JP6594479B2 - 透過型ターゲットおよび該透過型ターゲットを備えるｘ線発生管 - Google Patents

Description

本発明は、医療機器における診断応用及び産業機器分野における非破壊Ｘ線撮影等に適用されるＸ線発生管に関する。本発明は特に、該Ｘ線発生管に適用される透過型ターゲットに関する。

Ｘ線発生装置において、その耐久性を高め、省メンテナンス化を向上させることが求められている。
Ｘ線発生装置の耐久性を決定する主たる要因の一つとして、Ｘ線の発生源となるターゲットの耐熱性が挙げられる。

電子線をターゲットに照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置において、ターゲットにおける「Ｘ線発生効率」は１％未満であるため、ターゲットに投入されたエネルギーのほとんどが熱に変換される。ターゲットで発生した熱の「放熱」が不十分な場合は、ターゲット自体の溶融、蒸発、熱応力に起因したターゲットの密着性低下等の問題が生じ、ターゲットの耐熱性を制限する。

ターゲットの「Ｘ線発生効率」を向上させる方法として、重金属を含有する薄膜形態のターゲット層と、Ｘ線を透過するとともにターゲット層を支持する基材とから構成された透過型ターゲットとすることは公知である。特許文献１には、従来の回転陽極型の反射型ターゲットに対して、「Ｘ線発生効率」を１．５倍以上増大させた回転陽極型の透過型ターゲットが開示されている。

ターゲットから外部への「放熱」を促進する方法として、積層型ターゲットのターゲット層を支持する基材に、ダイアモンドを適用することが公知である。特許文献２には、タングステンからなるターゲット層を支持する基板として単結晶ダイアモンドまたは多結晶ダイアモンドを使用することにより、放熱性を高め、微小焦点化を実現することが開示されている。ダイアモンドは、高い耐熱性と、高い熱伝導性を備えているとともに、高いＸ線透過性を備えているため、透過型ターゲットの支持基材としては好適な材料である。

特表２００９−５４５８４０号公報 米国特許６８５０５９８号明細書

多結晶ダイアモンドは、単結晶ダイアモンドに比較して、透過型Ｘ線ターゲットに適用する透過基板としての熱伝導性、耐熱性、Ｘ線透過性において同等の物理特性を有する。さらに、多結晶ダイアモンドは、ｍｍオーダのサイズを有する透過基板を安価かつ安定的に供給できるメリットを有している。

しかしながら、本発明者等の検討の結果、特許文献２のように多結晶ダイアモンドを透過基板とした透過型ターゲットにおいて、放電あるいは陽極電流の低下が発生する問題、または、Ｘ線の出力変動が発生する問題が確認された。

本発明は、多結晶ダイアモンドからなる透過基板を備える透過型ターゲットにおいて、放電の発生、陽極電流の低下およびＸ線の出力変動が低減された透過型ターゲットを提供することを目的とする。さらに、本発明は放電、陽極電流の低下、及び、Ｘ線の出力変動が抑制された信頼性の高いＸ線発生管、Ｘ線発生装置、ならびに、Ｘ線撮影システムを提供することを目的とする。

本発明は、ターゲット層と、前記ターゲット層を支持する透過基板と、を有するターゲットであって、前記透過基板は、一方の面は対向する他方の面よりも小さな平均結晶粒径を呈する多結晶ダイアモンドを有し、前記ターゲット層は前記他方の面において支持されていることを特徴とする。

本発明によれば、透過基板に多結晶ダイアモンドを用いた場合においても、放電の発生、陽極電流の低下、及び、Ｘ線の出力変動が生じ難い透過型ターゲットを提供することが可能となる。

また、本発明の透過型ターゲットをＸ線発生管に適用することにより、放電の発生、陽極電流の低下、及び、Ｘ線の出力変動が低減された信頼性の高いＸ線発生管、Ｘ線発生装置、ならびに、Ｘ線撮影システムを提供することが可能となる。

本発明の透過型ターゲットの第１の実施形態とその動作状態を示す構成図（ａ）、（ｂ）である。 本発明の透過型ターゲットの第１の実施形態（ａ）とその変形例（ｂ）とを適用した各陽極を示す構成図である。 本発明の透過型ターゲットの第２の実施形態とその動作状態を示す構成図（ａ）、（ｂ）である。 本発明の透過型ターゲットの第２の実施形態（ａ）とその変形例（ｂ）とを適用した各陽極を示す構成図である。 本発明の透過型ターゲットを備えたＸ線発生管（ａ）、Ｘ線発生装置（ｂ）、Ｘ線撮影システム（ｃ）の各実施形態を示す概略構成図である。 第１の実施形態の透過型ターゲットの透過基板の一方の面２４と他方の面２５に対する電子線後方散乱回折法による観察像（ａ）、（ｃ）と結晶粒径分布（ｂ）、（ｄ）である。 Ｘ線発生装置の出力安定性を評価する評価系７０を示す構成図である。 第１の参考例のターゲット８９（ａ）と実施形態例のターゲット９（ｂ）のクラックの進展モードを示す説明図である。 第１の参考例の陽極９１に認められた導通不良箇所６１、６２（ａ）と、異物９２（ｂ）、８４（ｃ）を示す説明図である。 第２の実施形態の透過型ターゲットの透過基板の一方の面２４と他方の面２５に対する電子線後方散乱回折法による観察像（ａ）、（ｃ）と結晶粒径分布（ｂ）、（ｄ）である。 第２の参考例のターゲット８９（ａ）と実施形態例のターゲット９（ｂ）の動作時の熱変形モードと熱応力歪σを示す説明図である。 第２の参考例の陽極９１に認められた導通不良箇所６１−６３を示す説明図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。これらの実施形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対配置などは、この発明の範囲を限定する趣旨のものではない。

まず、本発明の透過型ターゲットを適用可能なＸ線発生管およびＸ線発生装置について説明する。図５（ａ）、図５（ｂ）は、それぞれ、本発明の透過型ターゲット９を備えたＸ線発生管１０２、および、Ｘ線発生装置１０１の各実施形態を示す構成図である。

＜Ｘ線発生管＞
図５（ａ）には、電子放出源３と透過型ターゲット９とを備えた透過型のＸ線発生管１０２の実施形態が示されている。以降、本願明細書においては、透過型ターゲット９をターゲット９と称す。

第１の実施形態では、電子放出源３が備える電子放出部２から放出された電子線束５をターゲット層２２に照射することによりＸ線を発生させる。このため、ターゲット層２２はダイアモンド基板２１の電子放出源側に配置され、電子放出部３２はターゲット２２に対向して配置されている。

また、本実施形態では、ターゲット層２２で発生したＸ線は、図５（ａ）に示す通り、必要に応じてターゲット９の前方において開口を有するコリメータにより放出角が制限され、Ｘ線束１１に成形される。本実施形態においては、ターゲット９を管の内側で保持する管状の陽極部材４２が、コリメータとして機能している。

なお、電子線束５に含まれる電子は、陰極５１と陽極５２とに挟まれたＸ線発生管１０２の内部空間１３に形成された加速電界により、ターゲット層２２でＸ線を発生させる為に必要な入射エネルギーまで加速される。

本実施形態において、陽極５２は、ターゲット９と陽極部材４２とを少なくとも備え、Ｘ線発生管１０２の陽極電位を規定する電極として機能している。

陽極部材４２は、導電性材料からなりターゲット層２１と電気的に接続される。陽極部材４２は、本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、透過基板２１の周囲に接続されターゲット９を保持している。また、陽極部材４２は、タングステン、タンタル等の重金属を含有し、図５（ａ）に示すように、ターゲット９の前方側において開口を残して延長された部分を有する形態とすることでコリメータとして機能する。なお、ターゲット９についての詳細な実施形態については後述する。

Ｘ線発生管１０２の内部空間１３は、電子線束５の平均自由行程を確保することを目的として、真空となっている。Ｘ線発生管１０２の内部の真空度は、１Ｅ−８Ｐａ以上１Ｅ−４Ｐａ以下であることが好ましく、電子放出源３の寿命の観点からは、１Ｅ−８Ｐａ以上１Ｅ−６Ｐａ以下であることがより一層好ましい。本実施形態においては、電子放出部２およびターゲット層２２は、それぞれ、前記外囲器の内部空間１３または内面に配置されている。

