JP2000030892A

JP2000030892A - Ｘ線発生方法及び装置

Info

Publication number: JP2000030892A
Application number: JP19218298A
Authority: JP
Inventors: Jinpei Harada; 仁平原田; Seiichi Hayashi; 精一林; Kazuhiko Omote; 和彦表; Girigoriv Barishevski Vladimir; ギリゴリヴィチバリシェヴスキーウラジミル; Davedavich Feranchuk Iriya; ダヴェダヴィチフェランチュクイリヤ; Petrovich Uriyanenkov Alexander; ペトロヴィチウリヤネンコフアレクサンダー
Original assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】加速器を用いることなく、通常の実験室で得
られる程度の低い電圧で加速した非相対論的低エネルギ
ーの電子によりパラメトリックＸ線放射を起こさせて単
色Ｘ線を発生させることのできる、新しいＸ線発生方法
及び装置を提供する。【解決手段】真空空間（１）において、電子銃（３）
から低い電圧で加速された低エネルギー電子（２）を方
位のそろった結晶体（５）に入射させて、結晶体（５）
からのパラメトリックＸ線放射を発生させてＸ線（６）
を取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、Ｘ線発生
方法及び装置に関するものである。さらに詳しくは、こ
の出願の発明は、加速器を用いる必要がなく、通常の実
験室で得られる程度の低い電圧で加速した電子を用いて
パラメトリックＸ線放射を起こさせて単色Ｘ線を発生さ
せることのできる、新しいＸ線発生方法及び装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】Ｘ線の発生は、一般に、陰極
である電子銃から発射した電子が対陰極であるターゲッ
トに衝突されて、ターゲットの表面から発生したＸ線を
取り出すことにより行なわれている。このようにして取
り出されたＸ線は、通常、制動放射による白色Ｘ線と、
対陰極に用いた元素に固有な特性Ｘ線（＝ＣＸＲ）とに
よりなり、Ｘ線光学素子を用いて単色Ｘ線とされるとと
もに、平行ビーム、収束ビーム、分光（若しくは分割）
ビームなどとされて、利用形態に併せた特性ビームの状
態で利用に供されている。

【０００３】しかしながら、Ｘ線光学素子として、ブラ
グ反射Ｘ線光学素子などの高価な特殊素子を別体として
配設する必要があり、またその配設位置の微調整なども
困難であるといった問題があった。そこで、パラメトリ
ックＸ線放射（＝ＰＸＲ）を利用して特殊Ｘ線光学素子
を用いずに単色Ｘ線を取り出すことが考えられている。

【０００４】ＰＸＲとは、光の速さに近い速度に加速し
た高い運動エネルギーを持つ電子を結晶に打ち込むと、
真空中では電子の周辺に存在している疑似フォトンの
内、Ｘ線領域のフォトンが、結晶の周期ポテンシャルの
影響を受けてブラグ反射を起こし、分光されて電子から
剥ぎ取られ、結晶の格子面に対して特定方向に、且つ特
定の波長をもって放出される現象のことをいう。

【０００５】図１は、このＰＸＲの発生原理を説明する
図である。この図１において、Ｃは方位のそろった結晶
体、ｄ_hklはその結晶の格子面間隔、ｅは、入射電子の
電荷、ｋ_eは入射電子の波数ベクトル、ＸはＰＸＲのＸ
線、Θは入射電子に対する出射ＰＸＲのＸ線の取り出し
角度、ｇおよび−ｇは結晶体での回折ベクトル、ｋ₀は
疑似フォトンの波数ベクトル、ｋ_PXRはＰＸＲとして取
り出されるＸ線フォトンの波数ベクトル、Θ_gは入射電
子と回折ベクトル−ｇとの成す角を示している。

【０００６】ＰＸＲのＸ線は方位のそろった結晶体Ｃの
ある格子面に対してブラグ反射を満たして取り出される
ので、面間隔ｄ_hklの格子面に対してブラグ角Θ_Bの方
向に取り出されるＸ線の波長λ_PXRは、Θ_Bの大きさに
よって変わり、且つ次式のブラグ条件を満たす。

【０００７】

【数１】

【０００８】よって、ある特定方向にＰＸＲ単色Ｘ線を
取り出すことができるのである。しかしながら、従来で
は、このようなＰＸＲを起こさせるために、相対論の補
正を必要とする高エネルギーの電子を用いており、この
相対論的高エネルギー電子を実現させるためには非常に
大型の加速器を使用する必要があるといった問題があっ
た。ＰＸＲをたとえばＸ線回折実験用のＸ線源を得るた
めに実用化するに際して、加速器を用いることは放射線
防御の立場からも、経済面からも好ましくない。また省
エネルギーの技術開発にも逆行することとなる。

