JP2021026882A - 分析用x線管 - Google Patents

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辰光 小澤
下野 隆
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Abstract

【課題】 分析精度を高めることができる分析用X線管を提供する。【解決手段】 分析用X線管は、X線を透過する出力窓が形成された真空外囲器と、真空外囲器内で出力窓に対向して設けられた円板状の陽極ターゲットと、陽極ターゲットを先端に接合して支持する陽極支持体と、陽極ターゲットの外周に設けた収束電極と、収束電極の外周側に設けて、陽極ターゲットに照射する電子を放出する陰極フィラメントと、を具備し、陽極支持体は、その先端部分の外径が陽極ターゲットの外径よりも小さく且つ先端部分よりも後側の後側部分の外径が陽極ターゲットの外径以上であり、後側部分の外面には陽極ターゲットと同じ材質でコーティングされたコーティング層が形成されている。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、分析用X線管に関する。
一般に、分析用X線管では、陰極フィラメントで放出する電子を収束電極によって収束して陽極ターゲットに衝突させて、X線を発生させている。
発生したX線は、真空外囲器の出力窓から出力して分析用X線として用いている。
特許第4634550号公報
陽極ターゲットでは、電子が衝突すると、X線を発生すると同時に2次電子が発生し、この2次電子が陽極ターゲットを支持する陽極支持体に衝突して不純線を励起する場合がある。
この不純線は分析制度を低下させる不都合がある。
本発明の実施形態は、分析精度を高めることができる分析用X線管を提供する。
一実施形態は、X線を透過する出力窓が形成された真空外囲器と、前記真空外囲器内で前記出力窓に対向して設けられた円板状の陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットを先端に接合して支持する陽極支持体と、前記陽極ターゲットの外周に設けた収束電極と、前記収束電極の外周側に設けて、前記陽極ターゲットに照射する電子を放出する陰極フィラメントと、を具備し、前記陽極支持体は、その先端部分の外径が前記陽極ターゲットの外径よりも小さく且つ前記先端部分よりも後側の後側部分の外径が陽極ターゲットの外径以上であり、前記後側部分の外面には前記陽極ターゲットと同じ材質でコーティングされたコーティング層が形成されている分析用X線管である。
図1は、一実施形態に係る分析用X線管の概略構成を示す断面図である。 図2は、図1に示す陽極ターゲット及び陽極支持体を拡大して示す断面図である。
以下に、図面を参照しながら、一実施形態に係る分析用X線管について詳細に説明する。なお、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
図1に示すように、分析用X線管1は、X線を透過する出力窓3が形成された真空外囲器5が設けられており、真空外囲器5の内部には、陽極ターゲット7と、陽極支持体9と、収束電極11と、陰極フィラメント13が設けられている。
真空外囲器5は、先端部分の外径が徐々に細くなっており、先端は平坦面になっている。この平坦面の部分に、上述の出力窓3が設けてある。
出力窓3は、X線の減衰が少ない材料、例えばBe(ベリリウム)で形成されており、厚さは数10〜数100μmと薄く形成されている。出力窓3の口径はL1である。
陽極ターゲット7は、出力窓3に対向して且つ陽極支持体9の先端に設けて、陽極支持体9に支持されている。
陽極ターゲット7は、外径L2の円板状に形成されており、Rh(ロジウム)、W(タングステン)等の材質でできている。
図2に示すよう、陽極支持体9は、全体的に先端ほど細くなるように形成してあり、Cu(銅)製である。
陽極支持体9は、先端9aの外径Laと同じ外径で形成された先端部分9bと、先端部分9bの後側(出力窓3から離れる側)で径Laよりも大きな外径Lcを有する段部9cと、段部9cから次第に外径を大きく変化させた外径Ldの肩部9dと、肩部9dよりも後ろ側で外径を最も大きくした外径Lfの基部9fとで構成されている。
この実施の形態では、段部9cの外径Lcは、陽極ターゲットの外径L2と同じ寸法である。
陽極支持体9の肩部9dには、陽極ターゲット7と同じ材質の金属がコーティングされたコーティング層14が形成されている。コーティング層14は、例えば、陽極ターゲット7がRh(ロジウム)の場合には、同じRhがコーティングされており、陽極ターゲット7がW(タングステン)の場合には、同じWがコーティングされている。