Ｘ線発生管１０２の内部空間１３は、不図示の排気管および真空ポンプを用いて真空排気した後、かかる排気管を封止することにより真空とすることが可能である。また、Ｘ線発生管１０２の内部空間１３には、真空度の維持を目的として、不図示のゲッターを配置しても良い。

Ｘ線発生管１０２は、陰極電位に規定される電子放出源３と、陽極電位に規定されるターゲット層２２との間の電気的絶縁を図る目的において、胴部に絶縁管１１０を備えている。絶縁管１１０は、ガラス材料やセラミックス材料等の絶縁性材料で構成される。本実施形態においては、絶縁管１１０は、電子放出部２とターゲット層２２との間隔を規定する機能を有している。

外囲器１１１は、真空度を維持するための気密性と耐大気圧性有する堅牢性とを備える部材から構成されることが好ましい。本実施形態において外囲器１１１は、絶縁管１１０と、電子放出源３を備えた陰極５１と、ターゲット９を備えた陽極５２とから構成されている。

従って、本実施形態においては、陰極５１及び陽極５２は、絶縁管１１０の対向する両端にそれぞれ接続されることにより、外囲器１１１の部分を構成している。同様にして、透過基板２１は、ターゲット層２２で発生したＸ線をＸ線発生管１０２の外に取り出す透過窓の役割を担うとともに、外囲器１１１の部分を構成しているとも言える。

なお、電子放出源３は、ターゲット９が備えるターゲット層２２に対向して設けられている。電子放出源３としては、例えばタングステンフィラメント、含浸型カソードのような熱陰極や、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３は、電子線束５のビーム径および電子電流密度、オン・オフタイミング等の制御を目的として、不図示のグリッド電極、静電レンズ電極を備えることが可能である。

＜Ｘ線発生装置＞
図５（ｂ）には、Ｘ線束１１をＸ線透過窓１２１の前方に向けて取り出すＸ線発生装置１０１の実施形態が示されている。本実施形態のＸ線発生装置１０１は、Ｘ線透過窓１２１を有する収納容器１２０の内部に、Ｘ線源であるＸ線発生管１０２、および、Ｘ線発生管１０２を駆動するための駆動回路１０３を有している。

駆動回路１０３により、陰極５１および陽極５２の間に管電圧が印加され、ターゲット層２２と電子放出部２との間に加速電界が形成される。ターゲット層２２の層厚と金属種とに対応して、管電圧Ｖａを適宜設定することにより、撮影に必要な線種を選択することができる。

Ｘ線発生管１０２及び駆動回路１０３を収納する収納容器１２０は、容器としての十分な強度を有し、かつ放熱性に優れたものが望ましく、その構成材料として、例えば真鍮、鉄、ステンレス等の金属材料が用いられる。

本実施形態においては、収納容器１２０内の内部のＸ線発生管１０２と駆動回路１０３以外の余空間４３には、絶縁性液体１０９が充填されている。絶縁性液体１０９は、電気絶縁性を有する液体で、収納容器１２０の内部の電気的絶縁性を維持する役割と、Ｘ線発生管１０２の冷却媒体としての役割とを有する。絶縁性液体１０９としては、鉱油、シリコーン油、パーフロオロ系オイル等の電気絶縁油を用いるのが好ましい。

＜Ｘ線撮影システム＞
次に、図５（ｃ）を用いて、本発明のターゲット９を備えるＸ線撮影システム６０の構成例について説明する。

システム制御ユニット２０２は、Ｘ線発生装置１０１とＸ線検出器２０６とを統合制御する。駆動回路１０３は、システム制御ユニット２０２による制御の下に、Ｘ線発生管１０２に各種の制御信号を出力する。駆動回路１０３は、Ｘ線発生装置１０１が備える、本実施形態においては、収納容器１２０の内部にＸ線発生管１０２とともに収納されているが、収納容器１２０の外部に配置しても良い。駆動回路１０３が出力する制御信号により、Ｘ線発生装置１０１から放出されるＸ線束１１の放出状態が制御される。

Ｘ線発生装置１０１から放出されたＸ線束１１は、可動絞りを備えた不図示のコリメータユニットによりその照射範囲を調整されてＸ線発生装置１０１の外部に放出され、被検体２０４を透過して検出器２０６で検出される。検出器２０６は、検出したＸ線を画像信号に変換して信号処理部２０５に出力する。

信号処理部２０５は、システム制御ユニット２０２による制御の下に、画像信号に所定の信号処理を施し、処理された画像信号をシステム制御ユニット２０２に出力する。

システム制御ユニット２０２は、処理された画像信号に基づいて、表示装置２０３に画像を表示させるための表示信号を表示装置２０３に出力する。

表示装置２０３は、表示信号に基づく画像を、被検体２０４の撮影画像としてスクリーンに表示する。

Ｘ線撮影システム１０１は、工業製品の非破壊検査や人体や動物の病理診断に用いることができる。

＜ターゲット＞
次に、本発明の特徴であるターゲット９の基本的な実施形態を、図１（ａ）、（ｂ）、図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）及び図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）に図示した実施形態は、ターゲット層２２を、対向する面２５に比較して、小さい平均結晶粒径を呈する面２４に形成した実施形態であって、本願明細書では、本実施形態を第１の実施形態と称する。一方、図３（ａ）、（ｂ）及び図４（ａ）、（ｂ）に図示した実施形態は、ターゲット層２２を、対向する面２５に比較して、大きい平均結晶粒径を呈する面２４に形成した実施形態であって、本願明細書では、本実施形態を第２の実施形態と称する。第１と第２の実施形態の詳細な適用については、後述する。

図１（ａ）及び図３（ａ）に図示した第１の実施形態においては、ターゲット９は、ターゲット金属を含有するターゲット層２２と、ターゲット層２２を支持する透過基板２１とを少なくとも備える。図１（ｂ）及び図３（ｂ）は、それぞれ、図１（ａ）及び図３（ａ）に図示したターゲット９の動作状態を示している。ターゲット層２２の一方の面で電子線束５の照射を受けることにより放射状にＸ線を放出する。

本発明のターゲット９は、ターゲット層２２から放出されたＸ線のうち、透過基板２１の基板厚方向に透過した成分の一部を、開口を有したコリメータ５９によりＸ線束１１に成形されて透過基板２１の前方に取出されている。なお、図１（ｂ）及び図３（ｂ）においては理解の為に、ターゲット層２２に照射される電子線束の焦点から放射状に発生するＸ線のうち、放射線束１１と焦点とを結ぶ範囲の放出成分のみを破線で示している。

透過基板２１は、基板厚方向において結晶粒径の分布を有する多結晶ダイアモンドである。多結晶ダイアモンドからなる透過基板２１は、化学的気相堆積法（ＣＶＤ法）、微結晶ダイアモンドを焼き固めた固相焼結法、または、コバルト等のバインダー金属と微結晶ダイアモンドとを溶解析出作用により焼結する液相焼結法、等が適用される。Ｘ線の線質および熱伝導性の観点からは、炭素以外の元素およびｓｐ３結合以外の炭素結合が少ない点で、化学的気相堆積法を用いることが好ましい。

化学的気相堆積法による多結晶ダイアモンドは、種結晶基板上に多結晶ダイアモンドを成膜したのち、種結晶基板を機械的または化学的に除去することにより、自立した多結晶ダイアモンド層を形成することができる。

透過基板２１の外形は、図１（ａ）及び図３（ａ）に示すように、一方の面２４とそれに対向する他方の面２５とを有した平板形態とし、例えば、直方体状、ディスク状が採用される。

ディスク状の透過基板２１としては、直径２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることにより、必要な焦点径を形成可能なターゲット層２１設けることが可能となり、厚さ０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることにより、放射線の透過性を確保することが可能となる。直方体状のダイアモンド基材とする場合は、前述の直径の範囲を、直方体が有する面の短辺と長辺のそれぞれの長さに置き換えれば良い。

