JP5441038B2 - 異極像結晶を用いたｘ線発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、異極像結晶を用いたＸ線発生装置に関するものである。

ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）等の異極像結晶を用いたＸ線発生装置は、高圧電源装置を必要としないので、小型軽量で可搬性に優れており、従来のＸ線管球に代わるＸ線源として注目されている。

従来のこの種のＸ線発生装置として、例えば、内部に低圧ガス雰囲気を維持する容器と、容器内に配置された異極像結晶と、異極像結晶の温度を昇降させる温度昇降手段と、容器内における異極像結晶から生じる電界の到達範囲内に配置された箔状のＸ線発生用金属ターゲットと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このＸ線発生装置では、容器内の異極像結晶は、定常状態においても分極していて、分極方向の一方の端面が正の電気面を形成し、他方の端面が負の電気面を形成する。そして、正の電気面および負の電気面には、それぞれ、その電荷量と等量で異符号の電荷が吸着しているため、常時は電気的に中性である。

ところが、異極像結晶が加熱および冷却を繰り返されると、その温度変化に伴って結晶内部の自発分極が増減し、正および負の電気面の吸着電荷がその変化に追従できなくなって、電気的な中和が破られ、結晶の周囲に強い電界が生じる。そして、容器中の電子が、金属ターゲットから異極像結晶に向かう電界によって、金属ターゲットに向けて加速され、金属ターゲットに衝突し、制動輻射によって金属ターゲットを形成する物質に固有の特性Ｘ線および連続Ｘ線が発生する。

しかし、このＸ線発生装置においては、異極像結晶および金属ターゲット間に発生する電界が異極像結晶からの距離の増大につれて急激に減衰するので、金属ターゲットに衝突する電子のエネルギーを上げることが容易ではなく、実用に十分な強度のＸ線を発生させることが難しいという問題があった。

そこで、異極像結晶および金属ターゲット間に発生する電界の強度を大きくし、金属ターゲットに衝突する電子のエネルギーを上げるため、例えば、容器内に一対の異極像結晶を対向配置し、対向する異極像結晶間に板状または箔状の金属ターゲットを配置したものがこれまでに提案されている（例えば、特許文献２参照）。

このＸ線発生装置によれば、対向する異極像結晶間の距離を適切に設定することによって、金属ターゲットを貫く強い電界を発生させて、金属ターゲットに対する電子の衝突エネルギーを増大させることができる。しかし、その一方で、この構成では、電子が金属ターゲット表面に対しほぼ垂直に衝突するのに対し、電子の衝突方向に発生する強いＸ線を外部に取り出すことが難しく、そのため、せっかく発生させた強いＸ線を装置から照射させることができないという問題があった。

また、上述の従来のＸ線発生装置のいずれにおいても、金属ターゲットに電子が衝突する際にスパッタリングが発生し、金属ターゲットの構成原子が金属ターゲットに対向する異極像結晶の電気面に付着することで、時間の経過とともに異極像結晶から生じる電界が減衰するという問題もあった。
このため、従来のＸ線発生装置においては、実用に十分な強いＸ線を安定的に発生させることができなかった。

特開２００５−１７４５５６号公報 特開２００５−２８５５７５号公報

したがって、本発明の課題は、より強いＸ線を安定的に発生する、異極像結晶を用いたＸ線発生装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、内部に低圧ガス雰囲気を維持する容器と、それぞれ一方向に分極し、前記容器の内部に、正負の異なる電気面が互いに対向するように一列に配置された少なくとも２個の異極像結晶と、を備え、前記異極像結晶はそれぞれ前記分極の方向にのびる貫通孔を有するとともに、前記貫通孔が互いに整合するように配置され、さらに、対向する前記異極像結晶の間に配置された金属ターゲットを備え、前記金属ターゲットを挟んで隣接する前記異極像結晶同士が電気的に接続されて、前記異極像結晶および前記金属ターゲットからなる１つの積層体が形成され、さらに、前記積層体を前記容器内の所定位置に固定する固定手段と、前記異極像結晶の温度を昇降させる温度制御手段と、を備え、前記異極像結晶の温度の昇降に伴って前記貫通孔内に生じる電界によって、電子を前記金属ターゲットに衝突させることにより、Ｘ線を発生させるものであることを特徴とするＸ線発生装置を構成したものである。

