JP2007123022A

JP2007123022A - Ｘ線源およびそれに用いられるターゲット

Info

Publication number: JP2007123022A
Application number: JP2005312914A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kuwabara; 章二桑原
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-05-17

Abstract

【課題】径が正確で安定した微小Ｘ線焦点を得ることができるＸ線源およびそれに用いられるターゲットを提供することを目的とする。
【解決手段】ターゲット１２は、Ｘ線を発生させるロジウム微粒子３１と、そのロジウムよりも原子番号が小さいベリリウムからなる軽元素のベリリウム薄膜３２とを備え、そのベリリウム薄膜３２によってロジウム微粒子３１を電子ビームＢ側の所定箇所に固定して保持している。電子ビームＢのロジウム微粒子３１への衝突によりロジウム微粒子３１からＸ線が発生するとともに、一部の電子のベリリウム薄膜３２への散乱・吸収でベリリウム薄膜３２からもＸ線が発生する。ベリリウムが軽元素であるので、ベリリウム薄膜３２からのＸ線はエネルギーが低く、Ｘ線強度も低い。その結果、ロジウム微粒子３１の径φがＸ線焦点の径となり、径φの微小Ｘ線焦点を得ることができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、工業分野、医療分野などに用いられるＸ線源およびそれに用いられるターゲットに関する。

電子銃を構成する陰極（電子源）から発生した電子ビームを加速させてターゲットに照射することでＸ線を発生させるタイプのＸ線源では、径が微小なＸ線焦点（微小Ｘ線焦点）を得るためには、例えばロジウム（Ｒｈ）などに代表されるＸ線を発生させる元素からなるターゲットの表面にその電子ビームを、径を絞った状態で照射する必要がある。

Ｘ線がターゲットから発生するメカニズムを、図７を参照して説明する。図７（ａ）に示すように、電子ビームＢをターゲットＴに照射させることで、入射した電子がターゲットＴで吸収散乱され、Ｘ線が発生する。このターゲットＴとしては、Ｘ線を発生させる元素のみからなる高純度のものを使用している。このとき、ターゲットＴを構成する元素（ここではロジウム）から励起された特性Ｘ線のほかに、連続Ｘ線が発生する（符号Ｘ₁を参照）。特性Ｘ線および連続Ｘ線の発生領域は、図７に示す散乱電子ｅが拡散する拡散領域Ｄ₁（図７中の１点鎖線で囲まれた領域を参照）の中の図７（ｂ）に示す深さＲ_S1、半径Ｒ_S2で囲まれた領域Ｄ₂（図７中の２点鎖線で囲まれた領域を参照）から導かれる。この領域Ｄ₂はＸ線の実効発生領域である（以下、『Ｘ線発生領域』とする）（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１の８９頁にも示されているように、半径Ｒ_S2は下記（１）〜（４）式で表される。

γ＝０．１８７×Ｚ^2/3 …（１）
Ｒ_S＝１／４０×Ａ×Ｖ^1.7／（ρ×Ｚ） …（２）
Ｒ_S1＝（１＋２×γ―０．２１×ｒ²）／｛２×（１＋ｒ）²｝×Ｒ_S …（３）
Ｒ_S2＝Ｒ_S−Ｒ_S1 …（４）
ただし、Ｚは原子番号で、Ａは原子量で、Ｖは加速電圧で、ρは密度である。

ところで、電子ビームＢを加速させる加速電圧によってＸ線発生領域Ｄ₂は変わり、加速電圧が高ければ高いほどＸ線発生領域Ｄ₂が拡がり、特性Ｘ線および連続Ｘ線の発生領域も拡がる。

したがって、たとえ電子ビームＢの径を可能な限り絞ったとしても、発生するＸ線の径は、図７に示すように、上述したＸ線発生領域Ｄ₂の横方向の径２Ｒ_S2で決まる。このことから、微小Ｘ線焦点を得るためには、特性Ｘ線および連続Ｘ線のＸ線発生領域Ｄ₂を抑える必要がある。このＸ線発生領域Ｄ₂を抑えるために、従来、以下のような方法が採られている。図８に示すように、Ｘ線発生領域Ｄ₂が深さ方向へ拡がる前に電子の拡散が終了するように、ターゲットＴの厚みをさらに薄くする、さらには図９に示すようにさらに薄くした薄膜状のターゲットＴ（例えばロジウム）を軽元素（例えばアルミニウム）からなる保持材Ｈで保持して一体構成する、あるいは加速電圧を低くして、散乱電子ｅの拡散領域Ｄ₁とＸ線発生領域Ｄ₂とを抑えて、微小Ｘ線焦点を得る方法が採用されている（例えば、非特許文献２参照）。

