JP4566501B2

JP4566501B2 - X-ray equipment

Info

Publication number: JP4566501B2
Application number: JP2002184533A
Authority: JP
Inventors: 貴裕松本; 秀典三村; 純司松田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2022-06-25
Also published as: JP2004031067A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にＸ線管に冷陰極源を使用したＸ線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線を発生させる装置としては、従来熱電子を利用したものが多く用いられている。これは、例えば特許公報第２７１０９３号、２７１０９４号等に示されているように、Ｘ線透過性材料により形成された基体の中に、熱電子を受けてＸ線を放射するターゲット膜を設けたものであり、熱カソードによる電子放出現象を利用したものである。また、冷陰極源を用いたＸ線装置も知られている。
【０００３】
Ｘ線は、真空のガラス管の中で、高電圧下にて陰極からでた電子が陽極に衝突したときに発生するが、陰極と陽極の間の管電圧がＸ線の透過性を決めるポイントとなり、管電圧が低いと透過力の弱い長波長のＸ線となり、管電圧が高いと透過力の強い短波長のＸ線となる。
【０００４】
また最近では、ナノ構造を利用したＸ線発生装置も実用化されている。この装置は、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）並びにスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型ナノ構造を利用した冷陰極源を作製してなるもので、コールドエミッション（Ｃｏｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎ）と呼ばれ、電子放出を起こさせるには１０^−６ｔｏｒｒ以下の高真空を必要とする。
【０００５】
上記のＣＮＴを利用したＸ線発生装置は、例えば公開特許公報・特開２００１−２５０４９６に示されているように、ＣＮＴからなる冷陰極電子放出源を陰極に用いるようにしたもので、このことによって熱陰極を用いることによる種々の問題を解決することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなカソードからの熱電子を利用する従来のＸ線発生装置においては、次のような問題点があった。
【０００７】
（１）Ｗ（タングステン）などの金属カソードを２０００℃から３０００℃に加熱して電子を発生させているため、電子を発生させるためのエネルギー効率が悪い（通常０．１％程度）。
【０００８】
（２）熱を発生させるために大電流電源が必要となり、コストが高くなるとともに、大きな設備（装置の大型化）となってしまう。
【０００９】
（３）カソード部分以外が溶解しないようにするため、水冷等の冷却機構が必要となる。
【００１０】
（４）カソード部分が高熱になるため、残存する酸素・Ｈ_２Ｏと反応してカソードが劣化あるいは消失してしまう。
【００１１】
また、上記の問題を解決するために、冷陰極源を作製してＸ線発生装置とする場合には、高真空を必要とし、高電圧をカソード及びアノード部分にかけるとその部分に分子等が吸着して電子の放出が不安定になり、ひいては発生するＸ線が大きく揺らぐという問題点があった。
【００１２】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、高効率化、小型化及び低価格化を図ることができ、また、より精密なＸ線測定装置を実現することができ、Ｘ線照射の被検体へのダメージも抑制可能なＸ線装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、Ｘ線装置を次の（１）ないし（６）のとおりに構成する。
（１）ナノ構造冷陰極のカソードと金属ターゲットを用いたアノードとを有し２ｋｅＶから２０ｋｅＶ領域のＸ線を発生する２極構造のＸ線管と、
前記Ｘ線管から発生するＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管の前記カソードとグラウンド間に接続され、前記Ｘ線検出器で検出した検出信号により制御されて前記Ｘ線管に流れる放電電流を制御する高耐圧トランジスターまたはオーストンスイッチからなる制御素子と、
を備えたＸ線装置。
（２）ナノ構造冷陰極のカソードと金属ターゲットを用いたアノードとを有し２ｋｅＶから２０ｋｅＶ領域のＸ線を発生する２極構造のＸ線管と、
所定のパルスを発生するパルス発生器と、
前記Ｘ線管の前記カソードとグラウンド間に接続され、前記パルス発生器で発生したパルス信号により制御されて前記Ｘ線管をパルス動作させる高耐圧トランジスターまたはオーストンスイッチからなる制御素子と、
を備えたＸ線装置。
（３）ナノ構造冷陰極のカソードと金属ターゲットを用いたアノードとを有し２ｋｅＶから２０ｋｅＶ領域のＸ線を発生する２極構造のＸ線管と、
前記Ｘ線管から発生するＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管の前記カソードに対向配置され、前記Ｘ線検出器で検出した検出信号により制御されて前記カソードの前記アノードとは反対側である裏面に光を照射する光照射源と、
を備えたＸ線装置。
（４）ナノ構造冷陰極のカソードと金属ターゲットを用いたアノードとを有し２ｋｅＶから２０ｋｅＶ領域のＸ線を発生する２極構造のＸ線管と、
所定のパルスを発生するパルス発生器と、
前記Ｘ線管の前記カソードに対向配置され、前記パルス発生器で発生したパルス信号により制御されて前記カソードの前記アノードとは反対側である裏面に光を照射する光照射源と、
を備えたＸ線装置。
（５）前記（３）または（４）記載のＸ線装置において、
前記光照射源は、発光ダイオードまたはレーザーダイオードのいずれかであることを特徴とするＸ線装置。
（６）前記（１）ないし（５）の何れか１項に記載のＸ線装置において、
前記Ｘ線管のアノードは、マイクロフォーカスＸ線とするために先端部以外を絶縁体でコートしたことを特徴とするＸ線装置。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面について説明する。
【００３３】
図１は本発明の第１の実施例の構成図であり、冷陰極源を用いたＸ線発生装置の概略構成を模式的に示している。
【００３４】
同図において、１は直流の高圧電源で、Ｘ線管を構成する冷陰極源のカソード２と金属ターゲットを用いたアノード３の間に高電圧を印加する。４は上記Ｘ線管に直列接続された制御素子としての高耐圧ＦＥＴ（トランジスター）で、ゲートにコントローラ５が接続されており、Ｘ線管から発生されるＸ線を検出するＸ線検出器６の検出結果に応じてＸ線管に流れる電流を可変し、Ｘ線検出器６と共にＸ線管に流れる放電電流を制御する制御手段を構成している。