図1に示すように、収束電極11は、陽極ターゲット7の外周に配置されており、収束電極11の外周側に陰極フィラメント13が配置されている。陰極フィラメント13は、収束電極11の外周部に固定された陰極支持体15に支持されている。
尚、真空外囲器5において、出力窓3の外側に配置されているのは、測定資料17及び検出器19であり、出力窓3から出射したX線22が測定資料17に照射されることで、測定資料17は蛍光X線21を励起して、励起された蛍光X線21はスリットや分光結晶等の機構を通して検出器19で測定資料を構成する物質の分析がされる。
次に、本実施の形態にかかる分析用X線管1の作用・効果について説明する。
図1に示すように、陰極フィラメント13で発生した電子eは、陰極フィラメント13と陽極ターゲット7との間の電位差の電圧で加速されると共に、収束電極11で収束されて、陽極ターゲット7に衝突して、X線22を発生する。陽極ターゲット7で発生したX線22は、ほとんどが出力窓3の方向に照射される。
発生したX線は、出力窓3を通して、測定資料17に照射される。
一方、図2に示すように、陽極ターゲット7では、電子eが衝突したときに、X線22と同時に2次電子2eを発生する。
2次電子2eは、陽極ターゲット7の全周方向へ散乱し、陽極支持体9の先端部分9bの側面に衝突して不純線33を励起する。
しかし、陽極支持体9の先端部分9bの外径Laは、陽極ターゲット7の外径L2よりも小さいから、出力窓3に向かう不純線33は、陽極ターゲット7に遮蔽される。したがって、不純線33が出力窓3から出力されるのを防止できる。
更に、陽極支持体9において、二次電子2eが段部9cを越えて、肩部9dに衝突すると、肩部9dには陽極ターゲット7と同種の金属のコーティング層14が形成されているから、ここに衝突して発生するX線は、真正なX線24を励起する。この真正なX線24は陽極ターゲット7と同種の金属で励起されているから、分析の妨げにならない。
尚、2次電子が衝突して発生した3次電子についても、同様に肩部9dのコーティング層14に衝突して励起したX線は真正なX線24となる。
本実施の形態によれば、陽極支持体9は、先端部分9bの外径Laが陽極ターゲット7の外径L2よりも小さく且つ先端部分9bよりも後側の肩部(後側部分)9dの外径は陽極ターゲット7の外径L2以上であり、肩部(後側部分)9dには陽極ターゲット7と同じ材質で外面をコーティングしたコーティング層14が形成されているから、陽極ターゲット7に電子が衝突して発生した2次電子が陽極支持体9の先端部分9bに発生した不純線33は陽極ターゲット7により出力窓3に向かうのを阻止し、2次電子が肩部(後側部分)9dに衝突して発生したX線はコーティング層14により真正なX線24となるので、不純線を低減できる。
コーティング層14は、陽極支持体9において、出力窓3の口径L1(図1参照)よりも小さい外径Ldの肩部9dに形成されているので、2次電子が衝突して出力窓3に向かう可能性の高いX線は、コーティング層14で励起された真正なX線となるから、更に不純線を低減できる。
上述した一実施形態は、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。これらの新規な実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。
例えば、陽極支持体9において、基部9fの外径Lfは、出力窓3の口径L1よりも小さい場合には、基部9fにもコーティング層14を形成してもよい。
1…分析用X線管、3…出力窓、5…真空外囲器、7…陽極ターゲット、9…陽極支持体、9b…先端部分、9d…肩部、11…収束電極、13…陰極フィラメント、14…コーティング層、e…1次電子、2e…1次電子、L1…出力窓の口径、L2…陽極ターゲットの外径、9d…肩部(後側部分)。

Claims (2)

  1. X線を透過する出力窓が形成された真空外囲器と、
    前記真空外囲器内で前記出力窓に対向して設けられた円板状の陽極ターゲットと、
    前記陽極ターゲットを先端に接合して支持する陽極支持体と、
    前記陽極ターゲットの外周に設けた収束電極と、
    前記収束電極の外周側に設けて、前記陽極ターゲットに照射する電子を放出する陰極フィラメントと、を具備し、
    前記陽極支持体は、その先端部分の外径が前記陽極ターゲットの外径よりも小さく且つ前記先端部分よりも後側の後側部分の外径が陽極ターゲットの外径以上であり、前記後側部分の外面には前記陽極ターゲットと同じ材質でコーティングされたコーティング層が形成されている分析用X線管。
  2. 前記コーティング層は、前記陽極支持体において、前記出力窓の外径よりも小さい外径の部分に形成されている請求項1に記載の分析用X線管。
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