JP5854707B2 - 透過型ｘ線発生管及び透過型ｘ線発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、医療機器及び産業機器分野における非破壊Ｘ線撮影等に適用できる透過型Ｘ線発生装置に関する。

透過型ターゲットに電子を照射してＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生装置は、装置の小型化に適しているが、Ｘ線の発生効率が極めて低い。これは、電子束を高エネルギーに加速し透過型ターゲットに照射してＸ線を発生させる際、衝突する電子のエネルギーの約１％以下がＸ線となり、残りの約９９％以上が熱となるためである。このため、Ｘ線発生効率の向上が求められている。

特許文献１には、電子源とターゲットの間に、電子源からターゲットに向かって開口径を絞った円錐型チャンネルを有する陽極部材を配置し、電子をチャンネル表面で弾性散乱させターゲットに入射させることでＸ線発生効率を向上させたＸ線管球が開示されている。

特開平９−１７１７８８号公報

従来の透過型Ｘ線発生装置では、透過型ターゲットに電子が衝突する際には反射電子が発生するが、大部分の反射電子はＸ線の発生に寄与しない。そのため、入力電力に対するＸ線発生効率が十分ではなかった。

そこで、本発明は、透過型ターゲットで反射した電子を有効利用することによりＸ線発生効率を向上させることができる透過型Ｘ線発生装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第一は、透過型ターゲットと、前記透過型ターゲットを支持しＸ線を透過する支持基板と、を有するターゲット部と、
前記透過型ターゲットに向けて電子を放出する電子放出源と、
前記透過型ターゲットが前記電子放出源に対向する側において、電子通過路を有し、前記電子通過路内に、前記透過型ターゲットで反射された電子の照射によりＸ線を生じる副Ｘ線発生面を有する電子通過路形成部材と、
を有する透過型Ｘ線発生管であって
前記副Ｘ線発生面と前記透過型ターゲットとは、前記透過型ターゲットに直接電子が照射されることにより発生するＸ線と、前記透過型ターゲットで反射された電子が前記副Ｘ線発生面に照射されることにより発生するＸ線とが、ともに前記透過型Ｘ線発生管の外部に放射されるように配置され、
前記電子通過路形成部材の材料の原子番号が、前記透過型ターゲットの材料の原子番号よりも大きく、
前記透過型ターゲットは、Ｘ線を透過する支持基板の前記電子通過路側の中央領域に設けられており、
前記ターゲット部のＸ線に対する透過性において、前記支持基板の前記透過型ターゲットで覆われていない周縁領域の少なくとも一部が、前記透過型ターゲットで覆われた支持基板の中央領域に比して高いことを特徴とする。
本発明の第二は、上記本発明の第一の透過型Ｘ線発生管と、前記電子放出部と前記ターゲット部との間に加速電圧を印加する電圧制御部と、を有することを特徴とする透過型Ｘ線発生装置である。

本発明によれば、透過型ターゲットで発生するＸ線に加えて、透過型ターゲットで発生した反射電子により発生するＸ線も、効率良く外部に取り出す構成をとる。これにより、Ｘ線発生効率を向上させることができる。

本発明の透過型Ｘ線発生管の一例を示す模式図である。 本発明の参考実施形態のターゲット部の模式図である。 図２のターゲット部を用いたアノードの一例を示す断面図である。 図２のターゲット部を用いたアノードの他の例を示す断面図である。 図４のアノードの変形例を示す断面図である。 本発明に適用されるターゲット部とこれを備えるアノードの模式図である。 図６のターゲット部の変形例を示す模式図である。 本発明の透過型Ｘ線発生装置の一例を示す構成図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。尚、本発明の透過型Ｘ線発生装置は、中性子線等の他の放射線を発生させる装置にも適用できる。

〔第１の参考実施形態〕
図１は本実施形態の透過型Ｘ線発生装置に用いられる透過型Ｘ線発生管の一例を示す模式図である。本実施形態の透過型Ｘ線発生装置は、図１の透過型Ｘ線発生管１０を、後述のように、Ｘ線取り出し窓を有する外囲器内に収納している。

真空容器９は、透過型Ｘ線発生管１０の内部を真空に保つためのもので、ガラスやセラミクス材料等が用いられる。真空容器９内の真空度は１０^-4〜１０^-8Ｐａ程度である。真空容器９は開口部を有しており、その開口部には電子通過路４を形成するための電子通過路形成部材３が接合されている。この電子通過路形成部材３の端面にターゲット部１７が接合されることにより真空容器９が密閉される。また、真空容器９には不図示の排気管を設けても良い。排気管を設けた場合、例えば排気管を通じて真空容器９内を真空に排気した後、排気管の一部を封止することで真空容器９の内部を真空にすることができる。真空容器９の内部には真空度を保つために、不図示のゲッターを配置しても良い。

