JP5976208B2 - Ｘ線源、ｘ線源の使用およびｘ線を発生させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線源であって、ハウジングを備え、該ハウジング内に、電子ビームの衝突下にＸ線を放射することのできるターゲットが設けられている、Ｘ線源に関する。さらに本発明は、Ｘ線源のハウジング内でターゲットに電子ビームを衝突させて、Ｘ線を発生させる方法に関する。さらに、本発明は、単色のＸ線を放射するＸ線源の使用にも関する。

たとえば米国特許出願公開第２００８／０１４４７７４号明細書に基づき、冒頭に記載した形式のＸ線源、その使用およびＸ線を発生させる方法が公知である。この公知の構成では、Ｘ線源が、たとえばハウジング内での電極の配置によって実現され得る。電子ビームがハウジング内で、０Ｖの電位を有する電極によって発生させられる。この電極に向かい合って位置するように陽極が配置されており、陽極は電子放射線のためのターゲットとして使用される。この陽極は１００ｋＶの電位に保持されている。陽極の背後には、さらにコレクタが配置されており、このコレクタは１０ｋＶの電位に保持されている。電子ビームが陽極に衝突すると、Ｘ線が放出される。このＸ線は適当な窓（Ｘ線に対して透過性）を通じてハウジングから取り出されて、所定の使用に供給され得る。

ターゲットとして使用される陽極は、肉薄な形成物として形成されていてよい。たとえばこの陽極は、ホウ素から成るベースプレートを有していてよく、このベースプレートは１０〜２００μｍの厚さを有する。このベースプレートには、０.１〜５μｍの層厚さを有するタングステンの薄い層が被着され、この層がターゲットとして使用される。しかし、極めて薄いタングステン層は、電子ビームによる高い負荷にさらされる。

さらに、独国特許出願公開第１０３４２２３９号明細書には、電気的に作動させられる放電を用いて、たとえば軟Ｘ線を発生させる装置が記載されている。この場合、供給された媒体を蒸発させるためにレーザビームが使用される。媒体としては、たとえば金属溶融液が使用され得る。金属溶融液は２つの電極の外側表面に塗布される。蒸気中で、これらの電極を用いてプラズマが点弧され、Ｘ線が取り出される。

本発明の課題は、冒頭で述べた形式のＸ線源を改良して、ターゲットを交換する必要なしに、Ｘ線源の比較的長い作動時間が可能となるようなＸ線源を提供することである。さらに、本発明の課題は、このようなＸ線源を作動させる方法を提供することである。さらに、本発明の課題は、このようなＸ線源のための使用を見いだすことである。

上記課題は、本発明によれば、ターゲットとして、イオン化された金属蒸気の形の陽極として働くプラズマがハウジング内で発生可能であり、該金属蒸気を発生させるために、ターゲット材料と蒸発装置とがハウジング内に設けられていることにより解決される。ターゲット材料は固形物または液体であってよい。蒸発装置によって、このターゲット材料は蒸発されるので、ハウジング内には金属蒸気が発生する。ハウジング内で高電圧にさらされ得る金属蒸気中では、電子ビームの衝突によってＸ線を発生させることができる。

さらに上記課題は、冒頭で述べた、Ｘ線を発生させる方法において、ターゲットとして、蒸発装置で金属蒸気を発生させ、この場合、金属蒸気を発生させるためにターゲット材料が設けられていることによっても解決される。この方法の機能は、既に前で説明した通りである。

さらに上記課題は、使用されるＸ線の波長で微分可能となるコントラストを形成する物体もしくは身体を透射するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の、単色のＸ線を放射するＸ線源の使用によっても解決される。物体は、工業的な物体、たとえば結合部における欠陥の有無について検査されることが望まれる構成部分結合部であってよい。また、人間または動物の身体を検査することも可能である。いずれの場合でも、コントラストが形成されるようにするために、単色のＸ線の波長は適宜に設定されなければならない。波長スペクトルを有するＸ線と比べて、単色のＸ線の使用には、被検査対象物に関する、より正確なステートメントを可能にする一層鮮明な画像を形成することができるという利点がある。

本発明の有利な構成では、ハウジングが、蒸発させたい金属のための蒸発チャンバを有しており、該蒸発チャンバが、開口、特にノズルを介してハウジングの残りの容積に接続されている。この構造には、ノズルを介して金属蒸気が比較的正確に調量され得るという利点がある。また、たとえばノズル形状によって雲の形成に影響を与えることができる。さらに、この蒸発チャンバはハウジングの残りの容積から分離されていると有利である。このことは、たとえば、金属蒸気がチャンバ壁に析出し得るという事実に基づいて、ハウジングの一部において必要となるクリーニング手段を容易にする。

本発明の別の有利な構成では、前記蒸発装置として、電極が設けられており、該電極は、該電極と前記ターゲット材料との間にアークを点弧させるために用いられる。この蒸発装置はハウジング内に位置しており、このハウジング内では、発生した金属蒸気も、電子ビームによってＸ線の放射のために励起されることが望ましい。この場合、利点としては、このようなハウジングユニットの構造が単純であることを挙げることができる。このようなハウジングユニットは、たとえば金属蒸気の析出による不純物が発生した場合に簡単に交換され得る。

