JPH05296948A

JPH05296948A - Ｘ線回折環全方位測定装置

Info

Publication number: JPH05296948A
Application number: JP4124243A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kawasaki; 宏一川崎; Toshiji Kikuchi; 利治菊池
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1993-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】デバイ‐シェーラー環の一部ではなくその全
周を検出すると共に、回折角度範囲を大きくして測定可
能なデバイ‐シェーラー環の数を多くすることができる
Ｘ線回折環全方位測定装置を提供する。【構成】回転可能な試料台８と、内面がイメージング
プレート１３面として形成されていてこのイメージング
プレート１３の中心に載置した試料台８上の試料７から
発生した回折Ｘ線９がイメージングプレート１３に入射
するようにした支持台１４と、消去用のランプ１１と、
Ｘ線２の露光後にイメージングプレート１３面の中心に
移動してこのイメージングプレート１３に記憶されてい
るＸ線回折環を全方位で測定する読取装置とを備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線回折を利用して金
属や非金属の結晶構造等を解析するために用いるＸ線回
折像測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線回折による構造解析等の分野では当
初、Ｘ線写真法が使用されていた。この方法によれば、
試料の結晶組織についての様々な情報を得ることができ
る。ところが、かかるＸ線写真法は測定の定量性や能
率、更に感度等の点で問題があった。このため、これら
の問題点に対して優れている計数管法が発達し、現在で
はこの計数管法が主流となっている。しかしながら、こ
の計数管法は上記のように定量性については優れている
ものの所謂、点検出方式であるため、面検出方式である
上記写真法ほどには結晶組織に関する十分な情報を得る
ことができなかった。また上記計数管法には依然、上記
能率の点で問題があった。

【０００３】そこで、本発明者らは特開平２−１２０４
３号公報により開示するように、定量性及び感度に優れ
た二次元検出器であるイメージングプレートを利用する
ことにより、複数のＸ線回折像を連続的に且つ順次、露
光・読取・消去することができるようにした連続的Ｘ線
回折像撮影法を考案した。

【０００４】上記公報に記載された方法は定量性の点で
は優れたイメージングプレートを使用しているが、この
イメージングプレートは平面をなして構成されているた
め回折Ｘ線の露光時にその優れた定量性を有効に発揮さ
せることができなかった。また、かかる方法を実施する
ための装置において露光，読取及び消去が一体的に行わ
れるため、この装置の重量はほぼ１００Ｋｇ程度と極め
て重くなってしまう。従ってかかる装置を用いて任意の
回折角度での露光を可能ならしめる構成とすることは困
難であった。即ち、この装置はある特定の回折角度に固
定されて使用することを前提とし、任意の角度に移動可
能に構成されることは本来意図されていない。従って、
その大きさ及び重量の点から上記のように移動可能に構
成することが困難になる。そしてこの結果、複数の像を
連続的に露光させるに際して定量性が確保され得ないば
かりか任意の回折角度で露光を行うことができない等の
問題が生じていた。

【０００５】そこで更に本発明者らは特願平３−１４６
９４１号において、回転可能な試料台と、この試料台と
同一の回転中心を持つゴニオメータアームと、このゴニ
オメータアーム上に取り付けられた回転可能な複数のイ
メージングプレート支持面から構成されるＸ線回折像露
光装置を提案した。そしてこのＸ線回折像露光装置によ
れば、上述した定量性を確保することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
願平３−１４６９４１号において提案された装置では、
微量試料に対する測定が困難であった。即ち、定量性及
び感度に優れたイメージングプレートを使用するに際
し、デバイ‐シェーラー環（回折Ｘ線リング）の全周で
はなく、その数分の１（１／１０〜１／５）しか露光さ
れないために上記イメージングプレートの優れた感度特
性を十分に活用していなかった。また１回の露光により
測定することができるデバイ‐シェーラー環の数も少な
いことから、微量試料を同定する目的で使用する場合に
は著しい困難を伴った。即ち、 1）Ｘ線入射軸の周りの検出角度範囲が小さいため、デ
バイ‐シェーラー環の全周測定が不可能で微量試料の測
定に適さない。 2）試料回転軸周りの回折角度範囲が小さいため、測定
可能なデバイ‐シェーラー環（回折面）の数が少なく、
同定が困難になる。 3）Ｘ線入射軸の周りの検出角度又は回折角度範囲を広
げるために数回露光を行う場合、各露光間の定量値のズ
レが生じてイメージングプレートの高い定量性が損なわ
れる。

