JPH06109898A - ２結晶ｘ線モノクロメーター - Google Patents
２結晶ｘ線モノクロメーターInfo
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- JPH06109898A JPH06109898A JP4261097A JP26109792A JPH06109898A JP H06109898 A JPH06109898 A JP H06109898A JP 4261097 A JP4261097 A JP 4261097A JP 26109792 A JP26109792 A JP 26109792A JP H06109898 A JPH06109898 A JP H06109898A
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- ray
- monochromator
- ray beam
- monochromatic
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Abstract
(57)【要約】
【目的】広い波長範囲で単色性の高いＸ線を選択可能で
あり、かつ試料位置にＸ線ビームを集光可能な２結晶Ｘ
線モノクロメーターシステムを実現する。 【構成】Ｘ線ビームは第一結晶で数１のブラッグの法則
を満たす波長のＸ線のみが回折され、第二結晶に入射す
る。第二結晶を円筒面に湾曲させることにより、第一結
晶に入射するＸ線ビーム１と第二結晶からの回折Ｘ線ビ
ーム４は平行となり、かつ単色化されたＸ線ビームを試
料位置に収束することができる。 【効果】広い波長帯域のＸ線を単色化し、かつ試料位置
で単位面積あたりのＸ線強度が大きくなるように収束す
ることが可能となり、Ｘ線ビームを利用した物質の分析
や構造解析用測定データの精度を高くとることができ
る。
あり、かつ試料位置にＸ線ビームを集光可能な２結晶Ｘ
線モノクロメーターシステムを実現する。 【構成】Ｘ線ビームは第一結晶で数１のブラッグの法則
を満たす波長のＸ線のみが回折され、第二結晶に入射す
る。第二結晶を円筒面に湾曲させることにより、第一結
晶に入射するＸ線ビーム１と第二結晶からの回折Ｘ線ビ
ーム４は平行となり、かつ単色化されたＸ線ビームを試
料位置に収束することができる。 【効果】広い波長帯域のＸ線を単色化し、かつ試料位置
で単位面積あたりのＸ線強度が大きくなるように収束す
ることが可能となり、Ｘ線ビームを利用した物質の分析
や構造解析用測定データの精度を高くとることができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線を利用した試料の
分析装置に用いられるＸ線モノクロメーターの改良に関
するものであり、小型で広い波長帯域をもつ高精度な２
結晶Ｘ線モノクロメーターに関する。
分析装置に用いられるＸ線モノクロメーターの改良に関
するものであり、小型で広い波長帯域をもつ高精度な２
結晶Ｘ線モノクロメーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】２結晶Ｘ線モノクロメーターは２枚の結
晶、入射するＸ線ビームと出射するＸ線ビームが平行に
なるように２枚の結晶の相対的位置関係を設置するため
の回転及び移動機構、これらを取付けるための真空容器
及び真空排気装置と装置全体の動作制御を行う制御装置
とから構成される。Ｘ線を照射する試料の位置で収束さ
せる場合は、２枚の結晶の一方を湾曲させるかあるい
は、２結晶Ｘ線モノクロメーターのＸ線の入射側あるい
は出射側のいずれかかあるいは両方に湾曲した鏡面をも
つＸ線の全反射鏡を設置して全体のシステムを構成す
る。
晶、入射するＸ線ビームと出射するＸ線ビームが平行に
なるように２枚の結晶の相対的位置関係を設置するため
の回転及び移動機構、これらを取付けるための真空容器
及び真空排気装置と装置全体の動作制御を行う制御装置
とから構成される。Ｘ線を照射する試料の位置で収束さ
せる場合は、２枚の結晶の一方を湾曲させるかあるい
は、２結晶Ｘ線モノクロメーターのＸ線の入射側あるい
は出射側のいずれかかあるいは両方に湾曲した鏡面をも
つＸ線の全反射鏡を設置して全体のシステムを構成す
る。
【０００３】従来の装置ではＸ線源からのビームを第一
の平板結晶のほぼ中央で回折させ、第二の平板結晶のほ
ぼ中央にＸ線ビームが来るように相対的に結晶位置を移
動して入射Ｘ線ビームと出射Ｘ線ビームが平行になるよ
うにしていた。このとき、Ｘ線ビームが平行で位置を変
えないという条件を設定すると特開６１−１１７４３６
あるいは大柳：ＰＦ−Ａｃｔｉｖｉｔｙ Ｒｅｐｏｒｔ
（１９８９）＃７の報告のように大形の２結晶モノクロ
メーターとなり、最小４組のパラメーターを高精度に制
御する必要が生じる。とくに２枚の平板結晶の回折角度
の制御は１角度秒以下の角度制御を必要とし、非常に困
難であった。
の平板結晶のほぼ中央で回折させ、第二の平板結晶のほ
ぼ中央にＸ線ビームが来るように相対的に結晶位置を移
動して入射Ｘ線ビームと出射Ｘ線ビームが平行になるよ
うにしていた。このとき、Ｘ線ビームが平行で位置を変
えないという条件を設定すると特開６１−１１７４３６
あるいは大柳：ＰＦ−Ａｃｔｉｖｉｔｙ Ｒｅｐｏｒｔ
（１９８９）＃７の報告のように大形の２結晶モノクロ
メーターとなり、最小４組のパラメーターを高精度に制
御する必要が生じる。とくに２枚の平板結晶の回折角度
の制御は１角度秒以下の角度制御を必要とし、非常に困
難であった。
【０００４】このような方法では、２結晶モノクロメー
ターが大形となるため、単色化するＸ線波長の帯域を切
り替える場合は結晶板を取換えることにより行う。この
場合は結晶の取付ける角度が微小に異なることが原因と
なって、Ｘ線ビームの通る全体の経路の位置調整等を波
長帯域の切り替え毎に行う必要があり、調整に長時間を
要するという不具合が生じていた。
ターが大形となるため、単色化するＸ線波長の帯域を切
り替える場合は結晶板を取換えることにより行う。この
場合は結晶の取付ける角度が微小に異なることが原因と
なって、Ｘ線ビームの通る全体の経路の位置調整等を波
長帯域の切り替え毎に行う必要があり、調整に長時間を
要するという不具合が生じていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、入射する
