JP6658324B2

JP6658324B2 - Ｘ線発生装置

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Publication number: JP6658324B2
Application number: JP2016119083A
Authority: JP
Inventors: 雄介寺本; 隆宏白井
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2036-06-15
Also published as: US10672584B2; US20190259557A1; JP2017224490A; WO2017217228A1

Description

本発明は、Ｘ線を発生するＸ線発生装置に関する。

従来、Ｘ線は、医療用用途、工業用用途、研究用用途に用いられてきた。医療用分野においては、Ｘ線は、胸部Ｘ線写真撮影、歯科Ｘ線写真撮影や、ＣＴ（Computer Tomogram）といった用途に用いられる。また、工業用分野においては、Ｘ線は、構造物や溶接部などの物質内部を観察する非破壊検査、断層非破壊検査といった用途に用いられる。さらに、研究用分野においては、Ｘ線は、物質の結晶構造を解析するためのＸ線回折、物質の構成元素を分析するためのＸ線分光（蛍光Ｘ線分析）といった用途に用いられる。
Ｘ線は、Ｘ線管を用いて発生させることができる。Ｘ線管は、その内部に一対の電極（陽極、陰極）を有する。陰極フィラメントに電流を流して加熱しておき、陽極と陰極間に高電圧を印加すると、フィラメントから発生するマイナスの熱電子が陽極表面にあるターゲットに高速で衝突し、当該ターゲットからＸ線が発生する。
特許文献１には、Ｘ線管において、陽極側のターゲットを液体金属ジェットとし、このターゲットに電子ビームを照射することにより、高輝度のＸ線を取り出す点が開示されている。

特許第５６９４５５８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、液体金属ジェットを得るための構造、電子ビームを当該ジェットに照射するための位置合わせなど、複雑な構成を要する。
そこで、本発明は、比較的簡易な構成で、高輝度のＸ線を得ることができるＸ線発生装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係るＸ線発生装置の一態様は、チャンバと、前記チャンバ内に配置された円盤状の回転体と、前記チャンバ内に配置され、液体状のＸ線発生用のターゲット原料を貯留する第一の原料貯留槽と、前記回転体の一部が前記第一の原料貯留槽に貯留されたターゲット原料に浸漬した状態で前記回転体を回転させることにより、前記回転体の表面の少なくとも一部に前記ターゲット原料を塗布する原料供給機構と、前記チャンバの第一の開口部に設けられ、前記回転体の表面上の前記ターゲット原料に照射されるエネルギービームを透過させて前記チャンバの外部から前記チャンバの内部へ入射するエネルギービーム入射窓部と、前記チャンバの第二の開口部に設けられ、前記ターゲット原料への前記エネルギービームの照射により発生したＸ線を透過させて前記チャンバの外部に出射するＸ線出射窓部と、を備える。

このように、チャンバ内において回転体を回転させることで、回転体の表面にＸ線発生用のターゲット原料を塗布し、当該ターゲット原料が塗布された領域にエネルギービームを照射してＸ線を発生させる。したがって、比較的簡易な構成で高輝度のＸ線を得ることができる。また、チャンバの開口部に、エネルギービームを入射するための入射窓部やＸ線を出射するための出射窓部を設けるので、チャンバ内の処理雰囲気を維持しつつ、安定したＸ線発生動作が可能となる。
また、上記のＸ線発生装置において、前記ターゲット原料は、常温で液体状であってよい。このように、常温で液体状であるターゲット原料を用いることで、ターゲット原料を液体状に保つための加熱機構が必要ない。さらに、ターゲット原料が高温ではないため、当該ターゲット原料を貯留する第一の原料貯留槽や、ターゲット原料の飛散防止のための各種部材等に耐熱性をもたせる必要がない。したがって、より簡易な構成とすることができる。

また、上記のＸ線発生装置において、前記回転体と前記Ｘ線出射窓部との間に配置され、前記Ｘ線を透過し前記ターゲット原料を捕捉する第一の捕捉部材をさらに備えてもよい。この場合、第一の捕捉部材は、回転体から飛散し得るターゲット原料を、Ｘ線出射窓部に到達する手前で捕捉することができる。そのため、Ｘ線出射窓部にターゲット原料が付着することを防止することができる。
さらに、上記のＸ線発生装置において、前記第一の捕捉部材は、板状の回転部材であってもよい。この場合、第一の捕捉部材に表面に付着した液体状のターゲット原料を、回転により生じる遠心力によって第一の捕捉部材の表面から容易に除去することができる。

