JP4619028B2

JP4619028B2 - 異極像結晶体を用いたｘ線発生装置

Info

Publication number: JP4619028B2
Application number: JP2004098371A
Authority: JP
Inventors: 進三吉門; 真司深尾; 義一中西; 嘉昭伊藤; 整福島
Original assignee: Kyoto University; Doshisha
Current assignee: Kyoto University; Doshisha
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: CN1778150A; CN1778150B; JP2005285575A

Description

本発明は、異極像結晶体を用いたX線発生装置に関するものである。

X線発生源としては、電子銃X線発生装置が従来より一般に知られている。電子銃X線発生装置では、ターゲットに打ち込まれた電子のエネルギーがほとんど熱に変換されてしまい、X線への変換効率は０．１％と極めて低く、この変換効率を上げることがこれまで重要な課題とされてきた。

そして、この課題を解決し得るものとして、異極像結晶を用いたX線発生源が最近注目されている（例えば、非特許文献１参照）。異極像結晶は、焦電結晶体とも呼ばれ、加熱および冷却を繰り返してその温度を昇降させると、結晶内部の自発分極が増減し、表面吸着電荷がその変化に追随できなくなって、電気的な中和が破られるという特性を有している。代表的な異極像結晶体としては、ＬｉＮｂＯ_３単結晶があり、この結晶体内では正電荷（Ｌｉ^＋、Ｎｂ^５＋）の重心と負電荷（Ｏ^２−）の重心とが一致しないため、定常状態でも分極していて、この電荷量と等量で異符号の電荷が結晶表面に吸着しているために、常時は電気的に中和されている。

図８には、異極像結晶体を用いた従来のX線発生装置の１例の構成を示した。図８を参照して、低気体圧雰囲気に維持されたパッケージ５１内の底面に、台座としてのヒーター／クーラー板５２が配置され、この上面に異極像結晶体５３が、その正の電気面を支持して置かれ、上向きに露出した負の電気面がパッケージ５１上面をなす銅製ターゲット５４に対向している。ターゲット５４の上面には、X線に対して透明で気密保持が可能なベリリウム窓５５が装着されている。パッケージ５１にはグラウンド線５６が接続されて接地電位に維持され、さらに、ヒーター／クーラー板５２への直流電圧印加線５７および温度制御信号線５８が接続されて室温からの温度の昇降を行う加熱サイクルを生ずるようになっている（例えば、非特許文献２参照）。

この従来のX線発生装置によれば、主として温度昇降時の負の電気面および正の電気面の電荷の増減による電界の変化により、負の電気面から解放される荷電粒子や、電子がパッケージ内のガス（特にO₂分子）を遊離および励起し、これによって電離した電子をターゲットに衝突させて、X線を励起するものと考えられる。
しかしながら、この構成では、装置から発生するX線の強度は弱く、実用に適したものではなく、しかも、X線は、異極像結晶体の温度の上昇時および下降時に不連続にしか発生しないという問題を生じていた。
科学雑誌"Nature"（１９９２，Vol. ３５８, P.２７８) インターネットＵＲＬ，ｗｗｗ．ａｍｐｔｅｋ．ｃｏｍホームページより配信されているＡＭＰＴＥＫＩＮＣの商品カタログ「ＡＭＰＴＥＫ X−ＲＡＹＧＥＮＥＲＡＴＯＲＷＩＴＨＰＹＲＯＥＬＥＣＴＲＩＣＣＲＹＳＴＡＬＣＯＯＬ−X」

したがって、本発明の課題は、従来のものより強度の強いX線を発生させることができ、また、X線を連続的に発生させることができる、異極像結晶体を用いたX線発生装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、第１発明は、内部に低気体圧雰囲気を維持する容器と、前記容器の内部に設けられた異極像結晶体支持手段と、前記容器の内部において前記異極像結晶体支持手段に支持され、互いに間隔をあけて対向配置された少なくとも一対の異極像結晶体と、を備え、前記少なくとも一対の異極像結晶体は、正負の異なる電気面が互いに向き合うように配置され、前記少なくとも一対の異極像結晶体の間には、金属ターゲットが配置され、前記容器の内部に設けられたターゲット支持手段に支持されており、さらに、前記異極像結晶体の温度を昇降させる温度制御手段を備え、前記異極像結晶体の温度の昇降に伴って前記異極像結晶体から発生するＸ線を、前記容器の外部に放射するものであることを特徴とするＸ線発生装置を構成したものである。

上記課題を解決するため、また、第２発明は、内部に低気体圧雰囲気を維持する容器と、前記容器の内部に設けられた異極像結晶体支持手段と、前記容器の内部において前記異極像結晶体支持手段に支持され、互いに間隔をあけて対向配置された少なくとも一対の異極像結晶体と、を備え、前記少なくとも一対の異極像結晶体は、正の電気面同士または負の電気面同士が互いに向き合うように配置されており、さらに、前記異極像結晶体の温度を昇降させる温度制御手段を備え、前記温度制御手段は、前記少なくとも一対の異極像結晶体の温度の昇降を、互いに逆の温度勾配でかつ同じ周期で生じさせるようになっており、前記異極像結晶体の温度の昇降に伴って前記異極像結晶体から発生するＸ線を前記容器の外部に放射するものであることを特徴とするＸ線発生装置を構成したものである。
第１および第２発明の構成において、好ましくは、前記容器の壁はＸ線を透過させない材料から形成され、前記容器の壁には少なくとも１つのＸ線透過窓が備えられている。

