JPH02249959A

JPH02249959A - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JPH02249959A
Application number: JP1070603A
Authority: JP
Inventors: Naoki Yamamoto; 直樹山本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-03-24
Filing date: 1989-03-24
Publication date: 1990-10-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〕本発明は、微細領域にＸ線を照射し、そこから放射され
る回折Ｘ線、蛍光Ｘ線あるいは電子などを検出する微細
領域Ｘ線分析装置に好適なＸ線発生装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、Ｘ線ビームをミクロンメータ程度に集束するのは
難しいとされていたが、近年、Ｘ線発生装置から放射さ
れたＸ線をガラス製細管の中を通過させることにより微
細なＸ線ビームを得ることが可能となり、そのビームを
用いて試料の微小領域からの回折ＸＩ！および螢光ｘｉ
を分析する装置が報告されている（エヌ、ヤマモト、　
ワイ、タカノ、　ワイ、ホソカワ　アンド　ケイ、ヨシ
ノ：　イクステンデッドアブストラクツ　オン　ザク０
ス　コンファレンス　オン　ソリッド　ステイト　デバ
イシス　アンド　マテリアルズ。

トオキＪつ、４６３ページ、　１９８８．　Ｎ、Ｙａｍ
ａｍｏｔｏ。

Ｙ、Ｔａｋａｎｏ、Ｙ、Ｈｏｓｏｋａｗａ　ａｎｄに、
　Ｙｏｓｈｉｎｏ：［ＥｘｔａｎｄｅｄＡｂｓｔｒａｃ
ｔｓ　　ｏｆ　ｔｈｅ　２０ｔｈ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃ
ｅ　ｏｎ　５ｏｌｉｄＳｔａｔｅ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ａ
ｎｄ　Ｍａｔａｒｉａｌｓ、　Ｔｏｋｙｏ、　ｐｐ４６
３゜１９８８）。この装置では、微細化にともなうビー
ムの輝度低下を補償するため、高輝度のＸ線発生装置が
必要となる。これには、シンクロトロン放射光あるいは
回転対ＩＩａ極型Ｘ＃１発生装置の適用が考えられる。

しかし、前者は装置が大きく、一般の実験室への設置に
適さず、また、随時使用が困難なため、汎用のＸ線分析
装置への適用は難しい。

一方、後者は、装置の大きさとしては、汎用実験室に適
しているが、高輝度のＸ線ビームを放射させるため、大
電力の投入が必要となる。この際、電子照射によるＸ線
発生用材料の蒸発を防ぐため。

その材料を回転させ（回転対陰極と呼ばれる）、温度上
昇を抑制する。この回転による振動は大きく、上記のガ
ラス細管を振動させ、試料への微細Ｘ線ビーム照射域を
不確定にする問題があった。

また、装置本体への振動の伝播を避けるため、ガラス細
管支持体を直接、ＸｌｉｌＡ発生装置に接続しない場合
、ガラス細管のＸ線入射端を発生装置のＸ線発生部（焦
点）に近接できず、焦点から放射されるＸ線の極一部し
か細管に取り込めないため、大電力を投入したにもかか
わらず高輝度のＸ線ビームを形成できないという問題が
あった。上記の振動の問題に対しては、静止型発生装置
が必要であり、Ｘ線を効率良くガラス細管に取り込むた
めには微小焦点で一定方向にＸ線を放射できる発生装置
が必要である。この目的にたいしては、第２図に示、す
針状焦点を有する微細Ｘ線発生装置が（ヴイ、イ、コツ
セル　アンド　ダヴリュ、シ。

ニクソン：”エラキス−レイ　マイクロスコピー”５８
〜６０ページ２１８〜２２０ベージ　ケンブッリジュコ
パーシティ　プレス、　１９６０　Ｖ、Ｉｌ！。

（’、”、、’、％；＼Ｃｏ５５ｌｅｔｔ　　ａｎｄ　　Ｖ、Ｃ，Ｎ１ｘｏｎ：
”Ｘ−ｒａｙ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”。

