JPH06325708A

JPH06325708A - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JPH06325708A
Application number: JP11603193A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kitahara; 正北原; Jiyun Sasabe; 順佐々部
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1993-05-18
Filing date: 1993-05-18
Publication date: 1994-11-25

Abstract

(57)【要約】【目的】極めて安定なプラズマ位置、安定したＸ線強
度が得られ、高繰り返し動作が可能なＸ線発生装置を提
供する。【構成】トリガ信号発生装置２２により、レーザ光源
１９および遅延装置２２にトリガ信号が出力される。レ
ーザ光源１９はこのトリガ信号入力によってレーザパル
スをターゲット１６上に照射する。このレーザ光照射に
より、ターゲット１６を構成する銅元素が放電電極間に
ガス状になって一様に分布する。一方、遅延装置２８に
出力されたトリガ信号は一定時間遅延されて高圧トリガ
発生装置２７に与えられ、高圧パルスがスパークギャッ
プスイッチ２５に出力される。このスイッチが閉じるこ
とにより、コンデンサバンク２４に蓄積された電荷が放
電し、ターゲット１６の構成元素である銅の特性Ｘ線が
発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ現象を起こして
Ｘ線を発生するＸ線発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のＸ線発生装置としては、
図４に示す真空スパーク法を用いたＸ線発生装置があ
る。この装置においては、パワーサプライ１によってコ
ンデンサ２が充電されており、この充電によって発生す
る高電圧は真空容器３内の放電電極間に印加される。放
電電極はＣｕ−Ｗカソード４およびアノード５から構成
されており、真空容器３内はポンプによって１０^-5Ｔｏ
ｒｒ程度に真空排気されている。また、トリガ用のレー
ザ光がカソード４に開けられた穴を通してアノード５の
先端に照射される。このトリガ用レーザ光はＹＡＧレー
ザ（１００ｍＪ，１０ＭＷ，１．０６μｍ）であり、フ
ォーカスレンズ６によって集束され、ガラス窓７を介し
て真空容器３内に取り込まれる。電極間に高電圧が印加
された状態で、アノード５にレーザ光が集光されること
によって表面プラズマが発生し、この表面プラズマは電
極間に電子なだれを誘起させる。この結果、カソード４
およびアノード５間に放電が生じる。その後、アノード
５に集中した加速電子によってアノード電極金属材料が
蒸発し、この電極金属材料が主プラズマの構成原子にな
る。放電プラズマはＺピンチ効果によって自己集束し、
アノード電極金属の特性Ｘ線を放出する。このＸ線は、
１００μｍ厚のベリリウム窓８を通して真空容器３から
外部へ取り出され、所定の利用に供される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の真空スパーク法を用いたＸ線発生装置においては、
陽極自身がレーザ光によって蒸発することによってＸ線
を発生させているため、アノード電極５の寿命が短かっ
た。従って、装置を高繰り返し動作をさせる時には頻繁
にアノード電極５を交換する必要があり、この交換作業
に非常に手間がかかっていた。また、陽極自身が蒸発す
ることによって陽極の形状が変形するため、カソードお
よびアノード間の電界分布が変化し、ガス状プラズマの
発生位置は変化した。このＸ線点源の位置の揺らぎは、
Ｘ線発生装置のＸ線顕微鏡等への応用に大きな制限がも
たらされた。

【０００４】また、真空スパーク法においては電極間に
放電を生じさせるスパークギャップスイッチが必要とさ
れない利点がある反面、電極間に金属原子を分布させる
タイミングおよび主放電を開始させるタイミングを制御
することは困難であった。このため、パワーサプライ１
から供給される電気エネルギをＸ線に変換させる効率は
低く、しかも、Ｘ線の光強度の再現性は悪かった。

【０００５】また、真空スパーク法における金属蒸気の
発生量は、主に主放電電源であるコンデンサ２の容量値
によって定まり、しかも、Ｘ線の発生強度もこの容量値
に依存している。このため、金属蒸気の発生量とＸ線の
発生強度とを個別に制御することは困難であった。さら
に、電極間における金属蒸気の空間分布は放電プラズマ
によって決定されるため、電極間に発生した金属蒸気の
空間分布を制御することは難しかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解消するためになされたもので、真空容器と、この真
空容器内にプラズマ放電を起こしてＸ線を発生させるＸ
線発生源と、発生したＸ線を真空容器外へ取り出す真空
容器に設けられた窓とを備えたＸ線発生装置において、
上記Ｘ線発生源は、一対の放電電極と、この放電電極間
に高電圧を印加する電源と、放電電極の近傍に配置され
たプラズマ構成元素を含むターゲットと、真空容器に設
けられた第２の窓を介してターゲットにレーザ光を照射
する真空容器外に設けられたレーザ光源と、電源によっ
て放電電極間に高電圧を印加するタイミングおよびレー
ザ光源によってターゲットにレーザ光を照射するタイミ
ングを制御する放電制御手段とから構成されていること
を特徴とするものである。