電子放出源６は、真空容器９の内部に、ターゲット部１７の構成部材である透過型ターゲット１（以下、単に「ターゲット１」という。）に対向して配置されている。ターゲット１と電子放出源６の間には、電子通過路形成部材３が配置され、周囲を電子通過路形成部材３で囲むことにより両端が開口した電子通過路４が形成されている。電子放出源６にはタングステンフィラメントや、含浸型カソードのような熱陰極、又はカーボンナノチューブ等の冷陰極を用いることができる。電子放出源６より放出された電子線１１は、電子通過路形成部材３により形成された電子通過路４の一端から入射して電子通過路４内を通過し、電子通過路４の他端側に設けられたターゲット１に照射される。ターゲット１に電子線１１が照射されることにより、Ｘ線１３が発生し、発生したＸ線は真空容器９の外部に取出される。透過型Ｘ線発生管１０には、本実施形態のように引出し電極７と集束電極８を設けることができる。この場合、引出し電極７によって形成される電界によって電子放出源６から電子が放出され、放出された電子は集束電極８で収束され、ターゲット１に入射する。このとき、電子放出源６とターゲット１との間に印加される電圧Ｖａは、Ｘ線の使用用途によって異なるものの、概ね４０ｋＶ〜１５０ｋＶ程度である。

図２は図１の透過型Ｘ線発生管におけるターゲット部１７の模式図であり、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は図１において電子放出源６側から見たときの平面図である。このターゲット部１７は、ターゲット１、Ｘ線透過窓を兼ねる支持基板２で構成される。

ターゲット１は、支持基板２の電子放出源側の面に配置される。図２（ｂ）の平面図におけるターゲット１の形状は円形であるが、角形でも良い。

図３は図１の透過型Ｘ線発生管におけるアノード１６の断面図である。このアノード１６は、ターゲット部１７（ターゲット１、支持基板２）、電子通過路４を有する電子通過路形成部材３、遮蔽部材１８で構成される。尚、遮蔽部材１８は本発明における必須要件ではない。

ターゲット１は、電子通過路形成部材３と電気的に導通している。電子通過路形成部材３には副Ｘ線発生面５が形成されており、図３では電子通過路４の内壁面が、副Ｘ線発生面５となっている。副Ｘ線発生面５は、電子通過路４の内壁面の一部として形成されていても良いし、電子通過路４の内壁面に電子通過路形成部材３とは別部材で形成されていても良い。

遮蔽部材１８とターゲット部１７との接合及びターゲット部１７と電子通過路形成部材３との接合は、ロウ附けや、機械的な加圧、ねじ締め等により行うことができる。

上記構成において、電子放出源６から放出された電子線１１は、加速され、電子通過路４を介してターゲット１に衝突することでＸ線１４が発生し、この時発生したＸ線１４は、支持基板２を透過して透過型Ｘ線発生管１０の外部に放出される。また、ターゲット１に電子が衝突した際には、Ｘ線１４が発生するとともに、反射電子１２も発生する。ターゲット１は、一般的に、原子番号の大きい金属で構成されるため、電子の反射率は２０％〜６０％と比較的大きい。ターゲット１で発生した反射電子１２は、副Ｘ線発生面５に衝突することでＸ線１５を発生し、この時発生したＸ線１５（以下、「副Ｘ線」という。）は、支持基板２を透過して透過型Ｘ線発生管１０の外部に放出される。即ち、副Ｘ線発生面５に反射電子１２が照射されることで生じる副Ｘ線の少なくとも一部が、ターゲット１に直接電子が照射されることで生じるＸ線１４に重畳されて、支持基板２を透過して透過型Ｘ線発生管１０の外部に放出される。

ターゲット１の材料は、通常、原子番号２６以上の金属材料を用いることができる。より好適には、熱伝導率が大きく、比熱が大きいものほど良い。また、ターゲット１の膜厚は、発生したＸ線が透過する厚さでなければならず、加速電圧によって電子線侵入深さすなわちＸ線の発生領域が異なるため最適な値は異なるが、１μｍ〜１５μｍである。支持基板２はダイヤモンド等を用いることができ、その厚みは、０．５ｍｍ〜５ｍｍが適当である。

遮蔽部材１８は、両端が開口してＸ線を通過させるＸ線通過路を有し、一端の端面にターゲット部１７が接合されている。この遮蔽部材１８は、前方（ターゲット１から電子放出源６とは反対の方向）へ向かって放出されたＸ線のうち、必要とされるＸ線を開口から取り出し、不要なＸ線を遮蔽する機能を有する。遮蔽部材１８に用いることができる材質は、４０ｋＶ〜１５０ｋＶで発生するＸ線を遮蔽できるものであれば良く、Ｘ線の吸収率が高く、かつ熱伝導率の高いものが好ましい。好適には、ターゲット１にタングステンを用いた場合、遮蔽部材１８にはタングステン、タンタル等、又はこれらの合金材料を用いることができる。ターゲット１にモリブデンを用いた場合、遮蔽部材１８にはタングステン、タンタルの他、モリブデン、ジルコニウム、ニオブ等を用いることができる。

