JP7195648B2 - Ｘ線源及びｘ線放射を発生する方法 - Google Patents

Description

ここで説明する本発明の概念は、一般に、電子衝突Ｘ線源、及びこのようなＸ線源で使用するための液体ターゲットに関する。

背景

液体ターゲットを照射することによってＸ線を発生するシステムは、本出願人の国際出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１２／０６１３５２及びＰＣＴ／ＥＰ２００９／０００４８１で説明されている。これらのシステムでは、高電圧カソードを含む電子銃を利用して、液体ジェットに衝突する電子ビームを生成する。ターゲットは、真空チャンバ内に設けられた、インジウム、スズ、ガリウム鉛、又は、ビスマスのような低融点の液体金属、あるいはこれらの合金によって形成されることが好ましい。液体ジェットを提供するための手段は、ヒーター及び／又はクーラー、（機械的ポンプ又は化学的不活性推進ガスの供給源のような）加圧手段、ノズル、及びジェットの末端で液体を収集するための容器を含んでいてもよい。電子ビームと液体ジェットとの間の相互作用によって発生するＸ線放射は、真空チャンバを周囲大気から分離する窓を通して真空チャンバを出ることができる。

しかしながら、改善したＸ線源が依然として必要とされている。

本発明の概念の目的は、改善したＸ線源を提供することである。

本発明の概念の第１の態様にしたがうと、Ｘ線源が提供され、Ｘ線源は、流れ軸に沿って移動する液体ターゲットを提供するように構成されている液体ターゲット源と、電子ビームを提供するように構成されている電子源と、流れ軸に対して非円形断面を含むように液体ターゲットを成形するように構成されている液体ターゲット成形器とを備え、非円形断面は、第１の軸に沿った第１の幅と、第２の軸に沿った第２の幅とを有し、第１の幅は、第２の幅よりも短く、液体ターゲットは、第１の軸と交差する衝突部分を含み、Ｘ線源は、電子ビームが衝突部分内の液体ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生するように、電子ビームを衝突部分に向けるように構成され、Ｘ線源は、衝突部分内で、電子ビームが液体ターゲットと相互作用するロケーションを移動するように構成されているアレンジメントをさらに備える。

本発明の概念は、非円形断面を有する液体ターゲットを提供することによって、例えば液体ターゲットの流量を増加する必要なく、電子ビームのためのより広い衝突面を達成できるという認識に基づく。より広い又はあまり湾曲していない衝突面はまた、複数の電子ビームが、好ましくは流れ軸に垂直な方向に沿って、液体ターゲットに同時に衝突することを可能にし、より大きい又はより広い電子ビームスポットが、Ｘ線スポットの焦点を実質的に損なうことなく使用されることを可能にしてもよい。このような衝突面は、楕円形又は線形の電子ビームスポットでも使用できることが理解されるだろう。

さらに、非円形断面を有する液体ターゲットは、同様の幅及び流量を有する円形断面を有する対応する液体ターゲットと比較して、改善した熱特性を提供することができる。特に、液体ターゲットの断面を規定する軸のうちの１つに沿って幅を減少することによって、液体ターゲットの速度を増加することができ、したがって、液体ターゲットの熱特性を改善することができる。言い換えれば、液体ターゲットを熱的に負荷する能力は、液体ターゲットの速度で変化する。幅を増大しながら速度を維持することは、質量流量を増大することを意味し、これは、ポンプシステムに対してより厳しい要件を課すかもしれない。

電子源及び／又はＸ線窓のポジションに対して衝突部分のポジションを調節できることも望ましく、Ｘ線窓を通ってＸ線放射はＸ線源を出ることができる。好ましくは、衝突部分及び電子源は、電子ビームが液体ターゲットの最大表面部分、すなわち、最小の湾曲度を有する液体ターゲットの部分に衝突してもよいように位置合わせされてもよい。さらに、電子ビームが衝突するためのより大きな表面を提供するために、衝突部分におけるターゲットの幅を増加することが望ましいかもしれない。

さらに、電子ビームが液体ターゲットに衝突する入射角は、例えば発生されるＸ線放射の空間分布に重要であるかもしれないことが認識されている。特に、電子ビームが液体ターゲットに衝突する入射角、及び／又は、電子ビームが液体ターゲットに衝突するロケーションは、断面の第１の軸を電子ビームの方向に対して回転することによって、又はその逆によって、並びに／或いは、電子ビームが液体ターゲットに衝突するロケーションを調節することによって、選択的に調節することができる。

「幅」という用語は、本出願の文脈では、液体ターゲットの左右の直径又は範囲を指すことができる。特に、第１の幅は、第１の軸に沿った非円形断面の最大幅であってもよく、第２の幅は、第２の軸に沿った非円形断面の最大幅であってもよい。第１及び第２の軸は、互いに垂直であってもよく、流れ軸と交差してもよい。第２の幅は、１０μｍから１０００μｍ、１００μｍから５００μｍ、１５０μｍから２５０μｍの範囲内のような、約１００μｍのオーダであってもよい。第２の幅と第１の幅との比は、いくつかの例では、例えば少なくとも１．１、例えば少なくとも１．５、例えば少なくとも２、例えば少なくとも５のような、少なくとも１．０５であってもよい。

「液体ターゲット」という用語は、本出願の文脈では、例えばノズルを通して押し出され、Ｘ線を発生するためのシステムを通って伝わる液体のストリーム又は流れを指すことができる。液体ターゲットは、一般に、液体の本質的に連続的な流れ又はストリームから形成されてもよいが、液体ターゲットは、追加的に又は代替的に、複数の液滴を含んでもよく、又は複数の液滴から形成されてもよいことが理解されるだろう。特に、液滴は、電子ビームとの相互作用の際に発生してもよい。液滴のグループ又はクラスタのこのような例も、「液体ターゲット」という用語に包含されてもよい。

