焦電結晶を用いた小型希土類分析装置

摘要

焦電結晶は,単位格子内で正負の電荷の重 心が一致せず,自発分極をしている強誘電体 である.焦電結晶に温度変化を与えると,そ の自発分極の大きさが変化し,結晶表面が帯 電する.大気中では大量に存在する浮遊分子 によって電荷が持ち去られるため,結晶表面 の帯電は速やかに解消される.一方,真空中 では浮遊分子が少ないため,帯電が解消され るまでに数分程度の時間を要する.その結 果,焦電結晶表面と焦電結晶表面と電位が異 なる場所に電場が生じる.この電場によっ て,真空中に存在する浮遊電子が加速され, 電子線が発生する.この原理を利用して, Brownridgeは焦電結晶である硝酸セシウム (CsNO_3)を 5 × 10~(-5) torr で 77 K から 300 K に昇温することで電子線を発生させ,発生し た電子線を金箔に照射すると金の特性X線 (L線）が発生することを報告した.その後, 焦電結晶を用いたX線発生装置に関する 研究が行われ,現在では,焦電結晶を用いた X線発生装置は商品化され,Amptek社より Cool-Xとして販売されている.また,蛍光 X線分析のためのX線源,イオンビーム発 生装置,質量分析装置のイオン化源, 中性子発生装置などに焦電結晶を用いる 研究が行われている.焦電結晶であるタンタル酸リチウム(LiTaO_3)の5 mm角の結晶に1 Paで100°Cの温度変化を与えると50keVの エネルギーを持つ電子線が発生する.1 Pa という真空度は小型ロ一タリーポンプで到達 可能であるため,焦電結晶を用いれば,安価 かつ小型の装置を製作することが可能である. 筆者らは,これまで,焦電結晶を用いて発生 した電子線を未知試料に照射して発生する特 性X線を測定して構成元素を分析する小型 電子線プローブマイクロアナライザ(EPMA, Electron Probe MicroAnalyser)や未知試料 の代わりに既知の金属板を設置して,X線を 発生させる小型X線管5)を製作してきた.