JP2005332785A - Laser plasma x-ray generating system - Google Patents
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Abstract
Description
この出願の発明は、高尖頭パワーを有し所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザ光を、固体標的物質をターゲットとして集光照射することにより、高温高密度プラズマを生成し、該高温高密度プラズマからパルスX線(レーザープラズマX線)を連続的に繰り返し発生させるレーザープラズマX線発生装置に関し、特に、化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材を液体窒素等により極低温に冷却した回転円筒体の外表面に接触させることにより冷却し、固体化し結晶となって回転円筒体の外表面に付着クライオターゲット層として形成されるクライオターゲット層をパルスレーザー光照射のターゲットとするレーザープラズマX線発生装置に関するものである。 The invention of this application generates high-temperature and high-density plasma by condensing and irradiating pulsed laser light having a high peak power and repeatedly output at a predetermined frequency, using a solid target material as a target. The present invention relates to a laser plasma X-ray generator that continuously and repeatedly generates pulse X-rays (laser plasma X-rays) from density plasma. Particularly, a target material that is chemically inert and in a gaseous state at room temperature is cooled to a cryogenic temperature by liquid nitrogen or the like. A laser that is cooled by bringing it into contact with the outer surface of the cooled rotating cylinder, solidifies into crystals, and is formed on the outer surface of the rotating cylinder as a cryotarget layer that is applied as a target for pulsed laser light irradiation. The present invention relates to a plasma X-ray generator.
高尖頭パワーを有し所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザー光を、固体標的物質をターゲットとして集光照射することにより、高温高密度プラズマを生成し、該高温高密度プラズマからパルスX線(レーザープラズマX線)を連続的に繰り返し発生させるレーザープラズマX線発生装置として、本発明者らが開発した、Ke(キセノン)等の化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材を液体窒素等により極低温に冷却した回転円筒体の外表面に接触させることにより、冷却し、固体化し結晶となって回転円筒体の外表面に付着したクライオターゲット層を形成して、そのクライオターゲット層をパルスレーザー光照射のターゲットとするレーザープラズマX線発生装置が従来から知られている(特許文献1、2参照。)。
High-density plasma is generated by irradiating and condensing pulsed laser light with high peak power, which is repeatedly output at a predetermined frequency, using a solid target substance as a target. As a laser plasma X-ray generator that continuously and repeatedly generates (laser plasma X-rays), liquids of chemically inert and gaseous target materials such as Ke (xenon) developed by the present inventors. By contacting the outer surface of the rotating cylinder cooled to a cryogenic temperature with nitrogen or the like, the cryotarget layer is cooled and solidified to form crystals that adhere to the outer surface of the rotating cylinder. Conventionally known is a laser plasma X-ray generator that uses a pulse laser beam irradiation target (see
このレーザープラズマX線発生装置においては、回転円筒体の回転方向または軸方向への移動あるいはそれら2方向への移動の組み合わせにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点に対してクライオターゲット層を有する回転円筒体表面が面方向へ移動して、回転円筒体表面上で集光照射点が移動し、その間、ターゲット材が連続的に供給されて、パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層は修復される。そして、所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザー光が、順次、クライオターゲット層表面の修復した箇所へ集光照射され、パルスX線が連続的に繰り返し発生する。
しかし、上記従来のレーザープラズマX線発生装置では、ターゲット材は極低温に冷却された回転円筒体の外表面に接触し固体化することによる固着力のみで付着しているため、パルスレーザー光照射による熱衝撃や回転円筒体の上下移動によって剥がれ落ちる可能性があり、剥がれ落ちた場合、安定してパルスX線を発生できないばかりか、回転円筒体にレーザー光が直接当たり、浸食して穴をあける恐れがある。 However, in the above-mentioned conventional laser plasma X-ray generator, the target material is attached only by the fixing force due to contact with the outer surface of the rotating cylindrical body cooled to a cryogenic temperature and solidified, so that the pulse laser beam irradiation May cause peeling due to the thermal shock caused by the vertical movement of the rotating cylinder, and if it is peeled off, not only can stable pulse X-rays be generated, but also the laser beam directly hits the rotating cylinder and erodes the holes. There is a danger
また、上記従来のレーザープラズマX線発生装置において、発生した軟X線(パルスX線)がターゲット材として供給するキセノンガス等の分子によって吸収されてしまわないようにするためには、回転円筒体をカバー(クライオ化カバー)で覆い、さらにそのカバーの周りを真空チャンバーとして、洩れ出たキセノンガス等を真空ポンプで吸引して常時ある程度の真空度に保持しておく必要があるが、そのようにカバーの周りを真空チャンバーとして、ある程度の真空度に保持しようとした場合、クライオターゲット層の修復のために供給するキセノンガス等のターゲット材がどんどん真空チャンバーへ洩れてしまって、修復箇所でのターゲット材のガス密度が下がり、レーザー光照射跡のクライオターゲット層の修復速度が遅くなって、修復が安定せず、パルスX線の発生が安定しなくなる可能性がある。 Further, in the conventional laser plasma X-ray generator, in order to prevent generated soft X-rays (pulse X-rays) from being absorbed by molecules such as xenon gas supplied as a target material, a rotating cylindrical body is used. It is necessary to cover the cover with a cover (cryo cover), and to use the vacuum chamber around the cover to suck out the leaked xenon gas etc. with a vacuum pump and keep it at a certain degree of vacuum at all times. If the vacuum chamber around the cover is used to maintain a certain degree of vacuum, the target material such as xenon gas supplied for repair of the cryo target layer leaks into the vacuum chamber more and more at the repair site. The gas density of the target material decreases, the repair speed of the cryo target layer of the laser beam irradiation trace becomes slow, Recovery is not stable, the generation of pulse X-rays may become unstable.
本発明は、こうした問題点を解決するもので、極低温に冷却した回転円筒体の外表面に、化学的に不活性で室温ではガス状態であるキセノンガス等のターゲット材を供給し固体化させて形成するクライオターゲット層を回転円筒体の外表面のパルスレーザー光が集光照射される位置に安定して形成でき、安定してパルスX線を発生することができるレーザープラズマX線発生装置を提供することを目的とする。 The present invention solves these problems by supplying a target material such as xenon gas, which is chemically inert and in a gaseous state at room temperature, to the outer surface of a rotating cylinder cooled to a very low temperature and solidified. A laser plasma X-ray generator capable of stably forming a cryo-target layer to be formed at a position where pulse laser light on the outer surface of a rotating cylindrical body is focused and irradiated, and generating pulse X-rays stably The purpose is to provide.
請求項1に係る発明のレーザープラズマX線発生装置は、化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材をガス状態にて供給し、内部に液体窒素等の冷媒を導入して極低温に冷却した回転円筒体の外表面に接触させることにより、冷却して、固体化し結晶となって前記回転円筒体の外表面に付着したクライオターゲット層を形成し、該クライオターゲット層の表面に、高尖頭パワーを有し所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザー光を集光照射するとともに、前記回転円筒体の回転方向または軸方向への移動あるいはそれら2方向への移動の組み合わせにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点に対して前記クライオターゲット層を形成した回転円筒体の外表面を面方向へ移動させて、該回転円筒体の外表面上で前記集光照射点を相対移動させ、前記パルスレーザー光の集光照射により高温高密度プラズマを生成し、該パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層を前記ターゲット材の供給により修復し、前記高温高密度プラズマからパルスX線を連続的に繰り返し発生させるレーザープラズマX線発生装置において、前記回転円筒体の外表面の前記パルスレーザー光が集光照射される位置にターゲット材を堆積させる結晶固定溝を設け、この結晶固定溝に向けてターゲット材が供給されるようターゲット材供給口を配置したことを特徴とする。 The laser plasma X-ray generator according to the first aspect of the present invention supplies a target material that is chemically inert and in a gaseous state at room temperature in a gaseous state, and introduces a refrigerant such as liquid nitrogen into the cryogenic temperature. By contacting the outer surface of the cooled rotating cylinder, it is cooled and solidified to form crystals that form a cryotarget layer attached to the outer surface of the rotating cylinder. By focusing and irradiating pulsed laser light having a peak power and repeatedly output at a predetermined frequency, spatial movement can be achieved by moving the rotating cylindrical body in the rotational direction or axial direction, or by combining these two directions. The outer surface of the rotating cylindrical body on which the cryotarget layer is formed is moved in the plane direction with respect to the focused irradiation point of the pulsed laser beam fixed to the surface of the rotating cylindrical body. The high temperature and high density plasma is generated by the focused irradiation of the pulsed laser beam, and the cryo target layer in which the crater hole is generated by the plasma conversion by the focused laser beam is applied to the target. In a laser plasma X-ray generator that repairs by supplying a material and continuously generates pulse X-rays from the high-temperature and high-density plasma, a position where the pulsed laser light on the outer surface of the rotating cylinder is focused and irradiated A crystal fixing groove for depositing a target material is provided on the substrate, and a target material supply port is arranged so that the target material is supplied toward the crystal fixing groove.
