JPS59501138A - Ｘ線源装置 - Google Patents

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】 Ｘ線源装置 本発明はＸ線源装置に関する。従来上り利用可能なＸ線源の典型的なものは一個 もしくは複数個のアノードを有しており、これらアノードは通常、水で冷却され るとともにグランド電位にあり、上記アノード゛に対して高い負の電位にバイア スされたフィラメントを有する電子銃からの電子によりたたかれる。典型的には 通常、電子がターゲットをたたくことにより発生されるＸ線は薄い金属の窓（典 型的には０．００４”の厚さのアルミニウム）を通しで上記Ｘ線源から放射され る。上記ターゲットおよび電子源は、もちろん、排気されたチャンバ内にある。

この種のＸ線源はある種の応用には不便さを有している。第１に、電子源とター ゲットの一直線（見通し線）′状の配置のために、フィラメントから蒸発した材 料が上記アノードを汚染し、このことが上記ターゲットの特性波長におけるＸ線 の束を減衰させるとともに、符表昭５９−５０１１３８　（２） Ｘ線スペクトラム中に不純物ラインを持ち込む。第２に、高エネルギーの弾性的 に散乱された電子がターゲットであるアノードの表面から放射されて上記アルミ ニウムの窓を打つ。このような弾性的に散乱された電子は１５ＫｅＶのオーダの エネルギーを有している。これらは高電力運転中に上記窓を溶解したり、またア ルミニウムの波長特性のＸ線を発生させるという結果を惹起する。さらに、２次 電子か゛上記窓のアルミニウムからＸ線によって照射されるべぎ領域内に放射さ れる。

上記不具合はＸ線源が分析の目的で標本を照射するために使用される場合、特に 光電子スペクトル計測において特に重要である。かかる装置では、分析されるべ き標本は上記Ｘ線源からの所定のＸ線で照射され、上記アルミニウムの窓から放 射されるような浮遊（ｓｔｒ’ａい電子による照射か標本を劣化させる。

多数の上記不具合を回避するＸ線源の実在する形式のものよ、電子源のフィラメ ントとともに正の電位に保持されてアース電位もしくはアース電位に近い電位に 維持されたターゲットアノードを使用している。上記）゛イラメントはまたター ゲットアノードに対して見通し線の外に配置され、焦点用シールドがフィラメン トによって放射された電子を、上記タープ・メトアノード上に所望のように集中 させる電界を発生するために設けられている。この配置により、フィラメントか ら蒸発した材料は上記ターゲットアノードを汚染することはなく、また、上記タ ーゲットアノードの高し）正電圧は弾性的に散乱された電子を引きもどして、こ れら電子が上記アルミニウムの窓を打つのを妨げる。

この正の７７−ドＸ線源に関しては、しカルながら、上記Ｘ線源がたとえば電子 スペクトロメータにおし）で標本を照射するために使用されるときに、アノード の良好な電気的遮蔽を確保することか必須である。そのとき、標本が上記Ｘ線源 の電界からアイソレートされて標本により発射された電子は偏向されな０とν・ うことを保障することか重要である。電気的遮蔽が必要であるため、上記ターゲ ットアノードが照射される標本にどれたけ近接して配置することができるかに限 界がある。

また、実際上のＸ線源では、上記７メードの疋められた一領域は標本を照射する このができるＸ線を発生する。有用なＸ線の強さは従って上記７ノードにおける 電子流の密度に依存する。電界によるフォーカシングを使用する通常のＸ線源で は、−に記電子流の密度はとりわけ電子ビームの空間電荷の広がりにより制限さ れる。

正のアノードのＸ線源の例がり、Ｂ、フリンダス・ヘイトン（Ｂｒ１ｇｇ５　Ｈ ｅｙｄｅｎ　）により編集され、１９７８年に出版されたハンドブック［Ｘ線と 紫外線光電子分光学（Ｘ−ｒａｙ　ａｎｄ　Ｌ月Ｌｒａ−Ｖ　１ｏｌｅＬ　Ｐｌ ＋ｏｔｏ−Ｅ　１ｅＣＬｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　）　Ｊ（８１−８□ ４ページ）に述べられている。

