JPH10302688A

JPH10302688A - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JPH10302688A
Application number: JP11267697A
Authority: JP
Inventors: Naohisa Osaka; 尚久大坂; Toshikatsu Nakajima; 敏勝中島
Original assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】コンタミネーションを抑制するとともに、Ｌ
ａＢ₆フィラメント１０から放出された電子流ａを均一
な電子密度でしかも所望の形状にターゲット１２の表面
に収束させる。【解決手段】ターゲット１２上に設定した電子流ａの
照射部分と対向する位置に、ターゲット１２と同一材料
で形成したイオン受部１４を配設するとともに、ターゲ
ット１２上に設定した電子流照射部分ｐとイオン受部１
４とを結ぶ直線経路を通る任意の仮想平面ｘに対し、Ｌ
ａＢ₆フィラメント１０をほぼ対称に配設する。そし
て、該フィラメント１０から放出される電子流ａをウェ
ネルト１１によりほぼ対称に収束してターゲット１２の
照射部分に照射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、フィラメントか
ら放出された電子流を、ウェネルトの制御によりターゲ
ットの所定位置に収束して照射させ、該電子流の照射部
分からＸ線を発生するＸ線発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】フィラメントから放出した電子流ａを銅
（Ｃｕ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ）等
の材料からなるターゲット（対陰極）に衝突させると、
ターゲットの表面からＸ線が発生する。この原理を利用
して所望のＸ線を取り出すようにしたのがＸ線発生装置
である。

【０００３】図６は従来のＸ線発生装置の内部構造を概
略的に示す模式図である。同図に示すように、フィラメ
ント１の対向位置にはターゲット２が配設してあり、ま
たフィラメント１の周囲にはウェネルト３が配置してあ
る。フィラメント１は負の高電圧の印加により加熱さ
れ、電子流ａを放出する。また、ウェネルト３にも負の
高電圧が印加されており、フィラメント１から放出され
た電子流ａを負の電位をもって収束させる。収束された
電子流ａは、フィラメント１と対向するターゲット２の
表面に照射され、その照射部分ｐからは、ターゲット２
の材料に応じた所定波長のＸ線ｂが発生する。このＸ線
ｂを所定の方向に取り出すことにより、Ｘ線回折装置等
のＸ線源として利用することができる。

【０００４】さて、上述したＸ線発生装置において、フ
ィラメントの損耗、およびターゲットへのフィラメント
材料の付着（コンタミネーション）が問題となってい
る。かかる問題の発生原因は未だ明確にされていない点
もあるが、概ね次のような現象によるものと考えられ
る。

【０００５】すなわち、Ｘ線発生装置の内部は、真空ポ
ンプ４により真空吸引されて真空雰囲気を形成している
ものの、僅かではあるが装置内にガス分子が残留するこ
とは避けられない。そして、ターゲット２の電子流照射
部分ｐは電子流ａが収束するため電子密度が最も高く、
したがって該部分ｐの周辺で残留ガス分子を最も多くイ
オン化する。このようにして電子流照射部分ｐの近辺で
発生したイオンｃの内、陽イオンは電子流の軌道に沿っ
て進行しフィラメント１に衝突するため、フィラメント
１がイオン衝撃を受けて蒸発する現象が生じる。このた
め、フィラメントの寿命が短くなる。

【０００６】イオン衝撃により蒸発したフィラメントの
構成原子は、電子流とともにターゲット２の方向へ進行
し、ターゲット２の表面に付着する。その結果、ターゲ
ット２の表面にフィラメント材料の層が形成される現
象、すなわちコンタミネーションが発生すると考えられ
る。コンタミネーションが発生すると、ターゲット２の
表面に形成されたフィラメント材料の層に電子が衝突す
ることとなり、その結果、ターゲット２からフィラメン
ト材料の特性Ｘ線が発生するという問題が生じる。

