JPH0982252A - 分析用ｘ線管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は、Ｘ線放射窓と陽極ターゲット表面
間の距離の短縮化が出来、高出力且つ高純度なＸ線を供
給可能な分析用Ｘ線管を提供することを目的とする。 【解決手段】この発明の分析用Ｘ線管は、真空外囲器１
内にターゲット支持体４が配設され、このターゲット支
持体にＸ線発生用の陽極ターゲット９が固着され、この
陽極ターゲットのまわりにウェネルト電極１０及び陰極
フィラメント２が張設され、更に真空外囲器に陽極ター
ゲットに対向してＸ線放射窓６が設けられてなり、且つ
陽極ターゲット９は台形回転体状に形成されてなること
により、上記の目的を達成することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は分析用Ｘ線管に係
り、特にその高出力且つ高純度のＸ線を発生するための
陽極ターゲットの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば蛍光Ｘ線分析に使用される蛍光分
析用Ｘ線管は、従来、図２に示すように構成され、図中
の符号１は一端部が略傘状の真空外囲器、２は陰極フィ
ラメント、３はウェネルト電極、４はタ−ゲット支持
体、５はＸ線発生用の陽極ターゲット、６はＸ線放射
窓、７は電子、８はＸ線である。通常、ウェネルト電極
３は陰極フィラメント２からの高熱に耐え得る金属材
料、例えば鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ），ステンレス
（ＳＵＳ）等が用いられる。真空外囲器１はＳＵＳ、ウ
ェネルト電極３はＮｉを用いたもので構成されている。
又、陽極ターゲット５はロジウム（Ｒｈ）、Ｘ線出力窓
６はベリリウム（Ｂｅ）からなっている。

【０００３】動作時には、陰極フィラメント２から発生
した電子７を陰極−陽極間に印加した電圧により加速
し、真空外囲器１及びウェネルト電極３により集束して
陽極ターゲット５に衝突させる。この陽極ターゲット５
から発生したＸ線８を、Ｘ線放射窓６から取出して被分
析物質に照射し、そこから発生するＸ線により物質の分
析を行なう。

【０００４】このような蛍光分析用Ｘ線管から放射する
Ｘ線の波長は、ターゲット材質と印加する高電圧により
決まり、蛍光分析を行なうためには、高出力且つ高純度
なターゲット材質の特性Ｘ線を必要とする。通常分析に
は、陽極ターゲット５から発生される特性Ｘ線のうち大
きく短波長側特性Ｘ線（Ｋ線）と長波長側特性Ｘ線（Ｌ
線）の２つが使用され、用途によって使い分けている。

【０００５】高強度のＸ線を出力するためには、既述の
印加電圧及び電流の高入力が必要なほか、真空内よりＸ
線を取出すＸ線放射窓６でのＸ線吸収を極力なくすこ
と、又、陽極ターゲット５表面と被分析物質との距離を
短縮しＸ線の減衰を少なくすることが必要とされてい
る。そのため、Ｘ線放射窓６にはＸ線吸収率が低いＢｅ
が板厚数十〜数百μｍの薄板状で使用されている。これ
は、上述分析に使用する特性Ｘ線のうち特に長波長側Ｘ
線に有効となる。更に、被分析物質と陽極ターゲット５
との距離を短縮することについては、被分析物質とＸ線
放射窓６との距離は分析装置構造上ある程度決定される
ため、Ｘ線管内でのＸ線放射窓６を含む真空外囲器１と
陽極ターゲット５との距離の短縮にほかならなく、Ｘ線
管の使用最高電圧からの耐電圧構造及び電子を、陽極タ
ーゲット５表面に集束させるための電極構造によって決
定されている。この被分析物質と陽極ターゲット５表面
間の距離の短縮は、上記の分析に使用される特性Ｘ線の
うち、長短両波長側特性Ｘ線に有効であり、単純計算で
Ｘ線強度は距離の２乗に反比例の関係がある。高強度の
Ｘ線を出力するための入力電圧，電流の増大は、一番確
実且つ効果的なことではあるが、高圧発生装置を含む分
析装置の定格変更等を伴なうこともあり、同じ定格（最
高電圧，電流）のＸ線管での高出力化を目指すために
は、常に上記の後者２つがポイントとなる。

