線照射装置では、直管型マルチキャピラリ30の出射端面30bとフレネルゾーンプレート40との距離D5は次にように定めるとよい。即ち、出射端面30bとフレネルゾーンプレート40とが近いほど、出射端面30bから出射されるX線の中でキャピラリ31の内壁面で少なくとも1度反射したX線、つまりは相対的に平行度が劣るX線がフレネルゾーンプレート40の有効径d4の範囲に到達し易くなる。こうしたX線はフレネルゾーンプレート40の入射X線として理想的ではないので、できるだけ排除することが望ましい。そこで、本実施例のX線照射装置1Aでは、1度以上全反射した可能性がある、キャピラリ31の内径d3と長さD4とで決まる上記所定の角度θ1以上の角度を有して出射端面30bから出射するX線がフレネルゾーンプレート40の有効径d4の範囲に到達しないような距離に、上記距離D5を設定している。これによって、フレネルゾーンプレート40に入射するX線の平行度をさらに一層高め、焦点FにおけるX線の照射径を小さくすることができる。   Returning to the X-ray irradiation apparatus of the first embodiment, the description will be continued. In the X-ray irradiation apparatus of the first embodiment, the distance D5 between the emission end face 30b of the straight tube type multi-capillary 30 and the Fresnel zone plate 40 may be determined as follows. That is, the closer the exit end face 30b and the Fresnel zone plate 40 are, the more the X-rays emitted from the exit end face 30b are reflected at least once by the inner wall surface of the capillary 31, that is, the parallelism is relatively inferior. X-rays easily reach the range of the effective diameter d4 of the Fresnel zone plate 40. Since such X-rays are not ideal as incident X-rays for the Fresnel zone plate 40, it is desirable to eliminate them as much as possible. Therefore, in the X-ray irradiation apparatus 1A of the present embodiment, the emission end face has an angle equal to or larger than the predetermined angle θ1 determined by the inner diameter d3 and the length D4 of the capillary 31 that may be totally reflected by 1 degree or more. The distance D5 is set such that the X-rays emitted from 30b do not reach the range of the effective diameter d4 of the Fresnel zone plate 40. As a result, the parallelism of the X-rays incident on the Fresnel zone plate 40 can be further increased, and the irradiation diameter of the X-rays at the focal point F can be reduced.

また、コリメータ20の第2開口22と直管型マルチキャピラリ30の入射端面30aとが近すぎると、中心軸線Cに対する傾きが大きなX線XLが入射端面30aに入射し易くなる。こうした入射角が大きなX線XLは直管型マルチキャピラリ30で除去されるとはいうものの、そうした不所望のX線の一部が外装体32の内面で反射したりキャピラリ31の外面で散乱を生じたりして出射端面30bに現れることがある。そこで、コリメータ20の第2開口22と直管型マルチキャピラリ30の入射端面30aとの距離D3も或る程度以上大きくすることで、第2開口22を通過したX線XLのうちで中心軸線Cに対する傾きが大きなX線XLが入射端面30aに入射することを回避するとよい。具体的には、距離D3を100mm程度以上にすればよい。ただし、大気による吸収散乱を減らすためには、この距離を不必要に長くすることは適切ではない。   If the second opening 22 of the collimator 20 and the incident end face 30a of the straight tube type multi-capillary 30 are too close, the X-ray XL having a large inclination with respect to the central axis C is likely to enter the incident end face 30a. Although the X-ray XL having such a large incident angle is removed by the straight tube type multi-capillary 30, a part of such undesired X-rays is reflected on the inner surface of the outer package 32 or scattered on the outer surface of the capillary 31. Or may appear on the emission end face 30b. Therefore, by increasing the distance D3 between the second opening 22 of the collimator 20 and the incident end face 30a of the straight tube type multi-capillary 30 to a certain extent or more, the central axis C of the X-rays XL passing through the second opening 22 is increased. It is better to avoid the X-ray XL having a large inclination with respect to the incident end face 30a. Specifically, the distance D3 may be about 100 mm or more. However, it is not appropriate to increase this distance unnecessarily in order to reduce absorption and scattering by the atmosphere.