また、上記のＸ線発生装置において、前記回転体と前記エネルギービーム入射窓部との間に配置され、前記エネルギービームを透過し前記ターゲット原料を捕捉する第二の捕捉部材をさらに備えてもよい。この場合、第二の捕捉部材は、回転体から飛散し得るターゲット原料を、エネルギービーム入射窓部に到達する手前で捕捉することができる。そのため、エネルギービーム入射窓部にターゲット原料が付着することを防止することができる。
さらに、上記のＸ線発生装置において、前記第二の捕捉部材は、板状の回転部材であってもよい。この場合、第二の捕捉部材に表面に付着した液体状のターゲット原料を、回転により生じる遠心力によって第二の捕捉部材の表面から容易に除去することができる。

また、上記のＸ線発生装置において、前記回転体の表面上の前記ターゲット原料の膜厚が所定の膜厚となるよう調整する膜厚調整部をさらに備え、前記膜厚調整部は、前記回転体の表面に対して前記所定の膜厚に相当する所定の間隙を介して対向配置する膜厚調整部材を備えていてもよい。この場合、回転体の表面に塗布される液体状のターゲット原料の膜厚を適切な膜厚とすることができる。
さらに、前記膜厚調整部材は、前記回転体の前記エネルギービームが照射される領域における前記ターゲット原料の膜厚を調整可能な位置に配置されていてもよい。この場合、回転体の表面に塗布される液体状のターゲット原料の膜厚を、エネルギービームの照射によるＸ線放射に適した膜厚とすることができる。

また、上記のＸ線発生装置において、前記第一の原料貯留槽は、前記回転体を包囲するカバー状の構造体であって、前記回転体の前記エネルギービームが照射される領域に対応する位置に、前記エネルギービームが通過する開口部を有していてもよい。このように、第一の原料貯留槽をカバー状の構造体により構成することで、回転体の回転によって液体状のターゲット原料がチャンバ内に飛散することを抑制することができる。
さらに、上記のＸ線発生装置において、前記第一の原料貯留槽は、上方に開口を有するコンテナであってもよい。このように、第一の原料貯留槽を簡易な構成とすることもできる。この場合、回転体の回転によって液体状のターゲット原料がチャンバ内に飛散し得るが、ターゲット原料が腐食性のない原料である場合、チャンバの内壁に耐食性を持たせるといった施しは必要ない。

また、上記のＸ線発生装置において、前記チャンバの底部に設けられ、前記チャンバの底部に溜まった前記ターゲット原料を前記チャンバの外部へ排出可能な排出口をさらに備えてもよい。この場合、回転体の回転によって液体状のターゲット原料がチャンバ内に飛散した場合であっても、飛散したターゲット原料を適切に廃棄することができる。
さらにまた、上記のＸ線発生装置において、前記第一の原料貯留槽は、その側壁における前記チャンバの底部よりも上方に、前記チャンバの底部に溜まった前記ターゲット原料を当該第一の原料貯留槽に回収可能な原料回収孔を備えてもよい。この場合、回転体の回転によってチャンバ内に飛散した液体状のターゲット原料を、第一の原料貯留槽へ戻すことができる。

また、上記のＸ線発生装置において、前記チャンバは、前記エネルギービーム入射窓部と前記Ｘ線出射窓部との配置空間を含む第一空間と、前記回転体の配置空間を含む第二空間とを有し、前記第二空間は、前記第一空間と空間的に接続され、前記第一空間よりも減圧雰囲気に設定されていてもよい。
この場合、第二空間において、回転体の回転によって回転体の表面からターゲット原料が飛散した場合であっても、飛散したターゲット原料が第一空間に侵入することを抑制することができる。したがって、回転体から飛散したターゲット原料がエネルギービーム入射窓部やＸ線出射窓部に付着することを抑制することができる。
さらに、上記のＸ線発生装置において、前記第一の原料貯留槽内の前記ターゲット原料を冷却する冷却機構をさらに備えていてもよい。この場合、エネルギービームの照射による加熱により第一の原料貯留槽内のターゲット原料の温度が変化することを抑制することができる。その結果、ターゲット原料を回転体の表面に安定して付着させることができ、安定したＸ線発生動作が可能となる。

また、上記のＸ線発生装置において、前記チャンバの外部に配置され、前記ターゲット原料を貯留する第二の原料貯留槽と、前記第一の原料貯留槽と前記第二の原料貯留槽との間で前記ターゲット原料を循環させる循環機構と、をさらに備えていてもよい。
この場合、循環機構におけるターゲット原料の熱容量を大きくすることができ、第一の原料貯留槽内のターゲット原料の温度変化を抑制することができる。その結果、ターゲット原料を回転体の表面に安定して付着させることができ、安定したＸ線発生動作が可能となる。また、Ｘ線発生動作により消費された第一の原料貯留槽内のターゲット原料を、第二の原料貯留槽から補充することもできる。この場合、長期間の安定したＸ線発生動作を実現することができる。
さらにまた、上記のＸ線発生装置において、前記ターゲット原料は、ガリウム、または、ガリウム合金であってよい。これにより、適切にＸ線を発生させることができる。

