(57)【要約】  本発明のＸ線発生装置は、内部に低圧ガス雰囲気を維持する真空容器（１）と、真空容器内に配置された少なくとも１つの異極像結晶（２）と、異極像結晶の温度を昇降させる温度昇降手段（３）、（７）、（８）、（９）と、真空容器内における、温度昇降手段によって熱励起された異極像結晶から生じる電界の到達範囲内に備えられ、電界放出により電子を放出する冷陰極電子源（４）と、真空容器内における異極像結晶から生じる電界の到達範囲内に配置されたＸ線発生用金属ターゲット（６）を備える。  この構成によって、高圧電源装置や真空排気装置等の大掛かりな装置を一切備えることなく、また、電子源用の付加的な電源を使用することなく、コンパクトな構成でもって一定レベル以上の強度のＸ線を長時間に渡って安定的に発生させることができる。また、電子源の作動時に熱が発生することもなく、しかも、真空容器内に不都合な汚染を生じさせることもない。
2008123301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に低圧ガス雰囲気を維持する真空容器と、
前記真空容器内に配置された少なくとも１つの異極像結晶と、
前記異極像結晶の温度を昇降させる温度昇降手段と、
前記真空容器内における、前記温度昇降手段によって熱励起された前記異極像結晶から生じる電界の到達範囲内に備えられ、電界放出により電子を放出する冷陰極電子源と、
前記真空容器内における前記異極像結晶から生じる電界の到達範囲内に配置されたＸ線発生用金属ターゲットと、を備えたことにより、前記異極像結晶の温度の昇降に伴って前記真空容器から外部にＸ線を放射するものであることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
前記冷陰極電子源は、仕事関数が小さく、電界放出によって電子を放出し易い物質それ自体、あるいは、少なくとも１つの細い尖った突起部を有する表面形状とされた物質からなっていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項３】
前記冷陰極電子源は、少なくとも一方の面に、マイクロメートルオーダー又はそれ以下の大きさのファイバー又は先端が尖った突起を多数備えた基板の単体、又は組合せ体からなっていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項４】
前記異極像結晶の周囲に、１枚の前記基板が、前記ファイバー又は前記先端が尖った突起を備えた面を前記異極像結晶側に向けて配置されていることを特徴とする請求項３に記載のＸ線発生装置。
【請求項５】
前記異極像結晶を間に挟んでその両側に、２枚の前記基板が互いに対向して配置されていることを特徴とする請求項３に記載のＸ線発生装置。
【請求項６】
前記異極像結晶の周囲に、少なくとも２枚の前記基板が互いに隣接して配置されていることを特徴とする請求項３に記載のＸ線発生装置。
【請求項７】
前記基板は、平板状又は湾曲した板状に形成されていることを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載のＸ線発生装置。
【請求項８】
前記冷陰極電子源は、内側面及び外側面の少なくとも一方に、マイクロメートルオーダー又はそれ以下の大きさのファイバー又は先端が尖った突起を多数備えた円筒からなっており、前記円筒が、前記異極像結晶の周囲を取り巻くように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項９】
前記ファイバーは、筒状又はコイル状又はリボン状又は先端が尖った突起を有する針状であることを特徴とする請求項３〜請求項８のいずれかに記載のＸ線発生装置。
【請求項１０】
前記ファイバー又は前記先端が尖った突起は、炭素又は窒化硼素又は金属又は半導体材料又はそれらを少なくとも構成元素の１つとして含む化合物から形成されていることを特徴とする請求項３〜請求項９のいずれかに記載のＸ線発生装置。
【請求項１１】
前記冷陰極電子源は接地されていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載のＸ線発生装置。
【請求項１２】
前記冷陰極電子源は、前記真空容器の周壁内面又は前記ターゲットの前記真空容器内に露出した面又は前記異極像結晶の表面に備えられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＸ線発生装置。
【請求項１３】
前記温度昇降手段は、ペルチェ素子が組み込まれた加熱・冷却用ステージを有しており、前記異極像結晶は、前記ステージ上に載置されていることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれかに記載のＸ線発生装置。
【請求項１４】
