JP2011253785A - Ｘ線源 - Google Patents

Abstract

【課題】所定のＸ線量を確保しつつ、安定運転を可能としたＸ線源を提供する。
【解決手段】透過ターゲット14を備えた真空容器11内に、電子ビーム15を発生する電子源16を有する。真空容器11内に、引出し電極21により引き出した電子ビーム15を加速する加速電極25を有する。真空容器11内に、加速電極25により加速した電子ビーム15を収束させるレンズ電極29を有する。レンズ電極29により収束した電子ビーム15が通過する貫通口41を備え、透過ターゲット14の一部を覆う隔壁38を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、透過ターゲットを備えたＸ線源に関する。

一般的な微小焦点を有するＸ線源は、マイクロフォーカスＸ線源として既に製品化がなされており、対象物の微小領域を高分解能で検査する非破壊検査装置などに広く利用されている。このＸ線源は、電子源から放出される電子ビームを電界または磁界レンズなどの電子光学径により収束させ、ターゲット表面のμｍオーダ、またはそれ以下の狭い領域に焦点を持たせて、そこで放出されるＸ線を、ターゲットを透過させて放出させる構成が採られている。

ここで、微小な物質を測定するためにはＸ線の発生を微小口径にする必要があり、Ｘ線発生源である金属製ターゲットに電子ビームを微小口径に収束する必要がある。このためには、高真空で維持された真空容器内に電子源、電子をビーム流量にする高電圧を印可した引出し電極、電子ビームにエネルギーを加える高電圧を印可した加速電極、および、電子ビームを微小口径に収束させる高電圧を印可したレンズ電極等の構成が必要になる。

特開２００８−１４０６８７号公報

発生するＸ線量は電子ビーム量、つまり、電流量に比例するため、所定のＸ線量を得るためには電流を流す必要があるが、微小口径に電子ビームを収束させると電流密度が増加し、金属製ターゲットが過熱して、ターゲットを損傷させるおそれがある。この損傷は金属製ターゲットを蒸発および飛散させる他、金属製ターゲット中に含まれている水素や酸素等のガスも飛散させる事象が発生する。この飛散した金属やガスは高真空に維持されているＸ線源内に飛散し、Ｘ線源の各電極の絶縁構造材表面に付着して漏洩電流を発生させ、Ｘ線源の動作を停止させるおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、所定のＸ線量を確保しつつ、安定運転を可能としたＸ線源を提供することを目的とする。

実施形態のＸ線源は、透過ターゲットを備えた真空容器内に収納され、電子ビームを発生する電子源を有する。また、Ｘ線源は、真空容器内に収納され、引出し電極により引き出された電子ビームを加速する加速電極を有する。さらに、Ｘ線源は、真空容器内に収納され、加速電極により加速された電子ビームを収束させる電子光学系を有する。また、Ｘ線源は、電子光学系により収束された電子ビームが通過する貫通口を備え、透過ターゲットの一部を覆って真空容器に設けられた隔壁を有する。

一実施形態を示すＸ線源の全体の説明構造図である。 同上Ｘ線源の一部を拡大して示す説明図である。 同上Ｘ線源の一部をさらに拡大して示す断面図である。

以下、一実施形態の構成を図１ないし図３を参照して説明する。

図１ないし図３に、Ｘ線源10の一実施形態を示す。

Ｘ線源10は、特に例えば形状が微小でかつＸ線透過率が相対的に大きい樹脂等の低エネルギーＸ線で測定する必要がある物質測定用、例えばＸ線断層撮影装置としてのＸ線ＣＴ(Computed Tomography)装置を有する立体透視画像構成装置に用いるものである。そして、このＸ線源10は、内部が真空保持される真空容器11を有し、この真空容器11は、一端側が開放された円筒状の真空容器本体12と、この真空容器本体12の一端側に着脱可能に接続される接続部13とを有している。また、この接続部13には、Ｘ線を外部に放出する透過ターゲット14が配設されている。さらに、真空容器11の他端側である真空容器本体12内には、透過ターゲット14に向けて電子ビーム15を発生させる電子源16および抑制電極17が電子源支持構造物18に配設され、この電子源支持構造物18の一端側には、筒状の電気絶縁体である絶縁構造物19を介して筒状の電極支持構造物20が接続され、この電極支持構造物20の内部でかつ真空容器本体12内には、引出し電極21が支持されている。また、電極支持構造物20の一端側には、筒状の電気絶縁体である絶縁構造物23を介して筒状の電極支持構造物24が接続され、この電極支持構造物24の内部でかつ真空容器本体12内には、加速電極25が支持されている。そして、電極支持構造物24の一端側には、筒状の電気絶縁体である絶縁構造物26を介して筒状の電極支持構造物27が接続されているとともに、この電極支持構造物27の外方に電極支持構造物28が接続されており、電極支持構造物27の内部でかつ真空容器本体12内には、電子光学系としてのガンレンズであるレンズ電極29が支持され、電極支持構造物28の内部の一端側でかつ真空容器本体12内には、アパチャー電極30が支持されている。

