JPH11144653A

JPH11144653A - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JPH11144653A
Application number: JP30403997A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yamanaka; 清山中; Ikuo Wakamoto; 郁夫若元; Susumu Urano; 晋浦野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】電子ビームによる装置各部（Ｘ線ターゲット
やＸ線取出窓等）の熱負荷の低減と電子ビームの有効利
用とを図れるＸ線発生装置を提供する。【解決手段】入射面を略凹型に形成したＸ線ターゲッ
ト２３と、電子ビーム２４をローレンツ力によりＸ線タ
ーゲットに近づく方向に偏向してＸ線ターゲットに入射
させると共に反射電子２４ａ等をローレンツ力によりＸ
線ターゲットに近づく方向に偏向してＸ線ターゲットに
再入射させる電子ビーム偏向手段（磁場発生装置）とか
らなる電子ビーム再入射手段を設ける。或いは透過型の
第１Ｘ線ターゲットと反射型の第２Ｘ線ターゲット（反
射電子受熱部）とを有するＸ線ターゲット部と、電子ビ
ームをローレンツ力により第１Ｘ線ターゲットに近づく
方向に偏向させて第１Ｘ線ターゲットに入射させると共
に反射電子をローレンツ力により第２Ｘ線ターゲットに
近づく方向に偏向して第２Ｘ線ターゲットに再入射させ
る電子ビーム偏向手段（磁場発生装置）とからなる電子
ビーム再入射手段を設ける。また電子ビーム形状を実際
に又は見かけ上幅方向に長いリニア状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＸ線発生装置に関
し、具体的には電子ビームによる装置各部の熱負荷の軽
減や電子ビームの有効利用を図ることができるようにし
たＸ線発生装置のＸ線発生部の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来のＸ線発生装置の構成を示す
縦断面図、図７は図６のＸ線発生装置に備えたＸ線ター
ゲット部のVII 方向矢視図である。

【０００３】図６に示すように、従来のＸ線発生装置
は、主に、内部が真空排気装置（図示せず）によって真
空排気されている又は真空排気済（封じきり管の場合）
の真空容器１と、この真空容器１内に設置されている電
子線発生部２及びＸ線ターゲット３とから構成されてい
る。

【０００４】電子線発生部２は、熱電子を放出するカソ
ード４と、電子ビーム５の電流量を制御するためにカソ
ード４に対して相対的に負の電位を印加するためのグリ
ッド６とから構成されている。なお、真空容器１は接地
されて接地電位である一方、カソード４及びグリッド６
は硝子７を介して真空容器１に支持されており、接地電
位から電気的に隔絶されている。

【０００５】カソード４の両端にはカソード電源８が接
続されている。また、カソード４の一端とグリッド６と
の間にはグリッド電源９が接続されている。このグリッ
ド電源９は正側がカソード４に接続され負側がグリッド
６に接続されて、上記の如くカソード４に対して相対的
に負の電位をグリッド６に印加するようになっている。
なお、アノード−グリッド−カソード間の関係によって
はグリッドに正電位を印加する場合もある。カソード４
の前記一端と接地部との間には加速電源１０が接続され
ている。この加速電源１０は正側が接地され負側がカソ
ード４に接続されて、カソード４側に負の電位を印加す
るようになっている。

【０００６】Ｘ線ターゲット３はグリッド６に対峙する
位置に、入射面３ａを図中下方に傾斜させた状態で配設
されており、この入射面３ａに電子ビーム５が入射する
ようになっている。このＸ線ターゲット３の入射面３ａ
の裏側には冷却部１３が設けられており、図示しない冷
却水循環系によって冷却水が、内側の配管１４から入射
面３ａの裏側に供給されると共に外側の配管１５から排
出されるようになっている。

【０００７】一方、真空容器１の壁面の一部（図中下
部）には、Ｘ線ターゲット３の入射面３ａに対応するよ
うにＸ線取出窓１２が取り付けられており、Ｘ線ターゲ
ット３で発生したＸ線１１を、このＸ線取出窓１２を介
して真空容器１外（大気中）に取り出すようになってい
る。

【０００８】上記構成のＸ線発生装置によれば、次のよ
うにしてＸ線を発生させる。

【０００９】カソード４ではカソード電源８の通電によ
って発生するジュール発熱により加熱されるため、当該
加熱部から当該加熱部の温度に応じた量の熱電子を放出
する。一方、真空容器１に支持されているＸ線ターゲッ
ト３は真空容器１と共に接地電位であるため、グリッド
６−Ｘ線ターゲット３間には加速電源１０によって電位
勾配が生じる。従って、カソード４から放出された熱電
子は、グリッド６により引出電流量制御・ビーム形状成
形を受けた後、前記電位勾配による加速を受けて電子ビ
ーム５となり、Ｘ線ターゲット３に入射する。なお、従
来のＸ線発生装置ではカソード４の形状が点状又は円状
であったため、このカソード４から得られる電子ビーム
５は図７に示すようにスポット状であった。

【００１０】そして、この電子ビーム５がＸ線ターゲッ
ト３に入射すると、Ｘ線ターゲット３からは制動放射と
いう現象によってＸ線１１が発生する。このＸ線１１は
Ｘ線取出窓１２を介して真空容器１外（大気中）に取り
出されて、大気中に設置されている図示しない被照射物
に照射される。また、このときＸ線ターゲット３は電子
ビーム５の入射によって熱負荷を受けるが、冷却水循環
系から冷却部１３に供給される冷却水によって除熱され
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＸ線発生装置では、以下に詳述するように、Ｘ線タ
ーゲット３からの反射電子が未処理であることによる問
題点と、Ｘ線ターゲット３への熱流束（単位面積当たり
の入熱量）が大きいことによる問題点とを有している。
なお、反射電子とはＸ線ターゲット３から放出された電
子のことである。つまり、Ｘ線ターゲット３に入射した
電子（電子ビーム５）の一部はＸ線ターゲット３内でタ
ーゲット材質と複数回の散乱を受けることによってその
進行方向に変化を受けることにより、Ｘ線ターゲット３
の表面（入射面３ａ）から放出される。この放出された
電子を反射電子という。