Ｘ線ビームと出射するＸ線ビームを平行かつ移動しない
と同時に試料位置にＸ線を収束させることが可能な小形
Ｘ線モノクロメーターを実現し、この小形Ｘ線モノクロ
メーターを複数組Ｘ線の経路に挿入退避可動式として設
置することにより、試料に入射するＸ線ビームの波長を
従来より自在に選択して種々の測定を可能とすることに
ある。
Ｘ線ビームと出射するＸ線ビームを平行かつ移動しない
と同時に試料位置にＸ線を収束させることが可能な小形
Ｘ線モノクロメーターを実現し、この小形Ｘ線モノクロ
メーターを複数組Ｘ線の経路に挿入退避可動式として設
置することにより、試料に入射するＸ線ビームの波長を
従来より自在に選択して種々の測定を可能とすることに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するため、２結晶Ｘ線モノクロメーターにおいて、
回転テーブルの回転軸と一方の結晶表面の回折面を一致
させ、同一回転テーブル上に設置した他方の結晶の回折
面との垂直距離を制御することによりどのような回折角
度でも入射するＸ線ビームと出射するＸ線ビームが平行
で、距離が変化しないようにした。また、モノクロメー
ターが出射するＸ線ビームに含まれる高次の回折線の強
度を抑制するため、２つの結晶の回折角度を数角度秒程
度ずらして設定できるようにし高次の回折線を抑制し
た。更に、一方の結晶をその回折角により、Ｘ線の経路
に平行な円筒面になるように湾曲量を調整することによ
り、試料の位置にＸ線ビームを収束させる。微小角度や
湾曲量の調整に回転軸を２重とし内軸が直線運動するよ
うな小型モーターを使用して２結晶Ｘ線モノクロメータ
ーを小型化することにより、複数台のモノクロメーター
を同時装着可能とした。
達成するため、２結晶Ｘ線モノクロメーターにおいて、
回転テーブルの回転軸と一方の結晶表面の回折面を一致
させ、同一回転テーブル上に設置した他方の結晶の回折
面との垂直距離を制御することによりどのような回折角
度でも入射するＸ線ビームと出射するＸ線ビームが平行
で、距離が変化しないようにした。また、モノクロメー
ターが出射するＸ線ビームに含まれる高次の回折線の強
度を抑制するため、２つの結晶の回折角度を数角度秒程
度ずらして設定できるようにし高次の回折線を抑制し
た。更に、一方の結晶をその回折角により、Ｘ線の経路
に平行な円筒面になるように湾曲量を調整することによ
り、試料の位置にＸ線ビームを収束させる。微小角度や
湾曲量の調整に回転軸を２重とし内軸が直線運動するよ
うな小型モーターを使用して２結晶Ｘ線モノクロメータ
ーを小型化することにより、複数台のモノクロメーター
を同時装着可能とした。
【０００７】更に、容器内部を真空排気し空気によるＸ
線ビームの散乱や吸収を排除し、取付けた結晶の種類が
異なる複数のモノクロメーターをＸ線の経路に対して退
避移動可能なように設置し、長波長から短波長のＸ線ま
で単色化可能な広帯域２結晶Ｘ線モノクロメーターとし
たものである。
線ビームの散乱や吸収を排除し、取付けた結晶の種類が
異なる複数のモノクロメーターをＸ線の経路に対して退
避移動可能なように設置し、長波長から短波長のＸ線ま
で単色化可能な広帯域２結晶Ｘ線モノクロメーターとし
たものである。
【０００８】
【作用】本発明の２結晶モノクロメーターでは、回転テ
ーブル上に２枚の結晶を設置することにより、１つの回
転軸で２枚の結晶の回折角度を設定することができる。
この回転テーブル上に２枚の結晶の回折面の距離を制御
可能な直線移動台を設置し、回転テーブル回転軸にある
結晶には、小型の結晶微回転機構及び結晶表面の湾曲調
整機構を設置することにより、高精度に２結晶モノクロ
メーターを制御することができる。２枚の結晶のうち一
方の結晶のＸ線ビーム進行方向の長さを大きくとり、Ｘ
線ビームを回折する位置を直線移動台で制御し、回折角
度が変わってもモノクロメータから出射する単色化Ｘ線
ビームの位置を変化させないようにできるとともに、一
方の結晶表面を湾曲させることにより、試料位置にＸ線
ビームを収束させることができる。また、モノクロメー
ターから出射するＸ線ビームに含まれる高次の回折線は
基本波の回折の角度幅より狭いことを利用して、２つの
結晶の回折角度を数角度秒程度ずらして設定することに
より高次の回折線を除去できる。
ーブル上に２枚の結晶を設置することにより、１つの回
転軸で２枚の結晶の回折角度を設定することができる。
この回転テーブル上に２枚の結晶の回折面の距離を制御
可能な直線移動台を設置し、回転テーブル回転軸にある
結晶には、小型の結晶微回転機構及び結晶表面の湾曲調
整機構を設置することにより、高精度に２結晶モノクロ
メーターを制御することができる。２枚の結晶のうち一
方の結晶のＸ線ビーム進行方向の長さを大きくとり、Ｘ
線ビームを回折する位置を直線移動台で制御し、回折角
度が変わってもモノクロメータから出射する単色化Ｘ線
ビームの位置を変化させないようにできるとともに、一
方の結晶表面を湾曲させることにより、試料位置にＸ線
ビームを収束させることができる。また、モノクロメー
ターから出射するＸ線ビームに含まれる高次の回折線は
基本波の回折の角度幅より狭いことを利用して、２つの
結晶の回折角度を数角度秒程度ずらして設定することに
より高次の回折線を除去できる。
【０００９】このような小型高精度２結晶Ｘ線モノクロ
メーターを実現し、異種の結晶あるいは結晶面をもち単
色波長範囲の異なるモノクロメーターを複数台設置し、
使用する波長のモノクロメーターのみをＸ線ビームの経
路に挿入して使用することにより、従来にない非常に広
い波長帯域をもつ２結晶Ｘ線モノクロメーターシステム
を実現できる。また、モノクロメーターシステムの出射
側位置にＸ線ビーム遮断用Ｘ線シャッターを設けること
により、モノクロメーターの結晶の熱平衡を保ったまま
Ｘ線の遮断を可能とし、とくに放射光をＸ線源とする場
合に熱平衡に達するまでに要する時間の無駄を排除する
ことが可能である。
メーターを実現し、異種の結晶あるいは結晶面をもち単
色波長範囲の異なるモノクロメーターを複数台設置し、
使用する波長のモノクロメーターのみをＸ線ビームの経
路に挿入して使用することにより、従来にない非常に広
い波長帯域をもつ２結晶Ｘ線モノクロメーターシステム
を実現できる。また、モノクロメーターシステムの出射