ｐｐ、５８〜６０．ｐｐ、２１８〜２２０．Ｃａ＋ｍｂ
ｒｉｄｇｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ、　１９６
０）考えられている。しかし、この装置では、電子が照
射されている領域は狭いが、Ｘ線が図の円錐半径方向に
発散するように放射されるため、効率良く一定方向に指
向したビームを得るのは難しかった。また、針状のＸ線
発生部１の先端部に電界が集中するため、使用とともに
、先端が丸くなり焦点の大きさ及び放射Ｘ線の輝度が変
化する問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来技術のうち１回転対陰極型Ｘ線発生装置は、
回転にともなう装置の振動に配慮が払われていないばか
りでなく、電子照射により発生部から特定方向に指向し
たかたちでＸ線を放射せしめることに十分な考慮がなさ
れていなかった。このため、大電力を投入したにもかか
わらず、先に述べたガラス細管などの微細なＸ線入射端
部に取り込まれるＸ線は、その極一部で、非常に効率が
悪く、結果として、ｘｇ集束機構による高輝度の微細Ｘ
線ビーム形成が難しいという問題があった。

一方、針状焦点を有するＸ線発生装置では、先に述べた
とおり、Ｘ線を高指向性をもって放射せしめるには配慮
が不十分であり、またその端部の消耗が激しいため、長
時間Ｘ線の使用に耐えないという問題があった。

本発明は、発生部から効率良く、特定方向に指向したＸ
線を放射せしめるとともに、さらには、回転等の動的部
分を有さない静止型Ｘ線発生装置を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

従来のＸ線発生装置は、はぼ面状の金属材料に一定方向
に設置されたフィラメントから放出された熱電子を照射
する０本発明では、上記目的を達成するために第１図の
ごとく棒状あるいは針状の金属材料（１）の周囲を取り
囲むように電子放圧源（３）を設定したものである。特
定方向へのＸ線放射の指向性および効率を損なうことな
くＸ線放射部面積を拡大することにより、投入電力を増
大させないで、放射Ｘ線の輝度を高めるためには。

金属材料表面に凹凸を設けることが有効である。

さらに、フィラメントなどから放射される熱電子を外部
に散逸することなく、Ｘ線発生部に電子を照射するため
には、電子放出源の外部に負バイアス印加用の第３電極
６を設けるのが有効である。

また、微細な金属製筒の軸上に電子発生源を置き、これ
らの間に高電圧を印加し、筒に高エネルギーの電子を照
射することにより、軸方向に輝度の高いＸ線ビームを放
射させることができる。

〔作用〕

金属などの材料（１）に電子ビーム（４）を照射すると
Ｘ線（５）が放射される０周知のように、放射されるＸ
線の輝度は、入射電子が金属材料面に垂直方向から入射
するとき、はぼ面と同一方向が最も高くなる。したがっ
て、第１図の配置では、軸方向に指向したＸ線が放射さ
れる。また、フィラメント（３）から放出された電子は
、同図で最も外側に設けられた負電極（６）に反発され
るため、放出された電子はほとんど損失無くＸ線放射材
料（１）に照射される。したがって、従来のＸ線発生装
置と比較し、入力電力を増大すること無く輝度を高めら
れるとともに、高指向性のＸ線を発生させることができ
る。なお、中心のＸ線放出材料の表面に、軸と平行に凹
凸を設けることにより、放射面積を高められるため、さ
らに高輝度のＸ線が得られる。

また、周知のように、金属面に垂直方向がら電子が照射
される場合、そこから放射されるＸ＃Ｉは面に水平もし
くは数度の小角度をなす方向で最も輝度が高くなる。し
たがって、第４図に示すごとくＸ線発生領域（１）を筒
状にすることにより、放出されるＸ線（５）は、その軸
方向に指向して数品される。さらに、筒内壁の各点から
放射されるＸ線の最高輝度方向が、その軸上の一点に向
がように筒内径を徐々に変化させることにより、微細で
高輝度のＸ線ビームを放射せしめることができるように
なる。また、筒の軸上にタングステンフィラメントなど
の電子発生源（３）を設けることにより、そこから放射
させる電子（４）は全て筒内壁へ垂直方向から照射され
、上記の軸方向のＸ線放射に有効に作用する。なお、従
来のＸ線発生装置では、微小焦点を実現するため、フィ
ラメントから放出される熱電子を特別の機構で絞る必要
があった。また、微小焦点では、電子が集中し局部的温
度上昇が著しくなるため、焦点部に大電流を流せないと
いう欠点があった０本発明では。

