DE112019004823T5

DE112019004823T5 - Röntgenstrahlung-erzeugungsvorrichtung und röntgenanalyseeinrichtung

Info

Publication number: DE112019004823T5
Application number: DE112019004823.6T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Nonoguchi; Masashi Kageyama
Original assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2021-06-17
Also published as: US20210217574A1; WO2020066168A1; JP2020053217A; JP7090900B2; US11636995B2

Abstract

Eine Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung umfasst: eine versiegelte Röntgenröhre mit einer Glühelektronen emittierenden Kathode und einer mit einem Elektronenstrahl bestrahlten Anode, der durch Beschleunigen der Glühelektronen mit einer zwischen der Kathode und der Anode angelegten Potentialdifferenz erhalten wird; einen Magnetfelderzeugungsabschnitt, der nahe der versiegelten Röntgenröhre angeordnet ist, um ein Magnetfeld auf den Elektronenstrahl anzuwenden, wobei sich das Magnetfeld in einer ersten Richtung erstreckt, die eine Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls kreuzt; und ein Drehantriebssystem, ausgestaltet zum Drehen der versiegelten Röntgenröhre in Bezug auf eine Mittelachse der Kathode und der Anode, wobei die Anode eine Oberfläche mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich aufweist, die jeweils auf einer Seite bzw. einer anderen Seite in Bezug auf eine gerade Trennlinie angeordnet sind, die durch einen Schnittpunkt der Oberfläche mit der Mittelachse verläuft; wobei der erste Bereich ein darin angeordnetes erstes Metall und der zweite Bereich ein darin angeordnetes zweites Metall

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung mit einer versiegelten Röntgenröhre und einer Röntgenanalyseeinrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Technologie zum selektiven Erzeugen von Röntgenstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen mit einer einfachen Ausgestaltung.
Stand der Technik
Bisher wurden in Röntgenanalysesystemen die folgenden Röntgenquellen verwendet, um einen Röntgenstrahl aus einer Vielzahl von Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen zur Analyse auszuwählen. In einer ersten Röntgenquelle wird selektiv eine versiegelte Röntgenröhre platziert. In einer zweiten Röntgenquelle sind mehrere versiegelte Röntgenröhren angeordnet, die zum Erzeugen von Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgelegt sind; und die mehreren versiegelten Röntgenröhren werden selektiv angesteuert. In einer dritten Röntgenquelle enthält eine versiegelte Röntgenröhre zwei Systeme (zwei Sätze aus einer Kathode und einer Anode), und eine der aufzuheizenden Kathoden (Filamente) (mit einer angelegten Spannung) wird ausgewählt, um einen gewünschten Röntgenstrahl zu erzeugen (siehe Patentliteratur 1). Bei einer vierten Röntgenquelle ist eine Anode ein Rotortarget (Target mit rotierender Antikathode), und mehrere verschiedene Metalle sind auf einer Oberfläche des Rotortargets angeordnet und werden entlang einer Drehachse bewegt, um ein Metall auszuwählen, das bestrahlt werden soll, und um somit eine gewünschte Röntgenstrahlung zu erzeugen (siehe Patentliteratur 2 bis 4) .
Referenzliste
Patentliteratur

[PTL 1] JP 2007-323964 A
[PTL 2] JP 2008-269933 A
[PTL 3] WO 2016/039091
[PTL 4] WO 2016/039092

Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Während der letzten Jahre gab es für ein Röntgenanalysesystem die Anforderung, zusätzlich zur Auswahl eines Röntgenstrahls aus einer Vielzahl von Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen zur Analyse, das System zu verkleinern, und es ist wünschenswert, eine versiegelte Röntgenröhre zu verkleinern, um als Röntgenquelle zu dienen.
Bei der oben erwähnten ersten Röntgenquelle kann die verwendete versiegelte Röntgenröhre selbst, die verwendet wird, mit einer einfachen Ausgestaltung erreicht werden, wobei es jedoch erforderlich ist, mehrere versiegelte Röntgenröhren herzustellen. Außerdem muss jedes Mal, wenn einer der Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgewählt wird, die versiegelte Röntgenröhre durch eine versiegelte Röntgenröhre ersetzt werden, die so ausgestaltet ist, dass sie die Röntgenstrahlung mit der entsprechenden Wellenlänge emittiert, was zu einer Erhöhung der für die Messung erforderlichen Zeit führt.
In der oben erwähnten zweiten Röntgenquelle und der oben erwähnten dritten Röntgenquelle sind die Fokuspositionen der Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedlich, und es ist ferner erforderlich, ein Bewegungssteuerungssystem einzuschließen, wenn die Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen dieselbe Fokusposition aufweisen sollen. Bei der oben erwähnten zweiten Röntgenquelle ist es erforderlich, die Positionen der versiegelten Röntgenröhren zu verschieben, um eine optische Achse eines Röntgenstrahls einzustellen. In der oben erwähnten dritten Röntgenquelle wird eine Position der versiegelten Röntgenröhre bewegt, um eine Position einer interessierenden Anode einzustellen. Zusätzlich ist die Einrichtung bei der zweiten Röntgenquelle und der dritten Röntgenquelle vergrößert. Bei der zweiten Röntgenquelle ist es schwierig, die Größe eines Brennpunkts einer Erzeugungsquelle zu verringern.
Bei der oben erwähnten vierten Röntgenquelle ist die Einrichtung vergrößert, und außerdem ist die Struktur kompliziert, beispielsweise ist es erforderlich, das Rotortarget zu kühlen. Daher ist die vierte Röntgenquelle zum Verkleinern des Systems und Verkleinern der Röntgenquelle ungeeignet.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme gemacht und hat daher die Aufgabe, eine Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung, die in der Lage ist, selektiv einen Röntgenstrahl aus einer Vielzahl von Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen mit einer einfachen Ausgestaltung zu erzeugen, und eine Röntgenanalyseeinrichtung bereitzustellen.
Lösung für das Problem

(1) Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, beinhaltet eine Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: eine versiegelte Röntgenröhre mit einer Kathode, von der Glühelektronen emittiert werden, und einer Anode, die mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, der durch Beschleunigen der Glühelektronen unter Verwendung einer zwischen der Kathode und der Anode angelegten Potentialdifferenz erhalten wird; einen Magnetfelderzeugungsabschnitt, der nahe der versiegelten Röntgenröhre angeordnet ist, um ein Magnetfeld auf den Elektronenstrahl anzuwenden, wobei sich das Magnetfeld in einer ersten Richtung erstreckt, die eine Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls kreuzt; und ein Drehantriebssystem, ausgestaltet zum Drehen der versiegelten Röntgenröhre in Bezug auf eine Mittelachse der Kathode und der Anode, wobei die Anode eine Oberfläche mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich aufweist, die jeweils auf einer Seite bzw. einer anderen Seite in Bezug auf eine gerade Trennlinie angeordnet sind, die durch einen Schnittpunkt der Oberfläche mit der Mittelachse verläuft; wobei der erste Bereich ein darin angeordnetes erstes Metall aufweist und der zweite Bereich ein darin angeordnetes zweites Metall aufweist, wobei sich das zweite Metall von dem ersten Metall unterscheidet, wobei, wenn die versiegelte Röntgenröhre mittels des Drehantriebssystems, das die versiegelte Röntgenröhre dreht, angetrieben wird, die versiegelte Röntgenröhre in Bezug auf den Magnetfelderzeugungsabschnitt so angeordnet wird, dass die gerade Trennlinie entlang der ersten Richtung liegt.
(2) In der Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß dem oben erwähnten Punkt (1), kann der Elektronenstrahl einen Querschnitt mit einer sich erstreckenden flachen Form aufweisen, und wenn die versiegelte Röntgenröhre angetrieben wird, kann die versiegelte Röntgenröhre in Bezug auf den Magnetfelderzeugungsabschnitt so angeordnet werden, dass eine Erstreckungsrichtung der sich erstreckenden flachen Form entlang der ersten Richtung liegt.
