JPH02291993A - Ｘ線カウンタの計数損失効果の解消方法及び線型増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、物質のＸ線吸収端近傍のＸ線吸収係数の微細
振勅［［ｘｔｅｎｄｅｄ　ｌ−ｒａｙ　ｌｂｓｏｒｐｔ
ｉｏｎ　［ｊｉｎｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ（以下、８ＸＡ
ＦＳと言う）］を劃定して、物質の局所的構造を解明す
るＸ線構造解析装置に係わり、特に、非晶質、準結晶等
の構造解析に好適なＸ線カウンタの計数損失効果の解消
方法及び波形整形時定数連続可変型線型増幅器に関する
。

（従来技術） 第１０図は、従来型の基本的な角度分散型実験室系ＢＸ
ＡＦＳ測定袈置の構成図である。同図において、厚さｔ
の試料にエネルギーＥ１強度■。（Ｅ）のＸ線が入射し
、試料を透過したＸ線の強度をＩ　（Ｅ）とすると、吸
収係数μ（Ｅ）との関係式は、で定義される。Ｘ線管（
ＸＳ）から出る白色Ｘ線を分光結晶（’ＭＣ＞で単色化
して試料（ＳＰ）への入射Ｘ線に用いる。まず、試料を
設置しない状態で必要な角度範囲を一度走査して入射Ｘ
線強度Ｉｏ（Ｅ）を得（ブランク測定）、次に試料を取
付け、同じ角度範囲で再び走査して試料透過強度Ｉ　　
（Ｅ＞を得る（試料測定）第９図は、非晶質’ｇｔｏ２
ｎ３。合金の２ｎのＫ吸収端近傍の入射Ｘ線強度曲線（
下方）及び（１）式から求めたＸ線吸収係数曲線（上方
）である。測定された入射Ｘ線強度曲線には、Ｘ線管の
対陰掻金属のモリブデンに不純物として含まれるタング
ステンの鋭い特性Ｘ線ＷＬβ１、ＷＬβ２、ＷＬβ，が
みられ、吸収係数曲線にはそのエネルギー位置で不自然
な変動のデータグリッチと呼ばれるノイズ、（Ｇ．　、
Ｇ２、ＧＯ）が現れている。このようなＸ線管の対陰極
に含まれる様々な不純物によるある種の特性Ｘ線のエネ
ルギーは、ＥＸＡＦＳ測定の領域内に位置することがあ
り、Ｘ線吸収原子回りの局所的な構造、特に、隣り合う
原子間の距離や原子の配位数等の正確な情報を取得する
ためには大きな障害となっていた。上記データグリッチ
の発生原因は、■ブランク測定及び試料測定の２回の走
査によるゴニオメー夕の角度位置のズレ（再現性）、■
特性Ｘ線が高強度のために生ずるＸ線カウンタ系の不感
時間による計数損失、■Ｘ線源強度の不安定な変動によ
るものである。

本発明者の一人は、データグリッチのないなめらかな吸
収曲線を得ることを目的として、試料を取り外すことな
く１回の角度走査でＩ。、■のＸ線強度を測定し、また
、計数損失の補正を行える構造の２カウンタ式のεＸＡ
ＦＳ測定装置を開発し、特願昭５９−７７８０号に提案
した。