【００３５】
本実施例では、ガラスチューブに金属のアノード３とカソード２を対向するように配置している。アノード３としては様々な金属が利用可能であり、このターゲットを変えることによって発生する特性Ｘ線のエネルギーも変化する。また、特性Ｘ線の他に加速電圧に応じて制動放射Ｘ線も発生する。
【００３６】
カソード２としては、シリコンナノ構造体，ＣＮＴ、ＧＮＦ（グラファイトナノファイバー）及び金属や半導体を先鋭化させて電界集中を起こりやすくするようにしたスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型電極を利用することができるが、パルス的なＸ線の発生を考える場合には、エミッション電流密度が大きく取れるＣＮＴ、ＧＮＦが好適である。
【００３７】
上記のＧＮＦは、例えば公開特許公報・特開２００１−２７９４４１に示されるように、比較的大きな基板に均一に成膜形成することができる。またスピント型電極に代表される電界放射陰極においても、安定した放射電流特性を有したものを容易に得ることができる。
【００３８】
また、負の電気親和力を有する材料、例えばＡＩＮ、ＢＮ、ダイヤモンド半導体などを利用することによって、低い電圧から電子放出が起こり、高効率で大きな電流密度を得ることができ、ひいては高輝度のＸ線を発生させることが可能となる。
【００３９】
カソード２とアノード３間の距離は、フィールドエミッション（電界放出）の閾値電圧と発生させる特性Ｘ線（ターゲットに依存する）のエネルギーに依存するが、例えばＣｕとＣＮＴターゲットの組み合わせを用いた場合、ＣｕとＣＮＴの間には１０ｋＶ以上の電圧をかけないと特性Ｘ線が発生しないので、ＣＮＴの閾値電圧が４Ｖ／μｍ程度であることから、大体３ｍｍ程度の間隔を必要とする。
【００４０】
したがって、上記のような間隔でアノード３とカソード２を真空中で配置する。このとき、真空容器としてガラス管を使用する場合には、低エネルギー（２ｋｅＶ−２０ｋｅＶ）領域のＸ線の透過率は悪いので、ガラスに穴あけ加工等を施して、その孔をベリリウム、グラファイト、ポリイミド、アルミニウム、チッカボロン等の薄膜で真空漏れのないように塞ぐ必要がある。
【００４１】
このとき、例えば一番安価なポリイミド膜を使用する場合、ＣｕＫａ、８．０４ｋｅＶのエネルギーで、吸収係数αは６．６８ｃｍ^−１となるので、８０％程度の透過率を得るためには、３３０μｍ程度の厚さのポリイミドフィルムを使用することが可能となる。
【００４２】
そして、上記のようなガラス管を真空ポンプを使用して１０^−１から１０^−８ｔｏｒｒに引き封じることによって、Ｘ線発生装置が完成する。また、発生するＸ線をマイクロフォーカスにしたい場合は、アノード電極を先鋭化し、先端以外を図１１に示すように、テフロン（Ｒ）あるいはエナメル等の絶縁材料でコートすることによって、アノード先端部のみに電界集中が起こり、冷陰極から引き出された電子が、被覆していない先端部分に衝突するため、効率良く先端の微小部位からＸ線が発生し、マイクロフォーカスＸ線とすることが可能となる。
【００４３】
このとき、電子の阻止能と加速電圧の関係は、Ｃｕ電極の場合、５０ｋｅＶ電子の阻止能は５×１０^−３（ｇ／ｃｍ^２）であり、またＣｕの密度は８．９４（ｇ／ｃｍ^３）とわかっているので、これらの数値より５０ｋｅＶ電子の到達距離は５．６μｍ程度となる。また、Ｘ線発生装置の真空度を保っておきたいときは、ガラスチューブの中にＴｉ等の金属からなるゲッター材を一緒に封入して、真空にしておくと良い。
【００４４】
このようにして作製したＸ線発生装置のＸ線発生部のグラウンド側にトランジスター（実施例ではＦＥＴ４）を挿入してカソード２とグラウンド間に流れる電流を外部変調することによって、図２に示すようにＸ線強度を安定化することが可能になるとともに、図４に示すようにＸ線を高速で変調することも可能になる。このとき、流れる電流量を精密にコントロールできる高耐圧トランジスターを選択する必要がある。例えば、流れる電流量がマイクロアンペア（μＡ）の場合、１０〜１００ｎＡ程度の制御性を必要とする。
【００４５】
図２は本実施例の動作を示す波形図であり、（ａ）はＦＥＴ４がないときのＸ線強度の時間変化、（ｂ）はＦＥＴ４を外付けしたときのＸ線強度の時間変化をそれぞれ示している。
【００４６】
次に、図１に示すＸ線を安定化する装置について説明する。上記の方法によって作製したＸ線源をフィードバックループを形成することによって安定化を図る。すなわち、Ｘ線強度を検出するためのＸ線検出器６によって現在発生しているＸ線強度をリアルタイムでモニターする。このとき発生しているＸ線強度は、図２の（ａ）に示すように非常に大きく揺らいでいるので、この揺らぎを安定化させるようにＦＥＴ４に流れる電流量を検出器６の出力を受けて制御するようにする。
【００４７】
例えば、正極性のトランジスターを利用する場合、Ｘ線出力が下がった場合、ゲート電圧を上げてアノード‐カソード間により多くの電流が流れるようにフィードバックをかける。このとき、フィードバック回路の時定数を適当に調節しないと、かえって揺らぎが大きくなる場合がある（発振現象として既知）。このようにフィードバック回路を形成して安定化を図ることによって、図２の（ｂ）に示すように安定化した出力を得ることができる。
【００４８】
図３は本発明の第２の実施例の構成を示す図であり、図１と同一符号は同一構成要素を示している。本実施例は、パルスＸ線発生装置を構成するもので、上記実施例のＸ線安定化装置におけるＸ線モニター、フィードバック回路に代えて、所望の電気的パルスをトランジスターに印加できるようなパルス発生器７を使用している。このことによって、アノード‐カソード間に流れる電流をパルス的に制御し、ひいては図４の（ａ）に示すように、パルス発生器７に追随したパルスＸ線を発生させることができる。図４の（ａ）、（ｂ）は本実施例の動作を示す波形図である。
【００４９】
図４では、Ｘ線の変調周波数としてｋＨｚ程度の結果を示している。これは、一般的なＸ線検出器の時間分解能がこの程度になっているためであり、Ｘ線発生システムの応答速度はもっと高速であることが可能で、ＭＨｚ以上の変調を行うことが可能である。
【００５０】
以上の例では、アノード‐カソードのみを有する２極構造のＸ線管について説明したが、上述の効果はグリッドを有する３極構造（アノード、カソード、グリッド）のＸ線管に対しても同様に得ることができる。
【００５１】
また、半導体カソードを利用することによって、上記のトランジスターを冷陰極源と一体化して作製することが可能であり、よりコンパクト、低価格化を図ることが可能となる。
【００５２】
図９は本発明の第３の実施例を示す構成図である。本実施例では、第１の実施例で使用したトランジスターに変えて、オーストンスイッチ（ＡｕｓｔｏｎＳｗｉｔｃｈ）１１を挿入して、カソードとグラウンド間に流れる電流を外部変調することによって、第１の実施例と同様にＸ線強度を安定化することが可能となる。
【００５３】