【０００７】「デバイ‐シェーラー環の一部ではなく全
周を検出すること」は、Ｘ線回折の強度を上げて測定の
精度を向上させるために一般的に重要性が高い。試料が
多量の場合は結晶粒の数が多いためデバイ‐シェーラー
環が連続しており、且つＸ線回折線の強度が強いためデ
バイ‐シェーラー環の一部であっても試料の同定が可能
である。しかし、微量試料の測定においては結晶粒の数
が減少するためにデバイ‐シェーラー環が不連続とな
り、またＸ線回折線の強度も著しく低下するため、全周
の測定が特に必要になる。

【０００８】また、「回折角度範囲を大きくし測定可能
なデバイ‐シェーラー環（回折面）の数を多くするこ
と」は、Ｘ線粉末回折法による試料物質の同定のために
一般に重要とされている。例えば、物質の同定を行うの
ためには未知試料と既知試料のそれぞれＸ線回折線が１
０本一致することが望ましいとされている（ＪＣＰＤＳ
（Joint Committee on Power Diffraction Standards）
等の発行による粉末回折データマニュアル）。そしてか
かる未知試料及び既知試料のそれぞれ回折線が一致する
本数が多い程測定の信頼性は高まる。従って、回折角度
範囲を大きくして測定可能なデバイ‐シェーラー環（回
折面）の数を多くすることは、測定物質の同定の信頼性
を高める上で重要である。

【０００９】さらに、「複数回の露光を行った場合の各
露光間の定量値のズレを防ぐこと」は、本来のイメージ
ングプレートが有する高い定量性を損なわないために重
要である。

【００１０】そこで、本発明の目的はデバイ‐シェーラ
ー環の一部ではなくその全周を検出すると共に、回折角
度範囲を大きくして測定可能なデバイ‐シェーラー環
（回折面）の数を多くし、更に複数回の露光を行った場
合の各露光間の定量値にズレが発生するのを防止し得る
ようにしたＸ線回折環全方位測定装置を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のＸ線回折環全方
位測定装置は、回転可能な試料台と、内面が閉曲面で成
るイメージングプレート面として形成されていてこのイ
メージングプレート面の中心に載置した上記試料台上の
試料から発生した回折Ｘ線が上記イメージングプレート
面に入射するようにした支持台と、消去用のランプと、
Ｘ線の露光後に上記イメージングプレート面の中心に移
動しこのイメージングプレートに記憶されているＸ線回
折環を全方位で測定する読取装置とを備えている。

【００１２】また、本発明のＸ線回折環全方位測定装置
は、上記イメージングプレート面が球面として形成され
ていて、上記試料から発生した回折Ｘ線がこのイメージ
ングプレート面に垂直に入射するようにしたものであ
る。

【００１３】さらに、本発明のＸ線回折環全方位測定装
置は、上記イメージングプレート面が円筒面として形成
されていることを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明によるＸ線回折環全方位測定装置によれ
ば、イメージングプレート面を閉曲面として形成するこ
とにより、試料で発生した回折Ｘ線はデバイ‐シェーラ
ー環の一部ではなくその全周がイメージングプレート面
に入射する。さらに読取装置は少なくともその読取を行
う際に、かかるイメージングプレートの中心に位置して
いるため、デバイ‐シェーラー環の全周を検出すること
ができる。

【００１５】また、イメージングプレート面を特に球面
としたことにより、支持台の内面はほぼ完全な球面にな
っており、これにより回折角度範囲を大きくして測定可
能なデバイ‐シェーラー環（回折面）の数を多くするこ
とが可能になった。さらに、イメージングプレート面を
球面としたことにより、一回の露光で測定が済むため、
複数回露光を行った場合に生じ得る各露光間の定量値の
ズレをなくすることができる。

