JP2009193861A - X線発生装置、x線発生方法、及びx線発生用ターゲット - Google Patents
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Abstract
【課題】高輝度の電子線が照射された場合においても、ターゲット上に形成された電子線照射部の温度上昇を抑制し、熱応力によるターゲットの荒れを抑制するとともに、ターゲットの飛散を抑制して、高輝度のX線を安定して発生させる。
【解決手段】所定の電子線を発生させるための電子線源と、前記電子線の照射を受けて電子線照射部を形成し、この電子線照射部から所定のX線を生成するターゲットとを具え、前記ターゲットは、前記電子線照射部を中心として一定の半径rの曲率を有する半球状又は半円柱状の凸部を含むようにしてX線発生装置を構成する。
【選択図】図4
【解決手段】所定の電子線を発生させるための電子線源と、前記電子線の照射を受けて電子線照射部を形成し、この電子線照射部から所定のX線を生成するターゲットとを具え、前記ターゲットは、前記電子線照射部を中心として一定の半径rの曲率を有する半球状又は半円柱状の凸部を含むようにしてX線発生装置を構成する。
【選択図】図4
Description
本発明は、長期間安定して高輝度のX線を発生することが可能なX線発生装置、X線発生方法、及びX線発生用ターゲットに関する。
X線回折測定等においては、可能なかぎり強い強度のX線を試料に照射して測定を行う必要のある場合がある。この様な場合に用いられるX線発生装置として従来から回転対陰極X線発生装置が知られている(特許文献1参照)。
この回転対陰極X線発生装置は、内部に冷却媒体を流通させた円柱状の対陰極(ターゲット)を高速で回転させながら、その外周表面に電子線を照射してX線を発生させるものである。この回転対陰極X発生装置は、ターゲットを固定した平板式の固定ターゲットのタイプに比較してターゲット上の電子線の照射位置が時々刻々と変化するので冷却効率が極めて高く、したがって、対陰極に大電流の電子線を照射することができ、強力な(高輝度の)X線を発生させることができる。
一方、平板式の固定ターゲットにおいても、使用するターゲット部材をWあるいはMoなどの高融点金属から構成することによって、上記回転対陰極X線発生装置と同等の高輝度X線を発生させることができる。
しかしながら、上述した平板式の固定ターゲット及び回転対陰極X線発生装置のいずれにおいても、高輝度X線を発生させるためには、高強度の電子線をターゲットに照射しなければならず、その結果、特に電子線が照射される電子線照射部の温度上昇が顕著になっていた。この結果、特に前記ターゲットの前記電子線照射部において、熱応力に起因した荒れがひどくなって、生成するX線の強度が減少してしまうという問題が生じていた。
また、前記電子線照射部の温度が過度に上昇するとかかる部分が溶解してしまい、溶解した金属が飛散して、ターゲットが損傷してしまうという問題も生じる。また、このような溶解した金属が電子線源に付着したりすると、かかる電子線源に損傷を与えてしまうという問題もある。
特開平7−122211号
本発明は、高輝度の電子線が照射された場合においても、ターゲット上に形成された電子線照射部の温度上昇を抑制し、熱応力によるターゲットの荒れを抑制するとともに、ターゲットの飛散を抑制して、高輝度のX線を安定して発生させることを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の電子線を発生させるための電子線源と、
前記電子線の照射を受けて電子線照射部を形成し、この電子線照射部から所定のX線を生成するターゲットとを具え、
前記ターゲットは、前記電子線照射部を中心として、前記電子線照射部の裏面外方に向けて一定の半径rの曲率を有する半球状又は半円柱状の凸部を含むように形成したことを特徴とする、X線発生装置に関する。
所定の電子線を発生させるための電子線源と、
前記電子線の照射を受けて電子線照射部を形成し、この電子線照射部から所定のX線を生成するターゲットとを具え、
前記ターゲットは、前記電子線照射部を中心として、前記電子線照射部の裏面外方に向けて一定の半径rの曲率を有する半球状又は半円柱状の凸部を含むように形成したことを特徴とする、X線発生装置に関する。
また、本発明は、
電子線源から電子線を発生させるステップと、
前記電子線をターゲットに照射して電子線照射部を形成するとともに、この電子線照射部から所定のX線を生成するステップとを含み、
