KR20170116522A

KR20170116522A - 파장분산형 엑스선 형광분석장치용 콜리메이터 모듈 및 이를 구비하는 파장분산형 엑스선 형광분석장치

Info

Publication number: KR20170116522A
Application number: KR1020160044397A
Authority: KR
Inventors: 박정권
Original assignee: 주식회사 아이에스피
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2017-10-19

Abstract

본 발명에 의하면, 형광 엑스선이 통과하는 제1 콜리메이터(142); 형광 엑스선이 통과하고 상기 제1 콜리메이터와 병렬로 배치되는 제2 콜리메이터(143); 및 상기 두 콜리메이터가 배치된 방향을 따라서 상기 두 콜리메이터를 직선왕복이동시키는 구동기(146)를 포함하며, 상기 두 콜리메이터는 서로 다른 평행도를 제공하는 것을 특징으로 하는 파장분산형 엑스선 형광분석장치용 콜리메이터 모듈이 제공된다.

Description

파장분산형 엑스선 형광분석장치용 콜리메이터 모듈 및 이를 구비하는 파장분산형 엑스선 형광분석장치 {COLLIMATOR MODULE FOR WAVELENGTH DISPERSIVE X-RAY FLUORESCENCE ANALYZER AND WAVELENGTH DISPERSIVE X-RAY FLUORESCENCE ANALYZER WITH THE SAME}

본 발명은 파장분산형 엑스선 형광분석장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파장분산형 엑스선 형광분석장치에 구비되는 콜리메이터 모듈에 관한 것이다.

형광 엑스선 분석법(X-ray fluorescence analysis, XRF)는 시료에 엑스선을 조하여 2차적으로 발생하는 엑스선(특성 형광 엑스선)을 이용해서 원소에 대한 정성·정량 분석을 하는 방법이다. 형광 엑스선 분석법은 비파괴적이며 신속한 측정이 가능하기 때문에, 공정관리에 널리 이용되고 있으며, 또한 일반적인 재료 평가에 있어서도 원소의 조성을 조사하기 위한 가장 간단한 분석으로 고고학·미술자료 등의 귀중한 자료의 분석이나 전용장치로 야외에서 분석을 수행하는데도 사용되고 있다.

시료로부터의 형광 엑스선의 분광계는 두 종류로 분류되는데, 하나는 Bragg의 법칙을 이용해서 분광결정으로부터 분광하는 방법(파장분산형, Wavelength Dispersive XRF; WD-XRF), 다른 하나는 에너지 분석 능력을 갖는 반도체 검출기를 사용하는 벙법(에너지 분산형, Energy Dispersive XRF, ED-XRF)이다.

ED-XRF는 엑스선 발생장치에서 발생한 엑스선을 시료에 조사하여 시료에서 발생된 특성 형광엑스선 및 제동 복사선을 동시에 검출기에 입력함으로써 짧은 시간에 분석할 수 있는 장점이 있으나, 검출기 분해능(최대 125eV)의 한계로 인해 특성 형광엑스선 상호간의 간섭으로 정밀측정의 한계를 가지고 있으나, WD-XRF는 분광 크리스털의 각도 분해능이 검출 분해능에 직접적으로 연관되어지므로 최대 10eV까지 분해능을 높일 수 있어 하드웨어적으로 원소별 Peak 분리가 이루어져 보다 정밀한 측정을 할 수 있다.

대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2015-0088833 "엑스레이 형광 분석을 수행하는 방법 및 엑스레이 형광 분석장치" (2015.08.03.)

본 발명의 목적은 파장분산형 엑스선 형광분석장치에 구비되는 콜리메이터 모듈 및 이를 구비하는 파장분산형 엑스선 형광분석장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,

형광 엑스선이 통과하는 제1 콜리메이터(142); 형광 엑스선이 통과하고 상기 제1 콜리메이터와 병렬로 배치되는 제2 콜리메이터(143); 및 상기 두 콜리메이터가 배치된 방향을 따라서 상기 두 콜리메이터를 직선왕복이동시키는 구동기(146)를 포함하며, 상기 두 콜리메이터는 서로 다른 평행도를 제공하는 것을 특징으로 하는 파장분산형 엑스선 형광분석장치용 콜리메이터 모듈이 제공된다.

