CN107210079B - X射线发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了能够不根据针对靶材的电子束的焦点直径而可靠地减小X射线焦点直径的X射线发生装置。在由靶材(2)和X射线照射窗(1)构成的靶材层叠结构体(3)的电子束(B)的照射区域内，设置有朝向电子束(B)的照射方向的X射线吸收率局部地低的X射线低吸收率部位(3a)，由此抑制通过将电子束(B)照射到靶材(2)上而产生的X射线中的、来自X射线低吸收率部位(3a)以外的部位的X射线向外部辐射，并与电子束(B)的照射区域的大小无关地获得与X射线低吸收率部位(3a)的大小相应的大小的X射线焦点。

Description

X射线发生装置

技术领域

本发明涉及在产业用X射线检查装置、医疗用X射线检查装置、或者利用了X射线的衍射、折射的各种X射线分析装置、测定装置等中使用的X射线发生装置，更具体地，本发明涉及以沿着电子的行进方向的方向为中心，将在真空容器内使电子碰撞靶材而产生的X射线取出至真空容器外的透过型的X射线发生装置。

背景技术

通过在真空容器内将电子束照射在靶材上来产生X射线的类型的X射线发生装置存在着以下两种类型：使用沿与电子的行进方向不同的方向取出X射线的反射型靶材的类型，以及使用沿与电子的行进方向大致相同的方向取出X射线的透过型靶材的类型。在使用反射型靶材的类型中，其X射线焦点直径(X射线产生区域的直径)依存于照射到靶材上的电子束的焦点直径(电子束向靶材表面照射的照射斑点直径)以及相对于电子束的靶材的表面角度，与此相对地，在使用透过型靶材的类型中的X射线焦点直径仅由照射到靶材上的电子束的焦点直径来决定。

在图8中以示意截面图示出了使用透过型靶材的X射线发生装置的构成例。在真空容器100的一端部固定有X射线照射窗101，在该X射线照射窗101的下表面侧(容器内表侧)层叠有X射线发生用的靶材102。这些X射线照射窗101和靶材102被一体化而为不可分割的构件，构成了靶材层叠结构体103。在真空容器100内，收纳有具备电子源和电极群的电子枪104，经由X射线照射窗101沿与电子束B的照射方向大致相同的方向取出通过使来自该电子枪104的进行了加速并聚焦的电子束照射在靶材102上而产生的X射线。此外，X射线照射窗这样的术语，是由于经由该构件从X射线发生装置辐射X射线而使用的术语，但是从作为用于保持靶材的构件的功能来看的话也能够称为靶材基板，或者仅称为基板。在本说明书中，主要使用这些术语中的X射线照射窗。

在图9中，一并记载并示出了图8中的照向靶材102的电子束B的照射区域附近的放大图以及表示通过该构成向外部辐射的X射线分布图的图表。X射线分布图用横轴为位置、纵轴为X射线强度的图表表示。

如该图9所示，相对于靶材102的电子束B的焦点直径，即向靶材102的表面照射的电子束B的照射斑点直径，成为X射线发生装置中的X射线的焦点直径。通过减小该X射线焦点直径，例如由X射线透视装置获得的透视图像的空间分辨率提高而成为更加清晰的图像。

因此一直以来，在使用透过型靶材的X射线发生装置中，为了减小X射线焦点直径，采用将电子束缩小而照射到靶材上的方法。但是，由于缩小电子束的透镜的像差的问题，将来自电子源的具有扩展的电子束缩小是极其困难的。作为其对策，经常采用设置射束孔来降低像差的影响的方法，但是在将电子束缩小形成至亚微米级的情况下，会产生由于电子在靶材内扩散而导致X射线焦点直径变大这样的新的问题。

在此，提出了如下这样的技术：做成将一般来说呈薄膜状地层叠于X射线照射窗的一侧表面的钨等靶材设为细微的柱状的金属线，并将其埋设于轻金属制的X射线照射窗中的结构(例如参照专利文献1)，或者在X射线照射窗上形成细微的柱状孔部，并在该孔部内堆积作为靶材材料的金属(例如参照专利文献2)，由此在不缩小朝向靶材而照射的电子束的焦点直径的情况下，缩小X射线焦点。