以上のように、本実施例のX線照射装置1Aでは、きわめて微小径の領域にX線XLを集中的に照射することができる。このX線照射装置1Aでは、例えば特許文献3、4に記載のX線集束装置のようにX線源の広い範囲からX線を集光しているわけではないものの、X線を集光する過程で一度も反射させない、つまりは減衰させないX線を有効に利用しているので、高い強度のX線を集中的に照射することができる。   As described above, in the X-ray irradiation apparatus 1A of the present embodiment, it is possible to irradiate the X-ray XL intensively on a very small diameter region. In this X-ray irradiation apparatus 1A, although X-rays are not collected from a wide range of X-ray sources as in the X-ray focusing apparatuses described in Patent Documents 3 and 4, for example, X-rays are collected. Since X-rays that are never reflected in the process, that is, not attenuated, are effectively used, high-intensity X-rays can be intensively irradiated.

次に、本発明の他の実施例によるX線照射装置について図9及び図10により説明する。これら図において上記第1実施例における構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付している。   Next, an X-ray irradiation apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these drawings, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

[第2実施例]
図9(a)は第2実施例のX線照射装置1Bの概略構成図である。
この第2実施例のX線照射装置1Bでは、第1実施例のX線照射装置1Aにおけるコリメータ20に代えて点−平行型のマルチキャピラリ120が配置され、また面光源でなく点光源であるX線源110が用いられている。X線源110は点光源とみなせるX線出射部110aからX線XLを放射状に放出する。マルチキャピラリ120は後段の直管型マルチキャピラリ30とは異なり、入射端面120aにおいて各キャピラリの内径が端面に向かって徐々に小さくなるように絞られており、その多数のキャピラリの中心軸はX線出射部11aで重なる(つまり焦点となる)ように形成されている。これによって、X線出射部11aから放出されたX線XLは大きな立体角を以てマルチキャピラリ120に取り込まれ、各キャピラリの内壁面で全反射を繰り返しつつX線が案内されて出射端面120bから略平行に出射される。原理的に、出射端面120bから出射されるX線XLは、最大、臨界角の拡がりを有するから、マルチキャピラリ120は第1実施例におけるコリメータ20と同様に、粗い平行フィルタとして機能する。
[Second Embodiment]
FIG. 9A is a schematic configuration diagram of the X-ray irradiation apparatus 1B of the second embodiment.
In the X-ray irradiation apparatus 1B of the second embodiment, a point-parallel type multicapillary 120 is disposed instead of the collimator 20 in the X-ray irradiation apparatus 1A of the first embodiment, and is not a surface light source but a point light source. An X-ray source 110 is used. The X-ray source 110 emits X-rays XL radially from an X-ray emitting unit 110a that can be regarded as a point light source. The multicapillary 120 is narrowed so that the inner diameter of each capillary gradually decreases toward the end face on the incident end face 120a, unlike the straight-tube multicapillary 30 at the subsequent stage, and the central axes of the many capillaries are X-rays. It is formed so as to overlap (that is, become a focal point) at the emission part 11a. As a result, the X-ray XL emitted from the X-ray emission part 11a is taken into the multicapillary 120 with a large solid angle, and the X-ray is guided while repeating total reflection on the inner wall surface of each capillary, and is substantially parallel to the emission end face 120b. Is emitted. In principle, since the X-ray XL emitted from the emission end face 120b has a maximum critical angle spread, the multicapillary 120 functions as a coarse parallel filter, like the collimator 20 in the first embodiment.

