JP3548478B2 - Elemental analyzer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加速器から発射されたイオンビームを試料に照射し、試料から発生するX線をX線検出器により検出し、そのスペクトルにより試料の元素分析を行う装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、粒子線励起X線法(Particle Induced X-ray Emission)と称される元素分析法が知られている。この方法は、真空チャンバ内で、陽子、アルファ粒子、重イオン等のイオンビームを試料に照射することによって、試料に含まれる元素に固有のエネルギを持つX線(特性X線)を発生させ、この特性X線をX線検出器で測定し、そのX線スペクトルから試料中の元素を分析する方法である。
この方法においては、イオンビームを試料に照射すると、試料から特性X線の他に、連続X線、散乱陽子が発生する。さらに、試料を透過した陽子がその進行方向に対向した真空チャンバの内壁面などの衝突してγ線を発生する。散乱陽子、散乱γ線は、X線検出器に進入して特性X線スペクトルに対してノイズとなり、正確な分析を阻害する。また、試料中に特定の元素が多量に存在する場合には、対応する特性X線が多量に発生してX線検出器に進入する。これがそのX線検出器の検出能を上回る場合には、同様に解析を阻害する。
そこで、従来は、X線検出器のX線受け入れ用のスリーブの開口の向きや開口面積を調整したり、このスリーブの先端部に鉛板を巻き付けたり、その都度試行を繰り返して調整を行い、ノイズの発生を防止している。軽元素の分析においては、発生する特性X線のエネルギが低いために、重元素の分析の場合とは調整を変更する必要がある。このため、試料に多く含まれる元素が軽元素であるか重元素であるかにより、その都度上記の調整を変更して対応している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のX線検出器のノイズ防止方法は、熟練を要し、誰でもが画一的に容易に行うことができず、また調整に手間がかかる。また、試料に含まれる元素の種類に応じてその都度チャンバの真空を解いてノイズ防止のための調整を行わなければならないという問題点がある。
そこで本発明は、解析を阻害する散乱陽子、γ線、過剰な特性X線が、X線検出器へ進入することがないように、その進入を阻止して正確な分析を容易に行うことができ、しかも重元素に対しても軽元素に対しても調整を変更することなく広く適用することができる使い勝手の良好な元素分析装置を提供することを課題としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、真空チャンバ内に、重元素用X線検出器4と、軽元素用X線検出器5とを具備させる。重元素用X線検出器のX線導入用の第1スリーブ4aの先端部には、γ線を遮蔽すると共にX線の進入量を制限するためのアブソーバ6を装着し、軽元素用X線検出器5のX線導入用の第2スリーブ5aの先端部には、アブソーバ6に加えて、散乱陽子の進入を阻止するための散乱陽子リムーバ10を装着する。アブソーバ6は、第1スリーブ4aの先端部を被覆するように取り付けられる鉛製の被覆筒7bを有するγ線遮蔽シリンダ7と、γ線遮蔽シリンダ7の先端の開放部を閉塞するように装着されるステンレススチール製のコリメータ8とを具備させる。コリメータ8の、中央の開口8cで第1スリーブ4a内へのX線の進入量を調整する。散乱陽子リムーバ10には、X線検出器5内への散乱陽子の進入を磁場により阻止する本体11と、アブソーバ6の先端部に装着するための嵌合筒12とを具備させる。本体11には、相互間にほぼ平行な磁束が生じるように磁極を対向させて配置された2枚の永久磁石板14を具備させ、この永久磁石板14の間を貫通して嵌合筒12に通じる通路16を設ける。通路16の周囲を合成樹脂製の被覆壁で囲み、内部には磁場を形成する。この通路16の両端を開口させて永久磁石板14の外周を鉄製のヨーク15で被覆する。永久磁石板14は、その全周をヨーク15に被覆されて漏洩する磁束が極めて少ないので、例えばX線検出器5の検出用半導体等に対する悪影響は生じない。
【0005】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明に係る元素分析装置における真空チャンバの概略構成を示す平面図、図2は本発明に係るX線検出器用アブソーバの断面図である。
【0006】
図1において、真空チャンバ1内には、イオンビーム導入管2、ターゲットフレーム3、重元素用のX線検出器4、軽元素用X線検出器5が設けられている。ビーム導入管2は、図示しない加速器に接続され、ビームコリメータを介してイオンビームを真空チャンバ1内に導く。ビーム導入管2の先端に対向するようにターゲットフレーム3が設けられている。ターゲットフレーム3は、複数の試料Sを保持しており、遠隔操作により移動自在である。ターゲットフレーム3を移動することにより、イオンビームを照射する試料Sを任意に変えることができる。
【0007】
図1,図2に示すように、重元素用X線検出器4は、X線導入用のスリーブ4aを有し、その開放した先端をターゲットフレーム3上の所定の試料Sに向けて配置されている。スリーブ4aの先端部には、元素解析を阻害する散乱陽子、γ線、過剰な特性X線等が、X線検出器へ進入しないように、その進入を阻止し、あるいは制限するためのアブソーバ6が取り付けられている。
【0008】
図2に示すように、アブソーバ6は、スリーブ4aの先端部外周を被覆するγ線遮蔽シリンダ7と、γ線遮蔽シリンダ7の先端に装着されるコリメータ8と、このコリメータ8の開口を閉塞するようにコリメータ8上に取り付けられるX線吸収板9とを具備する。
【0009】
γ線遮蔽シリンダ7は、ほぼ筒状のアルミニウム製コア7aの外周を鉛製の被覆筒7bで被覆して成り、スリーブ4aに対して着脱自在である。
【0010】
