專利名稱:X射線聚焦元件及x射線照射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有管狀體的、在管狀體內(nèi)對射入的X射線進(jìn)行反射并使反射后的X 射線射出聚焦的X射線聚焦元件及具有該X射線元件的X射線照射裝置。
背景技術(shù)：
在諸如材料的研發(fā)或生物體檢查等研究開發(fā)，或者諸如異物分析或產(chǎn)品不良解析之類質(zhì)量管理等各種用途中，使用X射線分析裝置，對試樣照射X射線，檢測從試樣釋放出的熒光X射線、穿透試樣的穿透X射線、或衍射X射線等，分析試樣的內(nèi)部組成及晶體結(jié)構(gòu)等。X射線分析裝置有一種用X射線反射鏡使自X射線源射出的X射線反射、聚焦后再照射到試樣上的裝置。
但是，在X射線分析裝置采用X射線反射鏡時(shí)，存在以下的問題，例如，為了使照射試樣的X射線束徑聚焦成I μ m左右，要求反射鏡表面有極高的加工精度以防止X射線反射鏡表面的散射，同時(shí)，要對溫度進(jìn)行控制以抑制因射入反射鏡表面的X射線的能量所產(chǎn)生的熱畸變的影響。為了解決上述問題所使用的X射線導(dǎo)管(毛細(xì)管)因?yàn)橛眉?xì)長的玻璃管構(gòu)成，所以能利用軸對稱結(jié)構(gòu)抑制熱畸變的影響，并能以簡單的結(jié)構(gòu)聚焦高密度的X射線。
例如，曾提出過一種X射線導(dǎo)管的方案，即從X射線導(dǎo)管的一開口端射入X射線， 使射入的X射線在X射線導(dǎo)管內(nèi)表面全反射，從另一開口端朝試樣射出并聚焦。
另外，還知道通過將X射線導(dǎo)管內(nèi)表面做成旋轉(zhuǎn)拋物面或旋轉(zhuǎn)橢圓面，從而能進(jìn)一步提高X射線的聚焦能力(參照專利文獻(xiàn)I)。
專利文獻(xiàn)I :特開2001-85192號公報(bào)但是，在專利文獻(xiàn)I的X射線導(dǎo)管中，由于兩端開口，所以為了防止從一開口端射入的X射線在X射線導(dǎo)管內(nèi)不反射而直接從另一開口端射出，要減小射出側(cè)開口端的口徑。但是，在將射出側(cè)開口端的口徑減小時(shí)，至射出的X 射線聚焦為止的距離就縮短，無法充分確保從射出側(cè)的開口端至被檢查體的工作距離(WD) (例如，O. Imm左右)。因此存在如下一些問題等不能對表面有凹凸的試樣(被檢查體)進(jìn)行分析、不能確保從試樣釋放出的熒光X射線的讀取角、以及因不能使試樣旋轉(zhuǎn)或傾斜而不能充分地進(jìn)行X射線衍射分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述問題而提出，其目的在于提供一種X射線聚焦元件及具有該X 射線聚焦元件的X射線照射裝置，這種X射線聚焦元件，通過將管狀體的射入側(cè)開口端口徑做得比所述射出側(cè)開口端口徑大，并具有X射線屏蔽構(gòu)件，該X射線屏蔽構(gòu)件的口徑尺寸與該射出側(cè)開口端的口徑尺寸大致相同，該X射線屏蔽構(gòu)件的口徑沿X射線的射入側(cè)減少，其中心位于所述管狀體的軸上，從而能延長從射出側(cè)開口端至被檢查體的作動(dòng)距離，同時(shí)，無論被檢查體的大小如何都能對表面有凹凸的被檢查體進(jìn)行分析，即熒光X射線分析及X射線衍射分析。
另外，本發(fā)明的其它目的在于提供一種X射線聚焦元件及具有該X射線聚焦元件的X射線照射裝置。這種X射線聚焦元件，通過用從固定于射入側(cè)開口端附近的環(huán)形構(gòu)件朝X射線屏蔽構(gòu)件的中心配置的多個(gè)支承構(gòu)件支承X射線屏蔽構(gòu)件，從而能用簡單的結(jié)構(gòu)屏蔽不需要的X射線。
另外，本發(fā)明的其它目的在于提供一種X射線聚焦元件及具有該X射線聚焦元件的X射線照射裝置。這種X射線聚焦元件的所述X射線屏蔽構(gòu)件，是朝X射線的射入側(cè)縮徑而成的板狀體，從而能防止不需要的散射X射線射入。
另外，本發(fā)明的其它目的在于提供一種X射線聚焦元件及具有該X射線聚焦元件的X射線照射裝置。這種X射線聚焦元件的所述X射線屏蔽構(gòu)件，其X射線的入射面做成部分球面，從而能防止不需要的散射X射線射入。
另外，本發(fā)明的其它目的在于提供一種X射線聚焦元件及具有該X射線聚焦元件的X射線照射裝置。這種X射線聚焦元件的所述X射線屏蔽構(gòu)件構(gòu)成球狀體，在所述管狀體的內(nèi)表面和所述X射線屏蔽構(gòu)件表面之間具有將該X射線屏蔽構(gòu)件固定于所述管狀體上的多個(gè)固定構(gòu)件，從而能容易地將X射線屏蔽構(gòu)件的中心配置于管狀體的軸上。
另外，本發(fā)明的其它目的在于提供一種X射線聚焦元件及具有該X射線聚焦元件的X射線照射裝置。這種X射線聚焦元件的所述固定構(gòu)件是球狀體，從而能用簡單的結(jié)構(gòu)容易地將X射線屏蔽構(gòu)件的中心配置于管狀體的軸上。
