JP3612795B2

JP3612795B2 - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JP3612795B2
Application number: JP14808195A
Authority: JP
Inventors: 喜之山本; 敬一朗田辺; 直治藤森; 進啓太田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1994-08-20
Filing date: 1995-05-22
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: EP0697712B1; DE69517369D1; EP0697712A1; KR0172651B1; US5657365A; JPH08115798A; DE69517369T2; KR960009806A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｘ線発生装置に関するもので、特に、従来の装置に比べてより大出力のＸ線を小型の装置で取り出すことのできる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
通常、Ｘ線発生装置は、ターゲットに加速電子を照射してＸ線を取り出す方式が採られている。しかし、数万ボルトの電圧で加速された電子がターゲットに衝突する際に、そのエネルギーのうちＸ線として取り出される効率は高々１％程度で、残りの約９９％はジュール熱として消費されてしまう。従って、高い出力のＸ線発生装置を得るためには同時に発生する約１００倍の熱をいかにしてターゲットから効率よく放散させるかが重要である。
【０００３】
このような装置から発生できるＸ線強度の限界は、ターゲットの材質と冷却能力により定まる。即ち、加速電子の照射によりターゲットが融解しない範囲で電子線照射エネルギーを増加させることにより、発生するＸ線エネルギーを増加させることができる。
従って、これまでのＸ線ターゲットは、熱伝導率および融点の高い金属材料が主に用いられてきており、これを水冷することにより熱を放散させている。また、さらに高い強度のＸ線を得るためにターゲットを回転させながら冷却する方式も開発されている。この方式では、電子線が照射されＸ線を放出する部分が順次回転していくため、ある一点が高温になることなく、固定式のターゲットに比べて高いエネルギーのＸ線を取り出すことができる。
【０００４】
例えば、特開昭５７−３８５４８号公報には、銅金属基体中にダイヤモンドを粉末焼成などで埋め込んだダイヤモンド含有ターゲットを用い、これを水冷しながら回転させるＸ線発生装置が開示されている。しかし、このような回転式Ｘ線発生装置では、回転させることによる装置の大型化、および振動などを防止できないという問題がある。また、電子線が銅およびダイヤモンドの両方に照射されてしまうことなどが問題となる。
【０００５】
特開平２−３０９５９６号公報には、耐熱性単結晶の結晶軸方向に電子線を照射し、結晶軸方向にＸ線を放出するＸ線発生装置と、この単結晶の冷却手段を具備するＸ線発生装置が開示されている。しかし、単結晶のターゲットを通して電子線照射部を冷却する構造となっており、十分に冷却できないという問題がある。
【０００６】
特開平５−３４３１９３号公報には、高熱伝導性無機物質／金属薄膜の２層構造を有するＸ線対陰極が開示されており、同公報に示されるように、高熱伝導性無機物質の背後から冷却する場合は、ある程度効果的な冷却が期待できる。しかし、この対陰極を外周から冷却する構造のＸ線発生装置（前記特開平２−３０９５９６号公報など参照）に適用した場合、熱の多くは金属薄膜に沿って拡散するため熱抵抗が大きく、十分な冷却性能が得られるとは言い難い。その他、金属薄膜に剥離が生じるという問題もある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、Ｘ線発生装置に関する上記の問題点に鑑み、高出力、高輝度のＸ線を発生することができるような装置において、特にその対陰極の冷却効率、耐久性の向上と装置の小型化、簡便化を念頭に鋭意検討を重ね、本発明を完成するに至ったものである。
即ち、電子線を照射することによりＸ線を発生するターゲットを、高熱伝導性基板を貫通するように配置した対陰極を有するＸ線発生装置を提供する。
【０００８】
以下、本発明を具体的に説明する。
