JP2019507479A - ジェット混合ツールを伴う液体ターゲットx線源 - Google Patents
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Abstract
Description
X線源の動作中、液体ジェットからのデブリ(debris)及び蒸気を含む自由粒子は、窓及び陰極上に堆積する傾向がある。このため、堆積したデブリが窓を覆い、陰極の効率を低下させると、システムの性能の漸進的低下を引き起こす。PCT/EP2012/061352において、陰極は、陰極に向かって移動する荷電粒子を偏向させるように構成された電界によって保護される。PCT/EP2009/000481において、窓に堆積した汚染物質を蒸発させるため、熱源が用いられる。
本態様において、液体ジェットの混合は、相互作用領域の下流における最大表面温度を制御又は低減するために利用される。温度制御又は低減は、相互作用領域での電子ビームと液体との相互作用によって誘起される熱の少なくとも一部を吸収するため、相互作用領域の下流においてジェットに液体を追加することにより、又は、ジェットの低加熱部分への誘起された熱の対流を促進するため、ジェットの液体を内部的に混合又は攪拌することにより実現することができる。
これらの定義を考慮して、閾値温度は、例えば、ジェットの液体の実際の沸騰温度、蒸気の分圧、又は真空チャンバ内の平衡蒸気圧に基づいて決定することができる。代替的に、又は追加的に、閾値は、性能基準、X線源の動作モード、所望のメンテナンス間隔、又は特定のシステムに対する許容蒸発レベルの経験的研究に基づいて決定されてもよい。一例では、閾値は、熱衝撃電子ビームによって生成され得る潜在的な最高温度に対応してもよい。一般に、気化の程度は表面温度とともに増加するため、表面温度を制御することによって制御することができる。
一実施形態によれば、混合ツールは、液体ジェットに追加の液体を供給するように構成された液体源である。追加の液体は、液体ジェットと同じタイプの液体であってもよく、又は異なるタイプであってもよい。好適な追加の液体は、例えば、液体金属、水及びメタノールを含み得る。追加の液体の温度は、相互作用領域の上流の液体ジェットの温度以下であることが有効である。追加の液体の温度がジェットを形成する液体と同様である場合、両者は少なくとも部分的に両者に共通のシステムによってポンプ輸送されるか、又は処理され得る。従って、システムの複雑さ及びコストを低減することができる。相互作用領域の上流の液体ジェットの温度よりも低い温度の追加の液体を使用することは、冷却効率を高めることができる点で有利である。冷却効率を高めることにより、所望の温度制御効果を達成するのに必要な追加の液体の量又はフロー(流れ)をさらに減少させることができる。
一実施形態によれば、X線源は、プールの追加の液体のレベルを測定するためのセンサと、センサからの出力に基づいてレベルを制御するためのレベル制御装置とを備えてもよい。従って、プール内の追加物が液体ジェットに供給されるか又は液体ジェットと混合される位置と、相互作用領域との間の距離の制御及び精度を改善するように、レベル制御が達成され得る。センサは、プールの液体レベルの直接的な測定、又は例えばプールからの流れ(フロー)に基づく間接的な観察を利用することができる。レベル制御装置は、センサからの信号に応答して動作することができ、例えば、プールから排出される液体の量若しくは速度を増加又は減少させることによって実現することができる。
一実施形態によれば、X線源は、相互作用領域の下流に配置されたシールドをさらに備えてもよい。シールドは、液体ジェットが通過できるように配置された開口を備えることができる。シールドは、例えば、ジェットを収集する貯蔵槽から、シールドの下流で発生した飛沫及びデブリを保持するために設けられてもよい。真空チャンバ内に拡散し、電子源に堆積し、相互作用領域を妨害し、窓に堆積する代わりに、飛沫やデブリは、シールドの下側、即ち、シールドの下流側に堆積してもよい。