【０００９】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を
解消し、加速器を用いることなく、通常の実験室で得ら
れる程度の電圧で加速した非相対論的低エネルギーの電
子によりパラメトリックＸ線放射を起こさせて単色Ｘ線
を発生させることのできる、新しいＸ線発生方法及び装
置、並びにそのＸ線発生装置をＸ線源として備えたＸ線
構造解析システムを提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、真空空間において、電子
銃から低い電圧で加速された低エネルギー電子を方位の
そろった結晶体に入射させて、結晶体からのパラメトリ
ックＸ線放射を発生させてＸ線を取り出すことを特徴と
するＸ線発生方法（請求項１）を提供し、この方法にお
いて、パラメトリックＸ線放射のＸ線を、結晶体を構成
する元素固有の特性Ｘ線と共鳴させて取り出すこと（請
求項２）や、加速電子を結晶体に対してすれすれに入射
させること（請求項３）などもその態様として提供す
る。

【００１１】また、この出願の発明は、装置本体の真空
内部に電子銃と方位のそろった結晶体と対陰極とが備え
られており、電子銃から低い電圧で加速された低エネル
ギー電子が前記結晶体に入射されて、結晶体からのパラ
メトリックＸ線放射が発生され、Ｘ線が取り出されるこ
とを特徴とするＸ線発生装置（請求項４）をも提供し
て、この装置において、所望のＸ線強度が得られるよう
に電圧および電流が調整されること（請求項５）、電圧
が５００ｋｅＶ以下であること（請求項６）、パラメト
リックＸ線放射のＸ線が、結晶体を構成する元素固有の
特性Ｘ線と共鳴されて取り出されること（請求項７）、
Ｘ線が入射電子に対して略直角方向に取り出されること
（請求項８）、結晶体が一つまたは複数備えられている
こと（請求項９）、一つの結晶体が対陰極の電子銃側の
面上に備えられていること（請求項１０）、結晶体と対
陰極が互いに任意間隔離れて配設されていること（請求
項１１）、一つの結晶体が対陰極をなしていること（請
求項１２）、結晶体が着脱自在に備えられていること
（請求項１３）、入射電子に対する結晶体面の方位を変
えることにより取り出すＸ線の波長が調整可能とされて
いること（請求項１４）、入射電子に対する結晶体面の
方位を変えてＸ線の波長を調整するＸ線波長調整手段
が、装置本体内に備えられており、装置本体外から制御
可能とされていること（請求項１５）、Ｘ線の取り出し
方向を変えることによりＸ線の波長が調整可能とされて
いること（請求項１６）、Ｘ線の取り出し方向を変えて
Ｘ線の波長を調整するＸ線波長調整手段が、装置本体内
に備えられており、装置本体外から制御可能されている
こと（請求項１７）、結晶体を冷却する手段が備えられ
ていること（請求項１８）、対陰極を冷却する手段が備
えられていること（請求項１９）加速電子が結晶体に対
してすれすれに入射されること（請求項２０）などもそ
の態様として提供する。

【００１２】さらにまた、この出願の発明は、上記のＸ
線発生装置をＸ線源として備え、そのＸ線発生装置から
のＸ線を用いて物質を分析して、その構造を解析するＸ
線構造解析システム（請求項２１）をも提供し、Ｘ線発
生装置からのＸ線を結晶試料上に集束する反射式光学ミ
ラーが備えられていること（請求項２２）などをその好
ましい態様とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】この発明のＸ線発生方法および装
置は、真空空間において、低電圧で加速された低エネル
ギー電子を方位のそろった結晶体に入射させて、結晶体
からのパラメトリックＸ線放射のＸ線を取り出すもので
あり、以下のような発想および原理に基づいてなされた
ものである。

【００１４】すなわち、前述したＰＸＲは、高エネルギ
ーの電子が結晶場の影響を受けてチェレンコフ効果とブ
ラグ反射とを同時に起こす現象とも見ることができ、実
際に得られるＸ線の強度は入射電子の持つエネルギーＥ
²に比例するので、高電圧で加速された高エネルギー電
子を結晶体に打ち込んだ時にのみ起こる現象であると、
従来より理解されていた。このため、このＰＸＲを起こ
させてＸ線を得るには、入射電子を１００ＭｅＶ以上の
ような高い電圧で高エネルギーに加速できる加速器が必
ず必要であると考えられていた。

【００１５】しかしながら、得られるＸ線の強度は、入
射電子のエネルギーＥ²と電子電流Ｊとの積に比例して
与えられるため、Ｅ²に比例するだけでなく電子電流Ｊ
にも比例するのである。すなわち、たとえば電子顕微鏡
等で用いられている５０ＫｅＶ〜３０００ＫｅＶや、回
折実験で用いられるＸ線管球に加えられる電圧１０ｅＶ
〜５００ＫｅＶなどのような、通常の実験室レベルで得
ることのできる低い電圧を用い、電子を従来のように相
対論的に高いエネルギーに加速しなくても、電流値さえ
大きくすれば同等の強度を得ることができる。