【００１６】一方また、上記イメージングプレート面を
円筒面として形成した場合にも、デバイ‐シェーラー環
の一部ではなくその全周を検出することができると共
に、回折角度範囲を大きくして測定可能なデバイ‐シェ
ーラー環の数を多くすることができる。

【００１７】

【実施例】以下、図１に基づき本発明によるＸ線回折環
全方位測定装置の第一実施例を説明する。図１は本発明
によるＸ線回折環全方位測定装置を示している。図にお
いて、Ｘ線源１によって発生したＸ線２は、シャッター
３，フィルター４及びコリメータ５を通過して窓６を介
して試料７に入射される。この窓６は露光時及び読取時
にイメージングプレート１３へ外部からの光が入るのを
防止し且つ通過するＸ線２に対する吸収性が小さい材質
により形成される。例えば黒く着色した薄い高分子膜が
好適である。

【００１８】図１に示すように、試料７は回転可能な試
料台８上に搭載されて支持台１４の中心に設置され、ま
たイメージングプレート読取装置１０はＸ線２の入射光
路と干渉せず且つ回折角度範囲の高限界角度γ₂よりも
更に高角度側に設置される。上記イメージングプレート
読取装置１０において読み取りを行うためのレーザー発
生装置等（図示せず）は支持台１４の外部に設置し、そ
こで発生したレーザーを導線によりイメージングプレー
ト読取装置１０まで導くするようにするのが好ましい。

【００１９】また、試料台８もＸ線２の入射光路と干渉
せず且つ上記高限界角度γ₂よりも更に高角度側に設置
されることが必要である。そして、試料７とイメージン
グプレート読取装置１０とは互いにその位置が入れ替わ
りそれぞれが支持台１４の中心に位置し得るようになっ
ている。なおこのように試料７及びイメージングプレー
ト読取装置１０の位置を入れ替える場合、例えばシーソ
ー状の動きをするようにした支持部材の両端でこれら試
料７及びイメージングプレート読取装置１０を支持し、
かかる支持部材を適宜回動させることにより、上記試料
７及びイメージングプレート読取装置１０を入れ替える
ようにすることができる。

【００２０】ランプ１１は、イメージングプレート１３
の読取後に残留する像情報や常時イメージングプレート
１３に入射される外部放射線により生じるノイズ等を消
去するために所定の輝度が要求される。このランプ１１
として例えば市販のハロゲンランプ等を用いることがで
きる。ランプ１１はまた、上記残留像情報の消去を行う
際には図１において点線により示したようにその実行位
置１１ａまで移動し、一方露光もしくは読取時には実線
により示される位置に設置されるようになっている。な
お上記のようにランプ１１を実行位置１１ａに移動させ
る場合、例えばパンタグラフ機構等の伸縮自在なリンク
機構で成るアーム手段の先端にランプ１１を取り付け
て、かかるアーム手段を適宜伸縮させることにより実行
位置１１ａまで移動させることができる。

【００２１】ビームストッパー１２は、試料７を直進透
過したＸ線２がイメージングプレート１３に入射するの
を防止すべくＸ線２を遮るための装置で、Ｘ線２の入射
光路の延長上適所に設置される。ビームストッパー１２
は、これに当たったＸ線２が再び該ビームストッパー１
２から出ていかないような大きさで且つ例えば井戸のよ
うに深い凹状の構造とすることが必要である。また、図
１に示したように回折角度範囲の低限界角度γ₁を小さ
く抑えるために、ビームストッパー１２の大きさは可能
な限り小さく且つその位置は試料７から遠ざけることが
好ましい。

【００２２】回折Ｘ線９は支持台１４上のイメージング
プレート１３に垂直に入射する。支持台１４は外部放射
線の透過を防ぐために高い密度の物質により厚く形成さ
れるが、例えば鉄を用いて厚さ３ｍｍとしたものの上に
厚さ５ｍｍの鉛を貼着することにより形成される。イメ
ージングプレート１３はかかる支持台１４の内側で球面
として形成されているが、計数値の定量性及び回折角度
の分解能を確保するためにイメージングプレート１３の
球面の半径Ｒは変動を小さく抑えることが必要である。