このレーザープラズマX線発生装置は、Ke(キセノン)等の化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材が、ガス状態にて、回転円筒体外表面の結晶固定溝に向けて供給される。そして、そのガス状態のターゲット材が、極低温に冷却された回転円筒体の外表面の結晶固定溝の壁面に接触して、冷却され、固体化し結晶となって付着し、堆積して、クライオターゲット層を形成する。そして、そのクライオターゲット層の表面に、高尖頭パワーを有するパルスレーザー光が集光照射されることにより、高温高密度プラズマが生成され、該高温高密度プラズマからパルスX線が発生する。そして、回転円筒体の回転方向または軸方向への移動あるいはそれら2方向への移動の組み合わせにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点に対して、回転円筒体の外表面が面方向へ移動して、回転円筒体の外表面の結晶固定溝に形成されたクライオターゲット層上で集光照射点が移動し、その間、ターゲット材が連続的に供給されて、パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層の修復が行われる。 In this laser plasma X-ray generator, a chemically inactive target material, such as Ke (xenon), which is in a gas state at room temperature, is supplied in a gas state toward the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylinder. Then, the target material in the gaseous state comes into contact with the wall of the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylinder cooled to a cryogenic temperature, and is cooled, solidified and attached as crystals, deposited, A target layer is formed. The surface of the cryo-target layer is focused and irradiated with pulsed laser light having a high peak power, thereby generating high-temperature high-density plasma and generating pulse X-rays from the high-temperature high-density plasma. Then, the outer surface of the rotating cylindrical body is moved with respect to the focused irradiation point of the pulse laser beam spatially fixed by the movement of the rotating cylindrical body in the rotational direction or the axial direction or the combination of the movement in the two directions. The converging irradiation point moves on the cryo target layer formed in the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylindrical body while moving in the plane direction, while the target material is continuously supplied, and the pulse laser beam The cryo-target layer in which the crater hole is generated by the plasma generation by the focused irradiation is repaired.
その際、回転円筒体の外表面の結晶固定溝の壁面は回転円筒体の内面に近くて、回転円筒体の内部に導入される冷媒との間の熱伝達性が良く、冷却されやすいため、供給されたターゲット材は速やかに凝縮し付着する。そのためクライオターゲット層の修復が速くなり、かつ、溝内に保持されることにより、パルスレーザー光照射による熱衝撃や回転円筒体の上下移動に対してターゲット材が剥がれ落ちにくくなる。しかも、溝内にターゲット材が付着することによって、パルスレーザー光が集光照射される位置に厚みの大きいクライオターゲット層を形成し安定して保持することができる。 At that time, the wall surface of the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylindrical body is close to the inner surface of the rotating cylindrical body and has good heat transfer with the refrigerant introduced into the rotating cylindrical body, so that it is easily cooled. The supplied target material condenses and adheres quickly. Therefore, the repair of the cryo target layer is accelerated, and the target material is not easily peeled off due to thermal shock caused by pulse laser light irradiation or vertical movement of the rotating cylindrical body by being held in the groove. In addition, by attaching the target material in the groove, a cryo-target layer having a large thickness can be formed and stably held at the position where the pulse laser beam is focused and irradiated.
こうして化学的に不活性で室温ではガス状態であるキセノンガス等のターゲット材を供給し固体化させて形成するクライオターゲット層を回転円筒体の外表面のパルスレーザー光が集光照射される位置に安定して形成でき、安定して修復できて、安定してパルスX線を発生することができる。 Thus, a cryo-target layer formed by supplying a target material such as xenon gas that is chemically inert and in a gaseous state at room temperature to solidify is formed at a position where the pulse laser beam on the outer surface of the rotating cylindrical body is focused and irradiated. It can be formed stably, can be repaired stably, and can generate pulse X-rays stably.
請求項2に係る発明のレーザープラズマX線発生装置は、略円筒状のカバーと、該カバーの内側で回転する回転円筒体を備え、前記カバーに設けたターゲット材供給口から化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材をガス状態にて供給し、内部に冷媒を導入して極低温に冷却した回転円筒体の外表面に接触させることにより、冷却して、固体化し結晶となって前記回転円筒体の外表面に付着したクライオターゲット層を形成し、該クライオターゲット層の表面に、高尖頭パワーを有し所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザー光を集光照射するとともに、前記回転円筒体の回転方向または軸方向への移動あるいはそれら2方向への移動の組み合わせにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点に対してクライオターゲット層を有する回転円筒体の外表面を面方向へ移動させて、該回転円筒体の外表面上で前記集光照射点を相対移動させ、前記パルスレーザー光の集光照射により高温高密度プラズマを生成し、該パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層を、前記ターゲット材供給口から供給する前記ターゲット材の供給により修復させ、前記高温高密度プラズマからパルスX線を連続的に繰り返し発生させるレーザープラズマX線発生装置において、前記回転円筒体の外表面の前記パルスレーザー光が集光照射される位置にターゲット材を堆積させる結晶固定溝を設け、この結晶固定溝に向けてターゲット材が供給されるよう前記ターゲット材供給口を配置するとともに、前記カバーの内表面の前記ターゲット材供給口を挟んで軸方向両側の、前記回転円筒体の外表面の前記結晶固定溝の軸方向両端を越える位置に、前記回転円筒体の外表面の周りにオリフィスを形成しそれらオリフィスにより軸方向両側が区画される空間を略密封状態とする尖頭環状突起を設けたことを特徴とする。 A laser plasma X-ray generator according to a second aspect of the present invention includes a substantially cylindrical cover and a rotating cylindrical body that rotates inside the cover, and is chemically inert from a target material supply port provided in the cover. The target material in the gaseous state at room temperature is supplied in the gaseous state, and the refrigerant is introduced into the interior and brought into contact with the outer surface of the rotating cylinder cooled to a cryogenic temperature, thereby cooling and solidifying into crystals. Forming a cryotarget layer attached to the outer surface of the rotating cylindrical body, condensing and irradiating the surface of the cryotarget layer with pulsed laser light having a high peak power and repeatedly output at a predetermined frequency, By moving the rotating cylinder in the rotational direction or axial direction, or a combination of these two movements, a cryogenic beam is focused on the focused and irradiated point of the pulse laser beam. The outer surface of the rotating cylinder having the target layer is moved in the plane direction, the focused irradiation point is relatively moved on the outer surface of the rotating cylinder, and the high-temperature and high-density plasma is generated by the focused irradiation of the pulse laser beam. The cryotarget layer in which the crater hole is generated by the plasma generation by the focused irradiation of the pulsed laser beam is repaired by supplying the target material supplied from the target material supply port, and the pulse is generated from the high-temperature high-density plasma. In the laser plasma X-ray generator for continuously generating X-rays, a crystal fixing groove for depositing a target material is provided on the outer surface of the rotating cylindrical body at a position where the pulsed laser beam is focused and irradiated. The target material supply port is arranged so that the target material is supplied toward the fixed groove, and the inner surface of the cover An orifice is formed around the outer surface of the rotating cylindrical body at a position beyond both ends of the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylindrical body on both sides in the axial direction across the target material supply port. A pointed annular projection is provided to make the space defined on both sides in the axial direction substantially sealed.