本発明によれば、比較的簡易な構成で、高輝度のＸ線を得ることができる。

第一の実施形態におけるＸ線発生装置の概略構成図である。図１のＡ−Ａ矢視図である。図２のＢ−Ｂ断面図である。原料循環装置の構成例である。第二の実施形態における原料貯留槽の構成図である。原料貯留槽の別の例を示す構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第一の実施形態におけるＸ線発生装置１００の概略構成図である。この図１は、Ｘ線発生装置１００を上方から見た図である。
Ｘ線発生装置１００は、例えば波長１０ｎｍ以下の硬Ｘ線〜軟Ｘ線を放出する装置である。
図１に示すように、Ｘ線発生装置１００は、チャンバ１１を有する。チャンバ１１は、隔壁１１ａによって大きく２つの空間に分割されている。一方の空間は、隔壁１１ｂによってさらに２つの空間（エネルギービーム入射空間１１ｄとＸ線出射空間１１ｅ）に分割される第一空間である。他方の空間は、第一空間と隔壁１１ａに形成された開口部１１ｆおよび１１ｇにより空間的に接続された第二空間１１ｃである。

第二空間１１ｃ内は、排気口１２を介して、不図示の真空ポンプ等により排気されている。また、第一空間（エネルギービーム入射空間１１ｄ、Ｘ線出射空間１１ｅ）内には、注入口１３ａおよび１３ｂを介して、不図示のガス供給装置からガスが注入されている。ここで、上記ガスは、エネルギービームＥｂやＸ線（Ｘｒ）に対して透過率の高いガスであり、例えばアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）といった希ガス等を用いることができる。なお、エネルギービーム入射空間１１ｄに注入されるガスとＸ線出射空間１１ｅに注入されるガスとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

このように、第二空間１１ｃ内は、第一空間１１ｄおよび１１ｅに対して減圧雰囲気となるように維持されている。なお、第二空間１１ｃ内は、第一空間１１ｄ、１１ｅに対して減圧雰囲気であればよく、真空雰囲気である必要はない。また、第二空間１１ｃ内に不活性ガスが供給されていてもよい。
さらに、Ｘ線発生装置１００は、原料供給部２０と、エネルギービーム入射部３０と、Ｘ線出射部４０と、を備える。原料供給部２０は、第二空間１１ｃに設けられている。また、エネルギービーム入射部３０は、エネルギービーム入射空間１１ｄに設けられ、Ｘ線出射部４０は、Ｘ線出射空間１１ｅに設けられている。以下、各部について具体的に説明する。

（原料供給部２０）
原料供給部２０は、円盤状の回転体２１を備える。回転体２１は、例えばタングステン、モリブデン、タンタル等の高融点金属で構成することができる。回転体２１は、その一部が、第一の原料貯留槽である原料貯留槽２３によって貯留されたＸ線発生用のターゲット原料（以下、単に「原料」という。）２２に浸漬されている。ここで、原料２２は常温で液体状である金属であり、例えば、ガリウムや、ガリウム、インジウムおよびスズの共晶合金であるガリンスタン（登録商標）などのガリウム合金を用いることができる。
回転体２１の略中心部には、モータ２４の回転軸２５が取り付けられている。すなわち、モータ２４が回転軸２５を回転させることにより、回転体２１は回転する。モータ２４は、不図示の制御部によって駆動制御される。回転軸２５は、メカニカルシール２６を介してチャンバ１１内に導入される。メカニカルシール２６は、チャンバ１１内の雰囲気（第二空間１１ｃ内の減圧雰囲気）を維持しつつ、回転軸２５の回転を許容する。

原料貯留槽２３は、一部の領域を除き、回転体２１を、当該回転体２１の回転に干渉しないようなギャップを介して包囲する。具体的には、図１の矢印Ａの方向から回転体２１および原料貯留槽２３を見た図２に示すように、原料貯留槽２３は、開口部２３ａを有するカバー状構造体である。この開口部２３ａは、回転体２１にエネルギービーム（例えば、電子ビーム）Ｅｂが照射される領域に対応する位置に形成されている。
カバー状構造体である原料貯留槽２３は、その下部に液体状の原料２２を貯留する原料貯留部分を有する。原料貯留槽２３の内部には、後述する原料循環装置２７によって原料２２が補充可能である。