第８図は、上記２カウンタ式ＩＥＸＡＦＳ測定装置の構
成図である。同図において、対陰極型ＭＯ管球（ＸＳ）
から加速電圧２０ＫＶ，管電流４０ｍＡで発生した白色
Ｘ線は、拡散抑制用のソラースリット（３３）及び発散
スリッ｝　（ＤＳ）を通過して、ゴニオメータ（ＧＭ）
の中心軸上に設置された回折面（面間隔２．０１３人（
２　０　０）面）を宥する平板状ＬｉＦの分光結晶（Ｍ
Ｃ）に照射される。分光された単色Ｘ線は、前記回折面
の中心軸で回転するカウンタアーム（ＣＡ）上に配置さ
れた検出器系に導入される。検出器系では、再びソラー
スリット　（ＳＳ）と受光スリット　（ＲＳ）によって
拡散を抑制された後、透過型の第１のＩｏカウンタ（Ｃ
１）に入り入射Ｘ線強度ｔｏがモニターされる。　■．
カウンタを透過したＸ線は、真空槽内にあって液体Ｎ２
デュワー（ＣＳ）の熱伝導で冷却された試料（Ｓ　Ｐ）
に照射され、次いで、第２の試料透過Ｘ線強度■が第２
のＩカウンタ（Ｃ２）で検出される。このＩカウンタは
、カウンタの検出領域（有効長）を連続的に可変できる
隔壁を有しており、０〜９５％の範囲で■カウンタのＸ
線吸収率を調節できる。Ｉ０、Ｉカウンタで発生したＸ
線光子パルスは、その計数系及び制御系において、検出
信号として前置増幅器（ＰＡ）でインピーダンス変換さ
れ、線型（主）増幅器（ＭＡ）でガウス型波形整形され
る。主増幅器の出力パルスの高さはＸ線光子エネルギー
に比例してふり、また、この出力パルスは波高弁別器（
ＳＡ）を通り、ここで分光結晶からの高調波Ｘ線、天然
の宇宙線、及び前置増幅器の雑音等によるパルスが除去
される。波高弁別器の出力パルスは３チャンネルスケー
ラ−（ＳＴ）で計数される。このスケーラーの第３チャ
ンネルはプリセット機能を持っており、定計数法（Ｆｉ
ｘｅｄ　Ｃｏｕｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄ）によって計測して
いる。各角度位置θで計られた！。カウンタの計数値、
Ｉカウンタの計数値、及び測定に要した時間は、計数終
了後にマイクロコンピュータ（μＣＰ）のメモリーに蓄
えられ、その後、マイクロコンビュータからゴニオメー
ターへ指令パルスが送られ、ゴニオメーターは定められ
た角度Δθだけ回転し、次の角度位置θ＋Δθへ送られ
る。

すなわち、上記装置は、ゴニオメー夕の角度走査毎の角
度位置ズレを無くすこと、Ｉｏ及び■を一度に測定して
Ｘ線源強度の変動の影響を受けなくすること、試料を動
かさないこと、Ｘ線検出器の計数損失に対する正確な補
正が行えること等によって、データグリッチを消去する
ものであった。

特に、試料透過Ｘ線に対する検出領域（有効長）を連続
的に可変できるＩカウンタの隔壁を移動することによっ
て、ＩｏカウンタとＩカウンタの計数率のバランスをと
ることにより、カウンタの不感時間による計数損失の効
果を無くしてデータグリッチを消去するものであった。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記２カウンタ式ＥＸＡＦＳ測定では、Ｉカウ
ンタとしてエネルギー分解能に優れた半導体検出器を用
いる必要がある場合（主に吸収端が低エネルギー側にあ
り、高次高調波の影響を受けないようにしたい場合）に
は適用できないこと、また、本来■カウンタでの検出効
率は１００％であることが望ましいにもかかわらず、計
数損失特性の一致条件を満足させるためにＩカウンタで
の検出効率を強制的に１００％以下に落としてしまうと
いう欠点があった。これらの欠点を克愚するため、前述
の有効長可変型プロポーショナルカウンタを最大の検出
効率で得るため、その最長の長さで用いようとするとＸ
線検出器系の不感時間による計数損失効果の問題が再び
発生することになる。

以下にＸ線検出器系の不感時間について説明する。第７
図は、上記比例計数管を用いた検出器系の電気信号の流
れ図である。前置増幅器（ＰＡ）からの微小信号が主増
幅器（ＭＡ）で増幅されると共に、ガウス型波形に整形
される。その際、パルス間隔が充分長いとき（（ａ）の
場合）は、それぞれ独立したパルスとして計数される。

しかし、パルス間隔が短いとき（（Ｃ）の場合）は、パ
ルスが重なってしまい、１つのパルスしか計数されない
。

これが数え落とし（計数損失）である。検出器系の不感
時間とは、２つのパルスがそれぞれ独立して計数される
最小のパルス間隔τ（（ｂ）の場合）である。これは、
パルス幅とほぼ同程度である。

市販されている通常の主増幅器の時定数は、１μＳＮ　
２μｓ・・・のように離散的にしか変えられないため、
２カウンタ式ＢＸＡＦＳ測定装置に用いると、半導体検
出器等のエカウンタを用いた場合、あるいは、有効長可
変型Ｉカウンタにおいてそのカウンタの長さを最大長さ
に固定して用いる場合には２つのカウンタの計数損失特
性の一致条件を満足させることができないという問題が
あった。

本発明は、Ｘ線カウンタの線型増幅器の波形整形時定数
を連続的に可変にすることにより電気信号のパルス幅、
すなわち、Ｘ線検出器系の不感時間を連続可変とし、有
効長可変型カウンタ以外のカウンタを用いた場合、ある
いは、Ｉカウンタの長さをその最大長に固定して用いる
場合にも特性Ｘ線の影響を受けないなめらかなＸ線吸収
係数曲線を得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の問題は、放射線カウンタの線型増幅器において、
波形整形時定数を連続的に変化できるように構成するこ
とによって達成することができる。