상기 파장분산형 엑스선 형광분석장치용 콜리메이터 모듈은 상기 두 콜리메이터가 고정되고 상기 구동기에 의해 이동하는 지지대(114)를 더 포함할 수 있다.

상기 파장분산형 엑스선 형광분석장치용 콜리메이터 모듈은 상기 두 콜리메이터의 이동을 안내하는 가이드 홈(141a)이 마련되고 상기 구동기가 설치되는 기초부를 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면,

엑스선을 발생시켜서 시료로 엑스선을 조사하는 엑스선 튜브(110); 상기 시료에서 발생한 형광 엑스선이 통과하는 제1 콜리메이터(142)와 제2 콜리메이터(143)를 구비하는 콜리메이터 모듈; 상기 제1 콜리메이터와 상기 제2 콜리메이터 중 어느 하나의 콜리메이터를 통과한 형광 엑스선의 특정 파장이 반사하는 분광 크리스털(150); 상기 분광 크리스털로부터 반사된 형광 엑스선이 통과하는 후방 콜리메이터(170); 및 상기 후방 콜리메이터를 통과한 형광 엑스선을 분석하는 검출기를 포함하며, 상기 두 콜리메이터는 서로 다른 평행도를 제공하며, 상기 두 콜리메이터 중 어느 하나의 콜리메이터가 광경로 상에 선택적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 파장분산형 엑스선 형광분석장치가 제공된다.

상기 콜리메이터 모듈은 상기 두 콜리메이터가 배치된 방향을 따라서 상기 두 콜리메이터를 직선왕복이동시키는 구동기(146)를 더 구비할 수 있다.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 형광 엑스선이 통과하는 제1 콜리메이터(142); 형광 엑스선이 통과하고 상기 제1 콜리메이터와 병렬로 배치되는 제2 콜리메이터(143); 및 상기 두 콜리메이터가 배치된 방향을 따라서 상기 두 콜리메이터를 직선왕복이동시키는 구동기(146)를 포함하며, 상기 두 콜리메이터는 서로 다른 평행도를 제공하는 것을 특징으로 하는 파장분산형 엑스선 형광분석장치용 콜리메이터 모듈이 제공되므로, 신속한 분석이 필요한 경우와 정밀한 분석이 필요한 경우에 따라서 선택적으로 콜리메이터를 사용함으로써, 엑스선 형광분석의 효율을 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분산형 엑스선 형광분석장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 콜리메이터 모듈을 도시한 사시도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분산형 엑스선 형광분석장치의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 파장분산형 엑스선 형광분석장치(100)는 엑스선 튜브(110)와, 시편 고정부(120)와, 콜리메이터 모듈(collimator module)(140)과, 분광 크리스털(150)과, 후방 콜리메이터(170)와, 검출기(180)를 포함한다. 파장분산형 엑스선 형광분석장치(100)에서 파선으로 도시된 전체 광경로는 진공기밀이 유지된다. 이를 위하여, 도시되지는 않았으나, 파장분산형 엑스선 형광분석장치(100)는 진공 챔버를 더 포함한다.

엑스선 튜브(110)는 엑스선을 발생시켜서 시료 고정부(120)에 고정된 시편(S)으로 조사한다. 엑스선 튜브(110)는 정확한 엑스선 형광분석을 위하여 균일한 세기의 엑스선을 장시간 발생시켜야 한다. 도시되지는 않았으나, 파장분산형 엑스선 형광분석장치(100)는 엑스선 튜브(110)의 구동을 위한 고전압 제너레이터를 더 포함한다.

시편 고정부(120)는 분석 대상인 시편(S)을 고정시킨다. 시편 고정부(120)에 고정된 시편(S)은 엑스선 튜브(110)로부터 조사된 엑스선에 의해 특성 형광 엑스선을 발생시키며, 시편(S)에서 발생한 특성 형광 엑스선은 콜리메이터 모듈(140)을 통과한다.