即，提出了如下这样的技术：如在图10一并记载并示出的示意截面图以及通过该靶材结构向外部辐射的X射线分布图的图表那样，通过在X射线照射窗201保持有细微的柱状的靶材202的结构，在限制X射线发生区域的同时，减少在靶材202内的电子扩散的影响，不缩小朝向靶材202而照射的电子束B的焦点直径地减小X射线焦点直径。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利特开2004-28845号公报

专利文献2:日本专利特开2011-77027号公报

发明内容

发明要解决的问题

有时，根据上述的专利文献1或2的技术，X射线分布图的中心附近的强度变高，能够改善相对于照射的电子束的焦点直径的X射线焦点直径。然而，也从使用了难以产生X射线的轻元素构件的X射线照射窗通过电子束的照射产生X射线，另外，关于电子扩散，轻元素构件波及更加广阔的区域。因此，结果出现了这样的问题：如果不与柱状的靶材的大小相配合地使电子束缩小到某种程度的大小的话，则不能获得所期望的小的X射线焦点直径。

另外，与图9所示的以往的靶材进行比较的话，在提出的技术中，电子束击中的地方需要为包含细微的柱状的靶材的地方，对电子束的照射位置存在限制，因此，需要调整电子束的照射位置。为了减小X射线焦点直径，需要将靶材的大小设为例如微米级乃至亚微米级，还产生了使用这样细微的靶材高效地产生X射线的电子束照射范围变得极其狭窄，直至寻找靶材为止的照射位置调整困难且极其繁杂这样的问题。

本发明鉴于这样的实际情况而完成的，其目的在于，提供一种不依靠于相对于靶材的电子束的焦点直径，能够可靠地减小X射线焦点直径的X射线发生装置。

另外，除了上述之外，本发明的目的还在于，使朝向靶材上的电子束的照射位置的调整简单化。

解决问题的技术手段

为了解决上述问题，本发明的X射线发生装置将通过对在真空容器内配置的靶材照射电子束而产生的X射线经由一体地层叠形成有上述靶材的X射线照射窗沿着电子束的照射方向的方向取出至外部，所述X射线发生装置的特征在于，在由上述靶材和上述X射线照射窗构成的靶材层叠结构体的上述电子束的照射区域内，形成有朝向该电子束的照射方向的X射线吸收率局部地低的X射线低吸收率部位(技术方案1)。

在此，在本发明中，优选地采用如下的构成：在以上述X射线低吸收率部位为中心的至少规定区域中，越接近该X射线低吸收率部位，上述靶材层叠结构体的朝向上述电子束的照射方向的X射线吸收率越连续地或者阶段性地变低(技术方案2)。

另外，在本发明中，优选地使上述X射线低吸收率部位中的靶材厚度大于在该靶材内的电子扩散距离(技术方案3)。

在本发明中，能够采用如下构成：上述靶材层叠结构体中的朝向上述电子束的照射方向的X射线吸收率的由于位置导致不同是由于上述靶材的厚度的不同而导致的(技术方案4)。

另外，在本发明中，也能够采用如下构成：上述靶材层叠结构体中的朝向上述电子束的照射方向的X射线吸收率的由于位置导致不同是由于上述X射线照射窗的厚度的不同而导致的(技术方案5)。

进而，在本发明中，也能够采用如下构成：上述靶材层叠结构体中的朝向上述电子束的照射方向的X射线吸收率的由于位置导致不同是由于在该靶材层叠结构体上层叠有用于使X射线吸收率不同的X射线吸收层而导致的(技术方案6)。

本发明想要通过根据靶材层叠在X射线照射窗而形成的靶材层叠结构体自身的X射线吸收率的不同，仅将在电子束的照射区域中产生的X射线中的、来自该照射区域内局部部位的X射线取出至外部来解决课题。

即，在针对靶材的电子束的照射区域内，设置靶材层叠结构体的X射线吸收率局部地低的X射线低吸收率部位，并增大与其他部分的差，由此经由X射线吸收窗而取出至外部的X射线中，来自X射线低吸收率部位的部分成为主导，作为结果，X射线低吸收率部位成为实质的X射线焦点。由此，能够与电子束的焦点直径无关地可靠地减小X射线焦点直径。