上述した電子ビーム励起によるＸ線源では、ターゲットとしては、図７に示すようなＸ線を発生させる元素のみからなる高純度のターゲットＴが用いられているのに対して、一方、レーザ励起によるＸ線源では、以下のような多数の粒子を散在させた保持材が近年に用いられる。例えば、保持材（例えば高分子フィルム）に多数の金属粒子（例えばアルミニウム、マグネシウム、銅、チタンなど）を分散させたもの（例えば、特許文献１参照）や、保持材（例えばガラス基板）に散在させて付着させたもの（例えば、特許文献２参照）などがある。
特開２００１−１０００００号公報（第３−７頁、図４−８）特開平１０−３１０９９号公報（第２−４頁、図３）副島啓義著「電子線マイクロアナリシス」日刊工業新聞社出版、ｐ．８９，１０７−１１０ Hideyuki Yoshimura, Daisuke Shoutsu, Toshihiko Horikoshi, Hisahiro Chiba, Shinya Kumagai, Katsunori Takahashi and Toshio Mitsui 「Application of SEM-modified X-ray microscope to entomology and histology, and effects of X-ray coherence in imaging」Japan、Journal of Electron Microscopy、Vol.49、No.5、2000、p．621-628０

従来のように、図７に示すような薄膜状のターゲットＴを用いる場合には、ターゲットＴの全体が、Ｘ線を発生させる元素で形成されている。したがって、加速電圧によっては、上述したように散乱電子ｅの拡散領域Ｄ₁（図７を参照）が拡がるとともに、特性Ｘ線や連続Ｘ線のＸ線発生領域Ｄ₂（図７を参照）も拡がって、微小Ｘ線焦点を得られないという問題がある。

そこで、この問題を解決するために、上述したように、図８に示すようにターゲットＴの厚みをさらに薄くする、さらには図９に示すようにさらに薄くした薄膜状のターゲットＴを軽元素からなる保持材Ｈで保持する、あるいは加速電圧を低くすることが行われている。しかし、図８に示すようにターゲットＴの厚みをさらに薄くしても、深さ方向の電子の拡散は抑えられるが、横への拡がりがＲ_SWだけまだ存在する（図７、図８のＲ_SWを参照）。

また、図８に示すようにターゲットＴをさらに薄くすると、ターゲットＴへの電子ビームＢの照射による発熱が、ターゲットＴに十分に伝導、吸収されず、熱を逃すことができない。図９では、それを改善するために、薄膜状のターゲットＴの下に軽元素からなる保持材Ｈを設けているが、やはり横方向への拡がりがＲ_SWだけまだ存在する（図９のＲ_SWを参照）。また、加速電圧を低くすると、電子ビームＢの径を絞って電流を大きくすることが困難になる場合があり、発生するＸ線のエネルギーも低くなり、高エネルギーを必要とする装置に適用するなどの目的に使えなくなる場合もある。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、微小Ｘ線焦点を得ることができるＸ線源およびそれに用いられるターゲットを提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、電子ビームを発生させる電子源と、電子源からの電子ビームの加速電圧と電流、および電子ビームを集束させる電子レンズを制御する制御手段と電子源からの電子ビームの照射によりＸ線を発生させるターゲットとを備えたＸ線源であって、前記ターゲットは、Ｘ線を発生させる元素からなる粒子と、その粒子の元素よりも原子番号が小さい元素からなる保持材とを備え、その保持材によって前記粒子を電子ビーム側の所定箇所に直接的あるいは間接的に固定して保持し、電子ビームを前記粒子に照射することによりＸ線を発生させることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、ターゲットは、Ｘ線を発生させる元素からなる粒子と、その粒子の元素よりも原子番号が小さい元素（軽元素）からなる保持材とを備え、その保持材によって上述した粒子を電子ビーム側の所定箇所に直接的あるいは間接的に固定して保持している。電子源から発生した電子ビームを電子レンズにより、ターゲットの保持材に固定された粒子に照射する。この電子ビームは粒子の中で一部は吸収され、一部は散乱され、粒子元素の特性Ｘ線および連続Ｘ線が発生する。

このとき、一部の電子は粒子を透過し、保持材の中でさらに散乱されて吸収される。この散乱電子の散乱・吸収過程で、保持材の元素の特性Ｘ線および連続Ｘ線が発生する。保持材が軽元素で構成されているので特性Ｘ線についてはＫ線でもエネルギーが低く、いわゆる蛍光収率が小さいのでＸ線強度も小さい。連続Ｘ線についても入射電子が粒子の中を吸収・散乱する段階で電子の数が減少し、かつ大部分のエネルギーを失っているので、エネルギーが低い。そして、電子の数が減少し、かつ連続Ｘ線の強度が原子番号Ｚに比例するので、Ｘ線強度も小さい（図１０（ｂ）を参照）。したがって、保持材からの特性Ｘ線および連続Ｘ線については、保持材自体の内部とＸ線焦点から放射したＸ線の光路に設けられた軽元素で構成される薄膜（例えばＸ線管の窓材など）とで吸収される（図１０（ｄ）を参照）。

一方、粒子からの特性Ｘ線および連続Ｘ線はエネルギーが高く、保持材およびＸ線焦点から放射したＸ線の光路に設けられた軽元素で構成される薄膜にはほとんど吸収されず、透過する。したがって、粒子元素からの特性Ｘ線および連続Ｘ線の強度と比較すると保持材からの特性Ｘ線および連続Ｘ線とも無視できる（図１０（ａ）〜図１０（ｄ）を参照）。その結果、粒子の径がＸ線焦点の径となり、微小Ｘ線焦点を得ることができる。