側位置にＸ線ビーム遮断用Ｘ線シャッターを設けること
により、モノクロメーターの結晶の熱平衡を保ったまま
Ｘ線の遮断を可能とし、とくに放射光をＸ線源とする場
合に熱平衡に達するまでに要する時間の無駄を排除する
ことが可能である。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。図１において、１は入射Ｘ線ビーム、２は第一結
晶、３は第二結晶、４は２枚の結晶で単色化されたＸ線
ビームである。５は回折角設定用モーター、６は回折角
設定用ウォームギヤ、７は回転テーブル、８は第二結晶
の設置台、９は第二結晶微回転用アクチュエーター、１
０は第一結晶の直線移動台、１１は移動量設定用モータ
ー、１２は第一結晶設置台である。Ｘ線ビームは第一結
晶で式１のブラッグの法則を満たす波長のＸ線のみが回
折され、第二結晶に入射する。２枚の結晶の回折面を平
行に配置することにより、第一結晶に入射するＸ線ビー
ム１と第二結晶からの回折Ｘ線ビーム４は平行となり、
単色化されたＸ線ビームを取り出すことができる。
る。図１において、１は入射Ｘ線ビーム、２は第一結
晶、３は第二結晶、４は２枚の結晶で単色化されたＸ線
ビームである。５は回折角設定用モーター、６は回折角
設定用ウォームギヤ、７は回転テーブル、８は第二結晶
の設置台、９は第二結晶微回転用アクチュエーター、１
０は第一結晶の直線移動台、１１は移動量設定用モータ
ー、１２は第一結晶設置台である。Ｘ線ビームは第一結
晶で式１のブラッグの法則を満たす波長のＸ線のみが回
折され、第二結晶に入射する。２枚の結晶の回折面を平
行に配置することにより、第一結晶に入射するＸ線ビー
ム１と第二結晶からの回折Ｘ線ビーム４は平行となり、
単色化されたＸ線ビームを取り出すことができる。
【００１１】
【数１】２ｄ・ｓｉｎθ＝ｎ・λ ここで、ｄはＸ線を回折する原子面の面間隔、ｎは回折
の次数、λは回折されるＸ線の波長を意味する。
の次数、λは回折されるＸ線の波長を意味する。
【００１２】次に、図２により入射Ｘ線ビーム１と回折
Ｘ線ビーム４とが平行かつ移動しないための第一平板結
晶の移動量制御について説明する。Ｘ線ビームの回折角
をθとし、θ＝３０°、θ＝４５°、θ＝６０°の場合
について表すと図２のそれぞれ２ａ，２ｂ，２ｃ及び３
ａ，３ｂ，３ｃのようになる。ここで、第二結晶３の回
転軸を通る垂線と第一結晶２上の入射Ｘ線ビーム照射点
１３の距離をｘ，２枚の結晶間距離をｙとすると、回折
角θが小さいところではｘを大きくかつｙを小さく、回
折角θが大きいところではｘを小さくかつｙを大きくな
るように第一結晶の距離を制御すれば入射Ｘ線ビーム１
と回折Ｘ線ビーム４とが平行かつ移動しないことが判
る。
Ｘ線ビーム４とが平行かつ移動しないための第一平板結
晶の移動量制御について説明する。Ｘ線ビームの回折角
をθとし、θ＝３０°、θ＝４５°、θ＝６０°の場合
について表すと図２のそれぞれ２ａ，２ｂ，２ｃ及び３
ａ，３ｂ，３ｃのようになる。ここで、第二結晶３の回
転軸を通る垂線と第一結晶２上の入射Ｘ線ビーム照射点
１３の距離をｘ，２枚の結晶間距離をｙとすると、回折
角θが小さいところではｘを大きくかつｙを小さく、回
折角θが大きいところではｘを小さくかつｙを大きくな
るように第一結晶の距離を制御すれば入射Ｘ線ビーム１
と回折Ｘ線ビーム４とが平行かつ移動しないことが判
る。
【００１３】次に、図３を用いてｘ，ｙ及び入射Ｘ線ビ
ーム１と回折Ｘ線ビーム４との距離をｌとの関係につい
て説明する。第二結晶の回転軸を座標原点とすると、第
一結晶の入射Ｘ線ビーム照射点１３の座標は（ｘ，ｙ）
で表される。回折角をθとして、それぞれのパラメータ
ーの関係を求めると次式で表される。
ーム１と回折Ｘ線ビーム４との距離をｌとの関係につい
て説明する。第二結晶の回転軸を座標原点とすると、第
一結晶の入射Ｘ線ビーム照射点１３の座標は（ｘ，ｙ）
で表される。回折角をθとして、それぞれのパラメータ
ーの関係を求めると次式で表される。
【００１４】
【数２】ｌ＝２・ｙ・ｃｏｓθ
【００１５】
【数３】ｙ＝ｘ・ｔａｎθ 従って、数２に基づいて第一結晶の位置を制御すれば入
射Ｘ線ビーム１と回折Ｘ線ビーム４との距離ｌを一定と
することができる。回折角θにより入射Ｘ線ビーム照射
点１３が移動するため、第一結晶のサイズＳをある程度
必要とする。このサイズＳ及び２枚の結晶間隔のストロ
ークＬは数２及び数３と回折角の範囲から数４及び数５
でそれぞれ決定される。
射Ｘ線ビーム１と回折Ｘ線ビーム４との距離ｌを一定と
することができる。回折角θにより入射Ｘ線ビーム照射
点１３が移動するため、第一結晶のサイズＳをある程度
必要とする。このサイズＳ及び２枚の結晶間隔のストロ
ークＬは数２及び数３と回折角の範囲から数４及び数５
でそれぞれ決定される。
【００１６】
【数４】 Ｓ＝０．５・ｌ・（ｃｏｓｅｃθ1−ｃｏｓｅｃθ2）
【００１７】
【数５】Ｌ＝０．５・ｌ・（ｓｅｃθ2−ｓｅｃθ1） ここで、θ1及びθ2はそれぞれ回折角の最大値及び最小
値である。ｌを１０ｍｍ，θ1及びθ2を８０°、１０°
とすると、Ｓ及びＬは４７．４ｍｍとなる。実際の第一
結晶のサイズはこれに第一結晶上の入射Ｘ線ビーム照射
幅の１／２を加えた値となり、１ｍｍの入射Ｘ線ビーム
を用いる場合は５０．４ｍｍ程度を必要とする。モノク
ロメーターに使用される単結晶として、ＩｎＳｂやＳｉ
はすくなくとも３インチ径程度のものは容易に入手で
き、モノクロメーター用の結晶として使用できる。
値である。ｌを１０ｍｍ，θ1及びθ2を８０°、１０°
とすると、Ｓ及びＬは４７．４ｍｍとなる。実際の第一
結晶のサイズはこれに第一結晶上の入射Ｘ線ビーム照射
幅の１／２を加えた値となり、１ｍｍの入射Ｘ線ビーム
を用いる場合は５０．４ｍｍ程度を必要とする。モノク
ロメーターに使用される単結晶として、ＩｎＳｂやＳｉ
はすくなくとも３インチ径程度のものは容易に入手で
き、モノクロメーター用の結晶として使用できる。
【００１８】結晶としてＩｎＳｂ（１１１）、Ｓｉ（３
１１）とＳｉ（７７１）の使用を考えると、数１のｄが
それぞれ０．３７４０ｎｍ，０．１６０２ｎｍ、０．０
５４６ｎｍであるので、回折角の最大値及び最小値から
それぞれ下表のようになる。
１１）とＳｉ（７７１）の使用を考えると、数１のｄが
それぞれ０．３７４０ｎｍ，０．１６０２ｎｍ、０．０