(3) In der Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß dem oben genannten Punkt (1) oder (2) kann der Magnetfelderzeugungsabschnitt ein Permanentmagnet sein.
(4) In der Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem der oben genannten Punkte (1) bis (3) kann die Oberfläche der Anode eine kreisförmige Form aufweisen und der Schnittpunkt der Oberfläche mit der Mittelachse kann im Wesentlichen mit einem Zentrum der Kreisform zusammenfallen.
(5) In der Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem der oben genannten Punkte (1) bis (4) kann die erste Richtung im Wesentlichen orthogonal zur Bewegungsrichtung des Elektronenstrahls sein.
(6) In der Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem der oben genannten Punkte (1) bis (5) kann die versiegelte Röntgenröhre ein erstes Röntgenfenster und ein zweites Röntgenfenster enthalten, wobei das erste Röntgenfenster so ausgestaltet ist, dass es ermöglicht, dass ein aus einem ersten Bestrahlungsbereich, in dem das erste in dem ersten Bereich angeordnete Metall mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, erzeugter Röntgenstrahl hindurchgeht, wobei das zweite Röntgenfenster so ausgestaltet ist, dass es ermöglicht, dass ein aus einem zweiten Bestrahlungsbereich, in dem das in dem zweiten Bereich angeordnete zweite Metall mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, erzeugter Röntgenstrahl hindurchgeht.
(7) Eine Röntgenanalyseeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann Folgendes beinhalten: die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung nach einem der oben genannten Punkte (1) bis (6); eine Trägerbasis, ausgestaltet zum Tragen einer Probe, die mit einem Röntgenstrahlbündel bestrahlt werden soll, das von der Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung emittiert wird; und einen Detektor, ausgelegt zum Detektieren von von der Probe erzeugten gestreuten Röntgenstrahlen.

Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung, die in der Lage ist zum selektiven Erzeugen eines Röntgenstrahls aus einer Vielzahl von Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen mit einer einfachen Ausgestaltung, und die Röntgenanalysevorrichtung bereitgestellt.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung einer Röntgenanalysevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2A ist eine Ansicht zur Veranschaulichung eines Prinzips einer versiegelten Röntgenröhre in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2B ist eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Anordnung einer Kathode und einer Anode der versiegelten Röntgenröhre in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2C ist eine Draufsicht auf die Anode in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3A ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung eines Röntgenquellenabschnitts in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3B ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Röntgenquellenabschnitts in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3C ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Röntgenquellenabschnitts in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3D ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Röntgenquellenabschnitts in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung eines Röntgenquellenabschnitts in einer alternativen Ausführungsform 1.
4B ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Röntgenquellenabschnitts in der alternativen Ausführungsform 1.
5A ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung eines Röntgenquellenabschnitts in einer alternativen Ausführungsform 2.
5B ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Röntgenquellenabschnitts in der alternativen Ausführungsform 2.
6A ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung eines Röntgenquellenabschnitts in einer alternativen Ausführungsform 3.
6B ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Röntgenquellenabschnitts in der alternativen Ausführungsform 3.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nun wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zur klareren Veranschaulichung sind einige Größen, Formen und dergleichen in den Zeichnungen im Vergleich zu tatsächlichen schematisch dargestellt. Die Größen, Formen und dergleichen sind jedoch nur Beispiele und schränken das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht ein. Ferner werden gleiche Elemente zu den beschriebenen, die sich auf die bereits erwähnten Zeichnungen beziehen, durch gleiche Bezugssymbole hier und in jeder der Zeichnungen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird manchmal gegebenenfalls weggelassen.
1 ist ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung einer Röntgenanalyseeinrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel ist die Röntgenanalyseeinrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform eine Röntgenbeugungsmesseinrichtung (XRD). Allerdings kann die Röntgenanalyseeinrichtung 1, unter anderem, auch eine Kleinwinkel-Röntgenstreuungsmesseinrichtung (SAXS) oder ferner eine andere Röntgenanalyseeinrichtung sein. Die Röntgenanalyseeinrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet einen Röntgenquellenabschnitt 11, ein optisches System 12, eine Trägerbasis 14, die zum Tragen einer Probe 100 ausgestaltet ist, einen zweidimensionalen Detektor 15 und ein Goniometer 21.
Das Goniometer 21 ist ein horizontales Probenhalterungs-θ-θ-Goniometer. Das Goniometer 21 umfasst einen einfallsseitigen Arm 21A, einen Befestigungsabschnitt 21B und einen lichtempfangsseitigen Arm 21C. Der Röntgenquellenabschnitt 11 und das optische System 12 sind auf dem einfallsseitigen Arm 21A angeordnet, die Trägerbasis 14 ist auf dem Befestigungsabschnitt 21B angeordnet und der zweidimensionale Detektor 15 ist auf dem lichtempfangsseitigen Arm 21C montiert. Das Goniometer 21 kann einen 2θ-Scan durchführen, während es die auf der Trägerbasis 14 gelagerte Probe 100 horizontal hält. Durch horizontale Montage der Probe 100 kann der durch das Gewicht der Probe 100 selbst verursachte Verzerrungseffekt minimiert und das Risiko eines Herunterfallens der Probe 100 unterdrückt werden. Wenn in dem Goniometer 21 der Befestigungsabschnitt 21B (Trägerbasis 14) um einen Winkel von θ in Bezug auf den einfallsseitigen Arm 21A (Röntgenquellenabschnitt 11) gedreht wird, wird der lichtempfangsseitige Arm 21C (zweidimensionaler Detektor 15) um einen Winkel von 20 in Bezug auf den einfallsseitigen Arm 21A gedreht.
Der Röntgenquellenabschnitt 11 ist eine Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform und beinhaltet eine versiegelte Röntgenröhre 31. Details des Röntgenquellenabschnitts 11 werden später beschrieben. Das optische System 12 besteht beispielsweise aus einem oder mehreren Schlitzen. Die zum Tragen der Probe 100 ausgestaltete Trägerbasis 14 ist auf dem Befestigungsabschnitt 21B (fest) angeordnet. Vom Röntgenquellenabschnitt 11 erzeugte Röntgenstrahlen werden durch das optische System 12 zu einem gewünschten Röntgenstrahlbündel ausgeformt, und die von der Trägerbasis 14 getragene Probe 100 wird mit dem Röntgenstrahlbündel bestrahlt.
Der zweidimensionale Detektor 15 ist dafür ausgestaltet, von der Probe 100 erzeugte gestreute Röntgenstrahlen zu detektieren. Die gestreuten Röntgenstrahlen umfassen gebeugte Röntgenstrahlen, die von der Probe 100 erzeugt werden. Ferner ist der Detektor in dieser Ausführungsform nicht auf den zweidimensionalen Detektor beschränkt und kann ein eindimensionaler Detektor sein. Darüber hinaus kann ein lichtempfangsseitiger Schlitz oder ein anderes lichtempfangsseitiges optisches System zwischen der Trägerbasis 14 und dem zweidimensionalen Detektor 15 angeordnet sein.
2A ist eine Ansicht zur Veranschaulichung eines Prinzips der versiegelten Röntgenröhre 31 in dieser Ausführungsform. Die versiegelte Röntgenröhre 31 beinhaltet eine Vakuumröhre 40, eine Kathode 41, eine Anode 42 und ein Röntgenfenster 43. Die Kathode 41 und die Anode 42 sind innerhalb der Vakuumröhre 40 angeordnet, wobei das Innere auf einem Vakuum gehalten wird, und das Röntgenfenster 43 ist in einer Seitenfläche der Vakuumröhre 40 (Seitenfläche der versiegelten Röntgenröhre 31) angeordnet.