また、接続部13は、中央部にＸ線放出窓32が形成されている。さらに、この接続部13と真空容器本体12との間には、金属などにより形成されたシール部材であるパッキン33が挟持されて、真空容器11の内部が真空に保持されるように構成されている。そして、真空容器本体12と接続部13とは、互いに固定手段としての取付用螺子34により固定されている。

パッキン33は、例えば銅などの比較的軟質の金属により円環状に形成されており、接続部13の周縁部に位置している。真空容器本体12と接続部13とは、同電位に設定されている。

また、透過ターゲット14は、例えば一般的にはタングステンなどであり、透過ターゲット支持構造物36とともに、Ｘ線放出窓32に取り付けられている。さらに、この透過ターゲット14は、真空容器11とともに、例えば接地電位に設定されている。そして、透過ターゲット14は、電子ビーム15の照射によって発生したＸ線37を減衰させることなく、外部に放出されるために非常に薄い構造であり、Ｘ線源10内の真空と外部の大気圧で構造を維持可能で、Ｘ線37の減衰の小さい構造材金属である例えばベリリウムなどの透過ターゲット支持構造物36に密着している。さらに、これら透過ターゲット14と透過ターゲット支持構造物36とは、真空容器11の一端である接続部13の内側に接続された隔壁38により覆われている。この隔壁38には、透過ターゲット14に対向する位置に、例えば丸孔状の貫通口41が形成されている。この貫通口41は、アパチャー電極30を透過した電子ビーム15が透過するもので、その口径が例えば１ｍｍ以下に設定されている。さらに、隔壁38の内部の他端側には、円環状の真空ゲッター42が配置されている。なお、この真空ゲッター42は、例えば放出ガスを吸収するために真空容器11内に配置されている真空ゲッターと同じ材質のものを用いる。したがって、透過ターゲット14は、透過ターゲット支持構造物36および真空ゲッター42とともに、接続部13に一体的に配設されており、接続部13の交換によって透過ターゲット14および真空ゲッター42が一体的に交換可能に構成されている。

また、電子源16は、真空容器11の内部に収納されており、図示しない直流安定化電源と電気的に接続されたヒータ44，45と電気的に接続され、熱電子を発生するように構成されている。

また、抑制電極17は、真空容器11の内部に収納されており、電子源16に対して負電圧が印加され、電子源16の先端部以外の周辺部分からの放出電子量を抑制するように構成されている。

また、引出し電極21は、真空容器11の内部に収納されており、正電圧が印加され、電子源16からの電子を電子ビーム15として引き出すように構成されている。

また、加速電極25は、真空容器11の内部に収納されており、引出し電極21よりもさらに大きい値の正電圧が印加され、引出し電極21より引き出された電子を加速し電子ビーム15を得るように構成されている。

また、レンズ電極29は、真空容器11の内部に収納されており、このレンズ電極29には、正電圧が印加され、加速電極25により加速された電子ビーム15を収束して透過ターゲット14に入射させるように構成されている。

また、アパチャー電極30は、電子ビーム15の不要な成分を除去するもので、真空容器11の内部に収納されており、レンズ電極29により収束された電子ビーム15の不要な成分を除去して透過ターゲット14の不要な電子ビーム15による加熱を除去するように構成されている。さらに、このアパチャー電極25の中央部には、電子ビーム15が通過する開口部としてのアパチャー貫通口47が形成されている。このアパチャー貫通口47の口径は、例えば１．５ｍｍ以下に設定されている。したがって、隔壁38の貫通口41の口径は、アパチャー貫通口47の口径よりも小さい。

また、電極支持構造物28には、各電極17，21，25，29などに電圧を印加する図示しない配線構造物を貫通させたり、Ｘ線源10を高真空に排気したりするための開口48が形成されている。