回転体２１の一部が原料貯留槽２３に貯留された原料２２に浸漬した状態で、回転体２１が回転軸２５を中心に回転すると、原料２２は、回転体２１表面との濡れ性により回転体２１表面になじむように原料貯留槽２３の原料貯留部分から引き上げられ、輸送される。すなわち、モータ２４および回転軸２５が、回転体２１の表面の少なくとも一部に原料２２を塗布する原料供給機構として機能する。
回転体２１が回転すると、当該回転により生じる遠心力により、回転体２１表面に付着した原料２２は飛散する。しかしながら、上記のように回転体２１は、カバー状構造体である原料貯留槽２３により包囲されている。したがって、回転体２１から飛散した原料２２は、原料貯留槽２３の開口部２３ａを除き、原料貯留槽２３の内壁に付着する。そして、内壁に付着した原料２３は、原料貯留槽２３下部の原料貯留部分に移動する。すなわち、原料貯留槽２３の外部であって、チャンバ１１内部である空間には、原料２２が飛散することは殆どない。

また、原料貯留槽２３内部には、回転体２１の表面上に乗った原料２２の膜厚を所定の膜厚に調整するための膜厚調整部材（スキマー）２８が設けられている。
図３は、図２におけるＢ−Ｂ断面図である。この図３に示すように、スキマー２８は、原料貯留槽２３の内壁に取り付けられ、回転体２１の円盤状の表面との間に所定の間隙Ｄを設けるブロック状の構造体である。このスキマー２８は、回転体２１の円盤状の表面に塗布された原料２２の一部を削ぎとるスクレーパーとして機能する。

上記間隙Ｄは、回転体２１表面のエネルギービームが照射される領域における原料２２の上記所定の膜厚に対応している。そして、スキマー２８は、回転体２１表面のエネルギービームが照射される領域における原料２２の膜厚を、上記所定の膜厚に調整可能な位置に配置される。このような構成により、原料貯留部分において回転体２１に塗布された液体状の原料２２は、回転体２１の回転によってスキマー２８を通過する際に、回転体２１上における膜厚が上記所定の膜厚となるように調整される。
なお、スキマー２８自体の厚みは、原料貯留槽２３の厚みよりも厚くてもよい。この場合、図３の破線で示したとおり、スキマーは、カバー状構造体から突出した構造となる。

スキマー２８によって膜厚調整された回転体２１上の原料２２は、回転体２１の回転とともに原料貯留槽２３の開口部２３ａに対応する領域（エネルギービームＥｂが照射される領域）に輸送される。すなわち、回転体２１の回転方向は、図２にて矢印で示すように、回転体２１上の原料２２がスキマー２８を通過後、エネルギービームＥｂが照射される領域に輸送される方向（図２において反時計回りの方向）である。そして、原料貯留槽２３の開口部２３ａに対応する領域において、回転体２１上の原料２２にエネルギービームＥｂが照射される。

次に、原料循環装置２７の構成について説明する。
原料循環装置２７は、Ｘ線発生動作により原料２２が消費された場合に、適宜、原料貯留槽２３に原料２２を補充する。また、原料循環装置２７は、原料２２の温度調整機構（冷却機構）としても機能する。原料循環装置２７の構成例を図４に示す。
原料循環装置２７は、原料貯留槽２３との間で原料２２を循環するための原料流入管路２７ａと、原料流出管路２７ｂとを備える。原料流入管路２７ａおよび原料流出管路２７ｂは、原料貯留槽２３の原料貯留部分に接続されている。さらに、原料循環装置２７は、原料２２を貯留する第二の原料貯留槽２７ｃと、原料２２を循環するための原料駆動部２７ｄとを備える。ここで、原料駆動部２７ｄは、例えば、磁力により液体金属を輸送する電磁ポンプを使用することができる。第二の原料貯留槽２７ｃおよび原料駆動部２７ｄは、チャンバ１１の外部に設置されている。

回転体２１の表面に塗布された原料２２のうち、エネルギービームＥｂが照射された部分は消費される。そのため、Ｘ線発生動作を長期間安定して行うためには、大容量の原料２２を原料貯留槽２３に貯留する必要がある。しかしながら、Ｘ線発生装置１００のチャンバ１１の大きさとの兼ね合いから、チャンバ１１内部に収容可能な原料貯留槽２３の大きさには制約があり、大容量の原料２２を原料貯留槽２３に貯留することは困難である。
そこで、大容量の原料２２を貯留可能な第二の原料貯留槽２７ｃをチャンバ１１の外部に設置し、原料流入管路２７ａを介して原料貯留槽２３の原料貯留部分に原料２２を補充可能に構成する。これにより、原料貯留槽２３の原料貯留部分の原料２２の量は長期間一定に保たれ、結果としてＸ線発生動作を長期間安定して行うことが可能となる。
すなわち、原料循環装置２７は、原料貯留槽２３の原料貯留部分の原料２２の量が一定となるように、原料貯留槽２３の原料貯留部分と第二の原料貯留槽２７ｃとの間で原料２２を循環する。