2B ist eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Anordnung der Kathode 41 und der Anode 42 der versiegelten Röntgenröhre 31 in dieser Ausführungsform. 2B ist eine Perspektivansicht einer Positionsbeziehung zwischen der Kathode 41 und der Anode 42. 2C ist eine Draufsicht auf die Anode 42 in dieser Ausführungsform.
Die Kathode 41 beinhaltet ein Filament. Eine Potentialdifferenz V_F von etwa einigen V wird über beide Enden des Filaments angelegt, wenn es angesteuert wird. Wenn das Filament auf etwa 2000°C erhitzt ist, werden von der Kathode 41 (Filament) Glühelektronen emittiert. Im angesteuerten Zustand wird eine Potentialdifferenz V von einigen kV bis zu einigen hundert kV zwischen der Kathode 41 und der Anode 42 angelegt. In dieser Ausführungsform beträgt ein Abstand zwischen der Kathode 41 und der Anode 42 ungefähr 6 mm, und die Potentialdifferenz V, die zwischen der Kathode 41 und der Anode 42 angelegt werden soll, beträgt ungefähr 30 kV. Die von der Kathode 41 emittierten Glühelektronen werden durch die angelegte Potentialdifferenz V beschleunigt, und die beschleunigten Glühelektronen bilden einen Elektronenstrahl, der auf eine Oberfläche der Anode 42 eingestrahlt wird (einschlägt). Das Filament der Kathode 41 weist eine lineare Form auf und die Oberfläche der Anode 42 weist eine Kreisform auf. Ein Bestrahlungsbereich EB des auf die Anode 42 einstrahlenden Elektronenstrahls weist eine lineare Form auf (rechteckige Form, in der eine Längsrichtung signifikant größer als eine Querrichtung ist und die nachstehend als „lange rechteckige Form“ bezeichnet wird), um der Filamentform der Kathode 41 zu entsprechen. Mit anderen Worten ist die Filamentform der Kathode 41 die lineare Form. Wenn die Potentialdifferenz V zwischen der Kathode 41 und der Anode 42 angelegt ist, ist bei Betrachtung der Anode 42 von der Kathode 41 ein elektrisches Feld in einem Bereich direkt unter der Kathode am stärksten, und daher werden die meisten Elektronen entlang dem elektrischen Feld zur Bildung des Elektronenstrahls, mit dem der Bestrahlungsbereich EB der Oberfläche der Anode 42 bestrahlt wird, direkt nach unten beschleunigt. Mit anderen Worten weist ein Querschnitt des Elektronenstrahls eine flache Form auf (die im Wesentlichen eine lineare Form oder eine lange rechteckige Form ist), die sich entlang einer Erstreckungsrichtung der linearen Form des Filaments erstreckt. In jeder von 2A bis 2C sind die Achsen x, y und z gezeigt. Die z-Achse ist eine Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls und verläuft parallel zu einer Richtung des stärksten elektrischen Feldes der elektrischen Felder, die zwischen der Kathode 41 und der Anode 42 erzeugt werden. Die x-Achse ist die Erstreckungsrichtung der linearen Form des Filaments der Kathode 41. Die y-Achse ist eine Richtung senkrecht zur x-Achse und zur z-Achse.
Wenn der Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Anode 42 eingestrahlt wird (aufschlägt), werden die Röntgenstrahlen erzeugt. Von den in mehrere Richtungen erzeugten Röntgenstrahlen breiten sich Röntgenstrahlen, die durch das Röntgenfenster 43 hindurchgehen, in Richtung zum optischen System 12 aus. Mit anderen Worten sendet die versiegelte Röntgenröhre 31 die Röntgenstrahlen von dem Röntgenfenster 43 aus. Der Bestrahlungsbereich EB des Elektronenstrahls weist eine flache Form auf (die im Wesentlichen eine lineare Form oder eine lange rechteckige Form ist), die sich in der Richtung der x-Achse erstreckt, um der linearen Form des Filaments der Kathode 41 und einer flachen Form des Querschnitts des Elektronenstrahls zu entsprechen. Die von der Kathode 41 emittierten Glühelektronen werden durch die angelegte Potentialdifferenz V (zwischen der Kathode 41 und der Anode 42 erzeugte elektrische Felder) beschleunigt. Bei Betrachtung in Draufsicht in Richtung der z-Achse erscheint die Kathode 41 als in der Anode 42 enthalten überlagert. Wenn daher die Anode 42 von der Kathode 41 aus betrachtet wird, ist der Bereich direkt unter der Kathode ein elektrisches Feld in einer negativen Richtung der z-Achse, aber elektrische Felder um den Bereich direkt unter der Kathode weisen sehr kleine Komponenten (hauptsächlich eine Komponente in der y-Achse) in einer xy-Ebene auf. Daher breitet sich der Querschnitt des Elektronenstrahls in der xy-Ebene (hauptsächlich in Richtung der y-Achse) im Vergleich zu der linearen Form des Filaments der Kathode 41 graduell aus, wenn der Elektronenstrahl fortschreitet. Daher weist der Bestrahlungsbereich EB eine flache Form auf, die sich im Vergleich zur linearen Form des Filaments der Kathode 41 (hauptsächlich in Richtung der y-Achse) ausbreitet. In der vorliegenden Anmeldung ist die Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls als eine Richtung (in diesem Beispiel eine z-Richtung) des stärksten elektrischen Feldes der zwischen der Kathode 41 und der Anode 42 erzeugten elektrischen Felder definiert.
In einer Ebene (xz-Ebene), die orthogonal zu einer Ebene orthogonal zur Oberfläche (xy-Ebene) der Anode 42 ist und die eine Erstreckungsrichtung (x-Achse) der flachen Form des Bestrahlungsbereichs EB enthält, ist das Röntgenfenster 43 auf einer Erstreckung in einer Richtung angeordnet, die die Oberfläche der Anode 42 (oder die Erstreckungsrichtung der flachen Form des Bestrahlungsbereichs EB) unter einem gewissen Winkel kreuzt. Durch Extraktion des Röntgenstrahls in einer schrägen Richtung aus dem Bestrahlungsbereich EB mit der flachen Form kann der Bestrahlungsbereich EB an der Anode 42 gewissermaßen als Röntgenquelle mit einer Punktform dienen. 2A bis 2C zeigen das Prinzip der versiegelten Röntgenröhre 31 und veranschaulichen einen angesteuerten Zustand der versiegelten Röntgenröhre 31 in einem Zustand, in dem kein Permanentmagnet (später beschrieben) nahe der versiegelten Röntgenröhre 31 angeordnet ist.
3A bis 3D sind schematische Ansichten zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung des Röntgenquellenabschnitts 11 in dieser Ausführungsform. 3A zeigt einen Fall der Erzeugung eines ersten Röntgenstrahls X1 und 3B zeigt einen Fall des Erzeugens eines zweiten Röntgenstrahls X2. 3C ist eine Draufsicht auf die Anode 42 im Fall der Erzeugung des ersten Röntgenstrahls X1 und 3D ist eine Draufsicht auf die Anode 42 im Fall der Erzeugung des zweiten Röntgenstrahls X2. Der Röntgenquellenabschnitt 11 beinhaltet die versiegelte Röntgenröhre 31, einen Permanentmagneten 32 und ein Drehantriebssystem 33. Die versiegelte Röntgenröhre 31 in dieser Ausführungsform ist eine Röntgenröhre mit einer einfachen Ausgestaltung, wie sie in 2A dargestellt ist, und beinhaltet keine Komponente, die ausgestaltet ist zum elektrischen oder magnetischen Steuern des Elektronenstrahls zwischen der Kathode 41 und der Anode 42. Mit anderen Worten ist beispielsweise keine Ausrichtungsspule, keine Verformungs- und Rotationsspule oder keine Fokussierspule innerhalb oder außerhalb der versiegelten Röntgenröhre 31 angeordnet.
