JP2005227058A - Small-sized point x-ray source using pore - Google Patents

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卓郎 酒井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray source of a point X-ray source with high brightness realized by a small-sized device, and capable of irradiating a sample in the atmosphere. <P>SOLUTION: In a method using an X-ray as a point light source, a primary beam is injected, in a vacuum condition, from one end of a pore constituted of a target material generating the X-ray by irradiation of the primary beam to irradiate an inner wall of the pore, and the generated X-ray is converged by reflection in the pore to outgo from the other end of the pore. In this device used as the small-sized point X-ray source provided with the pore constituted of the target material generating the X-ray by the irradiation of the primary beam, the pore functions as an X-ray generating part for generating the X-ray by the irradiation of the primary beam, and functions as an optical system for converging the generated X-ray. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、小型点X線源に関するものであり、より詳しくは、小型の装置で実現した高輝度な点X線源であって、大気中の試料への照射が可能なX線源に関するものである。   The present invention relates to a small-sized point X-ray source, and more particularly to a high-intensity point X-ray source realized by a small apparatus, which can irradiate a sample in the atmosphere. It is.

X線は、生体内部の撮影など医療分野はもとより、試料の非破壊検査、材料の構造解析など、非常に幅広い分野で利用されている。従来、X線を利用する際には、真空中で数十〜百keV程度に加速された電子線を、平面もしくは曲面のターゲット材に照射し、そこで発生するX線を、ターゲット材を含むX線発生手段から独立しているX線光学系により集光し、利用に供している(例えば、非特許文献1参照)。   X-rays are used in a very wide range of fields, such as non-destructive inspection of samples and structural analysis of materials, as well as medical fields such as radiographic imaging. Conventionally, when X-rays are used, a flat or curved target material is irradiated with an electron beam accelerated to about several tens to one hundred keV in a vacuum, and the X-rays generated there are converted to X containing the target material. The light is condensed by an X-ray optical system independent from the line generating means and used (for example, see Non-Patent Document 1).

このようなX線源のうち、特に、高輝度の点光源を要する場合には、一次ビームである電子線を細く絞り、X線の発生する領域を微少点にすることが必要となる。
しかしこのとき、限定された非常に狭い領域に、集約された電子線が照射されることから、ターゲット材において、局所的な発熱に起因する損傷が大きな問題となる。また、X線は等方的に発生するため、X線光学系に入射するX線量はターゲット材とX線光学系との距離に依存し、光源としての効率を高めるためには、X線の発生量を大きくすることと、高性能のX線光学系を使用することによらざるを得なかった。さらに、真空中で発生したX線を大気中に取り出すためには、X線を適当な材質で作られた窓に通す必要があり、特に、1keV以下の軟X線領域では窓での吸収が大きくなるため、強度の強いX線を大気中で得ることはできなかった。
Among such X-ray sources, particularly when a high-luminance point light source is required, it is necessary to narrow down the electron beam, which is the primary beam, so that the region where X-rays are generated is a minute point.
However, at this time, since the concentrated electron beam is irradiated to a limited and very narrow region, damage caused by local heat generation becomes a serious problem in the target material. Further, since X-rays are generated isotropically, the X-ray dose incident on the X-ray optical system depends on the distance between the target material and the X-ray optical system, and in order to increase the efficiency as a light source, The generation amount must be increased, and a high-performance X-ray optical system must be used. Furthermore, in order to extract X-rays generated in a vacuum to the atmosphere, it is necessary to pass the X-rays through a window made of an appropriate material. Due to the increase, it was impossible to obtain strong X-rays in the atmosphere.

その他の方法としては、大型の加速器(シンクロトロン)を使用して、高エネルギー電子(>数百MeV)が磁場中で偏向する際に発生する放射光を高輝度X線源として用いる方法もあるが、この方法は大規模設備を必要とするうえ、利用できる施設も非常に限定されている。
庄野利之、外1名,「入門機器分析化学」,三共出版株式会社,昭和63年10月10日,p.99−104
As another method, there is a method using a large accelerator (synchrotron) and using the emitted light generated when high energy electrons (> several hundred MeV) are deflected in a magnetic field as a high brightness X-ray source. However, this method requires large-scale equipment and the facilities that can be used are very limited.
Toshiyuki Shono, 1 other, “Introductory Instrumental Analytical Chemistry”, Sankyo Publishing Co., Ltd., October 10, 1988, p. 99-104

小型の装置で実現した高輝度な点X線源であって、大気中の試料への照射が可能なX線源を提供することが、本発明の課題である。   It is an object of the present invention to provide a high-intensity point X-ray source realized by a small apparatus and capable of irradiating a sample in the atmosphere.