好ましくは、前記Ｘ線発生装置は、さらに、対向する前記異極像結晶の間に配置されて当該異極像結晶同士を接続し、かつ前記金属ターゲットを取り外し可能に支持する、導電性を有するターゲット支持手段を備えており、あるいは、前記異極像結晶および前記金属ターゲットが導電性接着剤によって互いに接合されている。

また、前記積層体が３個以上の前記異極像結晶を含む場合、前記金属ターゲットには、隣り合う前記異極像結晶の貫通孔同士を連通する少なくとも１つの開口が形成されることが好ましい。

前記温度制御手段は、前記容器の内部または外部に配置されたヒーターと、前記容器の外部に配置され、前記ヒーターに電力を供給する電源と、前記容器の外部に配置され、前記電源から前記ヒーターへの電力供給を制御する制御部と、を有していることが好ましい。この場合、前記ヒーターは、前記積層体を取り巻いて配置され、前記積層体の軸方向にのびるコイル状の電熱線からなり、前記電熱線と前記積層体の間には、電気的絶縁のための間隙が設けられ、または電気絶縁性を有する部材が配置されることが好ましい。または、前記ヒーターは前記容器を取り巻いて配置された電熱線からなっていることが好ましい。

あるいは、前記温度制御手段は、前記容器内に固定されたペルチェ素子と、前記容器の外部に配置され、前記ペルチェ素子に電力を供給する電源と、前記容器の外部に配置され、前記電源から前記ペルチェ素子への電力供給を制御する制御部と、を有し、前記ペルチェ素子は、放熱板および吸熱板を貫通する中央開口を有し、前記固定手段は前記ペルチェ素子からなり、前記積層体の一方の端面が前記ペルチェ素子の前記放熱板または前記吸熱板に接触し、かつ前記貫通孔が前記ペルチェ素子の前記中央開口に整合した状態で、前記積層体が前記ペルチェ素子に固定されることが好ましい。

また、前記金属ターゲットが箔状に形成されていることが好ましい。

本発明によれば、分極方向に沿って貫通孔を有する異極像結晶を、正負の異なる電気面が向き合い、各貫通孔が整合するように一列に配置するとともに、対向する異極像結晶間に金属ターゲットを挿入し、さらに、金属ターゲットを挟んで隣接する異極像結晶同士を電気的に接続することによって１つの積層体を形成し、分極方向に貫通孔を有しかつ当該貫通孔内に金属ターゲットを備えた単体の異極像結晶と同等のものを構成した。

この積層体を構成する異極像結晶の温度を昇降させると、貫通孔内には、分極方向に平行でかつ金属ターゲットをほぼ垂直に貫通する強い電界が、昇温時には負の電気面側から正の電気面側に向かって、また、降温時にはその逆向きに発生し、それによって電界強度の大きい領域が局所的に形成される。

そして、異極像結晶の昇温時には、積層体の貫通孔内において、積層体の正の電気面側から負の電気面側に向かう高エネルギーの電子が金属ターゲットに対してほぼ垂直に衝突し、制動輻射によって、金属ターゲットを形成する物質に固有の特性Ｘ線および連続Ｘ線が、金属ターゲットから電子の衝突方向およびそれと反対方向に発生し、貫通孔を通って積層体の外部に放射される。また、異極像結晶の降温時には、積層体の貫通孔内において、積層体の負の電気面側から正の電気面側に向かう高エネルギーの電子が金属ターゲットに対してほぼ垂直に衝突し、制動輻射によって、金属ターゲットを形成する物質に固有の特性Ｘ線および連続Ｘ線が、金属ターゲットから電子の衝突方向およびそれと反対方向に発生し、貫通孔を通って積層体の外部に放射される。

こうして、本発明によれば、異極像結晶の昇温時および降温時のいずれの場合にも、金属ターゲットをほぼ垂直に貫通する強い電界を生じさせ、それによって、金属ターゲットに対してほぼ垂直に電子を衝突させて、金属ターゲットから電子の衝突方向に発生した強いＸ線を外部に照射させることができる。
また、本発明によれば、スパッタリングによって外に弾き出された金属ターゲットの構成原子は、その大部分が貫通孔の内壁に付着する。そのため、異極像結晶の電気面の汚染が防止され、異極像結晶から発生する強電界が長時間にわたって維持される。