另外，本發(fā)明的其它目的在于提供一種X射線聚焦元件及具有該X射線聚焦元件的X射線照射裝置。這種X射線聚焦元件的所述固定構(gòu)件是沿所述管狀體的圓周方向間隔適當(dāng)距離配置的棒狀體，從而能用簡單的結(jié)構(gòu)容易地將X射線屏蔽構(gòu)件的中心配置于管狀體的軸上。
另外，本發(fā)明的其它目的在于提供一種X射線聚焦元件及具有該X射線聚焦元件的X射線照射裝置。這種X射線聚焦元件具有將所述X射線屏蔽構(gòu)件固定在所述射入側(cè)開口端的X射線穿透片，從而能用簡單的結(jié)構(gòu)屏蔽不需要的X射線，同時(shí)能聚焦更多的X射線。
第I發(fā)明的X射線聚焦元件，具有管狀體，在所述管狀體的內(nèi)表面反射從一側(cè)開口端射入的X射線，再自另一側(cè)開口端射出反射后的X射線并進(jìn)行聚焦，該X射線聚焦元件的特點(diǎn)是，射入側(cè)開口端的口徑大于射出側(cè)開口端的口徑，并具有含有與該射出側(cè)開口端的口徑尺寸大致相同的口徑、中心配置于所述管狀體的軸上的X射線屏蔽構(gòu)件。
第2發(fā)明的X射線聚焦元件的特點(diǎn)為，在第I發(fā)明中，包括固定于所述射入側(cè)開口端附近的環(huán)形構(gòu)件；以及從該環(huán)形構(gòu)件朝所述X射線屏蔽構(gòu)件的中心配置、支承該X射線屏蔽構(gòu)件的多個(gè)支承構(gòu)件。
第3發(fā)明的X射線聚焦元件的特點(diǎn)為，在第2發(fā)明中，所述X射線屏蔽構(gòu)件是朝X 射線的射入側(cè)縮徑而成的板狀體。
第4發(fā)明的X射線聚焦元件的特點(diǎn)為，在第2發(fā)明中，所述X射線屏蔽構(gòu)件其X射線的入射面構(gòu)成部分球面。
第5發(fā)明的X射線聚焦元件的特點(diǎn)為，在第I發(fā)明中，所述X射線屏蔽構(gòu)件構(gòu)成球狀體，在所述管狀體的內(nèi)表面和所述X射線屏蔽構(gòu)件表面之間具有將該X射線屏蔽構(gòu)件固定于所述管狀體上的多個(gè)固定構(gòu)件。
第6發(fā)明的X射線聚焦元件的特點(diǎn)為，在第5發(fā)明中，所述固定構(gòu)件是沿所述管狀體的圓周方向間隔配置的球狀體。
第7發(fā)明的X射線聚焦元件的特點(diǎn)為，在第5發(fā)明中，所述固定構(gòu)件是沿所述管狀體的圓周方向間隔適當(dāng)距離、與所述管狀體的軸向大致平行配置的棒狀體。
第8發(fā)明的X射線聚焦元件的特點(diǎn)為，在第I發(fā)明中，具有將所述X射線屏蔽構(gòu)件固定于所述射入側(cè)開口端的X射線穿透片。
第9發(fā)明的X射線照射裝置，具有將X射線源射出的X射線聚焦的X射線聚焦元件，照射聚焦后的X射線，該X射線照射裝置的特點(diǎn)是，所述X射線聚焦元件是第I發(fā)明至第8發(fā)明中任一發(fā)明的X射線聚焦元件。
對于第I發(fā)明及第9發(fā)明，管狀體的內(nèi)表面構(gòu)成為例如繞管狀體的軸的旋轉(zhuǎn)拋物面或旋轉(zhuǎn)橢圓面。從射入側(cè)開口端與管狀體的軸平行射入的X射線在以小于全反射臨界角的入射角而射向管狀體內(nèi)表面時(shí)，在管狀體內(nèi)表面全反射，并從射出側(cè)開口端射出，使其聚焦成由管狀體內(nèi)表面的旋轉(zhuǎn)拋物面或旋轉(zhuǎn)橢圓面構(gòu)成的焦點(diǎn)。管狀體的射入側(cè)開口端口徑做得比所述射出側(cè)開口端口徑大，并配置具有含有與該射出側(cè)開口端口徑尺寸大致相同的口徑、且中心處于所述管狀體的軸上的X射線屏蔽構(gòu)件。由此，所述X射線屏蔽構(gòu)件將不由管狀體內(nèi)表面反射而欲原樣地通過管狀體內(nèi)的射入X射線予以屏蔽，防止其直接從射出側(cè)開口端射出。另外，未被X射線屏蔽構(gòu)件屏蔽的射入X射線在管狀體內(nèi)表面全反射并聚焦成焦點(diǎn)地從射出側(cè)開口端射出。
另外，管狀體的射出側(cè)開口端口徑是與X射線屏蔽構(gòu)件口徑大致相同的尺寸，由此，為了對被檢查體照射細(xì)微的X射線束，不需要將管狀體的射出側(cè)開口端口徑做成微小的尺寸，而加大管狀體的射出側(cè)開口端口徑，延長從射出側(cè)開口端至X射線聚焦的焦點(diǎn)的距離即作動(dòng)距離。
對于第2發(fā)明及第9發(fā)明，從環(huán)形構(gòu)件開朝所述X射線屏蔽構(gòu)件的中心設(shè)置支承 X射線屏蔽構(gòu)件的多個(gè)支承構(gòu)件，將所述環(huán)形構(gòu)件固定于所述射入側(cè)開口端附近。由此，以使X射線屏蔽構(gòu)件的中心配置于管狀體的軸上狀態(tài)將X射線屏蔽構(gòu)件固定于管狀體。
對于第3發(fā)明及第9發(fā)明，所述X射線屏蔽構(gòu)件是板狀體，且朝X射線的射入側(cè)縮徑。X射線屏蔽構(gòu)件的口徑因?yàn)樾∮谏淙雮?cè)開口端口徑，所以從射入側(cè)開口端射入的X射線在沿X射線屏蔽構(gòu)件軸向的側(cè)面反射，有時(shí)成為不需要的散射X射線，X射線屏蔽構(gòu)件的軸向尺寸越大，散射X射線就增加，通過使X射線屏蔽構(gòu)件朝著X射線射入側(cè)縮徑，從而大大改變射入的X射線的行進(jìn)方向，防止所述側(cè)面反射的不需要的散射X射線進(jìn)入管狀體的內(nèi)表面。