Die versiegelte Röntgenröhre 31 in dieser Ausführungsform weist die Struktur auf, die in Bezug auf eine Mittelachse der Kathode 41 und der Anode 42 rotationssymmetrisch ist. Die „Mittelachse der Kathode 41 und der Anode 42“, wie sie hier verwendet wird, bezieht sich auf eine gerade Linie, die ein Zentrum der Kathode 41 (Mittelpunkt der linearen Form des Filaments) und ein Zentrum der Anode 42 (Zentrum der Kreisform der Oberfläche) verbindet und parallel zur Richtung der z-Achse verläuft. Die Form der Oberfläche der Anode 42 ist nicht auf die Kreisform beschränkt, sondern auch in einem solchen Fall ist die Mittelachse der Kathode 41 und der Anode 42 eine Senkrechte, die vom Zentrum der Kathode 41 zur Anode 42 gezogen wird. Ein Außendurchmesser der versiegelten Röntgenröhre 31 beträgt 30 mm, und die Anode 42 ist eine Scheibe mit einem Außendurchmesser von 10 mm und einer Dicke von 2 mm.
Wie in 3C und 3D weist die Oberfläche der Anode 42 in dieser Ausführungsform die Kreisform auf, aber die Oberfläche der Anode 42 ist in Bezug auf eine gerade Trennlinie (division line) DL (in diesem Beispiel der Durchmesser entlang der x-Achsenrichtung) geteilt, die durch ein Zentrum O verläuft. In diesem Beispiel ist das Zentrum O ein Schnittpunkt zwischen der Mittelachse der Kathode 41 und der Anode 42 mit der Oberfläche der Anode 42 und ist das Zentrum der Kreisform der Oberfläche der Anode 42. Auf der Oberfläche der Anode 42 sind jeweils ein erster Bereich und ein zweiter Bereich auf einer Seite (rechte Seite in 3C und linke Seite in 3D) und der anderen Seite (linke Seite in 3C und rechte Seite in 3D) der geraden Trennlinie DL angeordnet. Ferner ist ein erstes Metall M1 in dem ersten Bereich angeordnet und ein zweites Metall M2 ist in dem zweiten Bereich angeordnet. In diesem Beispiel sind das erste Metall M1 und das zweite Metall M2 verschiedene Metalle. Beispielsweise ist das erste Metall M1 Wolfram (W) und das zweite Metall M2 ist Kupfer (Cu). Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Kombination beschränkt, und das erste Metall M1 und das zweite Metall M2 können eines von zwei verschiedenen Metallen sein, die als Anode geeignet sind.
Der Permanentmagnet 32 ist nahe der versiegelten Röntgenröhre 31 angeordnet. Der Permanentmagnet 32 ist in dieser Ausführungsform ein Magnetfelderzeugungsabschnitt. Der Permanentmagnet 32 ist unabhängig von der versiegelten Röntgenröhre 31 so angeordnet und fixiert, dass auf den Elektronenstrahl ein Magnetfeld angewandt wird, das sich in einer ersten Richtung (in diesem Beispiel der Richtung der x-Achse) erstreckt und die Ausbreitungsrichtung (in diesem Beispiel die Richtung der z-Achse) des Elektronenstrahls kreuzt. In dieser Ausführungsform ist es erwünscht, dass eine Oberfläche auf der Seite der versiegelten Röntgenröhre 31 des Permanentmagneten 32 an einer Position angeordnet ist, die 15 mm bis 18 mm von der Mittelachse der Kathode 41 und der Anode 42 entfernt ist, und die Oberfläche ist beispielsweise an einer Position angeordnet, die 2,5 mm von der Seitenfläche der Vakuumröhre 40 (Seitenfläche der versiegelten Röntgenröhre 31) entfernt ist. Wenn der Permanentmagnet 32 das Magnetfeld, das sich in der ersten Richtung erstreckt (in diesem Beispiel in positiver Richtung der x-Achse) auf den Elektronenstrahl anwendet, wird eine Lorentzkraft auf den Elektronenstrahl in einer Richtung (in diesem Beispiel in positiver Richtung der y-Achse) senkrecht zu einer Ebene, die durch die Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls und die Richtung (erste Richtung) des Magnetfelds gebildet wird, ausgeübt, um den Elektronenstrahl in diese Richtung abzulenken (in diesem Beispiel positive Richtung der y-Achse). Daher wird der Bestrahlungsbereich, in dem die Oberfläche der Anode 42 mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, in diese Richtung (in diesem Beispiel positive Richtung der y-Achse) bewegt. In dieser Ausführungsform liegt ein Ablenkungsbetrag des Elektronenstrahls (Abstand, um den der Bestrahlungsbereich vom Zentrum O bewegt wird) in einem Bereich von 0,5 mm bis 1 mm. Die Rolle des Permanentmagneten 32 ist dieselbe wie die einer Ablenkspule eines Kathodenstrahloszilloskops mit elektromagnetischer Ablenkung. Im Gegensatz zu der Ablenkspule, die beispielsweise aus einer vierpoligen Spule gebildet ist, kann der Elektronenstrahl jedoch mit einer sehr einfachen Konfiguration abgelenkt werden, in der der Permanentmagnet 32 angeordnet ist.
In diesem Beispiel ist der Permanentmagnet 32 ein Toroid-Neodym-Magnet mit einem Außendurchmesser von 15 mmφ und einem Innendurchmesser von 10 mmφ. Das Magnetfeld erstreckt sich linear von einem Zentrum des Neodym-Magneten. Mit anderen Worten liegt das Magnetfeld, das den Elektronenstrahl von einem Zentrum des Permanentmagneten 32 (Neodym-Magnet) aus durchdringt, in der positiven Richtung der x-Achse. Magnetfelder um das Magnetfeld herum, das den Elektronenstrahl vom Zentrum des Permanentmagneten 32 her durchdringt, weisen sehr kleine Komponenten auf, die sich radial in einer yz-Ebene ausbreiten. Daher ist das den Elektronenstrahl durchdringende Magnetfeld im engeren Sinne nicht gleichmäßig, aber die sehr kleinen Komponenten haben im Wesentlichen keinen Einfluss auf die Ablenkung des Elektronenstrahls zum Zweck der Ablenkung des Elektronenstrahls. Unter diesem Gesichtspunkt kann angenommen werden, dass der Permanentmagnet 32 das Magnetfeld, das sich in der ersten Richtung erstreckt (positive Richtung der x-Achse), auf den Elektronenstrahl anwendet. Der Permanentmagnet 32 in dieser Ausführungsform ist der Toroid-Neodym-Magnet, kann jedoch ein Neodym-Magnet mit einer anderen Form oder ein Permanentmagnet aus einem anderen Material sein.
Wie in 3C und 3D kann mit dem Drehantriebssystem 33, das die versiegelte Röntgenröhre 31 dreht, die versiegelte Röntgenröhre 31 beim Antreiben an einer gewünschten Drehposition angeordnet werden. Sowohl im Fall der Erzeugung des ersten Röntgenstrahls XI, der in 3A und 3C veranschaulicht ist, und im Fall der Erzeugung des zweiten Röntgenstrahls X2, der in 3B und 3D veranschaulicht ist, ist die versiegelte Röntgenröhre 31 in Bezug auf den Permanentmagneten 32 so angeordnet, dass die gerade Trennlinie DL der Anode 42 beim Antreiben entlang der Richtung (erste Richtung) des den Elektronenstrahl durchdringenden Magnetfelds liegt. Bei dieser Anordnung ist der Bestrahlungsbereich, in dem die Oberfläche der Anode 42 mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, ein erster Bestrahlungsbereich EB1, in dem das erste Metall M1 angeordnet ist, im Fall der Erzeugung des ersten Röntgenstrahls XI, und ein zweiter Bestrahlungsbereich EB2, in dem das zweite Metall M2 angeordnet ist, im Fall der Erzeugung des zweiten Röntgenstrahls X2. Der erste Bestrahlungsbereich EB1 und der zweite Bestrahlungsbereich EB2 stimmen hinsichtlich der Position in Bezug auf eine externe Referenz (zum Beispiel ein Boden) im Wesentlichen überein.
