JP2013160637A - Target structure, radiation generator having the same, and radiographic system - Google Patents

Target structure, radiation generator having the same, and radiographic system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a target structure which has a configuration that a target is formed on a diamond substrate and which can quickly release the heat generated at the target.SOLUTION: In a target structure 8, a target layer 8b generating a radiation by irradiation with electrons is formed on a diamond substrate 8a. The largest number of crystal planes are (100) planes at least in an area on a surface of the diamond substrate 8a, in which the target layer 8b is formed.

Description

本発明は、電子線を照射することにより放射線を発生するターゲットが、基板上に形成されたターゲット構造体、及びそれを備える放射線発生装置並びに放射線撮影システムに関する。   The present invention relates to a target structure in which a target that generates radiation by irradiating an electron beam is formed on a substrate, a radiation generation apparatus including the target structure, and a radiation imaging system.

放射線源として用いられる放射線発生装置では、真空状態の中で、電子源から電子を放出させ、タングステン等の原子番号が大きい金属材料で構成されるターゲットに電子を衝突させることにより放射線を発生させている。電子源から放出された電子がターゲットに入射した際には、入射したエネルギーのほとんどが熱に変換されるため、ターゲットは発熱する。このとき、ターゲットで発生した熱を十分に放熱できないと、ターゲットが熱により損傷し、その結果安定した放射線量を取り出せなくなる。   In a radiation generator used as a radiation source, electrons are emitted from an electron source in a vacuum state, and radiation is generated by colliding electrons with a target made of a metal material having a large atomic number such as tungsten. Yes. When electrons emitted from the electron source enter the target, most of the incident energy is converted into heat, so the target generates heat. At this time, if the heat generated by the target cannot be sufficiently dissipated, the target is damaged by the heat, and as a result, a stable radiation dose cannot be extracted.

特許文献１には、ダイヤモンド基板の真空側の表面にターゲット薄膜を配置し、ターゲット薄膜で発生した熱をダイヤモンド基板から速やかに放熱する技術が開示されている。ダイヤモンドは、ベリリウムや基板として用いられる他の材料に比べて熱伝導性が極めて優れているため、ターゲット薄膜で発生した熱をダイヤモンド基板に速やかに逃がすことができる。更に、特許文献１ではダイヤモンドが真空維持のＸ線管の封止窓としての機能も有している。また、特許文献１には、ターゲット薄膜とターゲット基板の密着性を上げるために中間層を設けることも記載されている。   Patent Document 1 discloses a technique in which a target thin film is disposed on the vacuum side surface of a diamond substrate and heat generated in the target thin film is quickly radiated from the diamond substrate. Since diamond has extremely high thermal conductivity compared to beryllium and other materials used as a substrate, heat generated in the target thin film can be quickly released to the diamond substrate. Furthermore, in Patent Document 1, diamond also has a function as a sealing window of an X-ray tube that maintains a vacuum. Patent Document 1 also describes that an intermediate layer is provided to improve the adhesion between the target thin film and the target substrate.

特表２００３−５０５８４５号公報Special table 2003-505845 gazette

特許文献１に記載の技術では、上述のように、ダイヤモンド基板を用いることによって、電子線の照射によりターゲット薄膜で発生した熱をダイヤモンド基板に速やかに逃がすことができる。このため、繰り返し使用しても、比較的初期の段階では安定した放射線量が得られ、何ら問題なかった。   In the technique described in Patent Document 1, as described above, by using the diamond substrate, the heat generated in the target thin film by the electron beam irradiation can be quickly released to the diamond substrate. For this reason, even if it was repeatedly used, a stable radiation dose was obtained at a relatively early stage, and there was no problem.

しかし、実用にあたっては安定した放射線量が得られる期間を更に長くする必要があり、特許文献１に記載の技術では、長時間使用した場合にはダイヤモンド基板とターゲット薄膜との密着性が不十分となり、速やかに放熱することができなかった。また、ダイヤモンド基板とターゲット薄膜の間に中間層を設けた場合でも、長時間使用した場合にはダイヤモンド基板と中間層との密着性が不十分となり、速やかに放熱することができなかった。よって、長時間使用した場合にもターゲットで発生した熱をより速やかに放熱することが求められる。   However, in practical use, it is necessary to further increase the period during which a stable radiation dose can be obtained. With the technique described in Patent Document 1, the adhesion between the diamond substrate and the target thin film becomes insufficient when used for a long time. The heat could not be dissipated quickly. Further, even when an intermediate layer is provided between the diamond substrate and the target thin film, the adhesion between the diamond substrate and the intermediate layer becomes insufficient when used for a long time, and heat cannot be quickly radiated. Therefore, it is required to quickly dissipate the heat generated at the target even when used for a long time.

そこで、本発明は、ダイヤモンド基板上にターゲットが形成された構成を有し、ターゲットで発生した熱をより速やかに放熱することができるターゲット構造体、及びそれを備える放射線発生装置並びに放射線撮影システムの提供を目的とする。   Therefore, the present invention has a configuration in which a target is formed on a diamond substrate, a target structure that can dissipate heat generated by the target more quickly, and a radiation generator and a radiation imaging system including the target structure. For the purpose of provision.

上記課題を解決するために、本発明は、ダイヤモンド基板上に、電子の照射により放射線を発生するターゲット層が形成され、少なくとも、前記ダイヤモンド基板表面の前記ターゲット層が形成される領域において、最も多い結晶面が（１００）面であることを特徴とするターゲット構造体を提供するものである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is most often applied to a diamond substrate on which a target layer that generates radiation by electron irradiation is formed, and at least in the region where the target layer is formed on the surface of the diamond substrate. The target structure is characterized in that the crystal plane is a (100) plane.