液体ターゲットは、非円形の断面を有することができ、これは、楕円形、長円形、又は他の細長い形状に適合することができる。断面をより長くすることによって、衝突部分における表面の湾曲を低減することができる。最終的に、湾曲は、衝突部分における表面が平坦な２次元表面で近似されることを可能にするために十分に低くなってもよい。このようなターゲットは、「フラットジェット（flat jet）」とも呼ばれる。別の表現では、衝突部分のロケーションは、平坦な表面に最も近い類似点を有する液体ターゲットの部分として選択されてもよい。液体カーテンは、このようなジェットの極端な例であり、電子ビームの衝突部分として使用できる実質的に平坦な表面を示す。

液体ターゲットは、少なくとも衝突領域のロケーションにおいて、周囲環境に対して自由に伝播する液体ジェットの形をしてもよい。したがって、液体ジェットの材料は、Ｘ線源のチャンバ中の環境にさらされてもよい。

典型的には、液体ターゲット材料は、好ましくは比較的低い融点を有する金属である。このような金属の例は、インジウム、ガリウム、スズ、鉛、ビスマス、及びこれらの合金を含む。

以下の開示においてさらに説明されるように、電子ビームの電子ビームスポットは、丸い形状、又は細長い形状を有してもよい。いくつかの例では、細長い形状は、線形状又は線焦点として実現されてもよい。線焦点については、アスペクト比、すなわち焦点幅と焦点高さとの間の比を規定することができる。円形断面を有する液体ターゲットで達成可能なアスペクト比の典型的な値は４である。非円形断面を有する液体ターゲットは、より大きなアスペクト比、例えば少なくとも６を可能にすることができる。電子ビームスポットの形状は、発生されるＸ線放射の好ましい束及び／又は輝度に依存して選択されてもよい。

以下の開示を十分に理解するために、十分に大きいウェーバー数に対して、非円形開口を有するノズルから発する液体ターゲットに対して、軸切り替えと呼ばれる現象が観察されてもよいことに留意されたい。軸切り替えは、例えば長円形のような非円形の液体ターゲットの断面が、長軸及び短軸が液体ターゲットの流れ方向に沿って周期的に切り替わる方法で展開する現象である。切り替えの波長は、増加する液体ターゲット速度と共に増加する。さらに、軸切り替えは、粘度によって減衰され、粘度が増加するにつれて軸切り替えの振幅が０に近づくことを意味する。

したがって、衝突部分は流れ軸に沿って伸長してもよいことが理解される。さらに、衝突部分は、非円形断面のセクタ内の部分として説明されてもよい。この部分は、例えば、１８０度以下、例えば、１２０度以下、例えば、９０度以下、例えば、６０度以下の角度を有するセクタに及んでもよく、好ましくは、第１の軸を中心としてもよい。

Ｘ線源は、衝突部分内の特定の領域に電子ビームを向けるようにさらに構成されてもよい。このような領域は、相互作用領域とも呼ばれてもよい。したがって、衝突部分は、第1の軸が交差する表面部分又は体積のような部分として理解されてもよい一方で、相互作用領域は、電子ビームが衝突し、Ｘ線放射が発生されてもよい衝突部分の特定の部分又は領域として理解されてもよい。相互作用領域は、非円形断面の中心に向かって、すなわち流れ軸に向かって、距離を伸長する体積であってもよい。同様に、衝突部分は、体積であってもよく、非円形断面の中心に向かって、すなわち、流れ軸に向かって、距離を伸長してもよい。

本開示から容易に理解されるように、アレンジメントは、電子ビームが液体ターゲットに衝突するポジション、言い換えれば、相互作用領域のロケーションを調節するように構成されてもよい。これは、電子ビームスポットのフルサイズが液体ターゲットと相互作用することを可能にすること、特に、電子ビームスポットが衝突部分内で液体ターゲットと相互作用することを可能にすることを保証するために必要であってもよい。

アレンジメントは、例えば、液体ターゲットに対して電子ビームを移動するための電子光学アレンジメントを含むことができる。代替的に又は追加的に、アレンジメントは、電子ビームがターゲットと相互作用するロケーションを移動又は調節するように、液体ターゲット成形器と協働するように構成されてもよい。一例では、アレンジメントは、液体ターゲット成形器に結合され、液体ターゲットのポジション又は方向を調節できる方法でターゲット成形器を移動するように配置された、モータ又はアクチュエータを含むことができる。アレンジメントは、例えば、流れ軸の周りで液体ターゲット成形器を回転するように構成されてもよく、結果として、流れ軸の周りの衝突部分の対応する回転をもたらし、電子源に対する衝突部分の方向及び／又はポジションを変化することができる。さらなる例では、アレンジメントは、流れ軸及び／又は電子ビームの軌道に直交する方向に液体ターゲット成形器を移動し、並びに／或いは、流れ軸に対して液体ターゲット成形器を傾斜するように構成されてもよい。

一例では、アレンジメントは、非円形断面を含むように液体ターゲットを成形するために、磁界を発生するように構成された磁界発生器を制御するように構成されてもよい。磁界発生器を以下でより詳細に説明する。

上記の開示は、電子ビームと液体ターゲットとの間の相対ポジションを調節するために、アレンジメントをどのように用いることができるかのいくつかの例を提供する。相互作用領域及び／又は衝突部分を移動することは、結果として、電子ビームの入射角を調節することができる。このような補正の目的は、見る方向に沿った又はサンプルポジションにおける総Ｘ線束を増加すること、Ｘ線源の輝度を増加すること、又はＸ線源のポジションをＸ線システムの他の部分（例えば、光学系）と位置合わせすることであってもよい。一例では、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションの調節は、測定されたＸ線出力に基づく。

電子ビームは、０度よりも大きくてもよい入射角で衝突部分と相互作用することができる。入射角は、非円形断面への法線に対する入射角として規定することができる。

０度より大きい入射角で衝突部分と相互作用する電子ビームを有することの利点は、より少ないＸ線が液体ターゲットに吸収されてもよいことである。特に、電子ビームの方向に対して実質的に垂直であるような角度で位置付けられたＸ線窓を介して、より多くのＸ線が透過されてもよい。結果として、本アレンジメントは、増加した総Ｘ線束、及び／又は増加したＸ線輝度を提供することができる。