γ線遮蔽シリンダ7の先端部には、その開放部を閉塞するようにコリメータ8が装着される。コリメータ8は、ステンレススチール製で、シリンダ7の開放部に着脱自在に嵌合する嵌合部8aと、シリンダ7の先端面に当接する鍔部8bとを備え、中央には所定直径の開口8cが形成されている。開口8cは、それの直径の大きさによりスリーブ4a内へのX線の進入量を調整する。特性X線の発生量に応じて、適宜取り替えできるように、開口8cの直径の異なるものを数種類用意しておくのが好都合である。
【0011】
X線吸収板9は、コリメータ8の開口8cを閉塞するように、コリメータ8の外側面に取り付けられる。X線吸収板9は、X線の透過量を調整し、無用のガンマ線、散乱陽子の進入を阻止することができるポリカーボネート等の合成樹脂製の薄板である。例えば、ポリカーボネート製のX線吸収板9では、厚さ300μmでAl元素以下の軽元素の特性X線を吸収し、厚さ500μmでK元素以下の軽元素の特性X線を吸収し、厚さ1000μmでSe元素以下の軽元素の特性X線を吸収する。従って、厚さが各々異なるX線吸収板9を取り付けた複数種類のコリメータ8を用意し、試料Sが含有する元素に応じて適宜取り替えられるようにするのが好都合である。
【0012】
ビーム導入管2を介して試料Sにイオンビームを照射すると、試料Sから連続X線、特性X線、散乱陽子が発生し、また試料Sを透過した陽子がその進行方向に対向したチャンバ1の内壁面などに衝突してγ線を発生する。散乱γ線は、γ線遮蔽シリンダ7によりX線検出器4内への進入を阻止される。また、コリメータ8は、X線検出器4内へ入射するX線量を調整し、その量が検出能を超えない範囲に制限し、さらに小径の開口8cにより、γ線、散乱陽子の進入を妨げる。X線吸収板9を装着する場合には、これにより一定範囲のX線を吸収してX線検出器4内へ入射するX線量を調整すると共に、γ線の進入をより確実に阻止することができる。
【0013】
図1、図3において、軽元素用X線検出器5は、X線導入用のスリーブ5aの開放した先端をターゲットフレーム3上の所定の試料に向けて、軽元素用X線検出器4のスリーブ4aとは異なる角度で配置されている。スリーブ5aの先端部には、散乱陽子リムーバ10が取り付けられている。
【0014】
散乱陽子リムーバ10は、軽元素の解析を阻害する散乱陽子がX線検出器5へ進入するのを阻止するためのもので、図3に示すように、X線吸収板9を装着しない上記のアブソーバ6に重ねてスリーブ5aに取り付けられる。散乱陽子リムーバ10は、本体11と、嵌合筒12とを具備する。嵌合筒12は、アルミニウム製であり、アブソーバ6のγ線遮蔽シリンダ7の外周に嵌合する。
【0015】
図5乃至図7に示すように、散乱陽子リムーバ10の本体11は、相互間に合成樹脂製のスペーサ13を介在させて、2枚の強力な永久磁石板14を対向配置し、その周囲を軟鉄製のヨーク15でカバーして成る。スペーサ13は、一対の永久磁石板14の間隔を保ち、その間にX線の通路16を形成すると共に、この通路6に永久磁石板14が直接露出しないように被覆する被覆壁を構成するもので、各一対の第1スペーサ13aと第2スペーサ13bとから成る。第1スペーサ13aは、一対の永久磁石板14の間隔を保ち、隙間を形成するためのもので、一対が相互間隔をおいて配置され、両者の隙間に通路16が形成される。通路16には、ほぼ平行な磁束の磁場が形成される。第2スペーサ13bは、一対の永久磁石板14の対向する面を被覆するように配置される。
【0016】
ヨーク15は、永久磁石板14の周囲への漏洩磁場を抑えるためのもので、上下左右前後の6枚の矩形鉄板15a〜15fから成り、永久磁石板14の全周を被覆している。前後の鉄板15a、15bの中央には、通路16に対応する位置に開口15g,15hが形成されている。このヨーク15により、その表面付近での漏洩磁場を数ガウスに抑えることができる。また、前方鉄板15eの前面には、散乱陽子の衝突によるγ線の発生を防止するための合成樹脂板17が貼り付けられている。合成樹脂板17は、開口15gに対応する開口17aを有する。
【0017】
軽元素の分析においては、散乱陽子の吸収のために、X線吸収板9を装着したアブソーバ6を用いた場合、軽元素から発生する特性X線のエネルギが低いために、これがX線吸収板9に吸収されてしまう。散乱陽子リムーバ10は、低エネルギの特性X線の進入を阻害せずに、散乱陽子の進入のみを阻止する。即ち、通路16内に進入した散乱陽子は、永久磁石板14による磁場のために進路を偏向され、X線検出器5へ到達しない。永久磁石板14は、その全周をヨーク15に被覆されて漏洩する磁束が極めて少ないので、例えばX線検出器5の検出用半導体等に対する悪影響は生じない。
【0018】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、解析を阻害する散乱陽子、γ線、過剰な特性X線が、X線検出器へ進入することがないように、その進入を阻止して正確な分析を容易に行うことができ、しかも重元素に対しても軽元素に対しても調整を変更することなく広く適用することができる使い勝手の良好な元素分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る元素分析装置における真空チャンバの概略構成を示す平面図である。
【図2】本発明に係るX線検出器用アブソーバの断面図である。
【図3】本発明に係るX線検出器用散乱陽子リムーバの一部を切り欠いた正面図である。
【図4】本発明に係るX線検出器用散乱陽子リムーバの側面図である。
【図5】図3におけるV−V断面図である。
【図6】図4におけるVI−VI断面図である。
【図7】図4におけるVII−VII断面図である。
【符号の説明】
1 真空チャンバ
2 ビーム導入管
3 ターゲットフレーム
4 重元素用X線検出器
4a X線導入スリーブ
5 軽元素用X線検出器
5a X線導入スリーブ
6 アブソーバ
7 γ線遮蔽シリンダ
7a コア
7b 被覆筒
8 コリメータ
8a 嵌合部
8b 鍔部
8c 開口
9 X線吸収板
10 散乱陽子リムーバ
11 本体
12 嵌合筒
13 スペーサ
13a 第1スペーサ
13b 第2スペーサ
14 永久磁石
15 ヨーク
15a〜15f 鉄板
