DE3543598A1 - Multispektrum-roentgenstrahler - Google Patents

Description

\ PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 43OCiESSEN-I · AM RÜHRSTE4N 1 ■ TEL.: (02 01) 4126

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HAMAMATSU PHOTONICS KABUSHIKI KAISHA 1126-1, Ichino-cho, Hamamatsu-shi, Shizuoka-ken, Japan

Multispektrum-Röntgenstrahler

Die Erfindung ist auf einen Multispektrum-Röntgenstrahler zur Erzeugung mehrerer Röntgenstrahlen innerhalb einer Vakuumröhre gerichtet.

Ein derartiger Multispektrum-Röntgenstrahler kann zum Analysieren der sich aufgrund von Kristallbrechung mit der Zeit ändernden Kristallstruktur sowie als Quelle für hochauflösende Messungen verwendet werden.

Der Röntgenstrahier erzeugt die Röntgenstrahlen bei Erhöhung der Temperatur einer beheizten Kathode, wobei thermische Elektronen erzeugt werden, die mit Hilfe eines elektrostatischen Fokussierungssystems zu einem feinen Elektronenstrahlbündel fokussiert werden, dem das Target ausgesetzt wird.

Die thermische Kathodenstruktur ist nicht zur Gewinnung hochfrequenter Impulse geeignet, so daß keine steilen Röntgenstrahlimpulse aus der thermischen Kathode gewonnen werden können.

Ein Röntgenstrahier, bei dem eine Photokathode zur Emission von Elektronen verwendet wird, ist vom Erfinder in der JA-Patentanmeldung Nr. 153663/1983 beschrieben worden.

Der Röntgenstrahier nach der vorgenannten japanischen Patentanmeldung enthält eine Elektronenkanone, deren von einer Photokathode emittiertes Röntgenstrahlbündel auf ein der Photokathode gegenüberliegendes Röntgenstrahltarget geworfen wird, wodurch die für das spezielle Targetmaterial charakteristische Röntgenstrahlung erzeugt werden kann.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel der für ein Titantarget charakteristischen Röntgenstrahlung.

.-— Der Röntgenstrahier gemäß der vorgenannten japanischen Patentanmeldung verwendet eine Photokathode und Elektronen. Wenn die Photokathode von einer Folge scharfer Laserimpulse angeregt wird, kann eine Folge scharf flankiger Impulse, der charakteristischen Röntgenstrahlen gewonnen werden.

Zur Messung von Materialeigenschaften waren mehrere charakteristische Röntgenstrahlen erforderlich. Für diese Messung mußten bisher mehrere verschiedene Röntgenstrahier mit unterschiedlichen Targetmaterialien verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Multispektrum- -Röntgenstrahler zur Verfügung zu stellen, der mehrere charak- *"*"* teristische Röntgenstrahlen erzeugen kann.

Der erfindungsgemäße Multispektrum-Röntgenstrahler besteht aus einer Vakuumröhre, einer innerhalb der Vakuumröhre gebildeten Photokathode, einer Elektronenlinse, die durch Fokussierung der von der Photokathode erzeugten Photoelektronen ein Elektronenstrahlbündel in eine bestimmte Richtung lenkt, ein Röntgenstrahltarget, das mehrere, der Elektronen emittierenden Photokathode zugewandte Targetmetallelemente aufweist, wobei der emittierte Elektronenstrahl auf die Targetmetallelemente

gerichtet wird, und einer Ablenkeinrichtung, welche den Elektronenstrahl ablenkt und die Richtung des auf das Röntgenstrahltarget fallenden Elektronenstrahlbundels derart steuert, daß das Elektronenstrahlbundel wahlweise eines von mehreren Targetmetallelementen trifft.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der von einem Titantarget erzeugten charakteristischen Röntgenstrahlen;

Fig. 2 eine Schnittansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel des Multispektrum-Röntgenstrahlers nach der Erfindung;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Ablenkelektrode des ersten Ausführungsbeispiels zusammen mit den Metalltargetelementen; und

Fig. 4 eine Schnittansicht auf eine andere Ablenkelektrode gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zusammen mit Metalltargetelementen.

Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen beschrieben.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist eine Photokathode 2 auf der Innenfläche einer Vakuumröhre 1 gebildet.

In Abhängigkeit von;aus einer Lichtquelle kommendem Licht 10 werden Photoelektronen von einer Photokathode 2 emittiert und von dem durch die Fokussierelektrode 4 erzeugten Fokussie-

rungsfeld auf einen Fokussierungspunkt fokussiert. Danach laufen sie entlang einer Bahn, die vom Fokussierungsfeld innerhalb eines Ablenkraums hervorgerufen wird. Ein Röntgenstrahlfenster 5 aus Beryllium (Be), das für einfallenden Röntgenstrahlen durchlässig ist, ist parallel zur Photokathode 2 angeordnet.

Metallische Targetelemente 6a, 6b und 6c sind auf einer Oberfläche des für Röntgenstrahlen durchlässigen Fensters 5 in der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Weise angeordnet.

Zwei Ablenkspannungen, die von einer Ablenkspannungsquelle 7 erzeugt sind, werden an zwei Ablenkelektroden 3a und 3b angelegt. Das durch die Fokussierelektrode 4 fokussierte Elektronenstrahlbundel wird von dem elektrischen Feld über die beiden Ablenkelektroden 3a und 3b abgelenkt.