前記冷陰極電子源は、前記加熱・冷却用ステージの表面に備えられていることを特徴とする請求項１３に記載のＸ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異極像結晶を用いたＸ線発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の異極像結晶の熱励起によるＸ線発生装置は、高圧電源装置や真空排気装置等を必要としないので、小型軽量でありまた可搬性に優れている（例えば、特許文献１、２参照）。
この種の従来のＸ線発生装置において一定レベル以上のＸ線強度を安定して得るためには、装置内部を低圧ガス雰囲気に維持した状態で、異極像結晶の温度変化によって発生する電界と、装置内部の雰囲気ガス及び吸着ガスがこの電界により電離して発生する電子の個数密度とを同時に増大させる必要がある。【０００３】
しかし、これらのＸ線発生装置においては、装置内部の雰囲気ガス及び吸着ガスは、一旦装置内に封入された後は、補給されることがなく、よって、装置内部に発生する電子の個数は次第に減少するのみである。加えて、これらのＸ線発生装置は真空排気装置を備えていないので、装置の内部を一定の低圧ガス雰囲気に維持することが難しく、外部から装置内部への大気のリークによって比較的短時間のうちに装置内部のガス圧が上昇する。そして、ガス圧の上昇によってＸ線の発生効率が著しく低下する。
こうして、これらのＸ線発生装置では、一定レベル以上の強度のＸ線を安定的に発生させることができなかった。【０００４】
この問題を解消するため、Ｘ線発生装置の内部に熱電子放出による電子源を設け、この熱電子源から装置内部に電子を供給することが考えられる（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、この構成によれば、熱電子源を作動させるのに少なくとも約１０Ｗの電力を必要とし、消費電力が大きくなる。また、熱電子源からの放熱によって異極像結晶の表面が加熱されて異極像結晶の正常な温度昇降が妨げられ、それによって異極像結晶の分極作用による電界が弱められ、さらには、熱電子源からの蒸発物が、異極像結晶表面に蒸着されることによって、異極像結晶の分極作用による電界が弱められ、その結果、一定強度のＸ線を長時間にわたって安定的に発生させることはできなかった。【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１７４５５６号公報
【特許文献２】特開２００５−２８５５７５号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００６／１０３８２２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、真空排気装置を備えることなく、しかもパッケージの気密構造を従来と同程度として、小電力で、一定レベル以上の強度のＸ線を安定して発生させることができる小型軽量のＸ線発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、内部に低圧ガス雰囲気を維持する真空容器と、前記真空容器内に配置された少なくとも１つの異極像結晶と、前記異極像結晶の温度を昇降させる温度昇降手段と、前記真空容器内における、前記温度昇降手段によって熱励起された前記異極像結晶から生じる電界の到達範囲内に備えられ、電界放出により電子を放出する冷陰極電子源と、前記真空容器内における前記異極像結晶から生じる電界の到達範囲内に配置されたＸ線発生用金属ターゲットと、を備えたことにより、前記異極像結晶の温度の昇降に伴って前記真空容器から外部にＸ線を放射するものであることを特徴とするＸ線発生装置を構成したものである。
ここで、低圧ガス雰囲気とは、１〜１０−４Ｐａ程度の低真空雰囲気、あるいは、空気または炭化水素系ガスまたは窒素または不活性ガスまたはそれらの２種以上の混合ガスを含む１〜１０−４Ｐａ程度の低圧雰囲気をいう。【０００８】
本発明の好ましい実施例によれば、前記冷陰極電子源は、仕事関数が小さく、電界放出によって電子を放出し易い物質それ自体、あるいは、少なくとも１つの細い尖った突起部を有する表面形状とされた物質からなっている。【０００９】
あるいは、前記冷陰極電子源は、少なくとも一方の面に、マイクロメートルオーダー又はそれ以下の大きさのファイバー又は先端が尖った突起を多数備えた基板の単体、又は組合せ体からなっている。この場合、前記異極像結晶の周囲に、１枚の前記基板が、前記ファイバー又は前記先端が尖った突起を備えた面を前記異極像結晶側に向けて配置されていることが好ましく、あるいは、前記異極像結晶を間に挟んでその両側に、２枚の前記基板が互いに対向して配置されていることが好ましく、あるいは、前記異極像結晶の周囲に、少なくとも２枚の前記基板が互いに隣接して配置されていることが好ましい。【００１０】
本発明の別の好ましい実施例によれば、前記基板は、平板状又は湾曲した板状に形成されている。
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記冷陰極電子源は、内側面及び外側面の少なくとも一方に、マイクロメートルオーダー又はそれ以下の大きさのファイバー又は先端が尖った突起を多数備えた円筒からなっており、前記円筒が、前記異極像結晶の周囲を取り巻くように配置されている。【００１１】