上記課題を解決するため、また、第３発明は、内部に低気体圧雰囲気を維持する容器と、前記容器の内部に設けられた異極像結晶体支持手段と、前記容器の内部において前記異極像結晶体支持手段に支持され、互いに間隔をあけて対向配置された一対の異極像結晶体と、を備え、前記一対の異極像結晶体は、正の電気面同士または負の電気面同士が互いに向き合うように配置され、さらに、前記容器の内部において、前記一対の異極像結晶体の間の間隙の周囲を取り囲むように配置され、前記容器の内部に設けられたターゲット支持手段に支持された金属ターゲットと、前記異極像結晶体の温度を昇降させる温度制御手段と、を備え、前記異極像結晶体の温度の昇降に伴って前記異極像結晶体から発生するＸ線を、前記容器の外部に放射するものであることを特徴とするＸ線発生装置を構成したものである。

第３発明の構成において、好ましくは、前記容器の壁はＸ線を透過させない材料から形成され、前記容器の壁には少なくとも１つのＸ線透過窓が備えられている。
また、第１〜第３発明の構成において、好ましくは、前記温度制御手段は、前記少なくとも一対の異極像結晶体のそれぞれの温度を測定する温度センサーと、前記異極像結晶体の加熱および冷却を繰り返し行うことができる加熱・冷却手段と、前記温度センサーからの温度検出信号に基づき、前記加熱・冷却手段の動作を制御する制御手段と、を有している。

上記課題を解決するため、また、第４発明は、内部に低気体圧雰囲気を維持する容器と、前記容器の内部に設けられた異極像結晶支持手段と、前記容器の内部において前記異極像結晶支持手段に支持され、互いに間隔をあけて対向配置された一対の異極像結晶集合体と、前記異極像結晶集合体の温度を昇降させる温度制御手段と、を備え、前記一対の異極像結晶集合体は、それぞれ、ベース上に多数個の異極像結晶体が凹面をなすように配列、固着されたものからなり、一方の異極像結晶集合体は、それを構成するすべての異極像結晶体が正の電気面を表面側に向けて配置され、他方の異極像結晶集合体は、それを構成するすべての異極像結晶体が負の電気面を表面側に向けて配置され、前記一対の異極像結晶集合体は、前記凹面をなす表面が互いに向き合うように配置されており、さらに、前記一対の異極像結晶集合体の間には、金属ターゲットが配置され、前記容器の内部に設けられたターゲット支持手段に支持されていることを特徴とするＸ線発生装置を構成したものである。

第４発明の構成において、好ましくは、前記容器の壁はＸ線を透過させない材料から形成され、前記容器の壁には、同一平面上に位置する少なくとも１つの細長いスリット状のＸ線透過窓が備えられており、前記ベースは半円筒形状を有し、前記多数個の異極像結晶体は前記ベースの凹面上に配列固着され、前記一対の異極像結晶集合体は、その軸方向の間隙が前記少なくとも１つのスリット状のＸ線透過窓に整合するように前記容器の内部に対向配置されている。

上記課題を解決するため、また、第５発明は、Ｘ線を透過させない材料から形成され、内部に低気体圧雰囲気を維持する容器と、前記容器の内部に設けられた異極像結晶支持手段と、誘電体を介して互いに接合された状態で対向配置され、かつ、前記容器の内部において前記異極像結晶支持手段に支持された一対の異極像結晶集合体と、前記異極像結晶集合体の温度を昇降させる温度制御手段と、を備え、前記一対の異極像結晶集合体は、それぞれ、半球殻形状のベースの凹面上に多数個の異極像結晶体が固着されたものからなり、一方の異極像結晶集合体は、それを構成するすべての異極像結晶体が正の電気面を表面側に向けて配置され、他方の異極像結晶集合体は、それを構成するすべての異極像結晶体が負の電気面を表面側に向けて配置され、前記一対の異極像結晶集合体は、リング状の誘電体を介して互いに接合されて球殻を形成し、前記球殻の内部には、その中心を含む位置に金属ターゲットが配置されて、前記異極像結晶集合体に備えられたターゲット支持手段に支持されており、前記一対の異極像結晶集合体の少なくとも一方には、少なくとも１つの半径方向にのびる貫通孔が形成され、前記容器の壁には、前記貫通孔に整合するＸ線透過窓が形成されていることを特徴とするＸ線発生装置を構成したものである。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。図１は、本発明の１実施例による異極像結晶体を用いたX線発生装置の概略構成を示した図である。図１を参照して、本発明のX線発生装置は、内部に低気体圧雰囲気（３〜６Ｐａ）を維持する容器１を備えている。この実施例では、容器１は、X線を透過させない材料（例えば金属）から形成された、両端開口が閉じられた円筒形状を有しており、容器１の壁、例えば周壁には、例えばＢｅまたはX線透過性プラスチックから形成された少なくとも１つのX線透過窓２が備えられている。