對于第4發(fā)明及第9發(fā)明，通過將X射線的入射面做成部分球面，從而排除與X射線屏蔽構(gòu)件軸向平行的側(cè)面部分。由此，防止射入X射線屏蔽構(gòu)件的X射線作為不需要的散射X射線進(jìn)入管狀體的內(nèi)表面。
對于第5發(fā)明及第9發(fā)明，所述X射線屏蔽構(gòu)件做成球狀體。在所述管狀體的內(nèi)表面和該X射線屏蔽構(gòu)件表面之間設(shè)置多個(gè)將該X射線屏蔽構(gòu)件固定于所述管狀體的固定構(gòu)件。由此，容易將X射線屏蔽構(gòu)件的中心配置于管狀體的軸上。
對于第6發(fā)明及第9發(fā)明，所述固定構(gòu)件為沿所述管狀體的圓周方向間隔適當(dāng)距離配置的球狀體。由此，在將球狀體的直徑做成相同時(shí)，所述X射線屏蔽構(gòu)件的中心被配置于管狀體的軸上。
對于第7發(fā)明及第9發(fā)明，所述固定構(gòu)件是沿所述管狀體的圓周方向間隔適當(dāng)距離、并與所述管狀體的軸向大致平行配置的棒狀體。由此，在將棒狀體的直徑或厚度做成相同時(shí)，所述X射線屏蔽構(gòu)件的中心被配置于管狀體的軸上。
對于第8發(fā)明及第9發(fā)明，具有將所述X射線屏蔽構(gòu)件固定于所述射入側(cè)開口端的X射線穿透片。由此，不需要的X射線由所述X射線屏蔽構(gòu)件屏蔽，同時(shí)，利用所述X射線穿透片讓更多的X射線通過。
對于第I發(fā)明及第9發(fā)明，由于管狀體的射入側(cè)開口端口徑大于所述射出側(cè)開口端口徑，并具有含有與該射出側(cè)開口端口徑尺寸大致相同的口徑、中心配置于管狀體的軸上的X射線屏蔽構(gòu)件，因此，射入的X射線不會不在管狀體內(nèi)表面全反射而直接從射出側(cè)開口端射出，可加大射出側(cè)開口端口徑，能延長從射出側(cè)開口端至被檢查體的距離即作動(dòng)距離。另外，通過延長作動(dòng)距離，即使在被檢查體表面有凹凸時(shí)，仍能對被檢查體的想要檢查的部位照射X射線，能充分確保從被檢查體釋放出的熒光X射線的讀取角，能使被檢查體旋轉(zhuǎn)所需角度或移動(dòng)所需距離，所以，無論被檢查體的大小如何都能對被檢查體進(jìn)行分析，即熒光X射線分析、X射線衍射分析。
對于第2發(fā)明及第9發(fā)明，由于用從固定于射入側(cè)開口端附近的環(huán)形構(gòu)件朝X射線屏蔽構(gòu)件的中心設(shè)置的多個(gè)支承構(gòu)件支承X射線屏蔽構(gòu)件，因此能用簡單的結(jié)構(gòu)屏蔽不需要的X射線。
對于第3發(fā)明及第9發(fā)明，由于所述X射線屏蔽構(gòu)件是朝X射線的射入側(cè)縮徑的板狀體，因此能防止射入不需要的散射X射線。
對于第4發(fā)明及第9發(fā)明，由于所述X射線屏蔽構(gòu)件的X射線入射面做成部分球面。因此能防止射入不需要的散射X射線。
對于第5發(fā)明及第9發(fā)明，由于所述X射線屏蔽構(gòu)件做成球狀體，在所述管狀體內(nèi)表面和該X射線屏蔽構(gòu)件表面之間具有多個(gè)將該X射線屏蔽構(gòu)件固定于所述管狀體的固定構(gòu)件，因此能容易地將X射線屏蔽構(gòu)件的中心配置于管狀體的軸上。
對于第6發(fā)明及第9發(fā)明，由于所述固定構(gòu)件是沿所述管狀體的圓周方向間隔適當(dāng)距離配置的球狀體，因此能容易地將所述X射線屏蔽構(gòu)件的中心配置于管狀體的軸上。
對于第7發(fā)明及第9發(fā)明，由于所述固定構(gòu)件是沿所述管狀體的圓周方向間隔適當(dāng)距離、并與所述管狀體的軸向大致平行配置的棒狀體，因此能容易地將所述X射線屏蔽構(gòu)件的中心配置于管狀體的軸上。
對于第8發(fā)明及第9發(fā)明，由于具有將所述X射線屏蔽構(gòu)件固定于所述射入側(cè)開口端的X射線穿透片，因此用簡單的簡單屏蔽不需要的X射線，同時(shí)能聚焦更多的X射線。


圖I為表示具有本發(fā)明的X射線聚焦元件的X射線分析裝置結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2為X射線聚焦元件的外觀立體圖。
圖3為表示毛細(xì)管的縱向剖視的示意圖。
圖4為表示X射線屏蔽構(gòu)件形狀的說明圖。
圖5為表示X射線屏蔽構(gòu)件其它形狀的說明圖。
圖6為表示X射線屏蔽構(gòu)件其它形狀的說明圖。
圖7為表示X射線屏蔽構(gòu)件其它形狀的說明圖。
圖8為表示固定構(gòu)件其它形狀的說明圖。
圖9為表示X射線屏蔽構(gòu)件的其它固定例子的說明圖。[0053]標(biāo)號說明
2是X射線聚焦元件，20是毛細(xì)管，21是射出側(cè)開口端，22是射入側(cè)開口端，23、 24、25、26、29是X射線屏蔽構(gòu)件，30是樹脂膜，232、242、252是環(huán)形構(gòu)件，233、243、253是支承構(gòu)件，27、28是固定構(gòu)件