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記ファイバーは、筒状又はコイル状又はリボン状又は先端が尖った突起を有する針状である。あるいは、前記ファイバー又は前記先端が尖った突起は、炭素又は窒化硼素又は金属又は半導体材料又はそれらを少なくとも構成元素の１つとして含む化合物から形成されている。【００１２】
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記冷陰極電子源は接地されている。
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記冷陰極電子源は、前記真空容器の周壁内面又は前記ターゲットの前記真空容器内に露出した面又は前記異極像結晶の表面に備えられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＸ線発生装置。【００１３】
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記温度昇降手段は、ペルチェ素子が組み込まれた加熱・冷却用ステージを有しており、前記異極像結晶は、前記ステージ上に載置されている。
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記冷陰極電子源は、前記加熱・冷却用ステージの表面に備えられている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、異極像結晶の温度昇降の繰り返しにより異極像結晶から生じた電界を使用して、冷陰極電子源から真空容器内に電子を放出させるとともに、真空容器内の電子を加速してターゲットに衝突させるようにしたので、高圧電源装置や真空排気装置等の大掛かりな装置を一切備えることなく、また、電子源用の付加的な電源を使用することなく、コンパクトな構成でもって一定レベル以上の強度のＸ線を長時間にわたって安定的に発生させることができる。また、電子源の作動時に熱が発生することもなく、しかも、真空容器内に不都合な汚染を生じさせることもない。そして、本発明によるＸ線発生装置は、小型で可搬なＸ線発生装置として、医療分野、Ｘ線分析の分野及びその他の各種産業分野において幅広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の１実施例による異極像結晶を用いたＸ線発生装置の概略構成を示す図であり、（Ａ)は縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ)のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図２】冷陰極電子源の２つの例を示す平面図である。
【図３】冷陰極電子源の異なる配置例を示す図１（Ｂ）に類似の図である。
【図４】冷陰極電子源の別の配置例を示す縦断面図である。
【図５】異極像結晶の温度上昇時におけるＸ線発生装置の動作を説明した図である。
【図６】異極像結晶の温度下降時におけるＸ線発生装置の動作を説明した図である。
【図７】異極像結晶の加熱・冷却を一定周期で繰り返しながら、真空容器内のガス圧を変化させたときの、真空容器内に生じる電子の個数、異極像結晶から生じる電界の強度、発生するＸ線の強度の変化の様子を定性的に説明するグラフであり、実線は真空容器内にＣＮＴを備えた場合のグラフを、破線は真空容器内にＣＮＴが備えられない場合のグラフをそれぞれ示している。
【図８】冷陰極電子源の有無による発生Ｘ線強度の相違を比較したグラフである。
【図９】本発明の別の実施例によるＸ線発生装置の概略構成を示す図である。
【図１０】本発明のＸ線発生装置を利用した蛍光Ｘ線分析装置の一例の原理図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  真空容器
２  異極像結晶
３  加熱・冷却用ステージ
４  冷陰極電子源
５ａ  基板
５ｂ  ＣＮＴ
６  金属ターゲット
７  ペルチェ素子
８  電源
９  スイッチング回路
１０  Ｘ線透過窓
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施例について説明する。図１は、本発明の１実施例による異極像結晶を用いたＸ線発生装置の概略構成を示す図であり、（Ａ)は縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ)のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図１を参照して、本発明によれば、内部に低圧ガス雰囲気を維持する真空容器１が備えられる。真空容器１は、気密性に優れた、例えばステンレス等のＸ線遮蔽材料から形成され、一端開口が閉じた円筒形状を有している。真空容器１は、他端開口が下向きになるようにして、ペルチェ素子７が組み込まれた加熱・冷却用ステージ３の上面に気密シールされた状態で接合される。