このレーザープラズマX線発生装置は、回転円筒体周囲のカバーに設けたターゲット材供給口から、Ke(キセノン)等の化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材が、ガス状態にて、回転円筒体外表面の結晶固定溝に向けて供給される。そして、そのガス状態のターゲット材は、カバー内表面の尖頭環状突起が形成するオリフィスにより軸方向両側が区画された略密封状態の空間に略閉じ込められることになって高い圧力に保持され、その圧力が高く密度の大きいガス状態のターゲット材が、極低温に冷却された回転円筒体の外表面の結晶固定溝の壁面に接触して、冷却され、固体化し結晶となって付着し、堆積して、結晶固定溝内にクライオターゲット層を形成する。そして、そのクライオターゲット層の表面に、高尖頭パワーを有するパルスレーザー光が集光照射されることにより、高温高密度プラズマが生成され、該高温高密度プラズマからパルスX線が発生する。そして、回転円筒体の回転方向または軸方向への移動あるいはそれら2方向への移動の組み合わせにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点に対して、回転円筒体の外表面が面方向へ移動して、回転円筒体の外表面の結晶固定溝に形成されたクライオターゲット層上で集光照射点が移動し、その間、ターゲット材が連続的に供給されて、パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層の修復が行われる。 In this laser plasma X-ray generator, from a target material supply port provided in a cover around a rotating cylindrical body, a target material that is chemically inert at room temperature, such as Ke (xenon), is in a gas state. It is supplied toward the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylinder. Then, the target material in the gas state is held at a high pressure by being substantially confined in a substantially sealed space defined on both sides in the axial direction by the orifice formed by the pointed annular projection on the inner surface of the cover, The target material in a gaseous state with high pressure and high density comes into contact with the wall of the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylinder cooled to a very low temperature, and is cooled, solidified, attached as crystals, and deposited. Thus, a cryotarget layer is formed in the crystal fixing groove. The surface of the cryo-target layer is focused and irradiated with pulsed laser light having a high peak power, thereby generating high-temperature high-density plasma and generating pulse X-rays from the high-temperature high-density plasma. Then, the outer surface of the rotating cylindrical body is moved with respect to the focused irradiation point of the pulse laser beam spatially fixed by the movement of the rotating cylindrical body in the rotational direction or the axial direction or the combination of the movement in the two directions. The converging irradiation point moves on the cryo target layer formed in the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylindrical body while moving in the plane direction, while the target material is continuously supplied, and the pulse laser beam The cryo-target layer in which the crater hole is generated by the plasma generation by the focused irradiation is repaired.
その際、回転円筒体の外表面の結晶固定溝の壁面は回転円筒体の内面に近くて、回転円筒体の内部に導入される冷媒との間の熱伝達性が良く、冷却されやすいため、また、ガス状態で供給されたターゲット材がオリフィスにより区画された略密封状態の空間で高い圧力に保持されるため、ターゲット材は速やかに固体化し結晶となって付着する。そのため、クライオターゲット層の修復は速くなり、かつ、溝内に保持されることにより、パルスレーザー光照射による熱衝撃や回転円筒体の上下移動に対してターゲット材が剥がれ落ちにくくなる。特に、オリフィスを形成する尖頭環状突起は、結晶固定溝でない部分の円筒回転体表面に付着したターゲット材を削り落とすが、結晶固定溝内に保持されたターゲット材は脱落しにくい。しかも、溝内にターゲット材が付着することによって、パルスレーザー光が集光照射される位置に厚みの大きいクライオターゲット層を形成し安定して保持することができる。 At that time, the wall surface of the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylindrical body is close to the inner surface of the rotating cylindrical body and has good heat transfer with the refrigerant introduced into the rotating cylindrical body, so that it is easily cooled. In addition, since the target material supplied in a gas state is maintained at a high pressure in a substantially sealed space partitioned by orifices, the target material quickly solidifies and adheres as crystals. Therefore, the repair of the cryo-target layer is accelerated, and the target material is not easily peeled off due to the thermal shock caused by the pulse laser beam irradiation or the vertical movement of the rotating cylindrical body by being held in the groove. In particular, the pointed annular protrusion forming the orifice scrapes off the target material adhering to the surface of the cylindrical rotating body that is not the crystal fixing groove, but the target material held in the crystal fixing groove is difficult to drop off. In addition, by attaching the target material in the groove, a cryo-target layer having a large thickness can be formed and stably held at the position where the pulse laser beam is focused and irradiated.
こうして化学的に不活性で室温ではガス状態であるキセノンガス等のターゲット材を供給し固体化させて形成するクライオターゲット層を回転円筒体の外表面のパルスレーザー光が集光照射される位置に安定して形成でき、安定して修復できて、安定してパルスX線を発生することができる。 Thus, a cryo-target layer formed by supplying a target material such as xenon gas that is chemically inert and in a gaseous state at room temperature to solidify is formed at a position where the pulse laser beam on the outer surface of the rotating cylindrical body is focused and irradiated. It can be formed stably, can be repaired stably, and can generate pulse X-rays stably.
請求項3に係る発明のレーザープラズマX線発生装置は、真空チャンバー内に配置された略円筒状のカバーと、該カバーの内側で回転する回転円筒体を備え、前記カバーに設けたターゲット材供給口から化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材をガス状態にて供給し、内部に冷媒を導入して極低温に冷却した回転円筒体の外表面に接触させることにより、冷却して、固体化し結晶となって前記回転円筒体の外表面に付着したクライオターゲット層を形成し、該クライオターゲット層の表面に、高尖頭パワーを有し所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザー光を集光照射するとともに、前記回転円筒体の回転方向または軸方向への移動あるいはそれら2方向への移動の組み合わせにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点に対してクライオターゲット層を有する回転円筒体の外表面を面方向へ移動させて、該回転円筒体の外表面上で前記集光照射点を相対移動させ、前記パルスレーザー光の集光照射により高温高密度プラズマを生成し、該パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層を、前記ターゲット材供給口から供給する前記ターゲット材の供給により修復させ、前記高温高密度プラズマからパルスX線を連続的に繰り返し発生させるレーザープラズマX線発生装置において、前記回転円筒体の外表面の前記パルスレーザー光が集光照射される位置にターゲット材を堆積する結晶固定溝を設け、この結晶固定溝に向けてターゲット材が供給されるよう前記ターゲット材供給口を配置するとともに、前記カバーの内表面の前記ターゲット材供給口を挟んで軸方向両側の、前記回転円筒体の外表面の前記結晶固定溝の軸方向両端を越える位置に、前記回転円筒体の外表面の周りにオリフィスを形成しそれらオリフィスにより軸方向両側が区画される空間を略密封状態とする尖頭環状突起を設けたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a laser plasma X-ray generator comprising: a substantially cylindrical cover disposed in a vacuum chamber; and a rotating cylindrical body that rotates inside the cover; The target material in a gaseous state at room temperature that is chemically inert from the mouth is supplied in a gaseous state, and cooled by introducing a refrigerant into the interior and bringing it into contact with the outer surface of a rotating cylinder cooled to a cryogenic temperature. A pulsed laser beam which is solidified to form crystals and forms a cryotarget layer adhering to the outer surface of the rotating cylindrical body, and has a high peak power and is repeatedly output at a predetermined frequency on the surface of the cryotarget layer And a laser beam spatially fixed by a combination of movement in the rotational direction or axial direction of the rotating cylindrical body or movement in the two directions. The outer surface of the rotating cylindrical body having the cryotarget layer is moved in the plane direction with respect to the focused irradiation point, the focused irradiation point is moved relative to the outer surface of the rotating cylindrical body, and the pulse laser beam A high-temperature and high-density plasma is generated by focused irradiation, and a cryotarget layer in which a crater hole is generated due to plasma formation by focused irradiation of the pulsed laser light is repaired by supplying the target material supplied from the target material supply port. In the laser plasma X-ray generator for continuously generating pulse X-rays from the high-temperature high-density plasma, a target material is deposited on the outer surface of the rotating cylindrical body at a position where the pulsed laser light is focused and irradiated. When a crystal fixing groove is provided and the target material supply port is arranged so that the target material is supplied toward the crystal fixing groove In addition, the outer surface of the rotating cylindrical body is located on both sides in the axial direction across the target material supply port on the inner surface of the cover, at positions exceeding the axial ends of the crystal fixing grooves on the outer surface of the rotating cylindrical body. An orifice is formed around the tip, and a pointed annular projection is provided in which the space defined by the orifices on both sides in the axial direction is substantially sealed.