ところで、上述したこの発明では、ターゲットが粒子と保持材とを備えた点においては、上述した特許文献１および２と共通するが、構成、目的および作用・効果について異なる。以下に詳しく説明する。

すなわち、特許文献１および２では、上述したようにレーザ励起によりＸ線を発生する。より具体的には、レーザを保持材に照射して、保持材に散在された多数の粒子をプラズマ化させてから軟Ｘ線を発生させている。つまり、粒子が高温プラズマ状態で気化して軟Ｘ線が発生する。したがって、レーザを照射するたびに保持材および粒子が消耗する。そこで、特に、特許文献１では、レーザの保持材への照射位置を変えるために、保持材を駆動させている。そして、照射位置を変えながら軟Ｘ線を長時間連続して発生させる。また、軟Ｘ線を長時間連続して発生させるために、特許文献１および２では多数の粒子をアトランダムに散在させている。また、散在した多数の粒子の一部にμｍ程度の径のレーザを照射させる。

これに対して、この発明では励起源はレーザではなく、電子ビームを用いており、また特許文献１および２のレーザを電子ビームに単に置換しただけではこの発明を実現することができない。この発明では、電子ビームをターゲットに照射して、ターゲット中の保持材に固定・保持された粒子から励起された特性Ｘ線および連続Ｘ線を発生させている。したがって、粒子がプラズマ化して消耗することなくＸ線が発生する。このことから、特許文献１および２のように多数の粒子をアトランダムに散在させる必要がなく、この発明では、粒子を所定箇所のみに固定させる構造となっている。そしてこの発明では、電子ビームをその所定箇所に固定された粒子へ照射してＸ線を発生させればよい。

上述した発明において、保持材によって粒子を電子ビーム側の所定箇所に直接的に固定して保持する一例は、粒子を保持材の電子ビーム側の所定箇所の表面に接触させて固定、あるいは表面に埋め込んで固定して保持することである（請求項２に記載の発明）。このように固定することで、保持材によって粒子を電子ビーム側の所定箇所に直接的に固定して保持する。

また、保持材によって粒子を電子ビーム側の所定箇所に間接的に固定して保持する一例は、ターゲットは、上述した粒子よりも原子番号が小さい元素からなる導電体をさらに備え、保持材に粒子の径よりも大きい径の開口部を設け、その開口部に跨るように上述した導電体を保持材の電子ビーム側に配設し、その導電体のさらなる電子ビーム側に粒子を開口部の部分に配設することで、粒子を固定して保持することである（請求項３に記載の発明）。このように固定し、粒子よりも開口部の径の方が大きいので、導電体を介して保持材によって粒子を電子ビーム側の所定箇所に間接的に固定して保持する。また、電子ビームの照射によって発生した電流や熱を導電体によって逃し易くして、拡散することができるので、発熱し難くなる。

さらに、上述した請求項２に記載の発明の場合には、保持材からの特性Ｘ線や連続Ｘ線の強度が粒子元素からの特性Ｘ線や連続Ｘ線の強度と比較して無視できずに、いわゆる『焦点ボケ』を起こす可能性があるが、この請求項３に記載の発明の場合には、粒子が導電体に接触している面積が小さく、導電体の厚さが薄いので、粒子を透過した電子の大部分は、周囲の真空中に放出された後、ターゲット等を収容し真空環境を維持する収容部材（ハウジング部材）に吸収される。したがって、保持材からの特性Ｘ線や連続Ｘ線に起因した焦点ボケを抑制することができる。

上述したこれらの各発明において、保持材の一例はベリリウム（Ｂｅ）であり（請求項４に記載の発明）、保持材の他の一例は導電性パイロリティックグラファイト（Pyrolytic Graphite）である（請求項５に記載の発明）。ベリリウムは原子番号が４の元素で、導電性パイロリティックグラファイトは、炭化水素を分解し気相成長によって得られた黒鉛結晶であって、導電性パイロリティックグラファイトの元素は原子番号が６の炭素（Ｃ）である。したがって、原子番号が４あるいは６を超える原子番号で、かつＸ線を発生させる元素であれば、その元素によって粒子に適用することができる。したがって、粒子から見れば、原子番号が４であるベリリウムや原子番号が６である炭素は軽元素となり、保持材に適用することができる。また、導電性パイロリティックグラファイトは、熱伝導性も高い。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載のＸ線源に用いられるターゲットであって、前記ターゲットは、Ｘ線を発生させる元素からなる粒子と、その粒子の元素よりも原子番号が小さい元素からなる保持材とを備え、その保持材によって前記粒子を電子ビーム側の所定箇所に直接的あるいは間接的に固定して保持することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項６に記載の発明によれば、ターゲットは、Ｘ線を発生させる元素からなる粒子と、その粒子の元素よりも原子番号が小さい元素（軽元素）からなる保持材とを備え、その保持材によって上述した粒子を電子ビーム側の所定箇所に直接的あるいは間接的に固定して保持している。電子ビームの粒子への照射により粒子からＸ線（特性Ｘ線および連続Ｘ線）が発生するとともに、散乱した一部の電子が粒子の中を透過し、保持材の中へ散乱・吸収過程で保持材からもＸ線が発生する。保持材が軽元素で構成されているので、保持材から発生する特性Ｘ線および連続Ｘ線ともに、エネルギーが低く、Ｘ線強度も低い。したがって、保持材からのＸ線は保持材自体の内部とＸ線管の窓材とで吸収される。その結果、粒子の径がＸ線焦点の径となり、微小Ｘ線焦点を得ることができる。

