JPH04164239A

JPH04164239A - 粉末ｘ線回折計

Info

Publication number: JPH04164239A
Application number: JP2289790A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yukino; 雪野　健
Original assignee: National Institute for Research in Inorganic Material
Current assignee: National Institute for Research in Inorganic Material
Priority date: 1990-10-26
Filing date: 1990-10-26
Publication date: 1992-06-09

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Ｘ線回折計に係り、より詳しくは、線状に集光
したＸ線或いは′粒子線を粉末試料に照射し、試料から
の散乱線の回折角及びその強度を測定し、回折角に対す
る反射強度の関係を解析することによって、多結晶体中
に含まれる結晶相の格子定数・対称性を得て、同定・結
晶構造解析を行い、更に電子密度分布等を求める、或い
は非結晶質相の動径分布関数を求める等に利用し得るＸ
線或いは粒子回折装置に関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）粉末試料中に
含まれる結晶相の格子定数を得たり、その同定・構造解
析を行う装置として粉末Ｘ線回折計がある。

この原理としては、Ｘ線源の線焦点から面状に発散する
Ｘ線を試料に照射し、そこからの反射Ｘ線の中で受光ス
リットに集中する反射Ｘ線のみを検出し、通常、試料を
Ｏｌ及び受光スリット・検出器を２０の関係で回転させ
、試料からの反射Ｘ線の回折角及びその強度を測定する
、いわゆる集中法を用いた光学系を基本とし、試料の入
射線側の線焦点の前或いは反射線側の線焦点（受光スリ
ット）の後に、又はその両方に湾曲モノクロメータを用
いる場合もある。

しかし、集中法を用いた従来の粉末Ｘ線回折側の集中条
件を満足するためには、通常、対称反射法を用い、線焦
点・試料間と試料・受光スリット間は等距離で、且つ、
試料表面の形状は、厳密には回折角に依存する曲率を有
する凹面状であるという制限がある。このため、回折３
’ｌの走査によって時々刻々変わる試料表面の形状をこ
の曲率に保つには、特別な装置を必要とし、この変化の
ために試料が剥れたり、壊れたりする。これを防ぐため
には、試料の厚みを薄くし、特別な接着剤を必要とする
。

このような理由から、通常は平板試料が用いられる。ま
た、強い反射強度を得るために、入射線の発散角を大き
くし、照射面積を広げて測定がなされている。

しかし、平板試料の場合、入射線の発散角を大きくする
と、反射Ｘ線は集中条件から外れるものが多くなるので
、回折角や反射強度の精密な測定値を得るには、前記の
条件とは逆に入射線の発散角を小さくする必要があり、
反射強度は弱くなり、長時間の測定が必要となる。

また、従来の粉末Ｘ線回折計においては、少量の試料か
らの反射強度は弱く、その測定は困難であり、測定した
としても、その測定値の精度は低いことが多く、その上
に、任意の面を有する試料についての測定値も不正確と
なる。

更には、広い面積の試料を必要とするので、温度・圧力
・雰囲気等の制御下での結晶構造の静的観測及び動的変
化の観測をする場合、温度・圧力・雰囲気分布の一様性
、相転移・化学反応に伴う結晶相の分布の一様性等が問
題になることが多い。そして、同一試料中に含まれる異
なる結晶相の２次元乃至３次元の分布の測定は不可能で
ある。更に、前記と同様に精密測定をする場合、入射線
の位置、強度及びプロファイルを測定し、光学系を精密
に調整する必要がある。

特性Ｘ線を利用する場合、従来の粉末Ｘ線回折計におい
ては、入射線の位置の測定は可能であるが、入射線に白
色光が含まれるので、必要とする特性Ｘ線の強度及びプ
ロファイルの測定値は不正確となる。反射線湾曲モノク
ロメータが配置されている場合には、入射線の位置、強
度及びプロファイルの測定が不可能である。