【００１２】＜Ｘ線ターゲットからの反射電子が未処理
であることによる問題点＞反射電子は真空容器１やＸ線取出窓１２に入射して
当該入射部への熱負荷となっていた。特に、Ｘ線取出窓
１２は、Ｘ線取り出し時におけるＸ線１１の減衰を最小
とするために薄膜を使用していることから、冷却が困難
である。従って、Ｘ線取出窓１２へ反射電子の一部が入
射して当該入射部に熱負荷が生じると、Ｘ線取出窓１２
の温度増加に繋がり、ひいては当該入射部の強度が低下
して真空容器１内の真空状態を保持し得なくなる虞があ
った。

【００１３】Ｘ線発生効率（＝発生Ｘ線エネルギ／
電子線発生部からの出射電子エネルギ）に物理的限界を
生じ、発生電子（電子ビーム５）の有効利用が図られて
いない。

【００１４】＜Ｘ線ターゲットへの熱流束が大きいこと
による問題点＞Ｘ線１１の発生量は電子ビーム５の加速
電圧及びビーム電流に依存し、これらの値の増加に伴っ
て増大する。従って、発生Ｘ線量を増加させるためには
前記加速電圧又はビーム電流を増加させる必要がある、
即ち、電子ビーム５の出力（加速電圧×ビーム電流）を
増加させる必要がある。ところが、従来のＸ線発生装置
において得られる電子ビーム５はスポット状であるた
め、もともとＸ線ターゲット３への熱流束が大きい（局
部に熱負荷が集中する）。このため、スポット状電子ビ
ーム５のままその出力を増加させれば、Ｘ線ターゲット
３への熱流束が大きくなり過ぎてしまい、ひいてはＸ線
ターゲット３に対して有効な冷却を行うことができなく
なってしまう（冷却水循環系の冷却能力を超えてしま
う）。つまり、前記熱流束の値と冷却水循環系の冷却能
力とで定まる当該入射部の冷却性能の面から、Ｘ線発生
量の増大に係わる制限を受ける。

【００１５】この問題点に対してはスポット状電子ビー
ムの直径を大きくすればよいように思われるが、スポッ
ト状電子ビーム使用時には半径方向のプロファイルはガ
ウス分布を示すため、たとえスポット電子ビームの直径
を大きくしても前記熱流束の影響が大きく緩和されるこ
とは期待できない。そこで、従来、この問題点の対策と
しては、Ｘ線ターゲット部を回転させて相対的に熱流束
を低減させるという方策がとられてきた（実開昭６３−
１８７５６号公報参照）。しかし、この対策ではＸ線タ
ーゲット部を回転させるように構成しなければならない
ため、機械的構成が複雑となる。

【００１６】従って本発明は上記従来技術に鑑み、電子
ビームによる装置各部（Ｘ線ターゲットやＸ線取出窓
等）の熱負荷の低減を図り、また、電子ビームの有効利
用を図ることができるＸ線発生装置を提供することを課
題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明のＸ線発生装置は、電子ビーム発生手段によって発
生した電子ビームをＸ線ターゲットに入射してＸ線を発
生するＸ線発生装置であって、Ｘ線ターゲットから放出
された反射電子をローレンツ力により偏向させてＸ線タ
ーゲットに再入射させる電子ビーム再入射手段を備えた
ことを特徴とする。

【００１８】また、第２発明のＸ線発生装置は、第１発
明のＸ線発生装置において、前記電子ビーム再入射手段
は、入射面を略凹型に形成したＸ線ターゲットと、電子
ビーム発生手段によって発生した電子ビームをローレン
ツ力により前記Ｘ線ターゲットに近づく方向に偏向して
前記Ｘ線ターゲットに入射させると共に前記Ｘ線ターゲ
ットから放出された反射電子をローレンツ力により前記
Ｘ線ターゲットに近づく方向に偏向して前記Ｘ線ターゲ
ットに再入射させる電子ビーム偏向手段とを備えてなる
ものであることを特徴とする。

【００１９】また、第３発明のＸ線発生装置は、第１発
明のＸ線発生装置において、前記電子ビーム再入射手段
は、透過型の第１Ｘ線ターゲットとこの第１Ｘ線ターゲ
ットに所定の角度で対向させた反射型の第２Ｘ線ターゲ
ットとを有してなるＸ線ターゲット部と、電子ビーム発
生手段によって発生した電子ビームをローレンツ力によ
り前記第１Ｘ線ターゲットに近づく方向に偏向させて前
記第１Ｘ線ターゲットに入射させると共に前記第１Ｘ線
ターゲットから放出された反射電子をローレンツ力によ
り前記第２Ｘ線ターゲットに近づく方向に偏向して前記
第２Ｘ線ターゲットに再入射させる電子ビーム偏向手段
とを備えてなるものであることを特徴とする。

【００２０】また、第４発明のＸ線発生装置は、電子ビ
ーム発生手段によって発生した電子ビームをＸ線ターゲ
ットに入射してＸ線を発生するＸ線発生装置であって、
前記電子ビーム発生手段は幅方向に細長いリニア状の電
子ビームを発生することを特徴とする。