高熱伝導性基板としては、その熱伝導率が１０Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上であることが好ましく、具体的にはダイヤモンドがその高い熱伝導性、および高温での安定性の点で好ましい。天然および高圧合成単結晶ダイヤモンドの他、気相合成法による多結晶のダイヤモンドも用いることができる。気相合成法によれば、所望の形状で比較的大型のダイヤモンドを容易に得ることができる。その他の材質としてはＢＮ等が挙げられる。
ターゲット材料としては、所望の波長の特性Ｘ線を発生する材料であればよく、例えばＭｏ，Ｗ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｒｈ等が挙げられる。
具体的な構成としては、高熱伝導性基板を円盤状とし、そのほぼ中心にターゲットを貫通して配置することが好ましい。このような構成により、ターゲットで発生した熱を均一に放散させることができる。
【０００９】
また、本発明者らは対陰極の冷却効率、耐久性の向上について探究を重ね、対陰極の内部に直接冷媒を通すための溝を形成することにより、従来品よりも格段に対陰極の冷却効率、耐久性の向上したＸ線発生装置を得ることに成功した。
具体的には、高熱伝導性基板の内部に冷媒流路を形成したり、高熱伝導性基板の裏面に直接冷媒を通すための溝を形成し、適当な支持材を張り合わせて冷媒流路を具えた対陰極を作製する。支持材は、例えばＢ，Ｂｅ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ，これらの合金およびこれらの化合物（例えば炭化物，窒化物）等の物質を利用できる。
冷媒としては、例えば水、空気、不活性ガス（例えば窒素、アルゴン等）フルオロカーボン、液体窒素、液体酸素、液体ヘリウム等を使用する。
【００１０】
さらに、高熱伝導性基板に抵抗率の低い材料を使用することによって、対陰極のチャージアップを防ぐことができ、高出力、高輝度のＸ線発生に有効である。高熱伝導性で、かつ導電率の高い材料としては、不純物をドーピングしたダイヤモンドを挙げることができる。気相合成法を使えばダイヤモンドに不純物をある一定量ドーピングすることは容易である。また、高熱伝導性基板の裏面に冷媒を通過する溝を形成しない場合には、基板の裏面に金属薄膜を形成してもよい。
【００１１】
上記の構成により、ターゲットで発生した熱は熱伝導性に優れた基板を介して十分に放散されるため、冷却方法にかかわらずＸ線の出力を増大させることができる。また、電子線の焦点を従来よりさらに絞って負荷を高めてもターゲットが損傷することはなく、微細な線幅で高出力のＸ線を取り出すことができる。特に、基板の周囲から冷却する方式の対陰極においては、顕著な効果を発揮することができる。即ち、本発明の構造ではターゲットで発生した熱の伝達経路に高熱伝導性材料が配置されることとなり、従来の構造に比べて格段の冷却性能が得られ、その結果大出力のＸ線を発生することができる。この場合、基板の厚さは厚いほどよいが、厚くなりすぎるとコストが高くなり好ましくない。具体的には、１００μｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは３００μｍ以上５ｍｍ以下がよい。
【００１２】
また、対陰極の内部に直接冷媒流路を形成することで、特段の冷却機構を用いなくても、その流路に冷却媒体を導入する機構さえ用いれば、非常に大きな冷却効果を得ることがで、大出力、高輝度のＸ線を発生することができる。
【００１３】
流路は、最も冷却したい部分に冷媒が供給されるように形成する。例えば、高熱伝導性基板に円盤状のものを用い、その中心にターゲットを貫通して配置した場合、基板の外周端面に冷媒の導入、排出口を設け、ターゲットの周囲を囲むように冷媒流路を形成すればよい。また、冷媒の導入口付近は最も冷媒の温度が低いので冷却効率が高くなる。従って、基板中心付近（ターゲット付近）に冷媒の導入口を形成してもよい。
【００１４】