最も単純な事例では、電子エミッタとして単純な電極を設けるだけでも十分である。プラズマ状のターゲットの励起は、この電極を起点とした高電流放電により行われる。

ハウジングの壁に、発生させたいＸ線に対して透過性を有する窓が配置されていると有利である。この窓を通じて、有利には、発生したＸ線をハウジングから取り出すことができ、そして計画された使用に供給することができる。

本発明のさらに別の有利な構成では、金属蒸気が、１種の軽金属または数種の軽金属、特にアルミニウムから成っている。軽金属とは、本出願においては、密度が５ｇ／ｃｍ^３よりも下にある金属およびその合金を意味する。詳細には、このような規定は次の軽金属に該当する：全てのアルカリ金属、ラジウムを除いた全てのアルカリ土類金属、さらにスカンジウム、イットリウム、チタンおよびアルミニウム。金属蒸気を形成するための別の有利な材料グループは、タングステン、モリブデンおよびタンタノイドの群である。ターゲット材料を選択する場合に重要となるのは、Ｋ殻の放出スペクトルである。放出スペクトルは適用と調和されていると有利である。詳細には、元素ランタンおよび周期律表でランタンに続く１４個の元素である。

金属蒸気の使用には、さらに、電子ビームによってターゲットを励起させることによって、有利には単色のＸ線を発生させることができるという利点がある。単色のＸ線とは、唯一つの波長しか有しないＸ線である。このことには、たとえば単色のＸ線を用いてＸ線画像を一層鮮明に結像させることができるという利点がある。それゆえに、この単色のＸ線を物体もしくは身体の透射のために使用することも、本発明の択一的な別の解決手段である。この場合、この物体もしくは身体は、使用される単色のＸ線の波長において結像にそのコントラストが現れるような性質を有していなければならない。このような物体は、工業的な形成物（工業的な物体または生命のない物体）、たとえば空気影響の有無について検査されなければならないような構成部分結合部であってよい。別の可能性としては、人間または動物の身体のＸ線画像の撮影が挙げられる。

以下に、本発明の詳細を図面につき詳しく説明する。個々の図面において、同一の図面要素または互いに対応する図面要素は、それぞれ同じ符号で示されており、これらの図面要素については、個々の図面の間で相違点が生じた点についてのみ再度説明する。

別個の蒸発チャンバと、金属蒸気を収容するためのハウジングとを備えた本発明によるＸ線源の１実施形態を示す概略的な断面図である。 ターゲット材料の蒸発と、雲の収容とが同一のハウジングボディ内で行われる、本発明によるＸ線源の別の実施形態を示す概略的な断面図である。

図１に示したＸ線源では、ハウジング１１が提供され、このハウジング１１内では、Ｘ線２１のためのターゲットとして金属蒸気から成る雲（クラウド）１２を発生させることができる。このハウジング１１に並んで、蒸発チャンバ１３が設けられており、この蒸発チャンバ１３内では液状のターゲット材料１４がアーク１５によって蒸発させられる。ターゲット材料１４はアーク１５のエネルギ導入によって既に蒸発の前に液化され得る。アーク１５を点弧し得るようにするためには、電極１６と電圧源１７とが設けられている。蒸発チャンバ１３により形成された蒸発装置１８は、ノズル１９によって補完される。この場合、ノズル１９は、ハウジング１１により形成された、単色のＸ線２１のための発生室２０と、蒸発チャンバ１３との間の隔壁に形成されている。ハウジング１１は、電気的に絶縁性の層２２によって蒸発チャンバ１３から分離されている。

電子ビーム２３を発生させるためには、電子銃２４が設けられている。電子ビーム２３はハウジング１１内に到達する。電子ビーム２３は、ガス状のターゲットと相互作用して、コレクタ２８によって静電気的に制動され、かつ捕捉される。さらに、窓２９が設けられており、この窓２９を通じて、発生したＸ線２１をハウジング１１から取り出すことができる。

電子銃２４は陰極３０を有する。この陰極は０Ｖの電位に保持されている。陰極３０は電子ビーム２３を送出し、この電子ビーム２３はレンズ３１によって集束されて、電子銃２４から取り出される。このための駆動力は電位である。この電位は、イオン化されたガス状のターゲットが＋１００〜＋３００ｋＶの電位に接続されることにより形成される。コレクタ２８は＋４０〜＋１２０ｋＶの電位に保持されている。