ターゲット層２２は、高い原子番号、高融点、高比重の金属元素を、ターゲット金属として含有する。ターゲット金属は、透過基板２１との親和性の観点からは、炭化物の標準生成自由エネルギーが負を呈するタンタル、モリブデン、タングステンの群から少なくとも１種選択された金属とすることが好ましい。また、ターゲット金属は、ターゲット層２２に、単一組成または合金組成の純金属として含有されていても良いし、当該金属の炭化物、窒化物、酸窒化物等の金属化合物として含有されていても良い。

なお、ターゲット層２２の層厚は、１μｍ以上１２μｍ以下の範囲から選択される。ターゲット層２２の層厚の下限と上限は、それぞれ、Ｘ線出力強度の確保、界面応力の低減の観点から定められ、３μｍ以上９μｍ以下の範囲とすることが、より好ましい。

ターゲット９は、Ｘ線発生管の陽極５２の部分を構成するために、図２（ａ）または図４（ａ）に示す実施形態においては、陽極部材４２、ろう材４８、導通電極４７を備えている。導通電極４７は、陽極部材４２との電気的な接続を確立するために必要に応じて設けられる導電性部材である。導通電極４７としては、錫、銀、銅等の金属または金属酸化物等が適用される。

ろう材４８は、陽極部材４２にターゲット９を保持する機能を有するとともに、ターゲット層２２と陽極部材４２との電気的接続の機能を有している。ろう材４８は、金、銀、銅、錫等を含有する合金であって、被接合部材に応じて合金組成を適宜選択することにより、透過基材２１、導通電極４７、陽極部材４２等の異種材料間の接着性を担保することができる。

図２（ｂ）および図４（ｂ）に示す実施形態は、ぞれぞれ、図２（ａ）及び図４（ａ）に示す陽極５１の変形例である。本実施例は、透過基板２１の基板厚方向２３において、ターゲット層２２を支持する面２４に向かって断面積が小さくなるようにテーパー処理がなされている。

図２（ｂ）及び図４（ｂ）に示す陽極５１は、それぞれ、図２（ａ）及び図４（ａ）に示す陽極５１と比較して、面２４と側面との間が鈍角となっているため、ターゲット層２２を支持する面の周縁の応力集中を緩和する効果が得られる。また、第１の実施形態の陽極５１は、ろう材４８がはみ出すような場合が生じたときに、ターゲット９の前方側へのろう材４８のはみ出しを抑制する効果が得られる。ろう材４８のはみ出しは、ろう材の付与量の不均一、過剰、ろう材４８への圧縮応力等の原因により発生する場合があり、図２（ｂ）または図４（ｂ）に示す実施形態は、これらに対処するものである。

次に、本願発明の課題と透過基板２１との関係について、図８、図９、図１１及び図１２を用いてより詳細に説明する。

本願発明の課題は、透過基板に多結晶ダイアモンドを用いたＸ線発生管に観測された、放電、陽極電流、Ｘ線出力変動を含む動作不安定性に関わるものである。かかる不安定性が生じたＸ線発生管は、多結晶ダイアモンドの結晶粒径分布とターゲット層が形成される面とに相関を有していることが、本発明者等の検討の結果判った。

本発明者等の検討の結果によれば、本願発明の課題には、第１の課題と第２の課題とが含まれることが判った。第１の課題は、多結晶ダイアモンドの結晶粒界の分布に基づいて生ずる透過基板のクラックである。第２の課題は、多結晶ダイアモンドの結晶粒界密度に基づいて生ずるターゲット層、接続電極、ろう材の剥離、欠損である。第１の課題は、パルス駆動に伴う熱衝撃や機械的な振動をターゲットが受ける動作状態において、特に問題となる。第２の課題は、透過基板がｓｐ２結合を結晶粒界に含有しているような場合に、特に問題となる。

＜第１の課題について＞
図９（ａ）には、耐久加速試験において、放電と陽極電流の低下が観測されたＸ線発生管から取り出した陽極９１を第１の参考例として示している。陽極９１は、ターゲット８９、陽極部材４２、ろう材４８、導通電極４７を備え、ターゲット８９は、多結晶ダイアモンドからなる透過基板８１とターゲット層２１を備えている。

陽極９１には、図９（ａ）に示すように、透過基板２１に、微細なクラック６１、６２が認められた。クラック６１は、ターゲット層２２の領域に位置し、ターゲット層２２の一部とともに透過基材２１の一部がターゲット８９から欠落していた。また、クラック６２は、導通電極４７の領域に位置し、導通電極４７の一部とともに透過基材２１の一部がターゲット８９から欠落していた。第１の参考例の透過基板８１の断面を観察した結果、観測された各欠落部は、結晶粒界に沿って欠落しているものと同定された。

また、第１の参考例のＸ線発生管の内部を調べたところ、図９（ｂ）、（ｃ）に示すような、異物９２と異物９５とが外囲器の内部に付着していることが確認された。異物９２は、ターゲット層２１に含有されるターゲット金属からなる薄片９３と、薄片９３から略垂直方向に延びるダイアモンド片９４と、から構成されていた。また、異物９５は、導通電極４７に含有される導電体からなる薄片９６と、薄片９６から略垂直方向に延びるダイアモンド片９７と、から構成されていた。異物９２および異物９５は、欠落部６１、６２に対応するターゲット８９の遊離片であることが判った。

なお、参考例のＸ線発生管に対して行われた耐久加速試験は、陽極接地としたＸ線発生管を準備し、曝射期間と停止期間とからなる１分のサイクルを繰り返す動作期間を１０時間に設定し、かかる動作期間中にＸ線発生管の陽極部材に０．１Ｈｚ０．１Ｎの加重を印加するようにして行われた。

第１の参考例のＸ線発生管に生じた放電と陽極電流の低下のメカニズムの詳細は明らかでは無いものの、少なくとも、陽極９１に生じた微細なクラックに起因する異物９２、９５と欠落部６３とが関与していることが推定された。

異物９２、９５は、それぞれ絶縁性の領域９４、９７に導電性の領域９３、９６が接続されている。このため、管電圧Ｖａが印加されたＸ線発生管の内部において、遊離した異物が帯びる帯電電荷が０では無いため、Ｘ線発生管の内部の電界に対応して、陽極または陰極に向けて移動する。移動した異物９２、９５は、陽極または陰極の表面に付着するか、または、衝突し跳ね返る。付着した異物９２、９５も陽極または陰極との接触により、正または負の電荷を帯び、対向する陰極または陽極に向けて移動し、Ｘ線発生管内の電界方向に平行または反平行な方向に移動を繰り返すことが同定された。

以上のような異物９２、９５の挙動は、第１の参考例のＸ線管に特異に観測された陽極電流のスパイク状の電流変動から同定され、かかるスパイク状の陽極電流の変動をきっかけとして放電が生じていることも判った。放電のきっかけとなる直接の要因は、明らかではないものの、異物９２、９５の衝突に伴うイオン、ガスの発生、異物の絶縁性の領域、導電性の領域および絶縁管、陽極、陰極との接触部に生じる電界集中が放電の原因となっていることが推定された。

また、異物９２の発生により、ターゲット８９内の導通不良箇所６１は、陽極９１の内部に局所的にダイアモンドが露出している領域６３を形成する。領域６３は、絶縁性のダイアモンドが露出している領域であり、ダイアモンドの二次電子放出係数の一次電子エネルギー依存性から、負に帯電し、領域６３の周囲よりも電位が低下する。ダイアモンドは負性電子親和力を有すため、領域６３の周囲の陽極電位に規定された部材に電界電子放出する。このような局所的な電界電子放出も放電の要因となっているものと推定される。

また、ダイアモンドの有する親油性により、電子線束５が照射される位置に存在する領域６３には、メタン等の不可避の残留有機ガスに由来する重合カーボンが堆積する量が、領域６３の周囲に比較して多いことが予想される。この結果、かかる重合カーボンに由来するガス、イオンの発生に伴い、陽極電流の低下が発生したもの推定された。

本発明者等は、第１の参考例のターゲット８９に発生したクラックの発生要因についてさらなる検討を行った結果、ターゲット８９に生ずる不可避の応力と基板厚方向２３における結晶粒径分布とが原因であることを同定するに至った。図８（ａ）、（ｂ）を用いて、推定されたクラックの発生メカニズムについて説明する。