15g 開口
15h 開口
16 通路
17 合成樹脂板
17a 開口[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus that irradiates a sample with an ion beam emitted from an accelerator, detects X-rays generated from the sample by an X-ray detector, and performs elemental analysis of the sample based on its spectrum.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, an elemental analysis method called Particle Induced X-ray Emission (Particle Induced X-ray Emission) has been known. In this method, an X-ray (characteristic X-ray) having energy peculiar to an element contained in a sample is generated by irradiating a sample with an ion beam such as protons, alpha particles, and heavy ions in a vacuum chamber, In this method, the characteristic X-ray is measured with an X-ray detector, and the element in the sample is analyzed from the X-ray spectrum.
In this method, when a sample is irradiated with an ion beam, continuous X-rays and scattered protons are generated from the sample in addition to characteristic X-rays. Further, the protons transmitted through the sample collide with the inner wall surface of the vacuum chamber facing the traveling direction and generate γ-rays. Scattered protons and scattered gamma rays enter the X-ray detector and become noise with respect to the characteristic X-ray spectrum, hindering accurate analysis. If a specific element is present in a large amount in the sample, a large amount of the corresponding characteristic X-ray is generated and enters the X-ray detector. If this exceeds the detectability of the X-ray detector, the analysis is similarly inhibited.
Therefore, conventionally, the direction and the opening area of the opening of the sleeve for receiving the X-ray of the X-ray detector are adjusted, the lead plate is wound around the tip of the sleeve, and the adjustment is performed by repeating the trial each time. The generation of noise is prevented. In the analysis of light elements, the adjustment is different from that in the analysis of heavy elements because the energy of characteristic X-rays generated is low. Therefore, the above adjustment is changed each time depending on whether the element contained in the sample is a light element or a heavy element.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described conventional method for preventing noise of an X-ray detector requires skill, cannot be performed uniformly and easily by anyone, and requires time and labor for adjustment. In addition, there is a problem that the vacuum for the chamber must be released each time the adjustment for preventing noise must be performed in accordance with the type of the element contained in the sample.