【０００７】そこで、フィラメントの延命対策およびコ
ンタミネーションの抑制対策として、Ｘ線発生装置内の
真空度を上げ、残留ガス分子をできる限り減少させる手
段が考えられる。しかし、Ｘ線発生装置内の真空度を上
げるには、高出力の真空ポンプを必要とするとともに、
装置本体の細部にわたり、放出ガスの発生が少なくしか
も高い真空圧に耐えられる構造にしなければならないた
め、設備コストが高価格化する。

【０００８】また、フィラメントの延命対策およびコン
タミネーションの抑制対策として、図５に示すような手
段も提案されている。すなわち、第１のウェネルト３ａ
の中心軸に対し、第２のウェネルト３ｂをずらして配置
することにより、フィラメント１から放出された電子流
ａの軌道を曲げてターゲット２に照射する。電子流ａの
照射部分ｐ付近で発生したイオンは、質量が大きいため
湾曲した電子流ａの軌道を外れ直進する。その結果、フ
ィラメント１へのイオン衝撃が減少し、フィラメント１
の延命とコンタミネーションの抑制を図ることができ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示す従来の手段では、フィラメント１から放出された電
子流ａの軌道を偏向していることから、電子流ａの密度
に部分的な濃淡が生じたり、焦点形状に歪が生じたりす
る欠点があった。特に、Ｘ線発生装置をＸ線回折装置な
どの分析機器のＸ線源として利用する場合、電子密度の
均一な所望の形状をしたＸ線焦点の形成が要求される。
そのためには、ターゲット２上に照射される電子流ａの
電子密度が均一で、しかも所望の形状に収束されなけれ
ばならない。

【００１０】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たもので、その目的はフィラメントの長寿命化とコンタ
ミネーションの抑制を図ることを目的とする。またこの
発明は、フィラメントから放出された電子流を均一な電
子密度でしかも所望の形状にターゲットの表面に収束さ
せることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、加熱により電子放出領域から電子を放出
するフィラメントと、該フィラメントから放出された電
子流を収束させるウェネルトと、フィラメントから放出
された電子流の照射により該照射部分からＸ線を発生す
るターゲットとを備えたＸ線発生装置において、ターゲ
ット上に設定した電子流の照射部分と対向する位置に、
ターゲットと同一材料で形成したイオン受部を配設した
構成としてある。

【００１２】このような構成とすることにより、コンタ
ミネーションによるフィラメント材料のターゲット表面
への付着を抑制するとともに、イオン衝撃によるフィラ
メントの損傷を回避して長寿命化を図ることができた。
すなわち、フィラメントから放出された電子流は、ウェ
ネルトにより収束されてターゲットの照射部分に衝突す
る。このとき、ターゲットの表面からＸ線が発生すると
ともに、電子流の照射部分付近で多くのイオンが発生す
る。このイオンのうち、主に陽イオンはマイナス電位の
方向に引き付けられる。結果としてターゲットにおける
電子流の照射部分と対向する方向へ直進していく。その
方向にはイオン受部が配設してあり、イオンはこのイオ
ン受部に衝突する。その結果、イオン受部がイオン衝撃
を受け蒸発する。蒸発したイオン受部の材料は、電子流
に沿って進行しターゲットの表面に付着する。

【００１３】しかし、イオン受部はターゲットと同一材
料で形成してあるので、ターゲットの表面に異なる材料
からなる層が形成されることはなく、ターゲットの表面
からは所望の特性Ｘ線を継続して発生させることができ
る。このようにして、コンタミネーションを抑制するこ
とができる。また、フィラメントへのイオン衝撃を回避
できる結果、フィラメントの寿命を延ばすことができ
る。

【００１４】またこの発明は、ターゲット上に設定した
電子流の照射部分とイオン受部とを結ぶ直線経路を通る
任意の仮想平面に対し、フィラメントの少なくとも電子
放出領域をほぼ対称に配設し、該フィラメントから放出
される電子流をウェネルトによりほぼ対称に収束して前
記ターゲットの照射部分に照射させる構成としてもよ
い。

【００１５】このような対称位置に配設されたフィラメ
ントの電子放出領域から放出された電子流は、ウェネル
トによりほぼ対称に収束され、均一な電子密度で歪のな
い焦点をターゲットの表面に形成する。したがって、電
子密度の均一な所望の形状をしたＸ線焦点をターゲット
上に形成し、高品質のＸ線を発生させることができる。