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究した結果、ターゲット材から構成された細孔を、一次ビーム照射によりX線を発生させるX線発生部、ならびに、発生したX線を集束する光学系として採用することにより、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has found that an X-ray generation unit that generates X-rays by irradiating a primary beam to a pore formed of a target material, and an optical that focuses the generated X-ray The present invention was completed by adopting it as a system.

すなわち、本発明は、X線を点光源として利用する方法であって、真空中で、一次ビームを、該一次ビーム照射によりX線を発生させるターゲット材から構成された細孔の一端から入射して、該細孔の内壁に照射し、発生したX線を該細孔内での反射により集束して該細孔の他端から取り出すことを特徴とするものである。   That is, the present invention is a method of using X-rays as a point light source, in which a primary beam is incident from one end of a pore formed of a target material that generates X-rays by irradiation with the primary beam. Then, the inner wall of the pore is irradiated, and the generated X-ray is focused by reflection in the pore and taken out from the other end of the pore.

また、本発明は、上記方法において、一次ビームの線幅を、該一次ビームを入射させる細孔入口の幅より小さくしたことを特徴とするものである。
また、本発明は、上記いずれかの方法において、X線を細孔から直接大気圧下に取り出すことを特徴とするものである。
Further, the present invention is characterized in that, in the above method, the line width of the primary beam is made smaller than the width of the pore entrance through which the primary beam is incident.
Further, the present invention is characterized in that, in any of the above methods, X-rays are extracted directly from the pores under atmospheric pressure.

さらに、本発明は、一次ビームの照射によりX線を発生させるターゲット材から構成された細孔を具備する小型点X線源として使用可能な装置であって、該細孔が、一次ビーム照射によりX線を発生させるX線発生部として機能し、また、発生したX線を集束する光学系として機能することを特徴とするものである。   Furthermore, the present invention is an apparatus that can be used as a small-sized point X-ray source having a pore composed of a target material that generates X-rays by irradiation with a primary beam, the pore being formed by irradiation with a primary beam. It functions as an X-ray generator that generates X-rays, and also functions as an optical system that focuses the generated X-rays.

本発明は、小型の装置で高輝度点X線源を形成できることが大きな特徴である。本発明の小型点X線源によれば、X線を発生するターゲット材を適宜変えることにより、様々な波長のX線を得ることが可能である。   A major feature of the present invention is that a high-intensity point X-ray source can be formed with a small apparatus. According to the small point X-ray source of the present invention, X-rays of various wavelengths can be obtained by appropriately changing the target material that generates X-rays.

また、本発明にしたがえば、従来、形成が困難であった高輝度のX線点光源を、小型の発生装置で形成することが可能となり、その波及効果は、小型のX線顕微鏡の開発が可能となるなど非常に大きい。   In addition, according to the present invention, a high-intensity X-ray point light source that has been difficult to form can be formed with a small generator, and the ripple effect is the development of a small X-ray microscope. It is very big.

本発明においては、真空中で一次ビーム発生手段により発生させた一次ビームを、一次ビーム照射によりX線を発生させるターゲット材から構成された細孔の一端から入射して、細孔の内壁に照射し、X線を発生させる。発生したX線は、細孔内での反射により集束し、窓を通過することなく、このまま大気中又は真空中に取り出され利用される。   In the present invention, the primary beam generated by the primary beam generating means in a vacuum is incident from one end of a pore composed of a target material that generates X-rays by primary beam irradiation, and irradiates the inner wall of the pore. X-rays are generated. The generated X-rays are focused by reflection in the pores, and are extracted and used in the atmosphere or vacuum without passing through the window.

本発明において、ターゲット材は、一次ビーム照射によりX線を発生させる目的で一般に使用されるターゲット材を使用することができる。ターゲット材の材質は、発生させるX線の波長に応じて適宜選択することができる。「一次ビーム」とは、ターゲット材に照射してX線に変換するためのビームであり、例えば、電子線、イオンビームである。一次ビームは、例えば、電子銃、イオンビーム発生装置などの当技術分野において既知の手段を用いて供給することができる。一次ビームを細孔に入射する前には、電磁レンズ等の当技術分野において既知のいずれかの手段により、適する線幅に集束することが好ましい。   In the present invention, as the target material, a target material generally used for the purpose of generating X-rays by primary beam irradiation can be used. The material of the target material can be appropriately selected according to the wavelength of X-rays to be generated. The “primary beam” is a beam for irradiating the target material to convert it into X-rays, and is, for example, an electron beam or an ion beam. The primary beam can be supplied using means known in the art such as, for example, an electron gun, an ion beam generator. Before the primary beam is incident on the aperture, it is preferably focused to a suitable line width by any means known in the art such as an electromagnetic lens.

