JPH01291148A - 回折ｘ線測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回折Ｘ線の回折角や強度などの該回折Ｘ線の回
折態様を測定する装置、特に、測定時間が短時間であり
かつ可搬型化が容易な測定装置に関する。

〔従来の技術〕

結晶の格子網面に、該網面とのなす角がθになるように
して波長λのＸ線を入射させた場合、θが（１）式に示
した１３ｒａｇｇの式を満足する角度であると、入射Ｘ
線の方向に対しＣ２θの角度をなす方向に向け１強い回
折Ｘ線が出射されろ。（１）式におけるｄは隣接する格
子網面間の距離で、ｎは正整数である。

ｎλ＝２ｄ＊ｓｉｎθ　　　　　・−・−（１）したか
つ１．第５図に示したように、波長λのビーム状Ｘ線ｌ
で多結晶体試料２０表面上の点Ｏを照射すると、試料２
１工多結晶体であるから、Ｘ線１の軸線を軸線としＸ線
１の照射点０を頂点とする多数の円錐面ＣＩ　＋　Ｃ１
＋・・・、Ｃｎ＋：沿つ℃点Ｏから回折Ｘ線が出射され
る。以後、これらの円錐面Ｃ１〜Ｃｎの各々に沿う回折
Ｘ線を回折Ｘ線ＯＣ１などということがある。試料２に
Ｘ線１を入射させると上述のような回折Ｘ線ＱＣ，、Ｑ
Ｃ，、・・・　。

ＯＣｎを生じるが、このような回折Ｘ線の発生態様が試
料２内部の結晶構造に依存し１いることが上述した所か
ら明らかであるので、従来、これらの回折Ｘ線とＸ線１
の進行方向とのなす角、換言すねば、第５図に示した角
ＫＡＨｅ　ＡＨ＋　”・＋　Ａｎや。

試料２に力を加える前後におげろ前記角度へ１〜Ａｎの
変化や１回折Ｘ線ＯＣ１〜ＯＣｎにおける二個の回折Ｘ
線の強度比等を測定することにょっ″Ｃ１残留応力の測
定、定性分析、定量分析等が行われている。そうしＣ１
これらの測定や分析を行うために、ｖ：来、第５図図示
の角度Ａ、〜Ａｎ並びに回折Ｘ線ＯＣ１〜ＯＣｎの強度
？：ＧＭ計数管、比例計数管、シンチレーシ璽ンカウン
タなどの零次光Ｘ線計数管や後述する位置敏感型比例計
数管を用いτ測定する回折Ｘ線測定装置が公知となり工
いろ。

以後、角度Ａ、〜Ａｎを回折Ｘ線ＱＣ，〜ＯＣｎの回折
角ということがある。

〔発明が解決しようとする味題〕

さ工１回折Ｘ線測定装置ｘｔは上述のような回折Ｘ線Ｑ
Ｃ，〜０Ｃｒｘの強度や回折素人１〜Ａｎを測定するも
のであるから、これらの測定を行うために。

従来１回折Ｘ線に対する検出感度の一様化を図るためと
か角度測定に好都合であるようにするためなどの理由で
、第５図に示した点Ｏからの距離がＲである仮想円弧３
上の位置において回折Ｘ線ＯＣ８〜ＯＣｎを検出するよ
うにしている。ここに。

円弧３は入射Ｘ線ｌを含むひとつの仮想平面１１に含ま
れる円弧である。したがって１回折Ｘ線を検出するため
に上述した零次光Ｘ＠計数管を採用した場合、この計数
管には回折ｘｌの入射位置を特定する機能はないので、
該計数管を円弧３に沿つ℃移動させて回折Ｘ線が入射す
るようにする必要があり、このため計数管移動機構が必
要となる。