另外，根据以上的本发明的构成，需要X射线低吸收率部位位于电子束的照射区域内，因此需要对X射线低吸收率部位和电子束的照射区域进行位置调整，但是不需要如使用专利文献1或2那样的细微的柱状的靶材的情况那样，以照射到靶材上的部分以外的电子束直接地作用在X射线照射窗上而不产生X射线的方式缩小该电子束，能够与此相应地增大电子束的焦点直径，因此，位置调整更加简单。

并且，该位置调整通过采用技术方案2所涉及的发明的构成，因此更加容易化。即，在技术方案2所涉及的发明中，采用了如下构成：以X射线低吸收率部位为中心，在其周边的规定区域内越接近该部位，靶材层叠结构体的X射线吸收率越低。由此，在X射线低吸收率部位与电子束的照射区域的位置调整时，监视产生的X射线强度，朝产生更强的X射线的方向使相对位置发生变化即可。

另外，通过使本发明中的靶材层叠结构体的X射线低吸收率部位中的靶材厚度比在该靶材内的电子扩散距离厚的技术方案3所涉及的发明的构成，其他部位自不用说，甚至在该X射线低吸收率部位中，被照射的电子也不会到达X射线照射窗，不会引起在X射线照射窗的电子扩散以及X射线产生，能够更加可靠地减小X射线焦点直径。

发明的效果

根据本发明，在一体地层叠有靶材和X射线照射窗的靶材层叠结构体的电子束的照射区域内，设置X射线吸收率局部地低的X射线低吸收率部位，仅将由于电子束的照射而产生的X射线中的、实质地来自X射线低吸收率部位的X射线取出至外部，由此，不缩小照射到靶材上的电子束，就能够可靠地获得依存于X射线低吸收率部位的大小的X射线焦点直径。

另外，通过使靶材层叠结构体的X射线吸收率在X射线低吸收率部位的周边越接近该部位越连续地或者阶段地变低的构成的采用，能够使X射线低吸收率部位与电子束照射区域的对位容易化。

附图说明

图1一并记载并示出本发明的实施方式的靶材层叠结构体的电子束照射区域附近的示意截面图和表示通过该构成辐射至外部的X射线分布图的图表。

图2为本发明的其他实施方式的靶材层叠结构体的电子束照射区域附近阀示意截面图。

图3为本发明的另一个其他实施方式的靶材层叠结构体的电子束照射区域附近的示意截面图。

图4为本发明的另一个其他实施方式的靶材层叠结构体的电子束照射区域附近的示意截面图。

图5为具有使电子束的照射位置对位容易化的功能的本发明的实施方式的靶材层叠结构体的电子束照射区域附近的示意截面图。

图6为具有使电子束的照射位置对位容易化的功能的本发明的其他实施方式的靶材层叠结构体的电子束照射区域附近的示意截面图。

图7为具有使电子束的照射位置对位容易化的功能的本发明另一个其他实施方式的靶材层叠结构体的电子束照射区域附近的示意截面图。

图8为表示使用透过型靶材的X射线发生装置的构成例的示意截面图。

图9一并记载并示出了图8中的照向靶材的电子束的照射区域附近的放大图以及表示通过该构成而辐射至外部的X射线分布图的图表。

图10一并记载并示出了在X射线照射窗保持有细微的柱状靶材的结构的以往的X射线发生装置中的照向靶材的电子束的照射区域附近的示意截面图以及表示通过该构成辐射至外部的X射线分布图的图表。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1一并记载并示出本发明的实施方式的主要部分的示意截面图和表示通过该构成辐射至外部的X射线的分布图的图表。该实施方式中的作为X射线发生装置的基本构成与图8所示的构成相同，最大的特征点为靶材层叠结构体从图9所示的形态变更为图1所示的形态。

以封闭真空容器的一端部的方式固定的靶材层叠结构体3与图9的形态相同，由X射线照射窗1和层叠在该容器内表面侧的靶材2构成，针对该靶材2照射从真空容器内的电子枪加速并聚焦后的电子束B，从而产生X射线。作为靶材2的材料，一般能够使用W、Mo、Cu等，作为X射线照射窗1，一般能够使用Al、Be、或者钻石等。另外，在从图1到图10中，电子束B中所记载的箭头示出了电子束的照射方向。