本発明の１実施例による異極像結晶を用いたＸ線発生装置の概略構造を示す斜視図である。 本発明によるＸ線発生装置の動作を説明する側断面図である。 本発明の別の実施例による異極像結晶を用いたＸ線発生装置の概略構成を示す斜視図である。 それぞれ、一方向に分極し、中心部に分極方向に沿った貫通孔を有する２個の同一の異極像結晶を、正負の異なる電気面が接触しかつ貫通孔が整合した状態で電気的に接合したものからなる積層体が、真空雰囲気中であって表面に吸着電荷がない状態で生じさせる電界をシミュレーションした結果を示す図であり、（Ａ）は、２個の異極像結晶の配置を示す断面図であり、（Ｂ）は、中心軸（ｚ軸）に沿った電界（Ｅ_ｚ）の強度を示すグラフであり、（Ｃ）は、貫通孔内の異なる深さ毎の直径方向（ｘ軸）に沿った電界（Ｅ_ｚ）の強度を示すグラフである。 貫通孔のない２個の同一の異極像結晶を、真空雰囲気中であって表面に吸着電荷がない状態で、正負の異なる電気面が対向するように配置した場合に、２個の異極像結晶の間に生じる電界をシミュレーションした結果を示す図であり、（Ａ）は、２個の異極像結晶の配置を示す断面図である。（Ｂ）は、２個の異極像結晶間の異なる距離毎のｚ軸に沿った電界の強度を示すグラフであり、（Ｃ）は、２個の異極像結晶間の異なる距離毎のｘ軸に沿った電界の強度を示すグラフである。 貫通孔を有する異極像結晶の単体について、真空雰囲気中であって表面に吸着電荷がない状態で、貫通孔の径を変化させた場合に、発生する電界をシミュレーションした結果を示す図であり、（Ａ）は、貫通孔の異なる径毎の貫通孔の中心軸に沿った電界の強度を示すグラフであり、（Ｂ）は、貫通孔の径の変化に伴う貫通孔の中心における電界の強度の変化を示すグラフである。 貫通孔を有する２個の異極像結晶の積層体について、真空雰囲気中であって表面に吸着電荷がない状態で貫通孔の径を変化させた場合に、積層体が生じさせる電界をシミュレーションした結果を示す図であり、（Ａ）は、貫通孔の異なる径毎の貫通孔の中心軸に取った電界の強度を示すグラフであり、（Ｂ）は、貫通孔の径の変化に伴う貫通孔の中心における電界の強度の変化を示すグラフである。 図３のＸ線発生装置において、加熱・冷却サイクルの１周期の間に、１秒間当たりに発生するＸ線強度（積分強度）を測定した結果を示すグラフである。 図３のＸ線発生装置において、加熱・冷却サイクルの繰り返し回数を変化させたときのサイクル１周期当たりのＸ線積分強度の変化を測定した結果を示すグラフである。 図３のＸ線発生装置において、昇温時および降温時に発生するＸ線のそれぞれのスペクトルのグラフである。 図３のＸ線発生装置において、金属ターゲットの代わりに、茶葉を試料として配置し、茶葉に電子を照射し、茶葉から発生したＸ線を検出し、分析して得られたスペクトルのグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。図１は、本発明の１実施例によるＸ線発生装置の概略構成を示す斜視図である。図１を参照して、本発明によれば、内部に低圧ガス雰囲気を維持する容器１が備えられる。この場合、低圧とは、数Ｐａ〜数十Ｐａの圧力を意味している。
図示の実施例では、容器１は、Ｘ線を遮蔽する材料から形成された、両端開口が閉じられた円筒からなっている。容器１の両端面１ａ、１ｂには、それぞれ中央に円形開口が形成され、これらの開口には、Ｂｅ等から形成されたＸ線透過窓１１が気密シールされた状態で取り付けられる。

容器１の内部には、それぞれ一方向に分極した２個の異極像結晶２、３が、正負の異なる電気面が互いに対向するように一列に配置される。異極像結晶２、３としては、例えば、ＬｉＮｂＯ_３やＬｉＴａＯ_３等の公知の異極像結晶がすべて使用可能であり、また、同種の異極像結晶を２個用いてもよいし、異種の異極像結晶を２個用いてもよい。

異極像結晶２、３のそれぞれには分極方向に沿って貫通孔４、５が形成され、２個の異極像結晶２、３は、貫通孔４、５が互いに整合するように配置される。また、異極像結晶２、３の間には、金属ターゲット６が配置される。金属ターゲット６は、箔状または平板状を有していることが好ましい。

