JP5214361B2 - X線管およびx線分析装置 - Google Patents
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Description
そこで、高出力のX線を放射させるためのX線管が提案されている(特許文献1、2を参照)。ここで、高出力のX線を放射可能なX線管とするためには、ターゲット上における電子ビームの焦点寸法を小さくし、かつX線発生効率を向上させることが重要となる。
図1〜図3は、本実施の形態に係るX線管を例示するための模式図である。なお、図1はX線管の要部模式断面図、図2は図1におけるA−A矢視模式断面図、図3はX線管の部分模式断面図である。
また、図4〜図6は、比較例に係るX線管を例示するための模式図である。
図4は、第1の比較例に係るX線管を例示するための模式図である。なお、図4(a)はX線管の要部模式断面図、図4(b)はターゲット上における電子ビームの焦点の形状を例示するための模式図である。
図4(a)に示すように、X線管100には、端部にテーパ部が設けられた外囲器101、陰極フィラメント102、ウェネルト電極103、アノード電極104、X線発生用のターゲット105、X線放射窓106が設けられている。
また、外囲器101とウェネルト電極103とは接地され、アノード電極104には正の高電圧が印加されるようになっている。
ところが、X線管100のような一般的なX線管の場合には、図4(b)に示すように焦点109の形状がリング状となってしまうので、焦点109の中央部にX線の発生にとって無駄な部分が存在することになる。そのため、焦点109の寸法を小さくすることができず、また、X線発生効率を低下させてしまうおそれもある。
図5(a)に示すように、X線管100aには、端部にテーパ部が設けられた外囲器101、陰極フィラメント102、ウェネルト電極103、アノード電極104a、X線発生用のターゲット105、X線放射窓106が設けられている。
すなわち、単にアノード電極104aの端部にテーパ部を設けるだけでは、ターゲット105上における電子ビーム107の焦点109の寸法を小さくすることができず、またX線発生効率も向上させることができない。
図6(a)、図6(b)に示すように、X線管100bには、端部にテーパ部が設けられた外囲器101、陰極フィラメント102a、ウェネルト電極103a、アノード電極104、X線発生用のターゲット105、X線放射窓106が設けられている。
図1〜図3に示すように、X線管1には、端部にテーパ部が設けられた外囲器11、陰極フィラメント2、ウェネルト電極3、アノード電極4、X線発生用のターゲット5、X線放射窓6が設けられている。
そのため、これらの要素により形成される機械的な空間形状により電子光学系電場ポテンシャルを変化させるようにすれば、電子ビーム7の軌道制御を行うことができる。その結果、ターゲット5上に収束させる電子ビームの焦点9の大きさや形状を制御できることになる。
図7は、X線管内部の機械的な空間形状を例示するための模式断面図である。
なお、ターゲット5の厚み寸法は非常に薄い(例えば数十μm程度)ので、機械的な空間形状を検討する場合にはこれを考慮しないようにすることもできる。そのため、本実施の形態においてはターゲット5を考慮しないことにした。
この場合、アノード電極4の円筒状部分の直径d1と端面部直径d2との関係は以下の式(1)で表すことができる。
d2=d1/(1+2*tanθ/2) ・・・(1)
ここで、本発明者の得た知見によれば、テーパ部4aの角度θを20°以上、60°以下とすれば電子ビーム7の適切な軌道制御を行うことができる。この場合、テーパ部4aの長さz1とアノード電極4の端面部直径d2とを略同一寸法とすることが好ましい。
そして、テーパ部4aの角度θを40°前後とすれば、ターゲット105上に略円形の焦点9を形成させることが容易となるとの知見をも得た。
d2=d1/(1+2*tan20°)=0.58*d1 ・・・(2)
この場合、例えば、円筒状部分の直径d1がΦ20mmのアノード電極4を用いるとすれば、端面部直径d2をΦ11.6mm、テーパ部4aの長さz1を11.6mmとすることができる。
この場合、アノード電極4に印加される電圧(アノード電位)を+50kV、ギャップ耐電圧を最大10kV/mmとすれば、空間ギャップg1、g2、g3を5mm程度とすることができる。
また、ウェネルト電極3の先端とアノード電極4の平坦部4bとの間の軸方向の空間ギャップz2は、リング状の陰極フィラメント2からの電子ビーム7の軌道の妨げとならないようにすることが好ましい。
図9は、他の実施の形態に係るX線管について例示をするための要部模式断面図である。
電子ビームの適切な軌道制御を行うためには、ウェネルト電極とアノード電極との間に形成される空間ギャップ(テーパ部における空間ギャップg2、円筒状部分における空間ギャップg3)を小さくすることが好ましい。この場合、ウェネルト電極の肉厚をなるべく薄くすれば有利である。しかしながら、そのようにすればウェネルト電極の強度が低下してしまうおそれがある。
なお、テーパ部3aの強度が特に弱くなりやすいので、テーパ部3aは根元に向かうにつれて肉厚寸法が増加するようにすることが好ましい。
図10は、本実施の形態に係るX線分析装置について例示をするための模式図である。 図10に示すように、X線分析装置50には、本実施の形態に係るX線管1、検出手段2が設けられている。
X線管1は、図示しない試料ホルダに載置した試料Wの照射面に対して所定の角度となるように、傾斜させて設けられている。このX線管1から放射されたX線8は試料Wに入射し、X線8が試料Wに入射することで蛍光X線58が放出される。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
Claims (6)
- 先端に向かうにつれて断面寸法が漸減する第1のテーパ部を有するアノード電極と、
前記アノード電極の端面に設けられたターゲットと、
前記アノード電極の径外方向において前記アノード電極と略同軸に設けられ、先端に向かうにつれて断面寸法が漸減する第2のテーパ部を有するウェネルト電極と、
前記ウェネルト電極の径外方向に設けられたリング状の陰極フィラメントと、
を備え、
前記第1のテーパ部と、前記第2のテーパ部と、は、略平行となるように設けられていること、を特徴とするX線管。 - 前記第1のテーパ部の端面部直径と、前記第1のテーパ部の長さと、は、略同一寸法とされていることを特徴とする請求項1記載のX線管。
- 前記ウェネルト電極と、前記アノード電極と、の間に形成される空間ギャップは、略一定とされていること、を特徴とする請求項1または2に記載のX線管。
- 前記第2のテーパ部は、根元に向かうにつれて肉厚寸法が増加していること、を特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のX線管。
- 前記ウェネルト電極の軸方向において、前記ウェネルト電極の先端は、前記アノード電極の端面と略同一位置、または突出した位置に設けられていること、を特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のX線管。
- 請求項1〜5のいずれか1つに記載のX線管と、
前記X線管から放射されたX線が試料に入射することで放出された蛍光X線を取り込んで所定の分析を行う検出手段と、
を備えたことを特徴とするX線分析装置。
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