遮蔽部材１８の開口の形状は、円形であっても角形であっても良い。遮蔽部材１８の開口の大きさは、少なくとも必要なＸ線が取り出せる大きさが必要である。開口の形状が円形の場合には直径０．１ｍｍ〜３ｍｍが好ましく、開口の形状が角形の場合には１辺が０．１ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。これは、０．１ｍｍ以下では実質的に撮像時のＸ線量が少なくなり使用しにくく、３ｍｍ以上では実質的に遮蔽部材１８への放熱効果が得られにくいからである。

また、遮蔽部材１８の開口は、前方に向かって徐々に広がっていることが望ましい。すなわち、遮蔽部材１８のターゲット側開口端から、遮蔽部材１８のターゲット１とは反対側の開口端に向かって徐々に広がっていることが望ましい。これは、ターゲット側開口端が狭いとターゲット１で発生した熱がより速やかに遮蔽部材１８に伝わって放熱でき、ターゲット１とは反対側の開口端が広いと撮像時のＸ線の照射領域を広くすることができるからである。

遮蔽部材１８の厚さａは、発生したＸ線を実質的に問題ない範囲まで減少させる遮蔽効果を有する厚さであれば良い。この厚さは、発生するＸ線のエネルギーによって異なる。例えば、Ｘ線のエネルギーが３０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶの場合、遮蔽効果の大きいタングステンでも、少なくとも１ｍｍ〜３ｍｍは必要である。Ｘ線を遮蔽する観点からはこれ以上の厚さであれば問題ないが、熱容量、コスト、重量の観点からは３ｍｍ〜１０ｍｍがより好ましい。

電子通過路形成部材３は、副Ｘ線発生面５として機能する以外に、後方（ターゲット１から電子放出源側に向かう方向）へ向かって放出されるＸ線を遮蔽する機能を有する。但し、電子通過路４を通過して電子放出源側に放出されるＸ線は遮蔽できないため、別途遮蔽手段を設けても良い。

ターゲット１で反射した反射電子１２により発生する副Ｘ線を効率的に発生させるためには、ターゲット１の材料と電子通過路形成部材３の材料との組み合わせが重要である。

ターゲット１に衝突した電子の一部は、入射した時のエネルギーの一部を失い、反射電子１２となって、副Ｘ線発生面５に衝突する。ターゲット１に直接衝突する電子には所望の電圧が印加されているが、反射電子１２はエネルギーの一部を失って、ターゲット１への入射電圧以下の電圧になっている。Ｘ線の発生は、電圧、電流、電子線が照射される材料によって影響を受けるため、反射電子１２によるＸ線の発生効率を高めるためには、電子通過路形成部材３の材料は、ターゲット１の材料よりも原子番号の大きい元素で構成されている方が良い。

ターゲット１の材料と電子通過路形成部材３の材料を、以下の組み合わせとすることで、よりＸ線発生効率が高い透過型Ｘ線発生装置を作製することができる。

ターゲット１の材料が、タングステン（Ｗ）又は、タングテン（Ｗ）とレニウム（Ｒｅ）の合金（Ｗ−Ｒｅ合金）の場合には、電子通過路形成部材３の材料は、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）から選択される。電子通過路形成部材３の材料としては、できるだけ高融点で、酸化性の低い材料が望ましいからである。

ターゲット１の材料が、モリブデン（Ｍｏ）又はロジウム（Ｒｈ）、ランタノイドの場合には、電子通過路形成部材３の材料は、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）から選択される。電子通過路形成部材３の材料としては、高融点、低酸化性の材料が望ましいことに加え、以下の理由から、これらの材料が選択される。

Ｍｏ又はＲｈのターゲットはマンモグラフィー用途として用いられ、主にＭｏの特性Ｘ線（１７．５ｋｅＶ、１９．６ｋｅＶ）が用いられる。この特性Ｘ線を効率良く得るためには電子への約５０ｋＶの加速電圧印加が必要である。一方、反射電子１２の多くは、その印加電圧がターゲット１への入射電子の印加電圧の６０％〜８０％程度であると考えられるため、３０ｋＶ〜４０ｋＶの加速電圧で、電子通過路形成部材３に衝突すると考えられる。この電圧で発生するＸ線のエネルギーは、１５ｋｅＶ〜２０ｋｅＶ程度になり、Ｍｏの特性Ｘ線とほぼ同レベルのエネルギーのＸ線を発生し、必要なエネルギー領域のＸ線を多く得ることができるからである。

本実施形態では、図３のように、電子通過路形成部材３と副Ｘ線発生面５は一体的に構成されているが、電子通過路４の内壁面に電子通過路形成部材３とは異なる材料の副Ｘ線発生面５が形成されていても良い。例えば、ターゲット１の材料をＭｏとし、副Ｘ線発生面５の材料をＷとし、電子通過路形成部材３の材料を銅（Ｃｕ）とすることができる。このとき、副Ｘ線発生面５の厚みは、電子線の侵入深さ以上であることが好ましく、１μｍ〜１００μｍが好ましい。