[第3実施例]
図9(b)は第3実施例のX線照射装置1Cの概略構成図である。
この第3実施例のX線照射装置1Cでは、第1実施例のX線照射装置1Aにおけるコリメータ20に代えて、入射端面220aが出射端面220bよりも大きなマルチキャピラリ220が配置され、またX線出射面210aが大きな面光源であるX線源210が用いられている。マルチキャピラリ220を構成する各キャピラリは、その入射端面が漏斗状に拡がっており、X線出射面210aから放出されたX線XLを効率良く取り込み、X線XLの密度を高めつつ略平行化して出射端面220bから出射する。この場合にも、キャピラリの内壁面で全反射を繰り返しつつX線XLは進行するため、原理的に、出射端面120bから出射されるX線XLは、最大、臨界角の拡がりを有する。したがって、マルチキャピラリ220は第1実施例におけるコリメータ20と同様に、粗い平行フィルタとして機能する。
[Third embodiment]
FIG. 9B is a schematic configuration diagram of the X-ray irradiation apparatus 1C of the third embodiment.
In the X-ray irradiation apparatus 1C of the third embodiment, instead of the collimator 20 in the X-ray irradiation apparatus 1A of the first embodiment, a multicapillary 220 whose incident end face 220a is larger than the emission end face 220b is disposed. An X-ray source 210 that is a surface light source having a large emission surface 210a is used. The capillaries constituting the multicapillary 220 have funnel-shaped incident end surfaces, efficiently capture X-rays XL emitted from the X-ray exit surface 210a, and substantially parallelize while increasing the density of the X-rays XL. The light exits from the exit end face 220b. Also in this case, since the X-ray XL advances while repeating total reflection on the inner wall surface of the capillary, in principle, the X-ray XL emitted from the emission end face 120b has a maximum critical angle spread. Therefore, the multicapillary 220 functions as a coarse parallel filter, like the collimator 20 in the first embodiment.

[第4実施例]
図10(a)は第4実施例のX線照射装置1Dの概略構成図である。
この第4実施例のX線照射装置1Dでは、第1実施例のX線照射装置1Aにおけるコリメータ20を省略し、X線源10のX線出射面10aから放出されたX線XLを直接、直管型マルチキャピラリ30の入射端面30aに入射している。上述したように、直管型マルチキャピラリ30はきわめて高い平行度のX線を選択するフィルタとして機能するから、コリメータ20を省略しても、十分に高い平行度のX線XLを取り出しフレネルゾーンプレート40に入射することができる。それによって、第4実施例の構成でも、微小径の領域にX線XLを照射することができる。
[Fourth embodiment]
Fig.10 (a) is a schematic block diagram of X-ray irradiation apparatus 1D of 4th Example.
In the X-ray irradiation apparatus 1D of the fourth embodiment, the collimator 20 in the X-ray irradiation apparatus 1A of the first embodiment is omitted, and the X-ray XL emitted from the X-ray emission surface 10a of the X-ray source 10 is directly The light enters the incident end face 30 a of the straight tube type multi-capillary 30. As described above, since the straight tube type multicapillary 30 functions as a filter for selecting X-rays with extremely high parallelism, even if the collimator 20 is omitted, a sufficiently high parallelism X-ray XL is taken out and the Fresnel zone plate. 40 can be incident. Thereby, even in the configuration of the fourth embodiment, it is possible to irradiate the region having a small diameter with the X-ray XL.

[第5実施例]
図10(b)は第5実施例のX線照射装置1Eの概略構成図である。
この第5実施例のX線照射装置1Eでは、第1実施例のX線照射装置1Aにおけるコリメータ20を省略する代わりに、直管型マルチキャピラリ30と同じ構成のマルチキャピラリ320を、X線源10と直管型マルチキャピラリ30との間に配置している。この構成では、1段目のマルチキャピラリ320が粗い平行フィルタとして機能するが、これによっても十分に高い平行度のX線XLを取り出しフレネルゾーンプレート40に入射することができる。
[Fifth embodiment]
FIG.10 (b) is a schematic block diagram of the X-ray irradiation apparatus 1E of 5th Example.
In the X-ray irradiation apparatus 1E of the fifth embodiment, instead of omitting the collimator 20 in the X-ray irradiation apparatus 1A of the first embodiment, a multi-capillary 320 having the same configuration as the straight tube type multi-capillary 30 is used as an X-ray source. 10 and the straight tube type multi-capillary 30. In this configuration, the first-stage multicapillary 320 functions as a coarse parallel filter, but this also allows X-ray XL with sufficiently high parallelism to be extracted and incident on the Fresnel zone plate 40.

