JP5467293B2 - X-ray analyzer - Google Patents
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Description
本発明は、X線を検出する半導体検出器を有するX線分析装置に関する。 The present invention relates to an X-ray analyzer having a semiconductor detector for detecting X-rays.
X線を検出する検出器として、半導体検出器が、試料を分析するX線分析装置や放射線医療装置である放射線CT、X線CTなどに用いられている。 As detectors for detecting X-rays, semiconductor detectors are used in X-ray analyzers for analyzing samples and radiation CT, X-ray CT, which are radiological medical devices.
放射線CT、X線CTなどに用いられている半導体検出器では、検出時に出力信号が低下する経時変化が起き、検出効率や分解能が低下する。そのため、半導体検出器へのバイアス電圧の供給を断続する手段を有する放射線(X線)CTがある(特許文献1参照)。また、半導体検出器へのバイアス電圧をゼロにしたり、検出時のバイアス電圧と逆符号のバイアス電圧を供給したりする放射線検出装置がある(特許文献2参照)。 In semiconductor detectors used for radiation CT, X-ray CT, and the like, a change with time in which an output signal decreases during detection occurs, and detection efficiency and resolution decrease. For this reason, there is radiation (X-ray) CT having means for intermittently supplying the bias voltage to the semiconductor detector (see Patent Document 1). In addition, there is a radiation detection apparatus that makes the bias voltage to the semiconductor detector zero or supplies a bias voltage having the opposite sign to the bias voltage at the time of detection (see Patent Document 2).
従来の技術である特許文献1に記載されている放射線CTでは、X線照射に同期させて半導体検出器へのバイアス電圧の供給を断続させている。特許文献2に記載されている放射線検出装置では、X線照射に同期させて半導体検出器へのバイアス電圧をゼロにしたり、検出時のバイアス電圧と逆符号のバイアス電圧を供給したりして、バイアス電圧の供給を断続させている。
In the radiation CT described in
半導体検出器は、供給されたバイアス電圧によって、半導体検出器の素子のp極またはn極に入射したX線によって発生した電荷を収集し、この電荷を増幅器で増幅して電気量を測定している。しかし、長時間にわたって半導体検出器の素子にバイアス電圧を供給していると、半導体検出器の素子のi層(真性半導体の層)表面にイオンが付着する。半導体検出器に入射したX線によって発生した電荷が、この付着したイオンによって途中で拘束(トラップ)され、供給されたバイアス電圧による電場によりp極またはn極への電荷収集に相違が生じると考えられる。 The semiconductor detector collects the charge generated by the X-rays incident on the p-pole or n-pole of the element of the semiconductor detector by the supplied bias voltage, and amplifies the charge with an amplifier to measure the electric quantity. Yes. However, if a bias voltage is supplied to the element of the semiconductor detector for a long time, ions adhere to the surface of the i layer (intrinsic semiconductor layer) of the element of the semiconductor detector. The charge generated by the X-rays incident on the semiconductor detector is constrained (trapped) in the middle by the adhering ions, and it is considered that there is a difference in charge collection to the p-pole or n-pole due to the electric field by the supplied bias voltage It is done.
このため、X線分析装置に用いられている半導体検出器では、半年や1年以上の長期間にわたって使用していると、測定によって得られるスペクトルプロファイルのすそが長く尾を引くテーリングが発生する。特に、低エネルギー側にテーリングする。また、出力信号のバックグラウンドが大きくなる。特に、低エネルギー側にバックグラウンドが大きく現れる。そのため、分析感度が低下したり、定性分析において誤った同定をしたりすることがある。
特許文献1に記載の放射線CTや特許文献2に記載の放射線検出装置では、X線検出中の短い時間での出力信号の経時的な低下の問題を解決するために、X線照射に同期させて半導体検出器へのバイアス電圧の供給をゼロにしたり、検出時のバイアス電圧と逆符号のバイアス電圧を供給したりして、バイアス電圧の供給を断続させている。しかし、X線分析装置では、長い使用期間後に発生するテーリング現象が問題であり、半導体検出器の素子のi層表面に付着したイオンをi層から充分に放電する切断時間が必要である。また、半導体検出器にバイアス電圧を供給した直後は、半導体検出器のデッドレート(不感時間の割合)が高く、スペクトルプロファイルのピーク位置が不安定となり、直ぐに測定を開始することはできない。そのため、X線分析装置ではバイアス電圧の供給を断続させて測定することができない。
In the radiation CT described in
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、半導体検出器に供給するバイアス電圧を所定のスケジュールにしたがって切断することによって、スペクトルプロファイルのテーリングを抑制し、バックグラウンドを低減させて、高感度、高精度で分析することができるX線分析装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems. By cutting the bias voltage supplied to the semiconductor detector according to a predetermined schedule, the tailing of the spectrum profile is suppressed, the background is reduced, An object is to provide an X-ray analyzer capable of analyzing with high sensitivity and high accuracy.