以下では、とりわけ、電子ビームが液体ターゲットに衝突する相互作用領域のロケーション及び／又は入射角の調節を提供するために、Ｘ線源の可能な修正が続く。以下の段落から理解されるように、液体ターゲット、電子ビーム、又はこれら２つの組み合わせに対して変更を行うことができる。

電子源は、電子ビームの入射角及び／又は電子ビームがターゲットに衝突する相互作用領域のロケーションを調節するために、流れ軸の周りを回転するように構成されてもよい。

液体ターゲット成形器は、非円形断面を含むように液体ターゲットを成形するために、非円形開口を有するノズルを含むことができる。開口は、例えば、長円形、長方形、正方形、六角形、楕円形、スタジアム形、及び角が丸い長方形を含むグループから選択される形状を有してもよい。

いくつかの実施形態にしたがうＸ線源は、電子ビームが液体ターゲットと相互作用するロケーションを変化するように、液体ターゲットを電子ビームに対して移動するように構成されてもよいことが理解されるだろう。移動は、例えば、液体ジェットの流れ軸に垂直な方向及び／又は電子ビームの伝搬方向に垂直な方向で実現することができ、結果として、相互作用領域のロケーションの横方向のシフトをもたらす。相互作用領域の移動又はポジションのシフトは、例えば、液体ターゲット源によって達成することができる。

一例では、液体ターゲット源のノズルは、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するために、流れ軸に沿って移動するように構成されてもよい。

一例では、ノズルは、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するために、流れ軸の周りを回転するように構成されてもよい。

一例では、液体ターゲット源は、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するために、流れ軸に垂直な方向に移動するように構成されてもよい。

液体ターゲット成形器は、非円形断面を含むように液体ターゲットを成形するために、磁界を発生するように構成された磁界発生器を備えていてもよい。磁界は、流れ軸に対して実質的に垂直であってもよい。磁界の大きさは、液体ターゲットが流れ軸に沿って移動すると液体ターゲットが磁界勾配を受けるように、流れ軸の方向に不均一であってもよい。言い換えれば、磁界は、磁界勾配を含んでいてもよい。液体ターゲットを成形するための機構は、液体ターゲット内の誘導された渦電流に基づいてもよく、したがって、液体ターゲットは導電性であってもよい。磁界は交番磁界であってもよい。

一例は、流れ軸に沿って方向付けられた磁界の時間変動コンポーネントを含んでいてもよい。この磁界コンポーネントは、液体ターゲットに加速度を与えることができ、したがって、気化又は同様の問題が生じる前に液体ターゲットに印加できる熱負荷を増大する。

磁界勾配の印加による液体ターゲット半径の最大相対変化は、以下のように書くことができる。

上で規定した

はスチュアート数と呼ばれ、

はウェーバー数であり、

はノズル半径であり、

は磁界の大きさであり、

は磁界勾配の長さスケールであり、

は液体ターゲットの導電率である。

一例では、液体ターゲットは液体ガリウムからなり、以下の値が上記の式に入力される。

これは、数パーセントの液体ターゲット半径の最大変化を与えることができる。

長円形ノズルのケースと同様に、液体ターゲットの形状は、流れ軸に沿って振動することができる。上記で使用した値は、約２５０ノズル半径、すなわち２５ｍｍの波長を与える。液体ターゲットの出口速度が１０００ｍ／ｓに増加する（すなわちウェーバー数が１００倍に増加する）場合、振幅はほぼ同じであるが、波長は１０倍増加する。相対半径変化の大きさを増加する１つの方法は、大きさがスチュアート数に、すなわち磁界の二乗に比例することから、磁界を増加することであってもよい。効果を高める別の方法は、ウェーバー数を増加することである。これは、表面張力を低下することによって、スチュアート数に影響を及ぼすことなく行うことができる。これは、温度が上昇することによって達成することができる。一例として、磁界を４Ｔに増加することによって、効果の大きさは、半径の相対変化において約１０％である。副次的な注意として、大きさはまた、ノズル直径の増加と共に増加するかもしれない。しかしながら、単に直径が増加することは、結果として、質量流量が維持されるという条件でより低いスピードをもたらすかもしれないことから、これは、上述したように逆効果であるかもしれない。より低いスピードは、液体ターゲット上のより低い許容熱負荷を意味するかもしれない。

磁界発生器は、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するために、磁界を調節するように構成されてもよい。

磁界は不均一であってもよい。
特に、磁界発生器は、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するために、不均一磁界の方向を調節するように構成されてもよい。

一例では、磁界発生器は、相互作用領域のポジションが電子ビームに対して移動するように、液体ターゲットを移動する磁界を発生するように構成されてもよい。

液体ターゲット源は、第１及び第２の幅を調節するために、液体ターゲットの調節可能な流量を提供するように構成されてもよい。

液体ターゲットは金属であってもよい。

Ｘ線源は、電子ビームの方向に対して衝突領域を回転するように構成されてもよい。言い換えれば、Ｘ線源は、非円形断面の第１の軸を電子ビームの方向に回転するように構成されてもよい。

上述したようなノズル及び磁界発生器は両方とも、本発明の概念にしたがうＸ線源中に存在してもよいことが理解されるだろう。

本発明の概念の第２の態様にしたがうと、Ｘ線放射を発生する方法が提供される。方法は、電子ビームを提供することと、流れ軸に沿って移動する液体ターゲットを提供することと、液体ターゲットは、流れ軸に対して非円形断面を備え、非円形断面は、第１の軸に沿った第１の幅と、第２の軸に沿った第２の幅とを有し、第１の幅は、第２の幅よりも短く、液体ターゲットは、第１の軸と交差する衝突部分を含み、電子ビームが衝突部分内の液体ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生するように、電子ビームを衝突部分に向けることと、を含む。

方法は、電子ビームが液体ターゲットと相互作用するロケーション、すなわち相互作用領域を移動するために、電子ビームを流れ軸に沿って及び／又は流れ軸に垂直な方向に移動することをさらに含んでいてもよい。

方法は、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するために、流れ軸の周りで電子源を回転することをさらに含んでいてもよい。

方法は、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するために、流れ軸に沿ってノズルを移動することをさらに含んでいてもよい。

方法は、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するために、流れ軸の周りでノズルを回転することをさらに含んでいてもよい。