本発明は、前記のような従来の粉末Ｘ線回折泪法におけ
る各種の欠点を解消して、従来のような大きな面積から
の情報でなく、多結晶体或いは圧粉体の任意の微小部分
からの質の高い情報を得ること、すなわち、Ｘ線回折法
に基づいて、その試料に含まれる結晶相の同定・構造解
析、或いは非晶質相の動径分布関数解析が可能な粉末Ｘ
線回折装置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）本発明者は、前記課題を解決するために、粉末Ｘ線回折
装置における光学針について鋭意研究を重ねた結果、こ
こに本発明をなしたものである。

すなわち、本発明は、Ｘ線或いは粒子線の線束を入射線
湾曲モノクロメータ（３）により線状に集光した後、被
測定試料（５）に照射し、被測定試料（５）によって散
乱された線束を反射線湾曲モノクロメータ（７）により
再び集光する光学系において、該入射線湾曲モノクロメ
ータ（３）の試料側集魚と、該反射線湾曲モノクロメー
タ（７）の試料側焦点とが、該被測定試料（５）の表面
或いは内部にて一致するように配置し、被測定試料から
の散乱線の回折角及びその強度を測定する構成にしたこ
とを特徴とするＸ線或いは粒子線回折装置を要旨とする
ものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（実施例）まず、本発明の装置の構成を図面を用いて説明する。

第１図（Ａ）は本発明の概念図であり、第１図（Ｂ）は
本発明の回折計の回転軸方向から見た光学系の概念図で
ある。

入射線湾曲モノクロメータ（３）は、線焦点のＸ線或い
は粒子線の線源（１）からの発散線を回折させることに
より単色化し、線焦点として試料（５）の微小部分に照
射させる装置である。

同様に、反射線湾曲モノクロメータ（７）は、試料（５
）の微小部分からの反射線を回折させることにより単色
化し、線焦点として受光スリット（９）に集光させる装
置である。

なお、検出器（１ｏ）は受光スリット（９）を通過した
反射線のみを検出する。発散角制限スリット（２）、（
４）、（６）及び（８）は入射線或いは反射線の発散角
及び高さを制限するものである。

本発明においては、上述の光学系において、該入射線湾
曲モノクロメータ（３）の試料側集点と、該反射線湾曲
モノクロメータ（７）の試料側焦点とが、該被測定試料
（５）の表面にて一致するように配置し、被測定試料か
らの散乱線の回折角及びその強度を測定する構成にした
のである。なお、該被測定試料の吸収係数は大きいので
、一般には試料表面からの散乱線のみが有効に測定され
る。吸収係数が小さい場合はこれらの両モノクロメータ
の試料側焦点を試料内部にすることができる。

次に、本発明のＸ線或いは粒子線回折装置の原理につい
て説明する。

第１図（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、線焦点のＸ線或
いは粒子線の線源（１）からの発散線を入射線湾曲モノ
クロメータ（３）で回折させることにより、単色化し、
且つ、線状に集光した後、その焦点の位置にある試料（
５）に照射し、任意の入射線に対する試料（５）の微小
部分からのコーン状に広がる反射線のうちで、反射線湾
曲モノクロメータ（７）により回折させることにより、
単色化し、且つ、線状に集光し、受光スリット（９）を
通過する反射線のみを検出器（１０）で検出する粉末Ｘ
線回折計法である。

更に詳細に、従来の集中法を用いた粉末Ｘ線回折計法と
本発明の新しい粉末Ｘ線回折計法とを比較して説明する
。

従来の集中法は、第２図（Ａ）に示すように、線焦点（
１１）から面状に発散するＸ線を平板試料（１５）に照
射し、任意の入射線に対する試料（１５）の微小部分か
らのコーン状に広がる反射線のうちで、受光スリット（
１９）に集光する反射Ｘ線のみを検出器（２（ｆｆりで
検出する。