前記目的を達成するために、本発明のX線分析装置は、X線管によって1次X線が照射された試料から発生する2次X線の強度を検出する半導体検出器と、前記半導体検出器にバイアス電圧を供給するバイアス電源と、前記バイアス電源を制御して前記半導体検出器に供給するバイアス電圧を所定のスケジュールにしたがって切断する制御装置とを備える。 In order to achieve the above object, an X-ray analyzer of the present invention includes a semiconductor detector for detecting the intensity of secondary X-rays generated from a sample irradiated with primary X-rays by an X-ray tube, and the semiconductor detection device. A bias power source for supplying a bias voltage to the detector, and a control device for controlling the bias power source and cutting the bias voltage supplied to the semiconductor detector according to a predetermined schedule.
本発明のX線分析装置によれば、半導体検出器に供給するバイアス電圧を断続せずに、所定のスケジュールにしたがって切断するので、スペクトルプロファイルのテーリングを抑制し、バックグラウンドを低減させて高感度、高精度で分析することができる。また、半導体検出器を長寿命化することができる。 According to the X-ray analyzer of the present invention, since the bias voltage supplied to the semiconductor detector is cut according to a predetermined schedule without being interrupted, the tailing of the spectrum profile is suppressed, the background is reduced, and the sensitivity is high. Can be analyzed with high accuracy. In addition, the life of the semiconductor detector can be extended.
本発明のX線分析装置は、バイアス電圧が切断された後の最初の測定前に、X線を入射させることによって半導体検出器をウォーミングアップすることが好ましい。この場合には、バイアス電圧が切断された後、最初の測定前に、X線を入射させてウォーミングアップをしてから試料の測定を開始するので、半導体検出器が安定した状態で測定することができ、高感度、高精度の分析をすることができる。 The X-ray analyzer of the present invention preferably warms up the semiconductor detector by making X-rays incident before the first measurement after the bias voltage is cut off. In this case, after the bias voltage is cut off and before the first measurement, X-rays are incident to warm up and then the measurement of the sample is started, so that the semiconductor detector can be measured in a stable state. It is possible to analyze with high sensitivity and high accuracy.
以下、本発明の実施形態である全反射蛍光X線分析装置について説明する。図1に示すように、本実施形態の全反射蛍光X線分析装置1は、試料Sに1次X線14を照射するX線源10と、X線源10によって照射された試料Sから発生する2次X線である蛍光X線15を検出する半導体検出器16と、このSSDにバイアス電圧を供給するバイアス電源17と、バイアス電源17を制御して半導体検出器16に供給するバイアス電圧を所定のスケジュールにしたがって切断する制御装置20とを有している。制御装置20によって全反射蛍光X線分析装置1の動作日時が管理され、X線源10、半導体検出器16およびバイアス電源17が制御され、半導体検出器16をウォーミングアップする。
Hereinafter, a total reflection X-ray fluorescence analyzer which is an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the total reflection
X線源10はX線管11と分光素子13とで構成され、X線管11から放射されるX線12を分光素子13で単色化して1次X線14として試料Sに照射している。X線源10が試料Sに照射する1次X線14が試料Sの上面で全反射する角度、例えば0.05〜0.2°に設定されている。試料Sからの蛍光X線15を検出する半導体検出器16は、例えばSSDである。バイアス電源17は半導体検出器16にバイアス電圧を供給している。制御装置20は、半導体検出器に供給するバイアス電圧を所定のスケジュールにしたがって切断したり、供給したりする。また、X線源10および半導体検出器16を制御して半導体検出器16に、試料Sからの蛍光X線15を入射させて半導体検出器16をウォーミングアップする。ウォーミングアップのために半導体検出器16にX線を入射させる時間は数秒から10秒間程度が好ましい。制御装置20はコンピュータにより構成されている。
The
半導体検出器16に供給するバイアス電圧の切断スケジュールは、全反射蛍光X線分析装置1が測定を行わない時期に設定されるのが好ましい。例えば、バイアス電圧を毎日曜日の午前4時に所定の時間切断を継続した後、バイアス電圧の供給を再開し、所定の時間の間は測定を開始しない待機状態を継続するスケジュールが設定されている。