この実施例では異極像結晶が２個備えられ、２個の異極像結晶の間に金属ターゲットが配置されるが、２個以上の異極像結晶を、正負の異なる電気面が互いに対向し、かつ貫通孔が互いに整合するように一列に配置し、対向する異極像結晶の間に金属ターゲットを配置してもよい。

異極像結晶２、３および金属ターゲット６は互いに導電性接着剤によって接合されて、１つの積層体７が形成される。
積層体７が３個以上の異極像結晶を含む場合、各金属ターゲットには、隣り合う異極像結晶の貫通孔同士を連通する少なくとも１つの開口が形成され、貫通孔の全体を通じて内部に低圧ガス雰囲気が維持される。

この実施例では、異極像結晶２、３および金属ターゲット６を互いに導電性接着剤によって接合することで積層体７を形成したが、その代わりに、異極像結晶２、３の間に、金属ターゲット７を取り外し可能に支持する、導電性を有するターゲット支持手段を配置し、このターゲット支持手段によって異極像結晶２、３同士を接続することで積層体７を形成してもよい。この構成によれば、金属ターゲット６を簡単に取り替えることができる。
こうして形成された積層体７は、分極方向に貫通孔を有しかつ当該貫通孔内に金属ターゲットを備えた単体の異極像結晶と同等の構成を有している。

図示はしないが、積層体７は、公知の適当な固定手段によって、容器１内の所定位置に固定される。図示の実施例では、積層体７は、貫通孔５の開口が容器１の一方の端面１ｂのＸ線透過窓１１に整合し、かつ貫通孔４の開口が容器１の他方の端面１ａのＸ線透過窓１１に整合するようにして、容器１の一方の端面１ｂの内壁に、電気絶縁性を有するスペーサを介して固定される。

本発明によれば、また、異極像結晶の温度を昇降させる温度制御手段が備えられる。温度制御手段は、容器１の内部または外部に配置されたヒーターと、容器１の外部に配置され、ヒーターに電力を供給する電源１０と、容器１の外部に配置され、電源１０からヒーターへの電力供給を制御する制御部９とを有している。

図示の実施例では、ヒーターは、積層体７を取り巻いて配置され、積層体７の軸方向にのびるコイル状の電熱線８からなっている。そして、電熱線８と積層体７の間には、電気的絶縁のための間隙が設けられ、あるいは電気絶縁性を有する部材が配置される。この場合、電熱線８は、積層体７を構成する各異極像結晶２、３の温度を昇降させるためのものであるから、この目的が達成可能であれば、電熱線８を積層体の１個の異極像結晶のみを取り巻くように配置してもよい。

また、この実施例では、積層体７を取り巻く電熱線８からヒーターを構成したが、その代わりに、容器１を取り巻いて配置された電熱線８からヒーターを構成してもよい。

こうして、電源１０から電熱線８への電力供給が制御部９によって制御されることにより、積層体７を構成する異極像結晶２、３の加熱および冷却が繰り返される。
そして、積層体７を構成する異極像結晶２、３の温度を昇降させると、図２に示すように、貫通孔４、５内には、分極方向に平行でかつ金属ターゲット６をほぼ垂直に貫通する強い電界が、昇温時には負の電気面（−ｚ面）側から正の電気面（＋ｚ面）側に向かって（図２Ｂ参照）、また、降温時にはその逆向きに（図２Ａ参照）発生し、それによって電界強度の大きい領域が局所的に形成される。

そして、図２Ｂに示すように、異極像結晶２、３の昇温時には、積層体の貫通孔４、５内において、積層体の正の電気面（＋ｚ面）側から負の電気面（−ｚ面）側に向かう高エネルギーの電子が金属ターゲット６に対してほぼ垂直に衝突し、制動輻射によって、金属ターゲット６を形成する物質に固有の特性Ｘ線および連続Ｘ線が、金属ターゲット６から電子の衝突方向およびそれと反対方向に発生し、貫通孔４、５を通って積層体の外部に放射される。また、図２Ａに示すように、異極像結晶２、３の降温時には、積層体の貫通孔４、５内において、積層体の負の電気面（−ｚ面）側から正の電気面（＋ｚ面）側に向かう高いエネルギーの電子が金属ターゲット６に対してほぼ垂直に衝突し、制動輻射によって、金属ターゲット６を形成する物質に固有の特性Ｘ線および連続Ｘ線が、金属ターゲット６から電子の衝突方向およびそれと反対方向に発生し、貫通孔４、５を通って積層体の外部に放射される。