このように本発明に係る各種実施例のX線照射装置では、直管型マルチキャピラリ30とフレネルゾーンプレート40との組み合わせを利用して、微小径の領域にX線を収集的に照射することが可能となる。   As described above, in the X-ray irradiation apparatus according to various embodiments of the present invention, a combination of the straight tube type multi-capillary 30 and the Fresnel zone plate 40 is used to collectly irradiate a small diameter region with X-rays. Is possible.

[実験例]
次に、上記第1実施例のX線照射装置1AにおけるX線収束効果を確認するために行った実験結果について説明する。
図11はこの実験に使用した実験装置の構成の概略図である。
この実験装置において、X線源10は、点光源15、窓16aが形成された管16、開口17aが形成された遮蔽板17、及び、開口17aを覆うように設けられた銅箔18、を含んで構成される。点光源15から放射状に放出されたX線XLの一部は窓16aを通過し、さらにその一部が開口17aを通過する。銅箔18を透過しつつ開口17aから出射されるX線XLは、開口17aの開口面積の面光源であるとみなせる。
[Experimental example]
Next, experimental results performed to confirm the X-ray convergence effect in the X-ray irradiation apparatus 1A of the first embodiment will be described.
FIG. 11 is a schematic diagram of the configuration of the experimental apparatus used in this experiment.
In this experimental apparatus, the X-ray source 10 includes a point light source 15, a tube 16 in which a window 16a is formed, a shielding plate 17 in which an opening 17a is formed, and a copper foil 18 provided so as to cover the opening 17a. Consists of including. A part of the X-ray XL emitted radially from the point light source 15 passes through the window 16a, and further part thereof passes through the opening 17a. The X-ray XL emitted from the opening 17a while passing through the copper foil 18 can be regarded as a surface light source having an opening area of the opening 17a.

この開口17aの中心軸に一致する中心軸線C上にコリメータ20及び直管型マルチキャピラリ30が配置されており、このコリメータ20及び直管型マルチキャピラリ30を順に通過することでX線XLは平行化される。コリメータ20の開口21、22の直径(d2)は1mmであり、開口21と開口22との間の間隔(D2)は50mmである。この実験装置では、フレネルゾーンプレートは省かれており、直管型マルチキャピラリ30の出射端面30bから出射したX線XLが2次元検出器80に導入され、到達したX線XLによるX線像を取得するようにした。   A collimator 20 and a straight tube type multicapillary 30 are arranged on a central axis C coinciding with the center axis of the opening 17a, and the X-ray XL is paralleled by passing through the collimator 20 and the straight tube type multicapillary 30 in order. It becomes. The diameter (d2) of the openings 21 and 22 of the collimator 20 is 1 mm, and the distance (D2) between the openings 21 and 22 is 50 mm. In this experimental apparatus, the Fresnel zone plate is omitted, and the X-ray XL emitted from the emission end face 30b of the straight tube type multicapillary 30 is introduced into the two-dimensional detector 80, and an X-ray image by the reached X-ray XL is obtained. I tried to get it.