この発明に係るＸ線発生源およびそれに用いられるターゲットによれば、ターゲットは、Ｘ線を発生させる元素からなる粒子と、その粒子の元素よりも原子番号が小さい元素（軽元素）からなる保持材とを備え、その保持材によって上述した粒子を電子ビーム側の所定箇所に直接的あるいは間接的に固定して保持している。電子ビームの粒子への照射により粒子からＸ線（特性Ｘ線および連続Ｘ線）が発生するとともに、散乱した一部の電子が粒子の中を透過し、保持材の中で散乱・吸収過程で保持材からもＸ線が発生する。保持材が軽元素で構成されているので、保持材から発生する特性Ｘ線および連続Ｘ線ともに、エネルギーが低く、Ｘ線強度も低い。したがって、保持材からのＸ線は保持材自体の内部とＸ線管の窓材とで吸収される。その結果、粒子の径がＸ線焦点の径となり、微小Ｘ線焦点を得ることができ、さらに下記の効果がある。
１．従来の電子ビームを薄膜ターゲットに集束、照射して得られる微小Ｘ線焦点径に比べて、さらに微小なＸ線焦点径が得られる。
２．ターゲット粒子に集束、照射する電子ビームの径や位置が変動しても、安定したＸ線焦点を得ることができる。
３．作製する粒子の径を正確に調整することにより、任意の正確な径のＸ線焦点径が得られる。
４．従来の薄膜状ターゲットが作製困難な元素であっても粒子の作製が可能な元素はターゲット元素として選択でき、ターゲット元素の選択範囲が広くなる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例1を説明する。本発明によるＸ線源として、後述する実施例２も含めて、本実施例１では、電子ビーム側に反射したＸ線を使用する反射型のＸ線管を備えたＸ線源を例に採って説明する。
図１は、実施例１に係る本発明Ｘ線源をＸ線撮像装置に適用した構成例を示す概略断面図であり、図２は、Ｘ線管内のターゲットの構成を示す概略断面図である。

図１に示すＸ線管１はＸ線非破壊検査機器など代表されるＸ線撮像装置に用いられ、Ｘ線撮像装置は、内部が真空とされるＸ線管１と、そのＸ線管１の電子源１１の管電流・管電圧および後述する電子レンズ１３を制御する制御部２と、Ｘ線管１から照射されたＸ線を検出するＸ線検出器３とを備えている。Ｘ線検出器３は、例えばイメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）やフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）などがある。Ｘ線管１から照射されたＸ線を検査試料（図示省略）に入射し、その検査試料からの透過Ｘ線をＸ線検出器３が検出することで、検出されたＸ線に基づいて検査試料のＸ線画像を撮像する。制御部２は、この発明における制御手段に相当し、Ｘ線管１および制御部２はこの発明におけるＸ線源に相当する。

制御部２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）あるいは管電圧用高電圧発生装置などで構成されている。電子ビームＢを後述するターゲット１２のロジウム微粒子３１（図２を参照）に安定に照射するために、制御部２は、Ｘ線管１の管電流・管電圧と電子レンズ１３を制御する。

Ｘ線管１は、電子ビームＢを発生させる電子源１１と、電子源１１からの電子ビームＢの照射によりＸ線を発生させるターゲット１２と、電子源１１とターゲット１２との間に配置され、電子ビームＢを集束させる電子レンズ１３とを備えている。電子源１１はこの発明における電子源に相当し、ターゲット１２はこの発明におけるターゲットに相当し、電子レンズ１３は、この発明における電子レンズに相当する。電子源１１は、熱電子放出型であってもよいし、電界放出型であってもよく、電子源１１のタイプについては特に限定されない。

熱電子放出型の場合には、タングステン（Ｗ）で形成されたフィラメント、または６ほう化ランタン（ＬａＢ₆）や６ほう化セリウム（ＣｅＢ₆）で形成された単結晶あるいは焼結体のチップを用いており、フィラメントやｃｆｇｇチップなどのエミッタを加熱して熱電子を放出させることで電子ビームＢを発生させる。電界放出型の場合には、電子ビームＢの出射側であるエミッタの先端部分を細く尖らせて、その先端部分に強電界をかけ、トンネル効果やショットキー効果を利用して電子を放出させることで電子ビームＢを発生させる。