液体ターゲットを提供するステップは、液体ターゲットの非円形断面を成形するための磁界を提供することを含んでいてもよい。

方法は、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するために磁界を調節することをさらに含んでいてもよい。

方法は、第１及び第２の幅を調節するために、液体ターゲットの流量を調節することをさらに含んでいてもよい。

方法は、電子ビームの方向に対して衝突領域を回転することをさらに含んでいてもよい。

方法は、例えば、好ましくは衝突部分における電子ビームの幅を決定するために、液体ターゲットとセンサエリアの非遮蔽部分との間で電子ビームをスキャンするステップをさらに含んでいてもよい。第１の態様にしたがうＸ線源の一部を形成できるセンサエリアは、液体ターゲットがセンサエリアを少なくとも部分的に遮蔽するように、電子源から見て液体ターゲットの背後に配置されてもよい。このアレンジメントは、電子ビームが液体ターゲットに及び／又は液体ターゲットからスキャンされ、センサエリアの非遮蔽部分に衝突することを可能にする。次いで、センサからの出力信号を分析して、好ましくはスキャン方向又は流れ軸に垂直な方向における液体ターゲットの幅を決定してもよい。

液体ターゲットの決定された幅は、液体ターゲット源、液体ターゲット成形器及び／又は電子ビームの動作のためのフィードバック又は調節パラメータとして使用してもよい。このようなフィードバック又は調節の目的は、好ましくは衝突部分において、液体ターゲットの幅を制御することであってもよい。したがって、液体ターゲットの流量を調節することによって、流れ軸の周りで衝突部分を回転することによって、電子ビームが液体ターゲットと相互作用するロケーションを移動することによって、及び／又は、電子ビームと衝突部分の表面との間の入射角を調節することによって、幅は変化してもよい。

一例では、第２の態様にしたがう方法は、例えばＸ線束及び／又はＸ線輝度のようなＸ線出力の測定を含んでいてもよい。測定は、生成されたＸ線放射を特徴付ける又は定量化するためのセンサ手段によって実行されてもよい。上述のフィードバック機構と同様に、測定されたＸ線出力は、電子ビームと液体ターゲットとの間の相互作用を制御して、例えば束又は輝度に関して所望の出力を達成するために使用されてもよい。相互作用は、例えば、流れ軸の周りで衝突部分を回転することによって、電子ビームが液体ターゲットと相互作用するロケーションを移動することによって、又は、電子ビームと衝突部分の表面との間の入射角を調節することによって、制御されてもよい。

上記の態様のうちの第１の態様に関連して説明した特徴は、上記の態様のうちの他の態様にも組み込まれてもよく、特徴の利点は、それが組み込まれるすべての態様に適用可能である。

本発明の概念の他の目的、特徴、及び利点は、以下の詳細な開示から、添付の特許請求の範囲から、及び図面から明らかになるだろう。

一般に、特許請求の範囲で使用されるすべての用語は、ここで別段に明示的に規定されない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味にしたがって解釈されるべきである。さらに、ここにおける「第１の」、「第２の」、及び「第３の」並びにこれらに類するもののような用語の使用は、順序、量、又は重要性を示すものではなく、むしろ１つの要素を別の要素と区別するために使用される。「ａ／ａｎ／ｔｈｅ［要素、デバイス、コンポーネント、手段、ステップ等］」のすべての参照は、明示的に別段の定めがない限り、前記要素、デバイス、コンポーネント、手段、ステップ等のうちの少なくとも１つ実例を指すものとしてオープンに解釈すべきである。ここに開示される任意の方法のステップは、明示的に述べられない限り、開示される正確な順序で実行される必要はない。

本発明の概念の上記の及び追加の目的、特徴、並びに利点は、添付の図面を参照して、本発明の概念の異なる実施形態の以下の例示的及び非限定的な詳細な説明を通してより良く理解されるだろう。
図１ａは、Ｘ線源を概略的に図示している。 図１ｂは、磁界発生器が設けられたＸ線源を概略的に図示している。 図２は、液体ターゲットの斜視図を概略的に図示している。 図３は、液体ターゲットの非円形断面を概略的に図示している。 図４ａは、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するための電子源の移動を概略的に図示している。 図４ｂは、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するための電子源の移動を概略的に図示している。 図４ｃは、複数の電子ビームが衝突する液体ターゲットの非円形断面を概略的に図示している。 図４ｄは、細長い断面を有する電子ビームを概略的に図示している。 図５ａは、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するための液体ターゲットの成形を概略的に図示している。 図５ｂは、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するための液体ターゲットの成形を概略的に図示している。 図６ａは、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するための電子ビームの移動を概略的に図示している。 図６ｂは、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するための電子ビームの移動を概略的に図示している。 図７は、Ｘ線放射を発生する方法のフローチャートである。

図面は、必ずしも縮尺通りではなく、概して、本発明の概念を解明するために必要な部分のみを示しており、他の部分は省略する、又は単に示唆しているかもしれない。

詳細な説明

図１ａを参照して、本発明の概念にしたがうＸ線源を説明する。電子ビーム１００は、例えば、高電圧カソードを備える電子銃のような電子源１０２から発生され、液体ターゲット１０４は、液体ターゲット源１０６から提供される。電子ビーム１００が液体ターゲット１０４と相互作用し、Ｘ線放射１０８が発生されるように、電子ビーム１００は液体ターゲット１０４の衝突部分に方向付けられる。液体ターゲット１０４を発生するために、少なくとも１０バール、好ましくは少なくとも５０バールに圧力を上昇するように適合された高圧ポンプのようなポンプ１１０によって、液体ターゲット１０４は、好ましくは、収集され、液体ターゲット源１０６に戻される。

液体ターゲット１０４、すなわちアノードは、例えば液体金属又は液体合金のような流体を噴射して液体ターゲット１０４を形成することができる、ノズルを備える液体ターゲット源１０６によって形成することができる。複数の液体ターゲット及び／又は複数の電子ビームを含むＸ線源が本発明の概念の範囲内で可能であることを理解すべきである。