【０００６】高純度のＸ線を供給するためには、陽極タ
ーゲット５からの主Ｘ線の純度を出来るだけ上げること
と、ターゲット材以外から発生される管球内外の他材質
からのＸ線を少なくすることが必要とされる。そのた
め、ターゲット材には、通常、高純度の単物質が使用さ
れている。そして、陽極ターゲット５も純度９９．９％
以上のＲｈを使用し、ターゲット材質内に含まれる他物
質からのＸ線の発生を出来るだけ少ないものとしてい
る。又、陽極ターゲット５から発生されたＸ線８はＸ線
放射窓６から被分析物質に照射される。しかしながら、
同時に陽極ターゲット５から発生されたＸ線８によっ
て、ウェネルト電極３の上端部近傍や真空外囲器１の内
壁からもＸ線が励起され発生される。これら陽極ターゲ
ット５以外から発生されたＸ線は、ターゲット特性Ｘ線
に対し不純Ｘ線となり分析精度の低下につながる。図２
に示す構造で上記の不純Ｘ線とされるのは、Ｎｉ，Ｆｅ
などの特性Ｘ線である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、市場では超微量
物質の高精度分析の要求に伴なって、より高出力、高純
度のＸ線源が必要とされている。そのため高出力化に
は、上述にあるような方向での構造をとる必要があり、
Ｘ線放射窓６には数十μｍという極薄のＢｅ製の板が使
用され、長波長側特性Ｘ線の強度向上を図ってている。
しかしながら、短波長側特性Ｘ線の強度向上のためのＸ
線放射窓６と陽極ターゲット５表面との距離の短縮化に
ついては、下記要因から従来のような構造では線量向上
は困難であった。

【０００８】先ず、分析用Ｘ線管の管球構造上、陽極タ
ーゲット５とＸ線放射窓６を含む真空外囲器１とが同電
位にすることが困難であるため、上記２者間で耐圧構造
をなす必要があり、距離が規定されてくること。又、被
分析物質からの蛍光Ｘ線を装置検出器側で効率良く受取
るため、及び円板状の陽極ターゲット５に電子を集束さ
せるために、Ｘ線放射窓６付近の真空外囲器１の内外壁
は、通常、略傘状あるいは階段状で構成される。それ故
に、管球内部での陽極ターゲット５周辺角部との距離が
近くなり、陽極ターゲット５表面とＸ線放射窓６との距
離を、上述耐電圧から設計される最短距離まで縮めるこ
とが困難なことである。通常、このような蛍光分析にお
いて、被分析物質からの蛍光Ｘ線を励起するのに必要な
Ｘ線エネルギーから、Ｘ線管の最大使用管電圧は６０ｋ
Ｖ〜７５ｋＶのものが採用されている。この場合、図２
のような従来構造では、Ｘ線放射窓６と陽極ターゲット
５表面間の距離は最短でも９ｍｍ程度という構成であっ
た。

【０００９】又、高純度のＸ線を供給するためには、上
述のように不純Ｘ線を減衰すべきであるが、高出力化に
伴なうＸ線放射窓６と陽極ターゲット５表面との距離の
短縮化を行なえば、電子集束の兼ね合いでウェネルト電
極３がＸ線照射軸側で陽極ターゲット５表面に近づく構
造をとる必要があり、ウェネルト電極３より発生される
不純Ｘ線は増大する。そのため、図２のような構造では
高出力化と高純度化は相反するものになるという問題が
あった。

【００１０】この発明は、上述のような問題点を解消
し、Ｘ線放射窓と陽極ターゲット表面間の距離の短縮化
が出来、高出力且つ高純度なＸ線を供給可能な分析用Ｘ
線管を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、真空外囲器
内にターゲット支持体が配設され、このターゲット支持
体にＸ線発生用の陽極ターゲットが固着され、この陽極
ターゲットのまわりにウェネルト電極及び陰極フィラメ
ントが張設され、更に真空外囲器に陽極ターゲットに対
向してＸ線放射窓が設けられてなる分析用Ｘ線管におい
て、陽極ターゲットは台形回転体状に形成されてなる分
析用Ｘ線管である。そして、ウェネルト電極の少なくと
も上端部に、厚さ５μｍ以上の陽極ターゲットと同じ材
料の被膜が形成されている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の一実施の形態を詳細に説明する。従来例（図２）と同
一箇所は同一符号を付すことにすると、この発明の分析
用Ｘ線管は図１に示すように構成されている。即ち、一
端部が略傘状の真空外囲器１内には、管軸上に円柱状の
タ−ゲット支持体４が配設され、この支持体タ−ゲット
４上には、台形回転体状のＲｈ製陽極ターゲット９が固
着されている。そのまわりにはＮｉ製のウェネルト電極
１０が取囲むように配設され、その少なくとも上端部に
は厚さ５μｍ以上例えば約７μｍのＲｈ製被膜１１で被
覆されている。つまり、この被膜１１と陽極ターゲット
９とは同じ材料からなっている。このようなウェネルト
電極１０のまわりには、陰極フィラメント２が配設され
ている。又、真空外囲器１の一端部には、陽極ターゲッ
ト９に対向して、Ｂｅ製のＸ線放射窓６が気密封止され
ている。