但し、回折角の測定精度を上げるために、線焦点に平行
方向の発散はできる限り少なくし、平行−７＝線近似ができるように、ソーラー・スリット（２１）及
び（２２）、或いは湾曲結晶モノクロメータ（１３）、
（１７）を、第２図（Ｂ）に示すように入射線側に、或
いは第２図（Ｃ）に示すように反射線側に、又は第２図
（Ｄ）に示すようにその両側に配置している。

また、線焦点に垂直方向の発散角も小さくし、且つ回折
計の半径を大きくすることにより、試料表面が集中法の
半径の円周上にあると近似される場合、平板試料が用い
られる。

一般に粉末Ｘ線回折法では、微細な結晶粒子から構成さ
れている粉末試料に、細いＸ線が照射されると、その入
射Ｘ線は反射条件を満たす結晶粒子によって回折され、
その回折Ｘ線は、入射Ｘ線に対して半頂角２０で、−様
にコーン状に広がる。

そして、粉末試料中に含まれる微細な結晶粒子が全空間
に、その方位は全方向に一様に分布しているので、Ｘ線
の線吸収係数と反射能は場所と方向には依存しない。照
射角によってＸ線の通過距離のみが依存し、結果として
、照射角によって回折ｘ　ｍ　（７）　強度は変わる。

このことは、平板試料に集光した入射線を照射した場合
と発散した入射線を照射した場合、その発散角が同一で
、その中心線の照射角が同一であれば、その回折Ｘ線の
強度は同一であることを意味する。これらの回折Ｘ線の
情報を得る方法によって、各種の粉末Ｘ線回折測定法が
ある。ここで、θはブラッグ角である。なお、結晶粒子
は、この回折現象による散乱のみではなく、種々の散乱
現象を起こすので、ここでは、単にこれを反射線或いは
反射Ｘ線ということにする。

集中法を用いた従来の粉末Ｘ線回折計法は、この−様に
コーン状に広がった反射線の中で１円弧の部分が直線と
見做せる部分を利用する方法である。更に、反射強度を
強くするために、Ｘ線源を長くし、その線焦点から発散
するＸ線を試料に照射した後、各入射線に対してコーン
状に広がる試□料からの反射線のうちで、線状に孔の開
いた受光スリットに集中する反射線のみを検出している
。

なお、このとき、Ｘ線源の焦点の線の方向、試料の表面
及び受光スリットの線状の孔は平行で、その中心はゴニ
オメータの回転面上にあり、この回転面に平行、且つ、
この面内には発散或いは集光するＸ線が利用されている
。

一方、本発明の装置による粉末Ｘ線回折計法では、Ｘ線
源の焦点の線の方向、試料の表面及び受光スリン１への
線状の孔は平行で、その中心はゴニオメータの回転面上
にあり、この回転面に平行、且つ、この面内では発散或
いは集光するＸ線を利用している事情は同じであるが、
線状に集中した入射線を試料に照射し、試料から発散し
た反射線を利用する点が異なる。

本発明の装置によるこの原理によれば、照射される線焦
点付近の微小面積のみの微小量の試料で良く、且つ、試
料の形状は平板状ばかりでなく、任意の曲率を有する円
筒状等の曲面で測定が可能となる。入射線湾曲モノクロ
メータによって入射線を線状に集光させて試料に照射し
、そこから広がる反射線を反射線湾曲モノクロメータに
よって受光スリン１へに集光し、検出するこの新しい粉
末Ｘ線回折計法は、Ｘ線のみでなく、ガンマ線や中性子
線等の粒子線にも適用される。この場合も、従来の湾曲
結晶モノクロメータと同様に、湾曲結晶で製作されてい
る場合、両モノクロメータ（３）及び（７）は入射線及
び反射線を単色化すると共に、これらの線焦点の垂直方
向に発散しているＸ線を線状に集光し、平行方向には発
散を少なくして、回折角や反射強度の精密な測定値を得
られるようにしている。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、以下のような優
れた効果が期待できる。

■２つのモノクロメータ（入射線湾曲モノクロメータ及
び反射線湾曲モノクロメータ）を有しているので、バッ
ク・グラウンドがより低くなり、Ｓ／Ｎ比が良くなり、
質の高いデータが得られる。