Ferner ist es erwünscht, dass die erste Richtung (Richtung des Magnetfelds, das in den Elektronenstrahl durchdringt) die Ausbreitungsorientierung des Elektronenstrahls unter einem Winkel von 85° oder mehr und 90° oder weniger kreuzt (hier erfolgt die Orientierung ohne Richtungsangabe. Ein Winkel zwischen der ersten Richtung und einer Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls sollte 85° oder mehr und 95° oder weniger betragen), und es ist stärker wünschenswert, dass die erste Richtung im Wesentlichen orthogonal zur Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls ist. Es ist ferner erwünscht, dass die versiegelte Röntgenröhre 31 in Bezug auf den Permanentmagneten 32 so angeordnet ist, dass eine Erstreckungsrichtung der flachen Form des Querschnitts des Elektronenstrahls entlang der ersten Richtung (Richtung des den Elektronenstrahl durchdringenden Magnetfelds) liegt. Mit dieser Anordnung kann der Elektronenstrahl entlang der Querrichtung der flachen Form des Querschnitts des Elektronenstrahls abgelenkt werden. Infolgedessen können der erste Bestrahlungsbereich EB1 und der zweite Bestrahlungsbereich EB2 jeweils leicht in den Bereich bewegt werden, in dem das erste Metall M1 angeordnet ist, bzw. in den Bereich, in dem das zweite Metall M2 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls eine positive Richtung der z-Achse, und die Richtung (erste Richtung) des Magnetfelds, das den Elektronenstrahl durchdringt, ist die positive Richtung der x-Achse. Ferner ist die Erstreckungsrichtung der flachen Form des Querschnitts des Elektronenstrahls die Richtung der x-Achse, und die Richtung, in der der Elektronenstrahl durch das Magnetfeld abgelenkt wird, ist die positive Richtung der y-Achse.
In dem Röntgenquellenabschnitt 11 in dieser Ausführungsform kann mittels nur des Drehantriebssystems 33, das die versiegelte Röntgenröhre 31 dreht, der Bestrahlungsbereich, in dem der Elektronenstrahl eingestrahlt wird, auf den ersten Bestrahlungsbereich EB1, in dem das erste Metall M1 angeordnet ist, im Fall der Erzeugung des ersten Röntgenstrahls XI, und auf den zweiten Bestrahlungsbereich EB2, in dem das zweite Metall M2 angeordnet ist, im Fall der Erzeugung des zweiten Röntgenstrahls X2, eingestellt werden. Der erste Bestrahlungsbereich EB1 und der zweite Bestrahlungsbereich EB2 können so eingestellt werden, dass sie hinsichtlich der Position in Bezug auf die externe Referenz (z. B. ein Boden) im Wesentlichen übereinstimmen, und die Röntgenquelle kann auf dieselbe Position eingestellt werden (Fokusposition), wie sie vom optischen System 12 aus gesehen wird. Mit anderen Worten kann der Röntgenquellenabschnitt 11 nur durch Ansteuern des Drehantriebssystems 33 einen beliebigen des ersten Röntgenstrahls X1 und des zweiten Röntgenstrahls X2 auswählen und die ausgewählte Röntgenstrahlung an das optische System 12 unter einer gemeinsamen Bedingung (mit der gleichen Position der Röntgenquelle) emittieren.
Es ist erwünscht, dass die versiegelte Röntgenröhre 31 in dieser Ausführungsform ein erstes Röntgenfenster 43A und ein zweites Röntgenfenster 43B beinhaltet, wobei das erste Röntgenfenster 43A so ausgestaltet ist, dass der aus dem ersten Bestrahlungsbereich EB1, in dem das erste in dem ersten Bereich angeordnete Metall M1 mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, erzeugte Röntgenstrahl X1 durchgelassen werden kann, wobei das zweite Röntgenfenster 43B so ausgestaltet ist, dass der aus dem zweiten Bestrahlungsbereich EB2, in dem das in dem zweiten Bereich angeordnete zweite Metall M2 mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, erzeugte Röntgenstrahl X2 durchgelassen werden kann. Im Gegensatz zu dem in 2B veranschaulichten Röntgenfenster 43, das so angeordnet ist, dass die vom Bestrahlungsbereich EB erzeugten Röntgenstrahlen durchgelassen werden, wird der erste Bestrahlungsbereich EB1 bei Ansteuerung in der positiven y-Achsenrichtung von dem Zentrum O bewegt (siehe 3C), und das erste Röntgenfenster 43A ist in der Ebene (xz-Ebene), die orthogonal zu der Ebene ist, die orthogonal zur Oberfläche (xy-Ebene) der Anode 42 ist, und die die Erstreckungsrichtung (x-Achse) einer flachen Form des ersten Bestrahlungsbereichs EB1 auf der Erstreckung in der Richtung, die die Oberfläche der Anode 42 (oder die Erstreckungsrichtung der flachen Form des ersten Bestrahlungsbereichs EB1) in einem vorbestimmten Winkel kreuzt, beinhaltet, und in der Seitenfläche der versiegelten Röntgenröhre 31 (Seitenfläche der Vakuumröhre 40) angeordnet. Gleichermaßen wird der zweite Bestrahlungsbereich EB2 bei Ansteuerung in der positiven y-Achsenrichtung von dem Zentrum O bewegt (siehe 3D), und das zweite Röntgenfenster 43B ist in der Ebene (xz-Ebene), die orthogonal zu der Ebene ist, die orthogonal zur Oberfläche (xy-Ebene) der Anode 42 ist, und die eine Erstreckungsrichtung (x-Achse) einer flachen Form des zweiten Bestrahlungsbereichs EB2 auf der Erstreckung in der Richtung, die die Oberfläche der Anode 42 (oder die Erstreckungsrichtung der flachen Form des zweiten Bestrahlungsbereichs EB2) unter dem vorbestimmten Winkel kreuzt, beinhaltet, und in der Seitenfläche der versiegelten Röntgenröhre 31 angeordnet. Daher sind das erste Röntgenfenster 43A und das zweite Röntgenfenster 43B so angeordnet, dass sie in Bezug auf die Mittelachse der Kathode 41 und der Anode 42 rotationssymmetrisch (um 180°) sind (und in der xy-Ebene punktsymmetrisch). Mit der versiegelten Röntgenröhre 31 in dieser Ausführungsform, die das erste Röntgenfenster 43A und das zweite Röntgenfenster 43B aufweist, kann der ausgewählte Röntgenstrahl unter der identischen geometrischen Bedingung (mit derselben Position der Röntgenquelle) an das optische System 12 emittiert werden.
Daher kann die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugen, ohne die Röntgenröhre (versiegelte Röntgenröhre) zu ersetzen. Um einen der Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen auszuwählen, muss die versiegelte Röntgenröhre nur durch das Drehantriebssystem um 180° gedreht werden. Wenn der Magnetfelderzeugungsabschnitt in Bezug auf die versiegelte Röntgenröhre fixiert ist, ist ferner eine Größe des den Elektronenstrahl durchdringenden Magnetfelds konstant, ist der Ablenkungsbetrag des Elektronenstrahls konstant und ist der Bestrahlungsbereich, in dem die Oberfläche der Anode mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, unabhängig von der Drehung der versiegelten Röntgenröhre und verbleibt somit in konstanter Position. Mit der versiegelten Röntgenröhre einschließlich des ersten Röntgenfensters und des zweiten Röntgenfensters kann der Röntgenstrahl unter den identischen Strahlungsbedingungen nach außen extrahiert werden, unabhängig davon, welcher der Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgewählt ist.