【００１６】そこで、この発明は、このような点に着眼
してなされ、加速器を用いなければ得ることのできない
ような相対論的な高エネルギーではなく、低い電圧によ
る非相対論的な低エネルギーの加速電子、さらに言い換
えると、相対論による補正が必要なほど高いエネルギー
ではないエネルギーの加速電子を利用し、たとえば図２
に例示したように、Ｘ線管などの真空空間（１）におい
て、陰極である電子銃（３）と対陰極（４）間に印加さ
れた実験室レベルの低い電圧、たとえば約５００ＫｅＶ
以下、により加速された速度ｖおよび電流Ｊの低エネル
ギー電子（２）を電子銃（３）から方位のそろった結晶
体（５）に衝突させて、結晶体（５）からのブラグ反射
ベクトルｋの方向にパラメトリックＸ線放射を起こし、
単色のＸ線（６）を取り出す。

【００１７】これによって、大型の加速器を必要とせ
ず、簡単に、且つ安価に、パラメトリックＸ線放射の単
色Ｘ線の発生を実現させることができる。もちろん、得
られるＸ線を所望の強度、つまり電子顕微鏡やＸ線結晶
分析などの様々なＸ線利用技術において必要とする強度
とするには、印加電圧と電流とを調整する必要がある。
電圧は上述したように電子（２）を非相対論的低エネル
ギーで加速する程度の範囲で調整され、それに対して電
流が調整される。たとえば、電圧が約５００ｋｅＶ以下
の範囲では、電流は約１０μＡ〜１Ａの範囲で調整でき
る。

【００１８】ところで、ＰＸＲの振動数ω_PXRは、前述
の図１において、デルタ関数により定義される分散方程
式として次式で定義される。

【００１９】

【数２】

【００２０】特に、入射加速電子（２）に対する出射Ｐ
ＸＲのＸ線（６）の取り出し角度Θがπ／２と等しい場
合では、

【００２１】

【数３】

【００２２】と定義される。Ｕは印加電圧、ｍは電子
（２）の質量である。前記式（数３）におけるｖは電子
（２）の速度である。そして、δΩの立体角に放出され
るＰＸＲ光子の数δＮ_g／δΩは、次式で与えられる。

【００２３】

【数４】

【００２４】この式において、αは微細係数、χ_gは回
折ベクトルｇに対するＸ線の感受率（=Susceptibility
）、Ｌは結晶体の厚さ、Ｊは電子電流である。他のパ
ラメータに関しては、前述と同じ、ｅ＝入射電子の電
荷、Θ＝入射電子に対する出射ＰＸＲのＸ線の取り出し
角度、ｇおよび−ｇ＝回折ベクトル、Θ_g＝入射電子と
回折ベクトルｇとの成す角である。

【００２５】ここで、これらの各式で表されるＰＸＲの
光子が最大となるのは、Θ＝π／２の場合である。した
がって、この発明において、発生したＸ線（６）を、入
射電子（２）に対して略直角、好ましくはちょうど直角
となる方向に取り出すことにより、さらに強度の大きい
Ｘ線を得ることができる。表１は、この発明によるＰＸ
ＲのＸ線強度の定量的な計算例を示したものである。こ
こでは、結晶体（５）として厚さ１００μｍのＳｉ、Ｇ
ｅ、ダイヤモンドの単結晶体を用いた場合それぞれにつ
いて計算してある。また、結晶面はＳｉ、Ｇｅに対して
は（１１１）面ブラグ条件を満たす場合である。上記式
（数５）の計算では、発散角δΩ＝１０^-6、δω_g／ω
_g＝１０^-3にわたって平均してある。表１にはω_PXR(g)
に対応した波長λを入れてある。印加電圧Ｕは５０Ｋｖ
とし、電子電流Ｊは１Ａとした。

【００２６】

【表１】

【００２７】表２は、電子電流Ｊを１０ｍＡとした場合
の各計算値である。

【００２８】

【表２】

【００２９】これら表１および表２から、この発明によ
って、低い電圧による低エネルギーの加速電子（２）を
用いても、十分な強度の単色Ｘ線（６）を得られること
がわかる。また、この発明では、ＰＸＲのＸ線（６）
を、結晶を構成している原子の特性Ｘ線と共鳴させて取
り出すことによって、Ｘ線の強度をさらに著しく向上さ
せることができる。

【００３０】この発明によって低エネルギー加速電子
（２）を結晶体（５）に入射させると、振動数ω_PXRの
ＰＸＲが起こるが、加速電子（２）の低エネルギーが物
質構成原子の特性エネルギーより十分大きいと、このＰ
ＸＲとともに、振動数ω_CXRのＣＸＲも発生する。この
時に、ＰＸＲのＸ線の振動数とＣＸＲの振動数が一致す
る方向では、共鳴現象が起きて、一般の共鳴現象と同様
に、その方向に放射されるＸ線の振幅が増大し、その振
幅の二乗で与えられる強度が著しく強くなる。