このレーザープラズマX線発生装置は、回転円筒体周囲のカバーに設けたターゲット材供給口から、Ke(キセノン)等の化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材が、ガス状態にて、回転円筒体外表面の結晶固定溝に向けて供給される。そして、その供給されたターゲット材は、圧力差によって真空チャンバーへ洩れるが、カバー内表面の尖頭環状突起がオリフィスを形成し、そのオリフィスによって軸方向両側が区画された、真空チャンバーに対するコンダクタンスが小さい略密封状態の空間にガス状態のターゲット材が供給されることにより、洩れに対する抵抗が大きく、高い圧力に保持される。そして、その圧力が高く密度の大きいガス状態のターゲット材が、極低温に冷却された回転円筒体の外表面の結晶固定溝の壁面に接触して、冷却され、固体化し結晶となって付着し、堆積して、結晶固定溝内にクライオターゲット層を形成する。そして、そのクライオターゲット層の表面に、高尖頭パワーを有するパルスレーザー光が集光照射されることにより、高温高密度プラズマが生成され、該高温高密度プラズマからパルスX線が発生する。そして、回転円筒体の回転方向または軸方向への移動あるいはそれら2方向への移動の組み合わせにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点に対して、回転円筒体の外表面が面方向へ移動して、回転円筒体の外表面の結晶固定溝に形成されたクライオターゲット層上で集光照射点が移動し、その間、ターゲット材が連続的に供給されて、パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層の修復が行われる。 In this laser plasma X-ray generator, from a target material supply port provided in a cover around a rotating cylindrical body, a target material that is chemically inert at room temperature, such as Ke (xenon), is in a gas state. It is supplied toward the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylinder. The supplied target material leaks into the vacuum chamber due to the pressure difference, but the pointed annular protrusion on the inner surface of the cover forms an orifice, and the conductance with respect to the vacuum chamber, which is partitioned on both sides in the axial direction by the orifice, is small. By supplying the target material in the gas state to the substantially sealed space, the resistance to leakage is large and the pressure is kept high. Then, the target material in a gas state with a high pressure and a high density comes into contact with the wall of the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylinder cooled to a cryogenic temperature, and is cooled, solidified and attached as crystals. Then, a cryo target layer is formed in the crystal fixing groove. The surface of the cryo-target layer is focused and irradiated with pulsed laser light having a high peak power, thereby generating high-temperature high-density plasma and generating pulse X-rays from the high-temperature high-density plasma. Then, the outer surface of the rotating cylindrical body is moved with respect to the focused irradiation point of the pulse laser beam spatially fixed by the movement of the rotating cylindrical body in the rotational direction or the axial direction or the combination of the movement in the two directions. The converging irradiation point moves on the cryo target layer formed in the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylindrical body while moving in the plane direction, while the target material is continuously supplied, and the pulse laser beam The cryo-target layer in which the crater hole is generated by the plasma generation by the focused irradiation is repaired.
その際、回転円筒体の外表面の結晶固定溝の壁面は回転円筒体の内面に近くて、回転円筒体の内部に導入される冷媒との間の熱伝達性が良く、冷却されやすいため、また、オリフィスにより区画された略密封状態の空間は、圧力差は大きいが真空チャンバーに対するコンダクタンスが小さいため、ガス状態で供給されたターゲット材はクライオターゲット層の修復箇所で高い圧力に保持され、冷却されて速やかに固体化し結晶となって付着する。そのため、クライオターゲット層の修復は速く、かつ、溝内に保持されるためパルスレーザー光照射による熱衝撃や回転円筒体の上下移動に対してターゲット材が剥がれ落ちにくくなり、特に、オリフィスを形成する尖頭環状突起は、結晶固定溝でない部分の円筒回転体表面に付着したターゲット材を削り落とすが、結晶固定溝内に保持されたターゲット材は脱落しにくい。しかも、溝内にターゲット材が付着することによって、パルスレーザー光が集光照射される位置に厚みの大きいクライオターゲット層を形成し安定して保持することができる。 At that time, the wall surface of the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylindrical body is close to the inner surface of the rotating cylindrical body and has good heat transfer with the refrigerant introduced into the rotating cylindrical body, so that it is easily cooled. In addition, the substantially sealed space defined by the orifice has a large pressure difference but a small conductance with respect to the vacuum chamber. Therefore, the target material supplied in the gas state is maintained at a high pressure at the repaired portion of the cryo target layer and cooled. It quickly solidifies and attaches as crystals. Therefore, the cryo target layer is repaired quickly and is held in the groove, so that the target material is not easily peeled off due to thermal shock caused by pulse laser light irradiation or vertical movement of the rotating cylinder, and in particular, an orifice is formed. The pointed annular protrusion scrapes off the target material adhering to the surface of the cylindrical rotating body that is not the crystal fixing groove, but the target material held in the crystal fixing groove is difficult to drop off. In addition, by attaching the target material in the groove, a cryo-target layer having a large thickness can be formed and stably held at the position where the pulse laser beam is focused and irradiated.
こうして化学的に不活性で室温ではガス状態であるキセノンガス等のターゲット材を供給し固体化させて形成するクライオターゲット層を回転円筒体の外表面のパルスレーザー光が集光照射される位置に安定して形成でき、安定して修復できて、安定してパルスX線を発生することができる。 Thus, a cryo-target layer formed by supplying a target material such as xenon gas that is chemically inert and in a gaseous state at room temperature to solidify is formed at a position where the pulse laser beam on the outer surface of the rotating cylindrical body is focused and irradiated. It can be formed stably, can be repaired stably, and can generate pulse X-rays stably.
請求項4に係る発明のレーザープラズマX線発生装置は、真空チャンバー内に配置された略円筒状のカバーと、該カバーの内側で回転する回転円筒体を備え、前記カバーに設けたターゲット材供給口から化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材をガス状態にて供給し、内部に冷媒を導入して極低温に冷却した回転円筒体の外表面に接触させることにより、冷却して、固体化し結晶となって前記回転円筒体の外表面に付着したクライオターゲット層を形成し、該クライオターゲット層の表面に、高尖頭パワーを有し所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザー光を集光照射するとともに、前記回転円筒体の回転方向または軸方向への移動あるいはそれら2方向への移動の組み合わせにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点に対してクライオターゲット層を有する回転円筒体の外表面を面方向へ移動させて、該回転円筒体の外表面上で前記集光照射点を相対移動させ、前記パルスレーザー光の集光照射により高温高密度プラズマを生成し、該パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層を、前記ターゲット材供給口から供給する前記ターゲット材の供給により修復させ、前記高温高密度プラズマからパルスX線を連続的に繰り返し発生させるレーザープラズマX線発生装置において、前記回転円筒体の外表面の前記パルスレーザー光が集光照射される位置にターゲット材を堆積させる結晶固定溝を設け、この結晶固定溝に向けてターゲット材が供給されるよう前記ターゲット材供給口を配置するとともに、前記カバーの内表面の前記ターゲット材供給口を挟んで軸方向両側の、前記回転円筒体の外表面の前記結晶固定溝の軸方向両端を越える位置に、前記回転円筒体の外表面の周りにオリフィスを形成しそれらオリフィスにより軸方向両側が区画される空間を略密封状態とする尖頭環状突起を設け、かつ、前記オリフィスにより軸方向両側が区画される空間を円周方向に複数の空間に分割してそれぞれを略密封状態とする複数の仕切り部を設け、前記複数の空間に対しそれぞれ前記ターゲット材供給口を配置したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a laser plasma X-ray generator comprising a substantially cylindrical cover disposed in a vacuum chamber and a rotating cylindrical body rotating inside the cover, and a target material supply provided on the cover The target material in a gaseous state at room temperature that is chemically inert from the mouth is supplied in a gaseous state, and cooled by introducing a refrigerant into the interior and bringing it into contact with the outer surface of a rotating cylinder cooled to a cryogenic temperature. A pulsed laser beam which is solidified to form crystals and forms a cryotarget layer adhering to the outer surface of the rotating cylindrical body, and has a high peak power and is repeatedly output at a predetermined frequency on the surface of the cryotarget layer And a laser beam spatially fixed by a combination of movement in the rotational direction or axial direction of the rotating cylindrical body or movement in the two directions. The outer surface of the rotating cylindrical body having the cryotarget layer is moved in the plane direction with respect to the focused irradiation point, the focused irradiation point is moved relative to the outer surface of the rotating cylindrical body, and the pulse laser beam A high-temperature and high-density plasma is generated by focused irradiation, and a cryotarget layer in which a crater hole is generated due to plasma formation by focused irradiation of the pulsed laser light is repaired by supplying the target material supplied from the target material supply port. In a laser plasma X-ray generator that continuously generates pulse X-rays from the high-temperature high-density plasma, a target material is deposited on the outer surface of the rotating cylindrical body at a position where the pulsed laser light is focused and irradiated. A crystal fixing groove is provided, and the target material supply port is arranged so that the target material is supplied toward the crystal fixing groove. Both of the outer surfaces of the rotating cylinders are positioned on both sides in the axial direction across the target material supply port on the inner surface of the cover at positions beyond the axial ends of the crystal fixing grooves on the outer surface of the rotating cylinder. A pointed annular projection is provided in which an orifice is formed around and a space defined on both sides in the axial direction by the orifice is substantially sealed, and a plurality of spaces defined on the both sides in the axial direction are provided in the circumferential direction by the orifice. A plurality of partition portions that are divided into spaces and are each substantially sealed are provided, and the target material supply ports are respectively arranged in the plurality of spaces.