図11に示した実験装置からコリメータ20を取り除き、遮蔽板17と直管型マルチキャピラリ30の入射端面30aとの距離を180mmとし、2次元検出器80の撮像倍率を1倍として得られたX線像を図12に示す。図12において(a)〜(d)はそれぞれ、直管型マルチキャピラリ30の出射端面30bと2次元検出器80との距離を35mm、70mm、140mm、及び340mmとした場合のX線像である。図12(後述の図13及び図14も同様)では、X線の強度が強い部分ほど明るく(白く)表示されている。   11 obtained by removing the collimator 20 from the experimental apparatus shown in FIG. 11, setting the distance between the shielding plate 17 and the incident end face 30a of the straight tube type multicapillary 30 to 180 mm, and the imaging magnification of the two-dimensional detector 80 to be 1. A line image is shown in FIG. 12A to 12D are X-ray images when the distance between the emission end face 30b of the straight tube type multi-capillary 30 and the two-dimensional detector 80 is set to 35 mm, 70 mm, 140 mm, and 340 mm, respectively. . In FIG. 12 (the same applies to FIGS. 13 and 14 to be described later), the portion with the higher X-ray intensity is displayed brighter (whiter).

比較例として、図11に示した実験装置から直管型マルチキャピラリ30を取り除き、遮蔽板17とコリメータ20の第1開口21との距離を30mmとし、2次元検出器80の撮像倍率を1倍として得られたX線像を図13に示す。図13において(a)〜(c)はそれぞれ、コリメータ20の第2開口22と2次元検出器80との距離を35mm、70mm、及び140mmとした場合のX線像である。   As a comparative example, the straight multi-capillary 30 is removed from the experimental apparatus shown in FIG. 11, the distance between the shielding plate 17 and the first opening 21 of the collimator 20 is 30 mm, and the imaging magnification of the two-dimensional detector 80 is 1 ×. The X-ray image obtained as is shown in FIG. 13A to 13C are X-ray images when the distance between the second opening 22 of the collimator 20 and the two-dimensional detector 80 is set to 35 mm, 70 mm, and 140 mm, respectively.

図12と図13とを比較すると、直管型マルチキャピラリ30のみを用いた場合(図12)ではコリメータ20のみを用いた場合(図13)に比べて、X線像の輪郭が明瞭であるとともに、その輪郭内の強度の均一性が高いことが分かる。このことから、コリメータ20に比べて直管型マルチキャピラリ30は、X線XLの平行度を高める作用が格段に高い、つまりは平行フィルタとしての能力が高いことが確認できる。なお、図12の(c)検出器距離140mmと (d)検出器距離340mmでは像の輪郭にボケが見られるが、これは大気によるX線の散乱が主たる原因であると考えられる。   Comparing FIG. 12 and FIG. 13, the outline of the X-ray image is clearer when only the straight tube type multicapillary 30 is used (FIG. 12) than when only the collimator 20 is used (FIG. 13). At the same time, it can be seen that the uniformity of the strength within the contour is high. From this, it can be confirmed that the straight tube type multi-capillary 30 has a remarkably high effect of increasing the parallelism of the X-ray XL as compared with the collimator 20, that is, the ability as a parallel filter is high. Note that blurring is observed in the contour of the image at (c) the detector distance of 140 mm and (d) the detector distance of 340 mm in FIG. 12, which is considered to be mainly caused by scattering of X-rays by the atmosphere.

図14は図11に示した実験装置におけるX線像、つまりコリメータ20と直管型マルチキャピラリ30を併用した場合のX線像を示す図である。この場合には、遮蔽板17とコリメータ20の第1開口21との距離(D1)を30mm、コリメータ20の第2開口22と直管型マルチキャピラリ30の入射端面30aとの距離(D3)を100mm、直管型マルチキャピラリ30の出射端面30bと2次元検出器80との距離を35mm〜140mm、2次元検出器80の撮像倍率を1倍とした。図14において(a)〜(c)はそれぞれ、直管型マルチキャピラリ30の出射端面30bと2次元検出器80との距離を35mm、70mm、及び140mmとした場合のX線像である。   FIG. 14 is a view showing an X-ray image in the experimental apparatus shown in FIG. 11, that is, an X-ray image when the collimator 20 and the straight tube type multi-capillary 30 are used together. In this case, the distance (D1) between the shielding plate 17 and the first opening 21 of the collimator 20 is 30 mm, and the distance (D3) between the second opening 22 of the collimator 20 and the incident end face 30a of the straight tube type multicapillary 30 is set. The distance between the output end face 30b of the straight tube type multi-capillary 30 and the two-dimensional detector 80 is 35 mm to 140 mm, and the imaging magnification of the two-dimensional detector 80 is set to 1. 14A to 14C are X-ray images when the distance between the emission end face 30b of the straight tube type multi-capillary 30 and the two-dimensional detector 80 is 35 mm, 70 mm, and 140 mm, respectively.

