JP2020091969A

JP2020091969A - Ｘ線管

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Publication number: JP2020091969A
Application number: JP2018227380A
Authority: JP
Inventors: 渡邉　利巳; Toshimi Watanabe; 利巳渡邉; 準基曽根; Junki Sone
Original assignee: Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-06-11
Anticipated expiration: 2038-12-04
Also published as: JP7093148B2

Abstract

【課題】高温の雰囲気中での保護膜の劣化を防ぎ、出力窓の腐食を防止できるＸ線管を提供する。【解決手段】Ｘ線管12は、Ｘ線31を透過する出力窓27を有する真空外囲器21と、真空外囲器21内の出力窓27と対向する位置に配置された陽極ターゲット28と、陽極ターゲット28に照射する電子30を発生する陰極フィラメント29と、出力窓27の外面に形成された保護膜32とを具備する。保護膜32は、ダイヤモンドライクカーボンにケイ素を含有した物質で構成され、ダイヤモンドライクカーボン中のケイ素の割合は質量比で２〜３０％である。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線を出力するＸ線管に関する。

従来、例えば、材料の分析用などに使用されるＸ線管がある。このＸ線管の真空外囲器は、先端の径が徐々に細くなり、先端部が平坦になっている。その平坦な先端部に開口部が形成され、この開口部を閉塞するとともにＸ線を透過する出力窓が設けられている。出力窓にはＸ線の減衰が少ない材料として例えばベリリウムが使用され、さらに、Ｘ線の減衰を少なくするために出力窓の厚さが数１０〜数１００μｍと薄くなっている。

真空外囲器の開口部の周縁部は出力窓の材料であるベリリウムと熱膨張係数が近く接合性のよいステンレス部品で構成され、このステンレス部品に出力窓がろう材により接合され、真空外囲器の真空気密を保つ構造となっている。ステンレス部品は、Ｘ線の減衰が大きいため、真空外囲器の開口部をなるべく大きくしてＸ線を多く取り出せるようになっている。

Ｘ線管を使用するときには、出力窓の外面を試料に接近させるため、試料に含まれる腐食性物質が出力窓の外面に飛散したり、腐食性ガスに出力窓の外面がさらされる。このような環境でＸ線管を使用すると、出力窓の外面が腐食し、出力窓が薄い場合には早期に孔が開き、真空外囲器の真空気密を保つことができなくなる。このため、出力窓の外面に保護膜を設けることが行われている。保護膜の材料としては、Ｘ線の減衰を抑制するためにダイヤモンドライクカーボンのような低元素のものが選ばれている。

特開２０１４−８９９０６号公報

保護膜の材料としては、Ｘ線の減衰を抑制するためにダイヤモンドライクカーボンのような低元素のものが選ばれるが、ダイヤモンドライクカーボンは、高温の雰囲気においては、酸素と結合することで劣化し、出力窓から剥離するおそれがある。

本発明は、上記した課題を解決し、高温の雰囲気中での保護膜の劣化を防ぎ、出力窓の腐食を防止できるＸ線管を提供することを目的とする。

本実施形態のＸ線管は、Ｘ線を透過する出力窓を有する真空外囲器と、真空外囲器内の出力窓と対向する位置に配置された陽極ターゲットと、陽極ターゲットに照射する電子を発生する陰極フィラメントと、出力窓の外面に形成された保護膜とを具備する。保護膜は、ダイヤモンドライクカーボンにケイ素を含有した物質で構成され、ダイヤモンドライクカーボン中のケイ素の割合は質量比で２〜３０％である。

一実施形態を示すＸ線管の一部拡大断面図である。同上Ｘ線管装置の断面図である。

以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。

図２に、材料の分析用などに使用されるＸ線管装置10を示す。

Ｘ線管装置10は、円筒状の管容器11と、この管容器11の一端に設けられるＸ線管12と、管容器11の他端に設けられ高電圧ケーブルを接続する高電圧リセプタクル13と、Ｘ線管12と高電圧リセプタクル13を電気的に接続する接続部14と、管容器11内に配置されて冷却液が循環される冷却パイプ15と、管容器11内に充填される絶縁油となどを備えている。

図１は、Ｘ線管12の一部を示す。なお、図１に示すＸ線管12は、図２に示すＸ線管12に対して上下を逆転させて図示している。

Ｘ線管12は、真空外囲器21を備えている。真空外囲器21は、筒部22を有し、この筒部22の先端側に径が徐々に細くなる傾斜部23が形成されているとともに先端面に平坦部24が形成されている。平坦部24には、円形の開口部25が形成され、この開口部25の周縁部で大気側となる外面に出力窓取付部26が形成されている。真空外囲器21の少なくとも出力窓取付部26は、例えばステンレスを材料として形成されている。

真空外囲器21の出力窓取付部26の外面には、Ｘ線を出力する出力窓27が開口部25を閉塞して取り付けられている。この出力窓27は、Ｘ線の減衰が少ない材料である例えばベリリウムが使用され、さらに、Ｘ線の減衰を少なくするためにベリリウムの厚さが数１０〜数１００μｍと薄くなっている。