このレーザープラズマX線発生装置は、カバー内表面の尖頭環状突起がオリフィスを形成し、そのオリフィスによって軸方向両側が区画された、真空チャンバーに対するコンダクタンスが小さい略密封状態の空間が、複数の仕切り部によって円周方向に複数の空間に分割されて、それぞれが略密封状態とされ、それら複数の空間に対し回転円筒体周囲のカバーにそれぞれターゲット材供給口が配置され、それらターゲット材供給口から、Ke(キセノン)等の化学的に不活性で室温でガス状態のターゲット材が、ガス状態にて、回転円筒体外表面の結晶固定溝に向けて供給される。そして、その供給されたターゲット材は、圧力差によって真空チャンバーへ洩れるが、それぞれが真空チャンバーに対するコンダクタンスが小さく、洩れに対する抵抗が大きい略密封状態の複数の空間に、ガス状態のターゲット材が均等に供給されることにより、各空間が略均等に高い圧力に保持される。そして、その圧力が高く密度の大きいガス状態のターゲット材が、極低温に冷却された回転円筒体の外表面の結晶固定溝の壁面に接触して、冷却され、固体化し結晶となって付着し、堆積して、結晶固定溝内にクライオターゲット層を形成する。そして、そのクライオターゲット層の表面に、高尖頭パワーを有するパルスレーザー光が集光照射されることにより、高温高密度プラズマが生成され、該高温高密度プラズマからパルスX線が発生する。そして、回転円筒体の回転方向または軸方向への移動あるいはそれら2方向への移動の組み合わせにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点に対して、回転円筒体の外表面が面方向へ移動して、回転円筒体の外表面の結晶固定溝に形成されたクライオターゲット層上で集光照射点が移動し、その間、ターゲット材が連続的に供給されて、パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴が発生したクライオターゲット層の修復が行われる。 In this laser plasma X-ray generator, a pointed annular projection on the inner surface of the cover forms an orifice, and both sides in the axial direction are partitioned by the orifice. The space is divided into a plurality of spaces in the circumferential direction by the respective portions, each being substantially sealed, and a target material supply port is disposed in the cover around the rotating cylindrical body with respect to the plurality of spaces. A target material that is chemically inert and in a gaseous state at room temperature, such as Ke (xenon), is supplied in a gaseous state toward the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylinder. The supplied target material leaks into the vacuum chamber due to a pressure difference, but the gas-state target material is evenly distributed in a plurality of substantially sealed spaces each having a small conductance with respect to the vacuum chamber and a large resistance to leakage. By being supplied, each space is maintained at a substantially high pressure. Then, the target material in a gas state with a high pressure and a high density comes into contact with the wall of the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylinder cooled to a cryogenic temperature, and is cooled, solidified and attached as crystals. Then, a cryo target layer is formed in the crystal fixing groove. The surface of the cryo-target layer is focused and irradiated with pulsed laser light having a high peak power, thereby generating high-temperature high-density plasma and generating pulse X-rays from the high-temperature high-density plasma. Then, the outer surface of the rotating cylindrical body is moved with respect to the focused irradiation point of the pulse laser beam spatially fixed by the movement of the rotating cylindrical body in the rotational direction or the axial direction or the combination of the movement in the two directions. The converging irradiation point moves on the cryo target layer formed in the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylindrical body while moving in the plane direction, while the target material is continuously supplied, and the pulse laser beam The cryo-target layer in which the crater hole is generated by the plasma generation by the focused irradiation is repaired.
その際、回転円筒体の外表面の結晶固定溝の壁面は回転円筒体の内面に近くて、回転円筒体の内部に導入される冷媒との間の熱伝達性が良く、冷却されやすいため、また、オリフィスにより軸方向に区画され、さらに仕切り部により円周方向に複数に分割された略密封状態の空間は、圧力差は大きいが真空チャンバーに対するコンダクタンスが小さいため、ガス状態のターゲット材が均等に供給されることにより、複数の空間のそれぞれにガス状態で供給されたターゲット材は、複数の空間のそれぞれにおいてクライオターゲット層の修復箇所で略均等に高い圧力に保持され、冷却されて速やかに固体化し結晶となって付着する。そのため、クライオターゲット層の修復は速く、かつ、溝内に保持されるためパルスレーザー光照射による熱衝撃や回転円筒体の上下移動に対してターゲット材が剥がれ落ちにくくなり、特に、オリフィスを形成する尖頭環状突起は、結晶固定溝でない部分の回転円筒体表面に付着したターゲット材を削り落とすが、結晶固定溝内に保持されたターゲット材は脱落しにくい。また、回転円筒体表面に付着したターゲット材は、回転円筒体の軸方向への移動時に尖頭円筒体によって削られるとともに、回転円筒体の回転方向への移動時に仕切り部によって削られることにより、回転円筒体の全周にわたってターゲット材の付着が均等となり、回転円筒体移動時の負荷が小さくなる。しかも、溝内にターゲット材が付着することによって、パルスレーザー光が集光照射される位置に厚みの大きいクライオターゲット層を形成し安定して保持することができる。 At that time, the wall surface of the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylindrical body is close to the inner surface of the rotating cylindrical body and has good heat transfer with the refrigerant introduced into the rotating cylindrical body, so that it is easily cooled. In addition, the substantially sealed space divided in the axial direction by the orifice and further divided in the circumferential direction by the partition portion has a large pressure difference but a small conductance with respect to the vacuum chamber. The target material supplied in the gas state to each of the plurality of spaces is maintained at a substantially equal high pressure at the repaired portion of the cryo target layer in each of the plurality of spaces, and is quickly cooled and cooled. Solidifies and attaches as crystals. Therefore, the cryo target layer is repaired quickly and is held in the groove, so that the target material is not easily peeled off due to thermal shock caused by pulse laser light irradiation or vertical movement of the rotating cylinder, and in particular, an orifice is formed. The pointed annular protrusion scrapes off the target material adhering to the surface of the rotating cylindrical body that is not the crystal fixing groove, but the target material held in the crystal fixing groove is difficult to drop off. In addition, the target material attached to the surface of the rotating cylinder is scraped by the pointed cylinder when moving in the axial direction of the rotating cylinder, and by the partition portion when moving in the rotating direction of the rotating cylinder, The adhesion of the target material becomes uniform over the entire circumference of the rotating cylinder, and the load when moving the rotating cylinder is reduced. In addition, by attaching the target material in the groove, a cryo-target layer having a large thickness can be formed and stably held at the position where the pulse laser beam is focused and irradiated.
こうして化学的に不活性で室温ではガス状態であるキセノンガス等のターゲット材を供給し固体化させて形成するクライオターゲット層を回転円筒体の外表面のパルスレーザー光が集光照射される位置に安定して形成でき、安定して修復できて、安定してパルスX線を発生することができる。 Thus, a cryo-target layer formed by supplying a target material such as xenon gas that is chemically inert and in a gaseous state at room temperature to solidify is formed at a position where the pulse laser beam on the outer surface of the rotating cylindrical body is focused and irradiated. It can be formed stably, can be repaired stably, and can generate pulse X-rays stably.
以上の説明から明らかなように、本発明のレーザープラズマX線発生装置は、化学的に不活性で室温ではガス状態であるキセノンガス等のターゲット材を供給し固体化させて形成するクライオターゲット層を回転円筒体の外表面のパルスレーザー光が集光照射される位置に安定して形成でき、安定して修復できて、安定してパルスX線を発生することができる。 As is apparent from the above description, the laser plasma X-ray generator of the present invention is a cryo-target layer formed by supplying and solidifying a target material such as xenon gas that is chemically inert and in a gaseous state at room temperature. Can be stably formed at the position where the pulse laser beam on the outer surface of the rotating cylindrical body is focused and irradiated, can be stably repaired, and pulse X-rays can be generated stably.