さらに図１ａを参照すると、Ｘ線源は、電子ビーム１００と液体ターゲット１０４との相互作用から発生したＸ線放射を透過するように構成されたＸ線窓（図示せず）を備えることができる。Ｘ線窓は、電子ビームの進行方向に実質的に垂直に位置付けることができる。

図１ｂを参照すると、磁界発生器１０３が、液体ターゲット源１０６及び液体ターゲット１０４に関連して示されている。磁界発生器１０３及び液体ターゲット１０４は、図１ａに関連して説明したＸ線源と同様に構成されてもよいＸ線源中に含まれてもよい。磁界発生器１０３は、流れ軸に沿ってさらに伸長してもよく、示される磁界発生器１０３の配置は、いくつかの異なる構成のうちの例にすぎないことを理解されたい。本例では、磁界発生器１０３は、液体ターゲット１０４の断面を修正又は成形するための磁界を発生するための複数の手段を含むことができる。このような手段の例は、例えば、電磁石を含むことができ、電磁石は、例えば、液体ターゲット１０４の経路の異なる側に配置されて、その形状に影響を及ぼすことができる。

図２を参照すると、流れ軸Ｆに沿って移動する液体ターゲット２０４の例が図示されている。液体ターゲットは、液体ターゲット源２０６によって発生される。Ｘ線源は、非円形断面２１４を含むように液体ターゲット２０６を成形するために、液体ターゲット成形器、例えば非円形開口を有するノズル２１２を含む。図示した例では、ノズル２１２は長円形の開口を有する。非円形断面２１４は、第１の軸Ａ１に沿った、直径とも呼ばれる第１の幅と、第２の軸Ａ２に沿った、第２の幅又は直径とを有し、第１の直径は、第２の直径よりも短い。液体ターゲット２０４は、第１の軸Ａ１と交差する衝突部分２１６を含む。ここで、衝突部分２１６は、第１の軸Ａ１を中心とする均一なエリアとして図示されている。しかしながら、衝突部分２１６は任意の形状を有してもよいことを理解されるだろう。さらに、衝突部分２１６は、ここでは非円形断面でのみで図示されているが、衝突部分２１６が流れ軸Ｆに沿って伸長することが可能であることに留意されたい。

電子ビーム２００が液体ターゲット２０６と相互作用し、Ｘ線放射が発生されるように、電子ビーム２００が衝突部分２１６に方向付けられる。特に、電子ビーム２００は、衝突領域２１６内に位置付けられている相互作用領域２１８に方向付けられる。相互作用領域は、電子ビームが衝突したときにＸ線が発生する領域として規定することができる。

液体ターゲット２０４の特性に依存して、本開示で先に論じたように、軸切替えが観察されるかもしれない。図２では、第１及び第２の軸が流れ軸Ｆに沿って配置を切り替えることが分かる。液体ターゲット２０４の軸、すなわち第１の軸Ａ１及び第２の軸Ａ２は、流れ軸Ｆに沿って数回配置を切り替えることができ、波長は、流れ軸Ｆに沿った液体ターゲットの速度に比例する。特に、軸切り替えの波長は、ウェーバー数の平方根に比例し、これは、線速度依存性に対応する。あるパラメータの組み合わせに対して、１つの軸の切り替え事象のみが発生する状況が観察されるかもしれず、例えば、細長いノズルから噴射された液体ターゲットは、９０度回転し、次いで、観察可能な距離を回転することなく継続する。

図３を参照すると、非円形断面３１４が詳細に図示されている。非円形断面３１４は、図１及び図２に関連して上述したものと同様のＸ線源の液体ターゲットの一部を形成することができる。相互作用領域３１８は、この図では必ずしも縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。非円形断面３１４は、第１の軸Ａ１に沿った第１の直径３２２と、第２の軸Ａ２に沿った第２の直径３２０とを含み、第１の直径３２２は第２の直径３２０よりも短い。衝突部分３１６は、見て分かるように、第１の軸Ａ１と交差している。ここで、電子ビーム２００は、０度より大きい入射角θで液体ターゲットと相互作用する。

ここで図４ａを参照すると、入射角θ１で液体ターゲット４０４と相互作用する電子ビーム４００が示されている。相互作用領域４１８は、衝突部分４１６内に位置付けられている。入射角及び／又は相互作用領域４１８のロケーションを調節するために、電子ビーム４００を提供する電子源（図示せず）を流れ軸に対して回転することができる。図４ｂに示されるように、このような回転は、結果として、入射角θ２で液体ターゲット４０４と相互作用する電子ビーム４００をもたらすことができ、相互作用領域４１８のロケーションも衝突部分４１６内で変化することができる。

図４ｃを参照すると、液体ターゲット４０４と相互作用する第１及び第２の電子ビーム４００、４０１が示されている。それぞれの第１及び第２の相互作用領域４１８、４１９が図示されている。第１の相互作用領域４１８及び第２の相互作用領域４１９は、衝突部分４１６内に配置される。第１の相互作用領域４１８で発生されたＸ線放射４０８は、第１の電子ビーム４００の方向に実質的に垂直に位置付けられている第１のＸ線窓４２１を透過する。第２の相互作用領域４１９で発生されたＸ線放射４０９は、第２の電子ビーム４０１の方向に実質的に垂直に位置付けられている第２のＸ線窓４２３を透過する。見て分かるように、Ｘ線放射は、好ましくは、Ｘ線放射が発生される相互作用領域に対して非円形断面の第１の軸から離れる方向に位置付けられているＸ線窓を介して透過されてもよい。これは、液体ターゲットにおける吸収によって引き起こされるＸ線放射の減衰を回避するためである。

図４ｄを参照すると、細長い断面を有する電子ビーム４００が図示されている。したがって、衝突部分４１６内に位置付けられている相互作用領域４１８は、図示される断面に見られるように、細長い形状又は線形状が推測される。細長い断面を有する電子ビーム４００を利用するとき、改善した焦点特性を達成するために、本発明の概念にしたがって電子ビーム４００を衝突部分に方向付けることが有利であるかもしれない。さらに、相互作用領域４１８で発生されたＸ線放射は、第１の軸の片側又は両側に位置付けられているＸ線窓を介して透過されてもよい。