図２には、Ｘ線源の択一的な別の構成が図示されている。この構成において使用されるハウジング１１は、１つのハウジング室３３しか有しておらず、このハウジング室３３は、図１に示した蒸発装置１８の機能と、発生室２０の機能との双方を引き受ける。ハウジング１１の底部には、ターゲット材料１４が位置しており、このターゲット材料１４は、やはり電極１６によってアーク１５を用いて溶融され、かつ蒸発される。電極１６は図１に示した実施形態と同様に、絶縁体３４を用いてハウジングの残りの部分とは電気的に絶縁されている。図２に示した電極１６には、交流電圧源３５によって電圧が供給され、この場合、アーク１５は前置接続装置もしくは安定器３６によって安定化される。アークの安定化は、ターゲットとして使用される雲が、蒸発されたターゲット材料で連続的に満たされるようにするために必要となる。すなわち、図１に示したノズル１９のような調量装置は、図２に示した構成では設けられていない。

しかし、Ｘ線２１の発生は、図１につき説明したものと同様にして行われる。このことは、図１に詳しく図示されている。この場合、例示的に原子核５６を有するランタン原子が図示されている。さらに、原子のＫ殻３７が図示されており、このＫ殻３７には電子３８が存在している。この電子は電子ビームの励起によって励起されて、より高い殻３９へ持ち上げられる。この電子が跳ね返ると、この電子は単色のＸ線２１を放出する。

図２に示した実施形態では、電子エミッタとして電子銃２４が使用されるのではなく、単純な電極４０が使用される。この電極４０は、既に図１につき説明したように、０Ｖの電位に保持されている。電極４０もコレクタ２８も、１つのアウタハウジング４１内に配置されている。このアウタハウジング４１は付加的な窓４２を有しており、この窓４２を介してＸ線２１を取り出すことができる。ハウジング１１は、アウタハウジング４１内に簡単に挿入される。ハウジング１１がクリーニングされなければならない場合またはターゲット材料１４が消費された場合に、たとえば迅速な交換を可能にするために、ハウジング１１を複数個貯えておくことができるので有利である。さらに、別の波長の単色のＸ線を発生させるために迅速にＸ線源を組み換えることができるようにするためには、種々のターゲット材料１４を備えた複数のハウジングを用意しておくことができることも実現可能であるので有利である。基本的に、このような組換えは、当然ながら図１に示した構造においても可能である。

Claims (12)

1. Ｘ線源であって、ハウジング（１１）を備え、
   前記ハウジング（１１）は、固形物または液体の金属ターゲット材料（１４）を収容し該金属ターゲット材料を蒸発させるための蒸発チャンバ（１３）と、Ｘ線を放射する発生室（２０）と、を備え、
   前記蒸発チャンバ（１３）内で発生した金属ターゲット材料（１４）の蒸気が前記発生室（２０）内に導かれ、該発生室（２０）内で電子ビーム（２３）と前記蒸気とが衝突するように構成されていることを特徴とするＸ線源。
2. 前記蒸発チャンバ（１３）が、ノズル（１９）を介して前記発生室（２０）に接続されている、請求項１記載のＸ線源。
3. 前記蒸発チャンバと前記発生室とが１つのハウジング（１１）として構成されている、請求項１記載のＸ線源。
4. 前記ハウジング（１１）がアウタハウジング（４１）内に収容されている、請求項３記載のＸ線源。
5. 前記蒸発チャンバ（１３）内に電極（１６）が設けられており、該電極（１６）が、該電極（１６）と前記金属ターゲット材料（１４）との間にアークを点弧させるために用いられる、請求項１から４までのいずれか１項記載のＸ線源。
6. 前記ハウジング（１１）が、壁に設けられた、電子ビーム（２３）に対して透過性を有する第１の窓（２５）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のＸ線源。
7. 前記ハウジング（１１）の壁に、発生させたいＸ線に対して透過性を有する窓（２９）が配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のＸ線源。
8. 前記金属ターゲット材料（１４）が、軽金属から成っている、請求項１から７までのいずれか１項記載のＸ線源。
9. 前記金属ターゲット材料（１４）が、ランタノイド、タングステン、モリブデンまたはこれらの金属のうちの少なくとも２種の金属の合金から成っている、請求項１から７までのいずれか１項記載のＸ線源。
10. Ｘ線源のハウジング（１１）内でターゲット（１２）に電子ビーム（２３）を衝突させ、Ｘ線を放射させて、Ｘ線を発生させる方法において、
    前記ハウジング（１１）は、固形物または液体の金属ターゲット材料（１４）を収容し該金属ターゲット材料（１４）を蒸発させるための蒸発チャンバ（１３）と、Ｘ線を放射する発生室（２０）と、を備え、
    前記蒸発チャンバ（１３）内で前記金属ターゲット材料（１４）の蒸気を発生させ、
    前記金属ターゲット材料（１４）の蒸気を前記発生室（２０）内に導き、
    前記発生室（２０）内で電子ビーム（２３）と前記金属ターゲット材料（１４）の蒸気とを衝突させることを特徴とする、Ｘ線を発生させる方法。
11. 前記金属ターゲット材料（１４）を用いて、単色のＸ線を発生させる、請求項１０記載の方法。
12. 使用されるＸ線の波長で弁別可能となるコントラストを形成する物体もしくは身体を透射するための、請求項１から９までのいずれか１項記載の、単色のＸ線を放射するＸ線源の使用。

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