■試料に集光したＸ線を照射するので、試料としては少
量の粉末試料で、定性ばかりでなく定量測定ができる。

■試料からの発散したＸ線を利用するので、反＝１１− 射法ばかりでなく、薄膜のような場合、測定装置の変更
なしに透過法でも測定ができる。

■更に、入射線の発散角を広げることができるので、反
射線を強め、高精度の測定が可能であり、或いは短時間
の測定が可能である。

■また、大きな試料では、同−試料内に含まれる結晶相
の分布が測定できる。更に、曲面を有する試料の測定も
できる。

モノクロメータが単結晶で作られている場合、そのモノ
クロメータの方式・仕上りにもよるが、上記の効果が顕
著となり、より質の高いデータが得られる。

■更に、線状焦点の方向のＸ線の広がりが少ないので、
ソーラー・スリット等は不要となる。したがって、入射
線湾曲モノクロメータ或いは反射線湾曲モノクロメータ
を有する従来の粉末Ｘ線回折計より、モノクロメータ・
試料間の距離が短くできるので、そのＸ線強度は二つの
モノクロメータを有する従来の粉末Ｘ線回折計より反射
強度が強くなり、更に、粉末Ｘ線回折計を小型にすると
とができる。また、従来の集中法を用いないので、両モ
ノクロメータ・試料間の距離は等しくない粉末Ｘ線回折
計が設計・製作ができる。

■また、更に試料が少量でよいので、温度・圧力・雰囲
気等の制御下での結晶構造の静的観測及び動的変化の観
測をする場合、温度・圧力・雰囲気分布、相転移・化学
反応に伴う結晶相の分布の一様性が良くなる上に、試料
の加熱・加圧・雰囲気制御等の装置或いはモニター・ア
ッテネータ・スリット等の付属装置及びその自動交換装
置等を配置する場合、その設計が容易である。

■本発明の粉末Ｘ線回折計は、入射線の位置及び強度の
測定が可能であるので、光学系を精密に調整することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の粉末Ｘ線回折計の概念図、第１
図（Ｂ）は本発明の粉末Ｘ線回折計の回転軸方向から見
た光学系の概念図であり、第２図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は従来の粉末
Ｘ線回折計の回転軸方向から見た光学系の概念図である
。」、・・・線焦点のＸ線或いは粒子線の線源、２．４．
６．８・・発散角及び高さの制限スリット、３．７入射
線部曲モノクロメータ及び反射線湾曲モノクロメータ、
５・・・多結晶試料、９・・・受光スリン１−１１０・
・・検出器、０・・・ブラッグ角、１１・・・線焦点の
Ｘ線或いは粒子線の線源、１２．１４．１６．１８．２
５．２６・・・発散角及び高さの制限スリット、１３．
１７・・・入射線湾曲モノクロメータ及び反射線湾曲モ
ノクロメータ、１５・・多結晶試料、１９・・受光スリ
ット、２０・・検出器、２１．２２・・ソーラー・スリ
ット、２３．２４・・入射線湾曲モノクロメータ及び反
射線湾曲モノクロメータの線焦点及びその制限スリット
。手続補正書１辺□ し二二；平成９年／７月９２日

Claims

【特許請求の範囲】

Ｘ線或いは粒子線の線束を入射線湾曲モノクロメータ（
３）により線状に集光した後、被測定試料（５）に照射
し、被測定試料（５）によって散乱された線束を反射線
湾曲モノクロメータ（７）により再び集光する光学系に
おいて、該入射線湾曲モノクロメータ（３）の試料側集
点と、該反射線湾曲モノクロメータ（７）の試料側焦点
とが、該被測定試料（５）の表面或いは内部にて一致す
るように配置し、被測定試料からの散乱線の回折角及び
その強度を測定する構成にしたことを特徴とするＸ線或
いは粒子線回折装置。