ここで、オーストンスイッチ１１とは、光スイッチの一種であり、ほぼ絶縁性の半導体に断線（断線部のギャップはおおむね１−１０ｍｉｃｒｏｎ）した金属電極を設け、この断線部位にエネルギーギャップ以上の光を半導体発光素子（ＬＥＤ）あるいは半導体レーザーを利用して照射することによってキャリアを発生させ、ひいては断線状態から導通状態に変化させるものである（例えば，光学，１９９７年，２６巻，２号，８６ｐ，参照）。
【００５４】
図１０は本発明の第４の実施例の構成を示す図であり、図９と同一符号は同一構成要素を示している。本実施例は、パルスＸ線発生装置を構成するもので、上記実施例のＸ線安定化装置におけるＸ線モニター、フィードバック回路に代えて、所望の電気的パルスをオーストンスイッチに印加できるようなパルス発生器７を利用している。このことによって、アノード−カソード間に流れる電流をパルス的に制御し、ひいては、図４の（ａ）、（ｂ）に示す結果と同様な、パルス発生器７に追随したパルスＸ線を発生させることができる。
【００５５】
図５は本発明の第５の実施例の構成を示す図である。本実施例は、冷陰極源にＬＥＤ（発光ダイオード）光あるいはＬＤ（レーザーダイオード）光を照射して発生するエミッション電流を制御し、ひいては発生するＸ線強度を安定化させるようにしたものである。同図中、８はその光照射源、９はこれを制御するコントローラである。
【００５６】
光照射によってＸ線発生系を制御するためには、バンドギャップ以上の光を照射して電子を生成し制御するため、電子のないＰ型あるいは真性半導体がリーク電流も少なく光照射して電子放出を起こさせるには好適な材料となる。ここでは、冷陰極源としてＰ型ＧａＡｓ半導体を前述のスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型に先鋭化させた電極について説明する。
【００５７】
カソード２とアノード３の問に特性Ｘ線が発生するぐらいの電界をかけておく。ただし、Ｐ型半導体を用いているので、電子放出はＮ型半導体と比較して起こりにくくなっている。このとき、ＧａＡｓ半導体のバンドギャップ以上のエネルギーを有する光をこのカソード２に図に示すように、例えば裏面から照射することによって、大量の電子をＰ型半導体中に生成することが可能となる。ＧａＡｓ半導体は移動度が大きいので（６０００ｃｍ^２／Ｖｓ）、カソード２の厚さにはそれほど冷陰極放出現象に依存しないが、カソード２に対して照射する光の波長の光吸収係数を考えてカソード２の厚さを選択する（ｅｘｐ（−αｄ）＝０．１から０．０１ただし、αは照射光波長に対する吸収係数、ｄはカソード２の厚さ）。
【００５８】
このように、光照射によって、電子放出を起こすことができ、ひいては照射する光強度を制御することによって、エミッション電流を制御することが可能となる。このため、前述の実施例と同様に、Ｘ線モニター、コントローラ９、光照射源８、カソード２の間でフィードバックループを形成することによって、発生するＸ線の強度を安定化することが可能となる。
【００５９】
図６は本発明の第６の実施例の構成を示す図である。本実施例では、光照射によってパルスＸ線発生装置を構成するために、上述のＸ線安定化装置におけるＸ線モニター、フィードバック回路に代えて、所望の電気的パルスをコントローラ９に印加できるようなパルス発生器７を使用している。これによって、光照射によりアノード−カソード間にパルス的な電流発生を行うことができ、ひいては図４の（ａ）に示すようなパルス発生器７に追随したパルスＸ線を発生することができる。
【００６０】
このとき、より短いパルス発生を行うためには、カソード２に高速フォトダイオード技術をそのまま適用することが可能である。すなわち、光吸収による電子輸送現象を利用することができ、この単一走行キャリアフォトダイオードの技術を適用することによって、３００ＧＨｚ程度の高速変調が可能である。
【００６１】
上記の単一走行キャリアフォトダイオードは、電子のみを活性なキャリアとして用いる動作機構を持つもので、高い電子移動度によりキャリア空間電荷量が抑制され、電界変調効果も低減されるので、帯域を確保しつつ高電流、低電圧動作が可能となるものである。
【００６２】
また、半導体カソードを利用することによって、上述の発光部と冷陰極源とを一体化して作製することが可能であり、よりコンパクト化、低価格化を図ることができる。なお、上記の例ではＧａＡｓカソードの場合について説明したが、材料はこれに限るものではなく、Ｉ−ＶＩＩ、ＩＩ−ＶＩ、ＩＩＩ−Ｖ、ＩＶ属半導体、金属材料、炭素系材料全般にこの技術を適用可能である。
【００６３】
以上は、アノード−カソードのみを有する２極構造のＸ線管について説明したが、上述の効果はグリッドを有する３極構造のＸ線管に対しても同様の効果を得ることができる。
【００６４】
図７及び図８は本発明の第７の実施例及び第８の実施例の構成を示す図である。
【００６５】
図中、１０はカソード２とアノード３の間に高電圧を印加する高圧電源で、Ｘ線管を制御する制御機能を持っており、図７に示す高圧電源１０はＸ線検出器６の検出結果に基づいてＸ線管の電流を可変する制御機能を有し、図８に示す高圧電源１０はパルス発生器７からの所定のパルスによりＸ線管をパルス動作させる制御機能を有している。
【００６６】
本発明は、上述の実施例のように、トランジスター技術、光照射技術を用いなくても高圧電源自体を制御可能なようにしておけば、Ｘ線強度の安定化を図ることができ、またＸ線を高速変調、パルスＸ線の発生等を行うことが可能である。
その際、１ＫＶ以上の高圧電源を変調するためには、トランジスター、ＬＥＤ等を用いた値段と比較して、非常に高価な装置となる。
【００６７】
また、上記実施例に拘らず、一般的にアノードに特別な工夫を行わないと、入力パワーに対して発生するＸ線のパワー（外部取り出し量子効率）は０．１％程度となる。しかし、アノードに図１２に示すような赤外線の発生、ひいては熱の発生を抑制するようなミクロな微細構造をエッチング等を利用して作り込んで共振器量子電磁力学効果を引き起こすことにより、入力パワーに対して発生するＸ線の発生パワー（外部取り出し量子効率）を１桁から２桁程度向上させることが可能となる。
【００６８】
ここで述べる共振器量子電磁力学とは、同一温度に対する黒体輻射スペクトルの変調方法に関するものである。すなわち、通常の黒体輻射スペクトルは、３次元的に広がりを有する物体が、ある温度に加熱されたときに示すスペクトルであるが、物体を低次元化することによって、系の取り得る状態密度、共振周波数を変調することが可能となり、ひいては、同一温度に対する黒体輻射スペクトルを３次元の場合と比較して、低次元では大きく変調させることが可能となる。この原理を応用することによって、熱の発生を抑えたＸ線源を作製することが可能となる。
【００６９】
例えば白熱電球においては、赤外線の放射を抑えるためにフィラメント表面にナノメートル領域の周期的パターンを加工し、可視光のみを外部へ取り出す方式のものが考案されている。
【００７０】
以上、本発明の各実施例について説明したが、上述の実施例によれば、簡易な構成で、高効率化、小型化及び低価格化を図ることができ、また、より精密なＸ線測定装置を実現することができ、Ｘ線照射の被検体へのダメージも抑制可能になる。