図８（ａ）には、図９に記載のターゲット８９の動作時のクラックの進展モードが示されている。第１の参考例のターゲット８９は、透過基板の基板厚方向２３において、結晶粒径の分布がありターゲット層を支持する面２５において、対向する面２４よりも結晶粒径が小さい。

第１の参考例のターゲット８９の透過基材７１には、ターゲット８９に発生する応力によって、基板厚方向２３に発生するクラック６４が二重線で示されている。第１の参考例の透過基材７１に発生したクラック６４は、結晶粒界に沿って、面２４から面２５の直下にまで進展していた。また、クラック６４により、孤立した結晶粒１０が囲まれていた。第１の参考例に認められたクラック６４の発生要因について、本発明者等は以下のように考察した。

第１の参考例のターゲット８０の透過基材７１に発生した複数のクラックを分析したところ、そのほとんどが結晶粒界で発生していることが分かった。多結晶ダイアモンドの結晶粒界には、不純物、グラファイト性のｓｐ２結合が含まれることが判っており、これらにより結晶粒界では結合力が弱く、クラックになりやすかったと考えられる。

従って、結晶粒径によってクラックの進展に差が生じ、相対的に結晶粒径が小さいとクラックの進展が阻害され発生するクラックが小さく、結晶粒径が大きいと発生するクラックの長さが大きくなりやすいものと考えられる。

次に、基板厚方向２３におけるに結晶粒界の異方性とクラックの進展に及ぼす推定されたメカニズムを、図８（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。結晶粒径が大きい方の面２５でクラックが発生した場合には、図８（ａ）に示すように、別の結晶粒界との交差の頻度が低いために、交差部によってクラックの進展が阻害され難く、クラック６４のように対向する面２４にまで及びやすい。一方で、結晶粒径が小さい方の面２４でクラックが発生し場合には、図８（ｂ）に示すように、別の結晶粒界との交差の頻度が高いために、交差部によるクラックの進展の阻害を受け難く、クラック６５、６６のように面２４の近傍に留まるものと考えられる。

次に、透過基板８１に生じる応力について本発明者等が検討した考察を述べる。透過基板８１には、熱衝撃に基づく熱応力、機械的な応力、等の応力が発生する。熱衝撃に基づく熱応力は、例えば、パルス駆動された電子線束５の照射立ち上がりの温度上昇に起因して透過基板８１の電子線束が照射される面の側である面２５に発生していたものと推定される。また、機械的な応力としては、Ｘ線発生管またはＸ線発生装置の支持機構を介して、Ｘ線発生管またはＸ線発生装置の外部から不可避に印加される機械的操作等が考えられる。機械的操作には、曝射野の調整を意図するコリメータの調整作業、フィルターの交換作業等が含まれる。

かかる機械的な応力を減衰するダンパ機構をＸ線発生管またはＸ線発生装置に設けることも考えられるが、装置重量の増加、ダンパ機構の固有振動や吸収する振動の振幅に起因する二次的な振動の問題もあり、完全に機械的な応力を減衰することは難しかった。

また、透過基板８１に生じる応力は、様々な応力が想定されるが、ターゲット層２２と透過基板８１との界面の「拘束」および、表裏に存在する「物性の不整合」により、ターゲット層を支持する面の側がクラックの起点となりやすいと推定される。

なお、図示していないが、基板厚さ方向において結晶粒径分布の非対称性を呈しない多結晶ダイアモンドからなる透過基板を用いて、表裏のいずれか一方にターゲット層を形成し、かかるターゲットを組み込んだＸ線発生管を作成した。かかるＸ線発生管の動作試験を前述の参考例と同様に繰り返し加重をかけて行ったところ、陽極電流の低下、放電等が観測された。

かかる動作試験を行ったＸ線発生管を分解しターゲットを取出したところ、図８（ａ）と同様に、基板厚方向にターゲット層形成された側から基板厚の１／２厚さ以上に伸展されたクラックが観測された。

このクラックの要因は、ターゲット層側に生じた熱衝撃と、ターゲット層が形成された面から対向面に向かう方向にかけて結晶粒界の密度が減少していない為に、クラックの進展の阻害作用が発現されなかった為であると推定された。

以上のような本発明者等の考察に基づき、本願発明は、透過基板の基板厚方向における結晶粒界の減少過程に着目し、結晶粒界が小さい側の面においてターゲット層を支持することを特徴とする第１の実施形態を含むものである。

第１の実施形態の特徴を備えた場合、熱衝撃に起因する応力や外部から印加される機械的応力があった場合に透過基板にクラックが発生したとしても、基板厚さ方向へのクラックの進展を抑制する機能が発現され。また、基板厚さ方向へのクラックの進展を抑制することにより、ターゲットから遊離する異物の発生を低減し、放電や陽極電流の低下を低減することが可能となる。

図２（ａ）、（ｂ）に示す、第１の実施形態のターゲット９を備えた陽極５１においては、第１の参考例の陽極９１に認められたクラックの発生が抑制され、Ｘ線発生管に適用した場合においても陽極５１に対する放電の発生ならびに陽極電流の低下が低減される。

＜第２の課題について＞
図１２には、曝射動作を１０００回繰り返した後に、Ｘ線の出力変動が観測された陽極１４１を第２の参考例として示している。陽極１４１は、ターゲット１１９、陽極部材４２、ろう材４８、導通電極４７を備え、ターゲット１１９は、多結晶ダイアモンドからなる透過基板１３１とターゲット層２１を備えている。

陽極１４１には、図１２に示すように、ターゲット１１９、ろう材４８のそれぞれに、微細なクラック６１、６２、６３が認められた。かかるＸ線出力変動のメカニズムの詳細は明らかでは無いものの、少なくとも、陽極１４１に生じた微細なクラックに起因した陽極の電位規定性能の低下が関与していることが判った。

本発明者等は、第２の参考例のターゲット１１９を有した陽極１４１に発生したクラックついてさらなる検討を行った結果、停止時と動作時の線膨張差に由来する熱応力歪がクラックの発生要因であることを同定するに至った。図１１（ａ）、（ｂ）を用いて、陽極の電位規定性能に与える透過基材の結晶粒径分布の作用機構について説明する。

図１１（ａ）には、図１２に記載のターゲット１１９の動作時の変形モードと熱応力歪の非対称性Δσｃが示されている。ターゲット１１９は、透過基板の基板厚方向２３において、結晶粒径の分布がありターゲット層を支持する面２５において、対向する面２４よりも結晶粒径が小さい。なお、図１１（ａ）に示すターゲット１１９においては、結晶粒および結晶粒界の分布は省略されている。また、ターゲット１１９において、基板厚方向２３における熱応力歪の非対称性Δσｃは、面２４の熱応力歪σｃ_２４と面２５の熱応力歪σｃ_２５の差を意味する。

ターゲット１１９は、ターゲット層２２を支持する面２５において、ターゲット層２２で発生する発熱により透過基板２１の基板厚方向２３に温度分布が発生している状態を破線で示した等温線で表している。ターゲット１１９の面２５と面２４のそれぞれの停止時と動作時との温度差はそれぞれΔＴ_２５、ΔＴ_２４としたとき、ΔＴ_２５＞ΔＴ_２４となる。

一方で、第２の参考例のターゲット１１９は、透過基板の板厚方向２３において、結晶粒界の面密度に起因する線膨張係数αの非対称性を有していると推定された。その理由について、本発明者等は以下のように考察した。

多結晶ダイアモンドを構成している単結晶粒と結晶粒界とは、炭素骨格において組成が異なっている。単結晶粒はｓｐ３結合骨格で支配され結晶粒内の連続性を有しているが、結晶粒界は、ｓｐ２結合骨格を所定濃度含有している。

ターゲット１１９は、Ｘ線発生管に組み込まれる製造過程、および、Ｘ線を発生する動作時に、様々な種類の熱の供給を受ける。透過基板１３１に多結晶ダイアモンドを適用した場合は、結晶粒内よりも結晶粒界は、ｓｐ３結合からｓｐ２結合に変性しやすいことが知られている。従って、結晶粒界のｓｐ２結合の濃度は、結晶粒内に比較して、優先的に加熱前後で増大する。言い換えると、結晶粒界の密度分布が存在する透過基板を有したターゲットは、結晶粒界密度が高い面において、結晶粒界密度が低い面よりも、ｓｐ２結合の濃度が高いと言える。