電子レンズ１３は円環状の集束コイルで構成されており、その中心には電子ビームＢを絞る絞り孔１４を有したアパーチャ１５を配設している。電子レンズ１３は、制御部２のレンズ電源から電子レンズ１３に電流を流すことで磁界を発生させて、光学の集束レンズと同様に電子ビームＢを集束させる。なお、電子レンズは、それに流す電流、すなわち励起強度を変えることで電子ビームＢの焦点距離を自在に変えることができる。なお、図１では、電子レンズを２段に設けているが、電子レンズは１段のみであってもよいし、３段以上であってもよく、電子レンズの数については特に限定されない。また、電子レンズは、後述するロジウム微粒子３１（図２を参照）の固定位置のような微細な位置に電子ビームＢを照射するように調整することが可能である。

また、ターゲット１２から発生したＸ線を透過させるために、Ｘ線管１にはＸ線管窓材１６を設けている。このＸ線管窓材１６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）薄膜で形成されている。

本実施例１に係るターゲット１２は、図２に示すように、径φが１０ｎｍ程度のロジウム微粒子３１と、そのロジウム微粒子３１の元素であるロジウムよりも原子番号が小さい元素（軽元素）（本実施例１では原子番号が４であるベリリウム（Ｂｅ））からなるベリリウム薄膜３２とを備えている（φは小文字）。ロジウム微粒子３１は、Ｘ線を発生させる元素であり、具体的には入射された電子がロジウム微粒子３１の中で吸収、散乱されて（図２の散乱電子ｅを参照）、ロジウムから特性Ｘ線と連続Ｘ線（符号Ｘ₁を参照）が発生する。また、本実施例１では、ベリリウム薄膜３２によってロジウム微粒子３１を電子ビームＢ側に直接的に固定して保持している。ロジウム微粒子３１はこの発明における粒子に相当し、ベリリウム薄膜３２はこの発明における保持材に相当する。

ベリリウム薄膜３２によってロジウム微粒子３１を電子ビームＢ側に直接的に固定して保持するには、ロジウム微粒子３１をベリリウム薄膜３２の電子ビームＢ側の表面に接触させて固定、あるいは表面に埋め込んで固定して保持する。本実施例１では、ロジウム微粒子３１をベリリウム薄膜３２の電子ビームＢ側の表面に埋め込んで固定して保持する。

表面に埋め込んで固定する方法としては、例えば、半導体プロセスを利用した微細加工技術を利用したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いる。具体的には、ナノピンセットによって粒径が１０ｎｍ程度のロジウム微粒子３１を摘出して、その粒径と同じ径で、同じ深さの穴をベリリウム薄膜３２に開け、その穴にロジウム微粒子３１を圧入することで固定する。なお、固定方法は、上述したＭＥＭＳ技術に限定されず、ロジウム微粒子を液相の溶媒に溶かし、その溶媒にベリリウム薄膜３２を浸漬させることで、ベリリウム薄膜３２にロジウム微粒子を付着させて、顕微鏡等で観察して、必要なロジウム微粒子３１のみを残して、残りの不要なロジウム微粒子をカットする方法などのように、化学的な方法で固定してもよい。この方法の場合には、ロジウム微粒子３１をベリリウム薄膜３２の電子ビームＢ側の表面に接触させて固定して保持する。このように、粒子を固定する周知の方法であれば、特に限定されない。

なお、ＭＥＭＳ技術で用いられるナノピンセットの場合には、圧入するロジウム微粒子３１が１個になるように調節することができる。また、この方法では、ロジウム微粒子３１をベリリウム薄膜３２の電子ビームＢ側の所定箇所に固定することができる。なお、所定箇所とは、電子ビームＢをターゲット１２へ照射させてＸ線を発生させる照射位置である。

以上のように構成されたターゲット１２を備えたＸ線管１によれば、ターゲット１２は、Ｘ線を発生させるロジウム微粒子３１と、そのロジウム微粒子３１の元素であるロジウムよりも原子番号が小さい原子番号が４のベリリウムからなるベリリウム薄膜３２とを備え、そのベリリウム薄膜３２によってロジウム微粒子３１を電子ビームＢ側の所定箇所に直接的に固定して保持している。電子源１１から発生した電子ビームＢを電子レンズ１３により、ターゲット１２のベリリウム薄膜３２に固定されたロジウム微粒子３１に照射して照射させる。この電子ビームＢはロジウム微粒子３１の中で一部は吸収され、一部は散乱され、ロジウム微粒子３１から特性Ｘ線および連続Ｘ線が発生する。

図２に示すように、一部の電子はロジウム微粒子３１の中を拡散した後に透過し、ベリリウム薄膜３２の中へ拡散して吸収される。この散乱電子ｅのベリリウム薄膜３２での散乱・吸収過程で、ベリリウムの特性Ｘ線および連続Ｘ線（図２中の符号Ｘ₂を参照）が発生するが、ベリリウム薄膜３２を構成するベリリウムが軽元素であるので特性Ｘ線についてはＫ線でもエネルギーが低く、いわゆる蛍光収率が小さいのでＸ線強度も小さい。連続Ｘ線についても入射電子がロジウム微粒子３１の中を散乱する段階でエネルギーを失っているので、エネルギーが低い。また、ロジウム粒子中での吸収により、電子の数が減少し、かつ連続Ｘ線の強度が原子番号Ｚに比例するので、Ｘ線強度も小さい。