副Ｘ線発生面５が形成される領域の好ましい範囲について説明する。ここでは、図３における、電子通過路形成部材３の開口の大きさ（電子通過路４の直径）２Ｒと電子通過路４の距離Ｚ（副Ｘ線発生面５のターゲット１からの形成距離）の好ましい範囲について述べる。距離Ｚの好ましい範囲は、ターゲット１で発生した反射電子の周辺部への到達密度分布を考慮して設定することができる。この到達密度分布によれば、ターゲット１で反射した反射電子の到達点は、ターゲット１からの距離Ｚが２Ｒ以下の電子通過路内の周辺部表面に多く存在し、全体の８０％程度が存在する。また、距離Ｚが４Ｒ以下では全体の９５％程度が存在する。さらに、距離Ｚが２０Ｒになると、反射電子の到達密度は、ほぼゼロに集束する。従って、電子通過路形成部材３の開口の大きさを２Ｒとした時に、距離Ｚが少なくとも２Ｒ以下、好ましくは４Ｒ以下の領域に副Ｘ線発生面５が形成されていることが望ましい。よって、電子通過路形成部材３の開口の大きさ２Ｒと電子通過路の距離Ｚは（２Ｒ≦Ｚ≦２０Ｒ）の関係を満たすことが望ましい。さらに、好ましくは、（４Ｒ≦Ｚ≦２０Ｒ）の関係を満たすことが望ましい。本実施形態では、距離Ｚは電子通過路形成部材３の厚さｂに等しい。

一方、電子通過路形成部材３の開口の大きさは、少なくとも電子線１１がこの開口の中に入る大きさが必要である。その大きさは、電子放出源６の種類や集束電極８の種類により電子線１１の集束状態が異なるため一意的には決まらないが、開口の形状が円形の場合は、その直径は、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍであることが好ましい。また、電子通過路形成部材３の厚さｂは、Ｘ線の遮蔽効果を得るためには１ｍｍ以上は必要であることから、１ｍｍ〜２５ｍｍが好適である。

電子通過路形成部材３の開口の形状は、円形以外に正多角形とすることもできる。これは、電子線１１の断面の形状が、円形または四角形であることが多く、ターゲット１の電子線照射領域から電子通過路形成部材３までの距離をできるだけ等しくするためである。

以上、本実施形態によれば、ターゲット１で発生するＸ線１４に加えて、ターゲット１で発生した反射電子１２により発生する副Ｘ線も、効率良く取り出す構成とすることにより、Ｘ線発生効率を向上させることが可能となる。

〔第２の参考実施形態〕
図４は図１の透過型Ｘ線発生管に用いられるアノード１６の一例を示す断面図である。このアノード１６は、ターゲット部１７（ターゲット１、Ｘ線透過窓を兼ねる支持基板２）、電子通過路４を有する電子通過路形成部材３で構成される。本実施形態の透過型Ｘ線発生装置は、図１の透過型Ｘ線発生管１０を備えている。本実施形態では、図４のアノード１６を図１の透過型Ｘ線発生管に適用したこと、遮蔽部材１８を用いないこと以外は、第１の実施形態と同様とすることができる。ターゲット部１７と電子通過路形成部材３は

図４を用いて本実施形態に適用したアノード１６の構成及び、本実施形態におけるＸ線の発生メカニズムについて説明する。

図４のアノード１６では、電子通過路４の断面積が、ターゲット１に向かって連続的に拡大している。また、電子通過路４の断面積が拡大した領域の内壁面は、副Ｘ線発生面５となっている。尚、電子通過路４の断面積が拡大した領域の内壁面の少なくとも一部が副Ｘ線発生面５となっていれば良い。

次に、本実施形態における電子通過路４の好ましい形状について説明する。副Ｘ線発生面５とターゲット１とのなす角度θの好ましい範囲について述べる。副Ｘ線発生面５で発生する副Ｘ線は全方向に放射されるため、θ＞９０°では、発生した副Ｘ線の多くが副Ｘ線発生面５内を通過中に吸収され、外部にはわずかしか放出されない。θ＝９０°では、発生した副Ｘ線の半分程度が副Ｘ線発生面５内で吸収される。θ＜９０°では、発生した副Ｘ線の多く（少なくとも半分程度以上）が副Ｘ線発生面５内で吸収されずに外部に放出される。よって、θ＜９０°、即ち電子通過路４のターゲット側の端部における断面積が、透過型ターゲットとは反対側に比して拡大した形状とすることで、発生した副Ｘ線が副Ｘ線発生面５内で吸収される割合を低減し、副Ｘ線の取り出し量を増大できる。