本発明によれば、ターゲット構造体を構成するダイヤモンド基板とターゲット層がより結合しやすい構造をとるため、ダイヤモンド基板とターゲット層の密着性をより向上させることができる。これにより、ターゲット層で発生した熱をダイヤモンド基板により速やかに放熱することができる。よって、本発明のターゲット構造体を用いると長期間にわたって安定した放射線量を得ることができる。   According to the present invention, since the diamond substrate and the target layer constituting the target structure are more easily bonded, the adhesion between the diamond substrate and the target layer can be further improved. Thereby, the heat generated in the target layer can be quickly dissipated by the diamond substrate. Therefore, when the target structure of the present invention is used, a stable radiation dose can be obtained over a long period of time.

本発明のターゲット構造体を備える放射線発生装置の一例を示す断面構成図である。It is a section lineblock diagram showing an example of a radiation generator provided with the target structure of the present invention. 本発明のターゲット構造体の４つの例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows four examples of the target structure of this invention. 本発明のターゲット構造体を備える放射線源の他の例を示す断面構成図である。It is a cross-sectional block diagram which shows the other example of a radiation source provided with the target structure of this invention. 本発明の放射線発生装置を用いた放射線撮影システムの構成図である。It is a block diagram of the radiography system using the radiation generator of this invention.

以下図面を参照して、本発明のターゲット構造体、及びそれを備える放射線発生装置並びに放射線撮影システムについて好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但し、下記実施形態に記載されている構成部材の材質、寸法、形状、相対配置等は、特に記載がない限り、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。   Exemplary embodiments of a target structure of the present invention, a radiation generation apparatus including the target structure, and a radiation imaging system will be described below in detail with reference to the drawings. However, the materials, dimensions, shapes, relative arrangements, and the like of the constituent members described in the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified.

〔第１の実施形態〕
図１を用いて本発明のターゲット構造体を備える放射線発生装置の構成例について説明する。 [First Embodiment]
A configuration example of a radiation generation apparatus including the target structure of the present invention will be described with reference to FIG.

放射線発生装置１３は、放射線を放出するための放出窓１０を有する外囲器１１の中に放射線源１及び駆動回路１４が配置され、外囲器１１内の余空間に絶縁油等の絶縁性液体１７が満たされ、構成されている。また、放射線発生装置１３には接地端子１６が設けられている。   In the radiation generator 13, the radiation source 1 and the drive circuit 14 are arranged in an envelope 11 having an emission window 10 for emitting radiation, and an insulating space such as insulating oil is provided in an extra space in the envelope 11. The liquid 17 is filled and configured. The radiation generator 13 is provided with a ground terminal 16.

外囲器１１は、放射線源１、駆動回路１４及び絶縁性液体１７が入っているため、比較的強度のある材質、例えば鉄、ステンレス、真鍮等が望ましい。尚、外囲器１１の周囲の全域又は一部に、鉛等の放射線を遮蔽できる部材を配置することもできる。外囲器１１に設けられた放出窓１０は、放射線源１から発生した放射線１５を放射線発生装置１３の外部に取り出すためのものであり、材質としてはアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂等の重元素を含まないプラスチックを用いることができる。   Since the envelope 11 contains the radiation source 1, the drive circuit 14, and the insulating liquid 17, a relatively strong material such as iron, stainless steel, or brass is desirable. Note that a member capable of shielding radiation such as lead can be disposed in the whole area or a part of the periphery of the envelope 11. The emission window 10 provided in the envelope 11 is for taking out the radiation 15 generated from the radiation source 1 to the outside of the radiation generator 13, and the material is a heavy element such as acrylic resin or polymethylmethacrylate resin. Plastics that do not contain can be used.

放射線源１は、電子源３、ターゲット保持部７で保持されたターゲット構造体８、及び透過窓９が設けられた真空容器６からなる。   The radiation source 1 includes an electron source 3, a target structure 8 held by a target holding unit 7, and a vacuum container 6 provided with a transmission window 9.

電子源３は、電子放出部２及び電子源電流導入端子４からなり、電子放出部２から電子を放出する。電子源３の電子放出機構としては、真空容器６の外部より電子放出量を制御可能な電子源であれば良く、熱陰極型電子源、冷陰極型電子源等を適宜適用することが可能である。電子源３は、真空容器６を貫通するように配置した電子源電流導入端子４を介して、電子放出量及び電子放出のオン・オフ状態を制御可能なように、真空容器６の外部に配置した駆動回路１４に電気的に接続される。電子放出部２から放出された電子は、不図示の引き出しグリッド、不図示の加速電極により、１０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶ程度のエネルギーを有する電子線５となり、電子放出部２に対向して配置した、ターゲット構造体８のターゲット層に入射可能となっている。前述の引き出しグリッド、加速電極は、熱陰極の電子銃管に内蔵することも可能である。また、電子線の照射スポット位置及び電子線の非点収差の調整のための補正電極を電子源３に付加した上で、外部に配置した不図示の補正回路と接続することも可能である。   The electron source 3 includes an electron emission portion 2 and an electron source current introduction terminal 4, and emits electrons from the electron emission portion 2. The electron emission mechanism of the electron source 3 may be any electron source that can control the amount of electron emission from the outside of the vacuum vessel 6, and a hot cathode electron source, a cold cathode electron source, or the like can be appropriately applied. is there. The electron source 3 is arranged outside the vacuum vessel 6 so that the electron emission amount and the on / off state of the electron emission can be controlled via the electron source current introduction terminal 4 arranged so as to penetrate the vacuum vessel 6. The drive circuit 14 is electrically connected. Electrons emitted from the electron emission unit 2 become an electron beam 5 having an energy of about 10 keV to 200 keV by an extraction grid (not shown) and an acceleration electrode (not shown), and are arranged to face the electron emission unit 2. It can enter the target layer of the body 8. The aforementioned extraction grid and accelerating electrode can also be incorporated in a hot cathode electron gun tube. Further, a correction electrode for adjusting the irradiation spot position of the electron beam and the astigmatism of the electron beam can be added to the electron source 3 and connected to a correction circuit (not shown) arranged outside.