そして、出力窓27の周辺部が出力窓取付部26にろう材によって接合され、開口部25を閉塞し、真空外囲器21の真空気密を保つ構造となっている。

また、真空外囲器21の内部には、出力窓27の内面と対向して陽極ターゲット28が配置され、この陽極ターゲット28の外面に図示しない集束電極が配置され、この集束電極の外側に陰極フィラメント29が配置されている。そして、陰極フィラメント29から放出された電子30が陽極ターゲット28に照射され、これにより陽極ターゲット28から放射されるＸ線31が出力窓27を透過して外部に取り出される。

また、出力窓27の大気側となる外面には、分析時において出力窓27の外面に腐食性物質が飛散したり出力窓27の外面が腐食性ガスにさらされても、出力窓27の腐食を防止し、出力窓27を保護する保護膜32が形成されている。保護膜32は、ダイヤモンドライクカーボンの材料を主材料として形成され、その厚さは例えば０．５〜１μｍに形成されている。保護膜32は、例えば蒸着によって成膜されている。

また、Ｘ線管12の製造プロセスにおいては真空外囲器21内の真空度を高めるためのガス抜き工程があるが、このガス抜き工程ではＸ線管12が例えば５００℃程度の高温の雰囲気にさらされることになる。この高温の雰囲気においては、ダイヤモンドライクカーボンが酸素と結合することで劣化し、保護膜32が出力窓27から剥離するおそれがある。そこで、保護膜32の高温雰囲気中での劣化を防ぐために、ダイヤモンドライクカーボン中にケイ素（Ｓｉ）が含有され、耐熱性が向上されている。

しかし、ケイ素の含有量を高めれば、ダイヤモンドライクカーボンの耐熱性が向上するものの、ケイ素はベリリウムやカーボンに比べて原子番号が大きいので、あまりにケイ素の含有量を高め過ぎると、Ｘ線の減衰が大きく、Ｘ線が保護膜32を透過する際に不純線が発生しやすくなる。ケイ素の最適な含有量は、耐熱性とＸ線減衰のトレードオフによって決定される。

そして、ダイヤモンドライクカーボン中のケイ素の割合を変えた保護膜32のサンプルについて、耐熱性とＸ線減衰について検証した。サンプルは、同条件で成膜するとともに高温雰囲気にさらし、Ｘ線透過測定を行った。

その結果、ダイヤモンドライクカーボン中のケイ素の割合が質量比で３０％よりも高くなると、耐熱性が高く、高温の雰囲気中でのダイヤモンドライクカーボンの劣化を防ぐことが可能となるが、Ｘ線の減衰が大きくなり、不純線も多く発生し、分析が困難となる。

一方、ダイヤモンドライクカーボン中のケイ素の割合が質量比で２％よりも低くなると、Ｘ線の減衰が小さいが、耐熱性が低く、高温の雰囲気中でのダイヤモンドライクカーボンの劣化を防ぐ効果が少なくなる。

そのため、ダイヤモンドライクカーボン中のケイ素の割合を質量比で２〜３０％とすることにより、耐熱性の向上とＸ線減衰の抑制を図ることが可能となる。

さらに、ダイヤモンドライクカーボン中のケイ素の割合を質量比で２〜３０％の中でも、重量比が５．４％や５．７％のサンプルでは、耐熱性を確保しながら、Ｘ線の減衰が小さくなって、高い分析精度を得られるため、耐熱性の向上とＸ線減衰の抑制とのバランスが最適となる。したがって、より好ましくは、ダイヤモンドライクカーボン中のケイ素の割合は質量比で５〜６％とすることにより、耐熱性の向上とＸ線減衰の抑制とのバランスを最適にすることが可能となる。

このように、本実施形態のＸ線管12によれば、保護膜32のダイヤモンドライクカーボンにケイ素を含有することにより、保護膜32の劣化を防ぎ、出力窓27の腐食を防止できる。

さらに、保護膜32のダイヤモンドライクカーボン中のケイ素の割合を質量比で２〜３０％とすることにより、耐熱性の向上とＸ線減衰の抑制とのバランスを良好にできる。

しかも、保護膜32のダイヤモンドライクカーボン中のケイ素の割合を質量比で５〜６％とすることにより、耐熱性の向上とＸ線減衰の抑制とのバランスを最適にすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

12 Ｘ線管
21 真空外囲器
27 出力窓
28 陽極ターゲット
29 陰極フィラメント
30 電子
31 Ｘ線
32 保護膜

Claims

Ｘ線を透過する出力窓を有する真空外囲器と、
前記真空外囲器内の前記出力窓と対向する位置に配置された陽極ターゲットと、
前記陽極ターゲットに照射する電子を発生する陰極フィラメントと、
前記出力窓の外面に形成された保護膜と
を具備し、
前記保護膜は、ダイヤモンドライクカーボンにケイ素を含有した物質で構成され、ダイヤモンドライクカーボン中のケイ素の割合は質量比で２〜３０％である
ことを特徴とするＸ線管。
ダイヤモンドライクカーボン中のケイ素の割合は質量比で５〜６％である
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線管。