また、Ｘ線強度の出射角度依存を考慮して、角度θの好ましい範囲を設定することもできる。一般に１０ｋＶ〜２００ｋＶに加速された電子は、入射角度に強く依存することなく、副Ｘ線発生面５の数μｍ程度内部に侵入するため、副Ｘ線も副Ｘ線発生面５表面から数μｍ程度内側で多く発生する。発生する副Ｘ線は様々な角度に放出されるが、副Ｘ線の出射角度φ（副Ｘ線発生面５からの角度）が小さい場合、副Ｘ線発生面５内部を通過する距離が長くなる。そのため、例えばφ＜５°では、φが小さくなるに従って、Ｘ線強度が急激に小さくなる。従って、Ｘ線強度の出射角度依存性を考慮して出射角度の下限をφ₀とした場合、角度θの好ましい範囲は、前述の好ましい範囲と合わせると、θ＜９０−φ₀となる。φ₀を５°とすると、θ＜８５°となる。また、ターゲットで反射された電子を内壁面に効率良く衝突させるための限界値を考慮すると、θの下限は１０°＜θとなる。よって、角度θの好ましい範囲は１０°＜θ＜８５°である。

第１の実施形態と同様に、本実施形態においても、電子通過路形成部材３のターゲット側の端部における開口の大きさ２Ｒと副Ｘ線発生面５のターゲット１からの形成距離Ｚは（２Ｒ≦Ｚ≦２０Ｒ）の関係を満たすことが望ましい。さらに、好ましくは、（４Ｒ≦Ｚ≦２０Ｒ）の関係を満たすことが望ましい。

尚、図４では、副Ｘ線発生面５は電子通過路４の断面積が拡大した領域の内壁全面に形成されているが、副Ｘ線発生面５は必ずしも電子通過路４の断面積が拡大した領域の内壁全面に形成されていなくても良い。少なくとも上記好ましい距離Ｚの範囲を含む領域に形成されていれば良い。

また、本実施形態において、電子通過路内に設けられた副Ｘ線発生面５に、反射電子１２を衝突させて副Ｘ線を発生させ、副Ｘ線を透過型Ｘ線発生管１０の外部に取り出す構成とするためには、副Ｘ線発生面５とターゲット１を次のように配置すれば良い。例えば、副Ｘ線発生面５を、ターゲット１の電子が照射される側の上方を覆うように張り出して配置すれば良い。他にも、ターゲット１に直接電子が照射されることにより発生するＸ線と副Ｘ線とが重畳されて外部に取出し可能となるように、副Ｘ線発生面５とターゲット１を配置すれば良い。この配置の場合、ターゲット１としては、照射された電子の２０％〜６０％を反射する材料を用いることができる。これらの配置の場合でも、副Ｘ線発生面５は、電子通過路４の内壁面の一部として形成されていても良いし、電子通過路４内に電子通過路形成部材３とは別部材で形成されていても良い。

副Ｘ線発生面５の形態を、副Ｘ線発生面５に反射電子が照射されることで生じたＸ線であって、ターゲット１の電子が照射される領域を透過するＸ線量を増大させる形態としても良い。

本実施形態で用いられるターゲット１、支持基板２、電子通過路形成部材３の材料や形状は第１の実施形態と同じである。

ターゲット１の材料が、タングステン（Ｗ）又は、タングテン（Ｗ）とレニウム（Ｒｅ）の合金の場合には、電子通過路形成部材３の材料は、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）から選択される。ターゲット１の材料が、モリブデン（Ｍｏ）又はロジウム（Ｒｈ）、ランタノイドの場合には、電子通過路形成部材３の材料は、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）から選択される。

第１の実施形態と同様に、本実施形態においても、電子通過路４の内壁面に電子通過路形成部材３とは異なる材料の副Ｘ線発生面５が形成されていても良い。このとき、副Ｘ線発生面５は、上記組み合わせに挙げた材料が用いられる。電子通過路形成部材３の材料は、副Ｘ線発生面５で発生した熱をすばやく放熱できるよう熱伝導率の高いもの、例えばタングステン、タンタル、モリブデン、銅、銀、金、ニッケル等を用いることができる。

以上、本実施形態によれば、ターゲット１で発生するＸ線１４に加えて、ターゲット１で発生した反射電子１２により発生する副Ｘ線も、効率良く取り出す構成とすることにより、Ｘ線発生効率を向上させることが可能となる。

図５は図１の透過型Ｘ線発生管に用いられるアノード１６の一例を示す断面図であり、図４のアノード１６の変形例である。この変形例では、電子通過路形成部材３により形成される電子通過路４の形状が、本実施形態の上記例と異なっており、電子通過路４の形状以外で共通する部分については、本実施形態の上記例と同様とすることができる。電子通過路４は、ターゲット１に垂直な方向における断面形状が、透過型ターゲット１側を下側とした時に上凸状の円弧形状を有している。本実施形態において、図５のアノード１６を図１の透過型Ｘ線発生管に適用した場合でも上記と同様の効果が得られる。

〔第３の実施形態〕
図６（ａ）は、図１の透過型Ｘ線発生管に用いられるアノード１６の一例を示す断面図である。図６（ｂ）は図６（ａ）のターゲット部１７を電子が入射される側から見たときの平面図である。このアノード１６は、ターゲット部１７（Ｘ線透過窓を兼ねる支持基板２、導電層１９、ターゲット１）、電子通過路４を有する電子通過路形成部材３で構成される。本実施形態の透過型Ｘ線発生装置は、図１の透過型Ｘ線発生管１０を備えている。本実施形態では、支持基板２上の中央領域にターゲット１を設けること、導電層１９を用いることを特徴としており、図６（ａ）のアノード１６を図１の透過型Ｘ線発生管に適用したこと、導電層１９を用いたこと以外は、第１の実施形態と同様とすることができる。

