JP2013026070A - Ｘ線発生装置及びｘ線発生装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線形加速器から出射させる電子ビームのエネルギを異ならせても、発生させるＸ線の線量の変動を抑制する、ことを目的とする。
【解決手段】Ｘ線発生装置１０は、電子ビームを発生させる電子銃１２、電子銃１２によって発生された電子ビームをマイクロ波によって加速させる線形加速器１４、線形加速器１４によって加速された電子ビームが照射されることによって、Ｘ線を発生するＸ線ターゲット１６、線形加速器１４に導入させるマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置、マイクロ波の電力が変化するようにマイクロ波発生装置を制御するパルスモジュレータを備える。線形加速器１４は、複数のバンチャ空洞４０を有しているため、マイクロ波の電力を低下させることで加速位相からずれた電子が生じても、該電子を次の時間周期の加速位相にて加速させることができるので、マイクロ波の電力を低下させても出射される電子ビームの強度の低下が抑制される。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線発生装置及びＸ線発生装置の制御方法に関するものである。

例えば、空港での手荷物検査等に用いられるエックス線（以下、「Ｘ線」という。）を利用した非破壊検査装置には、数十から数百キロボルト程度の管電圧で駆動するＸ線管が搭載されているものがある。このような非破壊検査装置は、Ｘ線管から出力されたＸ線を手荷物等の検査対象物に照射し、検査対象物を透過したＸ線の線量の空間分布から検査対象物の嵩密度（物質の比重と密度との積）の濃淡を画像として構成している。
また、上記非破壊検査装置は、各元素によってＸ線の減衰（線源弱係数）のＸ線エネルギ依存性が異なることを利用して、検査対象物の原子番号の特定（元素同定）を行う場合がある。このような元素同定を目的として、上記非破壊検査装置は、Ｘ線管の管電圧を変化させてＸ線を照射する、又は複数のＸ線管により異なる管電圧によるＸ線の照射を行い、例えば２つの異なる管電圧、すなわち２つの異なるＸ線のエネルギによる透視画像を得ることによって、検査対象物の原子番号を特定する。

一方、港湾や国境におけるコンテナ等の嵩密度の大きい荷物に対するＸ線を利用した非破壊検査では、数百キロボルト程度の管電圧で駆動するＸ線管から発生するＸ線では透過能力が不十分であり、より高エネルギのＸ線を用いた非破壊検査が行われている。

高エネルギのＸ線を得るためには、線形加速器（Linear Accelerator：ＬＩＮＡＣ）と呼ばれる加速器が主に用いられており、線形加速器によって高エネルギ（３ＭｅＶから９ＭｅＶ程度）に加速させた電子が、ターゲット材料に照射されることにより、制動放射によってターゲット材料から高エネルギのＸ線が発生する。このように、線形加速器を用いた非破壊検査装置は、Ｘ線管で発生されるＸ線よりも高エネルギのＸ線を得ることができるため、コンテナ等の比較的嵩密度が大きい検査対象物に対してもＸ線を透過させ、透視画像を得ることができる。

ここで、線形加速器を用いたＸ線発生装置について説明する。

線形加速器を用いたＸ線発生装置は、電子銃、バンチャ、加速管、Ｘ線ターゲット、パルスモジュレータ、及びマイクロ波発生装置を備え、電子銃によって発生された電子ビームは、バンチャ及び加速管によって加速され、Ｘ線ターゲットに照射される。

より具体的には、パルスモジュレータは、高電圧パルスを発生させ、発生された高電圧パルスは、電子銃とマイクロ波発生装置に印加される。
電子銃は、パルスモジュレータから高電圧パルスが印加されると、電子ビームを発生させ、発生させた電子ビームをバンチャへ入射させる。なお、バンチャへ入射される電子ビームの電子密度は、高電圧パルス幅にわたって時間的に一様である。
一方、マイクロ波発生装置は、パルスモジュレータから高電圧パルスが印加されると、数メガワット（ＭＷ）の大電力のマイクロ波を発生させる。なお、高電圧パルスのパルス幅は、マイクロ波発生装置によって発生されるマイクロ波の周期よりも十分長い。

そして、マイクロ波発生装置によって発生されたマイクロ波は、共振空洞が複数連結して構成された加速管へ入射される。なお、加速管を構成する共振空洞を加速空洞という。加速管へ入射されたマイクロ波は、各加速空洞によって共振され、各加速空洞において、マイクロ波の周波数によって振動する中心軸方向を向いた、電子ビームを加速させるための加速電界を励起させる。なお、隣接する加速空洞に励起される加速電界との位相差は、１８０度とされる。