The cutting schedule of the bias voltage supplied to the semiconductor detector 16 is preferably set at a time when the total reflection
バイアス電圧を所定の時間切断を継続することによって、半導体検出器の素子のi層表面に付着したイオンがi層表面から放電され、入射したX線によって発生する電荷がトラップされることがなく、電荷収集が良好な状態に戻る。これによって、全反射蛍光X線分析装置1によって測定されるスペクトルプロファイルのテーリングが抑制され、バックグラウンドが低減される。バイアス電圧の切断継続時間は5〜20分間が好ましく、10〜15分間がより好ましい。
By continuing to cut the bias voltage for a predetermined time, ions attached to the surface of the i layer of the semiconductor detector element are discharged from the surface of the i layer, and the charges generated by the incident X-rays are not trapped. The charge collection returns to a good state. Thereby, tailing of the spectrum profile measured by the total reflection
バイアス電圧の供給直後は、半導体検出器16のデッドレートが高く、スペクトルプロファイルのピーク位置が不安定であるので、バイアス電圧の供給再開後、測定を開始しない状態で所定の時間の間待機する。すなわち、半導体検出器16の不感時間の経過後に測定することによって、正確な精度の良い測定をすることができる。バイアス電圧の供給再開後の測定前待機の時間は2〜15分間が好ましく、3〜10分間がより好ましい。 Immediately after the supply of the bias voltage, the dead rate of the semiconductor detector 16 is high and the peak position of the spectrum profile is unstable. Therefore, after the supply of the bias voltage is resumed, the measurement device waits for a predetermined time without starting measurement. That is, by measuring after the dead time of the semiconductor detector 16 elapses, accurate and accurate measurement can be performed. The waiting time before measurement after resumption of supply of the bias voltage is preferably 2 to 15 minutes, and more preferably 3 to 10 minutes.
制御装置20はX線源10および半導体検出器16を制御して、バイアス電圧が切断された後の最初の測定前に、半導体検出器16に試料Sからの蛍光X線15を入射させてウォーミングアップする。ウォーミングアップすることによって半導体検出器16が安定した状態で試料Sを測定することができる。
The
本発明の実施形態である全反射蛍光X線分析装置1の動作について、図2の動作フロー図にしたがって説明する。通常、全反射蛍光X線分析装置1の主電源は常にオン状態にされており、何時でも測定が開始できる状態にされ、制御装置20によって動作日時が管理されている。また、制御装置20によってX線源10、半導体検出器16およびバイアス電源17は以下のように動作するように制御されている。
The operation of the total reflection
段階S1で、バイアス電圧の切断が設定された日時か、否かを判断する。その日時でなければ、段階S1に戻る。 In step S1, it is determined whether or not the date and time when bias voltage disconnection is set. If it is not the date and time, the process returns to step S1.
その日時になっていると、段階S2に進み、全反射蛍光X線分析装置1が測定中か、否かを判断する。
If it is, the process proceeds to step S2, and it is determined whether or not the total reflection
段階S2で測定中であれば、段階S2Aに進み、測定中待機を実行したか、否かを判断する。測定中待機を実行していなければ、段階S1Aで、例えば4時間待機する。4時間の測定中待機が終了すると、段階S2で、測定中か、否かを判断する。 If the measurement is being performed in step S2, the process proceeds to step S2A, and it is determined whether or not standby during measurement has been executed. If the waiting during measurement is not executed, in step S1A, for example, 4 hours is waited. When the standby for 4 hours is completed, it is determined in step S2 whether the measurement is in progress.
段階S2Aで測定中待機を実行していれば、段階S3で今回のバイアス電圧切断の設定を解除する。 If standby during measurement is executed in step S2A, the current bias voltage disconnection setting is canceled in step S3.