また、容器１の上壁および底壁には、ペルチェ素子３ａ、３ｂが、Ｏリング等のシール部材４を介して気密状態で接合されている。ペルチェ素子３ａ、３ｂは、この実施例では、異極像結晶体の加熱および冷却を繰り返し行う加熱・冷却手段として機能するだけでなく、異極像結晶体支持手段としても機能する。そして、ペルチェ素子３ａ、３ｂにおける容器１の内部側に位置する基板上に、異極像結晶体５ａ、５ｂが接合、支持され、これら一対の異極像結晶体５ａ、５ｂは、容器１の内部において、互いに間隔をあけて対向配置される。なお、この実施例では、一対の異極像結晶体５ａ、５ｂはそれぞれ同一の円盤形状を有しており、また、ペルチェ素子３ａ、３ｂもまた、対応する円柱形状を有している。

本発明においては、例えば、ＬｉＮｂＯ_３やＬｉＴａＯ_３等の公知の異極像結晶体がすべて使用可能である。また、異極像結晶体のサイズは、特に限定はされないが、この実施例では、直径約１０ｍｍ、厚さ約１〜１０ｍｍを有し、一対の異極像結晶体は、２０ｍｍ以下の間隔をあけて対向配置される。

一対の異極像結晶体５ａ、５ｂには、それぞれ、適当な位置に、温度を測定する温度センサー６ａ、６ｂが取付けられている。さらに、容器１の外部には、ペルチェ素子３ａ、３ｂに電力を供給する、例えば電池からなる電源部７ａ、７ｂと、温度センサー６ａ、６ｂからの温度検出信号に基づき、電源部７ａ、７ｂによる電力供給を制御することによって、ペルチェ素子３ａ、３ｂの動作を制御する制御部８ａ、８ｂが配置されている。

そして、これらペルチェ素子３ａ、３ｂ、温度センサー６ａ、６ｂ、電源部７ａ、７ｂおよび制御部８ａ、８ｂから、異極像結晶体５ａ、５ｂの温度を昇降させる温度制御手段が構成される。温度制御手段３ａ、３ｂ；５ａ、５ｂ〜８ａ、８ｂは、異極像結晶体５ａ、５ｂの温度を、それぞれ独立に、種々の温度勾配で、種々の周期であるいは非周期的に昇降させることができるようになっている。この場合、各温度昇降過程毎に、温度の上昇時間と下降時間は同じであることが好ましく、また、室温と、当該異極像結晶体のキューリー点以下の適当な高温度との間で温度の昇降が繰り返されることが好ましい。

この構成において、一対の異極像結晶体５ａ、５ｂの配置方法としては、正負の異なる電気面が互いに向き合うような配置、および正の電気面同士または負の電気面同士が互いに向き合うような配置のいずれかを選択することができる。
そして、一対の異極像結晶体５ａ、５ｂが、正負の異なる電気面が互いに向き合うように配置される場合には、温度制御手段３ａ、３ｂ；５ａ、５ｂ〜８ａ、８ｂは、一対の異極像結晶体５ａ、５ｂの温度の昇降を、互いに同じ温度勾配でかつ同じ周期で生じさせるようになっていることが好ましい。
また、一対の異極像結晶体５ａ、５ｂが、正の電気面同士または負の電気面同士が互いに向き合うように配置される場合には、温度制御手段３ａ、３ｂ；５ａ、５ｂ〜８ａ、８ｂは、一対の異極像結晶体５ａ、５ｂの温度の昇降を、互いに逆の温度勾配でかつ同じ周期で生じさせるようになっていることが好ましい。

図６は、一対の異極像結晶体が、正負の異なる電気面が互いに向き合うように配置され、その温度の昇降が互いに同じ温度勾配でかつ同じ周期で生じる構成における、X線の発生過程を図説したものである。図６において、一対の異極像結晶体は、上側の異極像結晶体が負の電気面を下側の異極像結晶体に向け、下側の異極像結晶体が正の電気面を上側の異極像結晶体に向けるように対向配置されている。

まず最初、図６（Ａ）を参照して、一対の異極像結晶体の温度が同じ温度勾配で上昇せしめられると、下側の異極像結晶体における上側の異極像結晶体に対向する面に発生する正の電荷の表面電荷密度が減少し、当該結晶体の表面に吸着していた負の電荷量よりも減少し、表面は実質的に負に帯電する。一方、上側の異極像結晶体の下側の異極像結晶体に対向する面に発生する負の電荷の表面電荷密度が減少し、当該結晶体の表面に吸着していた正の電荷量よりも減少し、表面は実質的に正に帯電する。

その結果、一対の異極像結晶体間の空間には上側の結晶体から下側の結晶体に向かって高電界が発生する。このとき、一対の異極像結晶体間の空間には低気体圧力の気体（例えば酸素）が存在するが、この高電界により、一部の気体が電離され、正電荷を有するイオンと電子が発生してプラズマが形成される。また、一対の異極像結晶体間に、高電界によって放電が発生することもあり、これがさらなる気体の電離を促進する。