図14から、コリメータ20と直管型マルチキャピラリ30とを併用することで、直管型マルチキャピラリ30のみ用いた場合(図12)に比べて、より小さな領域にX線が高い強度で照射されていることが分かる。このことから、コリメータ20と直管型マルチキャピラリ30との併用により、X線の平行度がさらに一層高められていることが確認できる。
上記第1実施例のX線照射装置1Aでは、このように平行度をきわめて高めたX線をフレネルゾーンプレート40に導入することができるので、フレネルゾーンプレート40の高いX線収束性を有効に活用し、微小な領域にX線を集光することが可能となる。
From FIG. 14, by using the collimator 20 and the straight tube type multi-capillary 30 in combination, X-rays are irradiated with a higher intensity to a smaller area than when only the straight tube type multi-capillary 30 is used (FIG. 12). I understand that From this, it can be confirmed that the parallelism of the X-rays is further enhanced by the combined use of the collimator 20 and the straight tube type multi-capillary 30.
In the X-ray irradiation apparatus 1A of the first embodiment, X-rays with extremely high parallelism can be introduced into the Fresnel zone plate 40, so that the high X-ray convergence of the Fresnel zone plate 40 is effectively utilized. Utilizing this, it becomes possible to focus X-rays on a minute area.

また、上記実験結果から、コリメータ20に比べて直管型マルチキャピラリ30がX線の平行化に高い能力を有することが分かるから、コリメータ20と直管型マルチキャピラリ30との併用には及ばないものの、第4実施例のように、コリメータ20を省略し、直管型マルチキャピラリ30とフレネルゾーンプレート40とを組み合わせただけでも、微小領域にX線を効率良く集光できることが分かる。また、第2、第3、第5実施例のように、コリメータ20に代えて様々な構成のマルチキャピラリを用いた場合にも同様に、微小領域にX線を効率良く集光することが可能である。   In addition, it can be seen from the above experimental results that the straight tube type multi-capillary 30 has a higher ability to parallelize X-rays than the collimator 20, so that the combined use of the collimator 20 and the straight tube type multi-capillary 30 is not possible. However, as in the fourth embodiment, it can be understood that the X-rays can be efficiently condensed in a minute region simply by omitting the collimator 20 and combining the straight tube type multi-capillary 30 and the Fresnel zone plate 40. In addition, as in the second, third, and fifth embodiments, in the case where a multicapillary having various configurations is used instead of the collimator 20, similarly, X-rays can be efficiently condensed in a minute region. It is.

さらにまた上記実施例はいずれも微小領域にX線を集光するX線照射装置であるが、高い平行度を有するX線束が必要である場合に上記構成を利用することもできる。即ち、上述したように、コリメータ20と直管型マルチキャピラリ30との組み合わせにより、十分な強度を有し平行度のきわめて高いX線束を得ることができる。例えば、立体構造を有する物質の高分解能X線回折分析では、照射するX線束の平行度が高いほど空間分解能が向上する。そこで、こうしたX線装置では、例えば第1実施例のX線照射装置1Aにおいてフレネルゾーンプレート40を省略して、直管型マルチキャピラリ30の出射端面30bから出射するX線XLをそのままX線出射開口51を通してX線シールドチャンバ50の外部に取り出すようにしたX線照射装置を用いるとよい。   Furthermore, each of the above embodiments is an X-ray irradiation apparatus that collects X-rays in a minute region, but the above configuration can also be used when an X-ray bundle having high parallelism is required. That is, as described above, the combination of the collimator 20 and the straight tube type multicapillary 30 makes it possible to obtain an X-ray bundle having sufficient strength and extremely high parallelism. For example, in the high-resolution X-ray diffraction analysis of a substance having a three-dimensional structure, the spatial resolution improves as the parallelism of the irradiated X-ray flux increases. Therefore, in such an X-ray apparatus, for example, the Fresnel zone plate 40 is omitted in the X-ray irradiation apparatus 1A of the first embodiment, and the X-ray XL emitted from the emission end face 30b of the straight tube type multi-capillary 30 is directly emitted as X-rays. It is preferable to use an X-ray irradiation apparatus which is taken out of the X-ray shield chamber 50 through the opening 51.