基板の内部あるいは基板と支持材の界面の基板側に流路を形成する場合、流路は典型的にはその断面形状は長方形である。流路の高さは、大きければ大きいほど熱交換率は上昇するが、余り大きすぎるとその機械的強度が弱くなるので好ましくない。具体的には流路の高さ（ｃ）は２０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上である。流路の高さは、基板の厚さの９０％未満、より好ましくは８０％未満が好ましい。また、流路の幅は広いほど熱交換率は上昇するが、基板の強度を保つために流路の数が少なくなるので、広すぎても熱交換率は悪くなる。一方、流路の間隔についても、幅と同様のことが言え、広すぎても狭すぎてもよくない。流路の幅および間隔は、２０μｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは４０μｍ以上２ｍｍ以下であることが望ましい。
【００１５】
流路の幅（ａ）と間隔（ｂ）の比（ａ／ｂ）の範囲について、下限は０．０２、より好ましくは０．０４であり、一方上限は５０、より好ましくは２５であることが望ましい。幅（ａ）と高さ（ｃ）の比（ａ／ｃ）の範囲について、下限は０．０５、より好ましくは０．１であり、一方上限は１００、より好ましくは５０であることが望ましい。
【００１６】
ただし、最適な幅、間隔、高さについては、Ｘ線発生装置にかかる熱負荷および圧力に依存する。なお、流路の形状としては、断面が長方形である必要はなく、半円形、半楕円形やさらに複雑な形状もありうる。また、１つの対陰極において、上記のａ、ｂ、ｃの値が一定である必要はなく、上に示した条件で変化させうる。流路により占められる基板表面の割合（基板平面に対して垂直方向に見た場合に、流路が基板表面に占める面積の割合）は２〜９０％、好ましくは１０〜８０％である。流路の側面が基板の表面に対する鉛直線となす角度（テーパー角）は、３０°以下であることが望ましい。
【００１７】
流路の表面に厚さ１ｎｍ以上１μｍ以下の非ダイヤモンドの炭素成分からなる層が存在してもよい。非ダイヤモンド層は、非酸化雰囲気（例えば不活性ガス雰囲気）において、１０００〜１５００℃に３０分〜１０時間程度加熱することによって形成することができる。この場合、流路以外の基板表面にも非ダイヤモンド層が形成されるが、これは研磨などによって除去することができる。非ダイヤモンド層の有無はラマン分光法によって測定することが可能である。
【００１８】
流路の表面において、冷媒に対する濡れ性が良好であることが好ましい。接触角は６５°以下、より好ましくは６０°以下がよい。ダイヤモンドの表面には水素原子が存在するので、このままの状態では水などの冷媒をはじく。そこで、水素原子に代えて、酸素原子を含む親水基（例えば、ＯＨ基）をつけることによってダイヤモンド膜表面の親水性を上げることができる。
【００１９】
流路の表面の濡れ性を向上するには、例えば、酸化雰囲気（例えば、大気雰囲気）において、５００℃〜８００℃で１０分〜１０時間アニールするか、酸素または酸素を含む気体のプラズマで処理すればよい。流路を形成する方法としては酸素プラズマを使用する場合には、幾分親水性が上がっていると考えられるが、さらに上記の濡れ性向上の操作を行ってもよい。
【００２０】
冷媒として、フルオロカーボンを使用する場合に、流路の表面にフッ素原子をはじめとするハロゲン原子が結合していることが好ましい。このような表面は、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子）を含む気体、例えばＣＦ_４中で流路をプラズマ処理することによって形成できる。
例えば、ＣＦ_４ガスのＲＦプラズマにより処理すると、上記表面の水素が、Ｆとおきかわる。これは、ＸＰＳスペクトルが処理前はＣ_ｌｓピークが単一であるものが、処理後は−ＣＦ_ｎ基による多数のサテライトが現れ、表面の炭素原子にＦ原子が結合していることがわかる。このような面はフッ素系化合物に対して濡れ性が非常によい。
さらに、流路の表面の冷媒に対する濡れ性を改善する処理としては、上記のほか、窒素、ホウ酸あるいは不活性ガスなどを含むガス中でのプラズマ処理を挙げることができる。
【００２１】
基板の内部あるいは基板と支持材との界面の基板側に流路を形成する方法について下記に示す。
流路は、例えば、レーザー加工などにより、基板に直接孔を空けて形成することができる。また、１枚の膜に溝を形成した後、他の膜を張り合わせることによっても形成できる。前者の方法では、まず所望の形状の高熱伝導性物質からなる膜を用意し、この側面にレーザー光線を集光することにより、穴加工を施し、高熱伝導性物質板の内部に冷媒を通過させる流路を形成する。後者の方法では、双方の膜を高熱伝導性物質とすれば、基板の内部に流路が形成されることになり、一方の膜を高熱伝導性物質とし、他方を適当な支持材とすれば、基板と支持材との界面の基板側に流路を形成するすることができる。