[Alternative Ausführungsform 1]
Eine Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. In der Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Permanentmagnet 32 unabhängig von der versiegelten Röntgenröhre 31 fixiert, während das Drehantriebssystem 33 die versiegelte Röntgenröhre 31 dreht. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform 1 darin, dass, während das Drehantriebssystem 33 den Permanentmagneten 32 dreht, die versiegelte Röntgenröhre 31 unabhängig von dem Permanentmagneten 32 fixiert ist. Begleitend dazu unterscheidet sich die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform 1 von der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, dass das Röntgenfenster 43, durch das sowohl der Röntgenstrahl XI, erzeugt von dem ersten Bestrahlungsbereich EB1, als auch der Röntgenstrahl X2, erzeugt von dem zweiten Bestrahlungsbereich EB2, hindurchgehen können, in der Seitenfläche der versiegelten Röntgenröhre 31 angeordnet ist. Die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform 1 ist jedoch in jeder anderen Hinsicht die gleiche wie der Erzeuger gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A und 4B sind schematische Ansichten zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung des Röntgenquellenabschnitts 11 in der alternativen Ausführungsform 1. 4A und 4B entsprechen jeweils 3C und 3D, wobei 4A eine Draufsicht auf die Anode 42 im Fall der Erzeugung des ersten Röntgenstrahls X1 ist und 4B eine Draufsicht auf die Anode 42 im Fall der Erzeugung des zweiten Röntgenstrahls X2 ist. Im Fall der Erzeugung des ersten Röntgenstrahls XI, wobei das Drehantriebssystem 33 den Permanentmagneten 32, wie in 4A veranschaulicht ist, dreht, ist der Permanentmagnet 32 auf einer negativen x-Achsenrichtungsseite der Anode 42 angeordnet, um ein Magnetfeld anzuwenden, das den Elektronenstrahl in der positiven x-Achsenrichtung durchdringt. Daher wird eine Lorentzkraft in der positiven y-Achsenrichtung angewendet, um den Elektronenstrahl in der positiven y-Achsenrichtung abzulenken und den ersten Bestrahlungsbereich EB1 in der positiven y-Achsenrichtung von dem Zentrum O zu bewegen. Im Fall der Erzeugung des zweiten Röntgenstrahls X2, wobei das Drehantriebssystem 33 den Permanentmagneten 32, wie in 4B veranschaulicht ist, dreht, ist der Permanentmagnet 32 auf der positiven x-Achsenrichtungsseite der Anode 42 angeordnet, um ein Magnetfeld anzuwenden, das den Elektronenstrahl in einer negativen x-Achsenrichtung durchdringt. Daher wird eine Lorentzkraft in einer negativen y-Achsenrichtung angewendet, um den Elektronenstrahl in der negativen y-Achsenrichtung abzulenken und den zweiten Bestrahlungsbereich EB2 in der negativen y-Achsenrichtung von dem Zentrum O zu bewegen.
Die versiegelte Röntgenröhre 31 in der alternativen Ausführungsform 1 beinhaltet das Röntgenfenster 43, durch das sowohl der Röntgenstrahl XI, erzeugt von dem ersten Bestrahlungsbereich EB1, als auch der Röntgenstrahl X2, erzeugt von dem zweiten Bestrahlungsbereich EB2, hindurchgehen können, und welches in der Seitenfläche der versiegelten Röntgenröhre 31 angeordnet ist. Das Röntgenfenster 43 erlaubt, dass Lichtwege der folgenden zwei Röntgenstrahlbündel durch dieses hindurchgehen. Der erste ist ein Lichtweg, der, in der Ebene (xz-Ebene), die orthogonal zu der Ebene orthogonal zur Oberfläche (xy-Ebene) der Anode 42 ist und die die Erstreckungsrichtung (x-Achse) der flachen Form des ersten Bestrahlungsbereichs EB1 enthält, eine Erstreckungslinie in einer Richtung ist, die die Oberfläche der Anode 42 (oder die Erstreckungsrichtung der flachen Form des ersten Bestrahlungsbereichs EB1) unter einem vorbestimmten Winkel kreuzt. Der zweite ist ein Lichtweg, der, in der Ebene (xz-Ebene), die orthogonal zu der Ebene orthogonal zur Oberfläche (xy-Ebene) der Anode 42 ist und die die Erstreckungsrichtung (x-Achse) der flachen Form des zweiten Bestrahlungsbereichs EB2 enthält, eine Erstreckungslinie in einer Richtung ist, die die Oberfläche der Anode 42 (oder die Erstreckungsrichtung der flachen Form des zweiten Bestrahlungsbereichs EB2) unter einem vorbestimmten Winkel kreuzt. Mit der versiegelten Röntgenröhre 31 in der alternativen Ausführungsform 1, die das Röntgenfenster 43 enthält, kann jeder Röntgenstrahl mit der ausgewählten Wellenlänge mit einer einfachen Ausgestaltung an das optische System 12 emittiert werden. Im Gegensatz zur Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Position der Röntgenquelle entlang der y-Achsenrichtung zwischen dem Fall der Erzeugung des ersten Röntgenstrahls X1 und dem Fall der Erzeugung des zweiten Röntgenstrahls X2 verschoben. Die Verschiebung entlang der y-Achsenrichtung zwischen dem ersten Bestrahlungsbereich EB1 und dem zweiten Bestrahlungsbereich EB2 liegt jedoch auf einem Niveau in einem Bereich von 1 mm bis 2 mm, und die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform 1 ist für Messungen optimal, bei denen die Verschiebung kein Problem darstellt.
[Alternative Ausführungsform 2]
Eine Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. In der Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform 1 dreht das Drehantriebssystem 33 den Permanentmagneten 32, um die Orientierung eines Magnetfelds umzukehren, das den Elektronenstrahl durchdringt. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform 2 darin, dass das Drehantriebssystem 33 nicht enthalten ist und dass ein erster Permanentmagnet 32A und ein zweiter Permanentmagnet 32B stattdessen so angeordnet sind, dass sie rotationssymmetrisch sind (um 180°) in Bezug auf die Mittelachse der Kathode 41 und der Anode 42 (und punktsymmetrisch in Bezug auf das Zentrum O in der xy-Ebene). Begleitend dazu unterscheidet sich die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform 2 von der alternativen Ausführungsform 1 darin, dass ein erster antimagnetischer Verschluss 35A zwischen dem ersten Permanentmagneten 32A und der versiegelten Röntgenröhre 31 angeordnet ist und dass ein zweiter antimagnetischer Verschluss 35B zwischen dem zweiten Permanentmagneten 32B und der versiegelten Röntgenröhre 31 angeordnet ist, jedoch in jeder anderen Hinsicht dieselbe wie die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform 1 ist. Wenn der Verschluss geöffnet ist, ermöglicht der erste antimagnetische Verschluss 35A/zweite antimagnetische Verschluss 35B, dass ein durch den ersten Permanentmagneten 32A/zweiten Permanentmagneten 32B erzeugtes Magnetfeld durchgelassen wird, so dass der erste Permanentmagnet 32A/zweite Permanentmagnet 32B das den Elektronenstrahl durchdringende Magnetfeld anwenden kann. Im Gegensatz dazu blockiert der erste antimagnetische Verschluss 35A/zweite antimagnetische Verschluss 35B, wenn der Verschluss geschlossen ist, das durch den ersten Permanentmagneten 32A/zweiten Permanentmagneten 32B erzeugte Magnetfeld, so dass der erste Permanentmagnet 32A/zweite Permanentmagnet 32B das den Elektronenstrahl durchdringende Magnetfeld nicht anwenden kann.