また、バンチャも、共振空洞により構成されており、加速管へ入射されたマイクロ波は、加速管内部を伝わってバンチャにも加速電界を励起させる。そして、電子銃からバンチャへ入射された電子ビームは、バンチャで励起された加速電界により速度変調を受ける。すなわち、バンチャの加速電界が正となったタイミングでバンチャへ入射された電子ビームは増速する一方、加速電界が負となったタイミングでバンチャへ入射された電子ビームは減速する。
このため、バンチャへ入射した時点では高電圧パルス幅内で時間的に一様であった電子ビームの電子密度は、上記速度変調の影響を受けて、除々に集群（バンチング）され、マイクロ波の周波数で決定される時間周期で粗密を有するようになる。

バンチャにおける共振空洞の形状は、バンチングされた電子ビームの電子密度の高い部分が加速管に入射されるタイミングと、加速管の最初の加速空洞の加速電界が正であるタイミングを同期させるように設計されており、このように同期させることによって、電子を正の加速電界で効率的に加速させることができ、かつ負の加速電界によって電子銃側へ逆行して加速される電子を減らすことができる。

なお、加速管において各々隣接する加速空洞の加速電界の位相差が１８０度とされているが、加速空洞の形状は、加速管の最初の加速空洞により加速された電子が隣接する加速空洞に到達するタイミングと、隣接する加速空洞の加速電界が正となるタイミングとを同期させるように設計されており、このように同期させることにより、電子はさらに加速される。線形加速器は、同様にして複数の加速空洞においても、加速電界が正となるタイミングで同期させながら電子を加速させることにより、目的とする高エネルギの電子ビームを発生させる。

そして、加速された高エネルギの電子ビームが、Ｘ線ターゲットに照射されることにより、高エネルギの制動放射Ｘ線が得られる。

さらに、線形加速器を用いた非破壊検査装置において元素同定を行う場合には、Ｘ線管の場合と同様に２つの異なる電子ビームのエネルギを持つ線形加速器が必要とされる。

例えば、手荷物検査を行うための非破壊検査装置で用いられるＸ線管の場合には、Ｘ線管の管電圧を変化させることにより容易に異なるエネルギのＸ線を得ることができる。またＸ線管は比較的安価であるため、２つのＸ線管を非破壊検査装置に搭載することが経済的に成立しえる。

しかしながら、線形加速器は、Ｘ線管に比べ高価であり、２つの異なる電子エネルギを得るために２つの異なる線形加速器を非破壊検査装置に搭載することは大きなコスト増の原因となる。

ここで、特許文献１には、加速管に入射するマイクロ波の電力（以下、「マイクロ波電力」という。）をＰ、電子ビームの電流値をＩ、電子ビームのエネルギをＥとすると、下記（１）式に示される関係式が成り立つことが記載されている。なお、ＡとＢは、定数である。

従って、加速管へ導入するマイクロ波電力を下げ、かつ電子ビームの電流を上げると、電子ビームのエネルギは低下する。

線形加速器は、（１）式に示される関係を利用して、高電圧パルスの電圧波高値を定格値に対して下げることによってマイクロ波増幅器から出力されるマイクロ波電力を下げ、電子銃のグリッド電圧を定格値に対して上げることによって電子銃で発生される電子ビームの電流値を上げることで、定格値よりも低い加速エネルギの電子ビームを出力することができる。そして、線形加速器は、このような制御をパルスモジュレータの高電圧パルスのパルス毎に切り換えることで、２つの異なる加速エネルギの電子ビームを発生させることができる。

米国特許第７６４６８５１号明細書

しかしながら、特許文献１に記載されている制御方法によって、加速管へ導入するマイクロ波電力を低下させると以下のような問題が生じる。
加速管に入射するマイクロ波電力を定格値よりも低下させると加速空洞に励起される加速電界は小さくなる。すると加速される電子の速度が、定格のマイクロ波電力によって運転する定格運転時に比べて遅くなるため、１つの加速空洞を通過するのに要する時間が定格運転時に比べ長くなる。

このため電子が次の加速空洞に到達するタイミングが、定格運転時に比べて遅くなる。このタイミングが遅いため、次の共振駆動に電子が到達した時点では、次の加速空洞の加速電界の位相は正から負に変わろうとしてしまう。つまり、次の加速空洞に到達するタイミングが遅くなると、適正な正の加速電界により電子が加速されないこととなり、加速管で適正に加速されてＸ線ターゲットに到達する電子ビームの電流は小さくなってしまう。