本発明は、一次ビームをX線に変換するため、「ターゲット材から構成された細孔」を採用する点で顕著な特徴を有する発明であり、かかる特徴により、小型の装置で高輝度な点X線源を形成できることが可能である。本発明において、細孔はX線発生部としての機能のみならず、発生したX線を集束する光学系としての機能も有している。細孔の内径は大きくとも約10μmである。約10μm以下の内径であれば、気体分子が細孔を通過することは殆どなく、X線発生部の気密を充分に高く保持することができる。細孔の長さ(ターゲット材の厚さ)は、好ましくは、約100μm〜数mmの範囲である。細孔内壁の形状は、発生したX線の反射効率を高くするため、平滑であることが望ましい。   The present invention is an invention having a remarkable feature in adopting “a fine hole made of a target material” in order to convert a primary beam into X-rays. It is possible to form an x-ray source. In the present invention, the pore has not only a function as an X-ray generator, but also a function as an optical system for focusing the generated X-ray. The inner diameter of the pore is at most about 10 μm. When the inner diameter is about 10 μm or less, gas molecules hardly pass through the pores, and the airtightness of the X-ray generation part can be kept sufficiently high. The length of the pores (thickness of the target material) is preferably in the range of about 100 μm to several mm. The shape of the inner wall of the pore is preferably smooth in order to increase the reflection efficiency of generated X-rays.

一次ビームは、一次ビームを入射するための細孔入口から細孔内部に導入され、細孔の内壁に衝突する。電子線を細孔内壁に照射することによりX線が発生し、発生したX線は、細孔内壁と衝突し反射を繰り返しながら集束し、細孔の他端から取り出される。細孔内部で発生したX線において、浅い角度で細孔内壁に入射するものは、全反射することから、X線を効率よく細孔出口から取り出すことができる。   The primary beam is introduced into the pore from the entrance of the pore for entering the primary beam, and collides with the inner wall of the pore. X-rays are generated by irradiating the inner wall with an electron beam, and the generated X-ray collides with the inner wall of the pore and converges while repeating reflection, and is taken out from the other end of the pore. Of the X-rays generated inside the pores, those incident on the inner wall of the pores at a shallow angle are totally reflected, so that the X-rays can be efficiently extracted from the pore outlet.

一次ビームを細孔内壁に照射する際には、電磁レンズを調整して一次ビームを集束し、一次ビームの線幅を細孔入口の幅より小さくすることが好ましい。こうすることにより、すべての電子が、ターゲット材の細孔内部に導入され、X線発生に利用される。   When irradiating the inner wall of the pore with the primary beam, it is preferable to adjust the electromagnetic lens to focus the primary beam so that the line width of the primary beam is smaller than the width of the entrance of the pore. By doing so, all electrons are introduced into the pores of the target material and used for X-ray generation.

また、一次ビームを内壁表面に対して平行に近い角度で細孔内部に入射することにより、細孔内壁への照射面を大きくすることができ、一次ビームのエネルギー密度が小さくなることから、ターゲット材の局所的な発熱を抑え、損傷を最小限にすることができる。   In addition, by irradiating the primary beam into the inside of the pore at an angle close to parallel to the inner wall surface, the irradiation surface to the inner wall of the pore can be increased and the energy density of the primary beam is reduced. The local heat generation of the material can be suppressed and damage can be minimized.

さらに、X線を取り出すための細孔出口を、一次ビームを入射するための細孔入口より細くすることにより、細孔内で発生したX線を容易に集光することが可能である。
また、本発明においては、細孔出口の外部の雰囲気を大気圧にすることが可能であるため、高輝度の点X線源を大気中で形成することができる。
Furthermore, the X-rays generated in the pores can be easily condensed by making the pore outlet for extracting X-rays narrower than the pore inlet for entering the primary beam.
In the present invention, since the atmosphere outside the pore outlet can be set to atmospheric pressure, a high-intensity point X-ray source can be formed in the atmosphere.

本発明にしたがって、一次ビームの照射によりX線を発生させるターゲット材から構成された細孔を、X線発生部ならびに発生したX線を集束する光学系としての機能させることにより、従来は実現不可能であった小型で高輝度な点X線源を実現することができる。細孔と、真空中で一次ビームを発生させる一次ビーム発生手段と、一次ビームを適する線幅に調整するための電磁レンズとを具備する小型点X線源は、例えば、現在一般に使用されている家庭用テレビのブラウン管程度の大きさで実現することができる。   In accordance with the present invention, a pore formed of a target material that generates X-rays by irradiation with a primary beam functions as an X-ray generator and an optical system that focuses the generated X-rays. A small and high-brightness point X-ray source that has been possible can be realized. A small point X-ray source including a pore, a primary beam generating means for generating a primary beam in a vacuum, and an electromagnetic lens for adjusting the primary beam to an appropriate line width is currently generally used, for example. It can be realized as large as a CRT for a home TV.