ターゲット構造体８は、ダイヤモンド基板上にターゲット層が形成された構成を有し、ターゲット層が電子放出部２に対峙している。ダイヤモンド基板は、少なくとも、ダイヤモンド基板表面のターゲット層が形成される領域において、最も多い結晶面が（１００）面となっている。「（１００）面」とは、ミラー指数が（１００）で表される面を指す。図１では更に、ターゲット構造体８が後方ターゲット保持部７ａと前方ターゲット保持部７ｂからなるターゲット保持部７に挟まれている。尚、ターゲット保持部７（後方ターゲット保持部７ａ、前方ターゲット保持部７ｂ）は本発明の必須の構成要素ではない。   The target structure 8 has a configuration in which a target layer is formed on a diamond substrate, and the target layer faces the electron emission portion 2. In the diamond substrate, at least in the region where the target layer is formed on the surface of the diamond substrate, the most crystal plane is the (100) plane. “(100) plane” refers to a plane whose Miller index is represented by (100). In FIG. 1, the target structure 8 is further sandwiched between target holding parts 7 including a rear target holding part 7 a and a front target holding part 7 b. The target holding unit 7 (the rear target holding unit 7a and the front target holding unit 7b) is not an essential component of the present invention.

後方ターゲット保持部７ａは、電子線５をターゲット層の電子線照射領域（放射線発生領域）に導くための電子線導入孔が設けられ、電子線照射領域から全方向へ放射される放射線のうち、後方へ向かって放射される放射線を遮蔽する機能も有する。一方、前方ターゲット保持部７ｂは、ターゲット層の電子線照射領域から全方向に放射される放射線のうち、前方へ向かって放射され、必要とされる放射線を取り出すための開口部を備え、それ以外の放射線を遮蔽する機能も有する。ターゲット保持部７に用いることができる材質は、電気伝導性や熱伝導性があれば良く、３０ｋＶ〜１５０ｋＶで発生する放射線を遮蔽できるものであればより好ましい。例えばタングステン、タンタルの他、モリブデン、ジルコニウム、ニオブ、又はこれらの合金を用いることができる。   The rear target holding part 7a is provided with an electron beam introduction hole for guiding the electron beam 5 to the electron beam irradiation region (radiation generation region) of the target layer, and among the radiation emitted from the electron beam irradiation region in all directions, It also has a function of shielding radiation emitted backward. On the other hand, the front target holding part 7b is provided with an opening for taking out the necessary radiation emitted forward from the radiation radiated in all directions from the electron beam irradiation region of the target layer. It also has a function of shielding radiation. The material which can be used for the target holding part 7 should just have electrical conductivity and thermal conductivity, and it is more preferable if it can shield the radiation generated at 30 kV to 150 kV. For example, molybdenum, zirconium, niobium, or an alloy thereof can be used in addition to tungsten and tantalum.

ターゲット保持部７とターゲット構造体８の接合は、不図示のろう附けにより行うことができる。ろう付けのろう材としては、ターゲット保持部７の材料や、耐熱温度等により適宜選択することができる。例えばターゲット構造体８が高温になるような場合には、高融点金属用ろう材として、Ｃｒ−Ｖ系、Ｔｉ−Ｔａ−Ｍｏ系、Ｔｉ−Ｖ−Ｃｒ−Ａｌ系、Ｔｉ−Ｃｒ系、Ｔｉ−Ｚｒ−Ｂｅ系、Ｚｒ−Ｎｂ−Ｂｅ系等を選択できる。他に、Ａｕ−Ｃｕを主成分とするろう材、ニッケルろう、黄銅ろう、銀ろう、パラジウムろうを用いることができる。   The target holding part 7 and the target structure 8 can be joined by brazing (not shown). The brazing material for brazing can be appropriately selected depending on the material of the target holding portion 7, the heat-resistant temperature, and the like. For example, when the target structure 8 has a high temperature, the brazing material for refractory metal is Cr-V, Ti-Ta-Mo, Ti-V-Cr-Al, Ti-Cr, Ti, A -Zr-Be system, a Zr-Nb-Be system, etc. can be selected. In addition, a brazing material mainly composed of Au—Cu, nickel brazing, brass brazing, silver brazing, and palladium brazing can be used.

真空容器６は、ガラスやセラミックス等で構成することができ、真空容器６の内部は真空排気（減圧）された内部空間１２となっている。真空容器６に設けられた透過窓９は、ターゲット構造体８のターゲット層で発生した放射線１５を透過し、放出窓１０から外部へ取り出す機能を有する。このため、透過窓９の材料としては、真空容器６内の真空度を維持でき、放射線１５の透過をできるだけ減衰させない材料が望ましい。例えばベリリウム、カーボン、ダイヤモンド、ガラス等で、重元素を含まないものが望ましい。内部空間１２は、電子の平均自由行程として、電子源３と放射線を放出するターゲット層の間の距離を、少なくとも電子が飛翔可能なだけの真空度であれば良く、１×１０-4Ｐａ以下の真空度が適用可能である。使用する電子源や、動作する温度等を考慮して適宜選択することが可能であり、冷陰極型電子源等の場合には１×１０-6Ｐａ以下の真空度とするのがより好ましい。真空度の維持のために、内部空間１２又は内部空間１２に連通している不図示の補助スペースに、不図示のゲッタを配置することも可能である。 The vacuum vessel 6 can be made of glass, ceramics, or the like, and the inside of the vacuum vessel 6 is an internal space 12 that is evacuated (depressurized). The transmission window 9 provided in the vacuum vessel 6 has a function of transmitting the radiation 15 generated in the target layer of the target structure 8 and extracting it from the emission window 10 to the outside. For this reason, the material of the transmission window 9 is desirably a material that can maintain the degree of vacuum in the vacuum vessel 6 and does not attenuate the transmission of the radiation 15 as much as possible. For example, beryllium, carbon, diamond, glass, etc. that do not contain heavy elements are desirable. The internal space 12 may have a distance between the electron source 3 and the target layer that emits radiation as a mean free path of electrons so long as the degree of vacuum is such that at least electrons can fly, and is not more than 1 × 10 −4 Pa. The degree of vacuum is applicable. It can be appropriately selected in consideration of the electron source to be used, the operating temperature, and the like. In the case of a cold cathode type electron source or the like, it is more preferable to set the degree of vacuum to 1 × 10 −6 Pa or less. In order to maintain the degree of vacuum, it is possible to arrange a getter (not shown) in the internal space 12 or an auxiliary space (not shown) communicating with the internal space 12.