【００２２】
第１高熱伝導性物質膜と第２高熱伝導性物質膜との貼り合わせによって得る方法を以下に示す。第１高熱伝導性物質膜には、流路になる溝が形成されており、第２高熱伝導性物質膜には溝が形成されていない。高熱伝導性物質からなる膜を所望の大きさに用意する。第１高熱伝導性物質膜の片面に、完成時に内部に埋め込まれるべき流路をレーザー光線による加工方法、選択的なエッチングによる加工方法などによって形成する。
【００２３】
レーザー加工は、物質表面にレーザー光線を集光することによって物質の削除加工を行い、溝を表面に形成する。この方法によれば、任意の配置の流路を得ることができる。高熱伝導性物質の表面に、十分なエネルギー密度を持ったレーザー光線を集光し、物質を削除しながら徐々に集光位置を移動させて溝を表面に形成する。レーザー光線としては、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザーなどが利用できるが、特にエキシマレーザーはその加工精度の点から、任意の深さ、配置の流路を再現性よく形成することができ好ましい。
【００２４】
レーザー光の波長は、３６０ｎｍ以下、例えば１９０〜３６０ｎｍの範囲であることが好ましい。照射する光のエネルギー密度は、１０〜１０^１１Ｗ／ｃｍ^２である。パルス状レーザー光を用い、その１パルス当りのエネルギー密度が１０^−１Ｊ／ｃｍ^２以上で、１０^６Ｊ／ｃｍ^２以下の範囲とすることが好ましい。さらに、レーザー発振器より発振される際のレーザー光の広がり角度が１０^−２〜５×１０^−１ｍｒａｄとし、レーザー光の発振スペクトルの半値幅を１０^−４〜１ｎｍとすることが好ましい。レーザー光のビーム断面におけるエネルギー分布の均一性は１０％以下であることが好ましい。パルスレーザー光を円筒型レンズまたは円筒型ミラーにより集光することによって、良好な加工の結果を得る。
【００２５】
一方、エッチング法による流路形成は、以下のように行うことができる。即ち、適当なマスクを高熱伝導性物質膜上に形成した後、マスクはエッチングせず、高熱伝導性物質のみをエッチングする条件で処理する。その後、マスクを除去して、表面に溝を持った第１高熱伝導性物質膜が得られる。ダイヤモンド上にマスク材料としてＡｌあるいはＳｉＯ_２を形成し、酸素あるいは酸素を含むガスによりダイヤモンドを選択的にエッチングすることができると知られており（第５３回応物学会予稿集第二分冊第４１１ページ参照）、この技術を利用してダイヤモンド上に溝加工ができる。また、酸素あるいは酸素を含むガスの代わりに、窒素または水素を利用してもよい。
【００２６】
こうして所望の溝を形成した第１高熱伝導性物質膜を、別途用意した第２高熱伝導性物質膜に張り付けることにより、非常に大きな放熱効率を有する基板を得ることができる。第２高熱伝導性物質膜には、別途、流路に通すべき冷媒を導入する出入口を設けておいてもよい。
【００２７】
第１高熱伝導性物質膜と第２高熱伝導性物質膜との張り付けは、メタライズ処理によって、あるいは接着剤によって行うことができる。結合する２つの面を公知の方法でメタライズ処理し、金属を溶融させることによって行ってよい。メタライズ処理で使用する金属の例は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ａｇなどである。接着剤（例えば、Ａｇ／エポキシ系、Ａｇ／ポリイミド系、Ａｕ／エポキシ系）あるいはＡｇ系ロウ剤、および他の接着方法を使用してよい。接着剤層の厚さは、通常０．０１〜１０μｍである。
【００２８】
また、高熱伝導性物質膜として、気相合成法により合成されたダイヤモンドを利用する場合、溝を形成するのにレーザー光線、エッチング法などによる加工ではなく、マスクによる選択成長を使用することができる。これは、例えば特開平１−１０４７６１号公報、特開平１−１２３４２３号公報などに開示されている。板状材料（例えば、多結晶Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｃｕ、Ｍｏ、ｃＢＮ等）の表面に、マスク材を形成したい溝と対応する形状に配置しておき、その上に気相合成法によりダイヤモンドを積層させればよい。そのとき、５０μｍ以上のダイヤモンドを成長させることにより、ダイヤモンドがマスクの上部にも横方向成長し、結果として全面を覆うようになる。その後、板状材料とマスク材を溶解などの方法で除去すれば、取り出されるダイヤモンドは板状材料面側に溝を有している。マスクは、Ｔｉ、ＳｉＯ_２、Ｍｏ等を公知の方法で形成すればよい。この方法の利点は、ダイヤモンドを成長させた後に衝撃を与える必要がないので、加工中に破損などが生じにくいことが挙げられる。