（作　用） 第８図の２カウンタ式ＩＥＸＡＦｓ測定装置において、
■。カウンタの実測される計数値を■。、その真の値（
計数損失がない理想的な場合の値）を工。′Ｉカウンタ
の実測値をＩ１その真の値を１１Ｒ＝ＩＯ／Ｉ、Ｒｔ＝
　ｌ．ｔ／Ｉｔ　とすると、Ｒ＝Ｒ’　＋　（ｒ−Ｒｔ
ｒｏ）　　Ｉｏ　　　・・・（２）が成り立つ。

ここで、ｒｏとτはそれぞれ■。カウンクとＩカウンタ
の不感時間で、 Ｉｏｔ＝Ｉｏ／　（Ｉ　　Ｉｏτ。） Ｉ’　＝Ｉ／　（１−Ｉτ） の関係がある。上記（２）式の右辺第２項が計数損失効
果を表わす。

既に開発したＸ線カウンタは■カウンタの有効長を調整
することにより、つまり、Ｒｔを、Ｒｔ＝τ／　ｒ　６
　，となるように調整し、（２）式右辺第２項のＩｏの
係数を（ｒＲｔｒｏ）＝０とすることによりデータグリ
ッチが発生しないようにするものであった。本発明は、
上述した（２）式右辺第２項のＩ０の係数を（τ−Ｒｔ
Ｚ”ｏ）＝Ｏとする方法としてＲｔに代わって、τ。ま
たはτを連続的に変えることによって不感時間によるデ
ータグリッチが発生しないようにするものである。

線型増幅器のガウス型波形整形は、微分回路と積分回路
により行われ、その波形整形時定数は微分・積分回路時
定数である。通常、この時定数は固定抵抗と固定コンデ
ンサを組合わせた回路構成によって決められる。本発明
はこれらを一例として可変抵抗、可変コンデンサによっ
て構成し、時定数を例えば０．５μｓ〜１．５μｓの間
で連続可変となるようにした。これによって、Ｘ線カウ
ンタ用線型増幅器の波形整形時定数、即ち、カウンタ系
の不感時間を連続可変にできるので、２カウンタ式ＥＸ
ＡＦＳ測定装置に適用すれば、第２の■カウンクとして
いかなるＸ線カウンタを用いても計数損失特性の一致条
件（Ｒｔ＝τ／τ。）を満足させることができる。

（発明の効果） 本発明によれば、Ｘ線カウンタ用線型増幅器の波形整形
時定数、さらに、カウンタ系の不感時間を連続可変にで
きるので、特に、２カウンタ式ＥＸＡＦＳ測定装置に適
用すればＸ線吸収係数曲線のデータグリッチを完全に消
去することができる。

従って、試料物質から、原子間の距離、原子の配位数等
の正確な情報を取得することができるようになった。ま
た、高次高調波を完全に除去するため、エネルギー分解
能に優れた半導体検出器を用いる必要がある場合にも有
効である。

本発明は、非品質、準結晶、液体溶液等の原子構造解析
に好適であるので各種セラミックスや非晶質合金等の新
け料開発への利用が期待できる。

（実施例） 以下に、本発明を詳細に説明する。

本発明は、第８図の２カウンタ式ＥＸＡＦＳ測定装置に
おいて、本発明の波形整形時定数連続可変型線型増幅器
をＩカウンタ用の線型増幅器（ＭＡ’　）として用い、
通常の時定数離散型線型増幅器（ＭＡ）をＩｏカウンタ
用に用いるものである。

本発明の一般的な線型増幅器の回路のブロック図を第１
図に示す。ステップ状の人力信号は微分回路と積分回路
を通じてガウス型に波形整形される。波形整形の時定数
は、微分回路および積分回路の時定数である。これは通
常、微分・積分回路で用いられる抵抗とコンデンサ容量
で決まる。今までの市販の線型増幅器では抵抗とコンデ
ンサは固定型であり、従って、時定数は離散的（不連続
）にしか変えられなかった。本発明では、これを可変型
とし、時定数が０．　５〜１．５μｓの間で連続的に変
えられるようにした。

次に、線型増幅器の波形整形時定数とＸ線カウンタ系の
不感時間との関係を明らかにする方法について述べる。

通常、Ｘ線カウンタ系の不感時間は、ほぼ線型増幅器の
波形整形時定数で決定するので、この時定数と不感時間
は比例することが予想される。まず、■カウンタの有効
長をその最大値（３０ｃａ＋）にセットし、その長さに
固定する。