図５ａを参照すると、入射角θ１で液体ターゲット５０４と相互作用する電子ビーム５００が示されている。相互作用領域５１８は、衝突部分５１６内に位置付けられている。入射角及び／又は相互作用領域５１８のロケーションを調節するために、液体ターゲット５０４を流れ軸の周りで回転することができる。これは、例えば、流れ軸の周りでノズルを回転することによって、及び／又は、非円形断面を含むように液体ターゲット５０４を成形するように配置された磁界を調節することによって、達成されてもよい。図５ｂに示すように、流れ軸の周りの液体ターゲット５０４の回転は、結果として入射角θ２で液体ターゲット５０４と相互作用する電子ビーム５００をもたらすことができ、相互作用領域５１８のロケーションも衝突部分５１６内で変化することができる。

図６ａを参照すると、入射角θ１で液体ターゲット６０４と相互作用する電子ビーム６００が示されている。ここで、θ１は実質的に０である。相互作用領域６１８は、衝突部分６１６内に位置付けられている。入射角及び／又は相互作用領域６１６のロケーションを調節するために、電子ビーム６００は、流れ軸に沿って、及び／又は、流れ軸に垂直な方向に移動されてもよい。図示した例は、流れ軸に垂直な方向における電子ビーム６００の移動を示す。流れ軸に沿った、及び／又は、流れ軸に垂直な方向における電子ビーム６００の移動は、電子ビーム６００を移動するように構成された電子光学アレンジメント（図示せず）を有することによって達成されてもよい。「移動」という用語は、電子ビームの集束及び／又は偏向を含むと解釈されるべきである。図６ｂに示すように、上述のように電子ビーム６００を移動することは、結果として電子ビーム６００が入射角θ２で液体ターゲット６０４と相互作用することをもたらすができ、相互作用領域６１８のロケーションも衝突部分６１６内で変化することができる。

さらに、図示されていないが、入射角及び／又は相互作用領域のロケーションを調節するために、流れ軸に沿って液体ターゲット成形器のノズルを移動すること、及び／又は、磁界発生器によって発生される磁界を調節することが可能であってもよい。入射角及び／又は相互作用領域のロケーションの結果として生じる調節は、図４ａから６ｂに関連して上述したものと類似している。

さらに、本発明の概念の範囲内で、図４ａから図６ｂに関連して上述した調節の任意の組み合わせが可能であることが理解されるだろう。

適切なセンサ手段及び制御装置（図示せず）を設けることによって、図４ａから図６ｂに関連して上述した調節を行って、所望の性能を達成することができる。一例は、秒当たりのＸ線光子の数によって測定されるように、サンプルポジションにおいて増加したＸ線束を提供することである。別の例は、増加したＸ線輝度、すなわち、時間、エリア、及び立体角当たりの光子の数を提供することである。輝度を測定するために、Ｘ線放射強度の空間分布を記録することができる検出器が必要とされてもよい。調節は、適切な制御アルゴリズム、例えばＰＩＤ制御装置によって制御されてもよい。

図４ｃに関連して前述したように、Ｘ線源は、１より多くの電子ビームを含むことができ、したがって、１より多くの相互作用領域を提供する。この一例は、デュアルポート源、すなわち、２つの実質的に平行な電子ビームに対して実質的に垂直な反対方向に２つのＸ線窓があるときである。このアレンジメントにより、２つのスポットは、所望の性能を達成するために個々に調節されてもよい。別の例は、干渉計用途、例えばタルボロー干渉法のために同じ方向に放射する複数のＸ線源を提供することである。この文脈で、液体ターゲットと相互作用する流れ軸に実質的に垂直に分布した複数のスポットで、幅にわたって熱負荷を分布することができるので、広いターゲットが好ましいかもしれないことに留意されたい。代わりに、スポットが流れ軸に沿って配置された場合、下流の相互作用領域が上流の相互作用領域の熱負荷にもさらされるので、許容される熱負荷はより小さくなる。

図７を参照して、本発明の概念にしたがうＸ線放射を発生する方法を説明する。明確さ及び簡潔さのために、「ステップ」に関して方法を説明する。ステップは、必ずしも時間的に区切られた、又は、互いに別個のプロセスではなく、１より多くの「ステップ」が同時に並行する方法で実行されてもよいことが強調される。

ステップ７２４では、流れ軸に沿って移動する液体ターゲットが提供される。ステップ７２６において、電子ビームが提供される。ステップ７２８において、液体ターゲットは、流れ軸に対して非円形断面を含むように成形され、非円形断面は、第２の直径よりも短い第１の直径を含み、液体ターゲットは、第１の軸と交差する衝突部分を含む。ステップ７３０では、電子ビームが衝突部分内の液体ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生するように、電子ビームが衝突部分に方向付けられる。

本方法は、電子ビームが相互作用するためのより広い衝突部分を提供するように衝突部分を調節するステップをさらに含むことができる。液体ターゲットの幅は、液体ターゲットにわたって電子ビームをスキャンし（７３２）、電子ビームの方向において液体ターゲットの下流に位置付けられているｅダンプ（図示せず）に吸収される電流を測定することによって、測定することができる。所望の値に向けて幅を制御するステップ７３４をさらに含むことができる。

代替的に又は追加的に、本方法は、例えばＸ線束又はＸ線輝度のようなＸ線出力を測定するステップ７３６と、測定されたＸ線出力に基づいてＸ線放射の発生を制御するステップ７３８とを含んでいてもよい。