上記のような電子が加速電界の正の位相に乗れないという問題は、加速管に電子が入射された最初の加速空洞で特に問題となる。この理由は以下の通りである。
一般に高エネルギの電子の速度ｖと加速エネルギＥは、下記（２）式で示すような関係が成り立つ。

（２）式によると電子が静止状態から１ＭｅＶに加速されると、電子は、光速の９４％の速度まで到達する。そして、電子は、エネルギが１ＭｅＶ程度を超えると、加速されるほど速度の上限である光速に近づく。従って電子速度の変化(上昇)の大部分は１ＭｅＶ程度に加速されるまでに起こり、１ＭｅＶ程度を超えると速度変化は緩やかになる。

このため、マイクロ波電力の低下時に、電子が加速電界の正の位相に乗れないという問題は、加速管に電子が入射された最初の加速空洞で顕著となる。そして、この問題により、加速管で加速され、Ｘ線ターゲットに照射される電子ビームの電流値は小さくなり、その結果、発生するＸ線の線量も小さくなる。

また、一般に電子ビームがＸ線ターゲットに照射されて制動放射により発生するＸ線の線量は、電子ビームのエネルギが低くなるほど小さくなる。このため、電子ビームのエネルギが低くなるほど検査対象物を透過するＸ線の線量も小さくなり、低エネルギのＸ線を発生させる場合には、十分な画像を得るためのＳ／Ｎ比が得られず、又、Ｘ線検出器の感度域を広く確保する必要が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、線形加速器から出射させる電子ビームのエネルギを異ならせても、発生させるＸ線の線量の変動を抑制できる、Ｘ線発生装置及びＸ線発生装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のＸ線発生装置及びＸ線発生装置の制御方法は以下の手段を採用する。

本発明の第一態様に係るＸ線発生装置は、電子ビームを発生させる電子ビーム発生手段と、複数のバンチャ空洞と複数の加速空洞を有し、前記電子ビーム発生手段によって発生された電子ビームをマイクロ波によって加速させる線形加速器と、前記線形加速器によって加速された電子ビームが照射されることによって、Ｘ線を発生するターゲットと、前記線形加速器に導入させるマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、マイクロ波の電力が変化するように前記マイクロ波発生手段を制御する制御手段と、を備える。

上記構成によれば、電子ビーム発生手段によって電子ビームを発生させ、複数のバンチャ空洞と複数の加速空洞を有する線形加速器によって、電子ビーム発生手段で発生された電子ビームをマイクロ波によって加速させ、線形加速器で加速された電子ビームをターゲットに照射することで、Ｘ線を発生させる。このようにして発生されたＸ線は、検査対象物に照射されることによって非破壊検査が行われる。
また、マイクロ波発生手段は、制御手段によって線形加速器へ導入されるマイクロ波の電力が変化するように制御される。マイクロ波の電力を変化させることによって、線形加速器で加速される電子ビームのエネルギが変化するので、ターゲットから発生するＸ線のエネルギも変化させることができ、異なるエネルギのＸ線を用いた検査対象物の元素同定が可能となる。

ここで、マイクロ波の電力を定格運転時よりも低下させると、電子ビームの速度が遅くなるため、加速空洞に到達するタイミングが定格運転時に比べて遅くなり、加速位相からずれ、適正な正の加速電界により電子を加速することができない。そのため、線形加速器から出射される電子ビームの強度は、定格運転で加速させた場合に比較して大幅に低下する。

しかしながら、線形加速器が複数のバンチャ空洞を有すると、電子ビームが加速位相からずれても、次の時間周期の加速位相にて加速されることとなる。そして、複数のバンチャを通過した電子ビームは、略光速まで加速されることとなるため、バンチャ空洞よりも下流側に位置する加速空洞を定格運転とほぼ同じ時間で通過することができる。

このように、本発明は、線形加速器が複数のバンチャを有することで、マイクロ波の電力を低下させることで加速位相からずれた電子が生じても、次の時間周期の加速位相にて加速される。従って、マイクロ波の電力を低下させても出射される電子ビームの強度の低下が抑制されるので、線形加速器から出射させる電子ビームのエネルギを異ならせても、発生させるＸ線の線量の変動を抑制できる。

また、上記第一態様では、前記制御手段が、前記マイクロ波発生手段から前記線形加速器へ導入させるマイクロ波の電力の大きさに応じて、該マイクロ波をパルス状に繰り返し導入する周波数を変化させることが好ましい。