このようにして発生した電子およびイオンが、一対の異極像結晶体間に発生した高電界により、それぞれ電界に対して逆の向きおよび同じ向きに加速される。その結果、X線発生に大きな寄与をすると考えられる電子は、上側の異極像結晶体の表面に衝突し、制動輻射機構により、上側の異極像結晶体から、当該結晶体を構成する全元素固有の特性X線および連続スペクトルを構成する白色X線が発生する。

次に、図６（Ｂ）を参照して、一対の異極像結晶体の温度が同じ温度勾配で下降せしめられると、下側の異極像結晶体における上側の異極像結晶体に対向する面に発生する正の電荷の表面電荷密度が増加し、当該結晶体の表面に吸着していた負の電荷量よりも増加し、表面は実質的に正に帯電する。一方、上側の異極像結晶体における下側の異極像結晶体に対向する面に発生する負の電荷の表面電荷密度が増加し、当該結晶体の表面に吸着していた正の電荷量よりも増加し、表面は実質的に負に帯電する。

その結果、一対の異極像結晶体間の空間には下側の結晶体から上側の結晶体に向かって高電界が発生する。そして、X線発生に大きな寄与をすると考えられる電子は、下側の異極像結晶体の表面に衝突し、制動輻射機構により、下側の異極像結晶体から、当該結晶体を構成する全元素固有の特性X線および連続スペクトルを構成する白色X線が発生する。

こうして、一対の異極像結晶体が共にその温度を上昇せしめられる時には、上側の異極像結晶体（負の電気面から、一方、下降せしめられる時には、下側の異極像結晶体から、それぞれ同じスペクトルのX線が放射される。すなわち、この構成においては、一対の異極像結晶体の温度の昇降が互いに同じ温度勾配でかつ同じ周期で繰り返されることにより、X線が、上側および下側の異極像結晶体から交互に間断なく放射される。

このように、本発明によるX線発生装置においては、対向配置された一対の異極像結晶体の温度の昇降が繰り返されることによってX線が発生し、容器１に備えられたX線透過窓２を通って外部に放射される。この場合、容器１の全体をX線透過性を有する材料から形成すれば、X線は容器１から２π方向に放射される。
なお、この実施例では、容器内に異極像結晶体が一対だけ対向配置されるが、異極像結晶体の複数の対を、それぞれ、容器内において対向配置するようにしてもよく、この場合には、より強度の高いX線が連続的に得られる。
また、この実施例では、異極像結晶体の加熱・冷却手段としてペルチェ素子が使用されているが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、発熱および吸熱作用を繰り返し生じ得る適当な公知の手段を、異極像結晶体の加熱・冷却手段として使用することができる。この場合、必要に応じて、別途、異極像結晶体を支持するための異極像結晶体支持手段を容器内に設ける必要がある。

本発明のX線発生装置によれば、従来のような、高電圧源を使用し、大型で効率の悪い電子銃方式のX線発生装置とは異なり、小型の異極像結晶体を用い、電池レベルの電源を使用することによって、非常にコンパクトな構成において、数１０ｋＶ／ｍｍという高電界を発生させて、電子銃方式に比べて単位面積当たりのX線強度が格段に高いX線を連続して発生させることができる。すなわち、本発明のX線発生装置は、従来のX線発生装置に取って代わり得る十分な実用性を備えている。

図２は、本発明の別の実施例による異極像結晶体を用いたX線発生装置の概略構成を示した図である。この実施例は、一対の異極像結晶体の間に金属ターゲットが配置されている点が、図１の実施例と相違するだけである。したがって、図２において、図１の構成要素と同じ構成については同一番号を付して説明を省略する。
図２を参照して、一対の異極像結晶体５ａ、５ｂの間には、平板状の金属ターゲット９が配置され、容器１の内周壁面に突設されたターゲット支持部１０に支持されている。
この実施例では、一対の異極像結晶体５ａ、５ｂは、正負の異なる電気面が互いに向き合うように配置されていることが好ましい。それによって、異極像結晶体５ａ、５ｂの温度が昇降されると、一対の異極像結晶体の間に電気力線が平行に生じ、異極像結晶体から発生する電子、および一対の異極像結晶体間の空間内に存在する気体の電離により発生したイオンおよび電子が、ターゲット９に効果的に衝突する。

図７は、この実施例の場合のX線の発生過程を図説したものである。図７において、一対の異極像結晶体は、上側の異極像結晶体は負の電気面をターゲットに向け、下側の異極像結晶体は正の電気面をターゲットに向けるように対向配置されている。
一対の異極像結晶体の温度が同じ温度勾配で上昇せしめられると、下側の異極像結晶体のターゲットに対向する面に発生する正の電荷の表面電荷密度が減少し、同結晶体の表面に吸着していた負の電荷量よりも減少し、表面は実質的に負に帯電する。一方、上側の異極像結晶体のターゲットに対向する面に発生する負の電荷の表面電荷密度が減少し、同結晶体の表面に吸着していた正の電荷量よりも減少し、表面は実質的に正に帯電する。