【００１３】上記の場合、台形回転体状の陽極ターゲッ
ト９の上下底面及び高さは、陽極ターゲット９の電子衝
突面（焦点面）の大きさ及びその大きさの電子衝突面を
形成するために集束を行なう真空外囲器１の内壁テーパ
部１ａ角度から決定している。Ｘ線強度の向上のための
Ｘ線放射窓６と陽極ターゲット９表面との距離の短縮
は、上記のように真空外囲器１内壁と陽極ターゲット９
周辺部角部との耐電圧が決定点となる。そのため、その
間の電界強度を緩和する目的で、陽極ターゲット９は台
形回転体状に形成されており、従来構造以上に距離の短
縮を実現している。又、陽極ターゲット９の上部平面部
とテーパ部９ａ間の角部は、電界強度の緩和のため適度
のＲ取りをしてある。尚、理想構造としては、それぞれ
真空外囲器１のテーパ部１ａと陽極ターゲット９のテー
パ部９ａが平行になるのが望ましい。

【００１４】さて、Ｘ線放射窓６及び真空外囲器１と陽
極ターゲット９の距離を短縮した場合、陽極ターゲット
９の上部平面部内に電子衝突面（焦点面）をおさめるこ
とが、効率の良いＸ線放射源となることはＸ線放射窓９
との幾何学的ディメンジョンからも明かなことである。
そのため、ウェネルト電極１０で陰極フィラメント２か
らの電子７を適当に集束させることが必要となる。この
適当な集束をさせるためのウェエネルト電極１０のディ
メンジョンは、計算及び実験結果より、図示のようにＸ
線照射方向軸上で陽極ターゲット９表面位置に対し、ウ
ェネルト電極１０上端部が同一線上かそれ以上Ｘ線放射
窓６側に配置されるのが望ましい。しかしながら、上記
問題点にあるように陽極ターゲット１０から発生された
Ｘ線８によりウェネルト電極１０からもＸ線が不純Ｘ線
として発生されるが、従来構造に比べ幾何学上では陽極
ターゲット９のテーパ部９ａからも少なからずＸ線が発
生される分、不純Ｘ線は大きいものとなってしまう。こ
の発明では、その不純Ｘ線を減衰させるために、ウェネ
ルト電極１０の上端部にＲｈの被膜１１を約７μｍ形成
してある。それにより、下地であるウェネルト電極１０
からのＮｉ不純Ｘ線は吸収減衰される。又、被膜１１か
らもＸ線は発生されるが陽極ターゲット９と同材質のた
め、不純Ｘ線とはならない。計算上、厚さ５μｍの被膜
１１にて下地からのＮｉ不純Ｘ線の減衰率は約７０％と
なる。この構造により最大定格使用管電圧７５ＫＶのＸ
線管にて、Ｘ線放射窓６と陽極ターゲット９表面間の距
離は８ｍｍ以下まで短縮可能となる。

【００１５】

【発明の効果】この発明によれば、台形回転体状の陽極
ターゲットにより、局部的な電界の集中が緩和されるの
で、Ｘ線放射窓と陽極ターゲット表面間の距離の短縮化
が出来る。又、ウェネルト電極に形成された陽極ターゲ
ットと同じ材料の被膜により、ウェネルト電極から発生
される不純Ｘ線が低減されるので、高出力且つ高純度の
Ｘ線を供給出来、分析精度の良い蛍光分析用Ｘ線管が実
現出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態に係る分析用Ｘ線管を
示す断面図。

【図２】従来の分析用Ｘ線管を示す断面図。

【符号の説明】

１…真空外囲器、２…陰極フィラメント、４…ターゲッ
ト支持体、６…Ｘ線放射窓、７…電子、８…Ｘ線、９…
陽極ターゲット、１０…ウェネルト電極、１１…被膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空外囲器内にターゲット支持体が配設さ
   れ、このターゲット支持体にＸ線発生用の陽極ターゲッ
   トが固着され、この陽極ターゲットのまわりにウェネル
   ト電極及び陰極フィラメントが張設され、更に上記真空
   外囲器に上記陽極ターゲットに対向してＸ線放射窓が設
   けられてなる分析用Ｘ線管において、 上記陽極ターゲットは台形回転体状に形成されてなるこ
   とを特徴とする分析用Ｘ線管。
2. 【請求項２】上記ウェネルト電極の少なくとも上端部
   に、厚さ５μｍ以上の上記陽極ターゲットと同じ材料の
   被膜が形成されている請求項１記載の分析用Ｘ線管。