本実施形態におけるターゲット部１７は、支持基板上に導電層１９を設け、導電層１９上の中央領域にターゲット１を設けた構成をとる。図６において、ｄ１はターゲット１の径、ｄ２は電子通過路４の内径である。ターゲット部１７と電子通過路形成部材３は不図示のロウ材によりロウ付けされ、真空容器９の内部が真空維持されている。図６（ｂ）における破線より外側の領域の導電層１９は、ターゲット部１７と電子通過路形成部材３を一体化すると、電子通過路形成部材３によって覆われる。

電子通過路形成部材３には副Ｘ線発生面５が形成されており、図６（ａ）では電子通過路４の内壁面が、副Ｘ線発生面５となっている。副Ｘ線発生面５は、電子通過路４の内壁面の一部として形成されていても良いし、電子通過路４の内壁面に電子通過路形成部材３とは別部材で形成されていても良い。

電子通過路形成部材３は、両端が開口した電子通過路４を有し、電子通過路４の一端（電子放出源６側の端部の開口部）から電子が入射し、電子通過路４の他端側（電子放出源６と反対側）に設けられたターゲット１に電子が照射されてＸ線が発生する。電子通過路４は、ターゲット１よりも電子放出源６側では、電子線１１をターゲット１の電子線照射領域（Ｘ線発生領域）に導くための通過路になっている。電子通過路４は、電子放出源６側から見たときの形状が円形でも良いし、四角形や楕円形等適宜、選択することができる。また、電子通過路形成部材３は、ターゲット１に衝突した電子が反射した後、副Ｘ線発生面５に衝突し、副Ｘ線を発生させる機能も有している。副Ｘ線発生面５に反射電子１２が照射されることで生じる副Ｘ線の少なくとも一部が、ターゲット１に直接電子が照射されることで生じるＸ線１４に重畳されて、支持基板２を透過して透過型Ｘ線発生管１０の外部に放出される。

支持基板２は、ダイヤモンド、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭化アルミ、窒化アルミ、グラファイト、ベリリウム等を用いることができる。より好ましくは、Ｘ線の透過率がアルミニウムよりも小さく熱伝導率がタングステンよりも大きい、ダイヤモンドが望ましい。支持基板２の厚さは、材料によって異なるが、０．３ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。

導電層１９は、電子線１１がターゲット１に照射され、電子によるターゲット部１７のチャージアップを防ぐ目的で設けられるため、導電性を有するものであれば良く、多くの金属材料又は炭化物、酸化物等を用いることができる。支持基板２への導電層１９の成膜は、スパッタ、蒸着によって行われる。支持基板２がグラファイトやベリリウムのような導電体、又は絶縁体に添加物によって導電性を付与できる材料であれば、導電層１９は不要である。しかし、通常、市販されているダイヤモンドのような絶縁体では、導電性がないため、導電層１９を設ける必要がある。また、導電層１９を設けることにより、導電層１９を介してターゲット１に電圧を供給することもできる。

導電層１９がターゲット部１７のチャージアップを防ぐことのみを目的とするのであれば、導電性を有していれば、材料の種類や厚さに何ら制限はない。しかし、本実施形態では、導電層１９には、副Ｘ線発生面５で発生する副Ｘ線を外部に取り出すための機能を持たせることを目的としているため、後述のように、材料の種類や厚さについても影響を受ける。

本実施形態で用いられるターゲット１及び電子通過路形成部材３の材料や形状は第１の実施形態と同じである。

ターゲット１の材料が、タングステン（Ｗ）又は、タングテン（Ｗ）とレニウム（Ｒｅ）の合金の場合には、電子通過路形成部材３の材料は、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）から選択される。ターゲット１の材料が、モリブデン（Ｍｏ）又はロジウム（Ｒｈ）、ランタノイドの場合には、電子通過路形成部材３の材料は、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）から選択される。

第１の実施形態と同様に、本実施形態においても、電子通過路形成部材３の表面に電子通過路形成部材３とは異なる材料の副Ｘ線発生面５が形成されていても良い。

また、第１の実施形態と同様に、本実施形態においても、電子通過路形成部材３の開口の大きさ２Ｒ（電子通過路４の内径ｄ２）と副Ｘ線発生面５のターゲット１からの形成距離Ｚは（２Ｒ≦Ｚ≦２０Ｒ）の関係を満たすことが望ましい。さらに、好ましくは、（４Ｒ≦Ｚ≦２０Ｒ）の関係を満たすことが望ましい。