５４６ｎｍであるので、回折角の最大値及び最小値から
それぞれ下表のようになる。
【００１９】
【表１】 結 晶 λの範囲（単位：ｎｍ） ＩｎＳｂ（１１１） ０．７３６６＜λ＜０．１２９９ Ｓｉ（３１１） ０．３１５５＜λ＜０．０５５６ Ｓｉ（７７１） ０．１０７５＜λ＜０．０１８９ 結晶の種類としては、一般的な分光用結晶が使用可能で
あり、ＫＡＰ，ＡＤＰ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＳｉＯ2，Ｌ
ｉＦ等波長の分解能や使用する波長範囲に応じて選択
し、取替えが可能である。
あり、ＫＡＰ，ＡＤＰ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＳｉＯ2，Ｌ
ｉＦ等波長の分解能や使用する波長範囲に応じて選択
し、取替えが可能である。
【００２０】次に図４を用いて回折Ｘ線ビーム４の中に
含まれる高次光の除去方法の一例について説明する。数
１に示したようにブラッグの法則に従った回折ではｎ次
の高次光が混入する。ｎ次の高次光はｎ＝１のＸ線のｎ
分の１の波長であり、高次光が混入していると測定デー
タのＳ／Ｎが悪化し、高精度な測定には妨害となる。平
板結晶による回折の角度幅はダーウィン幅（ω）として
下記の数６のように表される。
含まれる高次光の除去方法の一例について説明する。数
１に示したようにブラッグの法則に従った回折ではｎ次
の高次光が混入する。ｎ次の高次光はｎ＝１のＸ線のｎ
分の１の波長であり、高次光が混入していると測定デー
タのＳ／Ｎが悪化し、高精度な測定には妨害となる。平
板結晶による回折の角度幅はダーウィン幅（ω）として
下記の数６のように表される。
【００２１】
【数６】 ω≒８．５ｒ｜Ｆ（ｎｋ）｜ｔａｎθ／（πｄｎ2｜ｋ｜2） ここで、ｒは電子の古典半径、Ｆは構造因子、ｋは回折
面の回折ベクトルである。数６によればｎ次光の１次光
に対するωの比αは次の数７のように表される。
面の回折ベクトルである。数６によればｎ次光の１次光
に対するωの比αは次の数７のように表される。
【００２２】
【数７】 α＝ω（ｎ）／ω（１）＝｜Ｆ（ｎｋ）｜／｜ｎ2Ｆ（ｋ）｜ ここで、｜Ｆ（ｎｋ）｜／｜Ｆ（ｋ）｜≦１であるた
め、回折の次数が大きくなるほど次数の自乗に反比例し
て、回折の幅が小さくなる。そこで、第一結晶と第二結
晶の回折角を微小角Δθずらすことにより、回折Ｘ線ビ
ーム４の中に含まれる高次光の強度を抑制することがで
きる。この回折強度の角度分布は図４のようになる。こ
の方法はデチューンと呼ばれ、高次光除去の簡便かつ有
効な方法である。
め、回折の次数が大きくなるほど次数の自乗に反比例し
て、回折の幅が小さくなる。そこで、第一結晶と第二結
晶の回折角を微小角Δθずらすことにより、回折Ｘ線ビ
ーム４の中に含まれる高次光の強度を抑制することがで
きる。この回折強度の角度分布は図４のようになる。こ
の方法はデチューンと呼ばれ、高次光除去の簡便かつ有
効な方法である。
【００２３】図５でＸ線の集光原理について説明する。
Ｘ線源２０から出たＸ線１は第一結晶２で回折され第二
結晶３により再び回折され２結晶モノクロメーターから
出て試料位置２１に到達する。このとき、第二結晶３が
半径Ｒの円筒面になっていると、Ｘ線源２０から出た発
散Ｘ線を試料位置２１に集光することができる。これ
は、円筒面を持つ第二結晶のみにより回折を受ける場合
の仮想Ｘ線源２２と試料位置２１を２つの焦点とする回
転楕円体を仮定することにより、容易に理解できる。こ
こで、仮想Ｘ線源２２と第二結晶までの距離Ａは数８に
より表される。
Ｘ線源２０から出たＸ線１は第一結晶２で回折され第二
結晶３により再び回折され２結晶モノクロメーターから
出て試料位置２１に到達する。このとき、第二結晶３が
半径Ｒの円筒面になっていると、Ｘ線源２０から出た発
散Ｘ線を試料位置２１に集光することができる。これ
は、円筒面を持つ第二結晶のみにより回折を受ける場合
の仮想Ｘ線源２２と試料位置２１を２つの焦点とする回
転楕円体を仮定することにより、容易に理解できる。こ
こで、仮想Ｘ線源２２と第二結晶までの距離Ａは数８に
より表される。
【００２４】
【数８】 Ａ＝ａ＋ｌ（１／ｓｉｎ２θ−１／ｔａｎ２θ） 数８中のａは第二結晶からＸ線源２０までの距離であ
る。また、距離Ｂは第二結晶から集光点である試料位置
２１までの距離である。
る。また、距離Ｂは第二結晶から集光点である試料位置
２１までの距離である。
【００２５】円筒面の半径Ｒは第二結晶の垂線の第二結
晶から仮想Ｘ線源２２と試料位置２１を結ぶ直線の交点
までの長さに対応する。このＲはＡ，Ｂ，及びθの関数
となり、一定とはならない。いま、仮想Ｘ線源２２と試
料位置２１を結ぶ直線及び第二結晶３と仮想Ｘ線源２２
を結ぶ直線の挟む角をβとすると、数９及び数１０を解
くことにより得られる。数９及び数１０は三角形の正弦
定理及び余弦定理から導き出される。
晶から仮想Ｘ線源２２と試料位置２１を結ぶ直線の交点
までの長さに対応する。このＲはＡ，Ｂ，及びθの関数
となり、一定とはならない。いま、仮想Ｘ線源２２と試
料位置２１を結ぶ直線及び第二結晶３と仮想Ｘ線源２２
を結ぶ直線の挟む角をβとすると、数９及び数１０を解
くことにより得られる。数９及び数１０は三角形の正弦
定理及び余弦定理から導き出される。
【００２６】
【数９】 ｓｉｎβ＝Ｂｓｉｎ２θ／√（Ａ2＋Ｂ2＋２ＡＢｃｏｓ２θ）
【００２７】
【数１０】 Ｒ2（１−ｃｏｓ2θ／ｓｉｎ2β）−２ＲＡｓｉｎθ＋Ａ2＝０ ここで、ｌを１０ｍｍ，ａ及びＢを１０ｍとすると、数
８はθが１０°から８０°程度の変化ではほぼ一定のＡ
＝ａとみなすことができる。この場合Ｒの関数は非常に
単純になり、数１１のように表される。
８はθが１０°から８０°程度の変化ではほぼ一定のＡ
＝ａとみなすことができる。この場合Ｒの関数は非常に
単純になり、数１１のように表される。
【００２８】
【数１１】Ｒ＝Ａｓｉｎθ 従って、Ｒはθによって、θが１０°から８０°まで変
化すると、Ｒ＝１３７６ｍｍからＲ＝９８４８ｍｍまで
回折角θにより変化する。
化すると、Ｒ＝１３７６ｍｍからＲ＝９８４８ｍｍまで
回折角θにより変化する。
【００２９】図６にこの変化を実現するための、機構を
示す。第二結晶の設置台８に設置された第二結晶３は結
晶の中央部分で設置台に固定され、結晶の端部は直線移
