(57)【要約】【課題】アノードの後方への反射電子や２次電子の回り込みを防止して、装置動作の安定性を向上させる。【解決手段】真空チャンバ内に、電子ビームｅ１を放出するカソード１０と、該カソード１０から放出された電子ビームｅ１の衝突によってＸ線１００を発生するアノード２０とを備えたＸ線発生装置において、前記カソード１０とアノード２０との間に、カソードからアノードへの電子ビームの進行を許すように第３の電極３０を設け、該第３の電極３０をアノードと同電位に設定した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に、電子を放出するカソードと、該カソードから放出された電子の衝突によってＸ線を発生するアノードとを備えたＸ線発生装置において、
前記カソードと前記アノードとの間に、前記カソードからアノードへの電子の進行を許すように第３の電極を設け、該第３の電極を前記アノードと同電位に設定したことを特徴とするＸ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内に、電子を放出するカソードと、カソードから放出された電子の衝突によってＸ線を発生するアノードとを備えたＸ線発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
真空チャンバ内において、図３に示すように、カソード１０から放出された電子ビームｅ１を、高速で回転するアノード２０の金属面に照射して、Ｘ線１００を発生させるＸ線発生装置が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種のＸ線発生装置には、長期使用により劣化した電極を交換する開放型と、いわば使い捨ての密閉型がある。
【０００４】
例えば、開放型のＸ線発生装置では、劣化した電極を交換する際に真空チャンバ内を大気に開放するが、大気に開放した際に、真空チャンバの内壁に、大気中のガス、水、油脂、塵などが付着する。そのため、電子ビームが残留ガスとほとんど相互作用を起こさない領域に到達するまで、真空チャンバ内を真空引きしてから、次の運転を再開するようにしている。
【０００５】
しかしながら、真空チャンバを開放した直後や運転時間がまだ短い間（運転を開始して間もない内）は、真空チャンバ内でたびたび有害な放電が起こるという問題があった。この放電は、真空チャンバ内部のベーキング後、長期間運転することにより、徐々に回数が減少していくが、それでも１日に数回の放電は許容せざるを得ない状況であった。
【０００６】
このような放電は、電源側から見れば大きな負担となるため、通常は保護回路を設けて回路に大電流が流れ込まないようにしてある。つまり、放電を放置しておくと装置が故障してしまうため、放電が発生すると直ちにインターロック回路が起動するようなシステムを採り入れている。しかし、インターロック回路が作動している間はＸ線の発生が中断されるため、Ｘ線を用いて測定を行っている場合は、Ｘ線の発生の中断により測定の中断という事態になってしまう。このため、できるだけ放電が起こるのを避けたいという要請があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２３７６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この放電の問題を解決しようと、長年にわたって原因究明のための調査が成されてきた。しかし、放電発生のメカニズムについて、現在のところ具体的な原因が提示されることはなかった。
【０００９】
本発明者らは、Ｘ線発生装置を長期間運転させた後の状態においても、アノードの表面への電子ビーム照射により、アノードからの反射電子や２次電子などの２次的な電子が依然として生成され続けることに着目し、電場解析のシミュレーションにより、真空チャンバ内での等電位分布と電気力線を描いて、２次的に生成される電子の軌道を予測し、原因の追及を行った。
【００１０】
図３において、ｅ２はアノード２０から飛び出した反射電子、Ｔは等電位面を示している。また、図４は、真空チャンバ１内においての反射電子ｅ２の軌道をシミュレーション
した概要を示し、ｇは放出ガスを示してている。
【００１１】
シミュレーションの結果、図４に示すように、特に反射電子ｅ２が、カソード１０とアノード２０の間に存在する電位勾配によって再加速されて、アノード２０の後方へ回り込み、結果的に真空チャンバ１の内壁に高いエネルギーを保った状態で衝突することを突き止めた。
【００１２】
反射電子ｅ２のアノード２０の後方への回り込みは、カソード１０とアノード２０の間に連続した電位勾配が存在することにより起こると考えられる。
【００１３】
その点について述べる。まず、１次電子（電子ビームｅ１）がカソード１０から放出され、それがアノード２０に照射されると、アノード２０の照射面から２次的な電子が生成される。ここでは、特に、アノード２０の表面で弾性的に金属原子と衝突して跳ね返ってくる反射電子ｅ２が問題となる。なぜなら、これら反射電子ｅ２は１次電子（カソード１０から放出された電子ビームｅ１）とほぼ互角の運動エネルギーを持っているからである。