【００２１】また、第５発明のＸ線発生装置は、電子ビ
ーム発生手段によって発生した電子ビームをＸ線ターゲ
ットに入射してＸ線を発生するＸ線発生装置であって、
前記電子ビーム発生手段はスポット状の電子ビームを発
生するものであると共に、このスポット状の電子ビーム
を幅方向に走査する電子ビーム走査手段を備えたことを
特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００２３】［実施の形態１］図１は本発明の実施の形
態１に係る反射型Ｘ線発生装置の構成を示す縦断面図、
図２は図１の反射型Ｘ線発生装置に備えたＸ線ターゲッ
ト部及び電子線発生部のII方向矢視図である。

【００２４】＜構成＞図１に示すように、本実施の形態
１に係る反射型Ｘ線発生装置は、主に、内部が真空排気
装置３６によって真空排気されている又は真空排気済
（封じきり管の場合）の真空容器２１と、この真空容器
２１内に設置されている電子線発生部２２及びＸ線ター
ゲット２３と、磁場発生装置（図示せず）とから構成さ
れている。

【００２５】電子線発生部２２は、熱電子を放出するカ
ソード２８と、電子ビーム２４の電流量を制御するため
にカソード２８に対して相対的に負の電位を印加するた
めのグリッド２６と、このグリッド２６との間に電位勾
配を生成するためにグリッド２６の近傍に配設されたア
ノード２７とから構成されている。なお、真空容器２１
は接地されて接地電位である一方、カソード２８及びグ
リッド２６は硝子３８を介して真空容器２１に支持され
ており、接地電位から電気的に隔絶されている。

【００２６】カソード２８の両端にはカソード電源３３
が接続されている。また、カソード２８の一端とグリッ
ド２６との間にはグリッド電源３４が接続されている。
このグリッド電源３４は正側がカソード２８に接続され
負側がグリッド２６に接続されて、上記の如くカソード
２８に対して相対的に負の電位をグリッド２６に印加す
るようになっている。なお、アノード−グリッド−カソ
ード間の関係によってはグリッドに正電位を印加する場
合もある。カソード２８の前記一端と接地部との間には
加速電源３５が接続されている。この加速電源３５は正
側が接地され負側がカソード２８に接続されて、カソー
ド２８側に負の電位を印加するようになっている。

【００２７】そして、Ｘ線ターゲット２３は反射型のも
のであり、グリッド２６に対峙する位置に配置されると
共に、その入射面２３ａが略凹型に形成されている。具
体的には、図示例の入射面２３ａは、相互に所定の角度
を有する第１面２３ａ−１、第２面２３ａ−２、第３面
２３ａ−３及び第４面２３ａ−４からなっており、全体
的な形状が略凹型となっている。

【００２８】また、このＸ線ターゲット２３の入射面２
３ａの裏側には冷却部３７が設けられており、図示しな
い冷却水循環系によって冷却水が、図中上部の配管３１
から入射面２３ａの裏側に供給されると共に図中下部の
配管３２から排出されるようになっている。更に、アノ
ード２７に対しても、冷却水循環系によって冷却水が、
外側の配管４０から供給されると共に内側の配管４１か
ら排出されるようになっている。アノード２７への電子
の入射は０となることが理想であるが、アノード２７は
電子よりも正の電位にあるため現実には前記入射は０に
はならない可能性が高い。しかも、アノード２７は真空
容器２１内（即ち真空中）にあるため、このままでは除
熱されずに徐々に蓄熱されてしまう。そこで、上記によ
うに、水冷などの直接冷却によって除熱する必要があ
る。

【００２９】一方、真空容器２１の壁面の一部（図中下
部）には、Ｘ線ターゲット２３の入射面２３ａに対応す
るようにＸ線取出窓２９が取り付けられており、Ｘ線タ
ーゲット２３で発生したＸ線を、このＸ線取出窓２９を
介して真空容器２１外（大気中）へ取り出すようになっ
ている。なお、Ｘ線取出窓２９には、Ｘ線取り出し時に
おけるＸ線の減衰を最小限とするために、薄膜が使用さ
れている。

【００３０】また、真空容器２１内のグリッド２６とＸ
線ターゲット２３との間の空間には、磁場発生装置によ
って磁場２５を発生させるようになっている。磁場２５
の磁力線の向きは、図１中及び図２中に記号で示すよう
に、図１の紙面の表側から裏側へ向かう方向（図２中の
上から下へ向かう方向）である。

【００３１】このような磁場２５を発生させると、電子
ビーム２４はローレンツ力によりＸ線ターゲット２３に
近づく方向に偏向されてＸ線ターゲット２４に入射する
共に、Ｘ線ターゲット２３から放出された反射電子２４
ａ等はローレンツ力によりＸ線ターゲット２３に近づく
方向に偏向されてＸ線ターゲット２３に再入射する（詳
細後述）。つまり、略凹型のＸ線ターゲット２３と、電
子ビーム偏向手段である磁場発生装置とによって電子ビ
ーム再入射手段が構成されている。

【００３２】また、図２に示すように、カソード２８は
図２中上下方向に細長い形状のものとなっており、この
ことによって、電子線発生部２２で発生する電子ビーム
２４の形状を幅方向（図２中上下方向）に細長いリニア
状にしている。