図1〜4は、本発明の実施の形態の一例を示している。図1はこの実施の形態のレーザープラズマX線発生装置の全体概略構成を示す模式図、図2はその要部詳細構成図、図3はX−X断面図、図4はA部拡大図である。 1 to 4 show an example of an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall schematic configuration of the laser plasma X-ray generator of this embodiment, FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the main part thereof, FIG. 3 is a sectional view taken along line XX, and FIG. is there.
この実施の形態のレーザープラズマX線発生装置は、図1に模式的に示すように、真空チャンバー1の内部に、化学的に不活性で室温でガス状のターゲット材(以下、ターゲットガスという。)を移送するターゲットガス供給管2と、パルスレーザー光の集光照射口3とターゲットガス供給口4(ターゲット材供給口)とを備えたクライオ化カバー5(カバー)が配置され、ターゲットガス供給管2がクライオ化カバー5の内部にターゲットガスを導入するよう接続され(図1は概略構成を示すもので、実際には後述のとおりターゲットガス分配部を介して接続される。)、そのクライオ化カバー5の内側に回転円筒体6が回転方向および軸方向移動可能に設置されている。なお、図示の例は、縦型で、真空チャンバー1に対し回転円筒体6を上下方向に配置した装置であるが、同様の構造で回転円筒体6を横に倒した横型の装置としてもよい。
As schematically shown in FIG. 1, the laser plasma X-ray generator of this embodiment has a chemically inert and gaseous target material (hereinafter referred to as a target gas) inside a
回転円筒体6は内部が空洞で、回転方向および軸方向へ駆動するための回転シャフト部7と、クライオターゲット層を形成させる回転ドラム部8とで構成されている。そして、回転円筒体6の内部に、回転シャフト部7を貫通して回転ドラム部8の内部に達するよう冷媒導入パイプ9が挿入されている。
The rotating cylindrical body 6 has a hollow inside, and is composed of a
前記回転シャフト部7は真空チャンバー1の壁部を貫通して外部へ延設されている。そして、その貫通部分には、Oリング、磁性流体などの真空シール部10が設けられている。
The
回転円筒体6の回転シャフト部7は、真空シール部10と接触するため、熱伝導の悪い材料で作られている。また、回転ドラム部8は液体窒素、ヘリウムガス等の冷媒で内部から冷却して外表面を極低温に保つため、熱伝導の良い材料で作られている。
Since the
また、前記回転円筒体6を回転方向または軸方向へ移動させるための駆動装置として、あるいは回転方向および軸方向の移動を組み合わせた駆動を行う駆動装置として、回転方向駆動装置11と軸方向駆動装置12が設置され、それらが回転シャフト部7にそれぞれ連結されている。
In addition, as a driving device for moving the rotating cylindrical body 6 in the rotational direction or the axial direction, or as a driving device for performing a driving combined with movement in the rotational direction and the axial direction, the rotational
そして、真空チャンバー1の側方に、高尖頭パワーを有する所定周波数のパルスレーザー光を発生するパルスレーザー光発生装置13が設置されている。このパルスレーザー光発生装置13から出力されるパルスレーザー光16は、レーザー集光レンズ14を通して、真空チャンバー1の側壁に設けられた入射口15から入射され、回転ドラム部8の外表面近傍に位置する空間的に固定された集光照射点17に集光する。
A pulse
パルスレーザー光の集光照射口3は、パルスレーザー光16の集光照射とそれにより発生するX線の射出のための必要最低限の大きさの穴で形成される。
The condensing
また、回転円筒体6は、回転ドラム部8で挟んで回転シャフト部7側と先端側(図示の例では下端)がそれぞれ単数個または複数個の軸受19、20により支承されている。これらの軸受19、20は、スラスト用、ラジアル用、またはスラスト用とラジアル用を組合わせた軸受、あるいは、スラスト用とラジアル用を組合せたものと同等の性能を有する軸受である。
The rotating cylindrical body 6 is supported by a single or a plurality of
このレーザープラズマX線発生装置には、パルスレーザー光16の集光照射によるプラズマ化により後述のクライオターゲット層の表面に発生したクレータを検出する光学画像検出器21と、その検出信号に基づくクレータの位置座標とパルスレーザー光16の集光照射点17の位置座標を比較して、パルスレーザ光16の集光照射点17が回転ドラム部8の外表面上で所定の軌跡を描くように回転方向駆動装置11および軸方向駆動装置12を制御し回転円筒体6の移動位置を制御する位置制御装置22が設けられ、また、パルスレーザー光16の集光照射を回転円筒体6の移動に同期させる同期制御装置23が設けられている。
This laser plasma X-ray generator includes an
また、真空チャンバー1には真空ポンプ等の真空装置24が接続され、クライオ化カバー5にはターゲットガス供給管2を介して加圧したターゲットガスを供給するターゲットガス供給装置25が接続されている。
The
パルスレーザー光16の集光照射によるプラズマ生成により発生したパルスX線は、パルスX線集光鏡(図示せず)で集光反射し、X線射出口(図示せず)から真空チャンバー1の外部へ取り出される。
The pulse X-rays generated by the plasma generation by the focused irradiation of the pulsed laser beam 16 are collected and reflected by a pulse X-ray focusing mirror (not shown), and from the X-ray exit (not shown) to the
このレーザープラズマX線発生装置の要部構成は、詳細には、例えば図2に示すとおりで、中央部が開口した水平なフレーム31に、上方からフランジ体32がボルト固定され、そのフランジ体32に、下方から、上下両端にフランジ状の連結部33、34が一体に溶接された連結スリーブ35にボルト連結されて有底円筒状のクライオ化カバー5が垂直状態で配設されている。連結スリーブ35には、真空チャンバー1に連通する連通孔が設けられている。これにより、クライオ化カバー5の内部は、真空チャンバー1内と略同じ真空度に保たれる。そして、クライオ化カバー5の下部底面には下方から軸受ホルダー39がボルト固定され、この軸受ホルダー39に軸受20が保持されている。
The main configuration of this laser plasma X-ray generator is, for example, as shown in FIG. 2 in detail. A
また、フランジ体32の上面には、略円筒状の真空カバー41が垂直状態で配設されて、一体溶接されたフランジ状の連結部42を介してボルト固定され、その真空カバー41に囲まれるよう、略円筒状で真空カバー41より小径の軸受アセンブリーホルダー43がやはり垂直状態で配置され、ボルト固定されている。
In addition, a substantially
そして、軸受アセンブリーホルダー43の内側に、上下2段の配置で軸受19が保持され、それら上下の軸受19の間に磁気シール46が配設されている。
The
真空カバー41は、軸受アセンブリーホルダー43の周囲および上方に密閉空間を形成し、その密閉空間を図示しない真空ポンプにより真空に保持することも可能な構造であり、軸受アセンブリーホルダー43の上方において内側に張り出すようリング状の隔壁47が一体溶接され、そのリング状の隔壁47に、上下2段にシール48、49を保持したシールホルダー50が上方から配設され、ボルト固定されている。
The
そして、真空カバー41の上方に、図1に示す回転方向駆動装置11および軸方向駆動装置12からなる駆動機構が設置されている。そして、この駆動機構により上下方向および回転方向へ駆動される回転シャフト部7が、真空カバー41の内側を貫通して上下に配置され、この回転シャフト部7の下端延設部分に、連結部51を介して回転ドラム部8が連結され、その回転ドラム部8の底部中央に下方へ突設した下部シャフト部52が連結され、この下部シャフト部52が、軸受ホルダー39に保持されたジャーナル軸受20で支持されている。これら回転シャフト7、連結部51、回転ドラム部8および下部シャフト部52により回転円筒体6が構成される。
A drive mechanism including the rotation
一方、回転シャフト部7の外周には、軸受アセンブリーホルダー43の内側に保持された軸受19のインナーレールと一体に回転するガイドスリーブ53が、装着され、そして、このガイドスリーブ53の下方で、回転ドラム部8の上方外周上に、軸方向に相対移動可能なフランジ状の突起部54が設けられて、ガイドスリーブ53の下面と、フランジ状の突起部54の上面との間に、回転シャフト部7を囲んでベローズ55が配設され、また、ガイドスリーブ53の上部内周側に、回転シャフト部7を囲んで軸受56が装着されている。
On the other hand, a
そして、回転シャフト部7の内側に、冷媒として液体窒素を導入する冷媒導入パイプ9が挿入されている。この冷媒導入パイプ9は、装置上部の図示しない冷媒供給口から供給される液体窒素を回転ドラム部8の内部に導入するためのもので、外径が回転シャフト部7の内径より小さく、周囲に隙間Sができるよう配置されている。また、冷媒導入パイプ9の内側には、液面計57が挿入されている。
A
回転シャフト部7と冷媒導入パイプ9との隙間Sは、シールホルダー50の上方でシール58により密封されている。
A gap S between the
そして、シールホルダー50には、上下2段のシール48、49に挟まれた内周部分に環状の溝59が形成されている。また、回転シャフト部7には、このシールホルダー50内周の環状の溝59に冷媒導入パイプ9周囲の隙間Sを開口させる横穴60が形成されている。そして、シールホルダー50内周の環状の溝59に連通して側方へ延びるようシールホルダー50に連通穴61が形成され、この連通穴61に連通する取出穴62が隔壁47に形成され、この隔壁47の取出穴62に開口する配管挿入口63が真空カバー41に形成されている。
In the
クライオ化カバー5には、回転ドラム部8の外表面の所定位置に集光照射口3を形成する照射フランジ64が取り付けられ、その照射フランジ64が形成する集光照射口3に対し周方向に並ぶ複数箇所(この例では図3に示すように7箇所)にターゲットガス供給口4が形成され、各ターゲットガス供給口4に連通する配管接続部65が形成されている。ターゲットガス供給口4を形成する箇所の数は適宜変更できる。
The
また、クライオ化カバー5の下部底面に固定された軸受ホルダー39の下部に、下面略中央に開口し先端に配管接続部71を備えた軸方向の接続孔72と、この接続孔72から径方向へ放射状に延びて軸受ホルダー39の周面に開口し先端にそれぞれ配管接続部73を備えた複数(この例では7個)の分配孔74とからなるターゲットガス分配部が形成されている。分配孔74の数はターゲットガス供給口4の数に合わせ、適宜変更できる。
In addition, an