ところが、この機構は１通常直径２０〔■〕、長さ２０
０〔■〕程度の大きさを有する円柱状計数管を支持する
必要がありかつ測定回折角の分解能を上げるために微動
機構を必要とするので、大形でかつ重量が大となって、
この結果、零次光計数管を用いた第１従来方式の回折Ｘ
線測定装置には可搬型とするのに不適当であるという問
題点がある。

また、この第１従米万式の測定装置には、計数管を円弧
３に沿って連続的に９動させろかまた断続的に移動させ
るかし２入射Ｘａに対する計数を行わなげハばならない
ので、測定に時間がかかるという問題点もある。

ところで、上述した位置敏感型比例計数管は。

通常、第６図に示したように構成され℃いる。すなわち
、第６図において、４は細長い管状に形成された位置敏
感型比例計数管で、この計数管４にはｔｏｏｏ〜２００
０ＣＶ）の直流電圧Ｅが印加されたアノード４ａとカソ
ード４ｂとが設けられ、さらにこの管状計数管４の長手
方向のほぼ全域にわたり″ｃＸ線透過窓４Ｃが設けられ
１いる。５ａはカソード４ｂの左端に接続された増幅器
、Ｊは増幅器５ａが出力する電圧、５ｂはカソード４ｂ
の右端に接続された増幅器で、Ｋ）工場幅器５ｂが出力
する電圧である。６は電圧ＪとＫとが入力され。

ｌ　Ｊ／（Ｊ＋Ｋ）ｌ＝）（の演算を行り−（Ｈに応じ
た信号６ａを出力するようにした演算器、７は計数管４
内に計数ガス８を注入するようにした。該ガス８を充填
したガスボンベ９を含むガス注入装置で、４ｄは計数管
４内の計数ガス８を排出するようにした排気孔である。

注入装置７と排気孔４ｄとは計数管４内にガス８を直流
させ二計数管４のＸ線検出機能の維持を図るために設げ
られ℃いろ。

１０は図示の各部からなるＸ線検出装置である。

さ″Ｃ１検出装置ＩＯは、上述のように構成され℃いる
うえ、さら【、：％図示したように、計数管４の左端か
らＢの距離にある位置りにＸ線ｌｏｏが入射した場合、
増幅器ｓ　ａ（、−１ｚＱｊ＝（（Ｌ−Ｂ）／Ｌ）・Ｑ
ｏに比例した電流が流れ増幅器５ｂにはＱｋ＝（Ｂ／Ｌ
　）・Ｑｏに比例した電流が流ねるように構成され工い
る。ここに＋ｉＱｏはＸ線８の入射に伴う電子なだれに
よつ℃計数管４内に生じた電荷、Ｌは計数管４の長さで
ある。したかつＣ１この場合、演算器出刃信号６ａは（
Ｌ−Ｂ）／Ｌに応じた信号になり、この信号６ａによっ
てＸ線ｌＯＯの入射位置りを知ることができることにな
る。

Ｘ線検出装ｆｆ１ｌ（Ｈ工上述のように動作するので。

比例計数管４が一次元Ｘ線計数管を構成していることは
明らかで、このため第５図の仮想円弧３に沿り℃計数管
４を配置すると１回折Ｘ線ＱＣ，〜ＯＣｎの回折角Ａ１
〜Ａｎを直ちに測定できることが明らかである。したか
つＣ１このような検出装置ＩＯを備えた第２従来方式の
回折Ｘ線測定装置には上述した第１従来方式の測定装メ
に比べて測定時間が短いという利点がある。ところが、
この第２従来方式の回折Ｘ線測定装置においても、上述
したようにして回折Ｘ線ＯＣ１〜ＯＣｎの回折態様が一
時に測定できるので前述した計数管移動機構は不要であ
るものの、ガスボンベ９や図示し℃いない減圧弁、ガス
流量計等からなるガス注入装置７が必要であるから、第
１従来方式の回折Ｘ線測定装置におけると同様に小形化
、＠量化が困難で可搬型化し難いという問題点がある。