真空容器１の内部は、１〜１０−４Ｐａ程度の低真空雰囲気に維持され、あるいは、空気または炭化水素系ガスまたは窒素または不活性ガスまたはそれらの２種以上の混合ガスを含む１〜１０−４Ｐａ程度の低圧雰囲気に維持される。【００１８】
ペルチェ素子７には、電源８からスイッチング回路９を介して電圧が印加される。ペルチェ素子７に対する印加電圧は、スイッチング回路９によって、極性が交互に反転せしめられ得る。ペルチェ素子７を作動させるための電源８としては、市販の乾電池を使用すれば十分である。【００１９】
真空容器１の内部であって、加熱・冷却用ステージ３の上面には、異極像結晶２が載置される。異極像結晶２は焦電結晶とも呼ばれる。本発明では、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、硫酸グリシン（ＴＧＳ）及びチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等のすべての公知の異極像結晶を使用することができる。この実施例では、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）が使用される。
この実施例では、異極像結晶２は、負の電気面が上向きとなるように加熱・冷却用ステージ３の上面に置かれるが、異極像結晶２を、その正の電気面が上向きになるように置いてもよい。【００２０】
異極像結晶２の形状は特に限定されず、直方体形状や円柱形状等の任意の形状のものを用いることができるが、異極像結晶２を直方体形状とすれば、その角の部分に電荷が貯まりやすく、円柱形状とした場合よりも放電が生じやすい。よって、安定化のために、放電を抑制する必要がある場合には、円柱形状の異極像結晶を用いることが好ましい。【００２１】
ペルチェ素子７が組み込まれた加熱・冷却用ステージ３と、ペルチェ素子７に対する電源８と、スイッチング回路９とから、異極像結晶２の温度を昇降させるための温度昇降手段が構成される。そして、スイッチング回路９を切り替えることで、加熱・冷却用ステージ３の上面を交互に発熱面又は吸熱面として機能させ、異極像結晶２の温度を、種々の温度勾配で、種々の周期であるいは非周期的に昇降させることができる。この場合、各温度昇降過程毎に、温度の上昇時間と下降時間は同じであることが好ましく、また、室温と、異極像結晶のキューリー点以下の適当な高温度との間で温度昇降が繰り返されることが好ましい。【００２２】
この実施例では、加熱・冷却用ステージ３を真空容器１の外側に設けたが、真空容器１の内部の低圧ガス雰囲気中に適当な気密維持構造を介して配置することもできる。また、この実施例では、異極像結晶２に対する温度昇降手段としてペルチェ素子７が使用されているが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、発熱及び吸熱作用を繰り返し奏しうる適当な公知の手段を、温度昇降手段として使用することができる。【００２３】
異極像結晶２は、定常状態においても分極していて、その電荷量と等量で異符号の電荷が結晶表面に吸着しているため、常時は電気的に中性である。そして、異極像結晶２が加熱及び冷却を繰り返されると、その温度変化に伴って結晶内部の自発分極が増減し、表面吸着電荷がその変化に追従できなくなって、電気的な中和が破られ、結晶の周囲に強い電界を生じさせる。この場合、通常、電界の強さは、異極像結晶２の厚みに比例して大きくなる。【００２４】
そして、真空容器１の上端側の壁には、加熱・冷却用ステージ３によって熱励起された異極像結晶２から生じる電界の到達範囲内に開口が設けられ、この開口に、板状又は箔状のＸ線発生用金属ターゲット６が気密シールされた状態で取付けられている。金属ターゲット６としては、発生させるべきＸ線の性質、用途に応じて適当な材料を選択することができる。例えば、本発明のＸ線発生装置をＸ線分析装置に適用する場合には、分析目的に適合するＡｌ、Ｍｇ、Ｃｕ等の金属箔又は金属薄板を使用することができる。
また、金属ターゲット６の外側には、例えば、Ｂｅ又はＸ線透過性プラスチックから形成されたＸ線透過窓１０が備えられている。Ｘ線透過窓１０にも気密シールがなされている。【００２５】
さらに、真空容器１の内部には、加熱・冷却用ステージ３によって熱励起された異極像結晶２から生じる電界の到達範囲内に、電界放出により電子を放出する冷陰極電子源４が備えられる。
冷陰極電子源４は、仕事関数が小さく、電界放出によって電子を放出し易い物質それ自体、又は、少なくとも１つの細い尖った突起部を有する表面形状とされた物質から構成することができる。あるいは、冷陰極電子源４を、少なくとも一方の面に、マイクロメートルオーダー又はそれ以下の大きさのファイバー又は先端が尖った突起を多数備えた基板の単体、又は組合せ体から構成してもよい。この場合、ファイバー又は先端が尖った突起を、炭素又は窒化硼素又は金属又は半導体形成材料又はそれらを少なくとも構成元素の１つとして含む化合物から形成し、ファイバーを、筒状又はコイル状又はリボン状又は先端が尖った突起を有する針状とすることが好ましい。ファイバーとしては、例えば、カーボンナノチューブ又はカーボンナノコイル、先端が尖った突起としては、例えば、ウィスカーが挙げられる。また、基板は、金属又は半導体又はガラス又はセラミック等を形成材料として、平板状又は湾曲した板状に形成される。【００２６】