理想的なｓｐ３結合骨格を主成分とする単結晶ダイアモンドの線膨張係数は、２０℃において、１．０ｐｐｍ／Ｋである。一方、ｓｐ２結合骨格を主成分とするグラファイトの線膨張係数は、２０℃において、３．１ｐｐｍ／Ｋである。従って、結晶粒径が小さい面２５は、結晶粒界の高密度に対応してｓｐ２結合の濃度が高く、線膨張係数αが大きい面となる。従って、ターゲット１１９の面２５と面２４のそれぞれの線膨張係数をα_２５、α_２４としたとき、α_２５＞α_２４となる。

熱応力歪σは、線膨張係数αと温度差ΔＴの積に比例するので、第２の参考例のターゲット１１９の動作時に基板厚方向２３に生じる熱応力歪の非対称性Δσｃは、図１１（ａ）に示すように、αの非対称性とΔＴの非対称性とが互いに相乗し合い大きなものとなる。

陽極１４１においては、大きな熱応力歪の非対称性Δσｃが発生したことにより、ターゲット層２２、ターゲット層２２、導通電極４７、ろう材４８にクラックが発生していたものと推定された。

図１１（ｂ）に示すターゲット９は、第２の課題に対応した特徴を備えた第２の実施形態である。図１１（ｂ）には、図３（ａ）に記載のターゲット９の動作時の変形モードと熱応力歪Δσｅが示されている。本実施形態では、透過基板２１の基板厚方向２３において、結晶粒径の分布がありターゲット層２２を支持する面２４において、対向する他方の面２５よりも結晶粒径が大きい。なお、図１１（ｂ）に示すターゲット９においては、対応する図３（ａ）に図示されている結晶粒および結晶粒界の分布は省略されている。また、本実施形態のターゲット１１９において、基板厚方向２３における熱応力歪の非対称性Δσｅは、面２４の熱応力歪σｅ_２４と面２５の熱応力歪σｅ_２５の差を意味する。

本実施形態においても、参考例と同様に、ターゲット層２２の発熱により透過基板２１の基板厚方向２３に温度分布が発生している状態を破線で示した等温線で表している。本実施形態のターゲット９の面２４と面２５のそれぞれの停止時と動作時との温度差をそれぞれΔＴ_２４、ΔＴ_２５としたとき、ΔＴ_２４＞ΔＴ_２５となる。

また、結晶粒径が大きい面２４は、結晶粒界の低密度に対応してｓｐ２結合の濃度が低く、線膨張係数αが小さい面となる。従って、本実施形態のターゲット９の面２４と面２５のそれぞれの線膨張係数をα_２４、α_２５としたとき、α_２４＜α_２５となる。

熱応力歪σは、線膨張係数αと温度差ΔＴの積に比例するので、本実施形態のターゲット９の動作時に基板厚方向２３に生じる熱応力歪の非対称性Δσｅは、図１１（ｂ）に示すように、αの非対称性とΔＴの非対称性とが打ち消し合い小さなものとなる。このように、第２の実施形態のターゲット９においては、電子線入射に起因する基板厚方向の熱量分布を、結晶粒界密度に起因する基板厚方向の線膨張係数分布が相殺する機構が働いてきると言える。

なお、図示していないが、基板厚さ方向において結晶粒径分布の非対称性を呈しない多結晶ダイアモンドからなる透過基板を用いて、かかる透過基板を還元減圧雰囲気下において加熱した。この透過基板の表裏のいずれか一方にターゲット層を形成し、かかるターゲットを組み込んだＸ線発生管を作成した。かかるＸ線発生管の動作試験を前述の参考例と同様に行ったところ、Ｘ線強度の変動が観測された。

かかる動作試験を行ったＸ線発生管を分解しターゲットを取出したところ、図１２と同様に、ターゲット層と接続電極に膜剥がれが観測された。

この膜剥がれの要因は、結晶粒界密度が基板厚方向において非対称性を有していない為に、電子線の入射により基板厚方向に存在する熱量分布を、低減する機構が働いていなかった為であると推定された。

なお、ダイアモンドを含む炭素化合物中におけるｓｐ２結合の濃度は、電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ法）等により同定が可能である。ｓｐ２結合の濃度は、［ｓｐ２結合検出濃度］／（［ｓｐ２結合検出濃度］＋［ｓｐ３結合検出濃度］）として規定することが可能である。

図４（ａ）、（ｂ）に示す、本実施形態のターゲット９を備えた陽極５１においては、参考例の陽極１４１に認められたクラックの発生が抑制され、Ｘ線発生管に適用した場合においても陽極５１に対する電位規定性能の低下ならびにＸ線の出力変動が低減される。

図１（ａ）、図３（ａ）に示すような、基板厚方向２３における結晶粒径分布を有する透過基板２１は、化学的気相堆積法による自立型の多結晶ダイアモンドを適用することができる。

化学的気相堆積法による自立型の多結晶ダイアモンドでは、不図示の種結晶基板上にプラズマ雰囲気から多結晶ダイアモンドを結晶成長させた後、種結晶基板を除去することにより得られる。

化学的気相堆積法で得られる透過基板２１の基板厚方向２３における結晶粒径分布は、成膜条件と種結晶条件とを適宜選択することにより制御することが可能である。

図６（ａ）、（ｃ）に、化学的気相堆積法で得られた透過基板２１の面２４と面２５のそれぞれの電子線後方散乱回折法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＥＢＳＤ法）で観察した多結晶像を示してある。各観察像において濃度が均一な領域は結晶方位が揃っている単結晶ドメインであり、本願発明における結晶粒に相当する。また、各単結晶ドメイン間の境界は、本願発明における結晶粒界に相当する。

化学的気相堆積法により形成される多結晶材料においては、種結晶基板側の結晶粒径は、種結晶基板の成長核のサイズに応じた大きさに制限される。多結晶ダイアモンドを化学的気相堆積法で形成する場合、複数の成長核を起点に単結晶ダイアモンドの結晶粒が基板厚方向２３と垂直な方向に成長する。基板厚方向２３と垂直な方向に結晶成長する過程において、何らかの要因により、相対的に大きく成長する結晶粒が発生する。

隣接する結晶粒同士の成長速度の差により、ある結晶粒が支配的となり隣接する他の結晶粒は消失する場合が生じた場合に、基板厚方向２３において、平均結晶粒径の増大と結晶界面の面密度の減少が生じるものと考えられる。

かかる結晶成長過程を、基板厚方向２３の結晶界面の成長として考えることが可能である。ある結晶粒を規定する結晶界面が基板厚方向２３に成長した場合、隣接する他の結晶粒界と交差して一方の結晶界面が消失する段階が発生する、この段階は、一方の結晶粒が基板厚方向２３の結晶成長の過程で消失段階に一致する。

なお、第１の実施形態において、透過基板２１は、図１（ａ）に示すように、基板厚方向２３に延びるカラム状の結晶粒が存在し、結晶粒間を占める結晶粒界も基板厚方向に延びている組織を有している。このような結晶組織は堆積条件によって後述するように制御される。また、基板厚方向に延びる結晶粒と結晶粒界とを有する透過基板２１は、基板厚方向の放熱性に優れている一方で、結晶粒界に沿ったクラックの進展が、熱衝撃または機械的ストレスが生じる環境において、問題となる場合があることは、前述の通りである。図１（ａ）において、種結晶基板面から結晶界面が消失する段階までの平均距離をｔｅとし、種結晶基板（面２４）の位置をｘ＝０、成長表面（面２５）の位置をｘ＝ｔｓとした場合を考える。但しｘは、０以上ｔｓ以下の実数である。

透過基板２１の基板厚方向２３における位置ｘにおける、結晶粒の平均線密度は、種結晶基板側の結晶粒の平均線密度に対して（１／２）の（ｘ／ｔｅ）べき乗に減少する。すなわち、透過基板２１の基板厚方向２３の位置ｘにおける平均結晶粒径は、種結晶基板側に対して、２の（ｘ／ｔｅ）乗に増大する。

従って、種結晶基板側の面２４に対する成長表面側の面２５の結晶粒の平均線密度は、種結晶基板側の結晶粒の平均線密度に対して（１／２）の（ｔｓ／ｔｅ）べき乗に減少した値となる。すなわち、面２４に対する面２５の平均結晶粒径は、２の（ｔｓ／ｔｅ）乗に増大した値となる。