線形加速装置から出射される電子ビームの強度が電子ビームのエネルギに応じて変化し、高エネルギのＸ線の線量に比べ、低エネルギのＸ線線量の方が小さくなると、感度域の広いＸ線検出器を用いる必要が生じる。

そこで、上記構成によれば、線形加速器へ導入するマイクロ波の電力の大きさに応じて、該マイクロ波をパルス状に繰り返し導入する周波数を変化させることが可能とされているので、マイクロ波の電力に応じて電子ビームの電流量を増減させることができる。従って、高エネルギのＸ線を発生させる場合と低エネルギのＸ線を発生させる場合とで、検査対象物へ照射させるＸ線線量を同等とできるため、Ｘ線検出器の感度域を広く取る必要がなくなる。

また、上記第一態様では、前記制御手段が、定格運転におけるマイクロ波の電力を前記マイクロ波発生手段から前記線形加速器へ導入させることで高エネルギのＸ線を発生させ、前記定格運転におけるマイクロ波の電力よりも低いマイクロ波の電力を前記マイクロ波発生手段から前記線形加速器へ導入させることで低エネルギのＸ線を発生させることが好ましい。

上記構成によれば、定格運転におけるマイクロ波の電力を基準として高エネルギのＸ線及び低エネルギのＸ線を発生させるので、容易に異なるエネルギのＸ線を発生させることができる。

本発明の第二態様に係るＸ線発生装置は、電子ビームを発生させる電子ビーム発生手段と、前記電子ビーム発生手段によって発生された電子ビームをマイクロ波によって加速させる線形加速器と、前記線形加速器によって加速された電子ビームが照射されることによって、Ｘ線を発生するターゲットと、前記線形加速器に導入させるマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、マイクロ波の電力が変化するように前記マイクロ波発生手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記マイクロ波発生手段から前記線形加速器へ導入させるマイクロ波の電力の大きさに応じて、該マイクロ波をパルス状に繰り返し導入する周波数を変化させる。

本発明の第三態様に係るＸ線発生装置の制御方法は、電子ビームを発生させる電子ビーム発生手段、複数のバンチャ空洞と複数の加速空洞を有し、前記電子ビーム発生手段によって発生された電子ビームをマイクロ波によって加速させる線形加速器、前記線形加速器によって加速された電子ビームが照射されることによって、Ｘ線を発生するターゲット、前記線形加速器に導入させるマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段、及びマイクロ波の電力が変化するように前記マイクロ波発生手段を制御する制御手段を備えたＸ線発生装置の制御方法であって、第１の大きさのマイクロ波の電力を前記マイクロ波発生手段から前記線形加速器へ導入し、前記電子ビーム発生手段によって発生された電子ビームを加速させ、前記ターゲットに照射させてＸ線を発生させる第１工程と、前記第１の大きさのマイクロ波の電力とは異なる大きさの電力のマイクロ波を前記マイクロ波発生手段から前記線形加速器へ導入し、前記電子ビーム発生手段によって発生された電子ビームを加速させ、前記ターゲットに照射させてＸ線を発生させる第２工程と、を含む。

本発明によれば、線形加速器から出射させる電子ビームのエネルギを異ならせても、発生させるＸ線の線量の変動を抑制できる、という優れた効果を有する。

本発明の第１実施形態に係るＸ線発生装置の構成図である。 本発明の第１実施形態に係る線形加速器の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る線形加速器の加速電界分布を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る線形加速器による電子群の加速の状態を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係るＸ線発生装置によって発生させたＸ線のエネルギスペクトル分布を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るＸ線発生装置によって発生させたＸ線線量の時間分布である。

以下に、本発明に係るＸ線発生装置及びＸ線発生装置の制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、本第１実施形態に係るＸ線発生装置１０の構成図である。
図１に示されるようにＸ線発生装置１０は、電子銃１２、線形加速器１４、Ｘ線ターゲット１６、マイクロ波発生装置１８、及びパルスモジュレータ２０を備える。

電子銃１２は、電子ビームを発生させ、発生された電子ビームは、線形加速器１４によって加速され、Ｘ線ターゲット１６に照射される。そして、Ｘ線ターゲット１６は、制動放射によって電子ビームのエネルギに応じたＸ線を発生させ、該Ｘ線は、検査対象物２２へ照射される。そして、検査対象物２２を透過したＸ線は、Ｘ線検出器２４によって検出され、Ｘ線透視画像が得られることとなる。

また、パルスモジュレータ２０は、高電圧パルスを発生させ、発生された高電圧パルスは、電子銃１２とマイクロ波発生装置１８に印加される。パルスモジュレータ２０は、高電圧パルスの大きさを変化させることによって、マイクロ波発生装置１８から発生させるマイクロ波電力を変化させる。