本発明によれば、Ｘ線ｉ原装置は、排気されたチャンバ内に、少くとも予め定め られたエネルギーの電子によりたたかれると、Ｘ線を発射する選択された材料か らなるＸ線ターゲットと、電子源およびこの電子源から少くとも上記予め定めら れたエネルギーに電子を加速するための手段と、上記夕〜プントと電子源とを連 結する磁力線を有する磁界であって、角度成分を有する電子源から」二記磁界へ 加速されたこれらのエネルギーの電子か上記磁界の方向に沿って上記磁界により 、上記装置の月決に比較して小さならせん径を有する、らせん運動を行う強さを 有する磁界を発生するための手段とを含んでいる。

５ 電子源により放射されるとともにターゲットに向って加速された電子を磁力線に 沿って上記ターゲットへらせん状に［集中１もしくは進行させるべくこのように 強力な磁界を使用することにより、ターゲットと電子源との間の間隔はターゲッ トの上への電子の束の損失なしにかなり増加させることができる。非常に重要な ことに、上記ターゲットが強い磁界内にあるという事実はまた上記ターゲットか ら弾性的に散乱されたいかなる電子も同様に上記磁力線に沿って引きもどされる ということを保障する。従って、磁力線（および衝撃用の電子の束の一般的な方 向）に関連して、ターゲットを適切に向き付けることにより、Ｘ線は近くの標本 を照射するために上記ターゲットから発射される一方、上記標本はターゲットを たたく電子およびターゲットを離れて散乱された電子の通路の内法（ｃｌｅａｒ ）に配置される。従って、Ｘ線ターゲットと照射されるべき標本とを分離するい かなる窓もない場合にも、上記ターゲットから弾性的に散乱された電子による標 本の照射は回避される。金属の窓が標本とターゲットとの間に使用されると、そ のときには、上記窓はまた散乱された電子によりたたかれないように配置するこ とができる。

上記磁界はまた空間電荷の広がりによる電子ビームの拡大を制服してＸ線アノー ドにおけるより高い電流密度を許容する。

好ましくは、上記磁界発生手段は、Ｘ線ターゲットと電子源とを結ぶ磁力線が曲 げられるように配置される一方、上記装置は上記電子源とＸ線ターゲットとの間 の直線通路を阻止するが、しかし、上記磁力線に沿って電子源からＸ線ターゲッ トへ電子の通過を許容するアパーチャ手段を含んでいる。Ｘ線ターゲットと電子 源とを結ぶ磁力線が上記のように曲がるように配列することは相対的に明瞭なこ とである。このことは軸対称の磁界を使用し、Ｘ線ターゲットを強磁界の領域内 で上記軸から僅かに離れて配置する一方、電子源を相対的に弱い磁界内で磁力線 がＸ線ターゲットと電子源とを結ぷ軸から光分離れた領域内に配置することによ り遂行することができる。そのとき、Ｘ線ターゲットと電子源との間の見通し線 を制限する一方、上記磁力線に沿って移動する電子の通過のみを許容するために アパーチャ手段を使用することによりへフィラメントから蒸発した材料によるＸ 線ターゲットの汚染が回避上記Ｘ線ターゲットはアース電位にあり、加速手段は そのとぎ上記電子源と上記Ｘ線ターデッドとを結ぶ磁力線に沿うアースされたグ リッドもしくはアイリス、および上記電子源とグ１ノットもしくはアイリスとの 間で電子加速用の電位勾配を発生するための手段を含んでいる。本発明構成によ り、弾性的に散乱された電子による標本の汚染は、アース電位のＸ線ターゲット を使用した場合でも回避されるということが評価されるのである。従って、従来 より採用されてきた正の夕一ゲットア７−ドの構成の必要はない。このため、が がる正のターゲットアノードの構成のための電気的遮蔽は、配置されるべきＸ線 ターゲットが標本上へのＸ線の束が増加するように標本により近接して配置する 必要をなくすことかできる。