こうして発生した電子およびイオンが、一対の異極像結晶体間に発生した高電界により、それぞれ電界に対して逆の向きおよび同じ向きに加速される。その結果、X線の発生に大きな寄与をすると考えられる電子については、ターゲットおよび下側の異極像結晶体間に存在する電子はターゲットに衝突し、制動輻射機構により、ターゲットから、当該ターゲットに固有の特性X線および連続スペクトルを構成する白色X線が発生する。また、上側の異極像結晶体およびターゲット間に存在する電子は上側の異極像結晶体の表面に衝突し、制動輻射機構により、上側の異極像結晶体から、当該結晶体を構成する全元素固有の特性X線および連続スペクトルを構成する白色X線が発生する。
この場合、ターゲットが１〜５μｍ程度の厚さの箔の場合には、X線は空間のあらゆる方向に放射されるが、ターゲットの厚みが増加すると、X線はターゲットの下部の空間に主に放射される。

一対の異極像結晶体の温度が同じ温度勾配で下降せしめられると、下側の異極像結晶体のターゲットに対向する面に発生する正の電荷の表面電荷密度が増加し、同結晶体の表面に吸着していた負の電荷量よりも増加し、表面は実質的に正に帯電する。一方、上側の異極像結晶体のターゲットに対向する面に発生する負の電荷の表面電荷密度が増加し、同結晶体の表面に吸着していた正の電荷量よりも増加し、表面は実質的に負に帯電する。

その結果、一対の異極像結晶体間の空間には、下側の異極像結晶体から上側の異極像結晶体に向かって高電界が発生する。そして、X線発生に大きな寄与をすると考えられる電子については、ターゲットおよび下側の異極像結晶体間に存在する電子は、下側の異極像結晶体の表面に衝突し、制動輻射機構により、下側の異極像結晶体から、当該結晶体を構成する全元素固有の特性X線および連続スペクトルを構成する白色X線が発生する。また、上側の異極像結晶体およびターゲット間に存在する電子は、ターゲットに衝突し、制動輻射機構により、当該ターゲットに固有の特性X線および連続スペクトルを構成する白色X線が発生する。
この場合、ターゲットが１〜５μｍ程度の厚さの箔の場合には、X線は空間のあらゆる方向に放射されるが、ターゲットの厚みが増加すると、X線はターゲットの上部の空間に主に放射される。

この実施例によれば、異極像結晶体を構成する元素に固有の特性X線および連続スペクトルを構成する白色X線だけでなく、ターゲットに固有の特性X線および連続スペクトルを構成する白色X線を発生させることができる。

図３は、本発明のさらに別の実施例による異極像結晶体を用いたX線発生装置の主要部を示した斜視図である。この実施例は、ターゲットの構造および配置が、図２の実施例と相違するだけである。したがって、図３において、図２の構成要素と同じ構成要素には同一番号を付し、さらに、容器、並びに電源部および制御部は省略し、これらの説明を省略する。
図３を参照して、金属ターゲット１１は円筒形状を有し、一対の異極像結晶体５ａ、５ｂの間の間隙１３の周囲を取り囲むように配置され、容器の内周壁面に突設されたターゲット支持部１２に支持されている。

この実施例では、一対の異極像結晶体５ａ、５ｂは、正の電気面同士または負の電気面同士が互いに向き合うように配置される。そして、前者の場合には、異極像結晶体５ａ、５ｂのそれぞれから出た電気力線は、異極像結晶体５ａ、５ｂ間の間隙から放射状に無限遠方向に発散し、後者の場合には、電気力線は、前者と逆向きに生じる。その結果、各異極像結晶体５ａ、５ｂから発生する電子、および異極像結晶体５ａ、５ｂ間の空間内に存在する気体の電離により発生したイオンおよび電子が、ターゲット１１に効果的に衝突し、それによって、異極像結晶体５ａ、５ｂを構成する元素に固有の特性X線および連続スペクトルを構成する白色X線、並びに、ターゲットに固有の特性X線および連続スペクトルを構成する白色X線が、高い強度で連続的に容器のX線透過窓から放射される。

図４は、本発明のさらに別の実施例による異極像結晶体を用いたX線発生装置の概略構成を示した図である。図４を参照して、本発明のX線発生装置は、内部に低気体圧雰囲気（３〜６Ｐａ）を維持する容器２０を備えている。この実施例では、容器２０は、X線を透過させない材料（例えば金属）から形成された、両端開口が閉じられた円筒形状を有し、容器２０の壁、例えば周壁に、例えばＢｅまたはX線透過性プラスチックから形成された少なくとも１つのX線透過窓２１が備えられている。この場合、X線透過窓２１は、容器の周壁のほぼ中央において容器の軸に垂直な面上に位置する細長いスリットの形状を有している。

また、容器２０の上壁内面および底壁内面には、異極像結晶支持部２６ａ、２６ｂが設けられている。そして、容器２０の内部には、一対の異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂが、異極像結晶支持部２６ａ、２６ｂに支持され、互いに間隔をあけて対向配置されている。