以下、本発明を実施例により説明するが、この実施例は本発明の一態様であり、本発明をいかなるようにも限定するものではない。
実施例
実施例1
図1に本発明の一態様である点X線源の模式図を示す。図1(a)は全体図であり、図1(b)は細孔部の断面図である。この態様においては、真空中で電子銃により発生させた電子線を適当な電磁レンズにより集束し、集束した電子線を、ターゲット材に形成された細孔の内壁に照射してX線に変換する。電磁レンズを調整して電子線を集束し、電子線の線幅を細孔の入口の幅より小さくすることにより、すべての電子が、ターゲット材の細孔内部に導入され、X線発生に利用される。図1(b)に示すように、電子線を内壁表面に対して平行に近い角度で細孔内部に入射することにより、広い面積に照射することができ、電子の飛程に沿って発生したX線を効率よく利用することが可能になる。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this Example is one aspect | mode of this invention and does not limit this invention in any way.
Example Example 1
FIG. 1 shows a schematic diagram of a point X-ray source which is one embodiment of the present invention. FIG. 1A is an overall view, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a pore portion. In this embodiment, an electron beam generated by an electron gun in a vacuum is focused by an appropriate electromagnetic lens, and the focused electron beam is irradiated onto the inner wall of a pore formed in the target material to convert it into X-rays. . By adjusting the electromagnetic lens to focus the electron beam and making the electron beam line width smaller than the width of the entrance of the pore, all electrons are introduced into the pore of the target material and used for X-ray generation Is done. As shown in FIG. 1B, an electron beam is incident on the inside of the pore at an angle close to parallel to the inner wall surface, so that a wide area can be irradiated and generated along the electron range. X-rays can be used efficiently.

実施例2
本発明の別の態様を図2に示す。図2は、細孔の内壁が平行ではなく、角度がある場合、すなわち、電子線を入射するための細孔入口が広く、X線を放出するための細孔出口が細い細孔の断面図である。ターゲット材以外の、電子銃、電磁レンズ等の構成、配置は実施例1と同様である。この態様においては、X線を放出するための細孔出口を、電子線を入射するための細孔入口よりも細くすることにより、細孔内で発生したX線を容易に集光することができ、より高輝度のX線を得ることが可能である。
Example 2
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a pore in which the inner wall of the pore is not parallel but has an angle, that is, the pore entrance for emitting an electron beam is wide and the pore exit for emitting an X-ray is thin. It is. Other than the target material, the configuration and arrangement of an electron gun, an electromagnetic lens, and the like are the same as in the first embodiment. In this aspect, the X-ray generated in the pores can be easily condensed by making the pore outlet for emitting X-rays thinner than the pore inlet for entering the electron beam. It is possible to obtain X-rays with higher brightness.

図1は、本発明の点X線源の一態様を示す模式図であり、(a)は全体図、(b)は細孔部の断面図である。1A and 1B are schematic views showing an aspect of the point X-ray source of the present invention. FIG. 1A is an overall view, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a pore portion. 図2は、本発明の別の態様の点X線源であって、細孔の内壁が平行ではなく、角度がある場合の細孔の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a point X-ray source according to another aspect of the present invention, in which the inner wall of the pore is not parallel and has an angle.

Claims (4)

X線を点光源として利用する方法であって、真空中で、一次ビームを、該一次ビーム照射によりX線を発生させるターゲット材から構成された細孔の一端から入射して、該細孔の内壁に照射し、発生したX線を該細孔内での反射により集束して該細孔の他端から取り出すことを特徴とする方法。   A method of using X-rays as a point light source, in which a primary beam is incident from one end of a pore made of a target material that generates X-rays by irradiation of the primary beam in a vacuum. A method of irradiating an inner wall, focusing generated X-rays by reflection in the pores, and taking out from the other end of the pores. 一次ビームの線幅を、該一次ビームを入射させる細孔入口の幅より小さくしたことを特徴とする、請求項1記載の方法。   2. The method according to claim 1, wherein the line width of the primary beam is made smaller than the width of the pore entrance through which the primary beam is incident. X線を細孔から直接大気圧下に取り出すことを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein X-rays are extracted directly from the pores under atmospheric pressure. 一次ビームの照射によりX線を発生させるターゲット材から構成された細孔を具備する小型点X線源として使用可能な装置であって、該細孔が、一次ビーム照射によりX線を発生させるX線発生部として機能し、また、発生したX線を集束する光学系として機能することを特徴とする装置。

An apparatus that can be used as a small point X-ray source having a pore made of a target material that generates X-rays by irradiation with a primary beam, the X-ray generating X-rays by irradiation with a primary beam An apparatus that functions as a ray generator and functions as an optical system that focuses generated X-rays.

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