【００２９】
上記の方法において、マスクを形成する代わりに、板状材料そのものを加工し、溝と対応する形状に凹凸を設けておき、その上に気相合成法によりダイヤモンドを成長させることもできる。所望の厚さに成長させた後、板状材料を除去すると、板状材料面側には溝を有するダイヤモンド自立膜を得ることができる。板状材料としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｍｏなどが挙げられる。
【００３０】
さらに、高熱伝導性物質膜として気相合成ダイヤモンドを使う場合には、上記の方法を発展させ、接着の工程を省略することもできる。即ち、板状材料を支持材とし、その上にまずマスク材料を付け、その上に気相合成ダイヤモンドを成長させた後、マスクのみを溶解することにより、流路を有する基板を得ることができる。この方法によれば、接着剤を使用する必要がないために、基板全体の放熱効率をさらに上げることができる。
【００３１】
前記のいずれの方法も流路を有する基板の製造に有効である。エッチングによる方法は、微細な溝を精度良く形成することができる。レーザー加工による方法は、その形成速度が早い。また、選択成長による方法（マスクを使用する方法）は、比較的大きな溝を形成するのが容易である。
基板と支持材の界面部における基板側に流路を形成する場合、以上の例において、第２高熱伝導性物質膜の代わりに支持板を用いればよい。その場合において、上記の接着工程を省略する基板の製造方法では、支持板として、多結晶Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｃｕ、Ｍｏなどが好ましい。
【００３２】
一方、ターゲットを基板に貫通させることは、対陰極の裏面（電子線照射面と反対側）からターゲットの接地を可能とし、安定なＸ線発生に寄与する。この場合、対陰極の裏面にターゲット材料の薄膜を形成し、この薄膜から接地をとることが好適である。
【００３３】
また、高熱伝導性基板として気相合成法によるダイヤモンドを用いる場合には、基板中に層状の導電性ダイヤモンドを形成したり、基板全体を導電性のダイヤモンドとすることで、容易に金属ターゲットの接地をとることができる。即ち、ダイヤモンドを気相合成法により製造するときに、原料ガス中に不純物を混入させることによって、ダイヤモンドに導電性を持たせることができる。この不純物としては、Ｂ，Ａｌ，Ｌｉ，Ｐ，Ｓ，Ｓｅ等を挙げることができる。これらの中ではＢが結晶性を落とさずに効果的に導電性を上げることができ好ましい。この導電性ダイヤモンドの抵抗率は、１０^３ Ω・ｃｍ以下、より好ましくは１０^２ Ω・ｃｍ以下がよい。
【００３４】
さらに、電子線をターゲットの貫通している方向と同一の方向から入射することにより、金属薄膜／高熱伝導性基板構造のとき（特開平５−３４３１９３号公報参照）に比べて、入射する電子線がターゲットに吸収される割合が増大し、Ｘ線出力の増加に役立つ。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例に即して本発明を説明する。
（実施例１）
まず、気相合成法により成長させた多結晶ダイヤモンド基板（熱伝導率１６．９ｗ／ｃｍ・Ｋ）を直径１０ｍｍ，厚さ１ｍｍの大きさに用意した。このダイヤモンド基板にレーザー光を用いて中心に直径０．２ｍｍの貫通孔を形成した。その後、裏面にターゲット材料として金属Ｃｕを蒸着し、図１に示すような対陰極１を得た。図示のように、ダイヤモンド基板２の裏面にはほぼ一様にＣｕ膜３が形成され、中心の貫通孔にはＣｕが充填されて充填部４を構成している。
【００３６】
次に、この対陰極を図２に示すような冷却ホルダ５にセットした。このホルダ５は環状のもので、中央の円孔部に対陰極１を保持すると共に、内部に冷媒となる水６が循環され、対陰極１を外周から冷却するように構成されている。対陰極１をセットする具体的手段としては、かしめやろう付けなどが挙げられる。そして、裏面のＣｕ膜３を接地し、金属Ｃｕターゲットの帯電を防止した。
直径０．１５ｍｍに絞った電子線をダイヤモンド基板側（表面側）から充填部４より露出する金属Ｃｕに１０ｋＷ／ｍｍ^２の負荷で連続して照射したが、１０００時間照射した後も安定してＸ線を発生することを確認した。また、試験の後、金属Ｃｕを観察したところ、その表面状態に特に顕著な変化は認められなかった。