動機構をもつアクチュエーター３０及び３１により押さ
れ湾曲する。湾曲後に円筒面になるように結晶３は中央
部分でＸ線の進行方向に対する距離が最も長く、端部に
向かってその距離が短くなるような菱形の形態のものを
用いる。また、円筒面の精度を高めるため図６に示すよ
うに、Ｘ線の進行方向に平行な歯部３２をもつ。中央か
ら端部までの距離を３０ｍｍとすると、アクチュエータ
ー３０及び３１により押し上げられる距離δは近似的に
数12のように表される。
示す。第二結晶の設置台８に設置された第二結晶３は結
晶の中央部分で設置台に固定され、結晶の端部は直線移
動機構をもつアクチュエーター３０及び３１により押さ
れ湾曲する。湾曲後に円筒面になるように結晶３は中央
部分でＸ線の進行方向に対する距離が最も長く、端部に
向かってその距離が短くなるような菱形の形態のものを
用いる。また、円筒面の精度を高めるため図６に示すよ
うに、Ｘ線の進行方向に平行な歯部３２をもつ。中央か
ら端部までの距離を３０ｍｍとすると、アクチュエータ
ー３０及び３１により押し上げられる距離δは近似的に
数12のように表される。
【００３０】
【数１２】δ（ｍｍ）＝９００／（Ａｓｉｎθ） 従って、δはθが１０°から８０°まで変化すると、
０．０９１ｍｍから０．６５４ｍｍまで変化させる必要
がある。
０．０９１ｍｍから０．６５４ｍｍまで変化させる必要
がある。
【００３１】本発明ではアクチュエーターとして２重軸
をもつモーターを使用した。このアクチュエーターは図
７に示すような構造をもつ。図７に於いて、固定子３３
の内側に設置される回転子３４は２重回転軸の外軸３５
に固定され、軸受３６により回転可動となっている。内
軸３７は外軸３５とネジ部３８を介して結合されてい
る。内軸３７の一端は四角形の形状をしており、モータ
ーのハウジング３９との間で回転は不可であるが軸方向
の直線的なスライドが可能なように結合されている。し
たがって、このモーターの回転を制御することにより、
内軸３７がスライドして直線移動のアクチュエーターと
なる。δの変化量が小さい場合はピエゾ素子を用いるこ
とも可能であるが、本発明では約０．６ｍｍの変化量を
必要とするため、モーターを利用するアクチュエーター
を用いた。従来はウォームギヤ等を用いて同様なスライ
ドの制御を行っていたが、ここで示したようなアクチュ
エーターを用いることにより、他の機構部分を必要とし
ないため、小型に作ることが可能である。また、本発明
では第二結晶の湾曲に２個のアクチュエーターを用いた
がこれを１個で行なうことも可能である。
をもつモーターを使用した。このアクチュエーターは図
７に示すような構造をもつ。図７に於いて、固定子３３
の内側に設置される回転子３４は２重回転軸の外軸３５
に固定され、軸受３６により回転可動となっている。内
軸３７は外軸３５とネジ部３８を介して結合されてい
る。内軸３７の一端は四角形の形状をしており、モータ
ーのハウジング３９との間で回転は不可であるが軸方向
の直線的なスライドが可能なように結合されている。し
たがって、このモーターの回転を制御することにより、
内軸３７がスライドして直線移動のアクチュエーターと
なる。δの変化量が小さい場合はピエゾ素子を用いるこ
とも可能であるが、本発明では約０．６ｍｍの変化量を
必要とするため、モーターを利用するアクチュエーター
を用いた。従来はウォームギヤ等を用いて同様なスライ
ドの制御を行っていたが、ここで示したようなアクチュ
エーターを用いることにより、他の機構部分を必要とし
ないため、小型に作ることが可能である。また、本発明
では第二結晶の湾曲に２個のアクチュエーターを用いた
がこれを１個で行なうことも可能である。
【００３２】このようなモーターを用いたアクチュエー
ターはステッピングモーターやロータリーエンコーダー
付きのモーター等を用いることにより１回転を５００分
割程度することは容易である。また、内軸と外軸間のネ
ジによる結合も、モジュール０．２５程度にとることは
容易であり、これにより直線移動の相対分解能を０．５
μｍ程度にとることが可能である。このアクチュエータ
ーの最大の特徴は、３０ｍｍ角のステッピングモーター
の小改良で直線移動のストロークを最大１０ｍｍ程度と
ることが可能な点である。
ターはステッピングモーターやロータリーエンコーダー
付きのモーター等を用いることにより１回転を５００分
割程度することは容易である。また、内軸と外軸間のネ
ジによる結合も、モジュール０．２５程度にとることは
容易であり、これにより直線移動の相対分解能を０．５
μｍ程度にとることが可能である。このアクチュエータ
ーの最大の特徴は、３０ｍｍ角のステッピングモーター
の小改良で直線移動のストロークを最大１０ｍｍ程度と
ることが可能な点である。
【００３３】図８にＸ線源からモノクロメーターのＸ線
の経路を全て高真空に排気し、波長の長いＸ線をも単色
化して取り出すことができる３種の異なる単色化波長帯
域をタンデム形状に配置した広帯域２結晶モノクロメー
ターシステムを示す。この場合Ｘ線源はシンクロトロン
から発生させる放射光を想定したものである。放射光を
Ｘ線源とした場合、放射光を直接第一結晶に入射させる
と熱負荷が非常に大きくなり、第一結晶を冷却しても結
晶のそりや、第一結晶と第二結晶の格子定数の違い等が
影響して、満足の行くＸ線の単色化が出来ない。従っ
て、モノクロメーターシステムの前にフィルターや全反
射鏡等から構成され、波長の選択性のある熱フィルター
４０を設置する。熱フィルターを通過したＸ線がモノク
ロメーターに入射するが、Ｘ線源、熱フィルター及びモ
ノクロメーターの間は図示されていない真空容器で接続
されており、全体が高真空に保たれている。
の経路を全て高真空に排気し、波長の長いＸ線をも単色
化して取り出すことができる３種の異なる単色化波長帯
域をタンデム形状に配置した広帯域２結晶モノクロメー
ターシステムを示す。この場合Ｘ線源はシンクロトロン
から発生させる放射光を想定したものである。放射光を
Ｘ線源とした場合、放射光を直接第一結晶に入射させる
と熱負荷が非常に大きくなり、第一結晶を冷却しても結
晶のそりや、第一結晶と第二結晶の格子定数の違い等が
影響して、満足の行くＸ線の単色化が出来ない。従っ
て、モノクロメーターシステムの前にフィルターや全反
射鏡等から構成され、波長の選択性のある熱フィルター
４０を設置する。熱フィルターを通過したＸ線がモノク