ある一つの構成では、電子源はこの電子源における磁力線に対して鋭角をなす線 内に伸長するように配置されたワイヤフィラメント、および上記フィラメントを 加熱するための直流電圧源である。上記フィラメントは（Ｘ線ターゲットの磁界 よりもたぶん弱いけれども）相対的に強い磁界内に配置されていることが評価さ れるであろう。このため、フィラメントワイヤ中を流れる直流電流は、このフィ ラメントワイヤに作用するローレンツ力を惹起する。磁力線に対して鋭角にフィ ラメントワイヤを配置することにより、このワイヤフィラメントに作用するぴ一 レンッ力の大きさは減少させ得る。しがＬながら、上記ワイヤフィラメントが磁 力線に対してあまりにも平行に近くなると、そのときは熱電子は磁力線に沿って 無視可能な速度で上記ワイヤフィラメントから放射され、上記磁界によりワイヤ フィラメントの領域から逃げるのが妨げられる。これら対立する要求の間の妥協 は上記磁界に対して５゜と３０°との間の典型的なフィラメント角により達成さ れる。

」二記に代る構成では、電子源は電子源において磁力線に垂直な平面内にある円 内に伸びるように配置されたワイヤフィラメント、および上記ワイヤフィラメン トのローレンツ力か径方向外方に向くようにフィラメントのまわりに向鰺付けら れた直流電流により、−ト記ワイヤフィラメントを加熱すべく接続された直流電 圧源である。この構成において、上記ワイヤフィラメントが加熱されたとぎにロ ーレンツ力による引張り力に耐９ える充分な強さを有するならば、ローレンツ力はワイヤフイラメン）・の好まし くない変位を惹起することはない。

本発明はさらに標本の領域内に磁界を発生するため近接して配置されだ上記Ｘ線 ターデッ３トを有する任意る光電子スペクトロスコープもしくは顕微鏡に想到さ せる。

本発明の実施例は次の添付図面を参照して説明されるであろう。

第１図は本発明の一実施例に係るＸ線源の模式図であり、第２図は光電子スペク トロスコープもしくは顕微鏡の一部として組み込まれたＸ線源の模式図であり、 第３図および第４図は第１図もしくは第２図のＸ線）原の電子銃に使用するため のフィラメントの異なる配置を図示している。

第１図を参照すると、磁界Ｈの領域内に配置されたＸ線ン−ゲット１０が図示さ れており、磁界および磁力線の方向は矢印１１によ）フ示されている。Ｘ線ター ゲット１０はエネルギーの付与された電子によりたた蒲唱９−５０１１３８（４ ） かれるように配置されたフェース１２を有している、典型的にはマグネシウムか らなる金属ブロックを含んでいる。Ｘ線り一デット１０はパイプおよび導管１３ および１４によって水冷される。

第１図では、磁界Ｈは拡大された領域にわたって一様かつリニヤとして図示され ている。電子源が番号Ｉ５て一般的に示されており、この電子源１５はまた磁界 Ｈの領域内に配置されるとともに、上記夕〜プツトに向って電子を矢印１１によ って示された磁力線に平行な方向に加速するように配置されている。磁界Ｈおよ びＸ線ターゲット］０と電子源１５の位置決めは、電子源とターゲットが磁界Ｈ の磁力線により結ばれるように設定される。

電子源１５はバッテリ１７により図示された電源から直流電流が供給される、典 型的にはタングステンからなる、ワイヤフィラメント１６を含んでいる。直流電 流はワイヤフィラメント１６が熱電子を放射する温度に上記ワイヤフィラメント １６を加熱する。グリッドもしくはアイリス（ｉｒｉｓ）　１８が、上記Ｘ線タ ーゲットとワイヤフィラメントとを結んでいる磁力線を横断してワイヤフィラメ ント１６とＸ線ターゲット１０と１ の間に配置されている。グリッドもしくはアイリス１８はアース電位に保持され る一方、上記ワイヤフィラメント１６は第１図において便宜上バッテリバイル１ ９により示されたＤＣＥＨＴ電源により、典型的には１５ＫＶを超える、相対的 に高い負の電位に保持されている。このため、加速電界がグリッドもしくはアイ リス］８とワイヤフィラメント１６との間に確立され、このワイヤフィラメント １６からの熱電子がＸ線ターゲット１０に向う電界により加速される。