一対の異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂは、それぞれ、半円筒状のベース２２ａ、２２ｂの凹面側に、多数個の異極像結晶体２３が配列、固着されたものからなり、一方の異極像結晶集合体３１ａは、それを構成するすべての異極像結晶体２３が正の電気面を表面側に向けて配置され、他方の異極像結晶集合体３１ｂは、それを構成するすべての異極像結晶体２３が負の電気面を表面側に向けて配置されている。そして、一対の異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂは、凹面をなす表面が互いに向き合うように、かつ、一対の異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂの間のその軸方向にのびる間隙２５とX線透過窓２１とが整合するように配置される。

一対の異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂの間には、平板状の金属ターゲット２７が配置され、一方の異極像結晶集合体３１ｂのベース２２ｂに設けられたターゲット支持部２８に支持されている。ターゲット２７は、好ましくは、両面がそれぞれ異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂに対向するように配置される。

それぞれの異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂのベース２２ａ、２２ｂの凸面側には、その凹面側に固着された各異極像結晶体２３に対応して、ペルチェ素子２４が取り付けられている。ベース２２ａ、２２ｂは熱伝導性を有していて、ペルチェ素子２４の発熱および吸熱作用によって、対応する異極像結晶体２３が効率良く加熱および冷却されるようになっている。ペルチェ素子２４は、異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂ毎に、それぞれ、直列接続又は並列接続され、容器２０の外部に配置された、例えば電池からなる電源部２９ａ、２９ｂから電力供給を受けるようになっている。

また、図示されないが、各異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂには、それを構成する異極像結晶体の温度を検出するための温度センサーが設けられている。さらに、容器２０の外部には、温度センサーからの温度検出信号に基づいて、電源部２９ａ、２９ｂからの電力供給を制御することによって、ペルチェ素子２４の動作を制御する制御部３０ａ、３０ｂが備えられている。

これらペルチェ素子２４、温度センサー、電源部２９ａ、２９ｂおよび制御部３０ａ、３０ｂから、異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂの温度を昇降させる温度制御手段が構成される。温度制御手段２４；２９ａ、２９ｂ；３０ａ、３０ｂは、異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂの温度を、それぞれ独立に、種々の温度勾配で、種々の周期であるいは非周期的に昇降させることができるようになっている。この場合、一対の異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂの温度の昇降は、互いに同じ温度勾配でかつ同じ周期で生じることが好ましく、また、各温度昇降過程毎に、温度の上昇時間と下降時間は同じであることが好ましく、さらには、室温と、当該異極像結晶体２３のキューリー点以下の適当な高温度との間で温度の昇降が繰り返されることが好ましい。この実施例の場合においても、X線の発生過程は、図２の実施例の場合と同様である。

この実施例の場合には、多数個の異極像結晶体２３を組み合わせて異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂとし、さらに、一対の異極像集合体３１ａ、３１ｂを凹面（半円筒面）として対向配置したことにより、単一の異極像結晶体を互いに対向配置した構成の場合より、大量の電子およびイオンを発生させることができ、かつ、より大量の電子をターゲットに衝突させることができる。その結果、より高い強度のX線を、連続的に発生させることができる。しかも、この実施例では、一対の異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂの間の空間中に生じたX線が、一対の異極像結晶集合体３１ａ、３１ｂの軸方向にのびる間隙からスリット状のX線透過窓２１を通って容器外部に放射されるので、実用に適した強度のライン状のX線が得られる。

図５は、本発明のさらに別の実施例による異極像結晶体を用いたX線発生装置の概略構成を示した図である。図５を参照して、本発明のX線発生装置は、内部に低気体圧雰囲気（３〜６Ｐａ）を維持する容器３２を備えている。容器３２は、X線を透過させない材料（例えば金属）から形成された、両端開口が閉じられた円筒形状を有し、容器３２の周壁の一部に、例えばＢｅまたはX線透過性プラスチックから形成された円形のX線透過窓３３が備えられる。

容器３２の上壁内面には異極像結晶支持部３４が設けられている。そして、容器３２の内部には、一対の異極像結晶集合体３５ａ、３５ｂが、異極像結晶支持部３４に支持され、対向配置される。一対の異極像結晶集合体３５ａ、３５ｂは、それぞれ、半球面殻形状のベース３６ａ、３６ｂの凹面側に、多数個の異極像結晶体３７が配列、固着されたものからなり、一方の異極像結晶集合体３５ａは、それを構成するすべての異極像結晶体３７が正の電気面を表面側に向けて配置され、他方の異極像結晶集合体３５ｂは、それを構成するすべての異極像結晶体３７が負の電気面を表面側に向けて配置されている。
また、他方の異極像結晶集合体３５ｂには、半径方向にのびる貫通孔４２が形成されている。
一対の異極像結晶集合体３５ａ、３５ｂは、凹面をなす表面が互いに向き合うように配置され、かつ誘電体からなるリング３９を介して互いに接合されて、全体として球殻を形成するとともに、貫通孔４２が、容器３２のX線透過窓３３に整合するように配置される。