【００３１】したがって、ＰＸＲのＸ線の振動数ω_PXR
に基づく波長λ_PXR（＝光速ｃ／ω _PXR）と結晶体に固
有の特性Ｘ線（＝ＣＸＲ）の振動数ω_CXRに基づく波長
λ_CX _R（＝光速ｃ／ω_CXR）とを等しくして、ＰＸＲの
Ｘ線をＣＸＲと共鳴させて取り出すことにより、Ｘ線の
強度を著しく増加させることができる。この波長λ_PXR
と波長λ_CXRの一致によるＰＸＲのＸ線とＣＸＲの共鳴
は、たとえば、前述したようにＰＸＲのＸ線が式（数
１）のブラグ反射を満足するため、ブラグ角Θ_Bを変え
るとＰＸＲのＸ線の波長λ_PXRが変ることとなるので、
ブラグ角Θ_Bを調整する、つまり結晶体（５）面に対す
るＸ線（６）の取り出し角を調整することにより行なわ
れる。より具体的には、たとえばＸ線（６）の取り出し
角をΘをπ／２近辺に固定して、結晶格子面の方位を調
整することにより行なうことができる。なお、このよ
うな共鳴条件ではＸ線の感受率（＝Susceptibility）χ
（ω）は次式により表される。

【００３２】

【数５】したがって、ω_PXRがω_CXRに近づくと強度が
増す。非共鳴状態のＸ線強度に対する共鳴状態のＸ線強
度の増加比率ηは大きくなる。ところで、結晶体（５）
は、図２の例においては対陰極（４）における電子銃
（３）側の表面上に設けられているが、たとえば図３に
例示したように対陰極（４）から任意間隔離れて配設さ
れていてもよく、この場合では、結晶体（５）の取付・
交換などの整備が容易となるだけでなく、印加電圧およ
び電流による熱の影響を受けにくくなり、熱劣化等を抑
制することができる。なお、結晶体（５）は水冷などに
よって冷却することが好ましい。

【００３３】さらに、加速電子（２）を結晶体（５）に
対してすれすれに入射させる、つまり加速電子（２）の
結晶体（５）に対する入射方向と結晶体（５）とがなす
角φをすれすれとさせることにより、加速電子（２）の
結晶体（５）の衝突による発熱を低減することができ
る。ここですれすれとは、ＰＸＲが発生する程度に小さ
い角を意味し、たとえば数度以下とする。

【００３４】また、結晶体（５）自体が対陰極（４）を
なしていてもよい。対陰極（４）を兼ね、且つ方位のそ
ろった結晶体（５）、とくに熱伝導の優れたものとして
は、銅や金などがある。さらにまた、結晶体（５）は、
一つだけではなく、たとえば図４に例示したように二つ
以上配設されていてもよい。図４に示した例では、一方
の結晶体（５）が対陰極（４）の電子銃（３）側の表面
上に一体化されて設けられており、他方の結晶体
（５’）が結晶体（５）から任意間隔離れて配置されて
いる。このように複数個の結晶体（５）を用いることに
よって、一度に複数のＰＸＲの単色Ｘ線を取り出すこと
ができるようになる。もちろん、上述のように結晶体
（５）が対陰極（４）と任意間隔離れて配設されていて
も、それ自体が対陰極（４）をなしていてもよい。

【００３５】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。

【００３６】

【実施例】（実施例１）図５（ａ）（ｂ）は、各々、こ
の発明の一実施例であるＸ線発生装置の要部構成を例示
した正面図および平面図である。たとえばこれら図５
（ａ）（ｂ）に例示したように、この発明のＸ線発生装
置では、真空雰囲気とされた装置本体（１０）の内部に
電子銃（１１）と方位のそろった結晶体（１２）と対陰
極（１３）とが備えられており、電子銃（１１）からの
低電圧で加速された低エネルギーの電子（１４）が結晶
体（１２）に入射されて、結晶体（１２）からのパラメ
トリックＸ線放射のＸ線（１５）が取り出される。

【００３７】この場合さらに説明すると、陰極である電
子銃（１１）の電子発生源（図示していない）と対陰極
（１３）との間には、電源（１６）からの電圧が、電圧
導入部（１７）を介して装置本体（１０）内に導入され
て、印加される。電圧導入部（１７）は、たとえば電圧
ケーブルと電圧導入管とから構成されている。電源（１
６）は、通常の実験室レベルで準備可能なものであり、
電子（１４）を非相対論的低エネルギー、つまり相対論
による補正が必要なほど高いエネルギーではないエネル
ギーに加速させる程度の低い電圧、たとえば数十〜数百
Ｋｖの電圧を供給する。