【００３３】＜作用・効果＞上記構成のＸ線発生装置に
よれば、次のようにしてＸ線を発生させる。

【００３４】カソード２８ではカソード電源３３の通電
によって発生するジュール発熱により加熱されるため、
当該加熱部から当該加熱部の温度に応じた量の熱電子を
放出する。一方、アノード２７は真空容器２１と同じ接
地電位であるため、グリッド２６−アノード２７間には
加速電源３５によって電位勾配が生じる。従って、カソ
ード２８から放出された熱電子は、グリッド２６により
引出電流量制御・ビーム形状成形を受けた後、前記電位
勾配による加速を受けて電子ビーム２４となる。この電
子ビーム２４は幅方向に細長いリニア状のものである。

【００３５】その後、磁場２５中において、電子ビーム
２４はローレンツ力によりＸ線ターゲット２３に近づく
方向に偏向されてＸ線ターゲット２４に入射する共に、
Ｘ線ターゲット２３から放出された反射電子２４ａ等は
ローレンツ力によりＸ線ターゲット２３に近づく方向に
偏向されてＸ線ターゲット２３に再入射する。

【００３６】具体的には、図示例の場合、電子ビーム２
４ははじめ右から左に向かって直進するため、磁場２５
により上方へ、即ちＸ線ターゲット２３の入射面２３ａ
の第１面２３ａ−１に近づく方向へ偏向されて、この第
１面２３ａ−１へ入射する。その結果、この第１面２３
ａ−１からは制動放射によりＸ線３０ａが発生すると共
に、入射した電子の一部がＸ線ターゲット２３内でター
ゲット材質と複数回の散乱を受けることによってその進
行方向に変化を受けることにより反射電子２４ａとなっ
て放出される。続いて、この第１面２３ａ−１から放出
された反射電子２４ａは磁場２５により入射面２３ａの
第２面２３ａ−２に近づく方向に偏向されて、この第２
面２３ａ−２に入射する。その結果、上記と同様の理由
により、この第２面２３ａ−２からはＸ線３０ｂが発生
すると共に、入射した電子の一部が反射電子２４ｂとな
って放出される。

【００３７】以下、同様にして、第２面２３ａ−２から
放出された反射電子２４ｂは磁場２５により偏向されて
入射面２３ａの第３面２３ａ−３に入射し、この第３面
２３ａ−３から放出された反射電子２４ｃは磁場２５に
より偏向されて入射面２３ａの第４面２３ａ−４に入射
する。なお、電子ビーム２４や反射電子２４ａ等は磁場
２５によって円弧状に偏向されているが、その理由は後
述する。

【００３８】各入射部において発生したＸ線３０ａ，３
０ｂ，３０ｃは、何れもＸ線取出窓２９を介して真空容
器２１外（大気中）に取り出され、大気中に設置されて
いる図示しない被照射物に照射される。また、このとき
Ｘ線ターゲット２３は電子ビーム２４等が繰り返し入射
することによって熱負荷を受けるが、冷却水循環系から
冷却部３７に供給される冷却水によって除熱される。

【００３９】以上のことから、本実施の形態１に係るＸ
線発生装置によれば、次のような効果が得られる。

【００４０】略凹型のＸ線ターゲット２３と、電子
ビーム偏向手段である磁場発生装置とを備えてなる電子
ビーム再入射手段によって、電子ビーム（反射電子２４
ａ等）をＸ線ターゲット２３に再入射させるようにした
ことにより、反射電子２４ａ等がＸ線ターゲット２３以
外の装置各部に入射するのを防止して、反射電子２４ａ
等による熱負荷が前記装置各部（特にＸ線取出窓２９）
へ及ぶのを防止することができる。

【００４１】しかも、反射電子２４ａ等の再入射時
にもＸ線３０ｂ等が発生することから、電子ビーム２４
を有効に利用することができ、Ｘ線発生効率を従来より
も向上させることができる。即ち、電子ビーム２４の出
力を増加させることなく、被照射物の単位面積当たりの
Ｘ線入射量を大きくすることができ、ひいてはＸ線発生
装置の大出力化を図ることができる。

【００４２】また、幅方向に細長いリニア状の電子
ビーム２４を発生させてＸ線ターゲット２３に入射する
ようにしたことにより、従来のスポット状の電子ビーム
に比べて、Ｘ線ターゲット２３への熱流束を大幅に低減
させることができる。即ち、熱負荷分散によってＸ線タ
ーゲット２３の熱負荷を低減することができる。このた
め、Ｘ線発生装置の大出力化を図ることができ、ひいて
は大容量の被照射物の照射処理を従来よりも短時間で行
うことができるようになる。しかも、従来のようにＸ線
ターゲット部を回転させる場合に比べて機械的構成が簡
易である。

【００４３】なお、上記、の効果は、電子ビーム２
４が仮に従来のようなスポット状の電子ビームであって
も得られる。

【００４４】また、上記では、磁場２５によって電子ビ
ーム２４や反射電子２４ａ等を円弧状の軌道となるよう
に偏向しているが、勿論これに限定するものではなく、
反射電子２４ａ等を再度Ｘ線ターゲット２３に入射させ
て再利用することができれば、磁場によって偏向する反
射電子２４ａ等の軌跡は円弧状でなくてもよい。なお、
図示のように軌跡が円弧状となるのは磁場２５の影響に
よる。つまり、磁場２５内で運動している電子はローレ
ンツ力を受けることによって、下式から求まる半径（ラ
ーモア半径）を持つ円軌道を描く。