当業者は、決して上述の例示的な実施形態に限定されない。それどころか、添付の特許請求の範囲内で多くの修正及びバリエーションが可能である。
特に、１より多くの液体ターゲットを含むＸ線源及びシステムが、本発明の概念の範囲内で考えられる。さらに、ここで説明されるタイプのＸ線源は、医療診断、非破壊試験、リソグラフィ、結晶分析、顕微鏡使用、材料科学、顕微鏡表面物理学、Ｘ線回折による蛋白質構造決定、Ｘ線光分光（ＸＰＳ）、測長小角Ｘ線散乱（ＣＤ－ＳＡＸＳ）、及び蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）によって例示されるが、これらに限定されない特定の用途に合わせられたＸ線光学及び／又は検出器と有利に組み合わせることができる。さらに、開示された実施例に対する変形は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、特許請求された発明を実施する当業者によって理解され、達成されてもよい。相互に異なる従属請求項中に、ある手段が規定されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用できないことを示すものではない。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
〔１〕
Ｘ線源であって、
流れ軸に沿って移動する液体ターゲットを提供するように構成されている液体ターゲット源と、
電子ビームを提供するように構成されている電子源と、
前記流れ軸に対して非円形断面を含むように前記液体ターゲットを成形するように構成されている液体ターゲット成形器であって、前記非円形断面は、第１の軸に沿った第１の幅と、第２の軸に沿った第２の幅とを有し、前記第１の幅は、前記第２の幅よりも短く、前記液体ターゲットは、前記第１の軸と交差する衝突部分を含む、液体ターゲット成形器と、を備え、
前記Ｘ線源は、前記電子ビームが前記衝突部分内の前記液体ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生するように、前記電子ビームを前記衝突部分に向けるように構成され、
前記Ｘ線源は、前記衝突部分内で、前記電子ビームが前記液体ターゲットと相互作用するロケーションを移動するように構成されているアレンジメントをさらに備える、Ｘ線源。
〔２〕
前記アレンジメントは、前記電子ビームを前記液体ターゲットに対して移動するように構成されている電子光学アレンジメントである、〔１〕に記載のＸ線源。
〔３〕
前記アレンジメントは、前記衝突部分内で、前記電子ビームが前記液体ターゲットと相互作用するロケーションを移動するように、前記液体ターゲット成形器と協働するように構成されている、〔１〕に記載のＸ線源。
〔４〕
前記アレンジメントは、前記ターゲット成形器を前記流れ軸の周りで回転するように構成されている、〔３〕に記載のＸ線源。
〔５〕
前記アレンジメントは、前記ターゲット成形器を前記流れ軸に直交する方向に移動するように構成されている、〔３〕に記載のＸ線源。
〔６〕
前記アレンジメントは、前記ターゲット成形器を前記流れ軸に対して傾斜するように構成されている、〔３〕に記載のＸ線源。
〔７〕
前記液体ターゲット成形器は、前記液体ターゲットを、前記非円形断面を含むように成形するために、非円形開口を有するノズルを含む、〔１〕から〔６〕のいずれか一項に記載のＸ線源。
〔８〕
前記アレンジメントは、前記電子ビームに対する前記衝突部分のロケーション及び／又は方向を調節するために、前記流れ軸に沿って前記ノズルを移動するように構成されている、〔７〕に記載のＸ線源。
〔９〕
前記非円形開口は、長円形、長方形、正方形、六角形、楕円形、スタジアム形、及び角が丸い長方形を含むグループから選択される形状を有する、〔７〕に記載のＸ線源。
〔１０〕
前記液体ターゲット成形器は、前記非円形断面を含むように前記液体ターゲットを成形するための磁界を発生するように構成された磁界発生器を含む、〔１〕に記載のＸ線源。
〔１１〕
前記磁界発生器は、前記電子ビームに対する前記衝突部分のロケーション及び／又は方向を調節するために、前記磁界を調節するように構成されている、〔１０〕に記載のＸ線源。
〔１２〕
前記電子源は、前記衝突部分内で前記液体ターゲットと相互作用する複数の電子ビームを発生するように構成されている、〔１〕から〔１１〕のいずれか一項に記載のＸ線源。
〔１３〕
前記液体ターゲットは金属である、〔１〕から〔１２〕のいずれか一項に記載のＸ線源。
〔１４〕
Ｘ線放射を発生する方法であって、
電子ビームを提供することと、
流れ軸に沿って移動する液体ターゲットを提供することと、前記液体ターゲットは、前記流れ軸に対して非円形断面を備え、前記非円形断面は、第１の軸に沿った第１の幅と、第２の軸に沿った第２の幅とを有し、前記第１の幅は、前記第２の幅よりも短く、前記液体ターゲットは、前記第１の軸と交差する衝突部分を含み、
前記電子ビームが前記衝突部分内の前記液体ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生するように、前記電子ビームを前記衝突部分に向けることと、
前記衝突部分内で、前記電子ビームが前記液体ターゲットと相互作用するロケーションを移動することとを含む、方法。
〔１５〕
前記電子ビームと前記衝突部分の表面との間の入射角を調節することをさらに含む、〔１４〕に記載の方法。
〔１６〕
前記液体ターゲットと、前記液体ターゲットによって少なくとも部分的に遮蔽されるように配置されたセンサエリアの非遮蔽部分との間で前記電子ビームをスキャンすることと、
前記センサエリアからの信号に基づいて、前記液体ターゲットの幅を決定することと、
前記決定した幅に基づいて、
前記流れ軸の周りで前記衝突部分を回転すること、
前記電子ビームが前記液体ターゲットと相互作用する前記ロケーションを移動すること、及び、
前記電子ビームと前記衝突部分の表面との間の入射角を調節すること、のうちの少なくとも１つを実行することとをさらに含む、〔１４〕に記載の方法。
〔１７〕
Ｘ線出力を測定することと、
前記測定したＸ線出力に基づいて、
前記流れ軸の周りで前記衝突部分を回転すること、
前記電子ビームが前記液体ターゲットと相互作用する前記ロケーションを移動すること、及び、
前記電子ビームと前記衝突部分の表面との間の入射角を調節すること、のうちの少なくとも１つを実行することとをさらに含み、
前記Ｘ線出力は、Ｘ線束及びＸ線輝度から選択される、〔１３〕に記載の方法。