以上の様に、化学的気相堆積法により、種結晶基板上にターゲット９の前駆体を堆積する場合において、堆積方向において平均結晶粒径が増大するように堆積させた場合は、種結晶基板側を面２４とすることにより、第１の実施形態のターゲット９を形成することができる。

また、同様にして、化学的気相堆積法により、種結晶基板上にターゲット９の前駆体を堆積する場合において、堆積方向において平均結晶粒径が増大するように堆積させた場合は、結晶成長面側を面２４とすることにより、第２の実施形態のターゲット９を形成することができる。

逆に、化学的気相堆積法により、種結晶基板上にターゲット９の前駆体を堆積する場合において、堆積方向において平均結晶粒径が減少するように堆積させた場合は、結晶成長面側を面２４とすることにより、第１の実施形態のターゲット９を形成することができる。

さらには、化学的気相堆積法により、種結晶基板上にターゲット９の前駆体を堆積する場合において、堆積方向において平均結晶粒径が増大するように堆積させた場合は、種結晶基板側を面２４とすることにより、第２の実施形態のターゲット９を形成することができる。

また、等方的な結晶粒径分布を呈する焼結形成する場合においては、原料となる微結晶ダイアモンドの粒径サイズが相違する多結晶ダイアモンドシートを堆積させて焼成することにより、多結晶ダイアモンドシートの堆積方向に結晶粒径分布を形成可能である。

なお、電子線後方散乱回折法は、結晶性材料からなる検体に電子線を照射し検体から後方散乱した電子線がＥＢＳＤパターンを呈することと、かかるＥＢＳＤパターンには結晶形や結晶方位に関する情報が含まれていることと、を利用している。なお、ＥＢＳＤパターンは、菊池線回折図形とも呼ばれる。さらに、電子線後方散乱回折法では、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と組み合わせて、電子線照射を検体に対して走査しＥＢＳＤパターンを測定、解析することにより、微小領域の結晶形や結晶方位に関する情報が得られるものである。

本願発明では、着目している面２４、２５において独立した単結晶ドメインと、面積において一致する直径Ｄの円を仮定して、結晶粒径Ｄを定義している。また、多結晶ダイアモンドの結晶粒径Ｄは、図６（ｂ）、（ｄ）に示すように結晶粒径分布を有しているので、観察された多結晶像に含まれる単結晶ドメインを画像処理により抽出することにより、結晶粒の面積及び結晶粒径Ｄを定量することができる。

また、前述の多結晶ダイアモンドが有する結晶粒径分布を考慮して、本願明細書においては、ターゲット層を支持する面２４と対向する面２５は、面積分率Ｓｉ／ΣＳｉを考慮した平均結晶粒径Ｄｍの大小関係を用いて区別し選択される。本願明細書において、平均結晶粒径Ｄｍは、透過基板２１の着目している面において、結晶粒径分布を結晶粒径軸において標本数ｎで標本化したとき、次式で決定される。

但し、上記式中におけるパラメータは、結晶粒径Ｄ_ｉ−１より大でありＤ_ｉ以下を代表する結晶粒径をＤ_ｉ、結晶粒径Ｄ_ｉ−１より大でありＤ_ｉ以下の積算面積をＳ_ｉ、ｉは１からｎまでの整数、結晶粒径Ｄ_０は０以上の実数である。

なお、図６（ｂ）、（ｄ）に示す結晶粒径分布は、横軸を結晶粒径（μｍ）、縦軸を面積分率Ｓｉ／Σ（Ｓｉ）で示している。また、結晶粒径軸における標本化おいて、標本化区間は、互いに区間長が異なる不等区間であっても良く、また、結晶粒径Ｄ_ｉ−１以上Ｄ_ｉ未満の区間としても良い。

なお、結晶粒径Ｄの平均化精度を担保するために、観察視野に１００以上の単結晶ドメインが含まれるように、検体に応じて適宜観察視野のサイズを設定することが好ましい。面２４、面２５の観察視野に含まれる結晶粒径と結晶粒径分布を考慮して、図６（ａ）、（ｄ）のように、観察視野のサイズを観察面毎に変えてもよい。

第１の実施形態において、面２４は化学的気相堆積法における自立型多結晶ダイアモンドの種結晶基板側の面であり、面２５は成長表面側の面を示している。

第１の実施形態は、透過基板２１の基板厚方向２３におけるクラックの進展を抑制する観点から、ターゲット層２２を支持する面２４から対向する面２５にかけて結晶粒界の平均密度が減少するような非対称性、透過基板２１が有することが特徴となる。すなわち、透過基板２１の基板厚方向２３におけるクラックの進展を抑制する観点から、ターゲット層２２を支持する面２４が対向する面２５より小さい平均結晶粒径を呈するように、透過基材２１が非対称性を有することが特徴となる。

従って、ターゲット層２２を支持する面２４の平均結晶粒径Ｄ_ｍ２４の対向する面２５の平均結晶粒径Ｄ_ｍ２５に対する比が１より小さいことが好ましい。平均結晶粒径の比Ｄ_ｍ２４／Ｄ_ｍ２５は、０．７５以下であることが好ましく、０．２以下であることがより一層好ましい。

また、ターゲット層２２を支持する面２４の側において、不可避に発生したクラック６５、６６により、ターゲット層２２の一部を分断し遊離させない為には、面２４の平均結晶粒径がターゲット層２２の層厚の１０倍を超えないことが好ましい。同様の観点から、面２４の平均粒径が５μｍ以上５０μｍ以下であることがより一層好ましい。

また、ターゲット層２２を支持する面２４と対向する側の面２５において、不可避に発生したクラック６５、６６の進展を制限する為には、面２５の平均結晶粒径は１００μｍ以上であることが好ましい。

第２の実施形態において、基板厚方向２３における熱応力歪の非対称性を緩和する観点からは、ターゲット層２２の発熱に起因する基板厚方向２３の温度分布の非対称性を補償するように、結晶粒径分布の非対称性を有することが特徴となる。

従って、ターゲット層２２を支持する面２４の平均結晶粒径Ｄ_ｍ２４の対向する面２５の平均結晶粒径Ｄ_ｍ２５に対する比が１より大きいことが好ましい。平均結晶粒径の比Ｄ_ｍ２４／Ｄ_ｍ２５は、１．３以上であることが好ましく、５以上であることがより一層好ましい。

なお、透過基板２１の基板厚方向２３における平均結晶粒径の分布の制御は、以下のようにして行うことが可能である。前述の様に、面２４に対する面２５の平均結晶粒径は、２の（ｔｓ／ｔｅ）乗に増大する。従って、透過基板２１の基板厚方向２３における平均結晶粒径の分布の制御は、透過基板２１の厚さｔｓ、種結晶基板面から結晶界面が消失する段階までの平均距離ｔｅを適宜選択すればよい。

透過基板２１の厚さｔｓは、ターゲット層２２で発生する放射線の基板厚さ方向２３の吸収減衰と、ターゲット層２２で発生する熱量に対する熱抵抗設計とから適宜選択される。

一方で、平均距離ｔｅは、化学的気相堆積法の堆積条件に依存し、堆積速度を低速としてエピタキシャル成長により平均距離ｔｅは大きくなり、逆に、堆積速度を高速とした場合では平均距離ｔｅは小さくなる。

図１（ａ）に示す透過基板２１においては、ｔｅ＝５６０μｍ、ｔｓ＝２０００μｍであったため、面２５の結晶粒界の平均線密度は面２４の約１／１１．９倍に減少し、面２５の平均結晶粒径は面２４の約１１．９倍に増大していた。

結晶粒径分布を同定する手法は、前述の電子線後方散乱回折法に限定されず、次に示す（１）〜（４）の方法が適用できる。

（１）ノマルスキー顕微鏡（２）走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、二次電子像により結晶粒間に存在する微細な凹凸を観察する。（３）顕微カソードルミネッセンス像、結晶粒界付近の発光強度が低いことを利用して結晶粒界を検出する。（４）観察面と平行に集束イオンビーム（ＦＩＢ）により加工したスライス検体を用意し、走査型透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で環状明視野像にて結晶粒を強調させて像コントラストから特定する。