【００７１】
すなわち、次のような作用効果を得ることができる。
【００７２】
（１）熱電子を利用するＸ線発生装置と比較して、冷陰極源を使用することによって、高効率、小型化、低価格化が図れる。
【００７３】
（２）従来の熱カソードを利用するＸ線発生装置でＸ線をパルス発生的にする場合は、シャッター方式のため、パルス幅は、ｍｓのオーダーであるが、冷陰極源と本発明を組み合わせることによって、３桁から６桁程度パルス幅を短くすることが可能となる。同時に、低価格な装置で超短パルスＸ線を発生することが可能となる。
【００７４】
（３）従来の冷陰極源を利用したＸ線発生装置では安定化に問題があったが、本発明を利用して、簡単な装置でＸ線出力を安定化することができるので、より精密な測定装置を提供することができる。
【００７５】
（４）従来の冷陰極源を利用したＸ線発生装置ではパルス発生が困難であったが、本発明を利用することにより、簡単な装置でパルスＸ線、変調Ｘ線を発生することができるので、Ｘ線を用いた従来にない検出技術を可能とすることができる。例えば、Ｘ線位相検出技術（ロックインアンプとの組み合わせによるより高精度な検出）、ダイナミカルなＸ線構造解析、Ｘ線回折、時間分解Ｘ線分光、時間分解蛍光Ｘ線分光等、様々な利用を考えることが可能である。また、パルス幅を自在に制御できるので、Ｘ線照射量を被検体にダメージを与えないようにコントロールすることが可能となる。
【００７６】
（５）アノードに熱エネルギーへの変換過程を制御するような量子力学的な構造を作製しているので、従来より高効率にＸ線の発生が可能となる。
【００７７】
なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、例えば各実施例を種々組み合わせた構成としても良い。また本発明は、例えばレントゲン装置、Ｘ線投影画像装置、ＸＰＳ装置、ＸＲＤ装置、時間分解Ｘ線分光装置、Ｘ線非破壊検査装置、Ｘ線リソグラフィー光源、Ｘ線殺菌装置、Ｘ線分光装置、小型ＳＯＲ装置、Ｘ線樹脂硬化装置など、Ｘ線を必要とする各種装置に適用することができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡易な構成で、高効率化、小型化及び低価格化を図ることができ、また、より精密なＸ線測定装置を実現することができ、Ｘ線照射の被検体へのダメージも抑制可能になるという効果がある。
【００７９】
すなわち、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
【００８０】
（１）熱電子を利用するＸ線発生装置と比較して、冷陰極源を使用することによって、高効率、小型化、低価格化が図れる。
【００８１】
（２）従来の熱カソードを利用するＸ線発生装置でＸ線をパルス発生的にする場合は、シャッター方式のため、パルス幅は、ｍｓのオーダーであるが、冷陰極源と本特許を組み合わせることによって、３桁から６桁程度パルス幅を短くすることが可能となる。同時に、低価格な装置で超短パルスＸ線を発生することが可能となる。
【００８２】
（３）従来の冷陰極源を利用したＸ線発生装置では安定化に問題があったが、本発明では簡単な装置でＸ線出力を安定化することができるので、より精密な測定装置を提供することができる。
【００８３】
（４）従来の冷陰極源を利用したＸ線発生装置ではパルス発生が困難であったが、本発明では簡単な装置でパルスＸ線、変調Ｘ線を発生することができるので、Ｘ線を用いた、従来にない検出技術を可能とすることができる。例えば、Ｘ線位相検出技術（ロックインアンプとの組み合わせによるより高精度な検出）、ダイナミカルなＸ線構造解析、Ｘ線回折、時間分解Ｘ線分光、時間分解蛍光Ｘ線分光等、様々な利用を考えることが可能である。また、パルス幅を自在に制御できるので、Ｘ線照射量を被検体にダメージを与えないようにコントロールすることが可能となる。
【００８４】
（５）アノードに熱エネルギーへの変換過程を制御するような量子力学的な構造を作製しているので、従来より高効率にＸ線の発生が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成図
【図２】第１の実施例の動作を示す波形図
【図３】本発明の第２の実施例の構成図
【図４】第２の実施例の動作を示す波形図
【図５】本発明の第５の実施例の構成図
【図６】本発明の第６の実施例の構成図
【図７】本発明の第７の実施例の構成図
【図８】本発明の第８の実施例の構成図
【図９】本発明の第３の実施例の構成図
【図１０】本発明の第４の実施例の構成図
【図１１】実施例のアノード電極の形状例を示す説明図
【図１２】アノードのミクロな微細構造を示す図
【符号の説明】
１高圧電源
２カソード
３アノード
４ＦＥＴ
５コントローラ
６Ｘ線検出器
７パルス発生器
８光照射源
９コントローラ
１０高圧電源
１１オーストンスイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention particularly relates to an X-ray apparatus using a cold cathode source in an X-ray tube.
[0002]
[Prior art]
As an apparatus for generating X-rays, many apparatuses using thermoelectrons are conventionally used. For example, as shown in Japanese Patent Publication Nos. 271093 and 271094, a target film that receives thermal electrons and emits X-rays is provided in a substrate formed of an X-ray transparent material. It uses the electron emission phenomenon by the hot cathode. An X-ray apparatus using a cold cathode source is also known.
[0003]
X-rays are generated in a vacuum glass tube when electrons from the cathode collide with the anode under high voltage. The tube voltage between the cathode and anode determines the X-ray permeability. Thus, when the tube voltage is low, the long wavelength X-ray has a low transmission power, and when the tube voltage is high, the short wavelength X-ray has a high transmission power.