本発明の目的は１回折Ｘ線の検出に計数ガス注入装置な
必要としない、半導体を用いた小形の一次元Ｘ線検出機
構を採用し℃、もつ１回折Ｘ線測定時間の短縮を図ると
共に回折Ｘ線測定装置の可搬型化を容易にすることにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明によれば、ビーム状の
Ｘ線で試料を照射するＸ線源と、前記試料におけろ前記
Ｘ線の照射点から出射される回折ｘｌを検出してこの検
出結果に応じた検出信号を出力する回折Ｘ線検出部とを
備え、前記検出信号にもとづき前記回折Ｘ線の回折態様
を測定する回折Ｘ線測定装置であり工、前記回折Ｘ線検
出部はそれぞれ前記回折Ｘ線が入射されることによ：）
″Ｃ前配検出Φ号を形成するに至る素偏号を出力する複
数個の細帯状の半導体空乏層をし１おり、かつすべての
前記半導体空乏層が前記Ｘ線を含らひとつの仮想平面に
ほぼ直交するようにして前記仮想平面内に仮想した前記
試料における前記照’Ｎ点を中心とする仮想円弧に沿つ
ニー列に配置されているように回折Ｘ線測定装置を構成
するものとする。

〔作用〕

上記のように構成すると１回折Ｘ線検出部が細帯状空乏
層の列状配置によつ℃−一次元Ｘ線検出機構なり、かつ
前記空乏層は半導体を用いて小形。

軽量に形成することができるうえこの場合計数ガス注入
装侃が不要であるので１回折Ｘ線の回折態様に対する測
定時間が短くなると共に回折Ｘ線測定装置の可搬型化が
容易にな、る。

〔実施例〕

第１　Ｎ＞は本発明の第１実施例の構成を説明する側面
図である。第１図において、１２はビーム状Ｘ線ｉを出
射するＸ線源、１３は試料２におけろＸ線１の照射点Ｏ
から出射される。前述の回折Ｘ線ＯＣ１〜ＯＣｎに対応
した回折Ｘ線、１４は回折Ｘ＠１３を検出し−この検出
結果に応じた検出信号１４ａを出力する回折Ｘ線検出部
で、この検出部１４は以下に説明する複数個の半導体Ｘ
線検出器１５で構成され℃いる。５０はＸ線源１２と回
折Ｘ線検出部１４とを備えた回折Ｘ線測定装置である。

第２図は上述した半導体Ｘ線検出器１５の構成説明図で
、同図（Ａ）は側断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）にお
けろ要部のＰ矢視図である。第２図において、１６は細
長い短冊状に形成したｎ形シリコンの基板、１７は基板
１６の表面１６ａにｐＨ１８な拡散により℃形成し℃得
たプレーナ形ＰＮ接合、１９は基板１６の裏面１６ｂに
全面的に拡散により１形成したｎ　層で、２０はｐＪｒ
ｉｉｔｓの表面に蒸層した線状の電極、２１はｎ　層１
９０表面のほぼ全面にわたクエ蒸着により形成した電極
である。この場合、ＰＮ接合１７が基板１６の長平方向
に沿つ℃のびる細帯状になるように要部が構成されてい
る。そうし℃、電極２１は直接接地され、電極２０は結
合コンデンサ２２を介し℃増幅器２３に接、読されろと
共に抵抗２４を介して端子２５にも接続され−い′ｃ、
半導半導体積ｌ検出器１５述の各部で構成され℃いる。

検出器１５は上述のように構成され℃いるので、端子２
５に負のｔＩｆを印加するとＰＮＩＩ合１７の全域に空
乏層２６が現れる。そうしＣ％この場合ＰＮ［合１７の
拡散液さは１〜１．５〔μｍ〕であるから、空乏層２６
が生じ℃いろ状態で基板１６とｐ　層１８　と＋極 ｎＪＭ１９と亀豐２０及び２１とからなろ検出累子２７
を電極２０の側からＸ線で照射すると、このＸ線が空乏
層２６に入射し工電極２０から該Ｘ線の強度に応じたパ
ルス列状の電ＩＥ信号２０ａが出力さｔｌ、この結果増
幅器２３から信号２０ａを増幅した信号である要素検出
信号２３ａが出力されることになる。