（実施例１）
次に本願発明のターゲットを備えるＸ線発生装置を、以下に示す手順で作成し、かかるＸ線発生装置を動作させ、放電耐性と陽極電流の安定性を評価した。

本実施例で作成したターゲット９の構成を図１（ａ）に示す。

本実施例のターゲット９は、まず、直径５ｍｍで厚さ１ｍｍの化学的気相堆積法で作成した自立型多結晶ダイアモンドを準備した。自立型多結晶ダイアモンドを、ＵＶオゾンアッシャ装置にて、その表面の残留有機物を洗浄処理し透過基板２１とした。

本実施例で用いた透過基板２１の一方の面２４と対向する他方の面２５を電子線後方散乱回折法で観察した像を、図６（ａ）、（ｃ）にそれぞれ示す。本実施例で用いた透過基板２１の一方の面２４の平均結晶粒径Ｄ_ｍ２４は１２．７μｍ、他方の面２５の平均結晶粒径Ｄ_ｍ２５は１５１μｍであった。

次に、透過基板２１の面２４に対して、キャリアガスとしてアルゴンガスを用い、スパッタターゲットとしてタングステンの焼結体を用いて、タングステンからなる金属含有層を６μｍの層厚となるようにスパッタ成膜し積層体を得た。

得られた積層体を、真空イメージ炉にて焼成処理し、炭化タングステンからなるターゲット層２２を備えたターゲット９を作成した。ターゲット層２２の層厚は７μｍであった。

本実施例のターゲット９のターゲット層２２は、平均結晶粒径Ｄｍが、対向する面２５に比較して小さい面２４に形成されていた。

次に、ターゲット層２２の周縁と透過基板２１の側面との間の領域に導通電極４７を形成し、透過基板２１の側面に錫―銀合金からなるろう材４８を配置した。さらに、ろう材４８と導通電極４７とを備えたターゲット９を管状の陽極部材４２の管内に配置した後、加熱し、図２（ａ）に示す陽極５１を作成した。

さらに、本実施例の陽極５１を用いて、図５（ａ）に示すＸ線発生管１０２を作成した。Ｘ線発生管１０２の静耐圧を試験したところ、連続１０分間、管電圧１５０ｋＶを無放電で維持することができた。静耐圧試験は、本実施例においては、Ｘ線発生管１０２の電子放出源３から電子線束を発生させずに、陽極５２と陰極５１間に管電圧を印加し放電耐圧を評価するものである。

次に、Ｘ線発生管１０２の陰極と陽極とに対して駆動回路１０３を電気的に接続し、さらに、収納容器１２０の内部４３に、Ｘ線発生管１０２と駆動回路１０３とを収納して、図５（ｂ）に示すＸ線発生装置１０１を作成した。

次に、Ｘ線発生装置１０１の耐放電性能と陽極電流の安定性を評価するために、図７に示す評価系７０を準備した。評価系７０は、Ｘ線発生装置１０１のＸ線放出窓１２１の１ｍ前方の位置に線量計２６が配置されている。線量計２６は、測定制御装置２０３を介して駆動回路１０３に接続されることにより、Ｘ線発生装置１０１の放射出力強度を測定可能となっている。

本実施例のＸ線発生装置１０１に対する駆動条件は、Ｘ線発生管１０２の管電圧を＋１１０ｋＶとし、ターゲット層２２に照射される電子線の電流密度を２０ｍＡ／ｍｍ^２、電子照射期間を３秒と非照射期間を５７秒とを交互に繰り返すパルス駆動とした。検出した陽極電流は、ターゲット層２２から接地電極１６に流れる管電流を陽極電流として計測し、電子照射パルス幅期間の中央１秒間の平均値を採用した。また、電子照射のパルスの立ち上がり時間および立ち下がり時間をどちらも０．１秒とした。

陽極電流の安定性評価は、Ｘ線出力開始から１０時間経過後の陽極電流を、初期の陽極電流で規格化した保持率で評価した。また、本実施例のＸ線発生管１０２は陽極接地とし、かかる動作期間中にＸ線発生管１０２の陽極部材４２に０．１Ｈｚ０．１Ｎの加重を印加して行われた。

なお、陽極電流の安定性評価に際し、カソード電極（電子放出部２）とゲート電極との間に流れるゲート電流を不図示の負帰還回路で変動が１％以内となるように安定化させた。

また、放電耐性に関する試験は、Ｘ線発生装置１０１の陽極電流の安定性評価中に、放電せずに安定して駆動されていることを、放電カウンタ７６によって確認した。

本実施例のＸ線発生装置１０１の陽極電流の保持率は、０．９９であった。本実施例のターゲット９を備えたＸ線発生装置１０１は、長時間の駆動履歴を経た場合においても、顕著なＸ線出力の変動も認められず、安定したＸ線出力強度が得られることが確認された。また、陽極電流の安定性を評価した後のＸ線発生装置１０１を分解して、陽極５２を取出したところターゲット層２２にクラックは認められなかった。

さらに、取出された透過基板２１の断面を観察したところ、一方の面２４から他方の面２５に向けて基板厚方向に延びているカラム状の結晶粒が存在しているにも関わらず、クラックは認められなかった。

（実施例２）
本実施例においては、実施例１に記載のＸ線発生装置１０１を用いて、図５（ｃ）に記載のＸ線撮影システム６０を作成した。作成したＸ線撮影システム６０に対して、心霊１と同様にして、Ｘ線発生装置１０１の収納容器１２０が突出した陽極部材４２に０．１Ｈｚ０．１Ｎの加重を印加して、Ｘ線の撮影を行い、透過Ｘ線画像を取得した。

Ｘ線発生装置１０１に振動が与えられた場合にもクラックによりターゲット９が損傷することなく、放電が抑制され、陽極電流の変動が低減されたＸ線発生装置１０１を備える。従って、本実施例のＸ線撮影システム６０は、ＳＮ比が高いＸ線撮影画像を取得することができた。

（実施例３）
次に本願発明のターゲットを備えるＸ線発生装置を、以下に示す手順で作成し、かかるＸ線発生装置を動作させ、出力安定性を評価した。

本実施例で作成したターゲット９の構成を図３（ａ）に示す。

本実施例のターゲット９は、まず、直径５ｍｍで厚さ１ｍｍの化学的気相堆積法で作成した自立型多結晶ダイアモンドを準備した。自立型多結晶ダイアモンドを、ＵＶオゾンアッシャ装置にて、その表面の残留有機物を洗浄処理した。

次に、自立型多結晶ダイアモンドに対して、全圧１．１Ｅ−６Ｐａ、水素分圧１Ｅ−６Ｐａの減圧雰囲気下で、１０００℃６０分間の加熱処理を行い、透過基板２１とした。水素は、かかる加熱処理中に多結晶ダイアモンドの結晶構造の変化以外に不必要な酸化を抑制する為に導入した還元性ガスである。

本実施例で用いた透過基板２１の一方の面２４と対向する他方の面２５を電子線後方散乱回折法で観察した像を、図１０（ａ）、（ｃ）にそれぞれ示す。本実施例で用いた透過基板２１の一方の面２４の平均結晶粒径Ｄ_ｍ２４は１６０μｍ、他方の面２５の平均結晶粒径Ｄ_ｍ２５は１２μｍであった。

次に、透過基板２１に対して、ラマン分光測定を行い、ｓｐ２結合に特有の１５８０ｃｍ^−１の波数においてラマンシフトピークを観察したところ、結晶粒内は有意なピークが観察されなかったが、結晶粒界は半値幅が１２３ｃｍ^−１のラマンシフトピークが観察された。この結果、本実施例の透過基板２１は、結晶粒界に選択的にｓｐ２結合を含有している基板であることが確認された。なお、前述の還元ガス雰囲気下での加熱処理を行わなかった自立型多結晶ダイアモンドにおいては、結晶粒内、結晶粒界ともに有意なピークが観察されなかった。

次に、透過基板２１の面２４に対して、キャリアガスとしてアルゴンガスを用い、スパッタターゲットとしてタングステンの焼結体を用いて、タングステンからなる金属含有層を６μｍの層厚となるようにスパッタ成膜し積層体を得た。