前記ターゲットを、前記電子線照射部を中心として、前記電子線照射部の外方に向けて一定の半径rの曲率を有する半球状又は半円柱状の凸部を含むように形成し、前記電子線照射部において発生した熱を拡散させ、前記電子線照射部の温度上昇を抑制するようにしたことを特徴とする、X線発生方法に関する。
電子線源から電子線を発生させるステップと、
前記電子線をターゲットに照射して電子線照射部を形成するとともに、この電子線照射部から所定のX線を生成するステップとを含み、
前記ターゲットを、前記電子線照射部を中心として、前記電子線照射部の外方に向けて一定の半径rの曲率を有する半球状又は半円柱状の凸部を含むように形成し、前記電子線照射部において発生した熱を拡散させ、前記電子線照射部の温度上昇を抑制するようにしたことを特徴とする、X線発生方法に関する。
さらに、本発明は、
電子線照射を受けて所定のX線を生成するターゲットであって、
前記ターゲットの、電子線照射によって形成された電子線照射部を中心として、前記電子線照射部の外方に向けて一定の半径rの曲率を有する半球状又は半円柱状の凸部を含むことを特徴とする、X線発生用ターゲットに関する。
電子線照射を受けて所定のX線を生成するターゲットであって、
前記ターゲットの、電子線照射によって形成された電子線照射部を中心として、前記電子線照射部の外方に向けて一定の半径rの曲率を有する半球状又は半円柱状の凸部を含むことを特徴とする、X線発生用ターゲットに関する。
図1は、従来の固定式のX線発生用ターゲットの、電子線照射部近傍の熱伝導の状態を示す概略図であり、図2は、本発明の固定式のX線発生用ターゲット(X線発生装置及びX線発生方法)の、電子線照射部近傍の熱伝導の状態を示す概略図である。なお、これら図面においては、熱伝導の概略を説明すべく、ターゲットの具体的構造については簡略化して記載している。
図1に示すように、従来のターゲット11は一様な平板状を呈しており、その表面11Aに電子線15を照射するとともに、裏面11B側を水冷する。ターゲット11の表面には、電子線15の照射によって電子線照射部12が形成される。電子線照射部12は電子線照射によって温度が上昇するが、この温度上昇に伴う熱はほぼ球状に伝搬する。しかしながら、図1に示すような平板状のターゲット11においては、その平板状の形態に起因して、電子線照射部12直下での熱伝搬距離が短くなるため、この部位の温度が冷却媒体(通常は水)の沸点以上になると沸騰するため、上述した熱伝導をターゲット11内で十分に行うことができない。
したがって、ターゲット11の裏面11B側を水冷しても、ターゲット11の特に電子線照射部12の温度上昇を十分に抑制することができない。この結果、ターゲット11に対して高強度の電子線15が照射されると、電子線照射部12における熱応力が多大となり、ターゲット11の荒れが生じてX線輝度が劣化したり、溶解したターゲット材料が飛散したりして、電子線源が劣化したりしてしまう場合がある。
一方、図2に示す本発明のターゲット21においては、電子線照射部22を中心として、その外方に向けて半径rの曲率を有する凸部221を裏面21B側に形成している。したがって、ターゲット21の表面21A側から高強度の電子線25を照射した場合においても、電子線照射部22の温度上昇に伴う熱伝導を凸部221内にほぼ球状に伝搬せしめることができる。この結果、電子線照射部22の温度上昇を十分に抑制することが可能となり、電子線照射部22の熱応力に起因したターゲット21の荒れによるX線輝度の低下や、溶解が抑制され、ターゲット材料が飛散することによる電子線源の劣化等を抑制することができる。
すなわち、本発明のX線発生用ターゲット(X線発生装置及びX線発生方法)によれば、ターゲット内に生じた熱をターゲット自身による熱伝搬によって十分に拡散し、電子線照射部における温度上昇を抑制することができる。したがって、ターゲットの裏面の水冷の効果と併せて、前記電子線照射部の温度上昇をより効果的に抑制することができ、上記のような温度上昇に伴う不利益を回避することができる。
なお、ターゲット21の大きさ(厚さ等)に対して電子線25の幅が無視できないような場合、図3に示すように、電子線照射部22の端部22Aを基準として曲率半径rの2つの半球を描き、これら2つの半球を結合するとともに、外周面を連続させて得た半球を凸部221として定義する。
