JPS61153935A - プラズマx線発生装置 - Google Patents

プラズマx線発生装置

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JPS61153935A
JPS61153935A JP59273222A JP27322284A JPS61153935A JP S61153935 A JPS61153935 A JP S61153935A JP 59273222 A JP59273222 A JP 59273222A JP 27322284 A JP27322284 A JP 27322284A JP S61153935 A JPS61153935 A JP S61153935A
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JP
Japan
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plasma
mercury
laser
liquid metal
droplet
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JP59273222A
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English (en)
Inventor
Etsuo Noda
悦夫 野田
Setsuo Suzuki
鈴木 節雄
Osamu Morimiya
森宮 脩
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Priority to US06/813,544 priority patent/US4723262A/en
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05GX-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H05G2/001X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/003X-ray radiation generated from plasma being produced from a liquid or gas
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21BFUSION REACTORS
    • G21B1/00Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/11Details
    • G21B1/19Targets for producing thermonuclear fusion reactions, e.g. pellets for irradiation by laser or charged particle beams
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05GX-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H05G2/001X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/008X-ray radiation generated from plasma involving a beam of energy, e.g. laser or electron beam in the process of exciting the plasma
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
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  • X-Ray Techniques (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、レーザーや荷電粒子ビームによシ生成され九
プラズマからX線を得るプラズマX線発生装置に関する
〔発明の技術的背景とその問題点〕
ターゲット上にレーザー光や荷電粒子ビームを集光照射
すると、高温高密度のプラズマを瞬時に生成することが
できる。このプラズマをX線源として利用すると(l)
:高輝度のX線が得られる、(2):線源が点光源に近
い、(3)”短パルスである、(4): YAG  レ
ーザー等のくり返しの大きいレーザーを使えば、<シ返
しの大きいX線源となる、などの特徴を持つX線発生装
置が得られ、X線リングラフイーや種々の測定に利用で
きる。従来、この糧の実験は主として固体平面ターゲラ
)Kレーザー光を照射して行なわれていた(例えば、8
ov。
Phys、Tech、Phys、 28 (7) 、 
P2S5(1983)。
しかし、この方法は実用に供するには次の様な欠点があ
る。すなわちターゲット物質の補充に手間がかかること
、特に、真空容器内にセットされたターゲットをすべて
打ち尽くした後、真空を破る必要があり、かなりの時間
損失がある。またプラズマ化した物質がレーザー入射窓