5A und 5B sind schematische Ansichten zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung des Röntgenquellenabschnitts 11 in der alternativen Ausführungsform 2. 5A und 5B entsprechen jeweils 4A und 4B, wobei 5A eine Draufsicht auf die Anode 42 im Fall der Erzeugung des ersten Röntgenstrahls X1 ist und 5B eine Draufsicht auf die Anode 42 im Fall der Erzeugung des zweiten Röntgenstrahls X2 ist. In dem Röntgenquellenabschnitt 11 in der alternativen Ausführungsform 2 sind der erste antimagnetische Verschluss 35A und der erste Permanentmagnet 32A in der angegebenen Reihenfolge auf der negativen Seite der x-Achsenrichtung der Anode 42 angeordnet und sind der zweite antimagnetische Verschluss 35B und der zweite Permanentmagnet 32B in der angegebenen Reihenfolge auf der positiven Seite der x-Achsen-Richtung der Anode 42 angeordnet. Der Röntgenquellenabschnitt 11 in der alternativen Ausführungsform 2 enthält nicht das Drehantriebssystem 33.
Wie in 5A dargestellt wird zum Erzeugen des ersten Röntgenstrahls X1 der erste antimagnetische Verschluss 35A geöffnet und der zweite antimagnetische Verschluss 35B geschlossen, so dass der erste Permanentmagnet 32A ein Magnetfeld anwendet, das den Elektronenstrahl in der positiven x-Achsenrichtung durchdringt. Daher wird wie in der alternativen Ausführungsform 1 der erste Bestrahlungsbereich EB1 in der positiven y-Achsenrichtung von dem Zentrum O bewegt. Wie in 5B veranschaulicht ist, wird zum Erzeugen des zweiten Röntgenstrahls X2 der zweite antimagnetische Verschluss 35B geöffnet und der erste antimagnetische Verschluss 35A wird geschlossen, so dass der zweite Permanentmagnet 32B ein Magnetfeld anwendet, das den Elektronenstrahl in der negativen x-Achsenrichtung durchdringt. Daher wird wie in der alternativen Ausführungsform 1 der zweite Bestrahlungsbereich EB2 in der negativen y-Achsenrichtung von dem Zentrum O bewegt. Die versiegelte Röntgenröhre 31 in der alternativen Ausführungsform 2 enthält das gleiche Röntgenfenster 43 wie in der alternativen Ausführungsform 1. Mit dieser Ausgestaltung kann jeder Röntgenstrahl mit der ausgewählten Wellenlänge mit einer einfachen Ausgestaltung an das optische System 12 emittiert werden.
[Alternative Ausführungsform 3]
Eine Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. In der Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform 2 sind der erste antimagnetische Verschluss 35A/zweite antimagnetische Verschluss 35B und der erste Permanentmagnet 32A/zweite Permanentmagnet 32B auf beiden Seiten der Anode 42 angeordnet. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform 3 darin, dass ein antimagnetischer Verschluss 35 und der Permanentmagnet 32 nur auf einer Seite der Anode 42 angeordnet sind. Begleitend dazu unterscheidet sich die Position des zweiten Bestrahlungsbereichs EB2 von der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den alternativen Ausführungsformen 1 und 2. Daher sind der erste Bereich und der zweite Bereich auf der Oberfläche der Anode 42 unterschiedlich. Ferner unterscheidet sich die Anordnung des Röntgenfensters 43 von den alternativen Ausführungsformen 1 und 2. Die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform 3 weist ansonsten die gleiche Struktur wie die alternative Ausführungsform 2 auf.
6A und 6B sind schematische Ansichten zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung des Röntgenquellenabschnitts 11 in der alternativen Ausführungsform 3. 6A und 6B entsprechen 4A und 4B, wobei die Anode 42 in der alternativen Ausführungsform 1 gezeigt ist, und 5A und 5B, wobei die Anode 42 jeweils in der alternativen Ausführungsform 2 gezeigt ist, wobei 6A eine Draufsicht auf die Anode 42 im Fall der Erzeugung des ersten Röntgenstrahls XI, und 6B eine Draufsicht auf die Anode 42 im Fall der Erzeugung des zweiten Röntgenstrahls X2 ist. In dem Röntgenquellenabschnitt 11 in der alternativen Ausführungsform 3 sind der antimagnetische Verschluss 35 und der Permanentmagnet 32 in der angegebenen Reihenfolge auf der negativen Seite der x-Achsenrichtung der Anode 42 angeordnet. Der Röntgenquellenabschnitt 11 in der alternativen Ausführungsform 3 enthält nicht das Drehantriebssystem 33.
Wie in 6A veranschaulicht ist, wird zum Erzeugen des ersten Röntgenstrahls X1 der antimagnetische Verschluss 35 geöffnet, so dass der Permanentmagnet 32 ein Magnetfeld anwendet, das den Elektronenstrahl in der positiven Richtung der x-Achse durchdringt. Daher wird wie in den alternativen Ausführungsformen 1 und 2 der erste Bestrahlungsbereich EB1 in der positiven y-Achsenrichtung von dem Zentrum O bewegt. Wie in 6B veranschaulicht ist, wird zum Erzeugen des zweiten Röntgenstrahls X2 der antimagnetische Verschluss 35 geschlossen, so dass der Permanentmagnet 32 kein Magnetfeld auf den Elektronenstrahl anwendet. Daher wird im Gegensatz zu den alternativen Ausführungsformen 1 und 2 der zweite Bestrahlungsbereich EB2 nicht in Bezug auf das Zentrum O abgelenkt, und die flache Form des zweiten Bestrahlungsbereichs EB2 durchdringt das Zentrum O. Der zweite Bestrahlungsbereich EB2 fällt mit dem Bestrahlungsbereich EB zusammen, der in 2C veranschaulicht ist. Mit anderen Worten unterscheidet sich der Röntgenquellenabschnitt 11 in der alternativen Ausführungsform 3 von den alternativen Ausführungsformen 1 und 2 darin, dass die gerade Teilungslinie DL in der positiven y-Achsenrichtung vom Zentrum O und in dem ersten Bereich, in dem das erste Metall M1 angeordnet ist, und dem zweiten Bereich, in dem das zweite Metall M2 angeordnet ist, bewegt wird.
Die versiegelte Röntgenröhre 31 in der alternativen Ausführungsform 3 beinhaltet das Röntgenfenster 43, durch das sowohl der Röntgenstrahl XI, erzeugt von dem ersten Bestrahlungsbereich EB1, als auch der Röntgenstrahl X2, erzeugt von dem zweiten Bestrahlungsbereich EB2, hindurchgehen können, und welches in der Seitenfläche der versiegelten Röntgenröhre 31 angeordnet ist. Das Röntgenfenster 43 erlaubt, dass Lichtwege der folgenden zwei Röntgenstrahlbündel durch dieses hindurchgehen. Wie in den alternativen Ausführungsformen 1 und 2 ist der erste ein Lichtweg, der in der Ebene (xz-Ebene), die orthogonal zu der Ebene orthogonal zur Oberfläche (xy-Ebene) der Anode 42 ist und die die Erstreckungsrichtung (x-Achse) der flachen Form des ersten Bestrahlungsbereichs EB1 enthält, eine Erstreckungslinie in einer Richtung ist, die die Oberfläche der Anode 42 (oder die Erstreckungsrichtung der flachen Form des ersten Bestrahlungsbereichs EB1) unter einem vorbestimmten Winkel kreuzt. Der zweite ist ein Lichtweg, der in der Ebene (xz-Ebene), die orthogonal zu der Ebene orthogonal zur Oberfläche (xy-Ebene) der Anode 42 ist und die die Erstreckungsrichtung (x-Achse) der flachen Form des zweiten Bestrahlungsbereichs EB2 enthält, eine Erstreckungslinie in einer Richtung ist, die die Oberfläche der Anode 42 (oder die Erstreckungsrichtung der flachen Form des zweiten Bestrahlungsbereichs EB2) unter einem vorbestimmten Winkel kreuzt. In diesem Beispiel durchdringt der zweite Bestrahlungsbereich EB2 das Zentrum O.