この一般的な種類の電子銃の動作は良く知られているので、ここではこれ以上詳 しくは説明しない。ただ、Ｘ線ターゲット１０をたたくための電子はワイヤフィ ラメント］６とグリッドもしくはアイリス１８との間の電界により加速たれると いうことに注意すれば充分である。Ｘ線ターゲッ）１０自体はアース電位に保持 される。

ワイヤフィラメント１６から加速された電子が、Ｘ線ターゲット１０の７エース １２に向う磁力線のまわ強く設定されている。磁力線はワイヤフィラメント１６ とＸ線ターゲット１０とを結んでいるので、Ｘ線ター２ ゲットをたたく電子の束は最大化される。

Ｘ線ターゲット］０と電子源１５との開の間隔はクリティカルなものではなく、 Ｘ線源のこの２つのエレメントは、従来周知のＸ線源に比較して、有利にある距 離に配置することかできる。第１図に示すように、Ｘ線ターゲット１０および電 子源１５の近傍は簡単のために誇張されており、Ｘ線ターケ゛ソト１０に向う加 速された電子の飛翔路２０はかなり長い。電子源は従ってアノードよりも磁界の 強さが弱い領域に配置され、このため、放射は縮小されたサイズにてアノード上 に突出している相対的に大トな領域にわたって発生することかでとる。このよう にして、電子源における空間電荷の問題を最小化することかできる。

］５ＫＶを超えるエネルギーに加速されるとともに、磁力線に月する角度におけ るこれらエネルギーの成分を有する電子か、磁力線のまわりに完全にらせん状に 進むことを保障するため１こ、磁界は電子の全飛翔路にわたって充分な強さを有 していなければならない。７テスラ（Ｔｅｓｌａ）のオーダの磁界が満足すベト ものであることが見い出されている。この強さの磁界における１０ＫＶのエネル ギーの電子のサイクロトロン軌道は、１３ おおよそｉｏｏミクａンの直径しか有していないことを示すことがでとる。従っ て、かかる磁界内にてこのようなエネルギーでＸ線ターゲットに向う電子は、１ ００ミクロンよりも小さな空間的な不確かさをもって上記Ｘ線ターゲットに衝突 する。上記磁界は超伝導ソレノイド磁石により発生される。この目的のための技 術は充分確立されているので、ここでは、これ以上詳細には説明しない。

次に、第２図を参照すると、第１図に示されたものの変形例が図示されている。

第２図のＸ線）原は分析の目的のために、光電子を放射するように標本を照射す るための電子源として、光電子スペクトロスコープもしくは光電子顕微鏡におい て使用することがでざる。

光電子スペクトロスコープは周知であり、また、特別な形式の光電子顕微鏡が国 際特許出願Ｆ’ＣＴ／ＧＢ８２１０ｆ＋＋）０８号明細書に説明されている。第 ２図に図示されたＸ線源は、上記特許出願において説明されている光電子顕微鏡 に使用することができる。この光電子顕微鏡では、標本は強磁界の領域中に配置 され、この強磁界は標本により放射された光電子を磁力線のまわりにらせん状に 進行させ、それにより分析の目的のだめの光電子の束を最大にする。

第２図において、標本３０か超伝導ソレノイド３１により発生されるような軸対 称な磁界の軸上に配置されている。標本３０は第１図に図示したようなＸ線ター ゲット３２からのＸ線により照射されるように配置される。上記Ｘ線ターゲッ、 ト３２はまた標本３０に近接しているが、しかし、磁界の軸から僅かに離れた強 磁界の領域に配置されている。番号３３で一般的に示された電子銃からのエネル ギーの与えられた電子は、磁界によりＸ線ターゲット３２に収束される。超伝導 ソレノイド３１は上記磁界か図面に図示されでいるように、」−記軸から磁力線 が発散して電子銃３３の領域で弱くなるように配置されている。このため、上記 電子銃３３とＸ線ターゲット３２とが磁界の曲った磁力線により連結されるよう に、Ｘ線ターゲット３２よりも上記軸３・１からやや離れて上記電子銃３３が配 Ｈされでいる。