【００１６】この発明は、フィラメントの背面に、ウェ
ネルトとほぼ同電位の電子反射板を設置するとともに、
該反射板にイオン受部を突出して設けてもよい。このよ
うに構成すれば、フィラメントの背面方向に飛び出して
きた電子の軌道を、電子反射板によりターゲット方向に
修正でき、ターゲットにより多くの電子流を照射するこ
とができ、Ｘ線の発生効率を向上させることができる。

【００１７】またこの発明は、フィラメントを、ＬａＢ
₆（六硼化ランタン）材料からなる板状または棒状のフ
ィラメントで形成するとともに、ターゲット上に設定し
た電子流の照射部分とイオン受部とを結ぶ直線経路を通
る任意の仮想平面に対し、同フィラメントの電子放出領
域をほぼ対称に配設した構成とすることができる。一
方、フィラメントを、タングステン材料からなる少なく
とも一対のコイルフィラメントで形成するとともに、タ
ーゲット上に設定した電子流の照射部分とイオン受部と
を結ぶ直線経路を通る任意の仮想平面に対し、対の関係
にあるコイルフィラメントの少なくとも電子放出領域を
ほぼ対称に配設した構成としてもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。図１はこの発明の
第１実施形態に係るＸ線発生装置を模式的に示す側面断
面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。同図
に示すＸ線発生装置は、フィラメント１０から放出され
た電子流ａをウェネルト１１で収束してターゲット１２
の表面に照射することにより、該電子流照射部分ｐから
Ｘ線ｂを発生させる。

【００１９】この実施形態では、フィラメントとしてＬ
ａＢ₆材料からなる板状のフィラメント（以下、ＬａＢ₆
フィラメントと称する）１０を用いている。このＬａＢ
₆フィラメント１０は、比較的低い加熱温度で大きな電
子放出密度を得ることができるという特徴がある。図２
に示したＬａＢ₆フィラメント１０は、両端部１０ａ，
１０ｂに電極を形成するとともに、中央領域（図２に破
線のハッチングで示した領域）を電子放出領域１０ｃと
してある。この電子放出領域１０ｃは、両端部１０ａ，
１０ｂの電極に負の高電圧を印加すると、ほぼ均一に加
熱されて側面から電子を放出する。このＬａＢ₆フィラ
メント１０の電子放出領域１０ｃは、水平の仮想平面ｘ
に対し上下にほぼ対称な形状としてある。なお、電子放
出領域１０ｃの下辺部分には隙間１０ｄが存在している
が、この隙間１０ｄは全体からみて僅かな寸法であるた
め、電子放出領域１０ｃの対称性に影響を与えるもので
はない。

【００２０】ターゲット１２は、ＬａＢ₆フィラメント
１０から放出された電子の衝突によりＸ線を発生する金
属材料（例えば、モリブデン、クロム、タングステン、
金、銀）で表面を形成してある。ターゲット１２には、
回転式のもの（ロータリーターゲット）と固定式のもの
（固定ターゲット）とがある。このターゲット１２の表
面所定位置（電子流照射部分ｐ）に、ＬａＢ₆フィラメ
ント１０から放出した電子流ａが照射される。

【００２１】ウェネルト１１は、ＬａＢ₆フィラメント
１０の電子放出領域１０ｃを包囲するように設けてあ
り、前面中央部が電子流ａをほぼ対称に収束して導き出
す透過窓１１ａとなっている。このウェネルト１１に
は、ＬａＢ₆フィラメント１０に印加された電圧よりも
やや小さな負の電圧が印加され、透過窓１１ａ部分に電
場を形成する。この電場によりＬａＢ₆フィラメント１
０から放出された電子流ａをほぼ対称に収束して、ター
ゲット１２の電子流照射部分ｐに歪のない焦点を形成す
る構造となっている。