参照符号のリスト
１００ 電子ビーム
１０２ 電子源
１０３ 磁界発生器
１０４ 液体ターゲット
１０６ 液体ターゲット源
１０８ Ｘ線放射
１１０ ポンプ
２００ 電子ビーム
２０４ 液体ターゲット
２０６ 液体ターゲット源
２１２ ノズル
２１４ 非円形断面
２１６ 衝突部分
２１８ 相互作用領域
３００ 電子ビーム
３１４ 液体ターゲット
３１６ 衝突部分
３１８ 相互作用領域
３２２ 第２の幅
３２３ 第１の幅
４０１ 第１の電子ビーム
４０３ 第２の電子ビーム
４０４ 液体ターゲット
４０８ Ｘ線放射
４０９ Ｘ線放射
４１６ 衝突部分
４１９ 第１の相互作用領域
４２１ 第２の相互作用領域
４２２ 第１のＸ線窓
４２５ 第２のＸ線窓
５００ 電子ビーム
５０４ 液体ターゲット
５１６ 衝突部分
５１８ 相互作用領域
６００ 電子ビーム
６０４ 液体ターゲット
６１６ 衝突部分
６１８ 相互作用領域
７２４ 液体ターゲットを提供するステップ
７２６ 電子ビームを提供するステップ
７２８ 液体ターゲットを成形するステップ
７３０ 電子ビームを方向付けるステップ
７３２ 電子ビームをスキャンするステップ
７３４ 幅を制御するステップ
７３６ Ｘ線出力を測定するステップ
７３８ Ｘ線出力を制御するステップ

Claims (14)

1. Ｘ線源であって、
   自由伝播液体ジェットの形をなし、流れ軸に沿って移動する液体ターゲットを提供するように構成されている液体ターゲット源と、
   電子ビームを提供するように構成されている電子源と、
   前記液体ターゲットが前記流れ軸に対して非円形断面を有するように前記液体ターゲットを成形するように構成されている液体ターゲット成形器であって、前記非円形断面は、第１の軸に沿った第１の幅と、第２の軸に沿った第２の幅とを有し、前記第１の幅は、前記第２の幅よりも短く、前記液体ターゲットは、前記第１の軸と交差する衝突部分を含む、液体ターゲット成形器と、を備え、
   前記Ｘ線源は、前記電子ビームが前記衝突部分内の前記液体ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生するように、前記電子ビームを前記衝突部分に向けるように構成され、
   前記Ｘ線源は、前記衝突部分内で、前記電子ビームが前記液体ターゲットと相互作用するロケーションを移動するように構成されている第１のアレンジメントをさらに備え、
   前記Ｘ線源は、さらに、
   前記液体ターゲットと、前記液体ターゲットによって少なくとも部分的に遮蔽されるように配置されたセンサエリアの非遮蔽部分との間で前記電子ビームをスキャンし、
   前記センサエリアからの信号に基づいて、前記液体ターゲットの幅を決定し、
   前記決定した幅に基づいて、前記電子ビームと前記衝突部分の表面との間の入射角を調節する、ように構成されている第２のアレンジメントを備える、Ｘ線源。
2. 前記第１のアレンジメントは、前記電子ビームを前記液体ターゲットに対して移動するように構成されている電子光学アレンジメントである、請求項１に記載のＸ線源。
3. 前記第１のアレンジメントは、前記衝突部分内で、前記電子ビームが前記液体ターゲットと相互作用するロケーションを移動するように、前記液体ターゲット成形器と協働するように構成されている、請求項１に記載のＸ線源。
4. 前記第１のアレンジメントは、前記液体ターゲット成形器を前記流れ軸の周りで回転するように構成されている、請求項３に記載のＸ線源。
5. 前記第１のアレンジメントは、前記液体ターゲット成形器を前記流れ軸に直交する方向に移動するように構成されている、請求項３に記載のＸ線源。
6. 前記第１のアレンジメントは、前記液体ターゲット成形器を前記流れ軸に対して傾斜するように構成されている、請求項３に記載のＸ線源。
7. 前記液体ターゲット成形器は、前記液体ターゲットを、前記非円形断面を含むように成形するために、非円形開口を有するノズルを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のＸ線源。
8. 前記第１のアレンジメントは、前記電子ビームに対する前記衝突部分のロケーション及び／又は方向を調節するために、前記流れ軸に沿って前記ノズルを移動するように構成されている、請求項７に記載のＸ線源。
9. 前記液体ターゲット成形器は、前記液体ターゲットが前記非円形断面を有するように前記液体ターゲットを成形するための磁界を発生するように構成された磁界発生器を含む、請求項１に記載のＸ線源。
10. 前記磁界発生器は、前記電子ビームに対する前記衝突部分のロケーション及び／又は方向を調節するために、前記磁界を調節するように構成されている、請求項９に記載のＸ線源。
11. 前記電子源は、前記衝突部分内で前記液体ターゲットと相互作用する複数の電子ビームを発生するように構成されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のＸ線源。
12. 前記液体ターゲットは金属である、請求項１から１１のいずれか一項に記載のＸ線源。
13. Ｘ線放射を発生する方法であって、
    電子ビームを提供することと、
    自由伝播液体ジェットの形をなし、流れ軸に沿って移動する液体ターゲットを提供することと、ここで、前記液体ターゲットは、前記流れ軸に対して非円形断面を有し、前記非円形断面は、第１の軸に沿った第１の幅と、第２の軸に沿った第２の幅とを有し、前記第１の幅は、前記第２の幅よりも短く、前記液体ターゲットは、前記第１の軸と交差する衝突部分を含み、
    前記電子ビームが前記衝突部分内の前記液体ターゲットと相互作用してＸ線放射を発生するように、前記電子ビームを前記衝突部分に向けることと、
    前記衝突部分内で、前記電子ビームが前記液体ターゲットと相互作用するロケーションを移動することとを備え、
    さらに、前記液体ターゲットと、前記液体ターゲットによって少なくとも部分的に遮蔽されるように配置されたセンサエリアの非遮蔽部分との間で前記電子ビームをスキャンすることと、
    前記センサエリアからの信号に基づいて、前記液体ターゲットの幅を決定することと、
    前記決定した幅に基づいて、前記電子ビームと前記衝突部分の表面との間の入射角を調節することと、を備える、方法。
14. 前記決定した幅に基づいて、
    前記流れ軸の周りで前記衝突部分を回転すること、及び、
    前記電子ビームが前記液体ターゲットと相互作用する前記ロケーションを移動すること、のうちの少なくとも１つを実行することとをさらに備える、請求項１３に記載の方法。

Images