一対の異極像結晶集合体３５ａ、３５ｂの間には、金属ターゲット４１が配置され、一方の異極像結晶集合体３５ａのベース３６ａに設けられたターゲット支持部４０に支持されている。この場合、ターゲット４１は、球殻の中心を含む位置に配置されることが好ましい。

それぞれの異極像結晶集合体３５ａ、３５ｂのベース３６ａ、３６ｂの凸面側には、その凹面側に固着された各異極像結晶体３７に対応して、ペルチェ素子３８が取り付けられる。ベース３６ａ、３６ｂは熱伝導性を有していて、ペルチェ素子３８の発熱および吸熱作用によって、対応する異極像結晶体３７が効率良く加熱および冷却されるようになっている
ペルチェ素子３８は、異極像結晶集合体３５ａ、３５ｂ毎に、それぞれ、直列接続または並列接続され、容器３２の外部に配置された、例えば電池からなる電源部４３ａ、４３ｂから電力供給を受ける。

また、図示されないが、各異極像結晶集合体３５ａ、３５ｂには、それを構成する異極像結晶体３７の温度を検出するための温度センサーが設けられている。さらに、容器３２の外部には、温度センサーからの温度検出信号に基づいて、電源部４３ａ、４３ｂからの電力供給を制御することによって、ペルチェ素子３８の動作を制御する制御部４４ａ、４４ｂが備えられる。

これらペルチェ素子３８、温度センサー、電源部４３ａ、４３ｂおよび制御部４４ａ、４４ｂから、異極像結晶集合体３５ａ、３５ｂの温度を昇降させる温度制御手段が構成される。なお、温度制御手段による異極像結晶集合体の温度昇降動作は、図４の実施例の場合と同様であり、また、X線の発生過程も図４の実施例の場合と同様である。

この実施例によれば、一対の異極像結晶集合体３５ａ、３５ｂの間に生じる電気力線は、球殻の中心付近でかなり密になるので、ターゲット４１から発生する特性X線の強度は図４の実施例の場合よりも強くなる。さらには、球殻内部（一対の異極像結晶集合体３５ａ、３５ｂの内部）に生じたX線は、貫通孔４２から円形のX線透過窓３３を通って容器３２の外部に放射される。こうして、この実施例によれば、実用に適した強度の高い点状のX線が得られる。

なお、本発明においては、対向配置した異極像結晶体の温度を昇降させることによって、X線を発生させるようにしているが、異極像結晶体に交流電圧を適用して、異極像結晶体を電歪することによって、温度昇降時と同様にX線を発生させることもできる。

本発明によれば、従来の大型で効率の悪い電子銃方式のX線発生装置とは異なり、小型の異極像結晶体を用い、電池レベルの電源を使用することによって、数１０ｋＶ／ｍｍという高電界を発生させて、電子銃方式に比べて単位面積当たりのX線強度が格段に高いX線を連続して発生させることができる。したがって、本発明によれば、従来の電子銃方式のX線発生装置に置き換わり得る、コンパクトなX線発生装置を提供し、これをX線顕微鏡、元素分析、結晶解析または非破壊検査、あるいは種々の医療的検査等に適用することができる。

本発明の１実施例による異極像結晶体を用いたX線発生装置の概略構成を示した図である。本発明の別の実施例による異極像結晶体を用いたX線発生装置の概略構成を示した図である。本発明のさらに別の実施例による異極像結晶体を用いたX線発生装置の主要部を示した斜視図である。本発明のさらに別の実施例による異極像結晶体を用いたX線発生装置の概略構成を示した図である。本発明のさらに別の実施例による異極像結晶体を用いたX線発生装置の概略構成を示した図である。図１のX線発生装置のX線の発生過程を説明する図である。図２のX線発生装置のX線の発生過程を説明する図である。異極像結晶体を用いた従来のX線発生装置の断面略図である。