さ′ｃ、第１図においＣは１回折Ｘ線検出部１４を構成
する半導体Ｘ線検出器１５が上述のように構成さｔ１℃
い℃、さらに、検出部１４においては。

すベニの検出器１５における細帯状空乏層２６がビーム
状Ｘ線１を含むひとつの仮想平面ＩＩにほぼ直交し、か
つ回折Ｘ線１３が検出器１５におけろ基板１６の表面１
６ａの側から空乏層２６に入射するようにし１．すべ℃
の空乏層２６が仮想平面ｌｌ内に仮想した前述の円弧３
に沿って一列に並ぶように検出器１５が配置されている
。そうして、また１回折Ｘ線検出１１１１４におい′Ｃ
は、照射点Ｑから出射される回折Ｘ１１３のうちの低回
折角Ａａから高回折角Ａｂに至る回折角範囲に出射され
る回折Ｘ線１３を検出しうるように検出器１５が配置さ
れ℃い″Ｃ１前述した検出信号１４ａはこのように配置
された検出器１５の各々が出力する要素検出信号２３ａ
を一括した信号である。ここに、Ａａ及びＡｂは計測に
必要な回折角範囲を示す下限及び上限回折角で、鉄鋼材
料である試料２の残留応力を測定する場合、Ｘ線源１２
とし℃のＸ線管球が対陰極にＣ「を用いたものであると
。

通常、Ａａｘ１４０°、Ａｂ＝１７０’である。なお。

このような残留応力の測定法においては０．２度の角度
分解能で回折角を測定する必要があるとされ℃いるので
１回折Ｘ線検出部１４に６ｘ　（（Ａｂ−Ａａ）１０．
２１＋ｌ−１５１個の検出器１５が設けられｔいる。検
出器１５０個数が１５０になつ℃いない理由は後述する
。

第１図におい℃は検出器１５が上述のように配置され工
いるが、この場合、検出器１５における基板表面１６ａ
の面積が広い程高感度の検出素子２７か得られることは
明らかである。したかっ″Ｃ１第１図の場合、検出素子
２７を高感度にするために、第２図に示した基板１６の
幅ＷをＲＸ（π／１８０）ｘ　Ｏ，２＝　Ｗｏにまで広
げて隣り合う両基板間の間隔をほぼ零にするようにして
あるが、第２図に示した基板１６の長さｔには第３図で
説明するような限度がある。

丁なわち、第３図は第１図における要部の２矢視図で、
第３図における２８ｂは、第１図に示した回折角Ａｂで
回折する回折Ｘ線ｔａｂが形成する円錐面と第１図にお
ける点０を中心とした牛径凡の仮想球２９との交線が呈
する仮想円で、２８ａは、第１図に示した回折角Ａａで
回折する回折ＸＩＪ１３ａが形成する円錐面と仮想球２
９との交線が呈する仮想円である（以後円２８ａ、２８
ｂも回折Ｘ１１２８ａ、２８ｂということがある）。

そうし壬、第１図におい′Ｃは半導体Ｘ線検出器ｔ５が
上述したように隙間なく並べられ℃いて、かつすべ℃の
検出器１５の各基板１６が同じ長さｔに形成され工いる
ので、第３図においＣはすべての検出器１５の各検出素
子２７が図示したように並ぶことになり、この場合、左
端及び右端の各検出素子２７の各々の右辺がそれぞれ円
２８ｂ、２８ａにほぼ接することになるように回折Ｘ線
検出部１４が構成され１いる。以後、左端の検出素子２
７を検出素子３０ｂといい、右端の検出素子２７を検出
素子３０ａということがある。回折Ｘ線検出部１４にお
い１は、ｗｃ３図に示したように検出素子２７が構成さ
れかつ配置され℃いるので、結局１５１個の検出器１５
が設けられ℃いることになる。