なお、本例ではダイヤモンド基板の裏面にＣｕ膜を形成したが、このＣｕ膜は必須ではなく、貫通孔にターゲット材料が充填されておればよい。
【００３７】
（実施例２）
傷つけ処理をした多結晶Ｓｉの板状材料（直径１０ｍｍ，厚さ２ｍｍ）を２枚用意し、その上にマイクロ波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドを成長させ、成長表面を機械研磨し、Ｓｉ板を酸により溶解して直径１０ｍｍφで厚さ６００μｍ（熱伝導率１７．９Ｗ／ｃｍ・Ｋ）、及び４００μｍ（１５．２Ｗ／ｃｍ・Ｋ）の２枚のダイヤモンド自立膜（第１及び第２ダイヤモンド自立膜）を得た。
【００３８】
上記のようにして得た第１ダイヤモンド自立膜（厚さ６００μｍ）の片面に、ＫｒＦエキシマレーザーを線集光および点集光し、図３に示すような溝７を形成した。溝７のパターンは、自立膜の外周端面に冷媒の出入口８，９が並設され、まず入口８からほぼ中心付近まで直線状に伸延してから、自立膜中心の周りをほぼ一周する環状溝が形成されている。続いて、入口側に僅かに伸延してから、前記環状溝よりも径が大きく逆周りにほぼ一周する環状溝が形成されている。そして、順次、自立膜の外周に向かって同様のパターンを繰り返し、最終的に出口９に到達する１本の溝７を形成した。溝７の深さは約１００μｍ、幅は５００μｍ、間隔は約４００μｍであった。両自立膜にＴｉ、Ｐｔ、Ａｕを蒸着により積層した後、Ａｕを溶融することにより第１ダイヤモンド自立膜を第２ダイヤモンド自立膜に接着し、基板を作製した。
【００３９】
このようにダイヤモンド内部に冷媒を通過させるための流路を具えた基板（直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を用いて、実施例１と同様にレーザーで貫通孔を形成し、この孔にＣｕを充填して、さらに裏面にＣｕ膜を形成した。次に、これを実施例１と同様の冷却ホルダ１５にセットした（図４参照）。このホルダ１５には、対陰極１１の溝１７につながる連通孔２０が形成され、溝１７内に水２６が循環するよう構成されている。そして、裏面のＣｕ膜を接地し、金属Ｃｕターゲットの帯電を防止した。
上記のように作製したＸ線発生装置について、実施例１と同様の条件でＸ線発生テストを行ったところ、安定性、耐久性共に実施例１と同様良好であった。
【００４０】
（実施例３）
傷つけ処理をした多結晶Ｓｉの板状材料（直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍ）上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドを成長させ、成長表面を機械研磨し、Ｓｉ板を酸により溶解して、直径１０ｍｍφ、厚さ１ｍｍ（熱伝導率１７．３Ｗ／ｃｍ・Ｋ）のダイヤモンド自立膜を得た。
【００４１】
このダイヤモンド自立膜の片面に、ＫｒＦエキシマレーザーを線集光および点集光し、図３に示すような溝７を形成した。溝７の深さは約３００μｍ、幅は５００μｍ、間隔は約４００μｍであった。ＣｕＷ合金板を支持材とし、これとダイヤモンド自立膜とにＴｉ、Ｐｔ、Ａｕを蒸着した後、Ａｕを溶融することにより両者を接着した。そして、中心に貫通孔を形成し、そこにＣｕを充填して基板を得た。
次に、これを実施例２と同様に冷却ホルダ２５にセットした（図５）。本例では、対陰極２１の裏面を構成する支持材４０を接地した。上記のように作製したＸ線発生装置について、実施例１と同様の条件でＸ線発生テストを行ったところ、安定性、耐久性共に実施例１と同様良好であった。
【００４２】
（実施例４）
傷つけ処理をした多結晶Ｓｉの板状材料（直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍ）上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドを成長させ、成長表面を機械研磨し、Ｓｉ板を酸により溶解して、直径１０ｍｍφ、厚さ１ｍｍ（熱伝導率１７．３Ｗ／ｃｍ・Ｋ）のダイヤモンド自立膜を得た。ダイヤモンドの成長時に、原料ガス中にＢを混入させたところ、得られたダイヤモンドの抵抗率は１．９５Ω・ｃｍであった。