上記したのと同様にして、電子は電子銃３３により加速されるとともに、標本３ ０を照射する所望のＸ線を発生するために、上記Ｘ線ターゲット３２をたたくよ うに曲りだ磁力線に沿って飛翔するようにされる。

５ 磁界の強さは被加速工不ルキーのもとで゛は、電子を第２図に図示された曲げら れた飛翔路３５に追従させるのに充分である。

再び、Ｘ線タープント３２はアース電位とすることがで終るが、これは上記Ｘ線 ターゲットから弾性的にはじき飛ばされたいかなる電子も上記磁力線に沿ってら せん状にもどり、従って、電子の飛翔路３５から離れて配置されている標本３０ を汚染することかできないようにするためである。電子銃３３のフィラメントと Ｘ線ターゲット３２と標本３（）との開で、直接、−直線に見通されることを阻 止するため、上記飛翔路３５に沿ってアパーチャ３６が設けられている。従って 、電子の曲げられた飛翔路３５のために、Ｘ線ターゲット３２および標本３０の いずれもフィラメントから蒸発した材料により汚染されない。

Ｘ線ターゲット３２はアース電位にあるので、正のターデッドアノ−ドを有する Ｘ線）原に対して必要とする通常の電気的遮蔽を必要としない。その結果、Ｘ線 ターデッド３２は標本上のＸ線束を最大にするために、標本３０により近く配置 することができる。

図示された配置では、Ｘ線）原のエレメントおよび光６ 電子顕微鏡もしくはスペクトロスコープの標本３０は、共通の排気されたチャン バに収容されている。しカルながら、やはり、Ｘ線源と光電子スペクトロスコー プもしくは顕微鏡とは別々に排気することか好ましい。

この場合、ｘｌ源とＸ線が透過する標本３０との開には窓を設けることが必要で ある。アルミニウム箔の窓が使用される。散乱された電子によって、上記アルミ ニウム箔の窓がたたかれるという問題は除去されており、このため、上記窓の過 熱の危険もしくはアルミニウムが有している特性による寄生Ｘ線の発生は回避さ れる。

第３図および第４図を参照すると、電子銃もしくはＸ線源１５（第１図）、３３ （第２図）のフィラメント１６に対する２つの配置が図示されている。第１図を 参照すると、フィラメント４０は、支柱４１と４２との間の直線内に伸長するよ うに配置されている。上記フイラメンｌ−４ｏの直線は、図示のように磁界内の 方向に対して鋭角をなすように配置されている。このため、フィラメントワイヤ ４０中を流れる直流電流ｉにより惹起される上記フィラメントワイヤ４０に対す るローレンツ力の大外さが小さくなり、それにより、動作１７ 中に上記フィラメントワイヤに加えられるストレスおよびフィラメントワイヤの 好ましくない変位も最小化される。上記フィラメントワイヤ４０の直線と磁界Ｈ との間の角度が小さくなればなるほど、上記フィラメントワイヤに作用するロー レンツ力が小さくなることが理解されるであろ°う。しかしながら、上記フィラ メントワイヤ４０が磁界に平行になると、」二記磁界はフィラメントワイヤから 熱電子放射された電子が逃げるのを妨げる効果を有する。従って、フィラメント ワイヤからの電子流が大巾に減少するこ履なく、上記ローレンツ力が満足すべき 程度に低減される妥協的な角度が採用される。磁界に対して５°と３０°との間 の角度が適している。

別の配置が第４図に図示されており、この第４図では、フィラメントワイヤは並 んで配置されている２本の支柱５１と５２との開の円形パス５０内に伸長して内 で方向付けられている。。