電子銃１２は、パルスモジュレータ２０から高電圧パルスが印加されると、電子ビームを発生させて線形加速器１４へ入射させる。一方、マイクロ波発生装置１８は、パルスモジュレータ２０から高電圧パルスが印加されると、高電圧パルスに応じた大電力（数メガワット（ＭＷ））のマイクロ波を発生させ、線形加速器１４へ導入する。

図２は、本第１実施形態に係る線形加速器１４の断面図である。

線形加速器１４は、マイクロ波導入窓３０、加速管３２、バンチャ部３４を備える。加速管３２は、複数の加速空洞３６が複数連結して構成されると共に、複数のサイドカップルド空洞３８を有する。バンチャ部３４は、複数のバンチャ空洞４０−１〜４０−５を有する。なお、以下の説明において、各バンチャ空洞４０を区別する場合は、符号の末尾に１〜５の何れかを付し、各バンチャ空洞４０を区別しない場合は、１〜５を省略する。

電子ビームは、バンチャ部３４によって１ＭｅＶ程度、すなわち略光速まで加速され、加速管３２によってさらに加速される。

マイクロ波発生装置１８によって発生されたマイクロ波は、マイクロ波導入窓３０から加速管３２へ導入される。マイクロ波導入窓３０から導入されたマイクロ波は、加速空洞３６とサイドカップルド空洞３８を通って、全ての加速空洞３６に加速電界を励振する。

そして、最も電子銃１２に近い上流側の加速空洞３６に伝わったマイクロ波は、サイドカップルド空洞３８を経由してバンチャ空洞４０−５に加速電界を励振させる。
バンチャ空洞４０−５に伝わったマイクロ波は、さらにビームホールを経由してバンチャ空洞４０−４、バンチャ空洞４０−３、バンチャ空洞４０−２、バンチャ空洞４０−１の順に伝達され、各バンチャ空洞４０に加速電界を励振させる。

図３は、本第１実施形態に係る線形加速器１４の加速電界分布の一例を示すグラフであり、横軸が加速管３２の中心軸上の位置（ｚ）を示し、縦軸が加速電界の強度（Ｅｚ）を示す。図３における各加速電界Ａは、加速空洞３６に励振される加速電界を示し、加速電界Ｂ−５はバンチャ空洞４０−５に励振される加速電界を示し、加速電界Ｂ−３はバンチャ空洞４０−３に励振される加速電界を示し、加速電界Ｂ−１はバンチャ空洞４０−１に励振される加速電界を示す。なお、加速電界は、マイクロ波の周波数に応じて時間的に振動している。

図３に示されるように、加速空洞３６に励振される加速電界Ａは、隣接する加速空洞３６とは位相が１８０度異なっている。
また、本第１実施形態に係るバンチャ空洞４０は、π/２（２分のπ）モードの定在波を励振されるため、バンチャ空洞４０−１，４０−３，４０−５に加速電界が励振される一方、バンチャ空洞４０−２，４０−４には加速電界が励振されない。

そして、線形加速器１４は、バンチャ部３４及び加速管３２に加速電界が励振された状態で、電子銃１２によって発生された電子ビームがバンチャ部３４のバンチャ空洞４０−１に入射される。
バンチャ空洞４０−１に入射された電子ビームは、バンチャ空洞４０−２からバンチャ空洞４０−５までを通過する間に加速電界により集群されると共に略光速まで加速され、加速空洞３６へ入射される。加速空洞３６へ入射された電子ビームは、加速空洞３６の加速電界の加速位相に同期され、さらに高エネルギへ加速される。
そして、加速空洞３６から出射された電子ビームは、Ｘ線ターゲット１６に照射され、Ｘ線ターゲット１６からＸ線が発生する。

次に、線形加速器１４が複数のバンチャ空洞４０を備えることによる作用を説明する。
線形加速器１４は、バンチャ部３４が複数のバンチャ空洞４０で構成されることにより、定格運転時と比べて低いエネルギの電子ビームの強度を大きく下げることなく、導入されるマイクロ波電力を下げるだけで得ることができる。この理由は、以下の通りである。

電子銃１２からバンチャ部３４へ入射された電子ビームは、上述したように、バンチャ空洞４０に励振される加速電界Ｂ−１，Ｂ−３，Ｂ−５により電子ビームが集群され、かつ略光速まで加速された後に、加速空洞３６に入射される。