【００４５】Ｒ＝Ｐ／（３Ｂ）ここで、Ｒ：ラーモア半径［ｃｍ］Ｐ：電子の運動量［ＭｅＶ／ｃ］（電子のエネルギに依
存する）Ｂ：磁束密度［Ｔ］

【００４６】電磁界のない場では電子は何らかの物質
（真空容器内の構造物や残留ガス等）に衝突しない限り
直進する。このため、反射電子に対して何らの処理も施
さなければ反射電子がＸ線取出窓等に衝突して熱負荷に
なるとういう問題を招来することになるが、磁場で反射
電子を偏向してＸ線ターゲットに再入射させれば、この
ような問題を解決することができる。従って、円弧状の
軌跡にすることが反射電子の再利用に必須なのではな
く、反射電子を再度Ｘ線ターゲットに入射させる手段を
講じることが反射電子の再利用に必須なのであり、この
ことが本発明の特徴である。つまり、円弧状としなくて
も反射電子をＸ線ターゲットに再入射させることができ
ればよいのであるが、本実施の形態１の場合のように、
最も簡易且つ低廉な磁場発生装置によって発生し得る磁
場で反射電子を偏向させてＸ線ターゲットに再入射させ
ようとした場合には円弧状の軌跡となるということであ
る。

【００４７】また、磁場発生装置としては、電子ビーム
２４を偏向可能な強度の磁場を発生することができるも
のであれば特に制限はなく、電磁石（磁束密度可変）、
永久磁石（磁束密度固定）の何れであってもよい。ま
た、磁場の分布や磁場強度絶対値を具体的にどのように
設定するかは、Ｘ線ターゲット部の形状設計に関わる問
題であり、電子エネルギ等に応じて適宜決定すればよ
い。

【００４８】また、Ｘ線ターゲット２３の形状は図１に
示すものに限定するものではなく、反射電子を再入射可
能な略凹型の形状であればよい。つまり、電子ビーム２
４の有効利用等のために反射電子２４ａ等をＸ線ターゲ
ット２３に再入射させることが本発明の特徴であり、具
体的に入射回数を何回に設定して、それを実現するため
にＸ線ターゲット２３の入射面２３ａを具体的にどのよ
うな形状の略凹型とするか（即ち何角形の凹面にするか
或いは球面にするか）は、具体的な要求性能に応じて適
宜設定すればよい。

【００４９】また、上記の効果は、Ｘ線ターゲット上
での電子ビームの形状がリニア状であれば得られる。つ
まり、上記の効果を得るためには、電子ビーム２４の
ように電子ビーム形状を実際に幅方向に細長いリニア状
にするのではなく、スポット状の電子ビームを走査磁石
等で走査してＸ線ターゲット上での電子ビーム形状が見
かけ上幅方向に細長いリニア状になるようにしてもよ
い。

【００５０】図３は電子ビーム形状を実際に幅方向に細
長いリニア状にする場合（リニア型）と見かけ上幅方向
に細長いリニア状にする場合（スポット走査型）との要
部構成を比較して示す説明図であり、（ａ）には前者の
場合の要部構成とこれによって得られる電子ビーム形状
とを示し、（ｂ）には後者の場合の要部構成とこれによ
って得られる電子ビーム形状とを示す。

【００５１】図１、図２に基づいて上述したように、図
３（ａ）に示すリニア型では、細長い形状のカソード２
８を用いることによって、図３（ａ）及び（ｂ）に示す
ように、幅方向に細長いリニア状の電子ビーム２４を得
る。一方、図３（ｂ）に示すスポット走査型では、グリ
ッド４８とＸ線ターゲット４９との間に走査磁石４６を
配設し、点状又は円状のカソード４５から得られるスポ
ット状の電子ビーム４７を走査磁石４６によって幅方向
（図中左右方向）に走査するようになっている。

【００５２】詳述すると、走査磁石４６は交播磁場を用
いて電子の軌道を偏向させる電磁石である。電磁石では
通常通電量と発生磁場強度は比例する。このため、例え
ば走査磁石（電磁石）４６へ図示しない電源から図４
（ａ）に示すような正弦波の交流電流を通電すると、こ
の走査磁石４６によって発生する磁場の強度の時間依存
特性は、図４（ｂ）に示すように、通電電流波形と同様
な正弦波状分布となる。また、電子のエネルギーが一定
の場合には、磁場内で電子が受ける偏向の大きさは磁場
強度（磁束密度）に比例する。

【００５３】これらのことから、一定エネルギを持つ電
子ビーム４７が正弦波の交流電流を通電している走査磁
石４６内に入射した場合、この走査磁石４６を通過後の
電子ビーム４７は、図４（ｃ）に示すように、入射方向
に対して図中左右対称に偏向されて進行する。その結
果、電子ビーム４７は、図３（ｃ）及び（ｄ）に示すよ
うに、Ｘ線ターゲット４９上では、見かけ上リニア型の
場合と同様な幅方向に細長いリニア状の電子ビームとな
る。従って、このスポット走査型の場合にも、リニア型
の場合と同様に、上記の効果が得られる。

【００５４】［実施の形態２］図５は本発明の実施の形
態２に係る透過型Ｘ線発生装置の構成を示す縦断面図で
ある。なお、図５中、上記実施の形態１と同様の部分に
は同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。

【００５５】＜構成＞図３に示すように、本実施の形態
２に係る透過型Ｘ線発生装置は、主に、内部が真空排気
装置３６によって真空排気されている又は真空排気済
（封じきり管の場合）の真空容器２１と、この真空容器
２１内に設置されている電子線発生部２２及びＸ線ター
ゲット（反射電子受熱部）５１と、Ｘ線ターゲット５３
と、磁場発生装置（図示せず）とから構成されている。
即ち、本実施の形態２に係る透過型Ｘ線発生装置は、上
記実施の形態１のＸ線発生装置におけるＸ線ターゲット
２３及びＸ線取出窓２９に代えて（図１参照）、Ｘ線タ
ーゲット５１，５３を備えている。