Mit der versiegelten Röntgenröhre 31 in der alternativen Ausführungsform 3, die das Röntgenfenster 43 enthält, kann jeder Röntgenstrahl mit der ausgewählten Wellenlänge mit einer einfachen Ausgestaltung an das optische System 12 emittiert werden. Wie in den alternativen Ausführungsformen 1 und 2 ist die Position der Röntgenquelle entlang der y-Achsenrichtung zwischen dem Fall der Erzeugung des ersten Röntgenstrahls X1 und dem Fall der Erzeugung des zweiten Röntgenstrahls X2 verschoben. Die Verschiebung entlang der y-Achsenrichtung zwischen dem ersten Bestrahlungsbereich EB1 und dem zweiten Bestrahlungsbereich EB2 liegt jedoch auf einem Niveau in einem Bereich von 0,5 mm bis 1 mm, und die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform 3 ist für Messungen optimal, bei denen die Verschiebung kein Problem darstellt. Die gerade Trennlinie DL der Anode 42 in der alternativen Ausführungsform 3 durchdringt das Zentrum O nicht und ist in der positiven Richtung der y-Achse bewegt. Der erste Bereich, in dem das erste Metall M1 angeordnet ist, ist im Vergleich zu denen in den alternativen Ausführungsformen 1 und 2 schmaler, und der zweite Bereich, in dem das zweite Metall M2 angeordnet ist, ist im Vergleich zu denen in den alternativen Ausführungsformen 1 und 2 breiter.
In der Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform 3 ist das Zentrum der Kathode 41 über dem Zentrum O der Anode 42 angeordnet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Kathode 41 so angeordnet sein, dass sie in der negativen y-Achsenrichtung von dem Zentrum O der Anode 42, in Draufsicht gesehen, bewegt ist, so dass eine Mittellinie zwischen dem ersten Bestrahlungsbereich EB1 und dem zweiten Bestrahlungsbereich EB2 das Zentrum O durchdringt. In diesem Fall ist es erwünscht, dass die gerade Trennlinie DL das Zentrum O wie in den alternativen Ausführungsformen 1 und 2 durchdringt.
Die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung und die Röntgenanalyseeinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurden zusammen mit den alternativen Ausführungsformen 1 bis 3 beschrieben. Die vorliegende Erfindung und die alternativen Ausführungsformen 1 bis 3 sind weithin anwendbar, ohne auf die oben erwähnte Ausführungsform beschränkt zu sein. Beispielsweise ist der Magnetfelderzeugungsabschnitt in der oben erwähnten Ausführungsform beispielsweise der Permanentmagnet 32. Der Magnetfelderzeugungsabschnitt ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann eine elektromagnetische Spule sein. Ferner ist die gerade Teilungslinie DL der Anode 42 die Mittellinie zwischen dem ersten Bestrahlungsbereich EB1 und dem zweiten Bestrahlungsbereich EB2, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Es ist nur erforderlich, dass der erste Bereich den ersten Bestrahlungsbereich EB1 umfasst, dass das erste Metall M1 in mindestens dem ersten Bestrahlungsbereich EB1 angeordnet ist, dass der zweite Bereich den zweiten Bestrahlungsbereich EB2 umfasst und dass das zweite Metall M2 in mindestens dem zweiten Bestrahlungsbereich EB2 angeordnet ist.
Ferner ist in der oben erwähnten Ausführungsform beispielsweise das Röntgenfenster so angeordnet, dass der Röntgenstrahl in der Ebene, die die Erstreckungsrichtung des Bestrahlungsbereichs mit der flachen Form enthält und welche senkrecht zur Oberfläche der Anode ist, in der schrägen Richtung extrahiert wird und daher dient die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung praktisch als Röntgenquelle mit der Punktform. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung durch Anordnung eines Röntgenfensters mit einer Länge, die einer Länge in der Erstreckungsrichtung des Bestrahlungsbereichs in der Richtung entspricht, die senkrecht zur Erstreckungsrichtung der flachen Form des Bestrahlungsbereichs ist und die einen vorbestimmten Winkel mit der Oberfläche der Anode bildet, als Röntgenquelle mit einer linearen Form dienen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2007323964 A [0002]
JP 2008269933 A [0002]
WO 2016/039091 [0002]
WO 2016/039092 [0002]

Claims

Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung, umfassend: eine versiegelte Röntgenröhre mit einer Kathode, von der Glühelektronen emittiert werden, und einer Anode, die mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, der durch Beschleunigen der Glühelektronen mit einer zwischen der Kathode und der Anode angelegten Potentialdifferenz erhalten wird; einen Magnetfelderzeugungsabschnitt, der nahe der versiegelten Röntgenröhre angeordnet ist, um ein Magnetfeld auf den Elektronenstrahl anzuwenden, wobei sich das Magnetfeld in einer ersten Richtung erstreckt, die eine Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls kreuzt; und ein Drehantriebssystem, ausgestaltet zum Drehen der versiegelten Röntgenröhre in Bezug auf eine Mittelachse der Kathode und der Anode, wobei die Anode eine Oberfläche mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich aufweist, die jeweils auf einer Seite bzw. einer anderen Seite in Bezug auf eine gerade Trennlinie angeordnet sind, die durch einen Schnittpunkt der Oberfläche mit der Mittelachse verläuft; wobei der erste Bereich ein darin angeordnetes erstes Metall aufweist und der zweite Bereich ein darin angeordnetes zweites Metall aufweist, wobei sich das zweite Metall von dem ersten Metall unterscheidet, wobei, wenn die versiegelte Röntgenröhre mittels des Drehantriebssystems, das die versiegelte Röntgenröhre dreht, angetrieben wird, die versiegelte Röntgenröhre in Bezug auf den Magnetfelderzeugungsabschnitt so angeordnet wird, dass die gerade Trennlinie entlang der ersten Richtung liegt.
Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Elektronenstrahl einen Querschnitt mit einer sich erstreckenden flachen Form aufweist, und wobei, wenn die versiegelte Röntgenröhre angetrieben wird, die versiegelte Röntgenröhre in Bezug auf den Magnetfelderzeugungsabschnitt so angeordnet ist, dass eine Erstreckungsrichtung der sich erstreckenden flachen Form entlang der ersten Richtung liegt.
Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Magnetfelderzeugungsabschnitt ein Permanentmagnet ist.
Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Oberfläche der Anode eine Kreisform aufweist und der Schnittpunkt der Oberfläche mit der Mittelachse im Wesentlichen mit einem Zentrum der Kreisform zusammenfällt.
Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Richtung im Wesentlichen orthogonal zur Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls ist.
Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die versiegelte Röntgenröhre ein erstes Röntgenfenster und ein zweites Röntgenfenster beinhaltet, wobei das erste Röntgenfenster so ausgestaltet ist, dass es ermöglicht, dass ein aus einem ersten Bestrahlungsbereich, in dem das erste in dem ersten Bereich angeordnete Metall mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, erzeugter Röntgenstrahl hindurchgeht, wobei das zweite Röntgenfenster so ausgestaltet ist, dass es ermöglicht, dass ein aus einem zweiten Bestrahlungsbereich, in dem das in dem zweiten Bereich angeordnete zweite Metall mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, erzeugter Röntgenstrahl hindurchgeht.
Röntgenanalyseeinrichtung, umfassend: die Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6; eine Trägerbasis, ausgestaltet zum Tragen einer Probe, die mit einem Röntgenstrahlbündel bestrahlt werden soll, das von der Röntgenstrahlung-Erzeugungsvorrichtung emittiert wird; und einen Detektor, ausgelegt zum Detektieren von von der Probe erzeugter gestreuter Röntgenstrahlen.