【００２３】ここで、イメージングプレート１３のピク
セル（読取の単位）は市販のものの場合０．１ｍｍであ
る。回折角度の分解能を確保するためには分解能（ｄｅ
ｇ）Δθは０．１×１８０／πＲであるから、半径Ｒ＝
３００〜６００ｍｍに対してΔθ＝０．０２〜０．０１
とするためには、ΔＲ／Ｒ＜０．０１とすることが必要
である。ここにΔＲは半径Ｒの誤差である。一方、計数
値の定量精度ΔＩ／Ｉ＝０．０１を確保するためには、
イメージングプレート１３上の回折Ｘ線９の強度が半径
Ｒに反比例することからΔＲ／Ｒ＜０．００５としなけ
ればならない。しかして、半径ＲはΔθを小さくするた
めには大きい方がよいが、上記のように回折Ｘ線９の強
度が半径Ｒに反比例するので、イメージングプレート１
３上の回折Ｘ線９の強度を増すためには半径Ｒの値は小
さい方がよい。従って適切な半径Ｒの範囲は、３００〜
６００ｍｍである。また、Ｘ線ビームを集光する場合又
は放射光のようにＸ線強度が特に強い場合には半径Ｒは
３００〜１５００ｍｍの範囲でもよい。

【００２４】次に本発明のＸ線回折環全方位測定装置を
用いて行った具体的な測定実験例を説明する。この測定
実験では図１に示される装置により微量のチタン酸化物
（０．１ｍｇ）の測定を行ったが、試料を未知と仮定し
て回折線によって物質の同定を試みた。

【００２５】実験例１図１に示した装置を用いるが、その支持台１４上のイメ
ージングプレート１３の半径Ｒを６００ｍｍに設定し
た。実験室においてモリブデン（Ｍｏ）管球（５０ｋ
Ｖ，３０ｍＡ）によって発生した特性Ｘ線がフィルター
４及びコリメータ５を通し直径１ｍｍの平行ビームとし
て試料７に入射された。そして回折角度の低限界角度γ
₁＝１０度から高限界角度γ₂＝１５０度までの回折角
度範囲で露光された。試料７を透過した回折Ｘ線９はイ
メージングプレート１３上に回折環を生じる。露光を行
うためのシャッター３の開放時間は１２０秒必要であっ
た。

【００２６】実験例２この実験では、放射光（２．５ＧｅＶ，２００ｍＡ）を
モノクロメータにより単色化し波長を０．７Åとした光
源として行ったところ、露光時間は１０秒で十分であっ
た。

【００２７】比較実験例１比較実験例１では従来のデバイ‐シェーラーカメラ装置
を用いて測定実験を行った。この比較実験例１では、Ｘ
線フィルムの半径は５７．３ｍｍ、幅は２５．４ｍｍで
ある。そして実験室においてＭｏ管球（５０ｋＶ，３０
ｍＡ）によって発生した特性Ｘ線をフィルター及びコリ
メータを通し直径１ｍｍの平行ビームとして用いた。デ
バイ‐シェーラー環の１／１５が、回折角度の低限界角
度γ₁＝１０度から高限界角度γ₂＝１７０度までの回
折角度範囲で露光された。露光のためのシャッター開放
時間は２０分として行った。

【００２８】上記各実験の結果を次の表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】次に本発明のＸ線回折環全方位測定装置の
第二実施例を説明する。図２は第二実施例に係るＸ線回
折環全方位測定装置を示しているが、この装置の基本的
構成は第一実施例の場合と同様である。即ち、Ｘ線源１
によって発生したＸ線２は、シャッター３，フィルター
４及びコリメータ５を通過して窓６を介して試料７に入
射される。そして、試料７からの回折Ｘ線９がイメージ
ングプレート１５に入射し、このイメージングプレート
１５の回折像がイメージングプレート読取装置１０によ
って読み取られる。