次に、図２を用いて本発明のターゲット構造体８について説明する。   Next, the target structure 8 of the present invention will be described with reference to FIG.

図２（ａ）は、（１００）面の単結晶ダイヤモンド基板８ａの上にターゲット層８ｂを成膜した構成である。（１００）面の界面エネルギーはσ＝９．２Ｊ／ｍ2であり、（１１１）面の界面エネルギーσ＝５．３Ｊ／ｍ2、（１１０）面の界面エネルギーσ＝６．５Ｊ／ｍ2に比べて大きい。その結果、他の結晶面に比べて（１００）面が、ターゲット層８ｂをダイヤモンド基板８ａに成膜したときに、ターゲット層８ｂとより結合しやすいという特徴がある。本発明はこの特徴を利用したものであり、本発明によれば、ダイヤモンド基板８ａとターゲット層８ｂの密着性をより向上させることができる。これにより、ターゲット層８ｂで発生した熱をダイヤモンド基板８ａにより速やかに逃がすことができる。尚、ダイヤモンド基板８ａは、表面全体が（１００）面になっていなくても良く、少なくとも、ダイヤモンド基板８ａ表面のターゲット層８ｂが形成される領域において、最も多い結晶面が（１００）面であれば良い。ダイヤモンド基板８ａ表面のターゲット層８ｂが形成される領域における（１００）面の占める割合が５０％以上であるのが好ましい。後述の図２（ｂ）〜図２（ｄ）のダイヤモンド基板についても同様である。 FIG. 2A shows a configuration in which a target layer 8b is formed on a (100) plane single crystal diamond substrate 8a. (100) surface energy of the surface is σ = 9.2J / m 2, ( 111) surface energy σ = 5.3J / m 2 of surface, (110) interfacial energy of surface σ = 6.5J / m 2 Bigger than As a result, the (100) plane is more easily bonded to the target layer 8b when the target layer 8b is formed on the diamond substrate 8a than the other crystal planes. The present invention utilizes this feature, and according to the present invention, the adhesion between the diamond substrate 8a and the target layer 8b can be further improved. Thereby, the heat generated in the target layer 8b can be quickly released by the diamond substrate 8a. The entire surface of the diamond substrate 8a may not be the (100) plane, and at least in the region where the target layer 8b is formed on the surface of the diamond substrate 8a, the largest number of crystal planes may be the (100) plane. It ’s fine. The proportion of the (100) plane in the region where the target layer 8b on the surface of the diamond substrate 8a is formed is preferably 50% or more. The same applies to the diamond substrates of FIGS. 2B to 2D described later.

（１００）面を得る方法は、製造時に（１００）面が成長しやすいようにしても良いし、単結晶ダイヤモンドを製造後に（１００）面が表面になるように切り出しても良い。   As a method for obtaining the (100) plane, the (100) plane may be easily grown at the time of manufacturing, or after the single crystal diamond is manufactured, the (100) plane may be cut out.

ターゲット層８ｂは、通常、原子番号２６以上の金属材料を用いることができる。より好適には、熱伝導率が大きく融点が高いものほど良い。具体的には、タングステン、モリブデン、クロム、銅、コバルト、鉄、ロジウム、パラジウム、レニウム等の金属材料、又はこれらの合金材料を好適に用いることができる。ターゲット層８ｂの厚さは、加速電圧によってターゲット層８ｂへの電子線の浸入深さ即ち放射線の発生領域が異なるため、最適な値は異なるが、１μｍ〜１５μｍである。   For the target layer 8b, a metal material having an atomic number of 26 or more can be usually used. More preferably, the higher the thermal conductivity, the higher the melting point. Specifically, a metal material such as tungsten, molybdenum, chromium, copper, cobalt, iron, rhodium, palladium, rhenium, or an alloy material thereof can be preferably used. The thickness of the target layer 8b is 1 μm to 15 μm, although the optimum value differs because the penetration depth of the electron beam into the target layer 8b, that is, the radiation generation region differs depending on the acceleration voltage.

ダイヤモンド基板８ａへのターゲット層８ｂの一体化は、スパッタ、蒸着によって得ることができる。また、別の方法では、別途、圧延や研磨により所定の厚さのターゲット層８ｂを形成し、ダイヤモンド基板８ａに高温、高圧下で、拡散接合することにより得ることができる。   Integration of the target layer 8b with the diamond substrate 8a can be obtained by sputtering or vapor deposition. In another method, a target layer 8b having a predetermined thickness can be separately formed by rolling or polishing, and diffusion-bonded to the diamond substrate 8a at high temperature and high pressure.