一実施形態によれば、開口は、相互作用領域と追加の液体が液体ジェットに供給される液体ジェットの位置との間に配置され、それにより、衝突ジェットによって生成された飛沫又はデブリが相互作用領域に影響を及ぼし、及び/又は、真空チャンバ内で拡散するのを妨げる。
一実施形態によれば、追加のジェットは、電子ビームの方向において相互作用領域と電荷収集センサとの間の視線(line of sight)を妨害しないように配置されてもよい。電荷収集センサは、電子ビームがジェット上を走査するときのターゲット液体ジェットの位置又は方向を検出し、電子がセンサに到達したとき及び、ビームがジェットによってブロックされたときを検出するために使用され得る。このようにして、電子ビームの集束、ひいては、相互作用領域のサイズを正確に調整することが可能である。
・閉ループ循環システムの第1の部分に含まれる液体の圧力は、高圧ポンプを用いて、少なくとも10バール、好ましくは、少なくとも50バール以上に上昇される。
・加圧された液体はノズルに導かれる。導管を通るいずれの導通も状況によっては無視できる程度の圧力損失を伴うが、加圧された液体は10バールを超える圧力、好ましくは50バールを超える圧力でノズルに到達する。
・液体は、液体ジェットを生成するために、相互作用領域が位置する真空チャンバ内にノズルから排出される。
・排出された液体は、相互作用領域を通過した後、収集容器内に収集される。
・収集された液体の圧力は、流れ方向における収集容器と高圧ポンプとの間に位置する閉ループ循環システムの第2の部分において、高圧ポンプの吸入側圧力(入口圧力)まで上昇する(即ち、システムの通常の動作中、液体は収集容器から高圧ポンプに向かって流れる)。高圧ポンプの信頼性が高く、安定した動作を提供するために、高圧ポンプの入口圧力は少なくとも0.1バール、好ましくは少なくとも0.2バールである。
これらのステップは典型的には連続的に繰り返される。即ち、入口圧力の液体は再び高圧ポンプに供給され、少なくとも10バール等まで再び加圧される。これにより、液体ジェットの相互作用領域への供給は連続的な閉ループ方式で行われる。
本発明の上記及び追加の目的、特徴及び利点は、以下の例示的及び非限定的な本発明の実施形態の詳細な説明により一層理解されるであろう。以下の添付図面を参照する。
ターゲット生成器110によって生成され得る液体ジェット112が相互作用領域Iを交差してもよい。ターゲット生成器110は、例えば液体金属のような液体が噴出されて、相互作用領域Iに向けて及び相互作用領域Iを通して伝播するジェット112を形成するノズルを備えてもよい。
図2は、図1を参照して説明したものと同様のシステムを開示する。しかし、本実施形態では、液体源130は、液体金属132等の追加の液体のプール130によって実現され、プール130は、最大表面温度を閾値未満に保つため、相互作用領域Iの下流の所望の位置で、プール130の表面が液体金属ジェット112と交差するように配置される。図2に示すように、プール130は、液体金属ジェット112の端部で液体金属を収集するための収集容器150及びシールド140と組み合わされてもよい。シールド140は、開口142が相互作用領域Iとプール130の表面との間に位置するように配置されてもよい。プール130は、プールの追加の液体金属132のレベルを測定するためのセンサと、センサからの出力に基づいて当該レベルを制御するレベル制御装置(センサ及びレベル制御装置は図2には示されていない)をさらに備えてもよい。
Claims (19)
- X線源(100)であって、
相互作用領域(I)を伝播する液体ジェット(112)を形成するように構成されたターゲット生成器(110)と、
X線放射線(124)を発生させるために、電子ビームが前記液体ジェットと相互作用するように前記相互作用領域に向けられた前記電子ビーム(122)を提供するように構成された電子源(120)と、