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式I
以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖I為表示具有本發(fā)明的X射線聚焦元件的X射線分析裝置結(jié)構(gòu)的方框圖。圖中，I為控制X射線開/關(guān)及輸出強(qiáng)度用的X 射線快門及濾鏡。X射線聚焦元件2安裝在X射線快門及濾鏡I上。從X射線快門及濾鏡 I輸出的平行X射線射入X射線聚焦元件2，X射線聚焦元件2使射入的X射線在X射線聚焦元件2內(nèi)表面全反射后射出，并將其一邊收縮成例如直徑I μ m的細(xì)小射線束一邊引向設(shè)置于試樣臺12附近的開口部15。
開口部15是用X射線穿透體14封住的空間，開口部15內(nèi)為真空。在這種情況下， 通過用X射線穿透體14分隔試樣臺12和開口部15，從而在開口部15內(nèi)形成真空的空間， 但開口部15可以敞開與大氣相通，也可以將包括試樣臺12在內(nèi)的整個(gè)空間設(shè)成真空空間。 但是，X射線照射空間最好保持真空，以防止二次X射線的衰減等。
開口部15上配置有X射線聚焦元件2的射出側(cè)開口端。另外，在開口部15上還配置有對從已照射過X射線的試樣(被檢查體)13釋放出的熒光X射線進(jìn)行檢測的熒光X 射線檢測器8的頂端部。另外，在開口部15上還設(shè)置有對配置于試樣臺12的試樣13進(jìn)行拍攝的攝像裝置11的感光部。
在X射線穿透體14的下側(cè)例如配置有環(huán)形即檢測衍射X射線的衍射X射線檢測器9，在試樣臺12的配置試樣13的相反側(cè)配置有對穿透試樣13后的穿透X射線進(jìn)行檢測的穿透X射線檢測器10。還有，衍射X射線檢測器9并不限于環(huán)形，也可以是除了環(huán)形以外的形狀。
在試樣臺12上裝有電動(dòng)機(jī)7,電動(dòng)機(jī)7使試樣臺12朝與試樣臺12的試樣13設(shè)置面平行正交的兩個(gè)方向(X方向及Y方向)移動(dòng)，同時(shí)，使X射線對試樣13的照射方向旋轉(zhuǎn)所需角度。另外，電動(dòng)機(jī)7使試樣臺12向試樣臺12的試樣13設(shè)置面的法線方向移動(dòng)，調(diào)節(jié)與開口部15間的距離。再有，在進(jìn)行衍射X射線的分析時(shí)，還采用對R、θ、φ的三軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的工作臺(圖中未示出)。
電動(dòng)機(jī)7與工作臺控制器6連接，工作臺控制器6通過控制電動(dòng)機(jī)7而對配置于試樣臺12的試樣13進(jìn)行位置控制。
X射線快門及濾鏡I連接有X射線控制器3，X射線控制器3對快門進(jìn)行開閉及對濾鏡進(jìn)行切換，控制X射線的開/關(guān)及輸出強(qiáng)度。
攝像裝置11、X射線控制器3、工作臺控制器6連接有數(shù)據(jù)處理部5，數(shù)據(jù)處理部5 通過通信接口部(圖中未示出)向攝像裝置11、X射線控制器3及工作臺控制器6發(fā)送控制信號，控制攝像裝置11、X射線控制器3及工作臺控制器6的動(dòng)作。另外，數(shù)據(jù)處理部5 通過通信接口部連接著計(jì)算機(jī)4、熒光X射線檢測器8、衍射X射線檢測器9、穿透X射線檢測器10。[0064]數(shù)據(jù)處理部5在從計(jì)算機(jī)4接收到X射線快門及濾鏡I的控制參數(shù)時(shí)，生成與接收到的控制參數(shù)對應(yīng)的控制信號，再發(fā)送到X射線控制器3。X射線控制器3根據(jù)接收到的控制信號而控制X射線快門及濾鏡I所產(chǎn)生的X射線的開/關(guān)，同時(shí)控制輸出強(qiáng)度。
另外，數(shù)據(jù)處理部5在從計(jì)算機(jī)4接收到攝像裝置11的控制參數(shù)時(shí)，生成與接收到的控制參數(shù)對應(yīng)的控制信號，再發(fā)送到攝像裝置11。攝像裝置11根據(jù)接收到的控制信號而對配置于試樣臺12的試樣13進(jìn)行拍攝，向計(jì)算機(jī)4發(fā)送所攝的圖像(包括靜止圖像)。
另外，數(shù)據(jù)處理部5在從計(jì)算機(jī)4接收到試樣臺12的控制參數(shù)時(shí)，生成與接收到的控制參數(shù)對應(yīng)的控制信號，再發(fā)送到工作臺控制器6。工作臺控制器6根據(jù)接收到的控制信號驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)7，使試樣臺12移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。例如，數(shù)據(jù)處理部5向計(jì)算機(jī)4發(fā)送攝像裝置11拍攝的試樣的攝像圖像，使所攝圖像在計(jì)算機(jī)4的顯示部(圖中未示出)上顯示畫面，通過操作畫面上的操作鍵，數(shù)據(jù)處理部5就從計(jì)算機(jī)4接收試樣臺12的控制參數(shù)。由此，能邊看計(jì)算機(jī)4顯示部所顯示的試料13的被攝圖像，邊控制試樣13的位置。