【００３１】ここで、本第二実施例におけるイメージン
グプレート１５は円筒面として形成されている。そして
イメージングプレート１５のための支持台１６もまた円
筒状に形成されている。イメージングプレート１５及び
支持台１６は図示例ではＸ線２の光軸を中心とした円筒
により構成される。この他例えば図において一点鎖線に
より示した直線Ａにより画成される円筒（図２、一点鎖
線参照）により構成してもよい。このように直線Ａを基
準とする円筒面によりイメージングプレート１５を形成
する場合、所謂、回転結晶法となるが、Ｘ線２は回転軸
である上記直線Ａに垂直方向に入射する。そして試料７
からの回折Ｘ線９は直線Ａを軸とする円錐の母線方向に
進んでイメージングプレート１５に入射する。これらの
場合、回折Ｘ線９はイメージングプレート１５に対して
垂直に入射しなくなるが、本実施例では定量性を確保す
るために標準試料による校正が行われるようになってい
る。

【００３２】第二実施例によるＸ線回折環全方位測定装
置を用いて測定実験を行ったが、第一実施例の場合と同
様に微量のチタン酸化物（０．１ｍｇ）の測定を行い、
試料を未知と仮定して回折線によって物質の同定を試み
た。

【００３３】実験例３図２に示した装置を用いるが、イメージングプレート１
５の円筒面はＸ線２の光軸を中心とした回転面である。
そしてこの円筒の半径は３００ｍｍで、その長さは６０
０ｍｍである。なお、測定方法は前記実験例１の場合と
同様である。

【００３４】実験例４図２に示した装置を用い、前記実験例２の場合と同様の
測定方法により行なわれた。

【００３５】比較実験例２前記特願平３−１４６９４１号公報に提案されたものと
同様の装置を用いて露光を行い、他の読取専用装置によ
って読取が行われた。即ちこの装置は露光・読取り一体
式でなく、露光のみを行うものである。そして露光が完
了したイメージングプレートの読取りは別個の装置で行
われ、その装置はＸ線露光領域外に隣接して設置される
ようにしたものである。イメージングプレートとして
は、長さ２５０ｍｍ、幅２００ｍｍで、その中心におけ
る入射Ｘ線ビームに対する角度は固定されておりγ＝６
０度である。また該イメージングプレートの試料からの
距離は６００ｍｍである。実験室においてＭｏ管球（５
０ｋＶ，３０ｍＡ）によって発生した特性Ｘ線をフィル
ター及びコリメータを通し直径１ｍｍの平行ビームとし
て用いた。デバイ‐シェーラー環の１／１０が、回折角
度の低限界角度γ₁＝３６度から高限界角度γ₂＝８４
度までの回折角度範囲で露光された。露光のためのシャ
ッター開放時間は１２０秒必要であった。

【００３６】次の表２は第二実施例における上記各測定
実験例の結果を示してる。

【００３７】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、従来法
に比べてデバイ‐シェーラー環の全周検出を可能にし、
回折角度も極めて広く、従って微量試料の同定能力にお
いて格段に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＸ線回折環全方位測定装置の第一
実施例の全体構成図である。

【図２】本発明によるＸ線回折環全方位測定装置の第二
実施例の全体構成図である。

【符号の説明】

１Ｘ線源２Ｘ線３シャッター４フィルター５コリメータ６窓７試料８試料台９回折Ｘ線１０読取装置１１ランプ１２ビームストッパー１３イメージングプレート１４支持台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転可能な試料台と、内面が閉曲面で成
るイメージングプレート面として形成されていてこのイ
メージングプレート面の中心に載置した上記試料台上の
試料から発生した回折Ｘ線が上記イメージングプレート
面に入射するようにした支持台と、消去用のランプと、
Ｘ線の露光後に上記イメージングプレート面の中心に移
動しこのイメージングプレートに記憶されているＸ線回
折環を全方位で測定する読取装置とを備えているＸ線回
折環全方位測定装置。
【請求項２】上記イメージングプレート面が球面とし
て形成されていて、上記試料から発生した回折Ｘ線がこ
のイメージングプレート面に垂直に入射するようにした
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線回折環全方位測
定装置。
【請求項３】上記イメージングプレート面が円筒面と
して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
Ｘ線回折環全方位測定装置。