JP2006059715A

JP2006059715A - Ｘ線発生方法及びｘ線発生装置

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Publication number: JP2006059715A
Application number: JP2004241301A
Authority: JP
Inventors: Satoru Osawa; 哲大沢
Original assignee: Shimura Naomi
Current assignee: Shimura Naomi
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2024-08-20
Also published as: JP4273059B2; US20060039535A1; US7359485B2; EP1675153A1

Abstract

【課題】高効率で高輝度のX線を発生させることができる、新規な方法及び装置を提供する。
【解決手段】円形の断面を有する電子ビームを偏平化して、偏平な断面を有する偏平ビームを形成する。次いで、前記偏平ビームを対陰極に照射してX線を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線発生方法及びＸ線発生装置に関する。

高輝度Ｘ線を得るためには高密度の電子線をターゲット上に照射する必要があるが、高密度にすると電子間の反発がおおきく、微少焦点を作ることが難しくなる。これを克服するためには、電子の加速電圧を上げることにより解決出来るが、特性Ｘ線に対する白色Ｘ線の量が増し、更に電子がターゲットの奥深く進入し、そこから出るＸ線はターゲット材により吸収されるため、目的とするX線の発生効率が低下してしまうという問題があった。さらに、高加速電圧を使用することにより、X線発生装置全体の絶縁をより完全にしなければならないとの観点から、前記X線発生装置がより高価なものとなってしまうという問題があった。

本発明は、高効率で高輝度のX線を発生することができる、新規な方法及び装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
円形の断面を有する電子ビームを偏平化して、偏平な断面を有する偏平ビームを形成する工程と、
前記偏平ビームを対陰極に照射して、X線を発生させる工程と、
を具えることを特徴とする、X線発生方法に関する。

また、本発明は、
円形の断面を有する電子ビームを偏平化して、偏平な断面を有する偏平ビームを形成する偏平ビーム形成手段と、
前記偏平ビームを照射することによりX線を発生させる対陰極と、
を具えることを特徴とする、X線発生装置に関する。

本発明によれば、偏平な断面を有する偏平ビームを対陰極に照射し、これによってX線を発生させるようにしている。前記偏平ビームは、通常の円形断面を有する電子ビームを
空間電荷に逆らって偏平化して得るものであるので、前記電子ビームが十分に高いエネルギーを有する場合においても、十分に偏平化し、その断面の大きさを狭小化することができる。したがって、極めて断面径の小さい、高エネルギー密度の電子ビームを簡易に得ることができる。この結果、前記高エネルギー密度の電子ビームを対陰極に照射することができるようになるので、高輝度のX線を簡易に得ることができる。

前記偏平ビームは、例えば相対向する磁石間に均一磁場が形成された一対の磁石を用い、前記電子ビームを前記一対の磁石間に形成された均一磁場内を通過させるとともに、前記一対の磁石における出口側の空間端面と垂直以外の所定の角度をなして通過するようにすることによって形成することができる。

また、前記偏平ビームは、例えば一対の混合型磁石を用い、前記電子ビームを一対の混合型磁石間を通過させることにより形成することができる。前記混合型磁石は、例えば回転対称体形状の磁石を４分割してなる分割体磁石から構成することができ、前記一対の磁石は、前記分割体磁石の曲面同士を対向させて配置する。

以上説明したように、本発明によれば、高効率で高輝度のX線を発生することができる、新規な方法及び装置を提供することができる。

以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴について詳述する。
図１は、本発明のX線発生装置の一例における主要部を示す構成図である。図１に示すX線発生装置１０は、電子銃１１と、電磁石１２と、偏平ビーム形成手段としての偏向磁石１３と、回転対陰極１４とを具えている。回転対陰極１４は図示しない駆動軸を介して図示しない駆動モータに接続され、中心軸I-Iの周りに回転できるように構成されている。また、回転対陰極１４は気密部材１５内に配置され、偏向磁石１３は気密部材１５の内壁面上に固定されている。気密部材１５内は図示しないポンプによって所定の真空度まで排気され、例えば10^-２Pa〜10^-4Paの圧力、好ましくは10^-3Pa〜10^-4Paの圧力に維持されている。なお、図中における矢印は電子ビームの軌跡を表している。

電子銃１１から出射された電子ビームは、電磁石１２によってその飛行方向が偏向磁石１３に向くように制御される。次いで、前記電子ビームは、偏向磁石１３を通過することによって、以下に詳述するような作用に従い、その断面形状が円形から偏平状に変化し、その後、回転対陰極１４の側壁１４Aにおける内側部分に照射される。すると、回転対陰極１４の前記電子ビームの照射部分からは所定のX線が発生し、X線透過窓１６を介して外部に取り出される。X線透過窓１６は、例えばべリリウム箔から構成することができる。

前記偏平ビームは、以下に詳述するように、円形断面を有する電子ビームを空間電荷に逆らって偏平化して得るものであるので、前記電子ビームが十分に高いエネルギーを有する場合においても、十分に偏平化し、その断面の大きさを狭小化することができる。したがって、極めて断面径の小さい、高エネルギー密度の電子ビームを簡易に得ることができる。この結果、回転対陰極１４に対して前記偏平ビームを照射することによって得た前記X線は十分高い輝度を有することができる。