ところで、回転体２１の表面に塗布された原料２２にエネルギービームＥｂが照射されると、ターゲットよりＸ線が発生するが、同時に回転体２１自体が加熱される。この加熱された回転体２１は、原料２２が貯留されている原料貯留槽２３の原料貯留部分を通過する度に、原料貯留槽２３内の原料２２との間で熱交換を行う。そのため、そのままでは原料貯留槽２３内の原料２２の温度は徐々に変化してしまう。原料２２の粘度が温度により変化する場合、原料２２の温度が変化すると原料２２に対する回転体２１の濡れ性が変化し、回転体２１への原料２２の付着状態が変化する。その結果、Ｘ線の出力も変化するおそれがある。

上記の原料循環装置２７は、比較的大型の第二の原料貯留槽２７ｃをチャンバ１１外部に備える。そのため、原料貯留槽２３の原料貯留部分において温度変化した原料２２が原料流出管路２７ｂを介して第二の原料貯留槽２７ｃに流入したとしても、第二の原料貯留槽２７ｃ内の原料２２の温度はさほど変化せず、ほぼ一定に保たれる。そして、ほぼ一定に温度が保たれた原料２２が、原料流入管路２７ａを介して原料貯留槽２３に流入される。このように、原料循環装置２７により原料２２を循環させることで、原料貯留槽２３内の原料２２の温度はほぼ一定に保たれる。したがって、回転体２１への原料２２の付着状態も安定し、Ｘ線出力を安定させることができる。
さらに、第二の原料貯留槽２７ｃ内の原料２２の温度は、第二の原料貯留槽２７ｃ内部に設けられた温度調整部２７ｅによって調整されてもよい。第二の原料貯留槽２７ｃは、チャンバ１１の外部に設置されているため、チャンバ１１のサイズに左右されない大容量の温度調整部２７ｅを用いることができる。これにより、原料２２の温度を短時間で確実に所定の温度に調整することが可能となる。

このように、温度調整部２７ｅを有する原料循環装置２７を用いることにより、常温液体金属（原料２２）の温度を一定に保ったまま、原料貯留槽２３の原料貯留部分に原料２２を供給することが可能となる。つまり、上記の原料循環装置２７を用いれば、液体状態における温度が常温よりも低い液体金属（原料２２）の温度を、常温より低い温度に保ったまま、原料貯留槽２３の原料貯留部分に原料２２を供給することが可能となる。上記の原料循環装置２７は、原料２７を所定の温度に保つために当該原料２７を冷却する冷却機構として機能する。
なお、冷却機構は図４の原料循環装置２７を用いた構成に限定されない。例えば、原料貯留槽２３に、原料２２を冷却するための冷媒を循環させる配管とチラーとを含んで構成される冷却機構を設けてもよい。この場合、原料貯留槽２３内の原料２２を外部の貯留槽との間で循環させる必要がないため、より簡易な構成とすることができる。
また、原料貯留槽２３内の原料２２の温度変化が無視できる程度である場合、冷却機構は必要ない。

（エネルギービーム入射部３０）
図１に戻り、エネルギービーム入射部３０の構成について説明する。
エネルギービームＥｂは、例えば、電子ビームやレーザビームであり、チャンバ１１外部に設置された不図示のエネルギービーム供給装置から放出される。エネルギービームＥｂは、図１に示すように、チャンバ１１の開口部に設けられたエネルギービーム入射窓部３１からチャンバ１１内に入射する。そして、チャンバ１１内に入射したエネルギービームＥｂは、原料貯留槽２３の開口部２３ａを介して回転体２１の円盤状の表面に塗布されている原料２２に対して照射される。これにより、Ｘ線が発生する。
エネルギービーム入射窓部３１は、エネルギービームＥｂが電子ビームの場合、例えば、チタンやアルミニウムといった金属の膜を用いることができる。また、エネルギービーム入射窓部３１は、エネルギービームＥｂがレーザビームの場合、例えば、ガラス材料を用いることができる。なお、エネルギービーム入射窓部３１は、エネルギービームＥｂを透過可能な材質であり、且つ、チャンバ１１内外の圧力差に耐え得る厚さを有していればよい。