[0004]
Recently, X-ray generators using nanostructures have been put into practical use. This apparatus is a cold cathode source using CNT (carbon nanotube) and Spindt type nanostructures, and is called cold emission. In order to cause electron emission, 10 ⁻ A high vacuum of ⁶ torr or less is required.
[0005]
The above-mentioned X-ray generator using CNT is such that a cold cathode electron emission source made of CNT is used as a cathode as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-250496. Thus, various problems caused by using the hot cathode can be solved.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the conventional X-ray generator using the thermoelectrons from the cathode as described above has the following problems.
[0007]
(1) Since a metal cathode such as W (tungsten) is heated from 2000 ° C. to 3000 ° C. to generate electrons, energy efficiency for generating electrons is poor (usually about 0.1%).
[0008]
(2) A large current power source is required to generate heat, which increases costs and increases equipment (enlargement of the device).
[0009]
(3) A cooling mechanism such as water cooling is required to prevent dissolution except for the cathode portion.
[0010]
(4) Since the cathode portion is heated, the cathode reacts with the remaining oxygen / H ₂ O, and the cathode deteriorates or disappears.
[0011]
Further, in order to solve the above problems, when a cold cathode source is produced to form an X-ray generator, a high vacuum is required, and when a high voltage is applied to the cathode and anode portions, molecules and the like are present in the portions. As a result, the emission of electrons becomes unstable due to adsorption, and the generated X-rays fluctuate greatly.
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and can achieve high efficiency, downsizing, and cost reduction with a simple configuration, and can realize a more precise X-ray measurement apparatus. An object of the present invention is to provide an X-ray apparatus that can suppress damage to an object caused by X-ray irradiation.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, an X-ray apparatus is configured as described in the following (1) to ( 6 ).
(1) a bipolar X-ray tube having a cathode of a nanostructured cold cathode and an anode using a metal target and generating X-rays in the range of 2 keV to 20 keV ;
An X-ray detector for detecting X-rays generated from the X-ray tube;
A control element that is connected between the cathode of the X-ray tube and a ground and that is controlled by a detection signal detected by the X-ray detector and controls a discharge current flowing through the X-ray tube or a high-voltage transistor or an Auston switch When,
An X-ray apparatus comprising:
(2) a bipolar X-ray tube having a cathode of a nanostructured cold cathode and an anode using a metal target and generating X-rays in the range of 2 keV to 20 keV ;
A pulse generator for generating a predetermined pulse;
Connected between the cathode and the ground of the X-ray tube, and a control element consisting of being controlled by a pulse signal generated by the pulse generator high-voltage transistors or O Palmerston switch pulsing the X-ray tube,
An X-ray apparatus comprising:
( 3 ) a bipolar X-ray tube having a cathode of a nanostructured cold cathode and an anode using a metal target and generating X-rays in the region of 2 keV to 20 keV ;
An X-ray detector for detecting X-rays generated from the X-ray tube;
A light irradiation source disposed opposite to the cathode of the X-ray tube and controlled by a detection signal detected by the X-ray detector to irradiate the back surface of the cathode opposite to the anode ;
An X-ray apparatus comprising:
(4 ) a bipolar X-ray tube having a nanostructured cold cathode and an anode using a metal target and generating X-rays in the 2 keV to 20 keV region ;
A pulse generator for generating a predetermined pulse;
A light irradiation source disposed opposite to the cathode of the X-ray tube and controlled by a pulse signal generated by the pulse generator to irradiate light on a back surface opposite to the anode of the cathode;
An X-ray apparatus comprising:
( 5 ) In the X-ray apparatus according to ( 3 ) or ( 4 ),
The X-ray apparatus according to claim 1, wherein the light irradiation source is either a light emitting diode or a laser diode .
(6) In the X-ray apparatus according to any one of (1) to (5),
An X-ray apparatus characterized in that the anode of the X-ray tube is coated with an insulator other than the tip in order to obtain microfocus X-rays.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0033]
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention, and schematically shows a schematic configuration of an X-ray generator using a cold cathode source.
[0034]
In the figure, reference numeral 1 denotes a DC high-voltage power source, which applies a high voltage between a cathode 2 of a cold cathode source constituting an X-ray tube and an anode 3 using a metal target. Reference numeral 4 denotes a high-voltage FET (transistor) as a control element connected in series to the X-ray tube. A controller 5 is connected to the gate of the X-ray detector 6 for detecting X-rays generated from the X-ray tube. According to the detection result, the current flowing in the X-ray tube is varied, and the control means for controlling the discharge current flowing in the X-ray tube together with the X-ray detector 6 is configured.
[0035]
In this embodiment, the metal anode 3 and the cathode 2 are disposed so as to face each other on the glass tube. Various metals can be used as the anode 3, and the characteristic X-ray energy generated by changing the target also changes. In addition to characteristic X-rays, bremsstrahlung X-rays are also generated according to the acceleration voltage.
[0036]
As the cathode 2, a Spindt electrode in which silicon nanostructure, CNT, GNF (graphite nanofiber), and metal or semiconductor are sharpened so that electric field concentration can easily occur can be used. When considering generation of pulsed X-rays, CNT and GNF that can provide a large emission current density are preferable.
[0037]
The GNF can be uniformly formed on a relatively large substrate, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-279441. Also, a field emission cathode typified by a Spindt-type electrode can be easily obtained with stable emission current characteristics.
[0038]
In addition, by using a material having a negative electrical affinity, such as AIN, BN, diamond semiconductor, etc., electrons are emitted from a low voltage, and a high current density can be obtained with high efficiency. Can be generated.
[0039]
The distance between the cathode 2 and the anode 3 depends on the threshold voltage of field emission (field emission) and the energy of the generated characteristic X-ray (depending on the target). For example, when a combination of Cu and CNT target is used, Since characteristic X-rays are not generated unless a voltage of 10 kV or more is applied between Cu and CNT, the threshold voltage of CNT is about 4 V / μm, so an interval of about 3 mm is required.
[0040]
Therefore, the anode 3 and the cathode 2 are arranged in a vacuum at the intervals as described above. At this time, when a glass tube is used as a vacuum vessel, the X-ray transmittance in the low energy (2 keV-20 keV) region is poor. Therefore, a hole is formed in the glass, and the hole is formed with beryllium, graphite, polyimide. In addition, it is necessary to close it with a thin film such as aluminum or ticker boron so that there is no vacuum leakage.