【００２２】また、ＬａＢ₆フィラメント１０の背面に
は、金属材料からなる電子反射板１３が設けてある。こ
の電子反射板１３にはウェネルト１１とほぼ同電位の電
圧が印加され、ＬａＢ₆フィラメント１０の背面部に電
場を形成する。ＬａＢ₆フィラメント１０の電子放出領
域１０ｃからは、前方のみならず背面方向にも電子が放
出される。電子反射板１３は、このように後方へ放出さ
れた電子の軌道を前方に向かうように修正する機能を有
している。これによりターゲット１２に照射される電子
流ａの密度を向上することができる。

【００２３】この電子反射板１３の正面所定位置には、
イオン受部１４が突出して形成してある。このイオン受
部１４は、ターゲット１２の電子流照射部分ｐに対向し
て設けてあり、ターゲット１２と同一の金属材料で形成
してある。イオン受部の端面形状は、ターゲット１２の
表面における電子流ａの収束（焦点）形状とほぼ同一に
することが好ましい。イオン受部１４は、電子反射板１
３と一体成形してもよく、また別体に形成した後、電子
反射板１３に固定してもよい。なお、一体成形した場合
には、電子反射板１３もターゲット１２と同一の金属材
料となる。

【００２４】上述したＬａＢ₆フィラメント１０は、電
子放出領域１０ｃをほぼ対称に分断する仮想平面ｘが、
ターゲット１２の電子流照射部分ｐとイオン受部１４と
を結ぶ直線経路を通るように配設してある。以上説明し
た各構成要素は、図示しない装置本体内に設けられてい
る。装置本体内は真空ポンプ（図示せず）により真空吸
引されて、真空雰囲気を形成する。

【００２５】次に、本実施形態に係るＸ線発生装置の作
用を説明する。ＬａＢ₆フィラメント１０から放出され
た電子流ａは、ウェネルト１１によりほぼ対称に収束さ
れてターゲット１２に照射される。ここで、ＬａＢ₆フ
ィラメント１０は、ターゲット１２の電子流照射部分ｐ
とイオン受部１４とを結ぶ直線経路を通る仮想平面ｘに
対し対称性を有しているため、対称位置から放出された
電子流ａはクロスオーバーして、均一な電子密度で焦点
の歪もなくターゲット１２の表面に収束する。したがっ
て、電子密度の均一な所望の形状をしたＸ線焦点をター
ゲット１２上に形成し、高品質のＸ線ｂを発生させるこ
とができる。

【００２６】また、ターゲット１２に電子流ａが照射さ
れると、電子流照射部分ｐの近傍で多くのイオンが発生
する。このイオンのうち、主に陽イオンはマイナス電位
の方向に引き付けられる。結果としてターゲット１２に
おける電子流照射部分ｐと対向する方向へ直進してい
く。その方向にはイオン受部１４が配設してあり、イオ
ンはこのイオン受部１４に衝突する。その結果、イオン
受部１４がイオン衝撃により蒸発する。蒸発したイオン
受部１４の材料は、電子流に沿って進行しターゲット１
２の表面に付着する。

【００２７】しかし、イオン受部１４はターゲット１２
と同一の材料で形成してあるので、ターゲット１２の表
面に異なる材料の層が形成されることはない。したがっ
て、ターゲット１２の表面からは所望の特性Ｘ線を継続
して発生させることができる。また、ＬａＢ₆フィラメ
ント１０の背面方向に放出された電子は、電子反射板１
３によってターゲット１２のある方向へ軌道修正され
る。したがって、ターゲット１２に照射される電子流ａ
の密度が向上し、Ｘ線ｂの発生効率を上げることができ
る。

【００２８】次に、この発明の第２実施形態を説明す
る。図３はこの発明の第２実施形態に係るＸ線発生装置
を模式的に示す側面断面図、図４は図３におけるＢ−Ｂ
線断面図である。なお、これらの図において、先に示し
た図１，図２と同一部分には同一符号を付してある。こ
の第２実施形態では、フィラメントとしてタングステン
材料からなる一対のコイルフィラメント２０を用いてい
る。これらのコイルフィラメント２０は、中央のコイル
部分が電子放出領域２０ａとなっており、両端に負の高
電圧を印加すると、該電子放出領域２０ａがほぼ均一に
加熱されて同領域２０ａから電子を放出する。コイルフ
ィラメント２０から放出された電子流ａは、ウェネルト
１１により収束されて、ターゲット１２の表面に照射さ
れる。