ロメーターに入射するが、Ｘ線源、熱フィルター及びモ
ノクロメーターの間は図示されていない真空容器で接続
されており、全体が高真空に保たれている。
【００３４】３連のタンデム形状に配置されたモノクロ
メーターユニットは真空容器４１に対してベローを介し
て取付けられており、Ｘ線の経路に対して直交する方向
にそれぞれ独立に直線移動が可能である。ベローの代わ
りにＯ−リング等の可動真空シールを用いても同様な効
果が得られる。各モノクロメーターユニットの単色化の
モーター及びアクチュエーターの制御及びモノクロメー
ターユニットの選択は制御装置４２でおこなわれてお
り、必要な波長を制御装置に入力することにより、自動
的にモノクロメーターの回折角等のパラメーター設定が
行なわれ、波長の選択及び試料位置への単色化Ｘ線の収
束が行なわれる。本実施例では、ＩｎＳｂ（１１１），
Ｓｉ（３１１），Ｓｉ（７７１）を単色化結晶としてお
り、モノクロメーターシステムとして、波長０．７ｎｍ
から０．０１８９ｎｍのＸ線を単一のシステムで単色化
並びに試料位置へのＸ線収束が可能である。
メーターユニットは真空容器４１に対してベローを介し
て取付けられており、Ｘ線の経路に対して直交する方向
にそれぞれ独立に直線移動が可能である。ベローの代わ
りにＯ−リング等の可動真空シールを用いても同様な効
果が得られる。各モノクロメーターユニットの単色化の
モーター及びアクチュエーターの制御及びモノクロメー
ターユニットの選択は制御装置４２でおこなわれてお
り、必要な波長を制御装置に入力することにより、自動
的にモノクロメーターの回折角等のパラメーター設定が
行なわれ、波長の選択及び試料位置への単色化Ｘ線の収
束が行なわれる。本実施例では、ＩｎＳｂ（１１１），
Ｓｉ（３１１），Ｓｉ（７７１）を単色化結晶としてお
り、モノクロメーターシステムとして、波長０．７ｎｍ
から０．０１８９ｎｍのＸ線を単一のシステムで単色化
並びに試料位置へのＸ線収束が可能である。
【００３５】また、このシステムではモノクロメーター
システムの試料位置側にＸ線遮断のためのシャッター４
３を設置している。シャッターとモノクロメーターシス
テムとの間は図示してない真空容器で結合されている。
このシャッターは試料交換等のときに使用するが、モノ
クロメーターシステムの試料位置側に設置することによ
り、シャターでＸ線を遮断しているときでもモノクロメ
ーターの結晶には放射光が照射される。こうすることに
より、放射光による単色化結晶への熱負荷と図示してな
い結晶の冷却系との間での熱平衡をこわすことなく試料
交換が出来、シャッターを開けることにより、直ちに測
定等を安定して行なうことが出来る。
システムの試料位置側にＸ線遮断のためのシャッター４
３を設置している。シャッターとモノクロメーターシス
テムとの間は図示してない真空容器で結合されている。
このシャッターは試料交換等のときに使用するが、モノ
クロメーターシステムの試料位置側に設置することによ
り、シャターでＸ線を遮断しているときでもモノクロメ
ーターの結晶には放射光が照射される。こうすることに
より、放射光による単色化結晶への熱負荷と図示してな
い結晶の冷却系との間での熱平衡をこわすことなく試料
交換が出来、シャッターを開けることにより、直ちに測
定等を安定して行なうことが出来る。
【００３６】図９にこれらシステムに用いる真空容器接
合部の断面図を示す。放射光のＸ線は非常に強度が大き
いため、金属容器を通過させてから外部に出るように工
夫する必要がある。通常この金属容器を真空容器が兼用
するが、真空容器はその溶接接合部分が薄かったり、Ｏ
−リングしかなく、所定の金属の厚さを通過せずに大気
中にＸ線が放出されることがある。このようなことを防
ぐため、従来は、鉛の板で全体を蔽う等の工夫をしてき
た。しかし、図９に示すように嵌めあい型の構造とし
て、接合することにより、Ｘ線が必ず所定の厚みの金属
板を通過させることが出来る。これにより、特定の方向
に回折されたＸ線がほとんど減衰しないで大気中に放出
され、被ばくが発生するような事故を大幅に減らすこと
が出来る。
合部の断面図を示す。放射光のＸ線は非常に強度が大き
いため、金属容器を通過させてから外部に出るように工
夫する必要がある。通常この金属容器を真空容器が兼用
するが、真空容器はその溶接接合部分が薄かったり、Ｏ
−リングしかなく、所定の金属の厚さを通過せずに大気
中にＸ線が放出されることがある。このようなことを防
ぐため、従来は、鉛の板で全体を蔽う等の工夫をしてき
た。しかし、図９に示すように嵌めあい型の構造とし
て、接合することにより、Ｘ線が必ず所定の厚みの金属
板を通過させることが出来る。これにより、特定の方向
に回折されたＸ線がほとんど減衰しないで大気中に放出
され、被ばくが発生するような事故を大幅に減らすこと
が出来る。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は従来の２
結晶モノクロメーターと比較して、広い波長帯域のＸ線
を単色化可能でありかつ常に放射光による熱負荷と冷却
系の熱平衡を保てるため、一度の調整を行なっておくこ
とにより、帯域や試料を変更しても長時間を要する調整
を行なうことなく、測定等のＸ線利用が可能となる。ま
た、本発明は第二結晶を湾曲させることにより、単色化
可能な全ての波長領域で試料位置にＸ線を集光可能であ
り、試料位置での単位面積あたりのＸ線強度を大きく取
ることが出来、高精度な測定をおこなうことが可能であ
る。更に、本発明の真空容器は嵌めあい型にした上で、
溶接等の真空シールを施しているため、大気中への漏洩
Ｘ線量が小さく出来、被ばく等の放射線による事故の確
率を低く抑えた安全な構造となっている。
結晶モノクロメーターと比較して、広い波長帯域のＸ線
を単色化可能でありかつ常に放射光による熱負荷と冷却
系の熱平衡を保てるため、一度の調整を行なっておくこ
とにより、帯域や試料を変更しても長時間を要する調整
を行なうことなく、測定等のＸ線利用が可能となる。ま
た、本発明は第二結晶を湾曲させることにより、単色化
可能な全ての波長領域で試料位置にＸ線を集光可能であ
り、試料位置での単位面積あたりのＸ線強度を大きく取
ることが出来、高精度な測定をおこなうことが可能であ
る。更に、本発明の真空容器は嵌めあい型にした上で、
溶接等の真空シールを施しているため、大気中への漏洩