【００５６】Ｘ線ターゲット５３は透過型のものであっ
て、真空容器２１の壁面の一部（図中下部）に取り付け
られており、Ｘ線取出窓も兼ねている。このＸ線ターゲ
ット５３では、入射面（真空容器内側の面）５３ａ側に
電子ビーム２４が入射すると、この入射面５３ａの裏面
（真空容器外側の面）５３ｂ側からＸ線３０ａが発生す
る。

【００５７】一方、Ｘ線ターゲット５１は反射型のもの
であり、反射電子受熱部として、上記Ｘ線ターゲット５
３に所定の角度（反射電子が再入射可能な角度）で対向
するように配設されている。また、このＸ線ターゲット
５１の入射面５１ａの裏側には冷却部５２が設けられて
おり、図示しない冷却水循環系によって冷却水が、図中
下部の配管５４から入射面５１ａの裏側に供給されると
共に図中上部の配管５５から排出されるようになってい
る。

【００５８】なお、本実施の形態２では、磁場発生装置
によって発生する磁場２５の磁力線の方向は、図５中に
記号で示すように、図５の紙面の裏側から表側に向かう
方向となっている。また、アノード２７はＸ線ターゲッ
ト５１に一体的に結合されている。

【００５９】＜作用・効果＞上記構成のＸ線発生装置に
よれば、次のようにしてＸ線を発生させる。

【００６０】カソード２８から放出された熱電子は、グ
リッド２６により引出電流制御・ビーム形状成形を受け
た後、グリッド２６とアノード２７との間の電位勾配に
よる加速を受けて電子ビーム２４となる。この電子ビー
ム２４は幅方向に細長いリニア状のものである。

【００６１】その後、磁場２５中において、電子ビーム
２４はローレンツ力によりＸ線ターゲット５３に近づく
方向に偏向されてＸ線ターゲット５３に入射すると共
に、Ｘ線ターゲット５３から放出された反射電子２４ａ
等はローレンツ力によりＸ線ターゲット５１に近づく方
向に偏向されてＸ線ターゲット５１に再入射する。

【００６２】具体的には、図示例の場合、電子ビーム２
４ははじめ右から左に向かって直進するため、磁場２５
により下方へ、即ちＸ線ターゲット５３の入射面５３ａ
に近づく方向へ偏向されて、この入射面５３ａに入射す
る。その結果、Ｘ線ターゲット５３の裏面５３ｂからは
Ｘ線３０ａが発生すると共に、入射した電子の一部は反
射電子２４ａとなって入射面５３ａから放出される。続
いて、この入射面５３ａから放出された反射電子２４ａ
は磁場２５によりＸ線ターゲット５１の入射面５１ａに
近づく方向に偏向されて、この入射面５１ａに入射す
る。その結果、当該入射部からはＸ線３０ｂが発生する
と共に、入射した電子の一部が反射電子２４ｂとなって
放出される。この放出された反射電子２４ｂは磁場２５
により再びＸ線ターゲット５１の入射面５１ａに近づく
方向に偏向されて、この入射面５１ａ（前回の入射位置
よりも上の位置）に再び入射する。以下、同様にして、
入射面５１ａから放出された反射電子２４ｃは再び入射
面５１ａに入射する。

【００６３】Ｘ線ターゲット５１の各入射部において発
生したＸ線３０ｂ，３０ｃは、透過型のＸ線ターゲット
５３を介して真空容器２１外（大気中）に取り出され、
大気中に設置されている図示しない被照射物に、Ｘ線タ
ーゲット５３の裏面５３ａから発生したＸ線３０ａと共
に照射される。

【００６４】なお、このときＸ線ターゲット（反射電子
受熱部）５１は反射電子２４ａ等が繰り返し入射するこ
とによって熱負荷を受けるが、冷却水循環系から冷却部
５２に供給される冷却水によって除熱される。また、透
過型のＸ線ターゲット５３にも電子ビーム２４の入射に
よって熱負荷を受けるが、このＸ線ターゲット５３は真
空容器２１の壁面に設けられて大気に接しているため、
当該部熱負荷は冷却風吹きつけといった図示しない空冷
手段により除去することができる。

【００６５】以上のことから、本実施の形態２に係るＸ
線発生装置によれば、上記実施の形態１に係るＸ線発生
装置と同様に、次のような効果が得られる。

【００６６】透過型のＸ線ターゲット５３と反射型
のＸ線ターゲット（反射電子受熱部）５１とを有してな
るＸ線ターゲット部と、電子ビーム偏向手段である磁場
発生装置とを備えてなる電子ビーム再入射手段によっ
て、電子ビーム（反射電子２４ａ等）を反射電子受熱部
であるＸ線ターゲット５１に再入射させるようにしたこ
とにより、反射電子２４等がＸ線ターゲット５１以外の
装置各部に入射するのを防止して、反射電子２４等によ
る熱負荷が前記装置各部へ及ぶのを防止することができ
る。

【００６７】しかも、反射電子２４ａ等の再入射時
にもＸ線３０ｂ等が発生することから、電子ビーム２４
を有効に利用することができ、Ｘ線発生効率を従来より
も向上させることができる。即ち、電子ビーム２４の出
力を増加させることなく、被照射物の単位面積当たりの
Ｘ線入射量を大きくすることができ、ひいてはＸ線発生
装置の大出力化を図ることができる。