【００２９】この実施形態でも、コイルフィラメント２
０の背面側には電子反射板１３が配設してあり、コイル
フィラメント２０から後方に放出された電子の軌道を前
方に向かうように修正し、ターゲット１２に照射される
電子流ａの密度を向上させている。そして、電子反射板
１３の正面所定位置には、イオン受部１４が突出して形
成してある。このイオン受部１４は、ターゲット１２の
電子流照射部分ｐに対向して設けてあり、ターゲット１
２と同一の金属材料で形成してある。

【００３０】上述した一対のコイルフィラメント２０
は、ターゲット１２の電子流照射部分ｐとイオン受部１
４とを結ぶ直線経路を通る仮想平面ｙに対してほぼ対称
に配設してある。以上説明した各構成要素は、図示しな
い装置本体内に設けられている。装置本体内は真空ポン
プ（図示せず）により真空吸引されて、真空雰囲気を形
成する。

【００３１】次に、本実施形態に係るＸ線発生装置の作
用を説明する。コイルフィラメント２０から放出された
電子流ａは、ウェネルト１１によりほぼ対称に収束され
てターゲット１２に照射される。ここで、一対のコイル
フィラメント２０は、ターゲット１２の電子流照射部分
ｐとイオン受部１４とを結ぶ直線経路を通る仮想平面ｙ
に対し対称性を有しているため、対称位置から放出され
た電子流ａはクロスオーバーして、均一な電子密度で焦
点の歪もなくターゲット１２の表面に収束する。したが
って、電子密度の均一な所望の形状をしたＸ線焦点をタ
ーゲット１２上に形成し、高品質のＸ線を発生させるこ
とができる。

【００３２】また、ターゲット１２に電子流ａが照射さ
れると、電子流照射部分ａの近傍で多くのイオンが発生
する。このイオンのうち、主に陽イオンはマイナス電位
の方向に引き付けられる。結果としてターゲット１２に
おける電子流照射部分ｐと対向する方向へ直進してい
く。その方向にはイオン受部１４が配設してあり、イオ
ンはこのイオン受部１４に衝突する。その結果、イオン
受部１４がイオン衝撃により蒸発する。蒸発したイオン
受部１４の材料は、電子流に沿って進行しターゲット１
２の表面に付着する。

【００３３】しかし、イオン受部１４はターゲット１２
と同一の材料で形成してあるので、ターゲット１２の表
面に異なる材料の層が形成されることはない。したがっ
て、ターゲット１２の表面からは所望の特性Ｘ線を継続
して発生させることができる。また、コイルフィラメン
ト２０の背面方向に放出された電子は、電子反射板１３
によってターゲット１２のある方向へ軌道修正される。
したがって、ターゲット１２に照射される電子流ａの密
度が向上し、Ｘ線の発生効率を上げることができる。

【００３４】なお、この発明は上述した実施形態に限定
されるものではなく、請求の範囲に記載された発明の技
術的範囲内で種々の変形または応用が可能であることは
勿論である。例えば、ＬａＢ₆フィラメントは、図１，
図２に示したような形状に限らず、任意の仮想平面に対
して対称性を有する種々の形状に成形することができ
る。また図１に示したＬａＢ₆フィラメントは、薄肉の
板状に形成してあったが、同フィラメントを肉厚のある
棒状に形成することもできる。さらに、電子放出領域に
発生する熱の均一性を保つため、同領域の周囲を囲むよ
うにＬａＢ₆フィラメントを延在させてもよい。

