JP3090780B2 - X線回折像動的露光装置 - Google Patents

X線回折像動的露光装置

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JP3090780B2
JP3090780B2 JP04130007A JP13000792A JP3090780B2 JP 3090780 B2 JP3090780 B2 JP 3090780B2 JP 04130007 A JP04130007 A JP 04130007A JP 13000792 A JP13000792 A JP 13000792A JP 3090780 B2 JP3090780 B2 JP 3090780B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線回折を用いて金属
や非金属の構造を解析するためのX線回折像動的露光装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】X線回折による構造解析の分野では、当
初、X線写真法が使用されてきた。この手法によれば、
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、X線写真法は、定量性や測定の能率、更
には感度の面で問題があったため、これらの点において
優れた計数管法が発達し、現在、主流を占めている。し
かしながら、計数管法は、定量性には優れているが、点
検出方式であるため、面検出方式であるX線写真法に比
べて、得られる結晶組織に関する情報が極めて不十分で
あるし、やはり能率の点でも問題があった。
【0003】そこで、本発明者らは、特開平2−120
43号公報に示すように、定量性と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し、複数のX
線回折像を連続的に、順次、露光・読み取り・消去する
ことができる連続的X線回折像撮影法を提案した。
【0004】上記公報に記載の方法では、定量性に優れ
たイメージングプレートを使用しているが、回折X線の
露光時にイメージングプレートが平面をなしているため
に、その定量性の良さを充分に生かしていなかった。ま
た、この方法を実施する装置は、露光・読み取り等が一
体式のために、その重量が約100kgと重く、このた
め、この装置を用いて、任意の回折角度で露光可能に構
成することは困難であった。即ち、この装置は、特定の
回折角度に固定されて使用されるものであり、これを任
意の角度に移動可能に構成することは、その重量と大き
さのために困難であった。即ち、複数の像を連続的に露
光させるに際し、定量性が確保されない、任意の回折角
度で露光が行えない、という問題があった。
【0005】そこで、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回転可能に取り付けられた複数の支
持面を有するイメージングプレート支持台とから構成さ
れるX線回折像露光装置を提案した。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】定量性と感度の点で優
れたイメージングプレートは、面で検出する二次元検出
器であり、一次元を時間軸として利用した動的露光に利
用することが可能である。上記特願平3−146941
号に記載の装置では、定量性は確保されたが、イメージ
ングプレートの一次元を時間軸として利用した動的露光
が困難であった。即ち、イメージングプレートの回折角
度(試料回転軸の回りの)内で測定可能なX線回折アー
ク(回折面)の数が複数となり、単一のX線回折アーク
の動的露光が困難であった。単一のX線回折アークの時
間変化をイメージングプレート上に露光すれば、高速現
象の解析が可能となる。また、X線回折アークの時間変
化の露光と試料の回転を同期させれば、結晶粒を1個1
個直接投影する“直接極点図”を短時間で露光すること
が可能となる。従来、このような直接極点図の露光は不
可能とされてきた。また、現在行われている計数管法に
よる間接法極点図では、上述したような結晶粒の投影は
不可能である上、数時間を要し能率の点で劣る。
【0007】また、上記特願平3−146941号に記
載の装置では、ノイズが強くS/N比(信号/ノイズ
比)が悪いという問題があった。ノイズとしては、試料
からの回折X線のうち目的の回折X線でないもの、及び
試料でない他の材料(加熱炉の窓、コリメータなど)か
らの回折X線などの妨害回折X線、さらにX線が物質
(加熱炉の窓、空気など)に当り発生する散乱X線があ
げられる。S/N比の高い露光を行うためには、これら
のノイズを防止することが必要となる。
【0008】そこで、本発明の目的は、X線回折アーク
の時間変化を高S/N比で動的に露光し、また、直接極
点図を短時間で露光することができるX線回折像動的露
光装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明のX線回折像動的露光装置は、試料と同
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イメージングプレート
支持台と、前記試料と前記イメージングプレート支持台