【００３８】電子銃（１１）は、電子発生源から発生さ
れた電子を集束して結晶体（１２）に向けて発射する構
造を有しており、硝子で形成された支持台（１８）に取
り付けられている。結晶体（１２）は、この電子銃（１
１）に対面して、たとえば銅箔、タングステン、金など
の金属からなる対陰極（１３）の前面、つまり電子銃
（１１）側の表面上に設けられている。本実施例では、
結晶体（１２）は対陰極（１３）と一体化されている。
また、電子銃（１１）と結晶体（１２）とは、磁石で電
子を偏向する場合には必ずしも対面に配置されていなく
てもよい。

【００３９】そして、電子銃（１１）からの発射電子
（１４）が、上述したような低電圧で加速されて結晶体
（１２）に衝突され、ＰＸＲが発生し、Ｘ線（１５）が
取り出される。図５の例では、結晶体（１２）および対
陰極（１３）は、発生したＰＸＲのＸ線（１５）を所望
の波長に調整、設定するために装置本体（１０）内に備
えられたＸ線調整手段（１９）上に取り付けられてい
る。

【００４０】図６は、Ｘ線調整手段（１９）の要部構成
の一例を示したものである。たとえばこの図６に例示し
たＸ線調整手段（１９）では、基部（２０）上に、Φ旋
回テーブル（２１）、Ｙ移動テーブル（２２）、Ｘ移動
テーブル（２３）およびχ煽りテーブル（２４）が配設
されており、素子ホルダ（２５）に取り付けられた結晶
体（１２）および対陰極（１３）の位置および角度を調
整する機構を有している。

【００４１】さらに詳しくは、Φ旋回テーブル（２１）
は、コロベアリング（２６）を介して基板（２０）に対
し回動自在となっており、モータ（２７）の回転駆動力
がウオーム機構（２８）を介して伝達され、軸中心に水
平方向に回動し、素子ホルダ（２５）を旋回、つまり水
平方向Φに回転させる。Ｙ移動テーブル（２２）は、電
子（１４）の加速方向に直交する方向であるＹ方向に延
在するＹスライダ（２９）を介してΦ旋回テーブル（２
１）上に備えられており、モータ（３０）の回転駆動力
がボールねじ機構（３１）を介して伝達され、Ｙスライ
ダ（２９）に沿って移動し、素子ホルダ（２５）をＹ方
向に移動させる。

【００４２】Ｘ移動テーブル（２３）は、電子（１４）
の加速方向と平行な方向であるＸ方向に延在するＸスラ
イダ（３２）を介してＹ移動テーブル（２２）上に備え
られており、モータ（３３）の回転駆動力がボールねじ
機構（３４）を介して伝達され、Ｘスライダ（３２）に
沿って移動し、素子ホルダ（２５）をＸ方向に移動させ
る。

【００４３】χ煽りテーブル（２４）は、Ｘ移動テーブ
ル（２３）上に備えられており、モータ（３５）の回転
駆動力がウオーム機構（３６）を介して伝達され、素子
ホルダ（２５）を煽り動作、つまり電子銃（１１）側の
面を上下方向に首振り動作させる。このような各テーブ
ル（２１）（２２）（２３）（２４）の動作によって、
素子ホルダ（２５）に装着されている結晶体（１２）お
よび対陰極（１３）は、旋回、Ｘ−Ｙ移動、および煽り
動作を行い、電子銃（１１）からの入射電子に対する位
置および角度が調整される。

【００４４】各モータ（２７）（３０）（３３）（３
５）は、外部のコントローラ（図示していない）によっ
て制御可能とされていることが好ましく、装置本体（１
０）の外から任意に、且つ容易に調整制御を行なうこと
ができる。そして、このような結晶体（１２）自体の位
置・角度調整によって、入射電子に対する結晶体（１
２）面の方位が調整され、また、Ｘ線の取り出し方向が
調整されて、Ｘ線（１５）の波長が調整される。

【００４５】この発明では、ＰＸＲのＸ線（１５）の波
長を、上述のように調整して、結晶体を構成する元素固
有の特性Ｘ線の波長と一致させ、特性Ｘ線と共鳴させた
ＰＸＲＸ線（１５）を取り出すことで、前述の通り非常
に高い強度のＸ線を得ることができるようになる。さら
にまた、Ｘ線（１５）の取り出し方向も、入射電子（１
４）に対して略直角方向、好ましくはちょうど直角な方
向に調整することにより、前述の通りさらなる強度の向
上を図ることができる。

【００４６】なお、ＰＸＲのＸ線（１５）の取り出し
は、Ｘ線（１５）の出力方向Ｐを開放するように装置本
体（１０）に設けられたＸ線取出窓（３７）およびＸ線
透過部（３８）を介して行なわれる。Ｘ線取出窓（３
７）は、Ｘ線吸収が少ないベリリウムなどの材料により
構成されており、Ｘ線透過部（３８）は、たとえばソレ
ノイドなどの駆動手段（図示していない）により駆動さ
れる開閉シャッタ（３９）により任意に開閉可能とされ
ている。