符号の説明

１容器
２ X線透過窓
３ａ、３ｂペルチェ素子
４ Oリング
５ａ、５ｂ異極像結晶体
６ａ、６ｂ温度センサー
７ａ、７ｂ電源部
８ａ、８ｂ制御部

Claims

内部に低気体圧雰囲気を維持する容器と、
前記容器の内部に設けられた異極像結晶体支持手段と、
前記容器の内部において前記異極像結晶体支持手段に支持され、互いに間隔をあけて対向配置された少なくとも一対の異極像結晶体と、を備え、
前記少なくとも一対の異極像結晶体は、正負の異なる電気面が互いに向き合うように配置され、前記少なくとも一対の異極像結晶体の間には、金属ターゲットが配置され、前記容器の内部に設けられたターゲット支持手段に支持されており、さらに、
前記異極像結晶体の温度を昇降させる温度制御手段を備え、前記異極像結晶体の温度の昇降に伴って前記異極像結晶体から発生するＸ線を、前記容器の外部に放射するものであることを特徴とするＸ線発生装置。
内部に低気体圧雰囲気を維持する容器と、
前記容器の内部に設けられた異極像結晶体支持手段と、
前記容器の内部において前記異極像結晶体支持手段に支持され、互いに間隔をあけて対向配置された少なくとも一対の異極像結晶体と、を備え、
前記少なくとも一対の異極像結晶体は、正の電気面同士または負の電気面同士が互いに向き合うように配置されており、さらに、
前記異極像結晶体の温度を昇降させる温度制御手段を備え、
前記温度制御手段は、前記少なくとも一対の異極像結晶体の温度の昇降を、互いに逆の温度勾配でかつ同じ周期で生じさせるようになっており、前記異極像結晶体の温度の昇降に伴って前記異極像結晶体から発生するＸ線を、前記容器の外部に放射するものであることを特徴とするＸ線発生装置。
前記容器の壁はＸ線を透過させない材料から形成され、前記容器の壁には少なくとも１つのＸ線透過窓が備えられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線発生装置。
内部に低気体圧雰囲気を維持する容器と、
前記容器の内部に設けられた異極像結晶体支持手段と、
前記容器の内部において前記異極像結晶体支持手段に支持され、互いに間隔をあけて対向配置された一対の異極像結晶体と、を備え、前記一対の異極像結晶体は、正の電気面同士または負の電気面同士が互いに向き合うように配置され、さらに、
前記容器の内部において、前記一対の異極像結晶体の間の間隙の周囲を取り囲むように配置され、前記容器の内部に設けられたターゲット支持手段に支持された金属ターゲットと、
前記異極像結晶体の温度を昇降させる温度制御手段と、を備え、前記異極像結晶体の温度の昇降に伴って前記異極像結晶体から発生するＸ線を、前記容器の外部に放射するものであることを特徴とするＸ線発生装置。
前記容器の壁はＸ線を透過させない材料から形成され、前記容器の壁には少なくとも１つのＸ線透過窓が備えられていることを特徴とする請求項４に記載のＸ線発生装置。
前記温度制御手段は、
前記少なくとも一対の異極像結晶体のそれぞれの温度を測定する温度センサーと、
前記異極像結晶体の加熱および冷却を繰り返し行うことができる加熱・冷却手段と、
前記温度センサーからの温度検出信号に基づき、前記加熱・冷却手段の動作を制御する制御手段と、を有していることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のＸ線発生装置。
内部に低気体圧雰囲気を維持する容器と、
前記容器の内部に設けられた異極像結晶支持手段と、
前記容器の内部において前記異極像結晶支持手段に支持され、互いに間隔をあけて対向配置された一対の異極像結晶集合体と、
前記異極像結晶集合体の温度を昇降させる温度制御手段と、を備え、
前記一対の異極像結晶集合体は、それぞれ、ベース上に多数個の異極像結晶体が凹面をなすように配列、固着されたものからなり、一方の異極像結晶集合体は、それを構成するすべての異極像結晶体が正の電気面を表面側に向けて配置され、他方の異極像結晶集合体は、それを構成するすべての異極像結晶体が負の電気面を表面側に向けて配置され、前記一対の異極像結晶集合体は、前記凹面をなす表面が互いに向き合うように配置されており、さらに、前記一対の異極像結晶集合体の間には、金属ターゲットが配置され、前記容器の内部に設けられたターゲット支持手段に支持されていることを特徴とするＸ線発生装置。
前記容器の壁はＸ線を透過させない材料から形成され、前記容器の壁には、同一平面上に位置する少なくとも１つの細長いスリット状のＸ線透過窓が備えられており、前記ベースは半円筒形状を有し、前記多数個の異極像結晶体は前記ベースの凹面上に配列固着され、前記一対の異極像結晶集合体は、その軸方向の間隙が前記少なくとも１つのスリット状のＸ線透過窓に整合するように前記容器の内部に対向配置されていることを特徴とする請求項７に記載のＸ線発生装置。
Ｘ線を透過させない材料から形成され、内部に低気体圧雰囲気を維持する容器と、
前記容器の内部に設けられた異極像結晶支持手段と、
誘電体を介して互いに接合された状態で対向配置され、かつ、前記容器の内部において前記異極像結晶支持手段に支持された一対の異極像結晶集合体と、
前記異極像結晶集合体の温度を昇降させる温度制御手段と、を備え、
前記一対の異極像結晶集合体は、それぞれ、半球殻形状のベースの凹面上に多数個の異極像結晶体が固着されたものからなり、一方の異極像結晶集合体は、それを構成するすべての異極像結晶体が正の電気面を表面側に向けて配置され、他方の異極像結晶集合体は、それを構成するすべての異極像結晶体が負の電気面を表面側に向けて配置され、前記一対の異極像結晶集合体は、リング状の誘電体を介して互いに接合されて球殻を形成し、前記球殻の内部には、その中心を含む位置に金属ターゲットが配置されて、前記異極像結晶集合体に備えられたターゲット支持手段に支持されており、前記一対の異極像結晶集合体の少なくとも一方には、少なくとも１つの貫通孔が形成され、前記容器の壁には、前記貫通孔に整合するＸ線透過窓が形成されていることを特徴とするＸ線発生装置。