電子放出源６から発生した電子線１１は、電子通過路形成部材３により形成された電子通過路４を介してターゲット１に衝突し、ターゲット１からＸ線が発生する。Ｘ線の一部はターゲット１の自己吸収により減衰し、更にＸ線透過窓を兼ねる支持基板２によっても減衰するが、これらの減衰の程度は少なく、実質上、許容される。ターゲット１の径ｄ１は、電子線１１の断面の径にほぼ等しいことが望ましい。

一方、ターゲット１に衝突した電子のうち、一部の電子は反射され、反射電子となって副Ｘ線発生面５に衝突し、副Ｘ線発生面５から副Ｘ線を発生する。

副Ｘ線がターゲット部１７を透過するとき、導電層１９、支持基板２の２層を透過するものと、ターゲット１、導電層１９、支持基板２の３層を透過するものがある。ターゲット１は、電子を衝突させてＸ線を効率良く発生させる材料や厚さでなければならないので、使用条件に応じて最適化されていなければならない。一方、導電層１９は、電子が衝突してＸ線を発生させることがほとんどないため、本来の機能である導電性と、Ｘ線透過性を考慮すれば良い。但し、副Ｘ線のエネルギーは、ターゲット１から放出されるＸ線のエネルギーに比べて小さいため、導電層１９がターゲット１と同じ材質、同じ厚さであると、Ｘ線の吸収が大きくなり、充分に副Ｘ線を取り出すことができない場合がある。

導電層１９に用いるＸ線透過性の良い材料としては、軽元素が望ましく、例えばアルミ、チタン、窒化ケイ素、シリコン、グラファイト等を用いることができる。ターゲット１に比して質量の軽いこれらの元素を用いた場合の導電層１９の厚さは、０．１ｎｍ〜１μｍが好ましい。導電層１９の材料は、ターゲット１の材料と同じでも良い。導電層１９の材料がターゲット１の材料と同じ場合、導電層１９の厚さは、Ｘ線を透過させるために実質的に支障のない薄さであれば良い。ターゲット１として通常用いられる原子番号２６以上の金属材料であっても、その厚さが薄ければ、Ｘ線の透過率が高いため、導電層１９として用いることができる。例えばタングステンを用いた場合には、０．１ｎｍ〜０．２μｍであれば、Ｘ線を僅かに遮る程度であり、軽元素の場合と同様に用いることができる。

また、本実施形態では、支持基板２上に導電層１９、導電層１９上にターゲット１を設けているが、この順でなくても良く、ターゲット１上に導電層１９を設けることもできる。

導電層１９上にターゲット１を設けた場合には、ターゲット１で覆われた領域における導電層１９の厚さを０．１ｎｍ〜０．１μｍとするのが好ましい。この範囲の厚さにすることでＸ線放射時の良好な線形性と出力安定性を確保できるからである。尚、導電層１９の厚さは、ターゲット１で覆われた領域以外では上記範囲でなくても良い。また、導電層１９とターゲット１とが同じ材料の場合には、ターゲット１で覆われた領域における導電層１９の厚さは上記範囲でなくても良い。

ターゲット１上に導電層１９を設けた場合には、ターゲット１を覆う領域の導電層１９の厚さを０．１ｎｍ〜０．１μｍとするのが好ましい。この範囲の厚さにすることで電子が導電層１９に直接衝突することにより発生するＸ線量が許容範囲以下になるからである。尚、導電層１９の厚さは、ターゲット１を覆う領域以外では電子が導電層１９に直接衝突しないため上記範囲でなくても良い。また、導電層１９とターゲット１が同じ材料の場合には、ターゲット１を覆う領域の導電層１９の厚さは上記範囲でなくても良い。

このように、本実施形態によれば、電子通過路４の内壁面で副Ｘ線を発生させることができ、ターゲット１で覆われていない支持基板２の周縁領域を、導電層１９で覆っている。このため、この周縁領域では中央領域に比して副Ｘ線の透過性が高くなる。よって、ターゲット１で発生するＸ線に加えて、ターゲット１で発生した反射電子１２により発生する副Ｘ線も、効率良く取り出すことができる。これにより、Ｘ線発生効率を向上させることが可能となる。

図７は、図６のターゲット部１７の変形例であり、図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）は電子が入射される側から見たときの平面図である。この変形例では、導電層１９の形状が異なること以外は、本実施形態の上記例と同様とすることができる。支持基板２上の中央領域に導電層１９を設け、支持基板２上の中央領域以外の領域の一部にも中央領域から周縁に延びる導電層１９を設けている。また、支持基板２の中央領域に位置する導電層１９上にターゲット１を設けている。ターゲット１で覆われていない支持基板２上の周縁領域において、導電層１９はこの周縁領域の一部に設けられており、この周縁領域のその他の部分は、支持基板２の露出面になっている。導電層１９はターゲット１に接続されている。

本実施形態において、図７のターゲット部１７を図１の透過型Ｘ線発生管に適用した場合には、ターゲット１で覆われていない支持基板２の周縁領域の一部を、導電層１９で覆っている。このため、本実施形態の上記例よりも、この周縁領域において副Ｘ線の透過性が高くなる。