Ｘ線量が小さく出来、被ばく等の放射線による事故の確
率を低く抑えた安全な構造となっている。
【図１】本発明による小形２結晶モノクロメーターの概
念図である。
念図である。
【図２】入射Ｘ線ビームと出射Ｘ線ビームの間隔を一定
とする位置制の概念図である。
とする位置制の概念図である。
【図３】入射Ｘ線ビームと出射Ｘ線ビームの間隔を一定
とする位置制御法の説明図である。
とする位置制御法の説明図である。
【図４】デチューン法による高次光除去法についての説
明図である。
明図である。
【図５】第二結晶を湾曲させることによるＸ線の集光の
原理についての説明図である。
原理についての説明図である。
【図６】第二結晶を湾曲させる機構についての説明図で
ある。
ある。
【図７】本発明によるアクチュエーターの説明図であ
る。
る。
【図８】タンデム型広帯域２結晶モノクロメーターシス
テムの説明図である。
テムの説明図である。
【図９】嵌めあい型真空容器接合部の断面図である。
１…入射Ｘ線ビーム、 ２…第一平板結晶、 ３…第二平板結晶、 ４…単色化されたＸ線ビーム、 ５…回折角設定用モーター、 ６…回折角設定用ウォームギヤ、 ７…回転テーブル、 ８…第二平板結晶の設置台、 ９…第二平板結晶微回転用モーター、 １０…直線移動台、 １１…移動量設定用モーター、 １２…第一平板結晶設置台、 １３…入射Ｘ線ビーム照射点、 ２０…Ｘ線源、 ２１…試料位置、 ２２…仮想Ｘ線源、 ３０及び３１…アクチュエーター、 ３２…第二結晶歯部、 ３３…固定子、 ３４…回転子、 ３５…２重回転軸の外軸、 ３６…軸受、 ３７…２重回転軸の内軸、 ３８…ネジ部、 ３９…モーターハウジング、 ４０…熱フィルター、 ４１…真空容器、 ４２…制御装置、 ４３…Ｘ線シャッター。
Claims (5)
- 【請求項１】一方の平板結晶の表面でＸ線を回折させ、
他方の平板結晶を湾曲させＸ線を単色化すると同時に、
単色化したＸ線を照射する試料位置でＸ線ビームを収束
させる２結晶モノクロメーターにおいて、湾曲の量及び
微小角度の調整機構に２重軸をもつモーターの直線移動
運動を利用したことを特徴とする２結晶Ｘ線モノクロメ
ーター。 - 【請求項２】２枚の結晶の表面でＸ線を回折させ、Ｘ線
を単色化する２結晶モノクロメーターにおいて、Ｘ線経
路への挿入退避が可能な移動機構を備えた単色化する波
長帯域が異なる複数組のモノクロメーターを単一の真空
層に備えることを特徴とする２結晶Ｘ線モノクロメータ
ー。 - 【請求項３】請求項１又は２の２結晶Ｘ線モノクロメー
ターにおいて、Ｘ線ビームの行路を真空容器内に設置
し、平板結晶の回折角度、２枚の平板結晶の回折面の垂
直距離、並行からの微小ずれ角度、湾曲量及び移動機構
を真空容器外部から制御できるような機構を備えたこと
を特徴とする２結晶Ｘ線モノクロメーター。 - 【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項におい
て、２結晶Ｘ線モノクロメーターの単色化したＸ線の出
射側にＸ線ビームの遮断機構を設けたことを特徴とする
２結晶Ｘ線モノクロメーター。 - 【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１項におい
て、２結晶Ｘ線モノクロメーターの真空層の接合部を嵌
め合いにした上で真空シールすることを特徴とする２結
晶Ｘ線モノクロメーター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4261097A JPH06109898A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | ２結晶ｘ線モノクロメーター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4261097A JPH06109898A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | ２結晶ｘ線モノクロメーター |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06109898A true JPH06109898A (ja) | 1994-04-22 |
Family
ID=17357047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4261097A Pending JPH06109898A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | ２結晶ｘ線モノクロメーター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06109898A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010120377A3 (en) * | 2009-04-16 | 2011-03-24 | Silver Eric H | Monochromatic x-ray methods and apparatus |
| US10398910B2 (en) | 2017-05-19 | 2019-09-03 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic X-ray imaging systems and methods |
| US10818467B2 (en) | 2018-02-09 | 2020-10-27 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic x-ray imaging systems and methods |
| US11158435B2 (en) | 2018-09-14 | 2021-10-26 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic x-ray component systems and methods |
| US11213265B2 (en) | 2018-02-09 | 2022-01-04 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic x-ray imaging systems and methods |
