JP4478792B2 - 背面設置型ｘ線検出方法 - Google Patents

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Description

本発明は、Ｘ線測定技術に関し、特に、元素固有の特性Ｘ線を効率よく検出する方法に関するものである。
試料をＸ線、電子線、イオンビームなどの一次ビームで衝撃して、その際に試料から発生する各元素固有の特性Ｘ線を検出する方法は、生物学、医学、歯学、材料科学、地質学、地球科学から犯罪捜査など非常に幅広い分野で利用されている。例えば、特性Ｘ線を分光することにより元素分析を行う方法などが知られている。
特性Ｘ線を分光する際には、Ｘ線検出器は従来、一次ビームが入射する試料面を基準としてビーム光源と同じ側に設置され、ビーム光源からみて試料前面から発せられる特性Ｘ線を測定する方式が採用されてきた。しかしながら、一次ビームの入射を妨害しないように検出器を設置する必要があるため、この方式では、幾何学的な制約から検出器を試料に近づけることができず、試料を臨む角度は制限されてしまう。
したがって、本発明は、試料の前方、すなわち、一次ビームが入射する試料面を基準としてビーム光源と同じ側にＸ線検出器を設置する従来の特性Ｘ線検出法と比較して、検出器と試料の位置関係の制限が少なく、格段に効率よくＸ線検出を行うことができる方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明は、ビーム光源を基準として光軸延長上に配置された試料の背面にＸ線検出器を配置する方式により特性Ｘ線検出を行う方法を課題解決手段とする。
要するに、本発明は、イオンビームの一次ビームの衝撃により、試料から発生する特性Ｘ線を検出する方法であって、ビーム光源を基準として光軸延長上に配置された試料の背面にＸ線検出器を配置し、ビーム光源を基準として該検出器のビームの光軸延長上を含む前面に、入射一次ビームの該Ｘ線検出素子への透過を防ぐダンパー材を設置することを特徴とする方法である。
本発明のＸ線検出方法によれば、従来の方法に比べて検出効率が大幅に向上することから、その波及効果は非常に大きいと思われる。
本発明は、イオンビームの一次ビームの衝撃により、試料から発生する特性Ｘ線を検出する方法であって、ビーム光源を基準として光軸延長上に配置された試料の背面にＸ線検出器を配置し、ビーム光源を基準として該検出器のビームの光軸延長上を含む前面に、入射一次ビームの該Ｘ線検出素子への透過を防ぐダンパー材（ビームダンパー）を設置することを特徴とする方法である。本発明のＸ線検出方法の一実施態様を図１に示す。
検出器から試料を見込む角度を最大にするためには、一次ビームを妨害することのない試料背面に検出器を設置すればよい。この場合、一次ビームを止めるビームダンパーを検出器前面に取り付けなければならない。このビームダンパーを可能限り小さくかつ薄くして、試料と検出器の間に設置することで、試料から発生する低エネルギーから高エネルギーまでの特性Ｘ線を効率よく検出することが可能になる。
本発明においてＸ線検出器は、当技術分野において既知のいずれか適するものを使用することができる。ビームダンパーは、入射一次ビームのＸ線検出素子への透過を防ぐ材質のものであればよい。二次Ｘ線の発生を防ぐため、炭素などの軽元素で構成され、不純物が少ないことを要する。本発明においては、例えば、グラッシーカーボンを使用することができる。低いエネルギーの特性Ｘ線の遮蔽を避けるため、Ｘ線検出素子より面積が小さいことが好ましいが、測定対象のＸ線のエネルギーがダンパー材を透過できるほど高い場合には、検出素子より大きくてもよい。ビームダンパーの厚さは一次ビームの種類とエネルギーに依存して選択することができる。電子・イオンなど物質中での飛程（その物質を透過できる距離）が短い場合は、厚さは数百ミクロンでよく、透過力の強いＸ線の場合は、そのエネルギーに依存して数ミリ程度の厚さを要する。
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。
本発明のＸ線検出方法を用いて特性Ｘ線検出評価を行った。評価は、従来法である検出器を試料の前方に配置する方式と比較して行った。
使用した測定系の配置図を図１及び図２に示す。図１は、本発明のＸ線検出方法であり、図２は、従来技術のＸ線検出方法を示す図である。
図１において、Ｘ線検出器の外径はφ30mm、素子の有効面積は100mm2である。検出器前面（試料側）からその内部の素子までの距離は4mm、試料から検出器までの距離は2.5mmである。ビームダンパーは、直径φ2mm、厚さ0.5mmのグラッシーカーボン（密度1.519g/cm3）を使用した。したがって、試料から検出器素子までの距離は6.5mmで、試料を臨む全体の立体角は1.54sr、ビームダンパーにより影になる部分の立体角は0.66srとなる。Ｘ線の検出効率の評価に際しては、ビームダンパーによるＸ線の吸収を考慮して行った。
図２において、Ｘ線検出器は図１と同様であり、一次ビーム光軸に対して45°の角度で、ビーム光軸を妨害しないように検出器をビーム光軸から2mm離すとすると、試料から検出器素子までの距離は21.8mmで、試料を臨む立体角は0.2srとなる。
透過率はＸ線のエネルギーにより異なることから、評価は、カルシウムの特性Ｘ線（3.69keV）と銅の特性Ｘ線（8.04keV）について行った。カルシウムの場合、ビームダンパーでのＸ線の透過率は2.6％であるから、従来法と比較して（0.66×0.026＋0.88）／0.2≒4.4倍効率が高くなった。また、銅の場合は、ビームダンパーでのＸ線の透過率は73％であり、従来法と比較して（0.66×0.73＋0.88）／0.2≒6.8倍高効率となった。
本実施例では、およそ4〜7倍効率よく特性Ｘ線を検出することが可能であり、従来の５分の１程度の時間で元素分析を行うことが可能になる。したがって、本発明は、特に、測定に長時間を要する元素の二次元分布測定を行う面分析に有効である。また、一次ビームの照射量を５分の１に低減可能であることから、試料の照射損傷を防ぐことができ、元素分析における感度・精度が格段に向上する。
図１は、本発明のＸ線検出方法の一実施態様を示す図である。 図２は、従来技術のＸ線検出方法を示す図である。

Claims (1)

  1. イオンビームの一次ビームの衝撃により、試料から発生する特性Ｘ線を検出する方法であって、ビーム光源を基準として光軸延長上に配置された試料の背面にＸ線検出器を配置し、ビーム光源を基準として該検出器のビームの光軸延長上を含む前面に、入射一次ビームの該Ｘ線検出素子への透過を防ぐダンパー材を設置することを特徴とする方法。
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