さて、検出部１４におい工は検出素子２７が上述のよう
に構成されかつ配置され℃いろが、検出器１５のＸ線検
出感度を上げようとし′Ｃ検出素子３０ｂの長さｔを長
くし過ぎると、この検出素子３０ｂに回折Ｘ線２８ｂの
ほかこの回折Ｘ１２８る ｂに隣今回折Ｘ＠も入射するようになり１回折角測定の
分解能が低下することが第３図から明らかである。した
かつ′ｃ、第３図における検出素子３０ｂは１回折Ｘ線
２８ｂ１にできるだけ多量に入射させることかできるが
このＸｄ２８ｂに比ベニ回折角が０．２度だけ少ない回
折Ｘ線を工全く入射させたい程度の長さｔに形成されｔ
いて％回折Ｘ線検出部１４におけるすべ１の検出器１５
のＸ縁検出感度を一様にするために、第１図におい−Ｃ
は、第３図に示したように、検出素子３０ｂを含むすべ
ての検出素子２７の長さが素子３０ｂの長さｔに統一さ
れ工いる。回折Ｘ線検出部１４においては、素子２７の
長さｔが上述のように設定されているので、検出素子３
０ｂを含むすべての素子２７の回折角分解能が０．２度
をこえないことが第３図から明らかである。

さ″Ｃ１第１図におい℃は１回折Ｘ線測定装置５０が上
述のように構成されているので、この場合回折Ｘ線検出
部１４が回折Ｘ線１３の回折態様を一時に測定すること
ができる一次元Ｘ線検出機構を構成し℃いることは明ら
かで、しかも１回折Ｘ１ｆａ検出部１４は前述した計数
ガス注入装置を必要としない、半導体を用いた小形、＠
骨な機構となつ℃いることが明らかである。したがって
１回折Ｘ線測定装置５０は回折Ｘ線測定時間の短縮と測
定装置５０の可搬型化とを容易に実現することができる
装置であるということができる。なお１回折Ｘ線検出部
１４は、上述のように構成され℃いるので、それぞれ回
折Ｘ線１３が入射されることにより℃検出信号１４ａを
形成するに至る累傷号とし−のパルス列状電圧信号２０
ａを出力する複数個の空乏層２６を有し℃いるというこ
とができる。

第４図は上述した回折Ｘ線測定装置５０を用い１行りた
一実験結果の説明図で、図における横軸は第１図に示し
たＸ線１の進行方向と回折Ｘ線１３とがなす角αを表し
℃おり、縦軸は検出信号１４ａを構成する個々の要素検
出信号２３ａについ１行りた計数結果の値を示している
。測定装置５０では回折Ｘ線検出部１４が一次元Ｘ線検
出機構となり℃いろので、短時間のうちに第４図に示１
−たような回折Ｘ線１３０回折態様を得ろことができる
。第４図は対隘極にＣｒを採用したＸ線溝１２を用いか
つ試料２をＣ「粉末とした場合の実験結果説明図である
。

上述の実施例においては１回折Ｘ線１３を検出する空乏
層２６が形成されるダイオード構造がＰＮ接合であると
したが１本発明では空乏層２６　ｂ電表面障壁型あるい
はへテロ接合型のダイオード構造に形成されるようにし
てもよく、さらに、本発明においては検出素子２７１に
構成する基板１６をＰ形半導体にし℃半導体Ｘ＠検出器
ｉ５を構成しても差し支えない。また、上述の実施例で
は検出部１４に複数個の検出素子２７が設けられ１いる
としたが１本発明においては、上記のダイオード構造に
形成される空乏層が、空乏層２６の場合ようにし１回折
Ｘ線１３の回折態様を測定できるように分離した形態に
形成され℃いれば、検出素子２７は一体的に形成され１
もよい。勿論１本発明では相隣る索子２７間に隙間が存
在しても差し支えない。そうしＣ，また１本発明におい
’Ｃｔ工、ビーム状Ｘ線１の断面形状が円形でなくても
よい。