各Ｘ線のエネルギーおよび強度について、図１０を参照して説明する。図１０は、横軸がエネルギー、縦軸が強度のＸ線のエネルギー分布を表すグラフであって、図１０（ａ）は、ロジウム微粒子３１内で発生するＸ線のグラフであり、図１０（ｂ）は、ベリリウム薄膜３２から発生するＸ線のグラフであり、図１０（ｃ）は、ベリリウム薄膜３２とＸ線管窓材（Ｘ線窓材）１６とを透過したとき後のロジウム微粒子（ロジウム粒子）３１およびベリリウム薄膜３２からのＸ線のグラフである。なお、参考のために、図１０（ｄ）に、ベリリウム薄膜３２とＸ線管窓材（Ｘ線窓材）１６によるＸ線の吸収率とエネルギーの関係を、横軸がエネルギー、縦軸が吸収率で表す。

ロジウム微粒子３１内で発生する特性Ｘ線（図１０（ａ）中のＲｈＫα、ＲｈＫβを参照）と連続Ｘ線とのエネルギーおよび強度の関係は図１０（ａ）のグラフの通りである。これらのロジウムからのＸ線がベリリウム薄膜３２およびＸ線管窓材１６を透過しても、図１０（ｃ）に示すように、エネルギーおよび強度はともに損失は少ない。これに対して、ロジウム微粒子３１を透過した電子がベリリウム薄膜３２の中へ散乱・吸収されることによって、ベリリウム薄膜３２から発生する特性Ｘ線と連続Ｘ線とのエネルギーおよび強度は、以下のようになる。

すなわち、ベリリウム薄膜３２から発生する連続Ｘ線については、図１０（ｂ）に示すように、図１０（ａ）のロジウム微粒子３１で発生する連続Ｘ線の強度と比較して、入射電子がロジウム微粒子３１の中を散乱したことによって、ロジウム微粒子３１の中を吸収・散乱する段階で電子数が減少し、エネルギー損失が大きく、エネルギーが低い。同様に、ロジウム微粒子３１の中を吸収・散乱する段階で電子数が減少し、かつ連続Ｘ線の強度が軽元素であるベリリウムの原子番号Ｚ（ここでは原子番号は４）に比例するので、Ｘ線強度も小さい。

ベリリウム薄膜３２から発生するベリリウム薄膜３２から発生した特性Ｘ線のエネルギーおよび強度についても、ベリリウムが軽元素であるので、Ｋ線（図１０（ｂ）中のＢｅＫαを参照）でもエネルギーが低く、蛍光収率が小さいのでＸ線強度も小さい。

ベリリウム薄膜３２からの特性Ｘ線および連続Ｘ線については、図１０（ｄ）に示すように、ベリリウム薄膜３２自体の内部とＸ線管窓材（Ａｌ薄膜）１６とによる吸収が大きく、それらを透過した後は、図１０（ｃ）に示すように、両者ともロジウム微粒子３１からの特性Ｘ線および連続Ｘ線の強度と比較すると無視できる。その結果、ロジウム微粒子３１の径φがＸ線焦点の径となり、径φの微小Ｘ線焦点を得ることができる。本実施例１の場合には、径φが１０ｎｍ程度のロジウム微粒子３１を用いており、ロジウム微粒子３１の径φとほぼ同じ１０ｎｍ程度の径のＸ線焦点を得ることができる。

本実施例１では、保持材としてベリリウム薄膜３２を採用しているため、粒子としてベリリウムの原子番号４を越える原子番号４５のロジウムを採用したが、これに限定するものではなく、保持材の原子番号を超える原子番号で、かつＸ線を発生させる元素であれば、粒子に適用することができる。

同様に、本実施例１では、この発明における粒子としてロジウム微粒子３１を採用するとともに、この発明における保持材としてベリリウム薄膜３２を採用したが、粒子がロジウム微粒子３１の場合には、保持材はベリリウム薄膜３２に限定されない。ロジウム微粒子３１の元素であるロジウムよりも原子番号が小さい軽元素であれば、特に限定されない。例えば、保持材としてベリリウム薄膜３２の替わりに導電性パイロリティックグラファイトを採用してもよい。導電性パイロリティックグラファイトは、炭化水素を分解し気相成長によって得られた黒鉛結晶であって、導電性パイロリティックグラファイトの元素は原子番号が６の炭素（Ｃ）である。したがって、粒子（この場合にはロジウム微粒子３１）から見れば、原子番号が６である炭素は軽元素となり、この発明における保持材に適用することができる。また、導電性パイロリティックグラファイトは、熱伝導性も高い。

また、電子ビームＢの照射によって発生した電流や熱を逃して、発熱を抑制するために、この発明における保持材を、本実施例１のようにベリリウムや導電性パイロリティックグラファイトのような熱伝導性が高く、かつ導電性物質で構成するのが好ましい。