得られた積層体を、真空イメージ炉にて焼成処理し、炭化タングステンからなるターゲット層２２を備えたターゲット９を作成した。ターゲット層２２の層厚は７μｍであった。

本実施例のターゲット９のターゲット層２２は、平均結晶粒径Ｄｍが、対向する面２５に比較して大きい面２４に形成されていた。

次に、ターゲット層２２の周縁と透過基板２１の側面との間の領域に導通電極４７を形成し、透過基板２１の側面に錫―銀合金からなるろう材４８を配置した。さらに、ろう材４８と導通電極４７とを備えたターゲット９を管状の陽極部材４２の管内に配置した後、加熱し、図４（ａ）に示す陽極５１を作成した。

さらに、本実施例の陽極５１を用いて、図５（ａ）に示すＸ線発生管１０２を作成した。Ｘ線発生管１０２の静耐圧を試験したところ、連続１０分間、管電圧１５０ｋＶを無放電で維持することができた。静耐圧試験は、本実施例においては、Ｘ線発生管１０２の電子放出源３から電子線束を発生させずに、陽極５２と陰極５１間に管電圧を印加し放電耐圧を評価するものである。

次に、Ｘ線発生管１０２の陰極と陽極とに対して駆動回路１０３を電気的に接続し、さらに、収納容器１２０の内部４３に、Ｘ線発生管１０２と駆動回路１０３とを収納して、図５（ｂ）に示すＸ線発生装置１０１を作成した。

次に、Ｘ線発生装置１０１の駆動安定性を評価するために、図７に示す評価系７０を準備した。評価系７０は、Ｘ線発生装置１０１のＸ線放出窓１２１の１ｍ前方の位置に線量計２６が配置されている。線量計２６は、測定制御装置２０３を介して駆動回路１０３に接続されることにより、Ｘ線発生装置１０１の放射出力強度を測定可能となっている。

駆動安定性の評価における駆動条件は、Ｘ線発生管１０２の管電圧を＋１１０ｋＶとし、ターゲット層２２に照射される電子線の電流密度を２５ｍＡ／ｍｍ^２、電子照射期間を１秒、非照射期間を５９秒とを交互に繰り返すパルス駆動とした。検出したＸ線出力強度は、電子照射時間内の中央１秒間の平均値を採用した。

Ｘ線出力強度の安定性評価は、Ｘ線出力開始から１００時間経過後のＸ線出力強度を、初期のＸ線出力強度で規格化した保持率で評価した。

なお、Ｘ線出力強度の安定性評価に際し、ターゲット層２２から接地電極１６に流れる管電流を計測して、不図示の負帰還回路により、ターゲット層２２に照射される電子電流を１％以内の変動値とするように定電流制御した。さらに、Ｘ線発生装置１０１の安定性駆動評価中に、放電せずに安定的に駆動していることを、放電カウンタ７６によって確認した。

本実施例のＸ線発生装置１０１のＸ線出力の保持率は、０．９９であった。本実施例のターゲット９を備えたＸ線発生装置１０１は、長時間の駆動履歴を経た場合においても、顕著なＸ線出力変動も認められず、安定したＸ線出力強度が得られることが確認された。また、Ｘ線出力強度の安定性を評価した後のＸ線発生装置１０１を分解して、陽極５２を取出したところターゲット層２２、並びに透過基板２１にクラックは認められなかった。

また、本実施例で作成したＸ線発生装置１０１と同じ構成のＸ線発生装置を１０機作成し、これらに対して、それぞれ１０００回の曝射試験を行ったところ、陽極電流が１％以上低下したものは認められなかった。

（比較例）
透過基板２１として、単結晶ダイアモンドを用いた以外は実施例１と同様にして、ターゲット、陽極およびＸ線発生装置１０１を作成した。なお、本比較例で用いた単結晶ダイアモンドは電子線後方散乱回折法で観察し、ターゲット層を支持する面と対向する面のいずれも、単一の単結晶で支配されていることを確認した。

実施例１と同様に、図７に示す評価系７０を用いてＸ線発生装置１０１の駆動安定性を評価したところ、Ｘ線出力の保持率は０．９３程度であった。

また、本比較例で作成したＸ線発生装置１０１と同じ構成のＸ線発生装置を１０機作成し、これらに対して、それぞれ１０００回の曝射試験を行ったところ、陽極電流が１０％以上低下したものが確認された。

陽極電流の低下が確認されたＸ線発生装置のＸ線発生管は、真空リークが発生したために安定して電子線束をターゲットに照射することができなくなったことが判った。本比較例の陽極電流が低下したＸ線発生管を取り出して陽極を観察したところ、ろう材４８とターゲット層２１にクラックが認められた。

（実施例４）
本実施例においては、実施例３に記載のＸ線発生装置１０１を用いて、図５（ｃ）に記載のＸ線撮影システム６０を作成した。

本実施例のＸ線撮影システム６０においては、Ｘ線出力の変動が抑制されたＸ線発生装置１０１を備えることにより、ＳＮ比の高いＸ線撮影画像を取得することができた。

９ 透過型ターゲット
２１ 透過基板
２２ ターゲット層
２３ 基板厚方向
２４ 一方の面（ターゲット層を形成する面）
２５ 他方の面

Claims (16)

1. ターゲット層と、前記ターゲット層を支持する透過基板と、を有するターゲットであって、
   前記透過基板は、一方の面が対向する他方の面よりも小さな平均結晶粒径を呈する多結晶ダイアモンドを有し、前記ターゲット層は前記他方の面において支持されていることを特徴とするターゲット。
2. 前記他方の面の前記一方の面に対する平均結晶粒径の比が１．３以上であることを特徴とする請求項１に記載のターゲット。
3. 前記他方の面の前記一方の面に対する平均結晶粒径の比が５以上であることを特徴とする請求項２に記載のターゲット。
4. 前記透過基板の結晶粒界は、結晶粒に比較してｓｐ２結合を多く含有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のターゲット。
5. 前記ｓｐ２結合の含有は、ラマン分光測定において、１５８０ｃｍ^−１のラマンシフトにより同定されることを特徴とする請求項４に記載のターゲット。
6. 前記透過基板は、基板厚方向に結晶粒径分布を有しており、
   前記平均結晶粒径Ｄｍは、前記結晶粒径分布を結晶粒径軸において標本数ｎで標本化したとき、下記式で決定されたものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のターゲット。
   
   但し、結晶粒径Ｄ_ｉ−１より大でありＤ_ｉ以下を代表する結晶粒径をＤ_ｉ、結晶粒径Ｄ_ｉ−１より大でありＤ_ｉ以下の積算面積をＳ_ｉ、ｉは１からｎまでの整数、結晶粒径Ｄ_０は０以上の実数である。
7. 前記平均結晶粒径は、電子線後方散乱回折法により決定されたものであることを特徴とする請求項６に記載のターゲット。
8. 前記ターゲット層は、タングステン、タンタル、モリブデンの群から少なくとも選択された金属を含有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のターゲット。
9. 前記ターゲット層は、前記金属の炭化物を含有することを特徴とする請求項８に記載のターゲット。
10. 前記透過基板の基板厚は、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のターゲット。
11. 前記ターゲット層の層厚は、１μｍ以上１２μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のターゲット。
12. 前記ターゲット層で発生したＸ線を、前記透過基板の前記ターゲット層を支持する側の反対側から放出することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のターゲット。
13. 前記透過基板は、前記一方の面から他方の面にむけて、基板厚方向に延びるカラム状の結晶粒を有していることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のターゲット。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のターゲットと、
    前記ターゲット層に向けて電子を放出する電子放出部を有する電子放出源と、
    内部空間が真空排気された外囲器と、を有し、
    前記電子放出部と前記ターゲット層とは、前記外囲器の内部空間または内面に配置されていることを特徴とするＸ線発生管。
15. 請求項１４に記載のＸ線発生管と、
    前記ターゲット層と前記電子放出部とのそれぞれに電気的に接続され、前記ターゲット層と前記電子放出部との間に印加される管電圧を出力する駆動回路と、
    を備えることを特徴とするＸ線発生装置。
16. 請求項１５に記載のＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置から放出され被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、を備えることを特徴とするＸ線撮影システム。