另外，數(shù)據(jù)處理部5通過通信接口部(圖中未示出)接收由熒光X射線檢測器8、 衍射X射線檢測器9、穿透X射線檢測器10所檢測出的檢測信號，并根據(jù)接收到的檢測信號進(jìn)行規(guī)定的數(shù)據(jù)處理，向計(jì)算機(jī)4輸出處理結(jié)果。
計(jì)算機(jī)4包括CPU、RAM、存儲各種數(shù)據(jù)的存儲部、在數(shù)據(jù)處理部5等單元間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信用的通信部、鼠標(biāo)、鍵盤等輸入輸出部、顯示裝置等顯示部(圖中均未示出)等。根據(jù)數(shù)據(jù)處理部5輸出的數(shù)據(jù)，對試樣13進(jìn)行規(guī)定的分析處理，在顯示部上顯示分析結(jié)果，或存于存儲部(圖中未示出)。
圖2為X射線聚焦元件2的外觀立體圖。X射線聚焦元件2包括玻璃制的毛細(xì)管 (管狀體)20和后述的X射線屏蔽構(gòu)件23。毛細(xì)管20的軸向長度例如為100mm、200mm。射入X射線的射入側(cè)的毛細(xì)管20 口徑例如為5mm，射入側(cè)開口端22的口徑為Imm左右。另外，射出X射線的射出側(cè)的毛細(xì)管20直徑例如為4. 6mm，射出側(cè)開口端21的口徑為O. 6mm左右。
圖3為表示毛細(xì)管20縱向剖視的示意圖。如圖中所示，設(shè)毛細(xì)管20的軸為X軸， 毛細(xì)管20的一徑向?yàn)閥軸。毛細(xì)管20做成繞X軸的旋轉(zhuǎn)對稱，毛細(xì)管20內(nèi)表面20a做成旋轉(zhuǎn)拋物面。毛細(xì)管20射入側(cè)開口端22的口徑Φ 2做得比射出側(cè)開口端21的口徑Φ1 大(Φ2> Φ I)，將具有與射出側(cè)開口端21 口徑Φ I相同口徑的圓板狀的X射線屏蔽構(gòu)件 23設(shè)置于毛細(xì)管20的射入側(cè)開口端22附近。
從射入側(cè)開口端22與毛細(xì)管20的軸(X軸)平行射入的X射線以入射角Θ射向毛細(xì)管20a內(nèi)表面，在入射角Θ小于全反射臨界角Θ c時(shí)，在毛細(xì)管內(nèi)表面20a全反射，自射出側(cè)開口端21射出并聚焦成焦點(diǎn)F。以軸(X軸)為中心射入口徑Φ1內(nèi)的X射線被X 射線屏蔽構(gòu)件23屏蔽。由此，從射入側(cè)開口端22射入的X射線全都在毛細(xì)管內(nèi)表面20a全反射，自射出側(cè)開口端21射出并聚焦成焦點(diǎn)F(試樣13的位置)(例如X射線束徑為I μ m 左右)，不會不在毛細(xì)管內(nèi)表面20全反射而直接從射出側(cè)開口端21射出。
設(shè)毛細(xì)管內(nèi)表面20a的拋物面為y2 = 4ax。設(shè)射入側(cè)開口端的點(diǎn)P2的坐標(biāo)為 P2(x2、y2)、設(shè)射出側(cè)開口端的點(diǎn)Pl的坐標(biāo)為Pl (xl、yl)、和點(diǎn)Pl處的與x軸構(gòu)成的夾角為Θ、拋物面的焦點(diǎn)F的坐標(biāo)為F(a、0)。
如數(shù)學(xué)式⑴所示，通過將y2 = 4ax對X微分，a由式⑴表示。這里，y’因?yàn)橛檬舰票硎荆詙’能用式3表示。將式(3)代入式(I)，從而a能用式(4)表示。另外， 設(shè)毛細(xì)管20的長度(軸向尺寸)為L，則y2由式(5)表示。另外，從射出側(cè)開口端21至焦點(diǎn)F的距離S由式(6)表示，另外，X射線的聚焦效率E由式(7)表示。
a=--y-y'……⑴[0075]/=dy dx……⑵[0076]I'=tan Θ......(3)[0077]a =1八 —y · tan Θ 2……⑷[0078]少2:I =(yl2 + 4aL)~2……(5)[0079]S ==xl-a ..... (6)[0080]E =少22-少I2 :v22……⑵[0081]以下，利用具體的數(shù)值進(jìn)行說明。設(shè)毛細(xì)管20的長度L為100mm、X射線屏蔽構(gòu)件23的口徑及射出側(cè)開口端21的口徑為O. 6mm,即設(shè)點(diǎn)Pl的y坐標(biāo)yl為O. 3mm、全反射臨界角Qc為3mrad。還有,全反射臨界角Θ c根據(jù)X射線的能量等而變化。在這種情況下，例如X射線的能量為IOkeV左右。[0082]在上述各種條件時(shí)，根據(jù)式⑷得a = O. 00045mm,根據(jù)xl = yl2/4a得xl =
50mm,根據(jù)式(5)得y2 = O. 52mm,根據(jù)式(6)得作動(dòng)距離WD即S = 50. Omm,根據(jù)式(7) 得X射線的聚焦效率E = 66.7%。而且，在以放射光設(shè)施使用時(shí)，作為入射的X射線的亮度若為1012photon/sec/mm2,通過將前述射入的X射線的直徑收縮為Ιμπι,從而能實(shí)現(xiàn) 7X 1017photon/sec/mm2 的亮度。