そして、このターゲットガス分配部の接続孔72の配管接続部71に接続金具75aを介してターゲットガス供給管2が接続され、各分配孔74の配管接続部73に接続金具75bを介してターゲットガス分配管76の一端が接続され、それらターゲットガス分配管76の他端が、クライオ化カバー5の各ターゲットガス供給口4の配管接続部65に接続金具77を介して接続されている。
The target
ターゲットガス供給管2は、フレーム31に固定された三股のニップル78と、その上方に配置された三股のニップル79を貫通して、フレーム31の上方へ延び、各ニップル78、79に接続金具80、81を介して密着固定され、それら上下のニップル78、79の間に、ターゲットガス供給管2の周りに密閉空間を形成するようパイプ82が取り付けられている。
The target
これら上下のニップル78、79の間のターゲットガス供給管2とパイプ82はガス冷却熱交換器を構成するもので、上側のニップル79には、隔壁47の取出穴62に開口する真空カバー41の配管挿入口63との間に、回転ドラム部8内に発生したベーパガスを取り出して上下のニップル78、79の間のターゲットガス供給管2とパイプ82との間に導くための配管83が接続されている。また、下側のニップル78には、ターゲットガス供給管2とパイプ82との間を流れたベーパガスを大気中に放出するため配管84が接続されている。
The target
回転円筒体6は、例えば毎秒1回転しながら軸方向に1mm上昇し、3回転分上昇すると、下降に転じて次の3回転は毎秒1回転しながら1回転毎に1mm下降し、3回転分下降すると、また上昇に転じ、以下、その繰り返しで回転しつつ上下するよう制御される(ただし、回転円筒体6の移動パターンは、その他、回転方向または軸方向への移動あるいはそれら2方向への移動の組み合わせによる任意のパターンであってよい。)。これにより、空間的に固定された集光照射点17に対し、回転円筒体6は回転ドラム部8の外表面が面方向へ移動する。そして、その移動範囲は、回転円筒体6が例えば上記のように毎秒1回転で1mm上下する場合は回転方向に全周で、上下(軸方向)に3mmであり、パルスレーザー光の集光照射によって発生するクレータ穴の径が例えば約0.6mmであるので、例えば上下に5mm弱が、パルスレーザー光の集光照射によりクライオターゲットがプラズマ化される範囲である。 For example, the rotating cylindrical body 6 rises 1 mm in the axial direction while making one rotation per second and rises by three rotations. When the rotation cylindrical body 6 turns up, the next three rotations go down by 1 mm every rotation while making one rotation every second. When it descends, it starts to rise again, and is controlled so as to move up and down while repeating (however, the movement pattern of the rotating cylindrical body 6 can be moved in the rotational direction or axial direction or in these two directions). It can be any pattern with a combination of movements.) As a result, the outer surface of the rotating drum portion 8 of the rotating cylindrical body 6 moves in the surface direction with respect to the condensing irradiation point 17 spatially fixed. The moving range is, for example, as described above, when the rotating cylinder 6 moves up and down by 1 mm at one rotation per second as described above, it is the entire circumference in the rotation direction and 3 mm in the vertical direction (axial direction). For example, the diameter of the crater hole generated by the above is about 0.6 mm, so that, for example, a little less than 5 mm in the vertical direction is a range in which the cryotarget is converted into plasma by the focused irradiation of the pulse laser beam.
図4に示すように、回転ドラム部8の外表面には、ターゲットガス供給口4からターゲットガスが供給される位置、すなわちパルスレーザー光が集光照射される位置に、パルスレーザー光の集光照射によりクライオターゲットがプラズマ化される上記回転方向に全周で上下に例えば5mm弱の範囲にわたって、ターゲットガス供給口4から供給されたターゲット材を堆積させる結晶固定溝85が設けられている。結晶固定溝85の深さは例えば約0.5mmである。
As shown in FIG. 4, on the outer surface of the rotary drum unit 8, the pulse laser beam is condensed at a position where the target gas is supplied from the target
そして、クライオ化カバー5の内表面には、ターゲットガス供給口4を挟んで軸方向両側(上下)の、回転ドラム部8の外表面の結晶固定溝85の軸方向両端を越える位置に、回転ドラム部8の外表面の周りにオリフィス86、87を形成しそれら上下のオリフィス86、87により軸方向両側が区画される空間88が略密封状態のガス密封部を構成するよう尖頭環状突起89、90が設けられている。結晶固定溝85の上下の幅が約5mm弱の場合、オリフィス86、87の間の距離は例えば約7mmが好適である。
Then, the
また、図3に示すように、ガス密封部を構成する上記空間88は照射フランジ64を挟んで位置し、上下の尖頭環状突起89、90の間に所定間隔で設けられた複数(この例では8個)の仕切り部91により複数(この例では7個)の略密封状態の空間88a〜88gに分割され、それら複数の空間88a〜88gがそれぞれガス密封部を構成している。そして、それら複数の空間88a〜88gに対しそれぞれターゲットガス供給口4が配置されている。
Further, as shown in FIG. 3, the
このレーザープラズマX線発生装置は、冷媒導入パイプ9により回転ドラム部8の内部に冷媒としての液体窒素が導入され、回転ドラム部8が冷却されて、その外表面が極低温に保持される。そして、化学的に不活性で室温でガス状態であるターゲット材(クリプトン、キセノン、アルゴン等の希ガス等)がガス状態でターゲットガスとしてターゲットガス供給管2により供給され、そのターゲットガスがターゲットガス分配部の接続孔72から各分配孔74に分配され、各ターゲットガス分配管76を経てクライオ化カバー5の各ターゲットガス供給口4に送られ、各ターゲットガス供給口4から、ガス密封部を構成する各空間88a〜88gに噴出する。そして、噴出したターゲットガスは、回転ドラム部8の結晶固定溝85の壁面に接触して、冷却され、固体化し結晶となって付着し、堆積して、結晶固定溝85内にクライオターゲット層92を形成する。
In this laser plasma X-ray generator, liquid nitrogen as a refrigerant is introduced into the inside of the rotating drum portion 8 by the
そして、パルスレーザー光発生装置13により、高尖頭パワーを有し所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザ光が、照射フランジ64の集光照射口3を通して入射し、回転ドラム部8の外表面近傍に位置する空間的に固定された集光照射点17において、結晶固定溝85内のクライオターゲット層92の表面に集光照射され、そのパルスレーザー光の集光照射により、高温高密度プラズマが生成し、その高温高密度プラズマからパルスX線が発生する。また、回転ドラム部8は回転シャフト部7と一体に回転方向および軸方向へ移動し、それにより、空間的に固定されたパルスレーザー光の集光照射点17に対して、回転ドラム部8の外表面が面方向へ移動し、結晶固定溝85内のクライオターゲット層92の表面でパルスレーザー光の集光照射点17が所定の軌跡を描いて移動し、その間、ターゲットガスが連続的に供給されて、パルスレーザー光の集光照射によるプラズマ化によってクレータ穴93が発生したクライオターゲット層92(図4参照)が修復され、所定の周波数で繰り返し出力されるパルスレーザー光の集光照射により、パルスX線が連続的に繰り返し発生する。
Then, the pulse
この実施の形態のレーザープラズマX線発生装置では、回転ドラム部8の外表面の結晶固定溝85の壁面は、回転ドラム部8の内面に近くて、回転ドラム部8の内部に導入される冷媒との間の熱伝達性が良く、冷却されやすい。
In the laser plasma X-ray generator of this embodiment, the wall surface of the
また、結晶固定溝85は、オリフィス86、87により軸方向に区画され仕切り部91により円周方向に分割された複数の空間88a〜88gにより構成されるガス密封部によって囲まれ、それらガス密封部は、各空間88a〜88gに加圧されたターゲットガスが供給されるため、真空チャンバー1内との圧力差が大きくなるが、オリフィス86、87により軸方向に区画されるため真空チャンバー1に対するコンダクタンスは小さい。しかも、各空間88a〜88g毎にそれぞれのターゲットガス供給口4からターゲットガスが均等に供給される。そのため、各空間88a〜88gはそれぞれクライオターゲット層92の修復に適した圧力(例えば100〜1000Pa)に保持される。
In addition, the
また、回転ドラム部8の内部には、液体窒素のベーパガスが発生し、そのベーパガスが、回転シャフト部7と冷媒導入パイプ9との間隙Sを上昇し、配管83によりガス冷却熱交換器のパイプ82内に導かれる。そして、ターゲットガス供給管2内を流れるターゲットガスがこの部分でベーパガスとの熱交換によって冷却され、付着の効率の良い低温で分子エネルギーの小さいガスとなって、ガス密封部を構成する各空間88a〜88gに噴出する。
Further, vapor gas of liquid nitrogen is generated inside the rotating drum unit 8, and the vapor gas rises in the gap S between the
そのため、ターゲットガスは速やかに固体化し結晶となって付着し、クライオターゲット層92の修復が速やかに行われる。しかも、結晶化したターゲット材は結晶固定溝85に保持されるため剥がれ落ちにくい。
Therefore, the target gas is quickly solidified and attached as crystals, and the
また、ガス密封部に供給されたターゲットガスは、一部がオリフィス86、87から洩れて、結晶固定溝85でない部分の回転ドラム部8表面で結晶化し付着するが、この結晶固定溝85でない部分の回転ドラム部8表面に付着したターゲット材は、回転円筒体6の移動に伴ない尖頭環状突起89、90によって削り落とされ、回転ドラム部8の全周にわたってターゲット材の付着が均等となる。そのため、回転円筒体移動時の負荷が小さくなる。結晶固定溝85内に堆積したターゲット材は脱落しにくく、パルスレーザー光が集光照射される位置に厚みの大きいクライオターゲット層92が安定して保持され、安定して修復される。