【００６８】また、軸方向に長いリニア状の電子ビ
ーム２４を発生させてＸ線ターゲット２３に入射するよ
うにしたことにより、従来のスポット状の電子ビームに
比べて、Ｘ線ターゲット５３等への熱流束を大幅に低減
することができる。即ち、熱負荷分散によってＸ線ター
ゲット２３の熱負荷を低減することができる。このた
め、Ｘ線発生装置の大出力化を図ることができ、ひいて
は大容量の被照射物の照射処理を従来よりも短時間で行
うことができるようになる。しかも、従来のようにＸ線
ターゲット部を回転させる場合に比べて機械的構成が簡
易である。

【００６９】なお、上記実施の形態１の場合と同様に、
上記、の効果は、電子ビーム２４が仮に従来のよう
なスポット状の電子ビームであっても得られる。また、
上記の効果は、スポット状の電子ビームを走査磁石等
で走査してＸ線ターゲット５３上での電子ビーム形状が
見かけ上幅方向に細長いリニア状になるようにしても得
られる。

【００７０】また、磁場によって偏向する反射電子２４
ａ等の軌跡は円弧状でなくてもよいことや、磁場発生装
置としては電子ビーム２４の偏向が可能な強度の磁場を
発生することができるものであれば特に制限はないこと
や、磁場の分布や磁場強度絶対値を具体的にどのように
設定するかは電子エネルギ等に応じて適宜決定すればよ
いことも、上記実施の形態１の場合と同様である。

【００７１】また、Ｘ線ターゲット５１をどれくらいの
長さにするか（即ち反射電子の入射回数を何回にする
か）等は、具体的な要求性能に応じて適宜設定すればよ
い。

【００７２】また、上記実施の形態１、２ではアノード
を設けているが、勿論、アノードを設けずに、グリッド
とＸ線ターゲットとの間に電位勾配を発生させて電子ビ
ームを加速するようにしても本発明は成立する。なお、
アノードを設けている理由は次の通りである。

【００７３】即ち、電子ビームの偏向はアノードを通過
して電子ビームの加速を完了した後にした方が、装置諸
元を設定するための解析が容易になるという利点がある
ためである。電子ビームの加速中にその偏向を行う体系
では解析が多少複雑となり、時として解析誤差過大とい
う問題も生じる可能性が高くなることから、アノードを
設ける方が望ましい。また、カソードから引き出し得る
電流量は、カソード温度をいかに増加させても、以下の
式より制限される（なお、ここでは議論を単純化するた
めにグリッド電位＝カソード電位とした際の式を記述し
ているが、グリッド電位≠カソード電位でも議論の本質
は変わらない）。

【００７４】Ｉ＝2.335 ×10^-6(V^3/2/d²) Ａここで、Ｉ：引出し可能なビーム電流量Ｖ：加速電圧ｄ：カソード−アノード距離Ａ：カソード面積

【００７５】このため、本発明のように従来例よりもカ
ソード−アノード（Ｘターゲット）間距離が長い場合に
はカソードの近くに別個にアノードを設ける方が大電流
ビームを引き出すことができることになる（磁場での偏
向空間が存在するため、前記距離が通常の電子線発生装
置や従来のＸ線発生装置よりも長くなることを想定して
いる）。なお、当該距離の最小値は真空中で放電が発生
しない値により制限される。即ち、上式によれば単純に
アノード−カソード間距離が近いほど大電流が引出し得
るとの結論には至らない。

【００７６】

【発明の効果】以上、発明の実施の形態と共に具体的に
説明したように、第１発明のＸ線発生装置は、電子ビー
ム発生手段によって発生した電子ビームをＸ線ターゲッ
トに入射してＸ線を発生するＸ線発生装置であって、Ｘ
線ターゲットから放出された反射電子をローレンツ力に
より偏向させてＸ線ターゲットに再入射させる電子ビー
ム再入射手段を備えたことを特徴とする。

【００７７】また、第２発明のＸ線発生装置は、第１発
明のＸ線発生装置において、前記電子ビーム再入射手段
は、入射面を略凹型に形成したＸ線ターゲットと、電子
ビーム発生手段によって発生した電子ビームをローレン
ツ力により前記Ｘ線ターゲットに近づく方向に偏向して
前記Ｘ線ターゲットに入射させると共に前記Ｘ線ターゲ
ットから放出された反射電子をローレンツ力により前記
Ｘ線ターゲットに近づく方向に偏向して前記Ｘ線ターゲ
ットに再入射させる電子ビーム偏向手段とを備えてなる
ものであることを特徴とする。

【００７８】また、第３発明のＸ線発生装置は、第１発
明のＸ線発生装置において、前記電子ビーム再入射手段
は、透過型の第１Ｘ線ターゲットとこの第１Ｘ線ターゲ
ットに所定の角度で対向させた反射型の第２Ｘ線ターゲ
ットとを有してなるＸ線ターゲット部と、電子ビーム発
生手段によって発生した電子ビームをローレンツ力によ
り前記第１Ｘ線ターゲットに近づく方向に偏向させて前
記第１Ｘ線ターゲットに入射させると共に前記第１Ｘ線
ターゲットから放出された反射電子をローレンツ力によ
り前記第２Ｘ線ターゲットに近づく方向に偏向して前記
第２Ｘ線ターゲットに再入射させる電子ビーム偏向手段
とを備えてなるものであることを特徴とする。

【００７９】従って、この第１、第２又は第３発明のＸ
線発生装置によれば、電子ビーム再入射手段によって電
子ビーム（反射電子）をＸ線ターゲットに再入射させる
ことにより、反射電子がＸ線ターゲット以外の装置各部
に入射するのを防止して、反射電子による熱負荷が前記
装置各部へ及ぶのを防止することができる。