上記の基板を用いて、実施例１と同様にレーザー光で貫通孔を形成し、そこにＣｕを充填させた上で実施例１と同様の冷却ホルダにセットした（図示せず）。そして、ダイヤモンド基板自体を接地した。上記のように作製したＸ線発生装置について、実施例１と同様の条件でＸ線発生テストを行ったところ、安定性、耐久性共に実施例１と同様良好であった。
【００４３】
（比較例１）
直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状の金属Ｃｕを、図２に示したホルダ５にセットした。
これに対して、直径０．１５ｍｍに絞った電子線を連続して照射する試験を行ったが、４ｋＷ／ｍｍ^２の負荷でも安定なＸ線出力は得られず、１００時間後に観察したところ、熱により電子線照射部に大きな損傷がみられた。
【００４４】
（比較例２）
直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状の多結晶ダイヤモンド基板３２を用意し、その片面にターゲットとなる金属Ｃｕ膜３３を蒸着して形成した（図６参照）。そして、これを図２に示したホルダ５にセットした。
上述の各実施例、比較例１と同様のＸ線発生試験の結果、負荷４ｋＷ／ｍｍ^２では１００時間後でも安定なＸ線が得られ、金属Ｃｕ膜３３の表面にも顕著な変化は認められなかった。しかし、負荷１０ｋＷ／ｍｍ^２では徐々に出力が減少し、５００時間後に金属Ｃｕ膜３３を観察したところ電子線照射部に損傷が認められた。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明Ｘ線発生装置を利用することによりＸ線発生出力、および安定性を向上させることができる。また、従来の装置と比較して発生するＸ線の線幅を微小にし、かつ出力を増大させることが可能となる。
特に、基板内部や基板と支持材の界面に冷媒流路を形成することで、一層大きな冷却効果を得ることができる。
さらに、回転型対陰極を使用することなく上記の効果を達成できることから、装置全体を小型化でき、構造も簡便となるため、安価に製造することができる。その上、回転に伴う振動などの問題も回避できる。
以上のような効果から、本発明Ｘ線発生装置は、Ｘ線解析装置、Ｘ線露光装置などＸ線を用いた様々の装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における対陰極を示す概略断面図である。
【図２】冷却ホルダに対陰極をセットした状態を示す概略図である。
【図３】基板に形成した冷媒流路のパターンを示す平面図である。
【図４】ダイヤモンド膜同士を張り合わせ、内部に冷媒流路を形成した対陰極を冷却ホルダにセットした状態を示す概略図である。
【図５】ダイヤモンド膜と支持材を張り合わせ、界面に媒流路を形成した対陰極を冷却ホルダにセットした状態を示す概略図である。
【図６】従来の対陰極を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１対陰極２，３２ダイヤモンド基板３，３３Ｃｕ膜４充填部
５，１５，２５冷却ホルダ６，１６，２６水７溝８入口９出口
２０，３０連通孔４０支持材

Claims

ダイヤモンド基板と電子線を照射することによってX線を発生するターゲットとを具える対陰極を有し、
前記ターゲットは前記ダイヤモンド基板のほぼ中心に、前記ダイヤモンド基板を貫通するように配置され、
前記電子線をターゲットの貫通している方向と同一の方向から入射することを特徴とするX線発生装置。
ダイヤモンド基板中に、冷媒を通過させるための流路が1本以上形成されていることを特徴とする請求項1に記載のX線発生装置。
ダイヤモンド基板が支持材の上に配置され、かつ支持材/ダイヤモンド基板の界面部のダイヤモンド基板側に冷媒を通過させるための流路を具えることを特徴とする請求項1に記載のX線発生装置。
ターゲットが、Mo、W、Cu、Ag、Ni、Co、Cr、Fe、Ti、Rhから選択された１種、またはそれを基材とする合金で構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のX線発生装置。
ダイヤモンド基板の片面に金属膜が存在することを特徴とする請求項1または2に記載のX線発生装置。
ダイヤモンド基板の一部分または全体の抵抗率が10³Ω・cm以下とし、ダイヤモンド基板自体を接地することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のX線発生装置。
抵抗率が10³Ω・cm以下の基板部分には、Bがドープされていることを特徴とする請求項6に記載のX線発生装置。