〔発明の効果〕

上述したように１本発明においＣは、ビーム状のＸ線で
試料を照射するＸ線源と、試料におけろＸ線の照射点か
ら出射される回折Ｘ線を検出してこの検出結果に応じた
検出信号を出力する回折Ｘ線検出部とを備え、前記検出
信号にもとづき回折Ｘ線の回折態様を測定する回折Ｘ線
測定装置であって１回折Ｘ線検出部はそれぞれ回折Ｘ線
が入射されることにより℃前記検出信号を形成するに至
る素信号を出力する複数個の細帯状の半導体空乏層を有
し工おり、かつすべ１の半導体空乏層が前記Ｘ線を含む
ひとつの仮想平面にほぼ直交するようにして前記仮想平
面内に仮想した前記試料における紡記照射点を中心とす
る仮想円弧に沿つ一一列に配置され℃いるように回折Ｘ
線測定装置を構成した。

このため、上記のように構成すると１回折Ｘ線検出部が
細帯状空乏層の列状配置により℃−一次元Ｘ線検出機構
なり、かつ前記空乏層は半導体を用い℃小形、軽量に形
成することができるうえこの場合計数ガス注入装置が不
要であるので１本発明には１回折Ｘ線の回折態様に対す
る測定時間が短くなると共に回折Ｘ線測定装置の可搬型
化が容易になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を説明する側面図、第
２図は第１図におけろ要部の構成を示していて、第２図
（Ａ）は側断面図、第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）におけ
る要部のＰ矢視図である。第３図は第１図における要部
の２矢視図、第４図は実験結果説明、第５図は回折Ｘ線
測定装置の動作原理説明図、第６図は位置敏感型比例計
数管の構成図である。 Ｉ・・・・・・Ｘ線、２・・・・・・試料、３・・・・
・・仮想円弧、１１・・・仮想平面、１２−・−Ｘ線源
、ＩＬ　１３ａ＃　１３ｂ＃Ｏｃ。 〜ＯＣｎ・・・・・・回折Ｘ線、１４・・・・・・回折
Ｘ線検出部、１４ａ・・・・・・検出信号、２０ａ・・
・・・・電圧信号、２３ａ・・・・・・要素検出偽号、
２６・・・・・・空乏層、５０・・・・・・回折Ｘ線測
定装置％０・・・・・・照射点。 箋　　　１　　口 （Ａ） ＣＢ） 箋　　２　　凹 箋　　３（！ｌ 箋　　４（！ｌ 箋　　　５ｉ！１ 箋　　６　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ビーム状のＸ線で試料を照射するＸ線源と、前記試料に
   おける前記Ｘ線の照射点から出射される回折Ｘ線を検出
   してこの検出結果に応じた検出信号を出力する回折Ｘ線
   検出部とを備え、前記検出信号にもとづき前記回折Ｘ線
   の回折態様を測定する回折Ｘ線測定装置であつて、前記
   回折Ｘ線検出部はそれぞれ前記回折Ｘ線が入射されるこ
   とによつて前記検出信号を形成するに至る素信号を出力
   する複数個の細帯状の半導体空乏層を有しており、かつ
   すべての前記半導体空乏層が前記Ｘ線を含むひとつの仮
   想平面にほぼ直交するようにして前記仮想平面内に仮想
   した前記試料における前記照射点を中心とする仮想円弧
   に沿つて一列に配置されていることを特徴とする回折Ｘ
   線測定装置。