また、エネルギービーム入射部３０は、回転体２１とエネルギービーム入射窓部３１との間、より具体的には原料貯留槽２３の開口部２３ａとエネルギービーム入射窓部３１との間に、原料２２（デブリを含む）を捕捉するための捕捉機構を備えてもよい。本実施形態において、当該捕捉機構は、エネルギービームＥｂを透過し、原料２２を捕捉する板状の回転部材である回転窓部３２を備える。この回転窓部３２が第一の捕捉部材に対応している。なお、この回転窓部３２の形状は、例えば、円盤状であってもよい。
回転窓部３２の略中心部には、モータ３３の回転軸３４が取り付けられている。すなわち、モータ３３が回転軸３４を回転させることにより、回転窓部３２は回転する。モータ３３は、不図示の制御部によって駆動制御される。回転軸３４は、メカニカルシール３５を介してチャンバ１１内に導入される。メカニカルシール３５は、チャンバ１１内の雰囲気（エネルギービーム入射空間１１ｄのガス雰囲気）を維持しつつ、回転窓部３２の回転を許容する。

回転体２１に付着した原料２２は、回転体２１の回転に伴う遠心力によりその一部が回転体２１から飛散する。本実施形態では、上述したように、原料貯留槽２３はカバー状構造体であるため、回転体２１から飛散した原料２２の殆どは原料貯留槽２３内部に留まるが、それでも一部は開口部２３ａから外部（チャンバ１１内部）に飛散する。
回転窓部３２を配置しない場合、上記の飛散した原料２２は、場合によってはエネルギービーム入射窓部３１に付着してしまう。エネルギービームＥｂが例えばレーザビームである場合、エネルギービーム入射窓部３１に付着した原料２２により当該レーザビームの強度が減少し、Ｘ線の強度が減少してしまうおそれがある。

回転窓部３２は、上記のように飛散した原料２２を、エネルギービーム入射窓部３１に到達させることなく捕捉する。原料２２は、例えば常温で液体である液体金属であるので、回転窓部３２に付着した原料２２は、回転窓部３２の回転にともなう遠心力により当該回転窓部３２を離脱し、チャンバ１１の内壁に衝突して、最終的にはチャンバ１１の底部に移動する。
このように、回転窓部３２は、原料貯留槽２３の開口部２３ａから飛散する原料２２がエネルギービーム入射窓部３１に到達することを防止することができる。また、回転窓部３２を回転可能に構成するので、捕捉した原料２２を容易に回転窓部３２から取り除くことができる。なお、回転窓部３２に付着した原料２２を取り除く方法は、回転窓部３２の遠心力を用いた方法に限定されない。また、原料２２に腐食性がない場合には、チャンバ１１内壁に回転体２１から飛散した原料２２が付着しても問題ないため、チャンバ１１内壁に耐蝕性を持たせるための施しは必要ない。

（Ｘ線出射部４０）
次に、Ｘ線出射部４０の構成について説明する。
上述したように、回転体２１表面に付着された原料２２にエネルギービームＥｂが照射されると、ターゲットからＸ線が放出される。放出されたＸ線は、図１に示すように、チャンバ１１の開口部に設けられたＸ線出射窓部４１からチャンバ１１外に出射する。
Ｘ線出射窓部４１は、Ｘ線を透過可能な材料から構成される。例えば、Ｘ線出射窓部４１は、Ｘ線に対する透過率が非常に高いベリリウムにより構成された薄膜とすることができる。なお、Ｘ線出射窓部４１は、Ｘ線を透過可能な材質であり、且つ、チャンバ１１内外の圧力差に耐え得る厚さを有していればよい。

また、Ｘ線出射部４０は、エネルギービーム入射部３０と同様に、原料２２（デブリを含む）を捕捉するための捕捉機構を備えてもよい。すなわち、Ｘ線出射部４０における捕捉機構は、Ｘ線を透過し、原料２２を捕捉する回転窓部４２と、モータ４３と、回転軸４４と、メカニカルシール４５とを備える。この回転窓部４２が第二の捕捉部材に対応している。
回転窓部４２を配置しない場合、回転体２１から飛散した原料２２は、エネルギービーム入射窓部３１の場合と同様に、場合によってはＸ線出射窓部４１に付着してしまう。回転窓部４２は、原料貯留槽２３の開口部２３ａから飛散する原料２２がＸ線出射窓部４１に到達することを防止することができる。

以上のように、本実施形態におけるＸ線発生装置１００は、回転体２１の一部が原料貯留槽２３に貯留された原料２２に浸漬した状態で当該回転体２１を回転させ、回転体２１の表面の少なくとも一部に原料２２を塗布する。そして、Ｘ線発生装置１００は、回転体２１の表面に塗布された原料２２に対してエネルギービームを照射し、Ｘ線を発生させる。したがって、比較的簡易な構成で、高輝度のＸ線を得ることができる。
ここで、上記原料２２は、常温液体金属とする。そのため、Ｘ線発生用のターゲット原料を液体状にするための加熱機構が不要である。また、ターゲット原料が高温ではないため、当該ターゲット原料を貯留する原料貯留槽２３や、ターゲット原料と接触し得る各種部材に耐熱性をもたせる必要がない。したがって、より簡易な構成とすることができる。