図２〜図４は、図１に示すX線発生装置の偏向磁石１３の一例を示す構成図である。図２及び図３に示す偏向磁石１３では、一対の扇状磁石１３１及び１３２が互いに対向するようにして配置されている。図２に示す偏向磁石１３においては上側の磁石１３１がN極を構成し、下側の磁石１３２がS極を構成する。したがって、磁石１３１及び１３２間では、均一磁場が磁石１３１から磁石１３２に向けて下向きに生成されるようになる。

この場合、一対の扇状磁石１３１及び１３２間に入射した、例えば回転中心O1及びO2を有する電子ビームは、これらの回転中心へ向かうようなローレンツ力を受け、前記電子ビームは扇状磁石１３１及び１３２の、扇状の略側面形状に沿って扇状磁石１３１及び１３２間を通るようになる。

一方、図４に示すように、扇状磁石１３１及び１３２の出口側の端面においては、磁場Bが外側に膨らみ、図３に示すように、前記電子ビームが前記端面に対して垂直以外の所定の角度をなして入射し、通過するようになるので、前記端面に平行な成分Bv及び垂直なBhを有するようになる。

また、扇状磁石１３１及び１３２間の対称面の上方(Y>0)では、磁場Bが外向きとなってBh>0となり、前記対称面の下方（Y<0）では、磁場Bが内向きとなってBh<0となる。したがって、前記電子ビームを構成する電子の速度をvとした場合、前記電子ビームの、前記対称面の上側を通る電子は下向きのローレンツ力を受け、前記対称面の下側を通る電子は上向きのローレンツ力を受けるようになる。この結果、前記電子は前記対称面へ向けて収束するようになり、図２に示すように、当初円形の断面を有する電子ビームは、扇状磁石１３１及び１３２間を通過した出射する際には偏平化されるようになる。この結果、目的とする偏平ビームを得ることができるようになる。

図５〜図７は、図１に示すX線発生装置の偏向磁石１３の他の例を示す構成図である。図５及び図６に示す偏向磁石１３では、回転対称体形状の磁石を４分割してなる、２つの分割体磁石を、その曲面同士を対向させて配置した一対の混合型磁石１３３及び１３４を用いている。この場合、左方の混合型磁石１３３をN極とし、右方の混合型磁石１３４をS極としている。このため、これらの混合型磁石内では図６に示すような磁場が生じ、電子ビームは混合型磁石１３３及び１３４間のX軸上からZ軸へ向けて入射し、前記磁場による中心方向のローレンツ力を受けることによって、Y軸を中心に回転し再度X軸上から外部に出射される。

この際、混合型磁石１３３及び１３４間のX軸方向においては、図４に示すような周辺磁場の外側への膨らみが生じる。したがって、前述したように、前記周辺磁場の影響により、前記電子ビームの、混合型磁石１３３及び１３４間に生じる前記磁場の対称面の右方（Y＞０）を通過する電子に対して左向き（Y＜０）のローレンツ力が作用し、前記磁場の前記対称面の左方（Y＜０）を通過する電子に対して右方（Y＞０）のローレンツ力が作用する。この結果、前記電子ビームを構成する電子が、混合型磁石１３３及び１３４の対称面へ向けて収束するようになり、当初の円形断面を有する電子ビームは、偏平化されるようになる。この結果、目的とする偏平ビームを得ることができるようになる。

このようにして得た偏平ビームは、極めて高いエネルギー密度を有するため、回転対陰極１４の、前記偏平ビーム照射部分を、回転対陰極１４の融点近傍又は融点以上にまで加熱し、少なくとも部分的に溶解するようにすることができる。これによって、回転対陰極１４から極めて高輝度のX線を高効率で発生させることができる。

なお、図１に示す態様では、前記偏平ビームを回転対陰極１４の側壁１４Aの内側部分に照射するようにしているので、回転対陰極１４の前記溶解部分は、回転対陰極１４を回転させた際に生じる遠心力によって外部に飛散することがない。

以上、本発明を具体例を挙げながら詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。例えば、上記具体例では、対陰極として回転対陰極を用いているが、その他の固定型の対陰極を用いることもできる。また、偏平ビーム形成手段として、一対の扇状磁石及び一対の混合型磁石を例示したが、その他の構成の磁石についても、本発明の目的を達成することができる限りにおいて、当然に使用することができる。

本発明のX線発生装置の一例における主要部を示す構成図である。図１に示すX線発生装置の偏向磁石の一例を示す構成図である。同じく、図１に示すX線発生装置の偏向磁石の一例を示す構成図である。同じく、図１に示すX線発生装置の偏向磁石の一例を示す構成図である。図１に示すX線発生装置の偏向磁石の他の例を示す構成図である。同じく、図１に示すX線発生装置の偏向磁石の他の例を示す構成図である。同じく、図１に示すX線発生装置の偏向磁石の他の例を示す構成図である。