[0041]
At this time, for example, when the cheapest polyimide film is used, the absorption coefficient α is 6.68 cm ⁻¹ with CuKa, 8.04 keV energy, and in order to obtain a transmittance of about 80%, 330 μm It becomes possible to use a polyimide film having a thickness of a certain degree.
[0042]
Then, the X-ray generator is completed by sealing the glass tube as described above from 10 ⁻¹ to 10 ⁻⁸ torr using a vacuum pump. If the generated X-rays are to be microfocused, the anode electrode is sharpened and the portions other than the tip are coated with an insulating material such as Teflon (R) or enamel as shown in FIG. Electric field concentration occurs, and electrons extracted from the cold cathode collide with the uncovered tip portion, so that X-rays can be efficiently generated from a minute portion at the tip, and can be converted into microfocus X-rays. .
[0043]
At this time, the relationship between the electron stopping power and the acceleration voltage is as follows. In the case of a Cu electrode, the stopping power of 50 keV electrons is 5 × 10 ⁻³ (g / cm ² ), and the density of Cu is 8.94 (g / cm ² ). because cm ³⁾ and is known, reach of these numbers than 50keV electrons is about 5.6 [mu] m. When it is desired to keep the degree of vacuum of the X-ray generator, a getter material made of a metal such as Ti is sealed together in a glass tube and kept in a vacuum.
[0044]
As shown in FIG. 2, by inserting a transistor (in the embodiment, FET 4) on the ground side of the X-ray generation unit of the X-ray generation device thus manufactured and externally modulating the current flowing between the cathode 2 and the ground. In addition, it is possible to stabilize the X-ray intensity and to modulate the X-ray at a high speed as shown in FIG. At this time, it is necessary to select a high breakdown voltage transistor capable of precisely controlling the amount of current flowing. For example, when the amount of flowing current is microampere (μA), controllability of about 10 to 100 nA is required.
[0045]
2A and 2B are waveform diagrams showing the operation of the present embodiment, where FIG. 2A shows the time change of the X-ray intensity when the FET 4 is not provided, and FIG. 2B shows the time change of the X-ray intensity when the FET 4 is externally attached. Show.
[0046]
Next, an apparatus for stabilizing X-rays shown in FIG. 1 will be described. The X-ray source manufactured by the above method is stabilized by forming a feedback loop. That is, the X-ray intensity currently generated by the X-ray detector 6 for detecting the X-ray intensity is monitored in real time. The X-ray intensity generated at this time fluctuates greatly as shown in FIG. 2A, and the amount of current flowing through the FET 4 is received by the output of the detector 6 so as to stabilize this fluctuation. To control.
[0047]
For example, in the case of using a positive polarity transistor, when the X-ray output decreases, the gate voltage is raised and feedback is applied so that more current flows between the anode and the cathode. At this time, if the time constant of the feedback circuit is not adjusted appropriately, the fluctuation may increase (known as an oscillation phenomenon). By forming a feedback circuit in this way and achieving stabilization, a stabilized output can be obtained as shown in FIG.
[0048]
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same components. The present embodiment constitutes a pulse X-ray generator, and in place of the X-ray monitor and feedback circuit in the X-ray stabilizer of the above-described embodiment, a pulse generation that can apply a desired electrical pulse to a transistor. The device 7 is used. As a result, the current flowing between the anode and the cathode can be controlled in a pulse-like manner, and as a result, pulse X-rays following the pulse generator 7 can be generated as shown in FIG. 4A and 4B are waveform diagrams showing the operation of this embodiment.
[0049]
FIG. 4 shows the result of about kHz as the X-ray modulation frequency. This is because the time resolution of a general X-ray detector is about this level, and the response speed of the X-ray generation system can be higher, and modulation at MHz or higher is possible. It is.
[0050]
In the above example, an X-ray tube having a bipolar structure having only an anode-cathode has been described. However, the above-described effect is similarly applied to an X-ray tube having a triode structure (anode, cathode, grid) having a grid. Obtainable.
[0051]
Further, by using a semiconductor cathode, it is possible to manufacture the above-mentioned transistor integrally with a cold cathode source, and it is possible to achieve a more compact and lower price.
[0052]
FIG. 9 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, in place of the transistor used in the first embodiment, an Auston switch 11 is inserted to externally modulate the current flowing between the cathode and the ground, so that the first embodiment It becomes possible to stabilize the X-ray intensity similarly to the above.
[0053]
Here, the Auston switch 11 is a kind of optical switch, in which a metal electrode that is disconnected (a gap in the disconnected portion is approximately 1 to 10 microns) is provided in a substantially insulating semiconductor, and light that exceeds the energy gap is provided in this disconnected portion. Is irradiated with a semiconductor light emitting element (LED) or a semiconductor laser to generate carriers, and thus change from a disconnected state to a conductive state (for example, optical, 1997, Vol. 26, No. 2, 86p). ,reference).
[0054]
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the fourth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 9 indicate the same components. The present embodiment constitutes a pulse X-ray generator, and in place of the X-ray monitor and the feedback circuit in the X-ray stabilizer of the above embodiment, a desired electrical pulse can be applied to the Austin switch. A pulse generator 7 is used. As a result, the current flowing between the anode and the cathode is controlled in a pulsed manner, and as a result, a pulse X-ray that follows the pulse generator 7 is generated, which is similar to the results shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). be able to.
[0055]
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, an emission current generated by irradiating a cold cathode source with LED (light emitting diode) light or LD (laser diode) light is controlled, and thus the generated X-ray intensity is stabilized. . In the figure, 8 is the light irradiation source, and 9 is a controller for controlling this.
[0056]
In order to control the X-ray generation system by light irradiation, electrons are generated and controlled by irradiating light with a band gap or more, so a P-type or intrinsic semiconductor without electrons emits light by emitting light with little leakage current. It is a suitable material for causing Here, an electrode obtained by sharpening a P-type GaAs semiconductor into the aforementioned Spindt type as a cold cathode source will be described.
[0057]
An electric field that generates characteristic X-rays is applied to the cathode 2 and the anode 3. However, since a P-type semiconductor is used, electron emission is less likely to occur compared to an N-type semiconductor. At this time, a large amount of electrons can be generated in the P-type semiconductor by irradiating the cathode 2 with light having energy higher than the band gap of the GaAs semiconductor, for example, from the back surface as shown in the figure. Since the mobility of GaAs semiconductor is large (6000 cm ² / Vs), the thickness of the cathode 2 does not depend so much on the cold cathode emission phenomenon, but considering the light absorption coefficient of the wavelength of light irradiated to the cathode 2, the cathode 2 is selected (exp (−αd) = 0.1 to 0.01, where α is the absorption coefficient with respect to the irradiation light wavelength, and d is the thickness of the cathode 2).