콜리메이터 모듈(140)은 광경로 상에서 시편 고정부(120)에 고정된 시편(S)과 분광 크리스털(150)의 사이에 위치한다. 도 2에는 도 1에 도시된 콜리메이터 모듈(140)이 사시도로서 도시되어 있다. 도 2에서 파선은 엑스선 광경로이다. 도 2를 참조하면, 콜리메이터 모듈(140)은 기초부(141)와, 제1 콜리메이터(142)와, 제2 콜리메이터(143)와, 두 콜리메이터(142, 143)가 고정되는 지지대(144)와, 지지대(144)를 직선왕복이동시키는 구동기(146)를 구비한다.

기초부(141)는 대체로 판상으로서, 두 콜리메이터(142, 143)의 이동을 가이드하는 가이드 홈(141a)이 일면에 형성된다. 기초부(141)에는 구동기(146)가 설치된다.

제1 콜리메이터(142)는 광경로 상에서 시편(S)과 분광 크리스털(150)의 사이에 위치하고, 지지대(144)에 고정된다. 제1 콜리메이터(142)는 시편(S)에서 발생한 특성 형광 엑스선이 분광 크리스털(150)로만 조사되도록 평행광선을 형성한다. 본 실시예에서 제1 콜리메이터는 4 mrad의 평행도를 제공하는 것으로 설명하는데, 이를 위해 제1 콜리메이터(142)를 구성하는 다수의 평행판 사이의 거리는 0.2mm이고 길이는 50mm인 것이 사용된다. 제1 콜리메이터(142)는 구동기(146)에 의해 가이드 홈(141a)을 따라서 광경로와 직각을 이루는 방향을 따라서 이동이 가능하다.

제2 콜리메이터(143)는 제1 콜리메이터(142)의 측면에 인접하여 위치하고 지지대(144)에 고정되어서, 두 콜리메이터(142, 140)은 병렬로 배치된다. 제2 콜리메이터(143)는 시편(S)에서 발생한 특성 형광 엑스선이 분광 크리스털(150)로만 조사되도록 평행광선을 형성한다. 본 실시예에서는 제1 콜리메이터(142)가 제공하는 평행도보다 낮은 6 mrad의 평행도를 제공하는 것으로 설명한다. 이를 위해 제2 콜리메이터(143)를 구성하는 다수의 평행판 사이의 거리는 0.3mm이고 길이는 50mm인 것이 사용된다. 엑스선 형광분석시 두 콜리메이터(142, 143) 중 하나가 선택적으로 사용되는데, 분석 시간이 길더라도 정밀분석이 요구되는 경우에는 제1 콜리메이터(142)가 광경로 상에 위치하도록 선택되어서 사용되고, 상대적으로 분석 정밀도가 떨어지더라도 신속한 분석이 요구되는 경우에는 제2 콜리메이터(143)가 광경로 상에 위치하도록 선택되어서 사용된다.

지지대(144)에는 두 콜리메이터(142, 143)가 견고하게 고정되며, 구동기(146)에 의해 직선왕복이동한다.

구동기(146)는 기초부(141)에 고정되어서 설치되며, 지지대(144)를 두 콜리메이터(142, 143)가 배치되는 방향을 따라서 직선왕복 이동시킨다. 구동기(146)에 의해 두 콜리메이터(142, 143) 중 하나가 선택적으로 광경로 상에 위치하여 엑스선 형광분석에 사용된다.

분광 크리스털(150)은 제1 콜리메이터(142) 또는 제2 콜리메티어(143)를 통과한 특성 형광 엑스선의 파장 검출에 사용된다. 분광 크리스털(150)에 의해 특성 형광 엑스선의 특정 파장이 반사되거나 필터링되어서 선택된다.