Durch Anlegen einer geeigneten Spannung aus der Ablenkspannungsquelle 7 an die Ablenkelektroden kann der Elektronenstrahl auf ein beliebiges Metallelement der Mehrfachtargetplatte 5 gerichtet werden. Das dem Elektronenstrahlbundel ausgesetzte Metallelement emittiert diejenigen charakteristischen Röntgenstrahlen, welche dem speziellen Metall zugeordnet sind.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden drei unterschiedliche Metalle verwendet, die aus den nachfolgend angegebenenen metallischen Materialien ausgewählt sind. Die von jedem speziellen Metall emittierten Röntgenstrahlen sind nachfolgend in keV angegeben:

Titan (Ti) 4,5 keV Vanadium (V) 4,96 keV Chrom (Cr) 5,42 keV

	!Fe)	Sr	6,40	' ■ -"
	(Co)	. 6·	6,92
	(Ni)		7,47	keV
Eisen I	(Cu)		8,04	keV
Kobalt			keV
Nickel		keV
Kupfer

Die Zeit, während der die charakteristischen X-Strahlen emittiert werden, kann so kurz sein wie die Impulsbreite des auf die Photokathode gerichteten Lichtimpulses. Daher liegt die Lichtimpulsdauer im Bereich zwischen extrem kurzen Dauer, eines Laserimpulses bis zu kontinuierlichem Licht, und die charakteristischen Röntgenstrahlen können dementsprechend über eine beliebige Zeitdauer erzeugt werden.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein Elektronenstrahlbundel in einer zweidimensionalen Ebene unter Verwendung von zwei vertikalen Ablenkelektroden 3a und 3b und zwei horizontalen Ablenkelektroden 3c und 3d abgelenkt werden kann.

Metallische Targetelemente 6a bis 6p sind auf dem Röntgenstrahlfenster 5 aus Beryllium (Be) angeordnet, das für die Röntgenstrahlen durchlässig ist.

Zwei Paare von Ablenkspannungen, die von der Ablenkspannungsquelle 7 erzeugt werden, werden an die beiden Ablenkelektrodenpaare 3a bis 3d derart angelegt, daß das Elektronenstrahlbundel eine zweidimensionale Ebene überstreichen kann.

Unterschiedliche charakteristische Röntgenstrahlen können von verschiedenen Metallelementen erzeugt werden.

Eine Anzahl von Modifikationen und Abwandlungen ist im Rahmen des Erfindungsgedankens möglich.

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Jedes der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele kann unter Verwendung einer Gruppe von elektromagnetischen Ablenkmitteln sowie unter Verwendung einer Gruppe von elektrostatischen Ablenkmitteln realisiert werden.

Der Multispektrum-Röntgenstrahler nach der Erfindung kann zur Erzeugung mehrerer charakteristischer Röntgenstrahlungen in einer einzigen Röhre verwendet werden. Unterschiedliche Targetmetallelemente können mit Hilfe unterschiedlicher Ablenkspannungen bei hoher Operationsgeschwindigkeit zugegriffen werden, so daß eine Reihe von charakteristischen Röntgenstrahlen mit hoher Auflösung gewonnen werden kann, die bisher unter Verwendung herkömmlicher Techniken nicht realisierbar waren.

Der beschriebene Röntgenstrahier bzw. die erfindungsgemäße Röntgenröhre kann zum Analysieren einer sich zeitlich während der Kristallbeugungsanalyse ändernden Kristallstruktur wirksam verwendet werden.

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Claims (4)

1. PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 4300 ESSEN 1· AM RUHRSTEIN 1 · TEL.: (02O1) 4126

   ff! H_iai

   HAMAMATSÜ PHOTONICS KABUSHIKI KAISHA 3543598

   ANSPRUCHE

   hl Multispektrum-Röntgenstrahler, gekennzeichnet durch eine Vakuumröhre (1), eine in der Vakuumröhre gebildete Photokathode (2), eine Elektronenlinse (4), welche von der Photokathode erzeugte Photoelektronen in eine bestimmte Richtung lenkt und fokussiert, ein Röntgenstrahltarget aus mehreren Targetmetallelementen (6a ... 6c; 6e ... 6p), die der das Elektronenstrahlbundel emittierenden Photokathode (2) zugewandt und von den emittierten Elektronen erreichbar sind und eine Ablenkeinrichtung (7, 3a, 3b; 3c, 3d) zum Ablenken des Elektronenstrahlbündels derart, daß die Richtung des Elektronenstrahlbündels in bezug auf das Röntgenstrahltarget beliebig einstellbar ist und das Elektronenstrahlbundel ein ausgewähltes Targetmetallelement aus mehreren Metallelementen treffen kann.
2. 2. Multispektrum-Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung (7, 3a, 3b) ein statisches oder elektromagnetisches Ablenkfeld erzeugt.
3. 3. Multispektrum-Röntgenstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung (7, 3a, 3b; 3a ... 3d) eindimensional oder zweidimensional wirksam ist.
4. 4. Multispektrum-Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Targetmetallelemente (6a ... 6c; 6e ... 6p) aus Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni oder Cu bestehen .