[0058]
In this manner, electron emission can be caused by light irradiation, and thus the emission current can be controlled by controlling the intensity of the irradiated light. For this reason, similarly to the above-described embodiment, by forming a feedback loop among the X-ray monitor, the controller 9, the light irradiation source 8, and the cathode 2, it is possible to stabilize the intensity of the generated X-rays. Become.
[0059]
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, since the pulse X-ray generator is configured by light irradiation, a desired electrical pulse can be applied to the controller 9 instead of the X-ray monitor and the feedback circuit in the X-ray stabilizer described above. A pulse generator 7 is used. As a result, pulse-like current generation can be performed between the anode and the cathode by light irradiation, and as a result, pulse X-rays following the pulse generator 7 as shown in FIG. 4A can be generated.
[0060]
At this time, in order to generate a shorter pulse, the high-speed photodiode technology can be applied to the cathode 2 as it is. In other words, the electron transport phenomenon due to light absorption can be utilized, and high-speed modulation of about 300 GHz is possible by applying this single traveling carrier photodiode technology.
[0061]
The above-mentioned single-running carrier photodiode has an operating mechanism that uses only electrons as active carriers, and the carrier space charge amount is suppressed by high electron mobility, and the electric field modulation effect is also reduced, so the band is secured. However, high current and low voltage operation is possible.
[0062]
In addition, by using a semiconductor cathode, it is possible to manufacture the light emitting unit and the cold cathode source in an integrated manner, and it is possible to further reduce the size and price. In the above example, the case of a GaAs cathode has been described. However, the material is not limited to this, and this technology is generally applied to I-VII, II-VI, III-V, Group IV semiconductors, metal materials, and carbon-based materials. Is applicable.
[0063]
The above has described a bipolar X-ray tube having only an anode-cathode. However, the above-described effects can also be obtained for a tripolar X-ray tube having a grid.
[0064]
7 and 8 are diagrams showing the configurations of the seventh and eighth embodiments of the present invention.
[0065]
In the figure, reference numeral 10 denotes a high-voltage power supply for applying a high voltage between the cathode 2 and the anode 3 and has a control function for controlling the X-ray tube. The high-voltage power supply 10 shown in FIG. The high voltage power supply 10 shown in FIG. 8 has a control function for pulsing the X-ray tube with a predetermined pulse from the pulse generator 7 based on the result. .
[0066]
The present invention can stabilize the X-ray intensity if the high-voltage power supply itself can be controlled without using transistor technology or light irradiation technology, as in the above-described embodiments. It is possible to perform high-speed modulation of lines, generation of pulse X-rays, and the like.
At that time, in order to modulate a high-voltage power supply of 1 KV or more, it becomes a very expensive device as compared with the price using a transistor, LED or the like.
[0067]
Regardless of the embodiment described above, generally, if no special device is applied to the anode, the X-ray power generated with respect to the input power (external extraction quantum efficiency) is about 0.1%. However, the input power can be reduced by creating a micro-fine structure that suppresses the generation of infrared rays as shown in FIG. It is possible to improve the generated power (external extraction quantum efficiency) of X-rays generated by 1 to 2 digits.
[0068]
The resonator quantum electrodynamics described here relates to a method of modulating a black body radiation spectrum for the same temperature. That is, the normal blackbody radiation spectrum is a spectrum that is shown when an object having a three-dimensional spread is heated to a certain temperature, but by reducing the object to a lower dimension, the density of states that the system can take, It is possible to modulate the resonance frequency, and consequently, the black body radiation spectrum for the same temperature can be greatly modulated in a lower dimension than in the three-dimensional case. By applying this principle, it becomes possible to produce an X-ray source that suppresses the generation of heat.
[0069]
For example, incandescent bulbs have been devised in which a periodic pattern in the nanometer region is processed on the filament surface to suppress infrared radiation and only visible light is extracted to the outside.
[0070]
As mentioned above, although each Example of this invention was described, according to the above-mentioned Example, it can aim at high efficiency, size reduction, and price reduction with a simple structure, and more precise X-ray measurement. The apparatus can be realized, and damage to the subject by X-ray irradiation can be suppressed.
[0071]
That is, the following effects can be obtained.
[0072]
(1) Compared with the X-ray generator using a thermoelectron, by using a cold cathode source, high efficiency, size reduction, and price reduction can be achieved.
[0073]
(2) When a conventional X-ray generator using a hot cathode is used to generate X-ray pulses, the pulse width is on the order of ms because of the shutter system, but the cold cathode source and the present invention are combined. As a result, the pulse width can be shortened by about 3 to 6 digits. At the same time, it is possible to generate ultrashort pulse X-rays with an inexpensive apparatus.
[0074]
(3) Although the conventional X-ray generator using a cold cathode source has a problem in stabilization, since the present invention can be used to stabilize the X-ray output with a simple device, it is more precise. Can be provided.
[0075]
(4) Although it has been difficult to generate pulses with a conventional X-ray generator using a cold cathode source, pulse X-rays and modulated X-rays can be generated with a simple apparatus by using the present invention. Therefore, an unprecedented detection technique using X-rays can be made possible. For example, various uses such as X-ray phase detection technology (more accurate detection by combination with lock-in amplifier), dynamic X-ray structure analysis, X-ray diffraction, time-resolved X-ray spectroscopy, time-resolved X-ray fluorescence spectroscopy, etc. Can be considered. In addition, since the pulse width can be freely controlled, the X-ray irradiation dose can be controlled so as not to damage the subject.
[0076]
(5) Since a quantum mechanical structure that controls the process of conversion to thermal energy is produced at the anode, X-rays can be generated more efficiently than in the prior art.
[0077]
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned Example, For example, it is good also as a structure which combined each Example variously. The present invention also includes, for example, an X-ray apparatus, an X-ray projection image apparatus, an XPS apparatus, an XRD apparatus, a time-resolved X-ray spectrometer, an X-ray nondestructive inspection apparatus, an X-ray lithography light source, an X-ray sterilizer, an X-ray spectrometer, The present invention can be applied to various devices that require X-rays, such as small SOR devices and X-ray resin curing devices.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to achieve high efficiency, downsizing, and low cost with a simple configuration, and to realize a more precise X-ray measuring apparatus. There is an effect that it is possible to suppress damage to the subject of the irradiation of the beam.
[0079]
That is, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0080]
(1) Compared with the X-ray generator using a thermoelectron, by using a cold cathode source, high efficiency, size reduction, and price reduction can be achieved.