段階S2で、測定中でなければ、段階S4に進み、バイアス電源17を制御してバイアス電圧を、例えば15分間切断する。このとき、バイアス電圧の切断の実行を制御装置20に記憶する。15分間のバイアス電圧の切断が終了すると、段階S5に進む。
If the measurement is not being performed in step S2, the process proceeds to step S4, where the
段階S5で、バイアス電源17を制御してバイアス電圧の供給を開始する。
In step S5, the
段階S6で、測定を開始しない測定前待機を、例えば10分間行う。 In step S6, the pre-measurement standby without starting the measurement is performed, for example, for 10 minutes.
段階S7で、制御装置20から既に設定されている予約測定が読み出される、または制御装置20に新たな分析条件が設定される。新たな分析条件は段階S4〜6で設定してもよい。なお、段階S7以降の測定段階は、段階S6の終了直後に進行してもよいし、段階S6で全反射蛍光X線分析装置1の動作を一度終了して、その後、例えば数時間後、数日後などに進行してもよい。
In step S7, the reserved measurement already set from the
段階S8で測定を開始すると、段階S9に進む。 When measurement is started in step S8, the process proceeds to step S9.
段階S9で、制御装置20は、この測定が段階S4で記憶したバイアス電圧の切断の実行後の最初の測定か、否かを判断する。最初の測定の場合には、段階S10に進む。このとき、制御装置20から段階S4で記憶したバイアス電圧の切断のメモリが消去される。最初の測定でない場合には、段階S11に進む。
In step S9, the
段階S10で、X線源10および半導体検出器16を制御して試料Sに1次X線14を照射し、試料Sから発生する蛍光X線15を、例えば5秒間入射させて半導体検出器16をウォーミングアップする。半導体検出器16のウォーミングアップが終了すると、段階S11に進む。もし、段階S4〜10のときに、測定が開始されると、段階S10の半導体検出器16のウォーミングアップが終了するまで測定は待機状態になり、段階S10の終了後に段階S11に進む。
In step S10, the
段階S11で、試料Sに1次X線14が照射されて試料Sから発生する蛍光X線15の強度を半導体検出器16によって測定し、測定元素の定量値が求められる。
In step S11, the sample X is irradiated with the
段階S12で、全試料の測定が終了すると、終了する。 When the measurement of all the samples is completed in step S12, the process ends.
本実施形態の全反射蛍光X線分析装置1によれば、バイアス電圧を所定のスケジュールにしたがって切断するので、スペクトルプロファイルのテーリングを抑制し、バックグラウンドを低減させて高感度、高精度で分析することができる。これにより、半導体検出器16を安定して長期間使用することができる。
According to the total reflection
本実施形態では、全反射蛍光X線分析装置1について説明したが、その他の半導体検出器16を有する蛍光X線分析装置やX線回折装置などのX線分析装置であってもよい。バイアス電圧の切断スケジュールを毎日曜日に設定したが、毎日、毎月など必要に応じて設定すればよい。半導体検出器16のウォーミングアップに蛍光X線15を用いたが、X線管10からの1次X線や試料Sからの散乱X線などのX線を用いてもよい。
In the present embodiment, the total reflection
1 X線分析装置(全反射蛍光X線分析装置)
11 X線管
12 X線
13 分光素子
14 1次X線
15 2次X線(蛍光X線)
16 半導体検出器
17 バイアス電源
20 制御装置
S 試料
1 X-ray analyzer (total reflection X-ray fluorescence analyzer)
11
16
Claims (2)
前記半導体検出器にバイアス電圧を供給するバイアス電源と、
前記バイアス電源を制御して前記半導体検出器に供給するバイアス電圧を設定された日時にしたがって切断する制御装置と、
を備えたX線分析装置。 A semiconductor detector for detecting the intensity of secondary X-rays generated from a sample irradiated with primary X-rays by an X-ray tube;
A bias power supply for supplying a bias voltage to the semiconductor detector;
A control device for controlling the bias power source and cutting the bias voltage supplied to the semiconductor detector according to a set date and time ;
X-ray analyzer equipped with.
前記制御装置が前記X線管および前記半導体検出器を制御して、バイアス電圧が切断された後の最初の測定前に、試料からの蛍光X線を入射させることによって前記半導体検出器をウォーミングアップするX線分析装置。 In claim 1,
The controller controls the X-ray tube and the semiconductor detector to warm up the semiconductor detector by injecting fluorescent X-rays from a sample before the first measurement after the bias voltage is cut off. X-ray analyzer.
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