図２（ｂ）は、（１００）面の単結晶ダイヤモンド基板８ａが凹凸になっており、その上にターゲット層８ｂを成膜した構成である。実際の凹凸を有する基板では、エッジ部やテーパがあるため、完全に（１００）面のみではなく、（１１１）面や（１１０）面等の他の結晶面も含まれる。特に、０．０１μｍ〜０．２μｍ程度の凹凸では、（１００）面が多く、かつ凹凸の大きさも適度にあるため、化学的な結合と物理的な密着が相乗効果をなすため、より効果がある。ここで、凹凸の大きさとは、ダイヤモンド基板８ａの山と谷の高低差のことである。   FIG. 2B shows a configuration in which a (100) plane single crystal diamond substrate 8a is uneven, and a target layer 8b is formed thereon. Since the substrate having actual unevenness has an edge portion and a taper, not only the (100) plane but also other crystal planes such as the (111) plane and the (110) plane are included. In particular, in the unevenness of about 0.01 μm to 0.2 μm, since there are many (100) planes and the size of the unevenness is moderate, the chemical bond and the physical adhesion have a synergistic effect, so that the effect is more effective. is there. Here, the size of the projections and depressions is the difference in height between the peaks and valleys of the diamond substrate 8a.

ダイヤモンド基板８ａの表面の凹凸の形成は、メタルボンドやスカイフ等で物理的に研磨する方法により得ることができる。この場合、メタルボンドの種類や、スカイフ研磨に用いるダイヤモンドの砥粒の種類によって異なるが、概ね、メタルボンド研磨では０．１μｍ〜２．０μｍ程度の凹凸を形成でき、スカイフ研磨では０．０５μｍ〜０．２μｍ程度の凹凸を形成できる。   The formation of irregularities on the surface of the diamond substrate 8a can be obtained by a method of physically polishing with a metal bond, skyf or the like. In this case, although it differs depending on the type of metal bond and the type of diamond abrasive used in Skyf polishing, in general, unevenness of about 0.1 μm to 2.0 μm can be formed in metal bond polishing, and 0.05 μm to Unevenness of about 0.2 μm can be formed.

また、研磨以外の方法として、ダイヤモンドを７５０℃〜８５０℃程度で加熱し、表面を僅かにグラファイト化又はアモルファス化し、その後、弗酸等で表面のグラファイト化又はアモルファス化した生成物を除去する方法がある。この方法により、凹凸のあるダイヤモンド表面を得ることができる。また、他の加熱の方法としてレーザー光を用いることができる。この方法は、凹凸を数μｍ〜数十μｍに規則正しく配列させることができる。これらの加熱方法で加熱した後に、弗酸等で生成物を除去する方法で得られる凹凸は、加熱温度により影響を受けるが、概ね、０．０１μｍ〜０．１μｍ程度である。   Further, as a method other than polishing, the diamond is heated at about 750 ° C. to 850 ° C., the surface is slightly graphitized or amorphous, and then the surface graphitized or amorphous product is removed with hydrofluoric acid or the like. There is. By this method, an uneven diamond surface can be obtained. Further, laser light can be used as another heating method. According to this method, the unevenness can be regularly arranged in several μm to several tens of μm. The unevenness obtained by the method of removing the product with hydrofluoric acid after heating by these heating methods is affected by the heating temperature, but is generally about 0.01 μm to 0.1 μm.

図２（ｂ）のように、例えばダイヤモンド基板８ａの表面の凹凸が０．０１μｍ〜０．２μｍのように小さい場合、成膜されたターゲット層８ｂの表面はほぼ均一になる。   As shown in FIG. 2B, for example, when the unevenness of the surface of the diamond substrate 8a is as small as 0.01 μm to 0.2 μm, the surface of the formed target layer 8b becomes almost uniform.

しかし、図２（ｃ）のようにダイヤモンド基板８ａの表面の凹凸が大きくなると、例えば１μｍ以上であるような場合、ダイヤモンド基板８ａの表面の凹凸に合わせてターゲット層８ｂの表面に凹凸が発生する。しかし、電子線の照射される領域、即ち焦点は、通常０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であり、焦点領域は、数μｍ程度の凹凸からみれば非常に大きく、ほぼ均一とみなすことができる。   However, when the unevenness on the surface of the diamond substrate 8a becomes large as shown in FIG. 2C, for example, when it is 1 μm or more, the unevenness occurs on the surface of the target layer 8b in accordance with the unevenness on the surface of the diamond substrate 8a. . However, the region irradiated with the electron beam, that is, the focal point is usually about 0.1 mm to 1.5 mm, and the focal region is very large when viewed from the unevenness of about several μm and can be regarded as almost uniform.

上記より、ダイヤモンド基板８ａの表面の凹凸は０．０１μｍ以上２．０μｍ以下であるのが良い。   From the above, the irregularities on the surface of the diamond substrate 8a are preferably 0.01 μm or more and 2.0 μm or less.

図２（ｄ）では、（１００）面の単結晶ダイヤモンド基板８ａの上にチタンやニオブ等の密着層８ｃを成膜した後、密着層８ｃの上にターゲット層８ｂを成膜した構成を示している。（１００）面に密着層８ｃが形成されるため、より密着性がアップする。尚、図２（ｄ）のダイヤモンド基板に、図２（ｂ）（ｃ）のように凹凸があっても有効なのは当然である。   FIG. 2D shows a configuration in which an adhesion layer 8c such as titanium or niobium is formed on a (100) plane single crystal diamond substrate 8a, and then a target layer 8b is formed on the adhesion layer 8c. ing. Since the adhesion layer 8c is formed on the (100) surface, the adhesion is further improved. Naturally, it is effective even if the diamond substrate of FIG. 2D has irregularities as shown in FIGS.

尚、本発明のターゲット構造体は反射型ターゲット、透過型ターゲットのどちらにも適用することができる。反射型の場合にはターゲットやダイヤモンド基板の形状を大きくすることによっても放熱性を向上させることができるが、透過型の場合にはターゲットやダイヤモンド基板の厚さを薄くする必要があるためそれが難しい。よって、本発明のターゲット構造体は透過型ターゲットの方がより適している。   The target structure of the present invention can be applied to both a reflection type target and a transmission type target. In the case of the reflective type, the heat dissipation can also be improved by increasing the shape of the target or the diamond substrate, but in the case of the transmissive type, it is necessary to reduce the thickness of the target or the diamond substrate. difficult. Therefore, the transmission target is more suitable for the target structure of the present invention.