ここで、本第１実施形態に係る加速管３２のバンチャ部３４は、加速管３２へ導入されるマイクロ波電力を低下させると、バンチャ部３４にて加速される電子のエネルギが低下するため、電子速度が低下し、加速電界Ｂ−３や加速電界Ｂ−５の加速位相に乗り遅れる電子が発生する。

例えば、加速電界Ｂ−３（ｎ）（ｎは導入されるマイクロ波の周期）で乗り遅れた電子は、バンチャ空洞４０−３近傍に滞留したり、バンチャ空洞４０−１方向へ逆行したりする。

しかしながら、図４に示されるように、バンチャ空洞４０−３近傍で滞留する電子は、加速電界Ｂ−３の次の時間周期の加速位相（ｎ＋１）にて再度加速され(再捕捉)、光速で集群される電子群に加わることができる。また、バンチャ空洞４０−１方向へ逆行した電子もバンチャ空洞４０−１に励振される加速電界Ｂ−１の加速位相にて再度加速され(再捕捉)、光速で集群される電子群に加わることができる。
なお、加速電界Ｂ−５の加速位相に乗り遅れた電子についても同様である。

このように、バンチャ部３４は複数のバンチャ空洞４０で構成されることによって、線形加速器１４に導入されるマイクロ波電力を定格値（定格運転時におけるマイクロ波電力）から低下させても、効率よく電子を集群し略光速まで加速させ、加速空洞３６に電子を入射させることができる。

さらに、マイクロ波電力が定格値から低下されても、加速空洞３６に入射された電子ビーム（電子群）は、バンチャ部３４における加速によって、すでに略光速まで加速されているため、バンチャ空洞よりも下流側に位置する加速空洞３６を定格運転時と略同じ時間で通過することができる。このため、線形加速器１４は、導入されるマイクロ波電力が低下されても、加速電界Ａの加速位相から大きくずれることなく電子ビームを加速させることができる。

このように、本第１実施形態に係る線形加速器１４は、電子銃１２から入射された電子ビームがバンチャ部３４の加速位相からずれても、再び加速位相に乗ることができるため、運転条件であるマイクロ波電力が変化されるだけで、線形加速器１４から出射される電子ビームの強度（電子ビーム電流）を低下させることなく、異なるエネルギを持つ電子ビームを１つの加速管３２で出射させることができる。
また、本第１実施形態に係るＸ線発生装置１０は、線形加速器１４から出射される電子ビームのエネルギに応じて、電子銃１２で発生する電子ビームのエネルギを最適化する必要がないため、簡易な制御により電子ビームのエネルギを変更できる。

このように、本第１実施形態に係るＸ線発生装置１０は、線形加速器１４から出射させる電子ビームのエネルギを変化させても、電子ビーム電流の低下を回避できるので、十分な線量のＸ線を得ることができ、Ｘ線検出器の感度域を大きくとる必要がなくなる。

さらに、上記説明したように、導入するマイクロ波電力を定格運転時に比べて低下させた場合、複数のバンチャ空洞４０によって加速位相からずれた電子が再補足されるため、電子群の加速軸方向の広がり（位相の広がり）は、定格運転時に比べて大きくなる。
このため、定格運転時に比べて低いマイクロ波電力で加速された電子ビームのエネルギスペクトルは、定格運転時のエネルギスペクトルに比べ広く，低エネルギ側の成分を多く含み、実効的にはマイクロ波電力の１/２乗（２分の１乗）よりもさらに低い実効エネルギを持つ電子ビームとなる。

そして、図５に示されるように、定格運転時に比べて低いマイクロ波電力で加速された電子ビームによって発生されたＸ線のエネルギスペクトル（複数バンチャ有りの低エネルギのＸ線）は、定格運転で発生された高エネルギのＸ線よりもエネルギが低くなる。
さらに、Ｘ線の実効エネルギも、従来の低エネルギのＸ線（複数バンチャ無し）のエネルギスペクトルに比べて低くなる（シャープでなくなり）。このため、本実施形態に係るＸ線発生装置１０によって得られる高エネルギのＸ線と低エネルギのＸ線の２つのエネルギの実効的な差は、従来に比較して大きくなる。なお、ここでいう、従来の低エネルギのＸ線を発生させるＸ線発生装置は、例えば、単一のバンチャ空洞を有する線形加速器に対して導入されるマイクロ波電力を定格運転時よりも低下させて低エネルギのＸ線を発生させる装置である。