さらに、チャンバ１１内にエネルギービームＥｂを入射するためのエネルギービーム入射窓部３１、およびチャンバ１１外にＸ線を出射するためのＸ線出射窓部４１を設け、回転体２１と上記各窓部との間に原料２２を捕捉するための捕捉部材（回転窓部３２および４２）を配置する。したがって、エネルギービーム入射窓部３１やＸ線出射窓部４１に原料２２が付着することを防止することができ、安定したＸ線出力を得ることができる。
また、本実施形態におけるＸ線発生装置１００は、第二空間１１ｃを第一空間（エネルギービーム入射空間１１ｄ、Ｘ線出射空間１１ｅ）と比較して減圧雰囲気としている。これにより、第二空間１１ｃに位置する原料貯留槽２３の開口部２３ａから飛散する原料２２は、第一空間内に進入しにくくなり、結果として当該原料２２のエネルギービーム入射窓部３１やＸ線出射窓部４１への到達を抑制することができる。
このように、比較的簡易な構成で、回転体２１から飛散する原料２２がエネルギービーム入射窓部３２やＸ線出射窓部４２に付着することを抑制することができる。さらに、上記捕捉部材を板状（例えば、円盤状）の回転部材により構成するので、簡易な構成で捕捉部材により捕捉された原料２２を当該捕捉部材から離脱させることができる。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。
この第二の実施形態は、上述した第一の実施形態において第一の原料貯留槽である原料貯留槽２３をカバー状構造体としているのに対し、第一の原料貯留槽をコンテナとしたものである。
図５は、第二の実施形態における第一の原料貯留槽である原料貯留槽２３´の構成を示す図である。
本実施形態において、原料貯留槽２３´は、上方に開口を有するコンテナである。回転体２１は、その一部が原料貯留槽２３´が貯留する原料２２に浸漬するように配置される。なお、モータを使用した回転体２１の駆動構造、およびメカニカルシールを使用したチャンバ１１との接続構造は、図１に示すものと同等であるので、説明は省略する。
図５に示すように、回転体２１のエネルギービーム照射部分Ｂａを含む領域は、チャンバ１１内にて開放されている。よって、回転体２１の回転により生ずる遠心力により、回転体２１に付着している原料２２の一部は飛散し、チャンバ１１内壁に付着しやすい。ここで、原料２２が常温液体金属である場合、チャンバ１１内壁に付着した原料２２は、チャンバ１１の底部に移動し、当該底部に溜まる。

本実施形態では、チャンバ１１底部にはドレイン１４ａが設けられている。このドレイン１４ａは、回転体２１から飛散した原料２２のうちチャンバ１１底部に溜まった原料２２ａを、チャンバ１１外部へ排出可能な排出口である。ドレイン１４ａからチャンバ１１外部へ排出された原料２２は、リザーバ１４ｂに溜まり、その後廃棄される。なお、チャンバ１１底部に溜まった原料２２ａを排出する排出口は、原料２２ａを排出可能な位置および形状であればよく、例えばチャンバ１１の側壁下部に形成された排出孔であってもよい。

このように、原料２２を貯留する原料貯留槽は、第一の実施形態のようなカバー状構造体とする必要はなく、簡易な構成とすることができる。また、原料２２が腐食性のない常温液体金属である場合、回転体２１から飛散した原料２２がチャンバ１１内壁に付着しても問題ないため、チャンバ１１内壁に耐蝕性を持たせるための施しも必要ない。
また、本実施形態のように、第一の原料貯留槽としてコンテナを用いる場合、第一の原料貯留槽としてカバー状構造体を用いる場合と比較して、チャンバ１１内への原料２２の飛散量が多くなる。そのため、回転窓部３２および４２による原料２２の捕捉機構はより有効になる。

なお、本実施形態においては、チャンバ１１底部に溜まった原料２２ａをチャンバ１１外部へ排出し廃棄する場合について説明したが、上記原料２２ａを原料貯留槽２３´へ戻すようにしてもよい。例えば、図６に示すように、原料貯留槽２３´の側壁におけるチャンバ１１の底部よりも上方に、原料回収用の原料回収孔部２３ｂを設けてもよい。これにより、チャンバ１１底部に溜まった原料２２ａを、原料回収孔部２３ｂを介して、原料貯留槽２３´内に回収することが可能となる。この場合、図５に示すドレイン１４ａおよびリザーバ１４ｂが不要となる。
この図６では、原料貯留槽２３´の底部がチャンバ１１の底部から突出した構造となっているが、必ずしもこれに限るものではない。回転体２１の直径や、原料貯留槽２３´に貯留する原料２２の量によっては、図５に示すように、原料貯留槽２３´の底部とチャンバ１１の底部とが一致することも有り得る。