〔第２の実施形態〕
図３を用いて本発明のターゲット構造体を備える放射線発生装置の他の構成例について説明する。本実施形態は、放射線源１の構成が異なることを除いて第１の実施形態と同様である。 [Second Embodiment]
Another configuration example of the radiation generating apparatus including the target structure of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is the same as the first embodiment except that the configuration of the radiation source 1 is different.

本実施形態では、ターゲット構造体８が真空封止を兼ねており、ターゲット構造体８が保持されたターゲット保持部７と真空チャンバ１８を、フランジ１９によって真空維持している。ターゲット構造体８が第１の実施形態の透過窓９の役割を果たすため、第１の実施形態の透過窓９に相当するものは必要としない。このため、放射線の減衰を少なくすることができる点でより好ましい。   In the present embodiment, the target structure 8 also serves as vacuum sealing, and the target holding unit 7 and the vacuum chamber 18 holding the target structure 8 are maintained in vacuum by the flange 19. Since the target structure 8 plays the role of the transmission window 9 of the first embodiment, it is not necessary to correspond to the transmission window 9 of the first embodiment. For this reason, it is more preferable at the point which can reduce attenuation of a radiation.

本実施形態によれば、上記構成をとるため、第１の実施形態と同様の効果を奏すると共に、放射線の減衰を少なくすることができる。   According to the present embodiment, since the above-described configuration is adopted, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and radiation attenuation can be reduced.

〔第３の実施形態〕
図４を用いて第１の実施形態又は第２の実施形態の放射線発生装置を備える放射線撮影システムについて説明する。 [Third Embodiment]
A radiation imaging system including the radiation generation apparatus according to the first embodiment or the second embodiment will be described with reference to FIG.

放射線発生装置１３は、パネルセンサー２２（放射線検出器）と対峙し、その間に、撮影対象物２１が配置される。放射線発生装置１３から放射線１５が発生されている間のみ、撮影対象物２１を透過した放射線１５をパネルセンサー２２で感知するコントロール用電源２３を備える。このとき得られたデータをパソコン２４で表示及び解析する。撮影対象物２１は、加速電圧を変えることによって、人体や動物、電子基板や回路等、種々に適応できる。   The radiation generator 13 is opposed to the panel sensor 22 (radiation detector), and the imaging object 21 is disposed therebetween. Only while the radiation 15 is generated from the radiation generator 13, a control power source 23 is provided that senses the radiation 15 that has passed through the subject 21 by the panel sensor 22. The data obtained at this time is displayed and analyzed by the personal computer 24. The imaging object 21 can be variously adapted to a human body, an animal, an electronic board, a circuit, etc. by changing the acceleration voltage.

以下、本発明の実施例として、（１００）面を成長させたダイヤモンド基板８ａの表面に凹凸が形成され、その表面上にターゲット層８ｂが形成されたターゲット構造体８を示す。   Hereinafter, as an example of the present invention, a target structure 8 in which unevenness is formed on the surface of a diamond substrate 8a on which a (100) plane is grown and a target layer 8b is formed on the surface is shown.

＜凹凸の形成＞
超高圧合成法で（１００）面を成長させたダイヤモンドを、成膜用ダイヤモンド基板とした。このダイヤモンド基板の寸法は、直径５ｍｍ、厚さ１ｍｍのディスク状（円柱状）の形状である。このダイヤモンド基板を、実施例１乃至５の方法で研磨又は化学エッチングし、表面に凹凸を形成した。 <Formation of irregularities>
A diamond whose (100) plane was grown by an ultrahigh pressure synthesis method was used as a diamond substrate for film formation. The diamond substrate has a disk shape (cylindrical shape) having a diameter of 5 mm and a thickness of 1 mm. This diamond substrate was polished or chemically etched by the methods of Examples 1 to 5 to form irregularities on the surface.

［実施例１］
成膜用ダイヤモンド基板の（１００）面を、砥粒ダイヤモンドの粒径が＃２００の粉末を用いたメタルボンド研磨板を用いて研磨した。 [Example 1]
The (100) surface of the diamond substrate for film formation was polished by using a metal bond polishing plate using a powder having an abrasive diamond particle size of # 200.

［実施例２］
成膜用ダイヤモンド基板の（１００）面を、砥粒ダイヤモンドの粒径が＃１０００の粉末のペーストをオリーブオイルで希釈し、スカイフに滴化後、１５００ｒｐｍで研磨した。 [Example 2]
The (100) surface of the diamond substrate for film formation was polished at 1500 rpm after diluting a paste of powder with an abrasive diamond particle size of # 1000 with olive oil to make it drop into Skyf.

［実施例３］
成膜用ダイヤモンド基板の（１００）面を、実施例２と同じ研磨条件及び同じ研磨方法で研磨した。 [Example 3]
The (100) surface of the diamond substrate for film formation was polished under the same polishing conditions and the same polishing method as in Example 2.

［実施例４］
成膜用ダイヤモンド基板を８００℃で１０分間保持し、表面をグラファイト化させた後、その部分をフッ化水素酸で化学エッチングにより除去した。 [Example 4]
The diamond substrate for film formation was held at 800 ° C. for 10 minutes to graphitize the surface, and then the portion was removed by chemical etching with hydrofluoric acid.

［実施例５］
成膜用ダイヤモンド基板の（１００）面を、出力１００Ｗ、照射時間０．２ｍｓｅｃの条件でレーザーを照射し、表面をグラファイト化させた後、その部分をフッ化水素酸で化学エッチングにより除去した。 [Example 5]
The (100) surface of the diamond substrate for film formation was irradiated with laser under the conditions of an output of 100 W and an irradiation time of 0.2 msec to graphitize the surface, and then the portion was removed by hydrofluoric acid by chemical etching.