【０００７】

【作用】ガス状プラズマは放電電極とは別に設けられた
ターゲットを発生源とする。

【０００８】また、放電制御手段により、放電電極間に
ガス状プラズマが発生した所定タイミング後に放電電極
間に高電圧が印加され、プラズマピンチ現象が起こされ
てＸ線が発生させられる。

【０００９】また、ターゲットからの金属蒸気の発生量
は、レーザ光のエネルギ，波長およびターゲットへの照
射面積等によって制御される。

【００１０】また、放電電極間における金属蒸気の空間
分布は、ターゲットへのレーザ光の照射パターンを変え
ることにより、制御される。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の一実施例によるＸ線発生装置
の概略を示す図である。

【００１２】真空容器１１の内部は、ロータリーポンプ
１２およびターボ分子ポンプ１３によって１０^-7Ｔｏｒ
ｒの高真空度に保たれている。この真空容器１１の内部
には、アノード１４およびカソード１５からなる一対の
放電電極が設けられており、アノード１４およびカソー
ド１５間の距離は１０ｍｍに設定されている。この放電
電極の近傍には、５×１０ｍｍの大きさの無酸素銅板が
ターゲット１６として配置されている。このターゲット
１６はレーザ溶発を発生させるためのものであり、放電
電極間に生じる放電に影響を与えないため、放電電極か
ら一定の距離を離して配置されている。また、真空容器
１１の側壁には、放電電極間に生じたＸ線を容器外部へ
取り出すためのベリリウム窓１７が設けられており、ま
た、容器外部からレーザ光を取り込むためのレーザ用窓
１８が設けられている。

【００１３】ＹＡＧレーザ光源１９はレーザパルスを発
生する。このレーザパルスは、ミラー２０によってその
光路が変換され、レンズ２１によって集束された後、レ
ーザ用窓１８に入射される。入射されたレーザパルスは
真空容器１１内のターゲット１６上に所定パターンにな
って照射される。このレーザパルスは、トリガ信号発生
装置２２からトリガ信号が出力されるタイミングに応
じ、レーザ光源１９から出力される。

【００１４】真空容器１１の底部にはカソード１５に電
気的に接続された電流導入端子２３が設けられており、
この電流導入端子２３はコンデンサバンク２４の内部に
設けられた２２μＦのコンデンサの一端に電気的に接続
されている。また、アノード１４は真空容器１１と導電
位の接地電位に設定されており、この真空容器１１はス
パークギャップスイッチ２５の一端に接続されている。
スパークギャップスイッチ２５の他端は、コンデンサバ
ンク２４内に設けられたコンデンサの他端に接続されて
いる。このコンデンサは充電装置２６によって所定電圧
にまで充電される。スパークギャップスイッチ２５は高
圧トリガ発生装置２７によってスイッチングされる。こ
のスイッチングは、トリガ信号発生装置２２から遅延装
置２８を介して入力されるトリガ信号によって制御され
る。遅延装置２８はトリガ信号発生装置２２から出力さ
れるトリガ信号を一定タイミング遅延させ、高圧トリガ
発生装置２７を作動させる。なお、トリガ信号発生装置
２２，遅延装置２８，高圧トリガ発生装置２７およびス
パークギャップスイッチ２５は、放電制御手段を構成す
る。

【００１５】このような構成において、Ｘ線の発生は次
のように行われる。

【００１６】まず、トリガ信号発生装置２２により、レ
ーザ光源１９および遅延装置２２に同時に図２（ａ）の
グラフに示すトリガ信号が出力される。同グラフの横軸
は時間ｔ、縦軸は信号電圧を示す。レーザ光源１９はこ
のトリガ信号入力によって同図（ｂ）のグラフに示すレ
ーザパルスを放射する。同グラフの横軸は時間ｔ、縦軸
はレーザ光強度を示す。このレーザ出力は約１Ｊでパル
ス幅は１０ｎｓである。レーザ光源１９から出射された
レーザパルスはミラー２０で反射され、レンズ２１によ
って集束されて、ターゲット１６上に１×１０ｍｍのス
トライプ状のパターンになって照射される。このターゲ
ット１６に照射された時のレーザ光の強度は、約１ＧＷ
／ｃｍ²である。このレーザ光照射により、ターゲット
１６を構成する約１０¹⁸個／ｃｍ³の密度の銅元素が放
電電極間にガス状になって一様に分布する。