この結果、本第１実施形態に係るＸ線発生装置１０では、検査対象物２２の原子番号を特定する元素同定に有用な、よりコントラストの大きいＸ線の透過画像を得ることができる。従って、Ｘ線発生装置１０をコンテナ等の非破壊検査装置に用い、元素同定の検査を実施するにあたり、非破壊検査装置としての性能とコスト低減を両立できる。

なお、本第１実施形態に係るＸ線発生装置１０は、例えば、コンテナ等の嵩密度の大きい荷物を検査対象物２２として非破壊検査を、以下のような方法によって実行する。

Ｘ線発生装置１０は、定格運転時のマイクロ波電力をマイクロ波発生装置１８から線形加速器１４へ導入し、電子銃１２によって発生された電子ビームを加速させ、Ｘ線ターゲット１６に照射させて高エネルギのＸ線を発生させる。発生された高エネルギのＸ線は、検査対象物２２へ照射され、Ｘ線検出器２４で検査対象物２２を透過したＸ線が検出され、透過画像として処理される。
その後、Ｘ線発生装置１０は、定格運転時の大きさのマイクロ波の電力よりも低い大きさの電力のマイクロ波をマイクロ波発生装置１８から線形加速器１４へ導入し、電子銃１２によって発生された電子ビームを加速させ、Ｘ線ターゲット１６に照射させてＸ線を発生させる。発生された低エネルギのＸ線は、上記検査対象物２２へ照射され、Ｘ線検出器２４で検査対象物２２を透過したＸ線が検出され、透過画像として処理される。
そして、Ｘ線検出器２４によって検出された２種類の異なるＸ線の透過画像に基づいて、検査対象物２２の元素同定が行われる。

以上説明したように、本第１実施形態に係るＸ線発生装置１０は、電子ビームを発生させる電子銃１２、電子銃１２によって発生された電子ビームをマイクロ波によって加速させる線形加速器１４、線形加速器１４によって加速された電子ビームが照射されることによって、Ｘ線を発生するＸ線ターゲット１６、線形加速器１４に導入させるマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置１８、マイクロ波の電力が変化するようにマイクロ波発生装置１８を制御するパルスモジュレータ２０を備える。
そして、線形加速器１４は、複数のバンチャ空洞４０を有しているため、マイクロ波の電力を低下させることで加速位相からずれた電子が生じても、該電子を次の時間周期の加速位相にて加速させることができる。従って、マイクロ波の電力を低下させても出射される電子ビームの強度の低下が抑制されるので、線形加速器１４から出射させる電子ビームのエネルギを異ならせても、発生させるＸ線の線量の変動を抑制できる。

また、本第１実施形態に係るＸ線発生装置１０は、異なるエネルギのＸ線を発生させる場合、定格運転におけるマイクロ波電力をマイクロ波発生装置１８から線形加速器１４へ導入させることで高エネルギのＸ線を発生させ、定格運転におけるマイクロ波電力よりも低いマイクロ波電力をマイクロ波発生装置１８から線形加速器１４へ導入させることで低エネルギのＸ線を発生させる。
すなわち、本第１実施形態に係るＸ線発生装置１０は、定格運転におけるマイクロ波電力を基準として高エネルギのＸ線及び低エネルギのＸ線を発生させるので、容易に異なるエネルギのＸ線を発生させることができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。

本第２実施形態に係るＸ線発生装置１０の構成は、図１に示す第１実施形態に係るＸ線発生装置１０の構成と同様である。しかし、本第２実施形態に係る線形加速器１４は、複数のバンチャ空洞４０を有してなくてもよい。
そして、本第２実施形態に係るパルスモジュレータ２０は、線形加速器１４へ導入するマイクロ波の電力の大きさに応じて、該マイクロ波をパルス状に繰り返し導入する周波数（周期）を変化させることが、マイクロ波発生装置１８へ出力する高電圧パルスを制御することによって可能とされている。

線形加速器１４へのマイクロ波電力を定格値から低下させることにより異なるエネルギのＸ線を得るＸ線発生装置１０は、線形加速器１４から出射される電子ビームのエネルギに応じて変化し、高エネルギのＸ線線量に比べ、低エネルギのＸ線線量の方が小さくなる場合がある。
このような場合、Ｘ線検出器２４に入射するＸ線線量が高エネルギ時と低エネルギ時で異なることとなるため、Ｘ線検出器２４のＸ線の検知に対する感度域を大きくする必要が生じる。