＜ターゲット層の成膜＞
実施例１、２、４及び５で得たダイヤモンド基板については、ダイヤモンド基板の（１００）面を、予め、ＵＶ−オゾンアッシャにより、ダイヤモンド基板の表面にある有機物を除去した。そして、このダイヤモンド基板にスパッタ法により、アルゴンをキャリアガスに用い、ターゲット層として７μｍの厚さのタングステン層を形成した。このようにして、ターゲット構造体８を得た。 <Deposition of target layer>
For the diamond substrates obtained in Examples 1, 2, 4 and 5, organic substances on the surface of the diamond substrate were previously removed from the (100) surface of the diamond substrate by a UV-ozone asher. Then, a tungsten layer having a thickness of 7 μm was formed as a target layer on the diamond substrate by sputtering using argon as a carrier gas. Thus, the target structure 8 was obtained.

実施例３で得たダイヤモンド基板については、上記と同様の方法でダイヤモンド基板の表面にある有機物を除去した。そして、このダイヤモンド基板にスパッタ法により、アルゴンをキャリアガスに用い、密着層として０．１μｍの厚さのチタン層を成膜した後、ターゲット層として７μｍの厚さのタングステン層を形成した。このようにして、ターゲット構造体８を得た。   For the diamond substrate obtained in Example 3, organic substances on the surface of the diamond substrate were removed by the same method as described above. Then, after sputtering this diamond substrate using argon as a carrier gas and forming a titanium layer having a thickness of 0.1 μm as an adhesion layer, a tungsten layer having a thickness of 7 μm was formed as a target layer. Thus, the target structure 8 was obtained.

＜放射線源の作製＞
上記方法によって得たターゲット構造体８を、タングステンで作製されたターゲットホルダーにセットして一体化した。次に、図１に示すように、ターゲット構造体８を、電子放出部２を有する含侵型の熱電子銃である電子源３と対向させ、ゲッタを配置し、真空封止して放射線源１とした。このようにして５個の放射線源を作製した。 <Production of radiation source>
The target structure 8 obtained by the above method was set and integrated on a target holder made of tungsten. Next, as shown in FIG. 1, the target structure 8 is opposed to the electron source 3 that is an impregnated type thermionic gun having the electron emission portion 2, a getter is disposed, and the radiation source is sealed in a vacuum. It was set to 1. In this way, five radiation sources were produced.

［比較例１］
比較例１として、超高圧合成法で（１１１）面を成長させたダイヤモンド基板を、成膜用ダイヤモンド基板として用いた。このダイヤモンド基板の（１１１）面を、砥粒ダイヤモンドの粒径が＃１０００の粉末のペーストをオリーブオイルで希釈し、スカイフに滴化し、１５００ｒｐｍで研磨した。このダイヤモンド基板の表面にある有機物を除去した後、このダイヤモンド基板にターゲット層として７μｍのタングステン層を形成し、ターゲット構造体８を得た。有機物の除去方法、ターゲット層の成膜条件及び成膜方法は上記と同じである。このターゲット構造体８を備える放射線源を上記放射線源の作製方法と同様の方法で作製した。 [Comparative Example 1]
As Comparative Example 1, a diamond substrate having a (111) plane grown by an ultrahigh pressure synthesis method was used as a diamond substrate for film formation. The (111) face of this diamond substrate was diluted with olive oil from a powder paste with # 1000 abrasive diamond grain size, dropped into Skyf and polished at 1500 rpm. After removing organic substances on the surface of the diamond substrate, a 7 μm tungsten layer was formed as a target layer on the diamond substrate, and a target structure 8 was obtained. The organic material removal method, target layer deposition conditions, and deposition method are the same as described above. A radiation source provided with the target structure 8 was produced by the same method as that for producing the radiation source.

［比較例２］
比較例２として、ＣＶＤにより得られた多結晶ダイヤモンド基板を、成膜用ダイヤモンド基板として用いた。このダイヤモンド基板にターゲット層として７μｍのタングステン層を形成し、ターゲット構造体８を得た。ターゲット層の成膜条件及び成膜方法は上記と同じである。このターゲット構造体８を備える放射線源を上記放射線源の作製方法と同様の方法で作製した。 [Comparative Example 2]
As Comparative Example 2, a polycrystalline diamond substrate obtained by CVD was used as a film-forming diamond substrate. A 7 μm tungsten layer was formed as a target layer on this diamond substrate, and a target structure 8 was obtained. The deposition conditions and deposition method for the target layer are the same as described above. A radiation source provided with the target structure 8 was produced by the same method as that for producing the radiation source.

＜（１００）面の測定と凹凸の測定＞
ダイヤモンド基板表面の結晶面の測定はＸ線回折法により行った。（１００）面の比率は、各結晶面の回折強度の合計を１００とした場合の割合である。ダイヤモンド基板表面の結晶面の凹凸の大きさ（表面粗さ）は表面粗さ計で測定した。 <Measurement of (100) plane and unevenness>
The crystal plane of the diamond substrate surface was measured by the X-ray diffraction method. The ratio of the (100) plane is a ratio when the total diffraction intensity of each crystal plane is 100. The size of the crystal surface irregularities (surface roughness) on the surface of the diamond substrate was measured with a surface roughness meter.

＜放射線の発生と測定方法＞
実施例の放射線源と比較例の放射線源の各々について、放射線量を半導体方式の線量計で測定した。駆動は、加速電圧が１００ｋＶ、電流が２ｍＡ、照射時間が１０ｍｓｅｃ、休止時間が９０ｍｓｅｃで行った。 <Radiation generation and measurement method>
About each of the radiation source of an Example and the radiation source of a comparative example, the radiation dose was measured with the semiconductor type dosimeter. The driving was performed at an acceleration voltage of 100 kV, a current of 2 mA, an irradiation time of 10 msec, and a rest time of 90 msec.