Ｘ線発生部、すなわち焦点部は筒内壁全体であり。

局所的に照射電子が集中するようなことはなく、筒の外
部（２）から筒全体を効率よく冷却できるため、大電流
を流せ、その結果として、高輝度のＸ線を放射できる効
果がある。したがって、従来のＸ線発生装置と比較し、
入力電力の増大が容易になるため、輝度を高められると
ともに、高指向性のＸ線を発生させることができる。な
お、内壁表面に、軸方向と平行に凹凸を設けることによ
り。

放射面積を高められるため、さらに高輝度のＸ線ビーム
が得られる。

〔実施例〕

来適透工本発明の実施例を、第１図を用いて説明する。

Ｘ線放射材料としてＭｏを用い、同材料からなる水（７
）による冷却部（２）の一部に、針状に加工したＸ線発
生領域（１）を設けた６発生領域（１）は底辺の半径が
０．５膿で、高さ１．５１の円錐筒形状を有する。その
先端の約１０１１の領域を取り囲むようにタングステン
フィラメント（３）を設置し、さらにその周囲にフィラ
メントがら放出される熱電子が外部に飛散するのを防止
するためのＭｏからなる第３の電極（６）を設けた。Ｘ
線を発生させるに際しては、フィラメントへの通電加熱
により熱電子を放出させながら、Ｘ線発生部との間に１
ないし６０ｋＶの加速電圧を印加し、また第３の電極に
は、フィラメントに対し、０ないし２ｋｖの負バイアス
電圧の印加を可能とした。

本実施例のＸ線発生装置を前記のガラス細管を用いた分
析装置に適用し、ガラス細管から放射される微細Ｘ線ビ
ームの輝度をＳｉ半導体Ｘ線検出器を用いて測定した。

Ｘ＠発生部とフィラメント間に加速電圧５０ｋＶ、フィ
ラメントと第３電極間にΔ００ｖのバイアス電圧を印加
し、発生部電流４４ｍＡとした。また、比較のため、同
一寸法の針状ＭｏからなるＸ線発生部を有し、タングス
テンフィラメントを第２図の配置としたＸ線発生装置を
適用した。この場合は、針状突起端部に電流が集中し、
本実施例はど電流を流せないため、加速電圧５０ｋＶで
７　ｍ　Ａとした１両者を比較すると、本実施例では、
第２図の場合より針状Ｘ線発生部の軸方向への指向性の
強いＸ線が放射され。

またガラス細管を通って出てくる微細Ｘ線ビームの輝度
は約１８倍高い値が得られた。なお、この輝度は、従来
のＭｏ回転対陰極Ｘ線発生装置において、電子照射領域
０．１閣ＸＩＯ閤で５０ｋＶ。

２５０　ｍ　Ａの大入力の場合の約１．７倍の値であっ
た。

実施例２本実施例では、実施例１において、針状ＭＯからなるＸ
線発生部（１）の表面に１図３に示すごとく針の軸と平
行に多数の溝（８）を設けた。この溝は、放射Ｘ線の指
向性を損なうことなく実効電子照射面積を拡大でき、照
射電子を増大できる効果を持つ、実施例１と同一印加電
圧条件で、７０ｍＡ程度まで電流を流すことが可能であ
り、この場合、ガラス細管からの出射Ｘ線輝度は実施例
１より約１．５倍向上した。

失嵐璽ｌＸ線放射材料としてＭＯの筒（１′）を用いた。

高輝度ＸＩＩＡビーム（５）を放射させる側の筒端部の
内径を４ｍにし、その端部から外部に約１９ｎｏ＋離れ
た位置に、内壁の各点から放射されたＸｉの最高輝度の
方向が一致するように、筒内径を徐々に小さくした。ま
た、この金属筒の中心軸上に約０．５■直径のタングス
テンフィラメント（３）を通し、それに通電加熱すると
ともに、筒とフィラメント間に１〜６０ｋＶの電圧を印
加できるようにした。また、フィラメントから放出され
た熱電子からなる金属筒に流れる電流（ターゲット電流
）を電圧一定にしながら独自に制御できるようにした。

筒の外壁は水（６）による冷却部（２′）の役割を持つ
、この筒とフィラメント間に５゜ｋＶの加速電圧を印加
し、Ｘ線を軸方向に放射させた。この際、簡に流れる電
流は、電子照射面積を大きくし、水冷効果を高めた効果
により、約１００ｍＡのターゲット電流を流すことがで
きた。