후방 콜리메이터(170)는 광경로 상에서 분광 크리스털(150)과 검출기(180)의 사이에 위치한다. 후방 콜리메이터(170)는 분광 크리스털(150)로부터 반사된 특성 형광 엑스선이 검출기(180)로만 조사되도록 평행광선을 형성한다. 후방 콜리메이터(170)는 인접하여 위치하는 제1 후방 콜리메이터(171)와 제2 후방 콜리메이터(172)를 구비한다.

검출기(180)는 후방 콜리메이터(170)를 통과한 특성 형광 엑스선을 분석한다. 검출기(180)는 제1 후방 콜리메이터(171)에 대응하여 위치하는 신틸레이션 검출기(scintillation detector)(181)와, 제2 후방 콜리메이터(172)에 대응하여 위치하는 비례계수관(proportional counter)(182)을 구비한다.

신틸레이션 검출기(181)는 고에너지 영역의 형광 엑스선을 검출하기 위한 검출기로서, 입사된 엑스선을 가시광으로 변환하기 위한 섬광체와 입사된 가시광을 증폭하기 위한 광증배관을 구비한다.

비례계수관(182)은 저에너지 영역의 형광 엑스선을 검출하기 위한 검출기로서, 중앙전극이 양극으로 실린더 벽이 음극으로 구성되며, 입사된 엑스선이 내부의 가스를 전리시켜 발생된 전자에 의한 전류를 측정하여 에너지와 세기를 측정한다. 비례게수관에 사용된 기체는 90%의 아르곤과 10%의 메탄으로 구성된 P-10 가스이며, 10%의 메탄은 방사선과 검출가스와의 반응과정 동안에 여기되었던 원자에서 방출되는 자외선에 의한 부가적인 전리를 방지하기 위해 첨가되는 소멸 기체(quench gas) 역할을 하게 된다.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

100 : 파장분산형 엑스선 형광분석장치
110 : 엑스선 튜브
120 : 시료 고정부
140 : 콜리메이터 모듈
142 : 제1 콜리메이터
143 : 제2 콜리메이터
146 : 구동기
150 : 분광 크리스털
170 : 후방 콜리메이터
180 : 검출부

Claims

형광 엑스선이 통과하는 제1 콜리메이터(142);
형광 엑스선이 통과하고 상기 제1 콜리메이터와 병렬로 배치되는 제2 콜리메이터(143); 및
상기 두 콜리메이터가 배치된 방향을 따라서 상기 두 콜리메이터를 직선왕복이동시키는 구동기(146)를 포함하며,
상기 두 콜리메이터는 서로 다른 평행도를 제공하는 것을 특징으로 하는 파장분산형 엑스선 형광분석장치용 콜리메이터 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 두 콜리메이터가 고정되고 상기 구동기에 의해 이동하는 지지대(114)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분산형 엑스선 형광분석장치용 콜리메이터 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 두 콜리메이터의 이동을 안내하는 가이드 홈(141a)이 마련되고 상기 구동기가 설치되는 기초부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분산형 엑스선 형광분석장치용 콜리메이터 모듈.
엑스선을 발생시켜서 시료로 엑스선을 조사하는 엑스선 튜브(110);
상기 시료에서 발생한 형광 엑스선이 통과하는 제1 콜리메이터(142)와 제2 콜리메이터(143)를 구비하는 콜리메이터 모듈;
상기 제1 콜리메이터와 상기 제2 콜리메이터 중 어느 하나의 콜리메이터를 통과한 형광 엑스선의 특정 파장이 반사하는 분광 크리스털(150);
상기 분광 크리스털로부터 반사된 형광 엑스선이 통과하는 후방 콜리메이터(170); 및
상기 후방 콜리메이터를 통과한 형광 엑스선을 분석하는 검출기를 포함하며,
상기 두 콜리메이터는 서로 다른 평행도를 제공하며,
상기 두 콜리메이터 중 어느 하나의 콜리메이터가 광경로 상에 선택적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 파장분산형 엑스선 형광분석장치.
청구항 4에 있어서,
상기 콜리메이터 모듈은 상기 두 콜리메이터가 배치된 방향을 따라서 상기 두 콜리메이터를 직선왕복이동시키는 구동기(146)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 파장분산형 엑스선 형광분석장치.