なお、本発明の一例において、前記凸部は、前記ターゲットよりも熱伝導率の大きな材料を含むことができる。この場合、前記ターゲットの、特に電子線照射部における温度上昇をより効果的に抑制することができ、かかる温度上昇に起因した上記ターゲットの表面荒れなどによるX線輝度の低下などの不利益を回避することができる。
例えば、前記ターゲットが、銅、クローム及びコバルトの少なくとも一つを含む場合、前記凸部は、銅、銀、ダイヤモンドライクカーボン及びダイヤモンドの少なくとも一つを含むようにする。この場合、前記ターゲット及び前記凸部が同じ銅から構成される場合は、銅の純度等を考慮し、前記凸部を構成する銅の熱伝導率が前記ターゲットを構成する銅の熱伝導率よりも大きくなるようにする。
また、本発明の一態様において、前記ターゲットは回転対陰極を構成することができる。この場合、上述したように、ターゲット上の電子線の照射位置が時々刻々と変化するので冷却効率が極めて高く、したがって、対陰極に大電流の電子線を照射することができ、強力な(高輝度の)X線を発生させることができる。
回転対陰極の場合は、電子線照射部の位置が前記回転対陰極の回転に伴って変化することになる。この場合は、回転に伴う各瞬間における電子線照射部に対して凸部が半球状となることが要求されるので、上記回転対陰極の回転に伴う前記電子線の前記回転対陰極のトレースに従って、前記凸部は半球状の凸部が結合したような形態、すなわち半円柱状となる。
この場合においても、上記回転対陰極の回転に伴う各瞬間における電子線照射部においては、半円球状の凸部の熱伝搬の効果によって、その温度上昇を効果的に抑制することができる。結果として、回転対陰極を用いた場合においても、電子線照射部の温度上昇を効果的に抑制することができる。
以上説明したように、本発明によれば、高輝度の電子線が照射された場合においても、ターゲット上に形成された電子線照射部の温度上昇を抑制し、熱応力によるターゲットの荒れを抑制するとともに、ターゲットの飛散を抑制して、高輝度のX線を安定して発生させることができる。
以下、本発明のその他の特徴及び利点について、発明を実施するための最良の形態に基づいて説明する。
図4は、本発明のX線発生装置の一例を示す構成図である。図4から明らかなように、本実施形態においては、平板状の固定式ターゲットを用いた場合のX線発生装置を示している。
図4に示すX線発生装置30においては、真空容器31内に、対陰極(ターゲット)32が配置されているとともに、これと対向するようにして陰極33が設けられている。陰極33は電子線源として機能し、ウエーネルト34の内側にセラミックなどの絶縁体で固定され、ウエーネルト34が電子線用のレンズとして機能している。
対陰極32と陰極33との間にはアパチャーグリッド35及び陽極36が設けられている。アパチャーグリッド35は陰極に対し条件により異なるが概ね±7kVの範囲で変化でき、負電位の時は電子を遮断し、正電位の時は陰極の空間電荷を中和し、多量の電子を効果的に引き出すのに用いられる。陽極36は対陰極(ターゲット)32と同電位に保たれ両者は通常アースされている。陽極36には電子線を通過させるための穴が形成されており、陰極33から発せられた電子線38を、アパチューグリッド35、陽極36間の電場勾配に従って加速し、さらにはその後の電位差をなくし高温になった対陰極32から出る分子やイオンの影響を減らすために設けられているものであって、本例においては必要に応じて省略することができる。また、真空容器31にはX線取り出し窓37が設けられており、対陰極32から発生したX線39を外部に取り出させるように構成されている。
なお、通常グリッドは効率を良くするため網目状のものが多いが、それでは電子線束に編み目状の濃淡が出来、更にグリッドに過剰な電流が流れるため、敢えて円筒形のグリッドを用いる、即ち電子線38は円筒の中を通るため陰が出来ない。このようなグリッドをアパチュアーグリッドという。
また、対陰極32の裏面側には水冷室42が設けられ、対陰極32を裏面側から水冷されるように構成されている。なお、冷媒である水は、入口42Aから水冷室42内に供給し、出口42Bから排出させて、水冷室42内を循環するように構成されている。
本実施形態において、対陰極32は、上記図2に示したように、電子線照射部32Aを中心として曲率半径rの半球状の凸部321を有するようにして構成する。これによって、電子線照射部32Aの温度上昇に伴う熱伝導を凸部321内にほぼ球状に伝搬せしめることができる。この結果、電子線照射部32Aの温度上昇を十分に抑制することが可能となり、電子線照射部32Aの熱応力に起因した対陰極32の荒れによるX線39の輝度の低下や、溶解が抑制されてターゲット材料の蒸散が抑制され、対陰極材料の付着等による陰極33の劣化等を抑制することができる。