符号の説明

１０ X線発生装置
１１電子銃
１２電磁石
１３偏向磁石
１４回転対陰極
１５気密部材
１６ X線透過窓

Claims

円形の断面を有する電子ビームを偏平化して、偏平な断面を有する偏平ビームを形成する工程と、
前記偏平ビームを対陰極に照射して、X線を発生させる工程と、
を具えることを特徴とする、X線発生方法。
前記偏平ビームは、前記電子ビームが相対向する一対の磁石間に形成された均一磁場内を通過するとともに、前記一対の磁石における出口側の空間端面と垂直以外の所定の角度をなして通過することにより形成することを特徴とする、請求項１に記載のX線発生方法。
前記一対の磁石における前記出口側の前記空間端面の近傍において、前記電子ビームの、前記磁石間の中心面の上方を通過する電子に対して下向きのローレンツ力が作用し、前記磁石間の前記中心面の下方を通過する電子に対して上向きのローレンツ力が作用し、前記電子ビームを偏平化して、前記偏平ビームを得ることを特徴とする、請求項２に記載のX線発生方法。
前記偏平ビームは、前記電子ビームを一対の混合型磁石間を通過させることにより形成することを特徴とする、請求項１に記載のX線発生方法。
前記混合型磁石は、回転対称体形状の磁石を４分割してなる分割体磁石からなり、前記一対の磁石は、前記分割体磁石の曲面同士を対向させて配置することを特徴とする、請求項４に記載のX線発生方法。
前記一対の混合型磁石間において、前記電子ビームの、前記磁石間に生じる前記磁場の対称面の右方を通過する電子に対して左向きのローレンツ力が作用し、前記磁場の前記対称面の左方を通過する電子に対して右方のローレンツ力が作用し、前記電子ビームを偏平化して、前記偏平ビームを得ることを特徴とする、請求項５に記載のX線発生方法。
前記対陰極は回転対陰極であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載のX線発生方法。
前記回転対陰極の、前記偏平ビームの照射部分を前記回転対陰極の融点近傍又は融点以上にまで加熱し、少なくとも部分的に溶解させた状態で前記回転対陰極より前記Ｘ線を発生させることを特徴とする、請求項７に記載のX線発生方法。
前記偏平ビームは、前記回転対陰極の溶解部分が、前記回転対陰極の回転による遠心力によって飛散しないような内壁面に照射することを特徴とする、請求項８に記載のX線発生方法。
前記Ｘ線は、前記対陰極を収納する気密部材に設けられた所定のＸ線透過膜を介して外部に取り出すことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載のＸ線発生方法。
円形の断面を有する電子ビームを偏平化して、偏平な断面を有する偏平ビームを形成する偏平ビーム形成手段と、
前記偏平ビームを照射することによりX線を発生させる対陰極と、
を具えることを特徴とする、X線発生装置。
前記偏平ビーム形成手段は相対向する一対の磁石からなり、前記磁石間には均一磁場が形成され、前記電子ビームは相対向する一対の磁石間に形成された均一磁場内を通過するとともに、前記一対の磁石における出口側の空間端面と垂直以外の所定の角度をなして通過するように構成されたことを特徴とする、請求項１１に記載のX線発生装置。
前記一対の磁石における前記出口側の前記空間端面の近傍において、前記電子ビームの、前記磁石間の中心面の上方を通過する電子に対して下向きのローレンツ力が作用し、前記磁石間の前記中心面の下方を通過する電子に対して上向きのローレンツ力が作用し、前記電子ビームを偏平化して、前記偏平ビームを得ることを特徴とする、請求項１２に記載のX線発生装置。
前記偏平ビーム形成手段は、一対の混合型磁石からなり、前記偏平ビームは、前記電子ビームを一対の混合型磁石間を通過させることにより形成することを特徴とする、請求項１１に記載のX線発生装置。
前記混合型磁石は、回転対称体形状の磁石を４分割してなる分割体磁石からなり、前記一対の磁石は、前記分割体磁石の曲面同士を対向させて配置することを特徴とする、請求項１４に記載のX線発生装置。
前記一対の混合型磁石間において、前記電子ビームの、前記磁石間に生じる前記磁場の対称面の右方を通過する電子に対して左向きのローレンツ力が作用し、前記磁場の前記対称面の左方を通過する電子に対して右方のローレンツ力が作用し、前記電子ビームを偏平化して、前記偏平ビームを得ることを特徴とする、請求項１５に記載のX線発生装置。
前記対陰極は回転対陰極であることを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれか一に記載のX線発生装置。
前記回転対陰極の、前記偏平ビームの照射部分を前記回転対陰極の融点近傍又は融点以上にまで加熱し、少なくとも部分的に溶解させた状態で前記回転対陰極より前記Ｘ線を発生させるようにしたことを特徴とする、請求項１７に記載のX線発生装置。
前記偏平ビームは、前記回転対陰極の溶解部分が、前記回転対陰極の回転による遠心力によって飛散しないような内壁面に照射することを特徴とする、請求項１８に記載のX線発生装置。
前記対陰極を収納する気密部材から前記X線を外部にとりだすためのＸ線透過膜を具えることを特徴とする、請求項１１〜１９のいずれか一に記載のＸ線発生装置。