相互作用領域の下流における液体ジェットの最大表面温度(Tmax)が閾値温度未満になるように、相互作用領域の下流の所定の距離の位置において液体ジェットの混合を引き起こすように構成された混合ツール(130)とを具備するX線源(100)。 - 前記閾値温度は、前記液体ジェットの蒸気圧が前記液体ジェットにかかる圧力に等しいときの温度に対応することを特徴とする、請求項1に記載のX線源。
- 前記相互作用領域の下流に配置されたシールド(140)をさらに備え、前記シールドは開口(142)を具備し、前記開口を前記液体ジェットが通過するように構成された、請求項1又は請求項2に記載のX線源。
- 前記開口は、前記相互作用領域から前記所定の距離の範囲内に配置されることを特徴とする、請求項3に記載のX線源。
- 前記シールドは、前記液体ジェットを収集する収集容器(150)上に配置されることを特徴とする、請求項3又は請求項4に記載のX線源。
- 前記収集容器と前記ターゲット生成器との間に配置され、前記液体ジェットの前記収集された液体を前記ターゲット生成器に循環させるよう構成された閉ループ循環システム(160)をさらに備える、請求項5に記載のX線源。
- 前記相互作用領域から外方を向く前記シールドの側に、前記液体に由来する汚染物質を検出するためのセンサをさらに備える、請求項3から請求項6のうちのいずれか一項に記載のX線源。
- 前記混合ツールは、前記液体ジェットと交差するように配置された表面から形成されることを特徴とする、請求項1から請求項7のうちのいずれか一項に記載のX線源。
- 前記混合ツールは、前記液体ジェットに追加の液体(132)を供給するように構成された液体源であることを特徴とする、請求項1から請求項7のうちのいずれか一項に記載のX線源。
- 前記液体源は、前記追加の液体のプールによって形成されることを特徴とする、請求項9に記載のX線源。
- 請求項9に記載のX線源であって、
前記プールの前記追加の液体のレベルを測定するためのセンサと、
前記センサからの出力に基づいて前記レベルを制御するレベル制御装置とを具備するX線源。 - 前記液体源は、追加のジェットの形態で前記追加の液体を供給するように構成されることを特徴とする、請求項9に記載のX線源。
- 前記追加ジェットの速度は、前記液体ジェットの進行方向に対して非負成分を含むことを特徴とする、請求項12に記載のX線源。
- 前記液体源は、前記液体ジェットと交差する液体カーテンの形態で前記追加の液体を供給するように構成されていることを特徴とする、請求項9に記載のX線源。
- 前記液体源は、前記液体ジェットと交差するように配置された斜面上に前記追加の液体を供給するように構成されていることを特徴とする、請求項9に記載のX線源。
- 前記液体ジェットは、液体金属ジェットであることを特徴とする、請求項1から請求項15のうちのいずれか一項に記載のX線源。
- 前記追加の液体は、液体金属であることを特徴とする、請求項9から請求項16のうちのいずれか一項に記載のX線源。
- X線放射線を発生させる方法であって、
相互作用領域を伝播する液体ジェットを形成すること(710)と、
X線放射線を発生するために、電子ビームが相互作用領域において前記液体ジェットと相互作用するように前記液体ジェットに向けて前記電子ビームを指向すること(720)と、
前記相互作用領域の下流の前記液体ジェットの最大表面温度が閾値温度未満になるように、前記相互作用領域の下流の所定の距離の位置で、混合ツールによって、液体ジェットの混合を引き起こすこと(730)と、を含む方法。 - 請求項18に記載の方法であって、前記混合を引き起こすことは、前記所定の距離を、
−前記液体ジェット中への前記電子ビームの浸透深さ(δ)と、
−前記ジェットの速度(vj)と、
−前記液体ジェット内の電子速度(ve)と、
−前記液体ジェットの沸点と、
−前記液体ジェットの蒸気圧と、
−前記液体ジェットの熱拡散率(α)とのうち少なくとも一つに基づいて決定することを含む方法。
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