Part of the target gas supplied to the gas sealing part leaks from the
以上、実施の形態の一例およびその変更例を説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、発明の技術的思想の範囲において適宜構成を変更して実施できることは勿論である。 As mentioned above, although an example of the embodiment and the modified example have been described, the present invention is not limited thereto, and it is needless to say that the configuration can be appropriately changed and implemented within the scope of the technical idea of the invention.
1 真空チャンバー
2 ターゲットガス供給管
3 集光照射口
4 ターゲットガス供給口
5 クライオ化カバー
6 回転円筒体
7 回転シャフト部
8 回転ドラム部
9 冷媒導入パイプ
11 回転方向駆動装置
12 軸方向駆動装置
13 パルスレーザー光発生装置
15 入射口
16 パルスレーザー光
17 集光照射点
22 位置制御装置
23 同期制御装置
24 真空装置
25 ターゲットガス供給装置
S 隙間
64 照射フランジ
74 分配孔
76 ターゲットガス分配管
85 結晶固定溝
86、87 オリフィス
88(88a〜88g) ガス密封部を構成する空間
89、90 尖頭環状突起
91 仕切り部
DESCRIPTION OF
9
Claims (4)
前記回転円筒体の外表面の前記パルスレーザー光が集光照射される位置にターゲット材を堆積させる結晶固定溝を設け、この結晶固定溝に向けてターゲット材が供給されるようターゲット材供給口を配置したことを特徴とするレーザープラズマX線発生装置。 A target material that is chemically inert and in a gaseous state at room temperature is supplied in a gaseous state, and is cooled by bringing it into contact with the outer surface of a rotating cylinder cooled to a cryogenic temperature by introducing a refrigerant therein. A cryotarget layer is formed as a crystal and adhered to the outer surface of the rotating cylindrical body, and pulse laser light having high peak power and repeatedly output at a predetermined frequency is collected on the surface of the cryotarget layer. The cryo-target layer is applied to a focused irradiation point of pulse laser light spatially fixed by irradiating with light and moving in the rotational direction or axial direction of the rotating cylinder or a combination of movement in the two directions. By moving the outer surface of the rotating cylindrical body formed with a plane in the plane direction, relatively moving the focused irradiation point on the outer surface of the rotating cylindrical body, and performing the focused irradiation of the pulse laser beam. A high temperature and high density plasma is generated, and a cryo target layer in which a crater hole is generated by plasma formation by the focused irradiation of the pulsed laser light is repaired by supplying the target material, and pulse X-rays are continuously generated from the high temperature and high density plasma. In a laser plasma X-ray generator that repeatedly generates
A crystal fixing groove for depositing the target material is provided on the outer surface of the rotating cylindrical body where the pulse laser beam is condensed and irradiated, and a target material supply port is provided so that the target material is supplied toward the crystal fixing groove. A laser plasma X-ray generator characterized by being arranged.
前記回転円筒体の外表面の前記パルスレーザー光が集光照射される位置にターゲット材を堆積させる結晶固定溝を設け、この結晶固定溝に向けてターゲット材が供給されるよう前記ターゲット材供給口を配置するとともに、
前記カバーの内表面の前記ターゲット材供給口を挟んで軸方向両側の、前記回転円筒体の外表面の前記結晶固定溝の軸方向両端を越える位置に、前記回転円筒体の外表面の周りにオリフィスを形成しそれらオリフィスにより軸方向両側が区画される空間を略密封状態とする尖頭環状突起を設けたことを特徴とするレーザープラズマX線発生装置。 A substantially cylindrical cover and a rotating cylindrical body that rotates inside the cover are provided, and a target material that is chemically inert and gaseous at room temperature is supplied in a gas state from a target material supply port provided in the cover. Then, by introducing a refrigerant into the inside and bringing it into contact with the outer surface of the rotating cylinder cooled to a cryogenic temperature, it cools and solidifies into a crystal to form a cryo target layer attached to the outer surface of the rotating cylinder. Then, the surface of the cryotarget layer is focused and irradiated with pulsed laser light having a high peak power and repeatedly output at a predetermined frequency, and the rotational cylinder is moved in the rotational direction or the axial direction, or those By moving in two directions, the outer surface of the rotating cylindrical body having the cryotarget layer is moved in the plane direction with respect to the focused irradiation point of the spatially fixed pulse laser beam. Then, the focused irradiation point is relatively moved on the outer surface of the rotating cylindrical body, a high-temperature and high-density plasma is generated by the focused irradiation of the pulsed laser beam, and the plasma is generated by the focused irradiation of the pulsed laser beam. A laser plasma X-ray generator for repairing a cryo-target layer in which a crater hole is generated by the supply of the target material supplied from the target material supply port, and continuously generating pulse X-rays from the high-temperature high-density plasma In
A crystal fixing groove for depositing a target material is provided at a position on the outer surface of the rotating cylindrical body where the pulsed laser beam is condensed and irradiated, and the target material supply port is configured to supply the target material toward the crystal fixing groove. And place
Around the outer surface of the rotating cylinder at a position beyond the both ends in the axial direction of the crystal fixing groove on the outer surface of the rotating cylinder on both sides in the axial direction across the target material supply port on the inner surface of the cover A laser plasma X-ray generator characterized in that a pointed annular projection is provided which forms orifices and substantially seals a space defined by the orifices on both sides in the axial direction.
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