JP5441038B2 - 異極像結晶を用いたx線発生装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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LiTaO3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。
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。
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LiTaO3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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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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