另外，設(shè)毛細(xì)管20的長度L為100mm，設(shè)X射線屏蔽構(gòu)件23的口徑及射出側(cè)開口端 21的口徑為O. 6mm,即設(shè)點(diǎn)Pl的y坐標(biāo)yl為O. 3mm、全反射臨界角Θ c為4mrad。還有,全反射臨界角Ge根據(jù)X射線的能量等而變化。在這種情況下，例如X射線的能量為7，5keV左右。
在上述各種條件時(shí),根據(jù)式(4)得a = O. 00060mm，根據(jù)式(5),得y2 = O. 574mm, 根據(jù)式(6)得作動(dòng)距離WD即S = 37. 5mm,根據(jù)式(7)得X射線的會聚效率E = 72. 7%。
如上所述，在使用X射線能量更小的情況下(即全反射臨界角Θ c變大的情況下)，雖然從射出點(diǎn)至焦點(diǎn)位置的作動(dòng)距離WD變小，但X射線的聚焦效率提高。另外，在使用X射線能量更大的情況下(即全反射臨界角Ge變小的情況下)，雖然從射出點(diǎn)至焦點(diǎn)位置的作動(dòng)距離WD變大，但X射線的聚焦效率降低。這些數(shù)值的例子只是一個(gè)示例，雖然為了獲得所需的作動(dòng)距離WD、X射線聚焦效率而能任意地設(shè)定，但總而言之，在能充分確保工作距離WD之同時(shí)，還能使X射線高效地聚焦于試樣上。
圖4為表示X射線屏蔽構(gòu)件23形狀的說明圖。圖4(a)表示X射線屏蔽構(gòu)件23 的主視圖，圖4(b)表示縱向剖視圖。X射線屏蔽構(gòu)件23從與射入側(cè)開口端22的口徑(毛細(xì)管20的外徑)大致相同的環(huán)形構(gòu)件232朝X射線屏蔽構(gòu)件23中心設(shè)置對X射線屏蔽構(gòu)件23支承的三根支承構(gòu)件233，將環(huán)形構(gòu)件232固定在毛細(xì)管20上。[0087]環(huán)形構(gòu)件232、支承構(gòu)件233、X射線屏蔽構(gòu)件23采用鉅、鎢、鑰、等對X射線屏蔽的金屬，通過一體成形而形成。還有，X射線屏蔽構(gòu)件23的軸向尺寸(厚度)可設(shè)定足以屏蔽X射線的尺寸。另外，為了不遮擋X射線的射入，最好盡量將支承構(gòu)件233相對X射線的入射面做得小些，而且為了確保足以支承X射線屏蔽構(gòu)件的強(qiáng)度，所以是細(xì)細(xì)的棒狀，可以圍繞軸配置，使它們互相間成120度的角度。還有，支承構(gòu)件233并不限于三根，可以是二根或四根以上，但考慮到強(qiáng)度及X射線的屏蔽抑制等，以三根為宜。
X射線屏蔽構(gòu)件的形狀并不限于上述實(shí)施方式，也可以為其它的形狀。
實(shí)施方式2
圖5為表示X射線屏蔽構(gòu)件其它形狀的說明圖。圖5(a)為X射線屏蔽構(gòu)件24的主視圖，圖5(b)為縱向剖視圖。與實(shí)施方式I不同之處在于，X射線屏蔽構(gòu)件24的口徑沿 X射線的射入側(cè)減小。
X射線屏蔽構(gòu)件24從與射入側(cè)開口端22的口徑(毛細(xì)管20的口徑)大致相同的環(huán)形構(gòu)件242朝X射線屏蔽構(gòu)件24中心設(shè)置支承X射線屏蔽構(gòu)件24的三根支承構(gòu)件243， 將環(huán)形構(gòu)件242固定在毛細(xì)管20上。在這種情況下，從射入側(cè)開口端22射入的X射線在沿X射線屏蔽構(gòu)件24軸向的側(cè)面反射時(shí)，由于較大地改變射入的X射線的行進(jìn)方向，所以能防止X射線屏蔽構(gòu)件24反射的不需要的X射線進(jìn)入毛細(xì)管20內(nèi)。
實(shí)施方式3
圖6為表示X射線屏蔽構(gòu)件其它形狀的說明圖。圖6(a)為X射線屏蔽構(gòu)件25的主視圖，圖6(b)為縱向剖視圖。與實(shí)施方式I不同之處在于，X射線屏蔽構(gòu)件25的X射線的射入面做成部分球面。
X射線屏蔽構(gòu)件25從與射入側(cè)開口端22的口徑(毛細(xì)管20的直徑)大致相同的環(huán)形構(gòu)件252向X射線屏蔽構(gòu)件25中心設(shè)置支承X射線屏蔽構(gòu)件25的三根支承構(gòu)件253， 將環(huán)形構(gòu)件252固定在毛細(xì)管20上。在這種情況下，從射入側(cè)開口端22射入的X射線不會在沿X射線屏蔽構(gòu)件25軸向的側(cè)面反射，屏蔽射入的X射線，所以能防止X射線屏蔽構(gòu)件25反射的不需要的X射線進(jìn)入毛細(xì)管20內(nèi)。
實(shí)施方式4
圖7為表示X射線屏蔽構(gòu)件其它形狀的說明圖。圖7(a)為X射線屏蔽構(gòu)件26的主視圖，圖7(b)為縱向剖視圖。與實(shí)施方式I不同之處在于，X射線屏蔽構(gòu)件26做成球狀體，用球狀體的固定構(gòu)件27代替支承構(gòu)件233。