【００１４】
この反射電子ｅ２の一部は、電場によって進行方向を曲げられながら、カソード１０側へ遡ろうとする。このとき、電場ベクトルは、等電位面Ｔに対して垂直の力を電子ｅ２に及ぼす。
【００１５】
しかし、カソード１０とアノード２０の間に存在する連続した電位勾配により、自身の持つ運動エネルギーと等しい電位面で一旦は失速するが、電位勾配の中にいるために再び運動エネルギーを獲得し、軌道を曲げられながら、アノード２０方向へ再加速される。そして、反射電子ｅ２の一部は、高い運動エネルギーを保ちながら、アノード２０後方へ回りこむことになる。
【００１６】
これらの回り込みを起こした電子ｅ２は、ベーキングが進んでいない部位や真空チャンバ１の壁面に衝突する。長時間にわたる運転で十分に排気された真空チャンバ１であっても、真空チャンバ１の壁面が完全に清浄であることはなく、それら壁面に反射電子ｅ２が衝突すると、電子衝撃によって、壁面に吸着されていたガスｇがチャンバ１内に放出される。そのため、真空チャンバ１内の圧力が上昇し、気体放電が誘発される環境が常時作り出されることになる。
【００１７】
この反射電子ｅ２による吸着ガスｇの脱離は常に起こり、なおかつ気体分子の電離に寄与する高いエネルギーを持った反射電子ｅ２が常時真空チャンバ１内を飛行している状況である。従って、従来のようなアノード２０とカソード１０からなる２極管構造を採用している限りにおいては、真空チャンバ１内の放電の問題を回避することは困難であるということが分かった。
【００１８】
以上は開放型の問題点について述べたが、密閉型の場合も有害な放電などの問題が起こることが分かった。即ち、密閉型の場合は、例えば、真空チャンバの壁面（ガラス製）への反射電子の付着により電荷蓄積が起こるが、その電荷蓄積により、印加電圧の不安定を招いたり、放電の危険性が高まったりする問題があることが分かった。
【００１９】
本発明は、上記事情を考慮し、アノードの後方への反射電子や２次電子の回り込みを防止して、装置動作の安定性を向上させるようにしたＸ線発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、真空チャンバ内に、電子を放出するカソードと、該カソードから放出された電子の衝突によってＸ線を発生するアノードとを備えたＸ線発生装置において、前記カソードと前記アノードとの間に、前記カソードからアノードへの電子の進行を許すように第３の電極を設け、該第３の電極を前記アノードと同電位に設定したことを特徴とする。
【００２１】
このようにすることにより、カソードとアノードの間にゼロ電位空間を形成することができる。但し、カソードに近い側の電位勾配は、電子ビームの加速と集束に必要であるため、その部分の電位勾配は維持しつつ、アノードに近い側に電位勾配のゼロの空間を設けるようにする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、カソードとアノードの間にゼロ電位空間を形成することにより、反射電子のアノード後方への回り込みを大幅に抑制することができる。つまり、アノードから放出される反射電子は、新たに付加した第３の電極に衝突するようになるが、アノードと第３の電極は同電位のため、それらの間に電位勾配は存在せず、従って第３の電極に衝突した反射電子が再加速されることはなくなる。そのため、従来のように、電子が高いエネルギーを保ったままアノード後方へ飛行して真空チャンバの内壁へ衝突し、衝突によりガス放出が起こって、それにより真空チャンバ内の圧力が上昇し、放電が起こるという現象を抑えることができる。なお、第３の電極は、電子衝撃によるクリーニングおよび電子衝撃によるベーキングが進んでいるため、ガス放出はきわめて少なく、問題が生じることはない。
【００２３】
また、電子が残留ガスに衝突すると、電離作用によりイオンが生成される。正電荷を持つイオンは、真空チャンバ内の高電圧部に加速されながら衝突し、高電圧部にダメージを与え、劣化を速めると共に、２次的な電子をも放出する。この２次的な電子により放電が誘発されるケースも考えられるが、本発明によれば、付加した第３の電極により、アノード後方でのイオン生成量を抑えることができるので、絶縁セラミックスを含めた高圧導入部へのイオン衝撃回数を緩和することができ、それにより、高圧導入部の絶縁性を長期間保つことができて、装置のメンテナンス期間を延ばすことができる。もちろん、この高電圧部が関与する放電を抑制する効果も期待できる。
【００２４】
その結果、開放型のＸ線発生装置を、長期間にわたり安定して連続運転することが可能となり、ユーザーの測定中断の問題を回避することができる。
【００２５】