【００４７】ところで、結晶体（１２）および対陰極
（１３）はエネルギーを持った加速電子（１４）の衝突
によって発熱するため、必要に応じて冷却されることが
望ましい。冷却する手段としては、たとえば図６に示し
たように循環経路（４０）および冷却ポンプ（図示して
いない）が配設され、冷却ポンプにより循環経路（４
０）に冷却水が送られて、結晶体（１２）および対陰極
（１３）が水冷される。図６の例では、循環経路（４
０）は素子ホルダ（２５）に内蔵されており、より効果
的に結晶体（１２）および対陰極（１３）を冷却するこ
ができる。

【００４８】このような冷却によって結晶体（１２）お
よび対陰極（１３）の劣化や損傷の抑制を図ることがで
きる。さらに、この場合、電気絶縁による装置の安全性
を図るために、電源（１６）からの印加電圧を上述のよ
うな冷却手段と同電位とし、電源（１６）の対陰極（１
３）への陽極と同電位の金属部材からなり、且つアース
電位からなるようにすることが好ましい。

【００４９】また、装置本体（１０）内には、内部を真
空雰囲気とするための真空ポンプ（４１）が備えられて
いるが、特にＰＸＲのＸ線を高強度とする必要がない場
合には、真空封入管式が利用されていてもよく、当然に
真空ポンプ（４１）や冷却ポンプ等は不要となる。図５
（ａ）における４２は、真空ポンプ（４１）のための排
気口である。

【００５０】さらにまた、加速電子（１４）を結晶体
（１２）に対して、ＰＸＲが発生する程度にすれすれ、
たとえば数度以下で入射させることにより、加速電子
（１４）が結晶体（１２）に衝突する際に発生する熱を
効果的に低減することができ、結晶体（１２）のダメー
ジを極力避けることができる。一方、結晶体（１２）
は、着脱自在に取り付けられており、たとえば装置本体
（１０）の上面に設けられた開口部（４３）を介して取
付や交換などを行なうことができる。さらに、電子銃
（１１）やフィラメントなどの取付、交換も行なえるよ
うに開口部（４４）が装置本体（１０）に設けられてい
てもよい。これらの開口部（４３）および（４４）はそ
れぞれ、たとえばねじ等の締結具を用いて装着された蓋
体（４５）および（４６）によって通常は閉塞されてい
る。

【００５１】（実施例２）図７（ａ）（ｂ）は、各々、
この発明のＸ線発生装置の別の一実施例を示した正面図
および平面図ものである。この図７に示した例では、結
晶体（１２）と対陰極（１３）とが任意間隔離れて配設
されている。対陰極（１３）は、装置本体（１０）の内
壁に備えられた支持台（４７）の前面に、電子銃（１
１）と対向して取り付けられており、結晶体（１２）
は、その対陰極（１３）と電子銃（１１）との間におい
て、前述の図６に例示したＸ線調整手段（１９）におけ
る素子ホルダ（２５）に装着されて、位置および角度が
調整自在とされている。

【００５２】このように結晶体（１２）が対陰極（１
３）と離れて備えられていると、対陰極（１３）と一体
化されている場合よりも、取付・交換などの整備が容易
となるだけでなく、対陰極（４）に電圧が加えられるの
で、その電圧による熱の影響を受けにくくなり、熱によ
る劣化等の障害を抑えることができる。もちろん、前述
したように、結晶体（１２）は、それ自体が対陰極（１
３）をなしていてもよい。また、二つ以上配設されてい
てもよく、この場合にも、一つの結晶体（１２）が対陰
極（１３）の電子銃（１１）側の表面上に設けられてい
たり、結晶体（１２）が互いに任意間隔離れて配置され
ていたたり、それ自体が対陰極（１３）を兼ねていたり
することができる。

【００５３】（実施例３）図８は、この発明のＸ線発生
装置のさらに別の一実施例を示したものである。この図
８に例示したＸ線発生装置では、一対の対向した電磁レ
ンズまたは電子に対する静電レンズからなる電子束平行
手段（４７）が、電子銃（１１）からの加速電子（１
４）を挟むように配設されており、この電子束平行手段
（４７）によって、加速電子（１４）のビームが相互に
平行にされるとともに、収束されて結晶体（１２）に入
射される。このような平行・収束電子ビームの衝突によ
り、均一な方向のＸ線（１５）が得られるようになる。

【００５４】また、この図８の例では、取り出されたＸ
線（１５）束を、たとえばあるポイントＳなどに向けて
偏向および集束する反射式光学ミラー（４８）も装置本
体（１０）の外に設けられている。この発明では、取り
出されるＸ線（１５）が単色Ｘ線であるので、その集束
には、従来のように特殊なブラグ反射Ｘ線光学素子を用
いる必要がなく、より単純な通常の反射式光学ミラー
（４８）で行なうことができる。