Ｉカウンタ系の線型増幅器に本発明の時定数可変型のも
のを用いる。この時定数を０．５〜１．５μｓの間の任
意の値にセットし、Ｉカウンタに実際にＸ，礫を入射さ
せ、単一薄膜法により不感時間を求める。

ここで、単一薄膜法により不感時間を求める方法につい
て説明する。実際の様子を表す概念図を第６Ａ図、第６
Ｂ図に示す。薄膜への入射Ｘ線強度を１０、薄膜を透過
したＸ線強度をｉとする。

実際には、薄膜をＸ線ビームバスから取り除いた状態（
第６Ａ図）でＸ線カウンタ（不感時間を求めようとする
カウンタで、この場合はＩカウンタ〉でＸ線強度を測定
し、この計数率をｉ。とする。

次に、薄膜をＸ線ビームバスへ挿入（第６Ｂ図）してＸ
線強度を測定し、これをｉとする。カウンタ系の不感時
間をｒｄとし、実測値１０の真の値（τ’＝０のときの
理想的な場合、すなわち、計数損失が全くないときの値
〉を１ＯＬ、実測値ｌの真の値を１１　とすると、 １ｏｔ−　ｉｏ／（ｌ　　ｌｏτｄ） ｉ’　＝　ｉ／（１　−　ｉ　ｒ’）　（７）関係があ
る。更ニ、ｒ　＝　ｌ　ｏ／　１　ｓ ｒｔ　＝ｉ０ｔ／ｉｔとすると、 ｒ＝ｒ’＋　（１−ｒ’）　ｒ’ｉ．、が成り立つ。こ
れは、■入射Ｘ線強度を変えながらｉｏとｉを測定し、
実測＠ｒ＝ｉｏ／ｉを実測値ｉｌ１に対してプロットす
れば直線が得られること、■直線のｌ　ｏ−０への外挿
値からｒ１が求まること、更に、■直線の傾きは（１−
ｒ’）τ６であり、この傾きとｒｔの値から７ｄが求ま
ることを示している。本実施例では、薄膜として＾β（
厚さ１００μｍ）を用い、入射Ｘ線エネルギーを９．９
６ｋｅＶ　（ＷＬβ２のエネルギー）として実験を行っ
た。第５図に線型増幅器の４つの波形整形時定数，ｓｈ
　（　，ｓｈ＝　０．　５、０．８、１．２、１．　５
　μｓ　＞に対して行った。ｒＶＳｊｏをプロットした
例を示す。

ただし、第５図では縦軸はｒｔ　（＝２．６２）で規格
化されたｒ　／　ｒ　ｔとしている。第５図の直線の傾
きからそれぞれのτ６が求まる。このように各τ゛７に
対してτ６が求まり、τ’ｖｓ．τ゛ｈプロットが得ら
れる。本実施例で得られたτ’ｖｓ，τ１プロットを第
４図に示す。この図からτ４はτ１に比例しており、ｒ
’　（μｓ）　＝５．５　ｒｓｈ（，ｕｓ）であること
がわかった。以上により波形整形時定数τ１を０．５〜
１．５μｓと変化させると不感時間τ６は２．７〜８．
３μｓと変化することが判明した。

次に、本発明の線型増幅器を非晶質Ｍｇｔ。２ｎ．。合
金の８ＸＡＦＳ測定へ応用した例を示す。実験条件は次
の通りである。前記の２カウンタ式ＥＸＡＦＳ測定装置
において、有効長可変型Ｉカウンタの長さをその最大値
（３０ｍｍ）に固定する。Ｉカウンタ用の主増幅器とし
て本発明の時定数可変型増幅器を用いる。Ｉ０カウンタ
の主増幅器には通常の時定数離散型のものを用い、その
時定数は、０．　５μｓまたはｌμｓに固定する。２カ
ウンタ式ＥＸＡＦＳ測定装置では、前記のように、 Ｒ＝ＲＬ−　（Ｒ’一κ）τ。６工。、が成り立つ。こ
こで、κ＝＝　ｒ　ｄ　／　ｒ　ｏｄである。τ６ｒｏ
ｄはそれぞれｒｓｈ１　τ。１に比例しているので、κ
＝τｌ　ｈ　／　ｒ０％　ｈである。本実施例ではτ。

。を固定しτ１を連続可変にしており、従って、κが連
続可変となる。第３図に非品質！Ｊｇｔｏ２ｎ３。合金
試料で、入射Ｘ線ノエネルギーを９．９　６ｋｅＶ（Ｗ
Ｌβ２）にしたとき、３つのκの値（κ＝０．６、１．
２、３．０）に対し、ＲＶＳ．Ｉｏプロットした例を示
す。