なお、本実施形態においても、対陰極32の大きさに比較して電子線38の幅が無視できないような場合、凸部321は、上記図3で説明したように、電子線照射部32Aの端部を基準として2つの半球を描き、これら2つの半球を結合し、外周面を連続させて得た半球を凸部321として定義する。
対陰極32は、例えば銅、クローム、コバルトなどから構成することができる。さらには、高融点金属であるタングステンやモリブデン等から構成することもできる。後者の場合、より高強度の電子線38を照射することができるので、より高輝度のX線を生成することができるようになる。
なお、凸部321は、上述したような対陰極32と一体として同じ材料から構成することもできるが、より高い熱伝導率を有する材料から構成することができる。このような材料としては、銀、銅、ダイヤモンドライクカーボンやダイヤモンドを挙げることができる。なお、上述したように、対陰極32及び凸部321が同じ銅から構成される場合は、銅の純度等を考慮し、凸部321を構成する銅の熱伝導率が対陰極32を構成する銅の熱伝導率よりも大きくなるようにする。
図5は、本発明のX線発生装置の他の例を示す構成図である。図5から明らかなように、本実施形態においては、回転対陰極を用いた場合のX線発生装置を示している。
図5に示すX線発生装置50においては、真空容器51内に、回転対陰極52が配置されているとともに、これと対向するようにして電子線源としての電子銃53が設けられている。回転対陰極52の下面には回転シャフト55が接続されており、図中矢印で示す方向に回転できるように構成されている。なお、回転対陰極52の、電子銃53と相対向する側には、回転対陰極52と接触するようにして水冷室54が設けられており、この水冷室54内には回転シャフト55を通じて外部から冷媒(冷却水)が循環されるようになっている。
図5に示すX線発生装置50においては、電子銃53から電子線58が回転対陰極52の表面に照射され、得られた電子線照射部52Aから所定のX線59が生成され、X線取り出し窓57から外部に取り出される。
本実施形態においても、回転対陰極52は、上記図2に示したように、回転に伴う各瞬間における電子線照射部52Aに対して凸部が半球状となり、上記回転対陰極52の回転に伴う電子線58の、回転対陰極52に対するトレースに従って、前記半球状の凸部が結合したような形態、すなわち半円柱状の凸部521を有している。この場合、回転対陰極52の回転に伴う各瞬間における電子線照射部52Aにおいては、半円球状の凸部の熱伝搬の効果によって、その温度上昇を効果的に抑制することができる。
結果として、回転対陰極52を用いた場合においても、電子線照射部52Aの温度上昇を効果的に抑制することができる。このため、電子線照射部52Aの熱応力に起因した回転対陰極52Aの荒れによるX線59の輝度の低下や、ターゲット材料の蒸散による飛散を抑制することができる。
なお、本実施形態においても、回転対陰極52の大きさに比較して電子線58の幅が無視できないような場合、凸部521は、上記図3で説明したように、電子線照射部52A端部を基準として2つの半球を描き、これら2つの半球を結合し、外周面を連続させて得た半球の連続体として上記半円柱形状が定義される。
回転対陰極52は、例えば銅、クローム、コバルトなどから構成することができる。さらには、高融点金属であるタングステンやモリブデン等から構成することもできる。後者の場合、より高強度の電子線58を照射することができるので、より高輝度のX線を生成することができるようになる。
なお、凸部521は、上述したような回転対陰極52と一体として同じ材料から構成することもできるが、より高い熱伝導率を有する材料から構成することができる。このような材料としては、銀、銅、ダイヤモンドライクカーボンやダイヤモンドを挙げることができる。上述したように、回転対陰極52及び凸部521が同じ銅から構成される場合は、銅の純度等を考慮し、凸部521を構成する銅の熱伝導率が回転対陰極52を構成する銅の熱伝導率よりも大きくなるようにする。
以上、本発明について具体例を挙げながら詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
11 ターゲット
12 電子線照射部
15 電子線
21 ターゲット
22 電子線照射部
25 電子線