との間に設けられ、回折X線アークの形状に対応する線
状の開口部を有するスクリーンとを具備し、前記イメー
ジングプレート支持台に取り付けたイメージングプレー
トに、前記スクリーンによって制限した回折X線を露光
させながら、前記ゴニオメータアームを回転し、前記イ
メージングプレート上にX線回折像の動的変化を露光す
るように構成されている。
【0010】また、前記ゴニオメータアームの回転に同
期させて前記試料を回転させるように構成されている。
【0011】
【作用】本発明においては、X線回折アークの形状に合
わせた線状の開口部を有するスクリーンを利用し、単一
のX線回折アークの選択を行うとともに、妨害回折X線
及び散乱X線を防ぎノイズを低減する。このためには、
スクリーンの開口部の幅を小さくし、スクリーンおよび
イメージングプレート支持台の材料のX線遮蔽能を高く
するとともに、望ましくは複数のスクリーンを使用す
る。
【0012】ゴニオメータアームの回転により、イメー
ジングプレートのX線回折像の動的変化を露光すること
が可能となる。また、試料回転との角速度比を一定とし
たゴニオメータアームの同期回転により、直接極点図の
露光が可能となる。
【0013】
【実施例】以下、本発明を実施例につき図面を参照して
説明する。
【0014】本発明の第1の実施例によるX線回折像動
的露光装置の平面図を図1に示す。X線源1で発生した
X線2は、シャッター3、フィルター4及びコリメータ
5を経て試料6に入射される。16はこの入射X線のた
めの光学系を載せる入射装置台である。試料6はゴニオ
メータ8に搭載された回転可能な試料台(この場合は加
熱炉)7の中に取り付けられる。この装置は、試料6と
同一の回転中心を持つゴニオメータアーム13を有し、
このゴニオメータアーム13上にイメージングプレート
支持台11が軸12により回転可能に取り付けられてい
る。
【0015】イメージングプレート支持台11の各支持
面11aは、回折X線9のイメージングプレート10へ
の垂直入射、及び試料6からの距離Rを一定とするため
の球面とし、定量性の確保を行う。X線回折アークの短
い範囲においてのみ定量性を確保すればよい場合は、球
面の代わりに円筒面で代替することも可能である。ま
た、図1ではイメージングプレート支持台11が4個の
支持面11aを有し、回転可能としたが、本発明では複
数の回折像の連続的露光は構成要件ではなく、イメージ
ングプレート支持台11は1個の支持面を有し、回転不
可能な構造でもよい。各支持面11aにはイメージング
プレート10が取り付けられる。イメージングプレート
支持台11は外部放射線の透過を防ぐために密度の高い
物質で厚く作ることが望ましいが、回転するゴニオメー
タアーム13に搭載するため軽量性も要求される。例え
ば鉄で3mm厚み、アルミニウムで8mm厚みとする。
【0016】試料6とイメージングプレート支持台11
との間にはスクリーン14が設けられている。図2に示
すように、このスクリーン14は回折X線アークの形状
に対応する線状の開口部14aを有している。スクリー
ン14の材質は回折X線9を十分制限でき、かつ外部放
射線の透過を防ぐために厚い金属がよい。通常の波長領
域0.7Å〜2Åにおいては、鋼板を用いれば少なくと
も2mmの厚さが必要である。開口部14aの幅は回折
ピークの強度曲線プロフィールを測定し、十分に回折ピ
ーク曲線が含まれる寸法に設定する。幅が広すぎるとノ
イズが増大し、狭すぎると目的の回折ピークをカットす
る危険が生じる。通常、回折角度で1°〜2°程度で十
分である。スクリーン14は、入射X線に対して正しく
角度及び位置を固定しておく必要があるため、入射装置
台16に固定することとし、スクリーン固定アーム17
を使用する。ただし、スクリーン14の位置及び角度を
正確に調整するためには、微動機構を介してスクリーン
固定アーム17にスクリーン14を取り付けることが望
ましい。
【0017】S/N比の高い露光を行うためには、ノイ
ズを防止することが必要となるが、そのためにスクリー
ン14とイメージングプレート10の間、またはスクリ
ーン14と試料6の間に附加スクリーン19を設けるこ
とが望ましい。附加スクリーン19を1個または2個使
用すればS/N比改善に効果がある。
【0018】ランプ15にはイメージングプレート10
の露光前のノイズを消去するために必要な輝度が要求さ
れる。市販の蛍光灯またはハロゲンランプであればよ
い。またランプ15の設置位置はスクリーン14の開口
部14aを通過する回折X線を妨害しないように選ぶこ
とが必要である。
【0019】試料6とイメージングプレート10との間
の距離Rを近づけると、回折X線強度は増すが角度分解
能が劣化する。強度と角度分解能のバランスを考慮し適
切な値を決める必要があるが、距離Rは200〜600
mmが適切と考えられる。
【0020】ビームストッパー20と遮蔽板21によ
り、イメージングプレート10へのノイズの増大を防
ぐ。
【0021】本発明の第2の実施例によるX線回折像動
的露光装置の平面図を図3に示す。この装置において
は、イメージングプレート支持台11の代わりに長尺支
持台18を使用する。長尺支持台18は回転機構がなく
簡便に製作でき、イメージングプレート10を長尺とし
て回折角度範囲を広くしてある。また、S/N比を高く
するための附加スクリーン19も図中に示した。附加ス