こうして、本発明によれば、異極像結晶の昇温時および降温時のいずれの場合にも、金属ターゲットをほぼ垂直に貫通する強い電界を生じさせ、この強電界によって、金属ターゲットに対してほぼ垂直に電子を衝突させて、金属ターゲットから電子の衝突方向に発生した強いＸ線を外部に照射することができる。
また、本発明によれば、スパッタリングによって外に弾き出された金属ターゲットの構成原子は、その大部分が貫通孔の内壁に付着する。そのため、異極像結晶の電気面の汚染が防止され、異極像結晶から発生する強電界が長時間にわたって維持される。

上述の実施例では、電熱線からヒーターを構成したが、電熱線の代わりに、ペルチェ素子からヒーターを構成することもできる。この構成を図３に示した。図３に示すように、この実施例では、容器１の一方の端面１ｂの内壁に４本の脚を備えた支持台１３が固定される。図示しないが、支持台１３の中央には開口が設けられている。

ペルチェ素子１２は放熱板および吸熱板を貫通する中央開口１２ｂを有している。そして、ペルチェ素子１２の放熱板または吸熱板、この実施例では吸熱板が支持台１３上面に接触し、かつ中央開口１２ｂが支持台１３の開口に整合した状態で、ペルチェ素子１２が支持台１３に固定される。
さらに、積層体７の一方の端面がペルチェ素子１２の放熱板または吸熱板、この実施例では放熱板に接触し、かつ貫通孔４、５がペルチェ素子１２の中央開口１２ｂに整合した状態で、積層体７がペルチェ素子１２に固定される。それによって、積層体７の貫通孔４、５の全体を通じて内部に低圧ガス雰囲気が維持される。

ペルチェ素子１２のリード線１２ａは、容器１の側壁を通って容器外部にのび、ペルチェ素子１２への電力供給を制御する制御部９を経て電源１０に接続される。
こうして、電源１０からペルチェ素子１２への電力供給が制御部９によって制御されることにより、積層体７を構成する異極像結晶２、３の加熱および冷却が繰り返される。

次に、本発明によるＸ線発生装置の作用効果を確認すべく実験を行った。
［実験１］
それぞれ、一方向に分極し、中心部に分極方向に沿った貫通孔を有する２個の同一の異極像結晶（以下、「試料１」および「試料２」とする。）を、正負の異なる電気面が接触しかつ貫通孔が整合した状態で電気的に接合したものからなる積層体が、真空雰囲気中であって表面に吸着電荷がない状態で生じさせる電界をシミュレーションした。このシミュレーションにおいては、試料１および試料２は、外径１０ｍｍおよび厚さ５ｍｍの円柱形状のＬｉＴａＯ_３単結晶からなり、また、貫通孔は５ｍｍの径を有するものとした。

シミュレーションの結果を図４に示す。図４（Ａ）は、試料１および試料２の配置を示す断面図である。図４（Ａ）に示すように、試料１および試料２の境界面の中心に原点Ｏを設定し、当該境界面上の互いに直交する２方向にｘ軸およびｙ軸を設定し、さらに積層体の中心軸方向にｚ軸を設定した。また、図４（Ｂ）は、中心軸（ｚ軸）に沿った電界（Ｅ_ｚ）の強度を示すグラフであり、図４（Ｃ）は、貫通孔内の異なる深さ毎（ｚ＝０ｍｍ、４ｍｍ、４．９ｍｍ、５ｍｍ）の直径方向（ｘ軸）に沿った電界（Ｅ_ｚ）の強度を示すグラフである。

比較のために、試料１および試料２とは貫通孔の有無だけが異なる試料３および試料４を、真空雰囲気中であって表面に吸着電荷がない状態で、正負の異なる電気面が対向するように配置した場合に、試料３および試料４の間に生じる電界をシミュレーションした。