次に、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。
図３は、実施例２に係るターゲットの構成を示す概略図であり、図３（ａ）は、ターゲットの概略平面図、図３（ｂ）は、ターゲットの概略断面図である。なお、本実施例２に係るＸ線管１は、ターゲット１２を除けば、上述した実施例１と同様の構成である。したがって、実施例１と共通する箇所については同じ符号を付して、その箇所の説明については省略する。

本実施例２に係るターゲット１２は、図３に示すように、上述した実施例１のロジウム微粒子３１およびベリリウム薄膜３２の他に、導電性カーボンナノチューブ３３をさらに備えている。そして、本実施例２では、ベリリウム薄膜３２にロジウム微粒子３１の径φよりも大きい径の孔３４を設け、その孔３４に跨るように導電性カーボンナノチューブ３３をベリリウム薄膜３２の電子ビームＢ側に配設し、その導電性カーボンナノチューブ３３のさらなる電子ビームＢ側にロジウム微粒子３１を孔３４の部分に配設することで、ロジウム微粒子３１を電子ビームＢ側の所定箇所に固定して保持する。なお、このように固定し、ロジウム微粒子３１よりも孔３４の径の方が大きいので、導電性カーボンナノチューブ３３を介してベリリウム薄膜３２によってロジウム微粒子３１を間接的に固定して保持する。導電性カーボンナノチューブ３３はこの発明における導電体に相当し、孔３４はこの発明における開口部に相当する。

孔３４を設ける方法としては、例えば、上述したＭＥＭＳ技術、あるいはＭＥＭＳ技術よりも微細なナノメートルオーダの微細加工が可能なＮＥＭＳ（Nano Electro Mechanical Systems）技術を用いる。なお、孔３４を設ける方法は、上述したＭＥＭＳ技術やＮＥＭＳ技術に限定されず、開口部を設ける周知の方法であれば特に限定されない。また、貫通した孔３４以外にも、窪みの凹部（穴）を設けてもよく、開口部であれば特に限定されない。

導電性カーボンナノチューブ３３をベリリウム薄膜３２に配設する方法としては、例えば、電子ビーム励起堆積（EBID: Electron Beam Induced Deposition）法を用いる。なお、配設方法は、上述したＥＢＩＤ法に限定されず、導電性カーボンナノチューブ３３に代表される導電体をベリリウム薄膜３２に代表される保持材に配設する周知の方法であれば特に限定されない。

以上のような構成によれば、上述した実施例１と同様に、ロジウム微粒子３１の径φがＸ線焦点の径となり、径φの微小Ｘ線焦点を得ることができる。

本実施例２の場合には、電子ビームＢの照射によって発生した電流や熱を導電性カーボンナノチューブ３３に代表される導電体を通じて保持材へ逃し易くして、拡散することができ、且つ、保持材の厚さをＸ線の吸収と無関係に厚くすることができるので、発熱し難くなる。その結果、大きな電流を流すことができ、より輝度の高い微小Ｘ線焦点が得られる。

また、実施例１の場合には、ベリリウム薄膜３２からの特性Ｘ線や連続Ｘ線の強度がロジウム微粒子３１からの特性Ｘ線や連続Ｘ線と比較して無視できずに、いわゆる『焦点ボケ』を起こす可能性があるが、本実施例２の場合には、ロジウム微粒子３１が導電性カーボンナノチューブ３３に接触している面積が小さく、導電性カーボンナノチューブ３３の厚さが薄いので、ロジウム微粒子３１を透過した電子の大部分は、Ｘ線管１内の真空中に放出した後、Ｘ線管１を収容する収容部材（ハウジング部材）に吸収される。したがって、ベリリウム薄膜３２からの特性Ｘ線や連続Ｘ線に起因した焦点ボケを抑制することができる。

なお、本実施例２では、この発明における導電体として導電性カーボンナノチューブ３３を採用したが、導電体は導電性カーボンナノチューブ３３に限定されない。導電性カーボンナノチューブ３３以外の導電体であっても、粒子（本実施例ではロジウム微粒子３１）よりも原子番号が小さい元素の導電体であれば、特に限定されない。

また、上述した実施例１と同様に、ロジウム微粒子３１から見れば、原子番号が６であるカーボン（炭素）および原子番号が４であるベリリウムは軽元素となり、導電性カーボンナノチューブ３３を、この発明における導電体に適用することができるとともに、ベリリウム薄膜３２を、この発明における保持材に適用することができる。なお、粒子がロジウム微粒子３１の場合には、保持材はベリリウム薄膜３２に限定されず、ロジウム微粒子３１の元素であるロジウムよりも原子番号が小さい軽元素であれば、導電性パイロリティックグラファイトを構成する炭素に例示されるように、特に限定されない。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例では、Ｘ線を発生させる元素からなる粒子はロジウム微粒子３１であったが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）あるいはマグネシウム（Ｍｇ）から励起された特性Ｘ線を用いる場合には、アルミニウム微粒子あるいはマグネシウム微粒子をこの発明における粒子として用いてもよい。この場合には、アルミニウムの原子番号が１３で、マグネシウムの原子番号が１２なので、それよりも原子番号が小さい元素を軽元素として、この発明における導電体や保持材に適用すればよい。この場合においても、各実施例と同様に、原子番号が６である炭素からなる導電性パイロリティックグラファイトや、原子番号が４であるベリリウムを保持材に適用するのが、導電性や熱伝導性がよいので、電子ビームＢの照射によって発生した電流や熱を逃して、発熱を抑制する点においては好ましい。