また、アノードから放出される反射電子の再加速が抑制されるので、密閉型のＸ線発生装置においても、不安定動作を回避することができる。即ち、真空チャンバの壁面への反射電子の付着による電荷蓄積を抑えることができ、電荷蓄積によって印加電圧が不安定になったり放電の危険性が高まったりする問題を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は実施形態のＸ線発生装置の要部構成図、図２は同Ｘ線発生装置の反射電子の軌道をシミュレーションした内容を示す図である。
【００２７】
この実施形態のＸ線発生装置は、図１および図２に示すように、真空チャンバ１内に、電子ビームｅ１を放出するカソード１０と、該カソード１０から放出された電子ビームｅ１の衝突によってＸ線１００を発生する回転アノード２０とを備え、カソード１０と回転アノード２０との間に、カソード１０からアノード２０への電子ビームｅ１の進行を阻害しない（許す）ようにプレート型の第３の電極３０を設け、該第３の電極３０をアノード２０と同電位に設定したものである。ここでは、カソード１０からアノード２０への電子
ビームｅ１の進行を阻害しないように、第３の電極３０の中央に開口３１を設けている。
【００２８】
このように、アノード２０と同電位の第３の電極３０をカソード１０とアノード２０の間に付加した場合、カソード１０とアノード２０の間にゼロ電位空間を形成することができる。つまり、カソード１０に近い側の電位勾配は、電子ビームｅ１の加速と集束に必要であるため、その部分の電位勾配は維持しつつ、アノード２０に近い側（第３の電極３０とアノード２０の間）に電位勾配のゼロの空間を形成することができる。
【００２９】
その結果、反射電子ｅ２のアノード２０後方への回り込みを大幅に抑制することができる。即ち、電子ビームｅ１の衝突に伴ってアノード２０から放出される反射電子ｅ２は、新たに付加したプレート型の第３の電極３０に衝突するようになるが、アノード２０と第３の電極３０が同電位であり、それらの間に電位勾配が存在しないことから、第３の電極３０に衝突した反射電子ｅ２が再加速されることはなくなる。
【００３０】
そのため、従来のように、反射電子ｅ２が高いエネルギーを保ったままアノード２０の後方へ飛行して真空チャンバ１の内壁へ衝突し、衝突によりガス放出が起こって、それにより真空チャンバ１内の圧力が上昇し、放電が起こるという現象を抑え込むことができる。
【００３１】
なお、図２では、第３の電極３０に反射電子ｅ２が衝突することにより、放出ガスｇが発生するように示してあるが、実際の第３の電極３０からのガスｇの放出は、運転が進行するのに伴って、第３の電極３０が電子衝撃によるクリーニング作用およびベーキング作用を受けることにより、きわめて少なくなるので、問題を生じることはない。
【００３２】
また、このＸ線発生装置では、付加した第３の電極３０により、アノード２０後方での残留ガスへの衝突によるイオン生成量を抑えることができるので、絶縁セラミックスを含めた高圧導入部へのイオン衝撃回数を緩和することができ、それにより、高圧導入部の絶縁性を長期間保つことができて、装置のメンテナンス期間を延ばすことができる。もちろん、この高電圧部が関与する放電を抑制する効果も期待できる。
【００３３】
その結果、開放型のＸ線発生装置を、長期間にわたり安定して連続運転することが可能となり、ユーザーの測定中断の問題を回避することができる。
【００３４】
なお、上記実施形態では、開放型のＸ線発生装置を念頭において説明したが、アノード２０から放出される反射電子ｅ２の再加速を抑制できることから、密閉型のＸ線発生装置に適用した場合においても、不安定動作を回避することができるようになる。即ち、密閉型のＸ線発生装置における真空チャンバ壁面への反射電子の付着による電荷蓄積を抑えることができるようになるため、電荷蓄積によって印加電圧が不安定になったり放電の危険性が高まったりする問題を解消することができる。
【００３５】
また、上記実施形態では、新たに付加する第３の電極３０をプレート型のものとしているが、形状は特に問われるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態のＸ線発生装置の要部構成図である。
【図２】同Ｘ線発生装置の反射電子の軌道をシミュレーションした内容を示す図である。
【図３】従来のＸ線発生装置の要部構成図である。
【図４】同Ｘ線発生装置の反射電子の軌道をシミュレーションした内容を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  真空チャンバ
１０  カソード
２０  アノード
３０  第３の電極
１００  Ｘ線
ｅ１  電子ビーム
ｅ２  反射電子
Ｔ  等電位面
【図１】
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【図２】
2010027302.tif 000004
【図３】
2010027302.tif 000005
【図４】
2010027302.tif 000006