【００３５】またＬａＢ₆フィラメントは、両端部に電
圧を印加して加熱する方式に代えて、同フィラメントの
近傍に設けた発熱体により電子放出領域を加熱する、い
わゆる傍熱形の加熱方式を採用することもできる。上述
した第２実施形態では、一対のコイルフィラメントをほ
ぼ対称に配設したが、同フィラメントを二対以上用意
し、それぞれ対の関係にあるコイルフィラメントを、タ
ーゲット上に設定した電子流の照射部分と前記イオン受
部とを結ぶ直線経路を通る任意の仮想平面に対してほぼ
対称に配設してもよい。ターゲット上に設定した電子流
の照射部分と前記イオン受部とを結ぶ直線経路を通る仮
想平面に対するフィラメントの対称性は、少なくとも電
子流を放出する電子放出領域においてほぼ保たれていれ
ばよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のＸ線発
生装置によれば、ターゲット上に設定した電子流の照射
部分と対向する位置に、ターゲットと同一材料で形成し
たイオン受部を配設したので、コンタミネーションによ
るフィラメント材料のターゲット表面への付着を抑制す
るとともに、イオン衝撃によるフィラメントの損傷を回
避して長寿命化を図ることができる。またこの発明は、
ターゲット上に設定した電子流の照射部分とイオン受部
とを結ぶ直線経路を通る任意の仮想平面に対し、フィラ
メントの少なくとも電子放出領域をほぼ対称に配設し、
該フィラメントから放出される電子流をウェネルトによ
りほぼ対称に収束してターゲットの照射部分に照射させ
るので、フィラメントから放出された電子流を、均一な
電子密度でしかも所望の形状にターゲットの表面に収束
させて高品質なＸ線を発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態に係るＸ線発生装置を
模式的に示す側面断面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図３】この発明の第２実施形態に係るＸ線発生装置を
模式的に示す側面断面図である。

【図４】図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】従来のＸ線発生装置におけるコンタミネーショ
ン抑制手段を示す模式図である。

【図６】従来のＸ線発生装置の内部構造を概略的に示す
模式図である。

【符号の説明】

１０：ＬａＢ₆フィラメント１１：ウェネルト１２：ターゲット１３：電子反射板１４：イオン受部２０：コイルフィラメント

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱により電子放出領域から電子を放出
するフィラメントと、該フィラメントから放出された電
子流を収束させるウェネルトと、前記フィラメントから
放出された電子流の照射により該照射部分からＸ線を発
生するターゲットとを備えたＸ線発生装置において、前記ターゲット上に設定した電子流の照射部分と対向す
る位置に、前記ターゲットと同一材料で形成したイオン
受部を配設したことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】請求項１記載のＸ線発生装置において、前記ターゲット上に設定した電子流の照射部分と前記イ
オン受部とを結ぶ直線経路を通る任意の仮想平面に対
し、前記フィラメントの少なくとも電子放出領域をほぼ
対称に配設し、該フィラメントから放出される電子流を
前記ウェネルトによりほぼ対称に収束して前記ターゲッ
トの照射部分に照射させることを特徴とするＸ線発生装
置。
【請求項３】請求項１または２記載のＸ線発生装置に
おいて、前記フィラメントの背面に、前記ウェネルトとほぼ同電
位の電子反射板を設置するとともに、該反射板に前記イ
オン受部を突出して設けたことを特徴とするＸ線発生装
置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一項に記載の
Ｘ線発生装置において、前記フィラメントを、ＬａＢ₆材料からなる板状または
棒状のフィラメントで形成するとともに、前記ターゲッ
ト上に設定した電子流の照射部分と前記イオン受部とを
結ぶ直線経路を通る任意の仮想平面に対し、前記フィラ
メントの少なくとも電子放出領域をほぼ対称に配設した
ことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項５】請求項１乃至３のいずれか一項に記載の
Ｘ線発生装置において、前記フィラメントを、タングステン材料からなる少なく
とも一対のコイルフィラメントで形成するとともに、前
記ターゲット上に設定した電子流の照射部分と前記イオ
ン受部とを結ぶ直線経路を通る任意の仮想平面に対し、
前記対の関係にあるコイルフィラメントの少なくとも電
子放出領域をほぼ対称に配設したことを特徴とするＸ線
発生装置。