【００８０】しかも、反射電子の再入射時にもＸ線が発
生することから、電子ビームを有効に利用することがで
き、Ｘ線発生効率を従来よりも向上させることができ
る。即ち、電子ビームの出力を増加させることなく、被
照射物の単位面積当たりのＸ線入射量を大きくすること
ができ、ひいてはＸ線発生装置の大出力化を図ることが
できる。

【００８１】また、第４発明のＸ線発生装置は、電子ビ
ーム発生手段によって発生した電子ビームをＸ線ターゲ
ットに入射してＸ線を発生するＸ線発生装置であって、
前記電子ビーム発生手段は幅方向に細長いリニア状の電
子ビームを発生することを特徴とする。

【００８２】また、第５発明のＸ線発生装置は、電子ビ
ーム発生手段によって発生した電子ビームをＸ線ターゲ
ットに入射してＸ線を発生するＸ線発生装置であって、
前記電子ビーム発生手段はスポット状の電子ビームを発
生するものであると共に、このスポット状の電子ビーム
を幅方向に走査する電子ビーム走査手段を備えたことを
特徴とする。

【００８３】従って、この第４又は第５発明のＸ線発生
装置によれば、電子ビームを実際に又は見かけ上幅方向
に細長いリニア状とすることにより、従来のスポット状
の電子ビームに比べて、Ｘ線ターゲットへの熱流束を大
幅に低減することができる。即ち、熱負荷分散によって
Ｘ線ターゲットの熱負荷を低減することができる。この
ため、Ｘ線発生装置の大出力化を図ることができ、ひい
ては大容量の被照射物の照射処理を従来よりも短時間で
行うことができるようになる。しかも、従来のようにＸ
線ターゲット部を回転させる場合に比べて機械的構成が
簡易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る反射型Ｘ線発生装
置の構成を示す縦断面図である。

【図２】図１の反射型Ｘ線発生装置に備えたＸ線ターゲ
ット部及び電子線発生部のII方向矢視図である。

【図３】電子ビーム形状を実際に幅方向に細長いリニア
状にする場合（リニア型）と見かけ上幅方向に細長いリ
ニア状にする場合（スポット走査型）との要部構成を比
較して示す説明図である。

【図４】走査磁石の特性を示す説明図である。

【図５】本発明の実施の形態２に係る透過型Ｘ線発生装
置の構成を示す縦断面図である。

【図６】従来のＸ線発生装置の構成を示す縦断面図であ
る。

【図７】図６のＸ線発生装置に備えたＸ線ターゲット部
のVII 方向矢視図である。

【符号の説明】

２１真空容器２２電子線発生部２３略凹型のＸ線ターゲット（反射型）２３ａ入射面２４電子ビーム２４ａ，２４ｂ，２４ｃ反射電子２５磁場２６グリッド２７アノード２８カソード２９Ｘ線取出窓３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃＸ線３３カソード電源３４グリッド電源３５加速電源３７冷却部３８硝子５１Ｘ線ターゲット（反射電子受熱部、反射型）５１ａ入射面５２冷却部５３Ｘ線ターゲット（透過型）５３ａ入射面５３ｂ裏面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビーム発生手段によって発生した電
子ビームをＸ線ターゲットに入射してＸ線を発生するＸ
線発生装置であって、Ｘ線ターゲットから放出された反射電子をローレンツ力
により偏向させてＸ線ターゲットに再入射させる電子ビ
ーム再入射手段を備えたことを特徴とするＸ線発生装
置。
【請求項２】請求項１に記載するＸ線発生装置におい
て、前記電子ビーム再入射手段は、入射面を略凹型に形成したＸ線ターゲットと、電子ビーム発生手段によって発生した電子ビームをロー
レンツ力により前記Ｘ線ターゲットに近づく方向に偏向
して前記Ｘ線ターゲットに入射させると共に前記Ｘ線タ
ーゲットから放出された反射電子をローレンツ力により
前記Ｘ線ターゲットに近づく方向に偏向して前記Ｘ線タ
ーゲットに再入射させる電子ビーム偏向手段とを備えて
なるものであることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項３】請求項１に記載するＸ線発生装置におい
て、前記電子ビーム再入射手段は、透過型の第１Ｘ線ターゲットとこの第１Ｘ線ターゲット
に所定の角度で対向させた反射型の第２Ｘ線ターゲット
とを有してなるＸ線ターゲット部と、電子ビーム発生手段によって発生した電子ビームをロー
レンツ力により前記第１Ｘ線ターゲットに近づく方向に
偏向させて前記第１Ｘ線ターゲットに入射させると共に
前記第１Ｘ線ターゲットから放出された反射電子をロー
レンツ力により前記第２Ｘ線ターゲットに近づく方向に
偏向して前記第２Ｘ線ターゲットに再入射させる電子ビ
ーム偏向手段とを備えてなるものであることを特徴とす
るＸ線発生装置。
【請求項４】電子ビーム発生手段によって発生した電
子ビームをＸ線ターゲットに入射してＸ線を発生するＸ
線発生装置であって、前記電子ビーム発生手段は幅方向に細長いリニア状の電
子ビームを発生することを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項５】電子ビーム発生手段によって発生した電
子ビームをＸ線ターゲットに入射してＸ線を発生するＸ
線発生装置であって、前記電子ビーム発生手段はスポット状の電子ビームを発
生するものであると共に、このスポット状の電子ビーム
を幅方向に走査する電子ビーム走査手段を備えたことを
特徴とするＸ線発生装置。