【００５５】（実施例４）さらに、この出願の発明は、
図９に例示したように、上述したこの発明のＸ線発生装
置（１００）をＸ線源として用いたＸ線構造解析システ
ムを実現する。図９に例示したこの発明のＸ線構造解析
システムでは、公知のゴニオメータと称する測角器（１
０１）に、試料台（１０２）、スリット（１０３）、受
光スリット（１０４）およびＸ線検出器（１０５）が備
えられ、Ｘ線源としてこの発明のＸ線発生装置（１０
０）が備えられている。さらに、Ｘ線発生装置（１０
０）から取り出されたＰＸＲのＸ線（１５）を偏向、集
束などする、前述の図８における反射式光学ミラー（４
８）と同様な、公知の反射式光学ミラー（１０６）もＸ
線発生装置（１００）と測角器（１０１）との間に設置
されている。

【００５６】Ｘ線発生装置（１００）からのＰＸＲの単
色Ｘ線（１５）束は、反射式光学ミラー（１０６）によ
り偏向、集束されて、スリット（１０３）を通り、試料
台（１０２）に装着されている単結晶などの結晶試料
（１０７）に入射されて、結晶試料（１０７）によるＸ
線の回折線が受光スリット（１０４）を介してＸ線検出
器（１０５）で検出される。

【００５７】そして、この回折線データを用い、たとえ
ばＸ線検出器（１０５）とデータ送受信可能に接続され
たコンピュータ（１０８）に内蔵されている分析・構造
解析プログラムによって、結晶試料（１０７）の結晶分
析が行なわれ、その構造が解析される。このように、こ
の発明のＸ線構造解析システムは、公知のＸ線構造解析
技術に上述したこの発明のＸ線発生装置をＸ線源として
利用したことに特徴があり、大掛かりな電子加速器や、
ブラグ反射Ｘ線光学素子などの特殊なＸ線光学素子を用
いずに、通常の実験室レベルで、容易に、且つ安価に、
優れた結晶分析および構造解析を行なうことができる。

【００５８】なお、コンピュータ（１０８）は、たとえ
ば、前述しようなＸ線発生装置（１００）における結晶
体の位置・角度調整による発生ＰＸＲのＸ線波長・方向
調整や印加電圧調整や冷却制御などの各種制御、試料台
（１０２）の位置・角度調整による結晶試料（１０７）
方向調整や測角器（１０１）などの制御をも行なうよう
になっていてもよい。もちろん、これらの制御は、分析
・解析用のコンピュータ（１０８）とは別体のコンピュ
ータにより行なわれてもよい。

【００５９】この発明は以上の例に限定されるものでは
なく、細部については様々な態様が可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この出願の発
明のＸ線発生方法および装置によって、電子加速器を用
いることなく、通常の実験室で得られる程度に低い電圧
で加速された非相対論的低エネルギーの電子によりパラ
メトリックＸ線放射を起こさせて単色Ｘ線を、所望の波
長および方向で、且つ高い強度で取り出すことができる
ようになり、全く新しい非常に優れたＸ線発生の基本的
技術が提供される。

【００６１】さらに、このＸ線発生装置をＸ線源として
用いることにより、簡単に、且つ安価にＸ線回折の測定
および結晶試料等の種々の物質の分析および構造解析を
行なうことのできるＸ線構造解析システムも提供され
る。これらの発明が、結晶分析などの様々なＸ線利用分
野に多大な影響を与えることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】パラメトリックＸ線放射の発生原理を概念的に
例示した説明図である。

【図２】この発明によるパラメトリックＸ線放射のＸ線
取り出しを例示した図である。

【図３】結晶体が対陰極と離れて配設されている場合の
パラメトリックＸ線放射のＸ線取り出しを例示した図で
ある。

【図４】結晶体が複数個配設されている場合のこの発明
によるパラメトリックＸ線放射のＸ線取り出しを例示し
た図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は、各々、この発明の一実施例で
あるＸ線発生装置の要部構成を例示した透過正面図およ
び透過平面図である。