[0081]
(2) When X-rays are pulse-generated by a conventional X-ray generator using a hot cathode, the pulse width is on the order of ms because of the shutter system, but the cold cathode source and this patent are combined. As a result, the pulse width can be shortened by about 3 to 6 digits. At the same time, it is possible to generate ultrashort pulse X-rays with an inexpensive apparatus.
[0082]
(3) The conventional X-ray generator using a cold cathode source has a problem in stabilization, but in the present invention, the X-ray output can be stabilized with a simple device, so that a more precise measuring device can be obtained. Can be provided.
[0083]
(4) Although it has been difficult to generate pulses with a conventional X-ray generator using a cold cathode source, the present invention can generate pulse X-rays and modulated X-rays with a simple apparatus. An unprecedented detection technique used can be made possible. For example, various uses such as X-ray phase detection technology (higher accuracy detection by combination with lock-in amplifier), dynamic X-ray structure analysis, X-ray diffraction, time-resolved X-ray spectroscopy, time-resolved X-ray fluorescence spectroscopy Can be considered. Further, since the pulse width can be freely controlled, the X-ray irradiation dose can be controlled so as not to damage the subject.
[0084]
(5) Since a quantum mechanical structure that controls the process of conversion to thermal energy is produced at the anode, X-rays can be generated more efficiently than in the prior art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a waveform diagram showing an operation of the first embodiment. FIG. 3 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention. Fig. 5 is a waveform diagram showing the operation of the second embodiment. Fig. 5 is a block diagram of the fifth embodiment of the present invention. Fig. 6 is a block diagram of the sixth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a block diagram of an eighth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a block diagram of a third embodiment of the present invention. FIG. 10 is a block diagram of a fourth embodiment of the present invention. FIG. 11 is an explanatory view showing an example of the shape of the anode electrode of the embodiment. FIG. 12 is a view showing a microscopic fine structure of the anode.
1 High voltage power supply 2 Cathode 3 Anode 4 FET
5 Controller 6 X-ray detector 7 Pulse generator 8 Light irradiation source 9 Controller 10 High voltage power supply 11 Austin switch

Claims

ナノ構造冷陰極のカソードと金属ターゲットを用いたアノードとを有し２ｋｅＶから２０ｋｅＶ領域のＸ線を発生する２極構造のＸ線管と、
前記Ｘ線管から発生するＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管の前記カソードとグラウンド間に接続され、前記Ｘ線検出器で検出した検出信号により制御されて前記Ｘ線管に流れる放電電流を制御する高耐圧トランジスターまたはオーストンスイッチからなる制御素子と、
を備えたことを特徴とするＸ線装置。A bipolar X-ray tube having a cathode of a nanostructured cold cathode and an anode using a metal target and generating X-rays in the range of 2 keV to 20 keV ;
An X-ray detector for detecting X-rays generated from the X-ray tube;
A control element that is connected between the cathode of the X-ray tube and a ground and that is controlled by a detection signal detected by the X-ray detector and controls a discharge current flowing through the X-ray tube or a high-voltage transistor or an Auston switch When,
An X-ray apparatus comprising:

ナノ構造冷陰極のカソードと金属ターゲットを用いたアノードとを有し２ｋｅＶから２０ｋｅＶ領域のＸ線を発生する２極構造のＸ線管と、
所定のパルスを発生するパルス発生器と、
前記Ｘ線管の前記カソードとグラウンド間に接続され、前記パルス発生器で発生したパルス信号により制御されて前記Ｘ線管をパルス動作させる高耐圧トランジスターまたはオーストンスイッチからなる制御素子と、
を備えたことを特徴とするＸ線装置。A bipolar X-ray tube having a cathode of a nanostructured cold cathode and an anode using a metal target and generating X-rays in the range of 2 keV to 20 keV ;
A pulse generator for generating a predetermined pulse;
Connected between the cathode and the ground of the X-ray tube, and a control element consisting of being controlled by a pulse signal generated by the pulse generator high-voltage transistors or O Palmerston switch pulsing the X-ray tube,
An X-ray apparatus comprising:

ナノ構造冷陰極のカソードと金属ターゲットを用いたアノードとを有し２ｋｅＶから２０ｋｅＶ領域のＸ線を発生する２極構造のＸ線管と、
前記Ｘ線管から発生するＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管の前記カソードに対向配置され、前記Ｘ線検出器で検出した検出信号により制御されて前記カソードの前記アノードとは反対側である裏面に光を照射する光照射源と、
を備えたことを特徴とするＸ線装置。A bipolar X-ray tube having a cathode of a nanostructured cold cathode and an anode using a metal target and generating X-rays in the range of 2 keV to 20 keV ;
An X-ray detector for detecting X-rays generated from the X-ray tube;
A light irradiation source disposed opposite to the cathode of the X-ray tube and controlled by a detection signal detected by the X-ray detector to irradiate the back surface of the cathode opposite to the anode ;
An X-ray apparatus comprising:

ナノ構造冷陰極のカソードと金属ターゲットを用いたアノードとを有し２ｋｅＶから２０ｋｅＶ領域のＸ線を発生する２極構造のＸ線管と、
所定のパルスを発生するパルス発生器と、
前記Ｘ線管の前記カソードに対向配置され、前記パルス発生器で発生したパルス信号により制御されて前記カソードの前記アノードとは反対側である裏面に光を照射する光照射源と、
を備えたことを特徴とするＸ線装置。A bipolar X-ray tube having a cathode of a nanostructured cold cathode and an anode using a metal target and generating X-rays in the range of 2 keV to 20 keV ;
A pulse generator for generating a predetermined pulse;
A light irradiation source disposed opposite to the cathode of the X-ray tube and controlled by a pulse signal generated by the pulse generator to irradiate light on a back surface opposite to the anode of the cathode;
An X-ray apparatus comprising:

請求項３または４に記載のＸ線装置において、
前記光照射源は、発光ダイオードまたはレーザーダイオードのいずれかであることを特徴とするＸ線装置。The X-ray apparatus according to claim 3 or 4 ,
The X-ray apparatus according to claim 1, wherein the light irradiation source is either a light emitting diode or a laser diode .

請求項１ないし５の何れか１項に記載のＸ線装置において、
前記Ｘ線管のアノードは、マイクロフォーカスＸ線とするために先端部以外を絶縁体でコートしたことを特徴とするＸ線装置。In X-ray apparatus according to any one of claims 1 to 5,
An X-ray apparatus characterized in that the anode of the X-ray tube is coated with an insulator other than the tip in order to obtain microfocus X-rays.