動作時、フィラメントワイヤを加熱するために直流電圧源が上記円形パス５０の 両端間に接続され、このため、円形パス５０のフィラメントワイヤに円形パス浄 書（内容に変更なし） ｌＩＦＩ唱９−５０１１３８　（６） の径方向外側に向かうローレンツ力を発生する磁界Ｈの方向に関連する方向に円 形パス５０のまわりに直流電流が流れる。この場合、加熱されたときにフィラメ ントワイヤカ弓１張り力に対して充分な強度を有しているならば、円形パス５０ のフィラメントワイヤのまわりのローレンツ力は上記フィラメントワイヤを図示 された位置から変位させることはない。さらに、フィラメントワイヤの端部によ って、支柱５１．り２に印加される力はフィラメントワイヤにおける純粋な引張 り力であって、このため、ワイヤフィラメントの端部と糸＾台用支柱との間のせ ん断力は消去することがで蘇る。

手続補正書（方力 昭和５９年　４月　６作幅 特許庁　長　官　殿 ２発明の名称 Ｘ線源装置 ３補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　イギリス国、オクヌフオード、オー・エクス９８キユー・ディー、ベリン スフィールド、ヘンリー・ロード（番地の表示なし） 名称　ソー・クフイオジエニクス・リミテッド代表者　ゲーリング、カール・ア ドリアン７、補正の内容 １、願書の翻訳文を別紙の通り訂正します。

■０図面の翻訳文の浄書（内容に変更なし）を別紙の通り提出します。

以　上 ｌ＋＋＋＋ｎ＋＋１．、＋＋ａｌ　Ａｏ、、１ｉｅａｌｌ。ｎＮａ　ＰＣＴ／Ｇ Ｂ　８３１０Ｏ４５７１Ｉ１１＋＋１１ａｌｏ１１＋＋ｌ　Ａｐｐ「、ｃｉ＋： ｃｎＮｏ、　ＰＣＴ／ＧＢ　８３１００１５７■ 第１頁の続き ０発　明　者　キーンリーサイド・マイケルイギリス国オクスフオードシャー・ シャルグループ・フレミング・アベニュー２７番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くとも予め定められたエネルギーの電子によりたたかれるとＸ線を発射す る選択された材料からなるＸ線ターゲットと、電子源およびこの電子源から少く とも上記予め定められたエネルギーに電子を加速するための手段と、上記ターデ ッドと電子源とを連結する磁力線を有する磁界であって、角度成分を有する電子 源から上記磁界へ加速されたこれらのエネルギーの電子が上記磁界によりその磁 力線に沿ってらせん運動するのに充分な強さを有している磁界を発生するための 手段とを排気されたチャンバ内に備えてなるＸ線源装置。 ２、磁界を発生させるための上記手段は、上記ター置されるとともに、上記装置 は電子源とＸ線ターゲットとの開の直線路を遮断するが、しかし上記磁力線に沿 って電子）原からＸ線ターゲットへの電子の通過を許容するアパーチャ手段を含 む請求の範囲第１項記載のＸ線）原装置。 ３、上記ターゲットはアース電位にあり、上記加速手段は電子源とＸ線ターゲッ トとを結ぶ磁力線に沿う０ アースされたグリッドもしくはアイリスと、上記電子源とグリッドもしくはアイ リスとの間の電子加速用電位勾配を発生させるだめの手段とを含む請求の範囲第 １項または第２項記載のＸ線源装置。 ４、上記電子源は電子源における磁力線に対して鋭角をなす線内に伸びるように 配置されたワイヤフィラメント、およびこのワイヤフィラメントを加熱するため の直流電圧源である請求の範囲＄１項から第３項のいずれか−に記載のＸ線源装 置。 ５、上記電子源は電子源における磁力線に垂直な平面内の円の中に伸長するよう に配置されたワイヤフィラメント、およびこのワイヤフイラメン１のローレンツ 力が径方向外向外になるように、上記ワイヤフィラメントのまわりに向き付けら れた直流電流により、上記フィラメントワイヤを加熱するように接続された直流 電圧源である請求の範囲第１項から第３項のいずれか−に記載のＸ線源装置。 １