シミュレーションの結果を図５に示す。図５（Ａ）は、試料３および試料４の配置を示す断面図である。図５（Ａ）に示すように、試料３および試料４を結ぶ中心線の中点に原点Ｏを、また該中心線に沿ってｚ軸をそれぞれ設定するとともに、該中心線に直交する２方向にｘ軸およびｙ軸を設定した。図５（Ｂ）は、試料３および試料４間の異なる距離毎（１ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ）のｚ軸に沿った電界の強度を示すグラフであり、図５（Ｃ）は、試料３および試料４間の異なる距離毎（１ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ）のｘ軸に沿った電界の強度を示すグラフである。

図４および図５から、試料１および試料２の積層体の貫通孔内においても、対向配置した試料３および試料４間に生じる電界と同程度の強い電界の生じることがわかる。

［実験２］
試料１の単体について、真空雰囲気中であって表面に吸着電荷がない状態で、貫通孔の径を変化させた場合に、試料１が生じさせる電界をシミュレーションした。シミュレーションの結果を図６に示す。図６（Ａ）は、貫通孔の異なる径毎（３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ）の貫通孔の中心軸に沿った電界の強度を示すグラフであり、図６（Ｂ）は、貫通孔の径の変化に伴う貫通孔の中心における電界の強度の変化を示すグラフである。

また、実験１の試料１および試料２の積層体について、真空雰囲気中であって表面に吸着電荷がない状態で貫通孔の径を変化させた場合に、積層体が生じさせる電界をシミュレーションした。シミュレーションの結果を図７に示す。図７（Ａ）は、貫通孔の異なる径毎（３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ）の貫通孔の中心軸に取った電界の強度を示すグラフであり、図７（Ｂ）は、貫通孔の径の変化に伴う貫通孔の中心における電界の強度の変化を示すグラフである。

図６および図７から、異極像結晶の体積が一定であるときは、貫通孔の径が小さくなるほど、異極像結晶および異極像結晶の積層体が生じさせる電界強度が大きくなることがわかる。

［実験３］
図３に示したものと同じ構成のＸ線発生装置を作製した。この場合、２個の異極像結晶２、３として、それぞれ、外径１５ｍｍおよび厚さ５ｍｍの円柱形状のＬｉＴａＯ_３単結晶を使用し、７ｍｍ径の貫通孔４、５を設けた。また、金属ターゲット６として、厚さ１０μｍのＣｕ箔を使用した。さらに、１５ｍｍ×１５ｍｍの吸熱板および放熱板を備え、かつ７ｍｍ径の中央開口を有するペルチェ素子１２を使用した。なお、図３には示していないが、容器１にホースを介して真空ポンプを接続し、容器１内部のガス圧を調節可能とした。

こうして、容器１内に４〜６ＰａのＮ_２ガス雰囲気を維持しつつ、ペルチェ素子１２への供給電力を制御することによって、積層体７の加熱および冷却を繰り返した。この加熱および冷却は、５００秒間の加熱によって積層体７の温度を約５℃から約８０℃まで上昇させた後、５００秒間の冷却によって積層体７の温度を約８０℃から約５℃まで下降させるという加熱・冷却サイクルを繰り返すことによって実行した。

そして、容器１のＸ線透過窓１１から照射されるＸ線をＳｉ検出器によって検出し、加熱・冷却サイクルの１周期（１０００秒）の間に、１秒間当たりに発生するＸ線強度（積分強度）を測定した。測定結果を、図８のグラフに示す。
また、加熱・冷却サイクルの繰り返し回数を変化させたときのサイクル１周期当たりのＸ線積分強度の変化を測定した。測定結果を、図９のグラフに示す。
図８および図９のグラフから、昇温時および降温時のいずれにおいても、Ｘ線が安定して照射されることがわかる。

さらに、Ｓｉ検出器の検出信号をマルチチャンネルアナライザーを用いてエネルギー弁別し、積層体の昇温時および降温時に発生するＸ線のそれぞれのスペクトルを取得した。得られたスペクトルを図１０に示す。図１０から、昇温時および降温時のいずれにおいても、積層体の貫通孔から照射されるＸ線は、金属ターゲットを構成するＣｕ原子の特性Ｘ線であることがわかる。

本発明では、異極像結晶の貫通孔内に金属ターゲットを配置し、異極像結晶の温度を昇降させて貫通孔内に強電界を生じさせ、この強電界によって電子を金属ターゲットに衝突させ、それによって金属ターゲットからＸ線を発生させている。
ところで、この場合、金属ターゲットの代わりに、構成原子・分子が不明な試料を貫通孔内に配置し、この試料に電子を衝突させると、試料を構成する原子および分子の特性Ｘ線が発生することになる。こうして、試料から発生するＸ線を分析することによって、試料の蛍光Ｘ線分析を簡単に行うことができる。