| US12253480B2 (en) | 2014-06-24 | 2025-03-18 | Imagine Scientific, Inc. | Methods and apparatus for determining information regarding chemical composition using x-ray radiation |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP4261097A patent/JPH06109898A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010120377A3 (en) * | 2009-04-16 | 2011-03-24 | Silver Eric H | Monochromatic x-ray methods and apparatus |
| US8331534B2 (en) | 2009-04-16 | 2012-12-11 | Silver Eric H | Monochromatic X-ray methods and apparatus |
| US9326744B2 (en) | 2009-04-16 | 2016-05-03 | Eric H. Silver | Monochromatic X-ray methods and apparatus |
| US10299743B2 (en) | 2009-04-16 | 2019-05-28 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic X-ray methods and apparatus |
| US11903754B2 (en) | 2009-04-16 | 2024-02-20 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic X-ray methods and apparatus |
| US12253480B2 (en) | 2014-06-24 | 2025-03-18 | Imagine Scientific, Inc. | Methods and apparatus for determining information regarding chemical composition using x-ray radiation |
| US10532223B2 (en) | 2017-05-19 | 2020-01-14 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic X-ray imaging systems and methods |
| US10806946B2 (en) | 2017-05-19 | 2020-10-20 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic X-ray systems and methods |
| US11833369B2 (en) | 2017-05-19 | 2023-12-05 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic x-ray imaging systems and methods |
| US10857383B2 (en) | 2017-05-19 | 2020-12-08 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic x-ray systems and methods |
| US10398909B2 (en) | 2017-05-19 | 2019-09-03 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic x-ray systems and methods |
| US11185714B2 (en) | 2017-05-19 | 2021-11-30 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic x-ray imaging systems and methods |
| US10398910B2 (en) | 2017-05-19 | 2019-09-03 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic X-ray imaging systems and methods |
| US10818467B2 (en) | 2018-02-09 | 2020-10-27 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic x-ray imaging systems and methods |
| US11744536B2 (en) | 2018-02-09 | 2023-09-05 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic x-ray imaging systems and methods |
| US11213265B2 (en) | 2018-02-09 | 2022-01-04 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic x-ray imaging systems and methods |
| US12521076B2 (en) | 2018-02-09 | 2026-01-13 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic x-ray imaging systems and methods |
| US11158435B2 (en) | 2018-09-14 | 2021-10-26 | Imagine Scientific, Inc. | Monochromatic x-ray component systems and methods |
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