（２）上述した各実施例では、ロジウム微粒子などに代表される粒子の径は１０ｎｍ程度であったが、用いるＸ線の径によって適宜変更することができる。Ｘ線の径がマイクロメートルオーダであれば、それに応じて粒子の径もマイクロメートルオーダのものを用いればよい。

（３）上述した実施例２では、孔３４に代表される開口部に跨るように導電性カーボンナノチューブ３３に代表される導電体をベリリウム薄膜３２に代表される保持材の電子ビームＢ側の所定箇所に配設する形態は、図３に示すような配設形態であったが、図４の平面図に示すように複数の導電体（ここでは導電性カーボンナノチューブ３３）が放射状に開口部（ここでは孔３４）に跨るような配設形態であってもよいし、図５の平面図に示すように開口部（孔３４）全面を導電体薄膜が覆って跨るような配設形態であってもよい。

（４）上述した各実施例では、電子ビーム側に反射したＸ線を使用する反射型を例に採ってＸ線管を説明したが、この発明は、図６に示すように、電子ビーム側とは逆側に透過したＸ線を使用する透過型のＸ線管にも適用することができる。この場合には、Ｘ線管窓材１６もターゲット１２の電子ビーム側とは逆側に設ける。

（５）上述した各実施例では、非破壊検査機器などの工業用装置を例に採ってＸ線撮像装置を説明したが、この発明は、Ｘ線診断装置などの医用装置や分析装置にも適用することができる。

各実施例に係るＸ線源の構成を示す概略断面図である。実施例１に係るＸ線管内のターゲットの構成を示す概略断面図である。実施例２に係るターゲットの構成を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。実施例２に関する変形例に係るターゲットの構成を示す概略平面図である。実施例２に関するさらなる変形例に係るターゲットの構成を示す概略平面図である。変形例に係るＸ線源の構成を示す概略断面図である。（ａ）は、従来のターゲットにおけるＸ線発生のメカニズムを概略的に説明するのに供するターゲットの概略断面図であり、（ｂ）は、Ｘ線発生領域に関する寸法を概略断面図に示した図である。従来のターゲットの厚みを薄くしたときにおけるＸ線発生のメカニズムを概略的に説明するのに供するターゲットの概略断面図である。図８の構造に、さらに軽元素からなる保持材で薄膜状のターゲットを保持して一体構成した概略断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、横軸がエネルギー、縦軸が強度のＸ線のエネルギー分布を表すグラフであって、（ｄ）は、ベリリウム薄膜とＸ線窓材によるＸ線の吸収率について、横軸がエネルギー、縦軸が吸収率で表したグラフである。

符号の説明

１ … Ｘ線管
１１ … 電子源
１２ … ターゲット
３１ … ロジウム微粒子
３２ … ベリリウム薄膜
３３ … 導電性カーボンナノチューブ
３４ … 孔
Ｘ₁ … （ロジウム微粒子から発生する）特性Ｘ線および連続Ｘ線

Claims

電子ビームを発生させる電子源と、
電子源からの電子ビームの加速電圧と電流、および電子ビームを集束させる電子レンズを制御する制御手段と電子源からの電子ビームの照射によりＸ線を発生させるターゲットとを備えたＸ線源であって、前記ターゲットは、Ｘ線を発生させる元素からなる粒子と、その粒子の元素よりも原子番号が小さい元素からなる保持材とを備え、その保持材によって前記粒子を電子ビーム側の所定箇所に直接的あるいは間接的に固定して保持し、電子ビームを前記粒子に照射することによりＸ線を発生させることを特徴とするＸ線源。
請求項１に記載のＸ線源において、前記粒子を前記保持材の電子ビーム側の所定箇所の表面に接触させて固定、あるいは表面に埋め込んで固定して保持することを特徴とするＸ線源。
請求項１に記載のＸ線源において、前記ターゲットは、前記粒子よりも原子番号が小さい元素からなる導電体をさらに備え、前記保持材に粒子の径よりも大きい径の開口部を設け、その開口部に跨るように前記導電体を保持材の電子ビーム側に配設し、その導電体のさらなる電子ビーム側に粒子を開口部の部分に配設することで、粒子を固定して保持することを特徴とするＸ線源。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のＸ線源において、前記保持材は、ベリリウムであることを特徴とするＸ線源。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のＸ線源において、前記保持材は、導電性パイロリティックグラファイトであることを特徴とするＸ線源。
請求項１から請求項５のいずれかに記載のＸ線源に用いられるターゲットであって、前記ターゲットは、Ｘ線を発生させる元素からなる粒子と、その粒子の元素よりも原子番号が小さい元素からなる保持材とを備え、その保持材によって前記粒子を電子ビーム側の所定箇所に直接的あるいは間接的に固定して保持することを特徴とするターゲット。