クリーン19はスクリーン14と同様に、スクリーン固
定アーム17に固定する。他の構成は、図1の第1の実
施例と同様である。
【0022】次に、本発明を具体的な実験例について説
明する。
【0023】本発明の装置を用いて鋼板の試料加熱測定
を行った。 (1)X線回折アークの時間変化の測定 (2)直接極点図の測定
【0024】(1)X線回折アークの時間変化の測定
【0025】実験例1 図1に示した装置を用い、イメージングプレート支持台
11の各支持面11aは半径R=300mmの球面と
し、露光するイメージングプレート面が試料を中心とし
た半径R=300mmの球面となるように、ゴニオメー
タアーム13に取り付けた。カセットに封入した角形の
4枚のイメージングプレート10をイメージングプレー
ト支持台11に取り付けた。露光開始より読み取り開始
まで照明を消し、装置を暗く保てる場合はカセットに封
入する必要はない。各イメージングプレート10は、長
さ250mm、幅200mmであり、検出可能な回折角
度の範囲は48度であった。実験室において、Mo管球
(50kV、30mA)より発生させた特性X線を、フ
ィルター4及びコリメータ5を通して直径1mmの平行
ビームとし、試料6に入射させた。試料6は鋼板であ
り、加熱炉7の中に設置し、温度を600℃、700
℃、800℃、900℃に保持し、イメージングプレー
ト10を交換しながら、計4回の測定を行った。試料6
からの回折X線9はスクリーン14を通り、イメージン
グプレート10の上にX線回折アークの像を生じる。ス
クリーン14は鉄の200反射のX線回折アークのみを
選択するように固定した。附加スクリーン19は本実験
例では使用しなかった。ランプ15によりイメージング
プレート10上の残留像を消去したのち、ゴニオメータ
アーム13を低角度40度から高角度80度まで20秒
で走査する間、シャッター3を開放し、イメージングプ
レート10の上にX線回折アークの時間変化を露光させ
た。露光後、他の読み取り専用装置で読み取りを行っ
た。
【0026】実験例2 附加スクリーン19を付け加えたが、その位置は図1に
示す位置とした。他の条件は、実験例1と同様である。
加熱炉7の窓材であるベリリウムの回折線などのノイズ
を附加スクリーン19の併用により除去でき、S/N比
が向上した。
【0027】実験例3 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とした光源を用いて実
験を行った。他の条件は、実験例1と同様である。
【0028】比較実験例1 特願平3−146941号に記載の装置を用いて露光を
行い、他の読み取り専用装置で読み取りを行った。イメ
ージングプレートの代わりにカセットに封入した角形の
長さ250mm、幅200mmのX線フィルムを使用し
た。スクリーン14は本例では用いない。他の条件は、
実験例1と同様である。回折X線がX線フィルムの検出
感度の下限以下のため全く検出されなかった。
【0029】以上の実験結果を次表1に示す。
【0030】 表 1 ────────────────────────────────── X線回折アーク X線源 時間変化 S/N比 ────────────────────────────────── 比較実験例1 Mo管球 検出不可 − (50kV、30mA) 実験例1 Mo管球 検出 3 (50kV、30mA) 実験例2 Mo管球 検出 15 (50kV、30mA) 実験例3 放射光 検出 5 (2.5GeV、200mA) ──────────────────────────────────
【0031】(2)直接極点図の測定
【0032】実験例4 図3に示した装置を用いた。イメージングプレート10
の長尺支持台18の検出可能な回折角度範囲は90°と
し、イメージングプレート10の支持面が半径R=30
0mmの球面となるようにした。長尺支持台18をイメ
ージングプレート面が試料6を中心とした半径R=30
0mmの球面となるように、ゴニオメータアーム13に
取り付けた。カセットに封入した角形の長さ470mm
で幅は200mmとしたイメージングプレート10を支
持面に取り付けた。実験室において、Mo管球(50k
V、30mA)より発生させた特性X線を、フィルター
4及びコリメータ5を通して直径1mmの平行ビームと
し、試料6に入射させた。試料6は鋼板であり、加熱炉
7の中に設置し、温度を800℃に保持し、1回の測定
を行った。試料6からの回折X線9はスクリーン14を
通り、イメージングプレート10の上にX線回折アーク
の像を生じる。スクリーン14は鉄の200反射のX線
回折アークのみを選択するように固定した。附加スクリ
ーン19は本実験例では使用しなかった。ランプ15に
よりイメージングプレート10上の残留像を消去したの
ち、ゴニオメータアーム13を低角度20度から高角度
100度まで40秒で走査する間、シャッター3を開放
し、ゴニオメータアーム13と同期させながら、試料6
を40度回転させ、イメージングプレート10の上に直
接極点図を露光させた。露光後、他の読み取り専用装置
で読み取りを行った。
【0033】実験例5 附加スクリーン19を図3に示す位置に付け加えた。他
の条件は、実験例4と同様である。加熱炉7の窓材であ
るベリリウムの回折線などのノイズを附加スクリーン1