尚、本実施形態において、電子通過路４の形状を図４、図５のようにしても良い。

上記第１〜第３の実施形態における透過型Ｘ線発生装置の構成を詳細に説明する。図８は本発明の透過型Ｘ線発生装置の一例を示す構成図である。

透過型Ｘ線発生装置２４は、外囲器２０の内部に、透過型Ｘ線発生管１０を収納している。外囲器２０には、Ｘ線取出し窓２１が備えられており、透過型Ｘ線発生管１０より放出されたＸ線は、Ｘ線取出し窓２１を透過して、透過型Ｘ線発生装置２４外部に放出される。

外囲器２０の内部に透過型Ｘ線発生管１０を収納した余空間には絶縁性媒体２３が充填されていても良い。絶縁性媒体２３としては、例えば絶縁媒体及び透過型Ｘ線発生管１０の冷却媒体としての役割を有する電気絶縁油を用いるのが好ましい。電気絶縁油としては、鉱油、シリコーン油等が好適に用いられる。その他に使用可能な絶縁性媒体２３としては、フッ素系電気絶縁液体等が挙げられる。

また、外囲器２０の内部には、図８のように不図示の回路基板及び絶縁トランス等から構成される電圧制御部２２を設けても良い。電圧制御部２２を設けた場合、例えば透過型Ｘ線発生管１０に、電圧制御部２２から電圧信号が印加されＸ線の発生を制御することができる。

以上、上記第１〜第３の実施形態によれば、透過型ターゲット１で発生するＸ線１４に加えて、透過型ターゲット１で発生した反射電子１２により発生する副Ｘ線も取り出せるため、Ｘ線発生効率を向上させた透過型Ｘ線発生装置を実現できる。

１：透過型ターゲット（ターゲット）、２：支持基板、３：電子通過路形成部材、４：電子通過路、５：副Ｘ線発生面、６：電子放出源、７：引出し電極、８：集束電極、９：真空容器、１０：透過型Ｘ線発生管、１１：電子線、１２：反射電子、１３〜１５：Ｘ線、１６：アノード、１７：ターゲット部、１８：遮蔽部材、１９：導電層、２０：外囲器、２１：Ｘ線取り出し窓、２２：電圧制御部、２３：絶縁性媒体、２４：透過型Ｘ線発生装置

Claims (9)

1. 透過型ターゲットと、前記透過型ターゲットを支持しＸ線を透過する支持基板と、を有するターゲット部と、
   前記透過型ターゲットに向けて電子を放出する電子放出源と、
   前記透過型ターゲットが前記電子放出源に対向する側において、電子通過路を有し、前記電子通過路内に、前記透過型ターゲットで反射された電子の照射によりＸ線を生じる副Ｘ線発生面を有する電子通過路形成部材と、
   を有する透過型Ｘ線発生管であって
   前記副Ｘ線発生面と前記透過型ターゲットとは、前記透過型ターゲットに直接電子が照射されることにより発生するＸ線と、前記透過型ターゲットで反射された電子が前記副Ｘ線発生面に照射されることにより発生するＸ線とが、ともに前記透過型Ｘ線発生管の外部に放射されるように配置され、
   前記電子通過路形成部材の材料の原子番号が、前記透過型ターゲットの材料の原子番号よりも大きく、
   前記透過型ターゲットは、Ｘ線を透過する支持基板の前記電子通過路側の中央領域に設けられており、
   前記ターゲット部のＸ線に対する透過性において、前記支持基板の前記透過型ターゲットで覆われていない周縁領域の少なくとも一部が、前記透過型ターゲットで覆われた支持基板の中央領域に比して高いことを特徴とする透過型Ｘ線発生管。
2. 前記透過型ターゲットの材料がＷ又はＷ−Ｒｅ合金であって、前記電子通過路形成部材の材料が、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕの何れかであることを特徴とする請求項１に記載の透過型Ｘ線発生管。
3. 前記透過型ターゲットの材料がＭｏ又はＲｈであって、前記電子通過路形成部材の材料が、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの何れかであることを特徴とする請求項１に記載の透過型Ｘ線発生管。
4. 前記透過型ターゲットの材料がランタノイドからなり、前記電子通過路形成部材の材料が、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの何れかであることを特徴とする請求項１に記載の透過型Ｘ線発生管。
5. 前記副Ｘ線発生面が、前記透過型ターゲットの電子が照射される側の上方を覆うように張り出していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の透過型Ｘ線発生管。
6. 少なくとも、前記透過型ターゲットで覆われていない支持基板の周縁領域の一部に、前記透過型ターゲットに接続された導電層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の透過型Ｘ線発生管。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の透過型Ｘ線発生管と、
   前記電子放出部と前記ターゲット部との間に加速電圧を印加する電圧制御部と、
   を有することを特徴とする透過型Ｘ線発生装置。
8. 前記透過型Ｘ線発生管と前記電圧制御部とを収納する外囲器を備えていることを特徴とする請求項７に記載の透過型Ｘ線発生装置。
9. 前記外囲器の内部に収納される絶縁性液体をさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の透過型Ｘ線発生装置。

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