やX線取出窓に付着し、レーザー照射パワーの損失や窓
の破壊及びX線の減衰などにつながる。プラズマ物質の
窓への付着を防ぐための一方法として、次の様な提案が
なされている(例えば、特公昭58−158842号公
報)。すなわちプラズマ化後の生成物がガス化する様な
物質(例えば、氷、アンモニアの固体、アルゴン、クリ
プトン、キセノン固体。
炭酸ガスの固体など)をターゲットとして使用する方法
である。しかし、この方法はターゲットを低温に冷やす
必要があり、そのための装置が複雑になる。更に、ター
ゲットの供給のための装置も複雑なものになる(例えば
、日本原子力学会誌。
26(7)、P594(1984))。
〔発明の目的〕 この発明は、前述した従来技術の欠点を改良したもので
、しテザーまたは荷電粒子ビームを用いた劣化が少なく
、高くり返しが可能でターゲット物質の供給が容易で構
成の簡単な高輝度X線源として優れたプラズマX線発生
装置を提供することを目的としている。
〔発明の概要〕
かかる目的を達成するために本発明では、ターゲット物
質に液体金属(例えば、水銀)を用い、この液体金属を
細管またはオリスイスを通してレーザーパルス(あるい
は荷電粒子ビームパルス)に同期させて真空容器内圧供
給するようにしている。
この供給は具体的には液滴小球の形でなされ、各液滴を
レーザーで照射してプラズマ化してX線を得る。なお、
プラズマ化した物質は飛行中あるいは窓などに衝突した
後、再結合して中性化するが窓や真空容器に液体金属と
反応して合金を作らない物質を用いることKよシ、ター
ゲット物質は窓に付着することなく下に流れ、窓の劣化
を防止することができる。
また、液滴の発生とレーザーパルスを同期させるためK
は、例えば、細管やオリフィスあるいはそこを流れる液
体金属に機械振動を加えたり、液体金属溜にパルス的に
圧力を加えてもよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、劣化が少なく、くり返し使用可能で、
しかもターゲット物質の供給が容易で、構成の簡単な高
輝度のX線源を得ることができる。
〔発明の実施例〕
本発明の実施例について詳細に説明する。第1図は真空
容器1の上部に細管2を配置し、ターゲット用の水銀を
溜めである供給用水銀溜3から液体金属としての水銀を
供給するようになっている。
容器1の側面にはレーザー入射窓4と、ビームダンパー
を構成するレーザー透過窓5が設けられている。レーザ
ー入射窓4からはプラズマ生成用ビームとしてのレーザ
ー8を集光用レンズ6を介して水銀の小滴9に照射する
ようになっている。
水銀の小滴9は、表面強力忙よシ細管2の先端に導びか
れ、この細管2の先端に設けられたピエゾ素子10の加
振によって滴下させる。この時の水銀の供給量qは、水
銀溜の水銀表面と細管の先端との高差をhl、細管の内
径をり、長さをlとすると ここでダ、ρは水銀の粘性率、質量密度をP・は水銀溜
の圧力(一般には大気圧)を表わしている。
ピエゾ振動子10で細管に機械的振動(振動数f)を与
えると、水銀は細管から飛び出した後周期1/fの間隔
で、小滴9に分裂する。この間隔をレーザーパルスに同
期する様に設定しておく。また、この時の小滴の大きさ
dは次の様になる。
dはレーザー光の集光径程度に選べばよいから、小滴が
安定にできる範囲で細管サイズやhlを選定すればよい
レーザーのくり返しが小さい時(10Hz以下)には上
記の方法は使えない。水銀の表面張力をσとすると 上式を満たす様にl l D 、 h、などを選定して
、表面張力により水銀が細管から飛び出さないようにし
ておき、レーザーパルスに同期させ細管に適度な強度の
1パルスの振動を与えると、細管から小滴が一つ飛び出
す。この径は振動強度によシ異なるが細管の内径に近い
値になる。以上の様にして真空容器内に水銀の小滴をレ
ーザーパルスに同期して供給し、この小滴にレーザー光
を集光照射することにより、水銀をプラズマ化しX線を
発生させる。
ピエゾ素子lOは、第2図に示すようにセラミック部1
6とその厚み方向に振動するように、両面に設けた電極
17.18で構成されている。電極17には細管2の端
部に設けたつば部19に絶縁されて固設されており、電
極18には容器側の支持部20に絶縁されて固設されて
いる。
このピエゾ素子10は、交流電圧を発生する駆動電源2
1の印加で振動する。すなわちこの駆動電源21の印加
する交流電圧で細管2の先端が振動し、細管2内の水銀
は小滴9となって滴下する。
この水銀の小滴9にレーザー光を同期して照射するため
に、駆動電源21の交流信号22を波形整形器23で矩
形波信号24とし、この矩形波信号24をモノマルチバ
イブレータ25に入力してパルス信号zsKする。この
パルス信号26のパルス発生時間を小滴9の位置とレー
ザー光の発射時間を一致させるために遅延させる遅延回
路27を介して同期パルス信号28を得る。この同期パ
ルス信号28によってレーザー装置29は駆動され、小
滴9にレーザー光8を照射してプラズマ化しX線を発生
させる。発生したX線は第2図に示すように真空容器の
周囲に数ケ所設けたX線取シ出し窓13に取り付けられ
たポリエチレンの薄膜等15を通して取シ出され利用す
る。
例えば、X線取シ出し窓13の中にはX線を照射して半