【００１７】一方、トリガ信号発生装置２２から遅延装
置２８に出力されたトリガ信号は一定時間遅延され、高
圧トリガ発生装置２７に入力される。高圧トリガ発生装
置２７はこの遅延したトリガ信号が入力されるタイミン
グに高圧パルスを発生し、スパークギャップスイッチ２
５へ出力する。スパークギャップスイッチ２５はこの高
圧パルスの入力によってスパークギャップスイッチを閉
じる。コンデンサバンク２４内のコンデンサは充電装置
２６によって予め３０ｋＶの高電圧に充電されており、
充電エネルギは１０ｋＪになっている。スパークギャッ
プスイッチが閉じられることにより、コンデンサバンク
２４に蓄積された電荷が放電し、図２（ｃ）のグラフに
示す放電電流が生じる。同グラフの横軸は時間ｔ、縦軸
は放電電流値を示す。この放電電流によって真空容器１
１内の放電電極間に放電が生じる。放電の開始は、遅延
装置２８により、トリガ信号発生装置２２の出力するト
リガ信号よりも図示の時間Ｔだけ遅れている。

【００１８】放電電極間、つまりアノード１４およびカ
ソード１５間にはターゲット１６から分離したガス状の
銅元素がレーザ溶発になって一様に分布しているため、
スパークギャップスイッチ２５が閉じて電極間に放電が
生じると、電極間には放電プラズマが発生する。この放
電プラズマはＺピンチ効果によって電極中心部に集束
し、ターゲット１６の構成元素である銅の特性Ｘ線（波
長１．５４オングストローム）が発生する。このＸ線は
図２（ｄ）のグラフに示され、同グラフの横軸は時間
ｔ、縦軸はＸ線強度を示す。発生したＸ線はベリリウム
窓１７を介して真空容器１１の外部に取り出される。

【００１９】本実施例においては、Ｘ線を発生させるた
めの金属蒸気は、放電電極とは別に設けられたレーザ溶
発用のターゲット１６を発生源としている。従って、陽
極自身を金属蒸気の発生源とする従来の真空スパーク法
によるＸ線発生装置とは異なり、放電電極が消耗するこ
とはなく、電極の寿命は長くなる。このため、Ｘ線を繰
り返し発生させても、電極交換が必要とされる間隔は長
くなり、電極交換作業の手間は大幅に省ける。また、従
来のように陽極が変形してＸ線点源の位置が揺らぐこと
はなく、プラズマの発生位置が安定している時間はより
長くなり、安定したＸ線が得られる。

【００２０】また、放電制御手段により、放電電極間に
ガス状プラズマが発生した所定タイミング後に放電電極
間に高電圧が印加され、プラズマピンチ現象が起こされ
てＸ線が発生させられる。つまり、ターゲット１６の構
成元素が放電電極間に分布した後に放電が発生させら
れ、しかも、この放電タイミングは遅延装置２８によっ
て放電に最適な任意のタイミングに設定される。従っ
て、レーザ光源１９からのレーザパルス照射によって発
生する金属蒸気の発生タイミングと、コンデンサバンク
２４に蓄積された充電電荷が放電されて生じる主放電タ
イミングとは適宜個別に制御される。このため、より効
率良く、電気エネルギをＸ線に変換することが可能にな
る。

【００２１】また、ターゲット１６からの金属蒸気の発
生量は、レーザ光源１９から出力されるレーザ光のエネ
ルギ、波長、ターゲット１６へのレーザ光の照射面積等
によって制御され、主放電電源となるコンデンサバンク
２４の容量値には依存しない。また、放電電極間におけ
る金属蒸気の空間分布は、ターゲット１６へのレーザ光
の照射パターンを変えることにより、ある程度制御され
る。この結果、金属蒸気の発生量とＸ線の発生強度とを
個別に制御することが可能になり、発生させるＸ線の光
強度の再現性は向上する。ここで、放電電極間における
ターゲット元素の最適な初期分布は、採用する個々のタ
ーゲット元素（本実施例では銅）において最適なレーザ
光波長、レーザパルス幅、レーザエネルギ、レーザ照射
分布およびターゲット１６自身の組成（薄膜、液状）を
選択することによって達成される。