また、上記実施例はいずれも本発明の一例であるから、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正又は追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。   In addition, since each of the above-described embodiments is an example of the present invention, it is a matter of course that modifications, corrections, or additions as appropriate within the scope of the present invention are included in the scope of the claims of the present application.

1A、1B、1C、1D、1E…X線照射装置
10、110、210…X線源
10a、210a…X線出射面
110a…X線出射部
20…コリメータ
21…第1開口
22…第2開口
30…直管型マルチキャピラリ
30a、31a、120a、220a…入射端面
30b、31b、120b、220b…出射端面
31…キャピラリ
32…外装体
40…フレネルゾーンプレート
41…遮蔽領域
42…通過領域
50…X線シールドチャンバ
51…X線出射開口
53…調整台
54…剛性ガイドレール
55…コリメータ調整台
56…マルチキャピラリ調整台
57…FZP調整台
58…チャンバ支持体
60…防振テーブル
70…平板分光結晶
120、220、320…マルチキャピラリ
1A, 1B, 1C, 1D, 1E ... X-ray irradiation apparatus 10, 110, 210 ... X-ray source 10a, 210a ... X-ray emission surface 110a ... X-ray emission unit 20 ... Collimator 21 ... First opening 22 ... Second opening 30 ... Straight multi-capillary 30a, 31a, 120a, 220a ... Incident end face 30b, 31b, 120b, 220b ... Outlet end face 31 ... Capillary 32 ... Exterior body 40 ... Fresnel zone plate 41 ... Shielding area 42 ... Passing area 50 ... X Line shield chamber 51... X-ray emission opening 53. Adjustment table 54. Rigid guide rail 55. Collimator adjustment table 56. Multicapillary adjustment table 57. FZP adjustment table 58. , 220, 320 ... multicapillary

Claims (2)

a)X線を放出するX線源と、
b)前記X線源を通る直線状の軸線上で互いに所定距離だけ離れて設けられた該X線源から放出されたX線が通過する円形状である二つの開口を有するコリメータと、
c)それぞれの中心軸が一直線状で且つ互いに平行であり、略同じ長さ、同じ内径である多数の束ねられたX線案内用の細管から成り、前記X線源及び前記コリメータの二つの開口を通る直線状の軸線と一致する中心軸を有し、一方の端面が前記X線源から放出され前記コリメータの二つの開口を通過したX線入射される入射端面であり、他方の端面がX線を略平行に出射する出射端面であるマルチキャピラリと、
を備え、前記マルチキャピラリの各細管の内径は前記コリメータの二つの開口の内径よりも小さいことを特徴とするX線照射装置。
a) an X-ray source emitting X-rays;
a collimator having two openings, a circular shape b) X-rays emitted from said X-ray source provided apart from each other by a predetermined distance in the linear axis line passing through the X-ray source passes,
c) a plurality of bundled X-ray guiding capillaries each having a central axis that is straight and parallel to each other, and has substantially the same length and the same inner diameter, and includes two X-ray sources and two collimators. It has a central axis which coincides with straight axis passing through the opening, where one end faces the incident end face X-rays passing through the two openings Ru is incident is released the collimator from the X-ray source, the other A multicapillary whose end face is an emission end face for emitting X-rays substantially in parallel;
An X-ray irradiation apparatus , wherein an inner diameter of each thin tube of the multicapillary is smaller than an inner diameter of two openings of the collimator .
請求項1に記載のX線照射装置であって、
前記マルチキャピラリの出射端面の外側に、該マルチキャピラリの中心軸と中心軸が一致するように配置されたフレネルゾーンプレート、をさらに備えることを特徴とするX線照射装置。
The X-ray irradiation apparatus according to claim 1,
An X-ray irradiation apparatus , further comprising: a Fresnel zone plate disposed outside the emission end face of the multicapillary so that the central axis of the multicapillary coincides with the central axis.
JP2014214170A 2014-10-21 2014-10-21 X-ray irradiation equipment Active JP6430208B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014214170A JP6430208B2 (en) 2014-10-21 2014-10-21 X-ray irradiation equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014214170A JP6430208B2 (en) 2014-10-21 2014-10-21 X-ray irradiation equipment