本実施例のＸ線発生装置を前記のガラス細管を用いた分
析装置に適用し、ガラス細管から放出される微細Ｘ線ビ
ームの輝度をＳｉ半導体Ｘ線検出櫓を用いて測定した。

また、比較のため、針状Ｍ。

からなるＸ線発生部を有し、タングステンフィラメント
を第２図の配置としたｘｍ発生装置を適用した場合につ
いても測定した。この場合は、針状突起端部に電流が集
中し、本実施例はど電流を流せないため、加速電圧５０
ｋＶで７ｍＡとした。

両者を比較すると、本実施例では、第２図の場合よりＸ
線放射部の面積が大きく、大電流を流すことができるた
め、軸方向への指向性を強いＸ線が放射され、ガラス細
管を通って出てくる微細Ｘ線ビームの輝度は約３０倍高
い値が得られた。なお、この値は、従来のＭｏ回転対陰
極Ｘ線発生装置において、電子照射領域０．１ｍＸ１０
■で５０管から放出されるＸ線ビーム輝度の約３般の値
であった。

なお１本実施例では、Ｘ線発生部金属としてＭｏを用い
たが、通常のＸ線発生装置で用いられるＣｕ、Ｆａ、Ｃ
ｒ、Ｗ、ＡＱ、その他の金属材料を適用できるのはいう
までもない。

実施例４本実施例では、上記実施例３において、筒状Ｍ。

内壁のＸ線発生部（１′）の表面に、第５図に示すごと
く筒の軸と平行に多数の溝（８）を設けた。

この溝は、放射Ｘ線の指向性を損なうことなく実効電子
照射面積を拡大でき、照射電子を増大できる効果を持つ
、実施例１と同一印加電圧条件で、１５０ｍＡ程度まで
電流を流すことが可能であり、この場合、ガラス細管か
らの出射Ｘ線輝度は上記実施例３より約１．４倍向上し
た。

〔発明の効果〕

本発明は、静止型Ｘ線発生装置であり、従来、高輝度Ｘ
線源としてとして広く用いられていた回転対電極型Ｘ線
発生装置の回転に伴う振動の問題かない、また、Ｘ線発
生部より放射されるＸ線はその微細領域から強い指向性
を持って、はぼ一定方向に放射される。また、本発明に
よるＸ線発生装置は回転対陰極型や従来の封入管型Ｘ線
発生装置に比べ、装置を小型化できる。したがって、先
に述べたガラス細管やピンホールによるＸ線集束機構の
Ｘ線入射端をＸ線発生部に近接でき、指向性とあいまっ
て放射されたＸ線を効率良くこれらの中に取り込むこと
ができる。その結果、輝度の高い微細Ｘ線ビームを容易
に形成でき、Ｘ線による従来にない微小領域の分析装置
の開発が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明による実施例１のＸ線発生装置の断面
図である。第２図は、従来報告されている針状Ｘ線発生
部を有する装置の断面図である。また、第３図乃至第５図は本発明の詳細な説明するため
の図である。１・・・Ｘ線発生部、２・・・Ｘ線発生部水冷部、３・
・・電子放出源、４・・・電子ビーム、５・・・Ｘ線、
６・・・外部バイアス電極、７・・・水、８・・・Ｘ線発生部表面溝。茅記第図１　スミ発′Ｌ笥３　（千裟を惜、

Claims

【特許請求の範囲】１、棒状あるいは針状の形をしたＸ線を発生させるため
の材料を中心、あるいはその近傍に配設し、その周囲に
電子発生源を設け、上記材料と上記電子発生源の間に高
電圧を印加して、電子を高エネルギーで上記材料に照射
することにより、上記材料と同軸方向にＸ線ビームを放
射せしめることを特徴とするＸ線発生装置。２、上記材料の表面に上記材料の軸とほぼ平行な凹凸が
設けられてあることを特徴とする請求項第１項記載のＸ
線発生装置。３、上記電子放出源の外側に、上記電子放出源に対して
負の電位を持つ電極が配置されてあることを特徴とする
請求項第１項もしくは第２項記載のＸ線発生装置。４、円または多角形の金属筒の軸上、あるいはその近傍
に電子放出源を設定し、上記金属筒と上記電子放出源の
間に高電圧を印加して、電子を高エネルギーで上記金属
筒に照射することにより、上記金属筒の軸方向にＸ線ビ
ームを放射せしめることを特徴とするＸ線発生装置。５、上記金属筒の内表面に上記金属筒の軸とほぼ平行に
凹凸が設けられてあることを特徴とする請求項第４項記
載のＸ線発生装置。