【図６】Ｘ線調整部の要部構成の一例を示した断面図で
ある。

【図７】（ａ）（ｂ）は、各々、この発明の別の一実施
例であるＸ線発生装置の要部構成を例示した透過正面図
および透過平面図である。

【図８】この発明のさらに別の一実施例であるＸ線発生
装置の要部構成を例示した透過平面図である。

【図９】この発明のＸ線構造解析システムを例示した要
部構成図である。

【符号の説明】

１真空空間２電子３電子銃４対陰極５，５’ 結晶体６Ｘ線１０装置本体１１電子銃１２結晶体１３対陰極１５Ｘ線１６電源１７電圧導入部１８支持台１９Ｘ線調整手段２０基部２１ Φ旋回テーブル２２Ｙ移動テーブル２３Ｘ移動テーブル２４ χ煽りテーブル２５素子ホルダ２６コロベアリング２７モータ２８ウオーム機構２９Ｙスライダ３０モータ３１ボールねじ機構３２Ｘスライダ３３モータ３４ボールねじ機構３５モータ３６ウオーム機構３７Ｘ線取出窓３８Ｘ線透過部３９開閉シャッタ４０循環経路４１真空ポンプ４２排気口４３，４４開口部４５，４６蓋体４７電子束平行手段４８反射式光学ミラー１００Ｘ線発生装置１０１測角器１０２試料台１０３スリット１０４受光スリット１０５Ｘ線検出器１０６反射式光学ミラー１０７結晶試料１０８コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者表和彦東京都昭島市松原町３丁目９番12号理学電機株式会社内 (72)発明者ウラジミルギリゴリヴィチバリシェヴスキーリパブリックオブベラルーシ、ミンスク 220050、ボブルイスカヤストリート 11、インスティテュトオブニュクレアプロブレム内 (72)発明者イリヤダヴェダヴィチフェランチュクリパブリックオブベラルーシ、ミンスク 220050、スカリニーアベニュー４、バイロロッシアンステートユニバーシティ内 (72)発明者アレクサンダーペトロヴィチウリヤネンコフリパブリックオブベラルーシ、ミンスク 220050、ボブルイスカヤストリート 11、インスティテュトオブニュクレアプロブレム内Ｆターム(参考） 4C092 AA02 AA16 AA20 AB11 AB12 AB15 BD01 BD09 BD17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空空間において、電子銃から低い電圧
で加速された低エネルギー電子を方位のそろった結晶体
に入射させて、結晶体からのパラメトリックＸ線放射を
発生させてＸ線を取り出すことを特徴とするＸ線発生方
法。
【請求項２】パラメトリックＸ線放射のＸ線を、結晶
体を構成する元素固有の特性Ｘ線と共鳴させて取り出す
請求項１のＸ線発生方法。
【請求項３】加速電子を結晶体に対してすれすれに入
射させる請求項１または２のＸ線発生方法。
【請求項４】装置本体の真空内部に電子銃と方位のそ
ろった結晶体と対陰極とが備えられており、電子銃から
低い電圧で加速された低エネルギー電子が前記結晶体に
入射されて、結晶体からのパラメトリックＸ線放射が発
生され、Ｘ線が取り出されることを特徴とするＸ線発生
装置。
【請求項５】所望のＸ線強度が得られるように電圧お
よび電流が調整される請求項４のＸ線発生装置。
【請求項６】電圧が５００ｋｅＶ以下である請求項４
または５のＸ線発生装置。
【請求項７】パラメトリックＸ線放射のＸ線が、結晶
体を構成する元素固有の特性Ｘ線と共鳴されて取り出さ
れる請求項４ないし６のいずれかのＸ線発生装置。
【請求項８】Ｘ線が入射電子に対して略直角方向に取
り出される請求項４ないし７のいずれかのＸ線発生装
置。
【請求項９】結晶体が一つまたは複数備えられている
請求項４ないし８のいずれかのＸ線発生装置。
【請求項１０】一つの結晶体が対陰極の電子銃側の面
上に備えられている請求項９のＸ線発生装置。
【請求項１１】結晶体と対陰極が互いに任意間隔離れ
て配設されている請求項９のＸ線発生装置。
【請求項１２】一つの結晶体が対陰極をなしている請
求項９のＸ線発生装置。
【請求項１３】結晶体が着脱自在に備えられている請
求項４ないし１２のいずれかのＸ線発生装置。
【請求項１４】入射電子に対する結晶体面の方位を変
えることにより取り出すＸ線の波長が調整可能とされて
いる請求項４ないし１３のＸ線発生装置。
【請求項１５】入射電子に対する結晶体面の方位を変
えてＸ線の波長を調整するＸ線波長調整手段が、装置本
体内に備えられており、装置本体外から制御可能とされ
ている請求項１４のＸ線発生装置。
【請求項１６】Ｘ線の取り出し方向を変えることによ
りＸ線の波長が調整可能とされている請求項４ないし１
５のＸ線発生装置。
【請求項１７】Ｘ線の取り出し方向を変えてＸ線の波
長を調整するＸ線波長調整手段が、装置本体内に備えら
れており、装置本体外から制御可能されている請求項１
６のＸ線発生装置。
【請求項１８】結晶体を冷却する手段が備えられてい
る請求項４ないし１７のいずれかのＸ線発生装置。
【請求項１９】対陰極を冷却する手段が備えられてい
る請求項４ないし１８のいずれかのＸ線発生装置。
【請求項２０】加速電子が結晶体に対してすれすれに
入射される請求項４ないし１９のいずれかのＸ線発生装
置。
【請求項２１】請求項４ないし２０のいずれかのＸ線
発生装置をＸ線源として備え、そのＸ線発生装置からの
Ｘ線を用いて物質を分析して、その構造を解析するＸ線
構造解析システム。
【請求項２２】Ｘ線発生装置からのＸ線を結晶試料上
に集束する反射式光学ミラーが備えられている請求項２
１のＸ線構造解析システム。