そこで、本第２実施形態に係るＸ線発生装置１０では、線形加速器１４へ導入するマイクロ波電力の大きさに応じて、該マイクロ波をパルス状に繰り返し導入する周波数を変化させることが可能とされているので、マイクロ波電力の大きさに応じて電子ビームの電流量を増減させることができる。従って、Ｘ線発生装置１０は、高エネルギのＸ線を発生させる場合と低エネルギのＸ線を発生させる場合とで、検査対象物２２へ照射させるＸ線線量を同等とできる。

例えば、低エネルギのＸ線線量が高エネルギのＸ線線量に比べて１/６（６分の１）である場合、低いマイクロ波電力のパルスを１２０Ｈｚとし、高いマイクロ波電力のパルスを２０Ｈｚとして線形加速器１４へ導入することによって、図６に示されるようなＸ線線量の時間分布とし、低エネルギのＸ線と高エネルギのＸ線とで同程度のＸ線線量とすることができる。
従って、本第２実施形態に係るＸ線発生装置１０では、Ｘ線検出器２４の感度域を広く取る必要がなくなり、精度の高いＸ線検出システムとすることができる。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態では、加速管３２、及びバンチャ空洞４０は、π/２モードの定在波が励振される形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、バンチャ空洞４０は、πモードによって全てのバンチャ空洞４０に加速電界が励振されたり、他のモードによってバンチャ空洞４０に加速電界が励振される形態としてもよい。

また、上記各実施形態では、線形加速器１４から出射される電子ビームのエネルギを２種類とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、線形加速器１４から出射される電子ビームのエネルギを３種類以上とする形態としてもよい。

１０ Ｘ線発生装置
１２ 電子銃
１４ 線形加速器
１６ Ｘ線ターゲット
１８ マイクロ波発生装置
２０ パルスモジュレータ
３６ 加速空洞
４０ バンチャ空洞

Claims (5)

1. 電子ビームを発生させる電子ビーム発生手段と、
   複数のバンチャ空洞と複数の加速空洞を有し、前記電子ビーム発生手段によって発生された電子ビームをマイクロ波によって加速させる線形加速器と、
   前記線形加速器によって加速された電子ビームが照射されることによって、Ｘ線を発生するターゲットと、
   前記線形加速器に導入させるマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
   マイクロ波の電力が変化するように前記マイクロ波発生手段を制御する制御手段と、
   を備えたＸ線発生装置。
2. 前記制御手段は、前記マイクロ波発生手段から前記線形加速器へ導入させるマイクロ波の電力の大きさに応じて、該マイクロ波をパルス状に繰り返し導入する周波数を変化させる請求項１記載のＸ線発生装置。
3. 前記制御手段は、定格運転におけるマイクロ波の電力を前記マイクロ波発生手段から前記線形加速器へ導入させることで高エネルギのＸ線を発生させ、前記定格運転におけるマイクロ波の電力よりも低いマイクロ波の電力を前記マイクロ波発生手段から前記線形加速器へ導入させることで低エネルギのＸ線を発生させる請求項１又は請求項２記載のＸ線発生装置。
4. 電子ビームを発生させる電子ビーム発生手段と、
   前記電子ビーム発生手段によって発生された電子ビームをマイクロ波によって加速させる線形加速器と、
   前記線形加速器によって加速された電子ビームが照射されることによって、Ｘ線を発生するターゲットと、
   前記線形加速器に導入させるマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
   マイクロ波の電力が変化するように前記マイクロ波発生手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記マイクロ波発生手段から前記線形加速器へ導入させるマイクロ波の電力の大きさに応じて、該マイクロ波をパルス状に繰り返し導入する周波数を変化させるＸ線発生装置。
5. 電子ビームを発生させる電子ビーム発生手段、複数のバンチャ空洞と複数の加速空洞を有し、前記電子ビーム発生手段によって発生された電子ビームをマイクロ波によって加速させる線形加速器、前記線形加速器によって加速された電子ビームが照射されることによって、Ｘ線を発生するターゲット、前記線形加速器に導入させるマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段、及びマイクロ波の電力が変化するように前記マイクロ波発生手段を制御する制御手段を備えたＸ線発生装置の制御方法であって、
   第１の大きさのマイクロ波の電力を前記マイクロ波発生手段から前記線形加速器へ導入し、前記電子ビーム発生手段によって発生された電子ビームを加速させ、前記ターゲットに照射させてＸ線を発生させる第１工程と、
   前記第１の大きさのマイクロ波の電力とは異なる大きさの電力のマイクロ波を前記マイクロ波発生手段から前記線形加速器へ導入し、前記電子ビーム発生手段によって発生された電子ビームを加速させ、前記ターゲットに照射させてＸ線を発生させる第２工程と、
   を含むＸ線発生装置の制御方法。

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