図１１は、実験３で用いたＸ線発生装置において、Ｃｕ箔６の代わりに、茶葉を試料として配置し、実験３と同じ加熱・冷却サイクルで積層体７の温度昇降を行うことで茶葉に電子を照射し、茶葉から発生したＸ線を、実験３と同じＳｉ検出器およびマルチチャンネルアナライザーを用いて検出し、分析して得られたスペクトルである。図１１から、茶葉中に含まれるＫｕの分析が行えていることがわかる。
このように、本発明は、極めて容易に、蛍光Ｘ線分析装置に転用することができる。

１ 容器
１ａ、１ｂ 端面
２、３ 異極像結晶
４、５ 貫通孔
６ 金属ターゲット
７ 積層体
８ 電熱線
９ 制御部
１０ 電源
１１ Ｘ線透過窓
１２ ペルチェ素子
１２ａ リード線
１２ｂ 中央開口
１３ 支持台

Claims (9)

1. 内部に低圧ガス雰囲気を維持する容器と、
   それぞれ一方向に分極し、前記容器の内部に、正負の異なる電気面が互いに対向するように一列に配置された少なくとも２個の異極像結晶と、を備え、
   前記異極像結晶はそれぞれ前記分極の方向にのびる貫通孔を有するとともに、前記貫通孔が互いに整合するように配置され、さらに、
   対向する前記異極像結晶の間に配置された金属ターゲットを備え、前記金属ターゲットを挟んで隣接する前記異極像結晶同士が電気的に接続されて、前記異極像結晶および前記金属ターゲットからなる１つの積層体が形成され、さらに、
   前記積層体を前記容器内の所定位置に固定する固定手段と、
   前記異極像結晶の温度を昇降させる温度制御手段と、を備え、前記異極像結晶の温度の昇降に伴って前記貫通孔内に生じる電界によって、電子を前記金属ターゲットに衝突させることにより、Ｘ線を発生させるものであることを特徴とするＸ線発生装置。
2. 対向する前記異極像結晶の間に配置されて当該異極像結晶同士を接続し、かつ前記金属ターゲットを取り外し可能に支持する、導電性を有するターゲット支持手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
3. 前記異極像結晶および前記金属ターゲットが導電性接着剤によって互いに接合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。
4. 前記積層体が３個以上の前記異極像結晶を含む場合、前記金属ターゲットには、隣り合う前記異極像結晶の貫通孔同士を連通する少なくとも１つの開口が形成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のＸ線発生装置。
5. 前記温度制御手段は、
   前記容器の内部または外部に配置されたヒーターと、
   前記容器の外部に配置され、前記ヒーターに電力を供給する電源と、
   前記容器の外部に配置され、前記電源から前記ヒーターへの電力供給を制御する制御部と、を有していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のＸ線発生装置。
6. 前記ヒーターは、前記積層体を取り巻いて配置され、前記積層体の軸方向にのびるコイル状の電熱線からなり、前記電熱線と前記積層体の間には、電気的絶縁のための間隙が設けられ、あるいは、電気絶縁性を有する部材が配置されることを特徴とする請求項５に記載のＸ線発生装置。
7. 前記ヒーターは、前記容器を取り巻いて配置された電熱線からなっていることを特徴とする請求項５に記載のＸ線発生装置。
8. 前記温度制御手段は、
   前記容器内に固定されたペルチェ素子と、
   前記容器の外部に配置され、前記ペルチェ素子に電力を供給する電源と、
   前記容器の外部に配置され、前記電源から前記ペルチェ素子への電力供給を制御する制御部と、を有し、前記ペルチェ素子は、放熱板および吸熱板を貫通する中央開口を有し、前記固定手段は前記ペルチェ素子からなり、前記積層体の一方の端面が前記ペルチェ素子の前記放熱板または前記吸熱板に接触し、かつ前記貫通孔が前記ペルチェ素子の前記中央開口に整合した状態で、前記積層体が前記ペルチェ素子に固定されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のＸ線発生装置。
9. 前記金属ターゲットが箔状に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のＸ線発生装置。

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