在靶材层叠结构体3中，在朝向靶材2的电子束B的照射区域内，形成有朝向电子束B的照射方向(X射线取出方向)的X射线吸收率局部地低的X射线低吸收率部位3a。在该例子中的X射线低吸收率部位3a通过使靶材2的厚度变薄而形成。

构成X射线照射窗1的元素相比于构成靶材2的元素为轻元素，相比于通过X射线低吸收率部位3a内的图中箭头a的X射线，通过其他部位的箭头b的X射线受到更多的吸收而衰减。其结果，如图1所示，经由X射线照射窗1而辐射至外部的X射线的分布图中，与X射线低吸收率部位3a的形成位置相对应的中心附近的强度相对地增加。由此，相比于使用图9所示的一样厚度的靶材的情况，X射线焦点直径变小。

根据该构成，入射到X射线低吸收率部位3a的电子进行扩散并到达该部位以外的靶材2而产生的X射线也发生衰减，因此，特别适合获得1μm以下的X射线焦点直径。另外，通过入射到X射线低吸收率部位3a的电子束B而从此倾斜辐射的X射线、通过该X射线低吸收率部位3a以外的部位的X射线都同样地衰减，因此，也适合减小X射线照射角的情况。

在以上的实施方式中，通过将靶材2的厚度局部地变薄，更具体地来说通过在靶材2的接触X射线照射窗1一侧的表面设置凹部来形成X射线低吸收率部位3a，但是也能够通过以下的图2～图4所示的结构来形成X射线低吸收率部位。

在图2所示的靶材层叠结构体13中，通过在靶材12的与接触X射线照射窗11的表面相反一侧的表面，也就是在靶材12的电子束B照射一侧的表面设置凹部来形成X射线低吸收率部位13a。

根据图2所示例的结构，不能够减轻入射到X射线低吸收率部位13a的电子束B的向其他部位的电子扩散所带来的影响，但是适用于增大X射线照射角的情况。

在图3所示的靶材层叠结构体23中，在X射线照射窗21与靶材22之间层叠X射线吸收材料24，并通过在该X射线吸收材料24上设置孔来形成X射线吸收率相对低的X射线低吸收率部位23a。X射线吸收材料24的材质优选X射线吸收率比靶材22高的金属，例如在靶材22使用W的情况下能够使用Pb作为X射线吸收材料24，在靶材22使用Cu的情况下能够使用W作为X射线吸收材料24。根据该图3所示例的结构，能够取得与图1所示例子同等的效果。

在图4所示的靶材层叠结构体33中，靶材32设为一样的厚度，并且在X射线照射窗31中，部分地埋入了由相比于该X射线照射窗31的材质X射线吸收率更低的材质形成的X射线透过材料35，由此形成靶材层叠结构体33中的X射线低吸收率部位33a。作为X射线透过材料35的材质，例如在X射线照射窗31使用Al或钻石的情况下能够使用Be。通过该构成也能够获得与图1所示的例子同等的效果。

此外，也能够采用不使用X射线透过材料35而在X射线照射窗31设置凹部的构成，即能够采用使用空气作为X射线透过材料35的构成。

在以上的各实施方式中，显然需要X射线低吸收率部位位于对于靶材的电子束B的照射区域的内侧，但是在本发明中，能够不缩小电子束地减小X射线焦点直径，因此通过较宽地设定电子束的照射区域，也不需要特别地调整这两者的位置。

但是，在增大X射线强度情况下，需要增大电子束密度。在扩宽电子束的照射区域的状态下增大电子束密度产生需要的电力增大、靶材的发热量增加等其他的问题。因此，电子束某种程度缩小从而使该照射区域变窄是有用的。在该情况下，需要使电子束的照射位置符合X射线低吸收率部位的调整。以下叙述用于使这样的电子束与X射线低吸收率部位的位置调整容易化的构成。