導体装置を製造する、例えば半導体チップ30が配置さ
れている。
このプラズマ化した水銀は再結合にょシ中性の水銀原子
だ戻るがガラスやポリエチレン15の窓等圧付着するこ
とはなく、真空容器の底7に流れていく。
〔発明の他の実施例〕
次に本発明の他の実施例について説明する。第4図は水
銀の小滴9を作るのにピエゾ素子を用いる代りに、水銀
溜に圧力を加える様にした例である。尚、前述の実施例
と同−構成部分圧ついては同一符号を附して説明する。
この実施例では、水銀溜3の上部に内部と連通ずる配管
31と、この配管31に流れるガス流を断続する高速電
磁バルブ32と、配管31に流すガスを印加するガスボ
ンベ33とで構成されている。
この高速電磁バルブ32は、所定のタイミングで水銀の
小滴9の滴下位置とレーザー照射時間とが一致するよう
に図示しない駆動制御装置を設けて駆動されるようにな
っている。水銀溜3に圧力をパルス的に加えるために、
高速電磁バルブ32とガスボンベ33を使用している。
水銀溜3に加える圧力の変化の大きさΔPが水銀溜3の
基本圧力式より十分小さければ、圧力変動の周波数をf
とすれば、(2)式の関係がそのままあてはまる。また
、くシ返しが小さい時には、(3)式の関係を満たす様
に細管等の条件を選んでおき、レーザーパルスに同期し
て水銀溜にパルス圧力ΔPを加え(4)式を満たす様に
ΔPを選ぶと、水銀はレーザーパルスに同期して細管の
出口から飛び出す。この時、小滴の径は圧力を加える時
間ΔtやΔPなどで決まるが、細管の径が最大の要素と
なる。
また、水銀溜に圧力を加える構成としてはピエゾ素子等
の音響素子を水銀溜の内壁の一部に配置してもよい。前
述した実施例ではプラズマ生成用ビームにレーザーを使
用したが、電子ビーム、軽イオンビーム、重イオンビー
ム等の荷電粒子ビームを使用してもよい。
以上の様に本発明を用いれば、レーザーまたは荷電粒子
ビームを用いた劣化が少なく、高くシ返し可能で、ター
ゲット物質の供給が容易で構成の簡単な高輝度X線源を
得ることができる。
水銀供給用細管の代わりにオリフィスを使用してもよい
。また水銀の供給は図の様に上部からでなくても横方向
から供給する様にしてもよい。液体金属は、水銀以外に
もガリウム、セシウム、インジウム、カリウムなぞの金
属を用いてもよい。
この時、液体金属と容器、窓等との反応に注意して材質
を選ぶ必要がある。また、窓からの液体金属の離脱をす
みやかに行なわせる丸めに窓等を加熱して液体金属の粘
性を下げたシ、蒸発させたシする手段を用いてもよい。
X線を発生させる真空容器内は、必ずしも真空である必
要はなく、必要ならばHe等のガスを低圧力で封入して
もよい。
また連続的なビーム(レーザー)を使用する場合には機
械振動、圧力パルス等を用いることなく細管から飛び出
した液体金属が小滴に分裂する前の位置で照射する様に
すればよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の構成を示す断面図、第2図は
回路図、第3図は部分断面図、第4図は本発明の他の実
施例の構成を示す断面図である。 1・・・プラズマ生成用真空容器、2・・・供給用細管
。 3・・・供給用液体金属溜、4・・・レーザー入射窓、
5・・・レーザー透過窓またはビームダンパー、6・・
・集光用レンズ、8・・・レーザー光、9・・・液体金
属小滴、10・・・ピエゾ素子、32・・・高速電磁パ
ルプ、33・・・ガスボンベ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ターゲットにプラズマ生成用ビームを照射し、プ
    ラズマ化することによりX線を発生させるものにおいて
    、前記ターゲットとして液体金属を用い、この液体金属
    をプラズマ発生容器中に前記プラズマ生成用ビームに同
    期して供給するよう構成したことを特徴とするプラズマ
    X線発生装置。
  2. (2)液体金属を水銀としたことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のプラズマX線発生装置。
  3. (3)プラズマ発生容器を真空容器としたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のプラズマX線発生装置
JP59273222A 1984-12-26 1984-12-26 プラズマx線発生装置 Pending JPS61153935A (ja)

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DE3586244T DE3586244T2 (de) 1984-12-26 1985-12-23 Vorrichtung zur Erzeugung von Weich-Röntgenstrahlen durch ein Hochenergiebündel.
EP85309408A EP0186491B1 (en) 1984-12-26 1985-12-23 Apparatus for producing soft x-rays using a high energy beam
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