【００２２】なお、上記実施例の説明においてはターゲ
ット１６として固体である無酸素銅を用いたが、液状の
ターゲットを用いることも可能である。この場合、Ｘ線
発生装置の概略は図３に示される。つまり、トリガ信号
発生装置からレーザ光源３１にトリガ信号が入力される
ことにより、レーザ光源３１はレーザパルスを放射す
る。このレーザパルスはミラー３２によって光路が変換
され、レンズ３３によって液状のターゲット３４に集束
される。このレーザパルス照射によってターゲット３４
からその構成元素が分離し、アノード３５およびカソー
ド３６間にガス状ターゲット金属からなるレーザ溶発３
７が形成される。また、トリガ信号発生装置から出力さ
れたトリガ信号は遅延装置によって遅延され、スパーク
ギャップスイッチに高圧トリガが与えられる。コンデン
サバンク内のコンデンサは充電装置によって予め充電さ
れており、スパークギャップスイッチが閉じられること
により、コンデンサに蓄積された電荷が放電電極間に放
電する。この結果、ターゲット３４の構成元素に対応す
る特性のＸ線が発生する。

【００２３】このように液状のターゲット３４を用いて
も上記実施例と同様な効果が奏される。この結果、Ｚピ
ンチ放電を使ったＸ線源において、レーザ溶発を利用す
ることによってはじめて気体以外の物質（固体、液体）
を、空間的、時間的に再現性よく放電電極間に分布させ
ることが可能になり、しかも、ターゲット元素を放電電
極間の空間に均一に分布させることが可能になった。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ガ
ス状プラズマは放電電極とは別に設けられたターゲット
を発生源とする。このため、電極交換作業の手間が少な
くなり、高い繰り返し動作が可能になる。また、発光源
の揺らぎも少なくなる。

【００２５】また、放電制御手段により、放電電極間に
ガス状プラズマが発生した所定タイミング後に放電電極
間に高電圧が印加され、プラズマピンチ現象が起こされ
てＸ線が発生させられる。このため、電気エネルギをＸ
線に変換させる効率は向上する。

【００２６】また、ターゲットからの金属蒸気の発生量
は、レーザ光のエネルギ，波長およびターゲットへの照
射面積等によって制御される。また、放電電極間におけ
る金属蒸気の空間分布は、ターゲットへのレーザ光の照
射パターンを変えることにより、制御される。このた
め、Ｘ線の光強度の再現性は向上する。

【００２７】よって、極めて安定なプラズマ位置、安定
したＸ線強度が得られ、高い繰り返し動作が可能なＸ線
発生装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるＸ線発生装置の概略を
示す図である。

【図２】本実施例によるＸ線発生装置各部の信号波形を
示すグラフである。

【図３】液状ターゲットを用いたＸ線発生装置の概略を
示す図である。

【図４】従来の真空スパーク法を用いたＸ線発生装置を
示す断面図である。

【符号の説明】

１１…真空ポンプ、１２…ロータリーポンプ、１３…タ
ーボ分子ポンプ、１４…アノード、１５…カソード、１
６…ターゲット、１７…ベリリウム窓、１８…レーザ用
窓、１９…ＹＡＧレーザ光源、２０…ミラー、２１…レ
ンズ、２２…トリガ信号発生装置、２３…電流導入端
子、２４…コンデンサバンク、２５…スパークギャップ
スイッチ、２６…充電装置、２７…高圧トリガ発生装
置、２８…遅延装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器と、この真空容器内にプラズマ
放電を起こしてＸ線を発生させるＸ線発生源と、発生し
たＸ線を前記真空容器外へ取り出す前記真空容器に設け
られた窓とを備えたＸ線発生装置において、前記Ｘ線発生源は、一対の放電電極と、この放電電極間
に高電圧を印加する電源と、前記放電電極の近傍に配置
されたプラズマ構成元素を含むターゲットと、前記真空
容器に設けられた第２の窓を介して前記ターゲットにレ
ーザ光を照射する前記真空容器外に設けられたレーザ光
源と、前記電源によって前記放電電極間に高電圧を印加
するタイミングおよび前記レーザ光源によって前記ター
ゲットにレーザ光を照射するタイミングを制御する放電
制御手段とから構成されていることを特徴とするＸ線発
生装置。