＜評価結果＞
表１に、実施例のターゲット構造体と比較例のターゲット構造体の表面粗さと（１００）面の比率を示す。実施例における表面粗さは、実施例１が１.２μｍで最も大きく、実施例５が０．０１μｍと最も小さく、他の値はそれらの中間である。（１００）の比率は、実施例１が５０で最も小さく、他の値は９０又は９５である。一方、比較例における表面粗さは、比較例１が０．１μｍ、比較例２が０．２μｍである。（１００）面の比率は、比較例１が５、比較例２が２０である。 <Evaluation results>
Table 1 shows the ratio between the surface roughness and the (100) plane of the target structure of the example and the target structure of the comparative example. In the examples, the surface roughness of Example 1 is the largest at 1.2 μm, Example 5 is the smallest as 0.01 μm, and the other values are intermediate between them. The ratio of (100) is the smallest in Example 1 at 50, and the other values are 90 or 95. On the other hand, the surface roughness in the comparative example is 0.1 μm in comparative example 1 and 0.2 μm in comparative example 2. The ratio of the (100) plane is 5 for Comparative Example 1 and 20 for Comparative Example 2.

表２に、実施例の放射線源と比較例の放射線源の各々の放射線量の変化を示す。実施例１乃至５においても、比較例１及び２においても、１００時間まではパルス発生時間による線量の低下は見られない。しかし、３００時間後から、徐々に差がつきはじめ、７００時間後では、比較例１及び２では初期の５０％まで低下したのに比べて、実施例１乃至５では初期の７５〜８０％を維持しており、本発明が有効であることが分かる。   Table 2 shows changes in radiation dose of the radiation sources of the examples and the comparative radiation sources. In Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, dose reduction due to pulse generation time is not seen up to 100 hours. However, after 300 hours, the difference gradually begins to increase, and after 700 hours, in Examples 1 to 5, the initial values of 75 to 80% are reduced in comparison examples 1 and 2 to 50% of the initial values. It can be seen that the present invention is effective.

Figure 2013160637
Figure 2013160637

Figure 2013160637
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１：放射線源、２：電子放出部、３：電子源、４：電子源電子導入端子、５：電子ビーム、６：真空容器、７：ターゲット保持部、７ａ：後方ターゲット保持部、７ｂ：前方ターゲット保持部、８：ターゲット、８ａ：ダイヤモンド基板、８ｂ：ターゲット層、８ｃ：密着層、９：透過窓、１１：外囲器、１２：内部空間、１３：放射線発生装置、１４：駆動回路、１５：放射線、１６：接地端子、１７：絶縁性液体、１８：真空チャンバ、１９：フランジ、２１：撮影対象物、２２：パネルセンサー（放射線検出器）、２３：コントロール用電源、２４：パソコン   1: Radiation source, 2: Electron emission part, 3: Electron source, 4: Electron source electron introduction terminal, 5: Electron beam, 6: Vacuum container, 7: Target holding part, 7a: Rear target holding part, 7b: Front Target holding unit, 8: target, 8a: diamond substrate, 8b: target layer, 8c: adhesion layer, 9: transmission window, 11: envelope, 12: internal space, 13: radiation generator, 14: drive circuit, 15: Radiation, 16: Ground terminal, 17: Insulating liquid, 18: Vacuum chamber, 19: Flange, 21: Object to be imaged, 22: Panel sensor (radiation detector), 23: Power supply for control, 24: Personal computer

Claims (7)

ダイヤモンド基板上に、電子の照射により放射線を発生するターゲット層が形成され、少なくとも、前記ダイヤモンド基板表面の前記ターゲット層が形成される領域において、最も多い結晶面が（１００）面であることを特徴とするターゲット構造体。   A target layer that generates radiation by electron irradiation is formed on a diamond substrate, and at least in the region where the target layer is formed on the surface of the diamond substrate, the most crystal plane is a (100) plane. A target structure. 前記ダイヤモンド基板表面の前記ターゲット層が形成される領域に、０．０１μｍ以上２．０μｍ以下の凹凸を有することを特徴とする請求項１に記載のターゲット構造体。   2. The target structure according to claim 1, wherein an unevenness of 0.01 μm or more and 2.0 μm or less is provided in a region where the target layer is formed on the surface of the diamond substrate. 前記ダイヤモンド基板表面の前記ターゲット層が形成される領域における（１００）面の占める割合が５０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のターゲット構造体。   3. The target structure according to claim 1, wherein a ratio of a (100) plane in a region where the target layer is formed on the surface of the diamond substrate is 50% or more. 前記ターゲット層はタングステン、モリブデン、クロム、銅、コバルト、鉄、ロジウム、パラジウム、レニウム又はこれらの合金であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のターゲット構造体。   The target structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the target layer is tungsten, molybdenum, chromium, copper, cobalt, iron, rhodium, palladium, rhenium, or an alloy thereof. 前記ダイヤモンド基板と前記ターゲット層の間に密着層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のターゲット構造体。   The target structure according to any one of claims 1 to 4, wherein an adhesion layer is formed between the diamond substrate and the target layer. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のターゲット構造体と、電子を放出する電子源とを備えることを特徴とする放射線発生装置。   A radiation generator comprising: the target structure according to claim 1; and an electron source that emits electrons. 請求項６に記載の放射線発生装置と、該放射線発生装置から放出され、撮影対象物を透過した放射線を検出する放射線検出器とを備えることを特徴とする放射線撮影システム。   A radiation imaging system comprising: the radiation generator according to claim 6; and a radiation detector that detects radiation emitted from the radiation generator and transmitted through an object to be imaged.
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