（変形例）
なお、上記各実施形態においては、第１空間内に原料２２を捕捉するための捕捉機構（回転窓部３２、４２）を設ける場合について説明したが、捕捉機構は必ずしも必要ではない。
また、上記各実施形態においては、エネルギービーム入射窓部３１およびＸ線出射窓部４１は、それぞれ複数設けられていてもよい。この場合、複数のエネルギービーム入射窓部に対応して、図１の原料貯留槽２３の開口部２３ａは複数設けられていてもよい。
また、上記各実施形態においては、Ｘ線発生用のターゲット原料として、常温で液体状である金属を用いる場合について説明したが、ターゲット原料は液体状であればよく、常温で液体状である必要はない。ただし、常温で液体状である金属を用いることで、上述したように装置構成を簡易化することができるため、好ましい。

１１…チャンバ、２１…回転体、２２…Ｘ線発生用ターゲット原料、２３…原料貯留槽、２３ａ…開口部、２７…原料循環装置、３１…エネルギービーム入射窓部、３２…回転窓部、４１…Ｘ線出射窓部、４２…回転窓部

Claims

チャンバと、
前記チャンバ内に配置された円盤状の回転体と、
前記チャンバ内に配置され、液体状のＸ線発生用のターゲット原料を貯留する第一の原料貯留槽と、
前記回転体の一部が前記第一の原料貯留槽に貯留されたターゲット原料に浸漬した状態で前記回転体を回転させることにより、前記回転体の表面の少なくとも一部に前記ターゲット原料を塗布する原料供給機構と、
前記チャンバの第一の開口部に設けられ、前記回転体の表面上の前記ターゲット原料に照射されるエネルギービームを透過させて前記チャンバの外部から前記チャンバの内部へ入射するエネルギービーム入射窓部と、
前記チャンバの第二の開口部に設けられ、前記ターゲット原料への前記エネルギービームの照射により発生したＸ線を透過させて前記チャンバの外部に出射するＸ線出射窓部と、を備えることを特徴とするＸ線発生装置。
前記ターゲット原料は、常温で液体状であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
前記回転体と前記Ｘ線出射窓部との間に配置され、前記Ｘ線を透過し前記ターゲット原料を捕捉する第一の捕捉部材をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線発生装置。
前記第一の捕捉部材は、板状の回転部材であることを特徴とする請求項３に記載のＸ線発生装置。
前記回転体と前記エネルギービーム入射窓部との間に配置され、前記エネルギービームを透過し前記ターゲット原料を捕捉する第二の捕捉部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
前記第二の捕捉部材は、板状の回転部材であることを特徴とする請求項５に記載のＸ線発生装置。
前記回転体の表面上の前記ターゲット原料の膜厚が所定の膜厚となるよう調整する膜厚調整部をさらに備え、
前記膜厚調整部は、前記回転体の表面に対して前記所定の膜厚に相当する所定の間隙を介して対向配置する膜厚調整部材を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
前記膜厚調整部材は、前記回転体の前記エネルギービームが照射される領域における前記ターゲット原料の膜厚を調整可能な位置に配置されていることを特徴とする請求項７に記載のＸ線発生装置。
前記第一の原料貯留槽は、前記回転体を包囲するカバー状の構造体であって、
前記回転体の前記エネルギービームが照射される領域に対応する位置に、前記エネルギービームが通過する開口部を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
前記第一の原料貯留槽は、上方に開口を有するコンテナであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
前記チャンバの下部に設けられ、前記チャンバの底部に溜まった前記ターゲット原料を前記チャンバの外部へ排出可能な排出口をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のＸ線発生装置。
前記第一の原料貯留槽は、その側壁における前記チャンバの底部よりも上方に、前記チャンバの底部に溜まった前記ターゲット原料を当該第一の原料貯留槽に回収可能な原料回収孔を備えることを特徴とする請求項１０に記載のＸ線発生装置。
前記チャンバは、前記エネルギービーム入射窓部と前記Ｘ線出射窓部との配置空間を含む第一空間と、前記回転体の配置空間を含む第二空間とを有し、
前記第二空間は、前記第一空間と空間的に接続され、前記第一空間よりも減圧雰囲気に設定されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
前記第一の原料貯留槽内の前記ターゲット原料を冷却する冷却機構をさらに備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
前記チャンバの外部に配置され、前記ターゲット原料を貯留する第二の原料貯留槽と、
前記第一の原料貯留槽と前記第二の原料貯留槽との間で前記ターゲット原料を循環させる循環機構と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
前記ターゲット原料は、ガリウム、または、ガリウム合金であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。