X射線屏蔽構(gòu)件26為鉭、鎢、鑰等金屬性構(gòu)件，具有與射出側(cè)開口端21 口徑Φ1尺寸大致相同的口徑。固定構(gòu)件27是比X射線屏蔽構(gòu)件26的直徑小的球狀體，沿毛細(xì)管20 的圓周方向間隔適當(dāng)距離進(jìn)行配置。由此，X射線屏蔽構(gòu)件26的中心被配置于毛細(xì)管20的軸上。
另外，因?yàn)閺纳淙雮?cè)開口端22射入的X射線不會在沿X射線屏蔽構(gòu)件26軸向的側(cè)面反射而屏蔽射入的X射線，所以能防止由X射線屏蔽構(gòu)件26反射的不需要的X射線進(jìn)入毛細(xì)管20內(nèi)。另外，為了不遮擋X射線的射入，最好盡量將固定構(gòu)件27的直徑做得小些， 可以圍繞軸配置，使它們互相間成120度的角度。還有，固定構(gòu)件27并不限于三個(gè)，可以為二個(gè)或四個(gè)以上。
實(shí)施方式5[0100]固定構(gòu)件27的形狀并不限于上述實(shí)施方式4，可以是其它的形狀。圖8為表示固定構(gòu)件其它形狀的說明圖。圖8(a)為固定構(gòu)件28的主視圖，圖8(b)為縱向剖視圖。與實(shí)施方式4不同之處在于，固定構(gòu)件28做成棒狀體，代替球狀體。
固定構(gòu)件28是沿毛細(xì)管20的圓周長度間隔適當(dāng)距離、并與毛細(xì)管20的軸向大致平行配置的棒狀體。由此，X射線屏蔽構(gòu)件26的中心被配置于管狀體的軸上。
另外，因?yàn)閺纳淙雮?cè)開口端22射入的X射線不會在沿X射線屏蔽構(gòu)件26軸向的側(cè)面反射而屏蔽射入的X射線，所以能防止由X射線屏蔽構(gòu)件26反射的不需要的X射線進(jìn)入毛細(xì)管20內(nèi)。另外，為了不遮擋X射線的射入，最好盡量將固定構(gòu)件28的厚度做得小些， 可以圍繞軸配置，使它們互相間成120度的角度。還有，固定構(gòu)件28并不限于三個(gè)，可以為二個(gè)或四個(gè)以上。
實(shí)施方式6
X射線屏蔽構(gòu)件的固定方法并不限于實(shí)施方式I 實(shí)施方式5，也可以用其它的固定方法。圖9為表示X射線屏蔽構(gòu)件的其它固定例子的說明圖。圖9(a)表示X射線聚焦元件2的主視圖，圖9(b)表示X射線聚焦元件2的縱向剖視圖。圖中，30是X射線穿透率較高的樹脂膜(例如PET薄膜等)。樹脂膜30粘貼于毛細(xì)管20的射入側(cè)開口端22，在樹脂膜30的中央部朝射入側(cè)開口端22的外側(cè)固定有具有與射出側(cè)開口端21 口徑Φ I相同口徑的半圓球形的X射線屏蔽構(gòu)件29。
通過調(diào)整樹脂膜30的位置，便能容易地調(diào)整X射線屏蔽構(gòu)件29，使其中心位于毛細(xì)管20的軸上。在這種情況下，通過采用X射線穿透率高的樹脂膜30，從而自射入側(cè)開口端22射入的X射線被X射線屏蔽構(gòu)件29屏蔽，同時(shí)，因?yàn)樗璧腦射線穿透樹脂膜30，所以能聚焦較多的X射線。
上述實(shí)施方式6中，雖然其構(gòu)成為將X射線屏蔽構(gòu)件29相對樹脂膜30朝射入側(cè)開口端22的外側(cè)配置，但并不限于此，其構(gòu)成也可以將X射線屏蔽構(gòu)件29相對樹脂膜30 朝射入側(cè)開口端22的內(nèi)側(cè)配置。
如以上所述，在本發(fā)明中，通過將毛細(xì)管20射入側(cè)開口端22的口徑Φ 2做得比射出側(cè)開口端21的口徑Φ I大，并具有中心配置于毛細(xì)管20的軸上、該軸的口徑尺寸與射出側(cè)開口端21的口徑相同的X射線屏蔽構(gòu)件，從而射入的X射線不會不在毛細(xì)管20的內(nèi)表面全反射而直接從射出側(cè)開口端21射出，從而能加大射出側(cè)開口端21的口徑Φ1，延長射出側(cè)開口端21至試樣13的作動(dòng)距離，同時(shí)，能用簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)能高效地聚焦X射線的X 射線聚焦元件。
另外，通過延長X射線聚焦元件的作動(dòng)距離，即使在試樣表面有凹凸時(shí)，仍能對試樣的想要分析的部位照射X射線，能充分確保從試樣釋放出的熒光X射線的讀取角，能使試樣旋轉(zhuǎn)所需角度或移動(dòng)所需距離，所以能提供一種不論試樣的大小如何都能對試樣進(jìn)行分析即熒光X射線分析和X射線行射分析的X射線分析裝置。
在上述實(shí)施方式中，其構(gòu)成為X射線屏蔽構(gòu)件配置于射入側(cè)開口端22附近，但X 射線屏蔽構(gòu)件的位置并不限于毛細(xì)管的軸上，也可配置于X射線源和毛細(xì)管之間，另外，也能配置于毛細(xì)管內(nèi)的任意位置。例如將毛細(xì)管在中間部一分為二，將X射線屏蔽構(gòu)件設(shè)置于其中之一的毛細(xì)管的開口端附近，也能將分割后的毛細(xì)管互相之間固定。