次に、上記一実施形態の作用を説明する。

抑制電極17により放出量を抑制されつつ電子源16から発生した熱電子は、引出し電極21により電子ビーム15として引き出されるとともに加速電極25により加速される。

そして、この電子ビーム15が、レンズ電極29によって微小口径に収束されて貫通口41を透過し透過ターゲット14に照射されると、透過ターゲット14からＸ線37が放射される。放射されたＸ線37は透過ターゲット14に密着された透過ターゲット支持構造物36を透過して、外部に放出される。

Ｘ線37による透過撮影を行うとき、Ｘ線源10を小口径とした方が撮影分解能力が高いため、収束照射する電子ビーム15の口径を小さくすることが望まれている。しかし、微小口径に電子ビーム15を収束照射すると非常に高温に加熱されるため、図２および図３に示すように、透過ターゲット14を構成している金属の蒸発や内部に拡散しているガスが飛散物49として発生して飛散する。そして、図２の想像線に示すように、飛散物49は開口48等を介して電極支持構造物27等の表面に付着しようとし、電極支持構造物27に飛散物49が付着すると、各電極17，21，25，29に印加した高電圧により漏洩電流が生じて、Ｘ線源10が動作することが困難になる。特に、透過ターゲット14に近いレンズ電極29を支持している電極支持構造物27は、電極支持構造物24との電位差がＸ線源10中で最も大きいため、耐圧がＸ線源10中で最も大きい部分であって、飛散物49の付着が多くなるおそれがあり、飛散物49が付着すると漏洩電流が生じることでＸ線源10として正常に動作することが困難になる。この漏洩電流は、極めて微量の飛散物49の付着により発生する物であり、電子ビーム15による飛散物49の量は微量であっても大きな影響を与える。

そこで、以上説明した一実施形態では、電子ビーム15が照射される透過ターゲット14を囲む隔壁38を設置したことにより、飛散物49の飛散を減少させ、飛散物49の電極支持構造物27等への付着を防ぐ、すなわち飛散物49の飛散範囲を低減して、漏洩電流を低減することが可能になる。このため、電子ビーム15の電流量を比較的大きくすることができ、所定のＸ線量の発生が可能になる。したがって、Ｘ線源10は、所定のＸ線量を確保しつつ、安定運転が可能となる。

また、隔壁38内に配置した真空ゲッター42により飛散物49を吸着除去することで、飛散物49を発生源近傍で吸着除去可能となり、飛散物49の電極支持構造物27等への付着を、より確実に防ぐことが可能になる。

さらに、真空ゲッター42を隔壁38の内部にて貫通口41の周囲に円環状に配置することにより、飛散物49をより効率よく吸着除去できる。

そして、貫通口41の開口径をアパチャー貫通口47の開口径よりも小さくすることにより、アパチャー電極30によって不要な成分を除去された電子ビーム15を貫通口41に通過させつつ、飛散物49の飛散範囲をより低減できる。

なお、上記一実施形態において、真空容器11の細部は、上記構成に限定されるものではない。

10 Ｘ線源
11 真空容器
14 透過ターゲット
15 電子ビーム
16 電子源
17 抑制電極
21 引出し電極
25 加速電極
29 電子光学系としてのレンズ電極
30 アパチャー電極
38 隔壁
41 貫通口
42 真空ゲッター
47 開口部としてのアパチャー貫通口

Claims (4)

1. 透過ターゲットを備えた真空容器と、
   この真空容器内に収納され、電子ビームを発生する電子源と、
   前記真空容器内に収納され、前記電子源が発生した電子ビームを抑制する抑制電極と、
   前記真空容器内に収納され、抑制電極により抑制された電子ビームを引き出す引出し電極と、
   前記真空容器内に収納され、前記引出し電極により引き出された電子ビームを加速する加速電極と、
   前記真空容器内に収納され、前記加速電極により加速された電子ビームを収束させる電子光学系と、
   この電子光学系により収束された電子ビームが通過する貫通口を備え、前記透過ターゲットの一部を覆って前記真空容器に設けられた隔壁と
   を具備していることを特徴とするＸ線源。
2. 真空容器内に収納され、隔壁の内部に配置された真空ゲッター
   を具備していることを特徴とした請求項１記載のＸ線源。
3. 真空ゲッターは、隔壁内に円環状に配置されている
   ことを特徴とする請求項２記載のＸ線源。
4. 開口部を備え、電子光学系と隔壁との間に少なくとも一部が位置し、前記電子光学系で収束された電子ビームの不要な成分を除去するアパチャー電極を具備し、
   隔壁の貫通口の口径は、前記アパチャー電極の開口部の口径よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載のＸ線源。

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