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2016080607A JP2016080607A (en) 2016-05-16
JP2016080607A5 JP2016080607A5 (en) 2017-11-24
JP6430208B2 true JP6430208B2 (en) 2018-11-28

Family

ID=55958478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014214170A Active JP6430208B2 (en) 2014-10-21 2014-10-21 X-ray irradiation equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6430208B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11467103B2 (en) 2019-03-29 2022-10-11 Applied Science Laboratory Co., Ltd. X-ray analyzer

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09180661A (en) * 1995-12-27 1997-07-11 Toyota Motor Corp X-ray tube
JP2008268105A (en) * 2007-04-24 2008-11-06 Toshiba Corp X-ray beam source, x-ray beam irradiator, x-ray beam radiographic device, x-ray beam computer tomography device, x-ray element mapping examination apparatus and x-ray beam forming method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11467103B2 (en) 2019-03-29 2022-10-11 Applied Science Laboratory Co., Ltd. X-ray analyzer

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016080607A (en) 2016-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6937380B2 (en) Methods for performing X-ray spectroscopy and X-ray absorption spectroscopy systems
EP0555376B1 (en) Device for controlling radiation and uses thereof
US10153062B2 (en) Illumination and imaging device for high-resolution X-ray microscopy with high photon energy
JP4492507B2 (en) X-ray focusing device
JP6851107B2 (en) X-ray analyzer
US9418767B2 (en) X-ray focusing device
KR20020060705A (en) X-ray measuring and testing complex
WO2017010529A1 (en) Electrostatic lens, and parallel beam generation device and parallel beam convergence device which use electrostatic lens and collimator
JP4470816B2 (en) X-ray focusing device
US11357458B2 (en) High-contrast, convergent x-ray imaging with laser-Compton sources
JP6430208B2 (en) X-ray irradiation equipment
JP4837964B2 (en) X-ray focusing device
EP3602020A1 (en) Method of performing x-ray spectroscopy and x-ray absorption spectrometer system
WO2003071257A1 (en) X-ray condenser
CN108459037B (en) Micro-beam X-ray fluorescence analysis method based on X-ray array combined refraction lens
JP2017211290A (en) X-ray irradiation device
CN108709899B (en) Microbeam X-ray fluorescence analysis system based on X-ray array combined refraction lens
JP5646147B2 (en) Method and apparatus for measuring a two-dimensional distribution
JP2020095003A (en) X-ray analysis device
JP2017083333A (en) Confocal X-ray analysis method
JP2010025740A (en) X-ray condensing device
Tsipenyuk Poly-capillary X-ray and neutron optics (Kumakhov optics)
JPH0560702A (en) Method and device for picking up sectional image using x rays
JPH1126199A (en) Condensing method and condensing device of synchrotron emitting light
JPH07181151A (en) Photoelectron spectroscope

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171011

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171011

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180823

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180828

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181002

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181009

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181031

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6430208

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250