上述實(shí)施方式中，其構(gòu)成為從毛細(xì)管20的射入側(cè)開口端22射入與毛細(xì)管20的軸平行的平行X射線，再聚焦X射線，但其構(gòu)成也可以為用旋轉(zhuǎn)拋物面或旋轉(zhuǎn)橢圓面構(gòu)成毛細(xì)管的內(nèi)表面，在一方的焦點(diǎn)位置配置點(diǎn)光源的X射線源，使從X射線源射入的X射線在毛細(xì)管內(nèi)表面全反射形成平行X射線，再次使平行X射線在毛細(xì)管內(nèi)表面全反射并使X射線聚焦于另一方的焦點(diǎn)位置，同時(shí)，在毛細(xì)管內(nèi)部配置具有與射入側(cè)開口端的口徑尺寸大致相同的口徑的X射線屏蔽構(gòu)件，屏蔽從射入側(cè)開口端直接通過射出側(cè)開口端的X射線。
在上述實(shí)施方式中，對將X射線聚焦元件2用于X射線分析裝置的例子進(jìn)行了說明，但X射線聚焦元件的應(yīng)用例子并不限于此，例如，也可適用于對試樣照射聚焦后的X射線束、計(jì)測從試樣釋放出的光電子的光電子顯微鏡。在這種情況下，由于能高效地將X射線束聚焦成細(xì)微的焦點(diǎn)，所以X射線密度提高，與以往相比，能高速并實(shí)時(shí)地觀測試樣。另外， 也能適用于X射線蝕刻(光刻)、利用X射線產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的裝置、X射線顯微鏡的照射一側(cè)的透鏡等照射X射線的X射線照射裝置等。
權(quán)利要求
1.一種X射線聚焦元件，具有管狀體，在所述管狀體的內(nèi)表面反射從一側(cè)開口端射入的X射線，并使反射的X射線從另一側(cè)開口端射出以進(jìn)行聚焦，其特征在于，射入側(cè)開口端的口徑比射出側(cè)開口端的口徑大，并具有X射線屏蔽構(gòu)件，該X射線屏蔽構(gòu)件的口徑尺寸與該射出側(cè)開口端的口徑尺寸大致相同，該X射線屏蔽構(gòu)件的口徑沿X射線的射入側(cè)減少，其中心位于所述管狀體的軸上。
2.如權(quán)利要求
I所述的X射線聚焦元件，其特征在于，包括固定于所述射入側(cè)開口端附近的環(huán)形構(gòu)件；以及從該環(huán)形構(gòu)件向所述X射線屏蔽構(gòu)件的中心配置、支承該X射線屏蔽構(gòu)件的多個(gè)支承構(gòu)件。
3.如權(quán)利要求
2所述的X射線聚焦元件，其特征在于，所述X射線屏蔽構(gòu)件是向X射線的射入側(cè)縮徑而成的板狀體。
4.如權(quán)利要求
2所述的X射線聚焦元件，其特征在于，所述X射線屏蔽構(gòu)件的X射線入射面構(gòu)成球面的一部分。
5.如權(quán)利要求
I所述的X射線聚焦元件，其特征在于，所述X射線屏蔽構(gòu)件構(gòu)成球狀體，在所述管狀體的內(nèi)表面與所述X射線屏蔽構(gòu)件表面之間具有多個(gè)將該X射線屏蔽構(gòu)件固定于所述管狀體上的固定構(gòu)件。
6.如權(quán)利要求
5所述的X射線聚焦元件，其特征在于，所述固定構(gòu)件是沿所述管狀體的圓周方向間隔配置的球狀體。
7.如權(quán)利要求
5所述的X射線聚焦元件，其特征在于，所述固定構(gòu)件是沿所述管狀體的圓周方向間隔適當(dāng)距離、并與所述管狀體的軸向大致平行配置的棒狀體。
8.如權(quán)利要求
I所述的X射線聚焦元件，其特征在于，具有將所述X射線屏蔽構(gòu)件固定于所述射入側(cè)開口端的X射線穿透片。
9.一種X射線照射裝置，具有將X射線源射出的X射線聚焦的X射線聚焦元件，照射聚焦后的X射線，其特征在于，所述X射線聚焦元件是如權(quán)利要求
I至8中任一項(xiàng)所述的X射線聚焦元件。
專利摘要
一種X射線聚焦元件及具有該X射線聚焦元件的X射線照射裝置，能延長從射出側(cè)開口端至被檢查體的作動(dòng)距離，而且，不論被檢查體的大小如何都能對被檢查體進(jìn)行分析即熒光X射線分析和X射線衍射分析。X射線屏蔽構(gòu)件(23)從與射入側(cè)開口端的口徑(毛細(xì)管(20)外徑)大致相同口徑的環(huán)形構(gòu)件(232)向環(huán)形構(gòu)件(23)中心設(shè)置支承X射線屏蔽構(gòu)件的三根支承構(gòu)件(233)，將環(huán)形構(gòu)件(232)固定于毛細(xì)管(20)。環(huán)形構(gòu)件(232)、支承構(gòu)件(233)、X射線屏蔽構(gòu)件(23)用鉭、鎢、鉬等對X射線進(jìn)行屏蔽的金屬通過一體成形而形成。X射線屏蔽構(gòu)件(23)的軸向尺寸(厚度)設(shè)定成足以屏蔽X射線的尺寸。
文檔編號G21K1/06GKCN101390172 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200780006165
公開日2012年7月18日 申請日期2007年2月8日
發(fā)明者中澤弘基, 吉川英樹, 大堀謙一, 大澤澄人, 米哈伊·沃萊庫·奧萊勒, 駒谷慎太郎 申請人:株式會社堀場制作所, 獨(dú)立行政法人物質(zhì)·材料研究機(jī)構(gòu)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3), 非專利引用 (1),