在图5所示的靶材层叠结构体43中，构成为，通过与图1的例子同样地在靶材42的X射线照射窗41侧的表面形成凹部来形成X射线低吸收率部位43a，并且通过将该靶材42的相同一侧的表面的X射线低吸收率部位43a的周边以斜面46构成，越接近X射线低吸收率部位43a，X射线吸收率逐渐变低。由此，在调整电子束B的照射位置时，仅向X射线强度变强的方向使电子束B的照射位置变化即可，使调整工作容易化。

在图6所示的靶材层叠结构体53中，在与上述同样地形成的X射线低吸收率部位53a的周围的靶材52的X射线照射窗51侧的表面，形成有越接近X射线低吸收率部位53a靶材厚度越阶梯地变薄这样的阶梯状表面57。根据这样的构成，也能够实现与上述相同的效果。

如以上那样越接近X射线低吸收率部位X射线吸收率越低的构成，也能够适用图2～图4所示的结构的靶材层叠结构体，在图2的结构中，在靶材12的电子束B的照射侧的表面形成与图5等同的斜面或者阶梯状表面即可，另外，在图4的结构中，向X射线照射窗31的厚度越向外侧越厚的方向将上表面设为斜面或者阶梯状表面即可。进而，在图3的结构中，如图7所示，在X射线照射窗61与靶材62之间层叠有X射线吸收材料64的靶材层叠结构体63中，使X射线吸收材料64的厚度越接近X射线低吸收率部位63a越薄即可。

在此，在以上的各实施方式中，X射线低吸收率部位的轮廓从电子束B的照射方向观察的形状没有特别地限定，能够为圆形、四边形、多边形等任意形状，另外，对于斜面、阶梯状表面，也能够为圆锥或圆形阶梯状、角锥或角形阶梯状等任意形状。

另外，在以上的各实施方式中，优选将X射线低吸收率部位中的靶材的厚度设为大于电子扩散距离。由此，入射到X射线低吸收率部位的电子不会越过靶材而到达X射线照射窗，因此能够防止电子在X射线照射窗内广泛地扩散，从而从不期望的比较宽的区域产生微弱的X射线的不良情况，并能够使本发明的效果更加可靠。靶材中的电子扩散距离由于根据其材质、电子束的加速能量的不同而不同，因此与装置规格相符地采用适宜的形态、尺寸即可。

产业上的利用可能性

本发明通过由透过型X射线发生装置的靶材和X射线照射窗形成的靶材层叠结构体自身来改善X射线焦点，与在X射线照射窗的外侧配置遮蔽不需要方向的X射线的准直器的技术不同，在本发明中在真空容器的外侧不需要任何的结构物，因此结构简单且小巧，并且能够实现所期望的作用效果。

符号说明

1、11、21、31、41、51、61 X射线照射窗

2，12，22，32，42，52，62 靶材

3，13，23，33，43，53，63 靶材层叠结构体

3a，13a，23a，33a，43a，53a，63a X射线低吸收率部位

24，64 X射线吸收材料

35 X射线透过材料

46 斜面

57 阶梯状表面

100 真空容器

101 X射线照射窗

102 靶材

103 靶材层叠结构体

104 电子枪

B 电子束。

Claims (3)

1.一种X射线发生装置，其将通过对在真空容器内配置的靶材照射电子束而产生的X射线经由一体地层叠形成有所述靶材的X射线照射窗沿着电子束的照射方向取出至外部，所述X射线发生装置的特征在于，

在由所述靶材与所述X射线照射窗构成的靶材层叠结构体的所述电子束的照射区域内，形成有朝向该电子束的照射方向的X射线吸收率局部地低的X射线低吸收率部位，

所述靶材层叠结构体中的朝向所述电子束的照射方向的X射线吸收率的由于位置导致的不同是由于所述靶材或者所述X射线照射窗的厚度的不同而导致的。

2.如权利要求1所述的X射线发生装置，其特征在于，

在以所述X射线低吸收率部位为中心的至少规定区域中，越接近该X射线低吸收率部位，所述靶材层叠结构体的朝向所述电子束的照射方向的X射线吸收率越连续地或者阶段性地变低。

3.如权利要求1或2所述的X射线发生装置，其特征在于，

所述X射线低吸收率部位中的靶材厚度大于该靶材内的电子扩散距离。

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