ただし、第３図では、縦軸はＲｔ（＝１．２）で規格化
されている。この図からわかるように、κ＝０．６のと
きはｉｎが大きくなるにつれｒは小さ《なり、κ＝３．
０のときは逆に工。が大きくなるにつれＲは大きくなっ
ている。これらは、２つのカウンタの計数損失特性が一
致せず、それぞれ、Ｒｔ＞κ、及び、ＲＬ＜κとなって
いることを反映している。κ＝１．２のときは、Ｉｏが
増大してもＲの値は一定値（Ｒ’＝１．２）となってお
り、このときは計数損失特性が一致していることを示し
ている。ゆえにκ＝１，２の条件下でＥＸＡＦＳ測定を
行えば計数損失に起因するデータグリッチが発生しない
ようにすることができる。実際に、非晶質’　ｇ　７　
０　ｌ　ｎ　３　３合金のＺｎＫ吸収端上のＥＸＡＦＳ
測定した例を第２Ａ図、第２Ｂ図に示す。κ＝０．６の
ときは谷型のデータグリッチが、κ＝３．０のときは山
型のデータグリッチが発生しているが、κ＝１．２のと
きはデータグリッチが発生していない。

以上、本発明の波形整形時定数連続可変型線型増幅器は
、２カウンタ式ＢＸＡＦＳ測定装置においてデータグリ
ッチを完全に消去する上で掻めて育効であることが示さ
れた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の線型（主）堆幅器の回路ブロック図
、 第２Ａ図は、本発明により得た非晶質Ｍｇ７。２ｎ，．
合金の２ｎＫ吸収端近傍のＸ線吸収係数曲線、第２Ｂ図
は、実施例にふける入射Ｘ線強度曲線、第３図は、非晶
質Ｍｇｔ。Ｚｎ３。合金のＷＬβ２の位置でのｘ　＝＝
　７　Ｓ　ｈ　／　ｒ　．Ｓ　ｈに対するＲＶＳ，Ｉｏ
のプロット図、 第４図は、単一薄膜法で求めたｒｄＶＳ．ｒＳｈのプロ
ット図、 第５図は、主増幅器の４つの波形整形時定数に対して行
ったｒＶＳ，ｉｏのプ０７ト図（　ｒ　’　＝２．　６
２）、第６Ａ図、第６Ｂ図は、単一薄膜法の概念図、第
７図は、従来の２カウンタ式ＥＸＡＦＳ測定装置を用い
た場合の検出器系の電気信号の流れ図、第８図は、２カ
ウンタ式ＥＸＡＦＳ測定装置の構成図、 第９図は、第１０図の角度分散型εＸＡＦＳ測定装置を
用いて得られた、非品質Ｍｇｔ。２１３０合金のＺｎＫ
吸収端近傍の入射Ｘ線強度曲線（下方）及びＸ線吸収係
数曲線（上方）を示す図、 第ｌＯ図は、従来型の基本的な角度分散型ＥＸ八ＦＳ測
定装置の構成図である。 （笹号の説明） ＸＳ・・・・ｘｌ管、　ＳＳ・・・・ソラースリット、
ＤＳ・・・・発散スリット、　ＭＣ・・・・分光結晶、
Ｇル１・・・・コニオメー夕、 ＲＳ・・・・発光スリット、 Ｃ１・・・・Ｉｏ　カウンタ、 Ｃ２・・・・Ｉカウンタ、 ＣＳ・・・・Ｎ２デュワー　　ＳＰ・・・・試料、ＣＡ
・・・・カウンタアーム、 Ｐ　Ａ・・・・前置増幅器、 ＭＡ，ＭＡ’・・・・線型（主）増幅器、ＳＴ・・・・
チャンネルケーラー μＣＰ・・・・マイクロコンピュータ。 第３図 χ一τｓｈ／１：０５ｈ １０（ｃｐｓ） １０ｒ 派 第４図 τＳｈ（μＳ） 派 第７図 時Ｉ 第９図 ×１０５ ９．８ １０．０ １０．２ Ｅ（ｋｅＹ） 第８図 第１０図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｘ線カウンタの線型増幅器の波形整形時定数を連
   続的に変化させて、不感時間によって他のＸ線カウンタ
   との間で生じる計数損失効果を解消することを特徴とす
   るＸ線カウンタの計数損失効果の解消方法。
2. （２）Ｘ線カウンタからの信号を波形整形するための微
   分回路及び積分回路を内蔵する線形増幅器において、 前記微分回路および積分回路を構成する回路素子として
   、連続可変型の素子が用いられており、これにより波形
   整形時定数を連続的に変化可能にされていることを特徴
   とする線型増幅器。