Therefore, the present invention prevents the scattering protons, γ-rays, and excessive characteristic X-rays that interfere with the analysis from entering the X-ray detector, and makes it possible to easily perform accurate analysis by preventing the entry. It is an object of the present invention to provide an easy-to-use element analyzer that can be applied to both heavy elements and light elements without changing the adjustment.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a heavy
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a vacuum chamber in an element analyzer according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of an X-ray detector absorber according to the present invention.
[0006]
In FIG. 1, an ion
[0007]
As shown in FIGS. 1 and 2, the heavy
[0008]
As shown in FIG. 2, the
[0009]
The γ-
[0010]
A
[0011]
The X-ray absorption plate 9 is attached to the outer surface of the
[0012]
When the sample S is irradiated with an ion beam through the
[0013]
In FIGS. 1 and 3, the light
[0014]
The
[0015]
As shown in FIGS. 5 to 7, the
[0016]
The
[0017]
In the analysis of light elements, when the
[0018]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, accurate analysis is performed by preventing the scattered protons, γ-rays, and excess characteristic X-rays from entering the X-ray detector so as not to enter the X-ray detector. It is possible to provide an easy-to-use element analyzer that can be easily performed and can be widely applied to heavy elements and light elements without changing the adjustment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a vacuum chamber in an element analyzer according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of an X-ray detector absorber according to the present invention.
FIG. 3 is a partially cutaway front view of a scattered proton remover for an X-ray detector according to the present invention.
FIG. 4 is a side view of a scattered proton remover for an X-ray detector according to the present invention.
FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 3;
FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 4;
FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記X線検出器は、重元素用X線検出器と、軽元素用X線検出器との2つを具備し、
前記重元素用X線検出器は、前記真空チャンバ内に先端が開放するように配置されたX線導入用の第1スリーブを有し、
この第1スリーブの先端部には、γ線を遮蔽すると共にX線の進入量を制限するためのアブソーバが装着され、
このアブソーバは、前記第1スリーブの先端部を被覆するように取り付けられる鉛製の被覆筒を有するγ線遮蔽シリンダと、
このγ線遮蔽シリンダの先端の開放部を閉塞するように装着され、中央に所定直径の開口を備え、前記第1スリーブ内へのX線の進入量を調整するための金属製のコリメータとを具備し、
前記軽元素用X線検出器は、前記真空チャンバ内に先端が開放するように配置されたX線導入用の第2スリーブを有し、
この第2スリーブの先端部には、前記アブソーバに加えて、散乱陽子の進入を阻止するための散乱陽子リムーバが装着され、
この散乱陽子リムーバは、前記軽元素用X線検出器内への散乱陽子の進入を磁場により阻止する本体と、前記アブソーバ先端部に装着するための嵌合筒とを具備し、
前記本体は、相互間にほぼ平行な磁束が生じるように磁極を対向させて配置された2枚の永久磁石板と、この2枚の永久磁石板の間を貫通して前記嵌合筒に通じ周囲を合成樹脂製の被覆壁で囲まれ内部に前記磁束を通すことができる通路と、この通路の両端を開口させて前記永久磁石板の外周を被覆する鉄製のヨークとを具備することを特徴とする元素分析装置。An apparatus that irradiates a sample in a vacuum chamber with an ion beam emitted from an accelerator, detects X-rays generated from the sample with an X-ray detector, and performs elemental analysis based on an X-ray spectrum,
The X-ray detector includes a heavy element X-ray detector and a light element X-ray detector,
The heavy element X-ray detector has a first sleeve for introducing X-rays arranged in the vacuum chamber so that the tip is open,
At the tip of the first sleeve, an absorber for shielding γ-rays and restricting the amount of X-rays is attached,
The absorber is a gamma ray shielding cylinder having a lead coating cylinder attached so as to cover the distal end of the first sleeve,
A metal collimator mounted to close the opening at the end of the γ-ray shielding cylinder, having an opening with a predetermined diameter in the center, and adjusting the amount of X-rays entering the first sleeve. Equipped,
The light element X-ray detector has a second sleeve for introducing X-rays arranged in the vacuum chamber so that the tip is open,
At the tip of the second sleeve, in addition to the absorber, a scattered proton remover for preventing the entry of scattered protons is mounted,
The scattered proton remover includes a main body that blocks the entry of scattered protons into the light element X-ray detector by a magnetic field, and a fitting cylinder for mounting the tip of the absorber.
The main body includes two permanent magnet plates arranged with their magnetic poles facing each other so that a substantially parallel magnetic flux is generated therebetween, and penetrates between the two permanent magnet plates and passes through the fitting cylinder to surround the periphery. It is characterized by comprising a passage surrounded by a synthetic resin covering wall and through which the magnetic flux can pass, and an iron yoke that opens both ends of the passage and covers the outer periphery of the permanent magnet plate. Elemental analyzer.
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