31 真空容器
32 対陰極
33 陰極
34 ウエーネルト
35 グリッド
36 陽極
37 X線取り出し窓
38 電子線粗れ
39 X線
42 水冷室
51 真空容器
52 回転対陰極
53 電子銃
54 水冷室
55 回転シャフト
57 X線取り出し窓
58 電子線
59 X線
12 電子線照射部
15 電子線
21 ターゲット
22 電子線照射部
25 電子線
31 真空容器
32 対陰極
33 陰極
34 ウエーネルト
35 グリッド
36 陽極
37 X線取り出し窓
38 電子線粗れ
39 X線
42 水冷室
51 真空容器
52 回転対陰極
53 電子銃
54 水冷室
55 回転シャフト
57 X線取り出し窓
58 電子線
59 X線
Claims (12)
- 所定の電子線を発生させるための電子線源と、
前記電子線の照射を受けて電子線照射部を形成し、この電子線照射部から所定のX線を生成するターゲットとを具え、
前記ターゲットは、前記電子線照射部を中心として、前記電子線照射部の外方に向けて一定の半径rの曲率を有する半球状又は半円柱状の凸部を含むように形成したことを特徴とする、X線発生装置。 - 前記凸部は、前記ターゲットよりも熱伝導率の大きな材料を含むことを特徴とする、請求項1に記載のX線発生装置。
- 前記ターゲットは、銅、クローム及びコバルトの少なくとも一つを含み、前記凸部は、銀、銅、ダイヤモンドライクカーボン及びダイヤモンドの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載のX線発生装置。
- 前記ターゲットは回転対陰極を構成することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載のX線発生装置。
- 電子線源から電子線を発生させるステップと、
前記電子線をターゲットに照射して電子線照射部を形成するとともに、この電子線照射部から所定のX線を生成するステップとを含み、
前記ターゲットを、前記電子線照射部を中心として、前記電子線照射部の外方に向けて一定の半径rの曲率を有する半球状又は半円柱状の凸部を含むように形成し、前記電子線照射部において発生した熱を拡散させ、前記電子線照射部の温度上昇を抑制するようにしたことを特徴とする、X線発生方法。 - 前記凸部は、前記ターゲットよりも熱伝導率の大きな材料を含むことを特徴とする、請求項5に記載のX線発生方法。
- 前記ターゲットは、銅、クローム及びコバルトの少なくとも一方を含み、前記凸部は、銀、銅、ダイヤモンドライクカーボン及びダイヤモンドの少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項5又は6に記載のX線発生方法。
- 前記ターゲットは回転対陰極を構成することを特徴とする、請求項5〜7のいずれか一に記載のX線発生方法。
- 電子線照射を受けて所定のX線を生成するターゲットであって、
前記ターゲットの、電子線照射によって形成された電子線照射部を中心として、前記電子線照射部の外方に向けて一定の半径rの曲率を有する半球状又は半円柱状の凸部を含むことを特徴とする、X線発生用ターゲット。 - 前記凸部は、前記ターゲットよりも熱伝導率の大きな材料を含むことを特徴とする、請求項9に記載のX線発生用ターゲット。
- 前記ターゲットは、銅、クローム及びコバルトの少なくとも一方を含み、前記凸部は、銀、銅、ダイヤモンドライクカーボン及びダイヤモンドの少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項9又は10に記載のX線発生装置。
- 前記ターゲットは回転対陰極を構成することを特徴とする、請求項9〜11のいずれか一に記載のX線発生用ターゲット。
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CN111403073A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-07-10 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于电子加速器的多用途终端 |
-
2008
- 2008-02-15 JP JP2008034680A patent/JP2009193861A/ja not_active Withdrawn
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