9の併用により除去でき、S/N比が向上した。
【0034】実験例6 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とした光源を用いて実
験を行った。他の条件は、実験例4と同様である。
【0035】比較実験例2 特願平3−146941号に記載の装置を用いて露光を
行い、他の読み取り専用装置で読み取りを行った。スク
リーン14は用いない。他の条件は、実験例4と同様で
ある。目的の200反射の直接極点図が他の不必要な反
射の直接極点図の露光と重なり、目的の200反射の直
接極点図のS/N比は極めて低い。
【0036】以上の実験結果を次表2に示す。
【0037】 表 2 ────────────────────────────────── 200反射の X線源 直接極点図 S/N比 ────────────────────────────────── 比較実験例2 Mo管球 検出したが他の反射の 0.2 (50kV、30mA) 直接極点図と重なる 実験例4 Mo管球 検出 4 (50kV、30mA) 実験例5 Mo管球 検出 20 (50kV、30mA) 実験例6 放射光 検出 7 (2.5GeV、200mA) ──────────────────────────────────
【0038】
【発明の効果】本発明の装置によれば、X線回折アーク
の時間変化が高S/N比で露光できる。また、直接極点
図を短時間でかつ高S/N比で露光できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例によるX線回折像動的露
光装置の概略構成を示す平面図である。
【図2】スクリーンの立面図である。
【図3】本発明の第2の実施例によるX線回折像動的露
光装置の概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
1 X線源 2 X線 3 シャッター 4 フィルター 5 コリメータ 6 試料 7 加熱炉(試料台) 8 ゴニオメータ 9 回折X線 10 イメージングプレート 11 イメージングプレート支持台 11a 支持面 12 軸 13 ゴニオメータアーム 14 スクリーン 14a 線状の開口部 15 ランプ 16 入射装置台 17 スクリーン固定アーム 18 長尺支持台 19 附加スクリーン 20 ビームストッパー 21 遮蔽板 R 試料とイメージングプレートとの間の距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−296944(JP,A) 特開 平6−160308(JP,A) 特開 平4−346060(JP,A) 特開 平1−206247(JP,A) 特公 昭29−5766(JP,B1) 実公 昭34−3418(JP,Y1) 川崎宏一,「放射光による鉄鋼材料の 解析」,SR科学技術情報,(1991), Vol.1,No.4,p8−p15 川崎宏一,岩崎博,「放射光による結 晶粒方位分布変化の動的観察」,放射 光,(Aug.1992),Vol.5,N o.3,p239−p251 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 23/20 - 23/207 JICSTファイル(JOIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料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イメージン
    グプレート支持台と、 前記試料と前記イメージングプレート支持台との間に設
    けられ、回折X線アークの形状に対応する線状の開口部
    を有するスクリーンとを具備し、 前記イメージングプレート支持台に取り付けたイメージ
    ングプレートに、前記スクリーンによって制限した回折
    X線を露光させながら、前記ゴニオメータアームを回転
    し、前記イメージングプレート上にX線回折像の動的変
    化を露光するように構成されていることを特徴とするX
    線回折像動的露光装置。
  2. 【請求項2】 前記ゴニオメータアームの回転に同期さ
    せて前記試料を回転させるように構成されていることを
    特徴とする請求項1に記載のX線回折像動的露光装置。
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JP4909154B2 (ja) * 2007-03-30 2012-04-04 株式会社リガク 結晶粒の極点図測定方法およびその装置
JP7181603B2 (ja) * 2019-08-16 2022-12-01 株式会社リガク X線分析用試料保持装置

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Title
川崎宏一,「放射光による鉄鋼材料の解析」,SR科学技術情報,(1991),Vol.1,No.4,p8−p15
川崎宏一,岩崎博,「放射光による結晶粒方位分布変化の動的観察」,放射光,(Aug.1992),Vol.5,No.3,p239−p251

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