冷陰極電子源４は、異極像結晶２から生じる電界の到達範囲内であれば、真空容器内の任意の場所に配置可能であり、冷陰極電子源４を、例えば、真空容器１の壁と異極像結晶２との間のスペース内、又は加熱・冷却用ステージ３の上面又は真空容器１の周壁内面、又は金属ターゲット６の真空容器１内に露出した面、又は異極像結晶２の表面に配置することができる。【００２７】
この実施例では、冷陰極電子源４は、ガラス板の一方の面上にＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を積層し、ＩＴＯの表面上にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）５ｂを塗布することによって形成された基板５ａからなっている。この場合、ＣＮＴ５ｂは異極像結晶が作る電界のパターンに適した任意のパターン、例えば、円状パターン（図２（Ａ）参照）又は基板５ａの全面にわたる四角形状パターン（図２（Ｂ）参照）で塗布される。なお、ＣＮＴの代わりにカーボンナノコイルを塗布してもよい。
そして、この実施例では、一枚の基板５ａが、異極像結晶２の周囲であって、異極像結晶２から生じる電界の到達範囲内に、ＣＮＴ５ｂを備えた面を異極像結晶２側に向けて配置される。【００２８】
図５は、異極像結晶の温度上昇時におけるＸ線発生装置の動作を説明した図であり、図６は、異極像結晶の温度下降時におけるＸ線発生装置の動作を説明した図である。図５を参照して、異極像結晶２は、定常状態においても分極していて、その電荷量と等量で異符号の電荷が結晶表面に吸着しているため、常時は電気的に中性である（図５（Ａ)参照）。異極像結晶２の温度が上昇せしめられると、負の電気面２ａでは、自発分極が小さくなり、よって、負の電荷の表面電荷密度が減少するが、負の電気面２ａに吸着している正の電荷量はすぐには減少しない。その結果、表面２ａは正に帯電し、異極像結晶２から金属ターゲット６に向かう強い電界が生じる（図５（Ｂ）参照）。【００２９】
この電界により、真空容器中の残留ガス等のガス原子・分子が電離されて、正イオンと電子が生成される。それと同時に、電界により、ＣＮＴ５ｂから電子が放出される。これらの電子は、異極像結晶２の負の電気面２ａに衝突するか、あるいは、負の電気面２ａに吸着している正イオン（外部から見ると、自発分極の負極に吸着しているので電気的に中性になっている）に吸着される。電子が異極像結晶２の負の電気面２ａに衝突すると、制動輻射によって、異極像結晶２の特性Ｘ線及び連続Ｘ線が発生する（図５（Ｃ）参照）。【００３０】
一方、電子が正イオンに吸着すると、異極像結晶２の負の電気面２ａに吸着していた正イオンが電気的に中和されて、異極像結晶２が生じさせる電界が弱くなる。電子が吸着した正イオンは全体として電気的に中性であるから、異極像結晶２の負の電気面２ａに引き寄せられにくくなり、負の電気面２ａから離れるか、もしくは、残留ガス原子・分子と衝突することによって負の電気面２ａから弾き飛ばされる（図５（Ｄ）参照）。【００３１】
次に図６を参照して、異極像結晶の温度が下降せしめられると、負の電気面では、自発分極が大きくなり、よって負の電荷の表面電荷密度が増加するが、負の電気面に吸着している正の電荷量はすぐには増加しない。その結果、表面は負に帯電し、金属ターゲットから異極像結晶に向かう強い電界が生じる（図６（Ａ）、（Ｂ）参照）。【００３２】
このとき、電界は、異極像結晶２の温度上昇時の電界と逆向きなので、ＣＮＴから電子は放出されない。一方、この電界により、ガス原子・分子が電離して電子が生成される。また、電子が吸着した正イオンが電界によって再び電離して、正イオンと電子の状態に戻る。これらの電子が金属ターゲットに向けて加速され、金属ターゲットに衝突し、制動輻射によって、金属ターゲットを形成する物質に固有の特性Ｘ線及び連続Ｘ線が発生する（図６（Ｃ）参照）。異極像結晶２の温度がさらに下降すると、異極像結晶２は、再び定常状態に戻り、分極の電荷量と等量で異符号の電荷が結晶表面に吸着し、電気的に中和状態となる（図６（Ｄ）参照）。【００３３】
図７は、異極像結晶の温度昇降を一定周期で繰り返しながら、真空容器内のガス圧を変化させたときの、真空容器内に生じる電子の個数、異極像結晶から生じる電界の強度、発生するＸ線の強度の変化の様子を定性的に説明するグラフであり、実線は真空容器内にＣＮＴを備えた場合のグラフを、破線は真空容器内にＣＮＴが備えられない場合のグラフをそれぞれ示している。図７からわかるように、ＣＮＴを備えた場合には、ＣＮＴを備えない場合と比べて、常に、真空容器内に生じる電子の個数が多く、そのため、異極像結晶から生じる電界の強度は小さくなる。ところが、発生する度を比較すると、ＣＮＴを備えない場合には、かなり狭い圧力範囲内でしか安定した強いＸ線が得られないのに対し、ＣＮＴを備えた場合には、より広い圧力範囲内で強いＸ線強度が安定して得られる。【００３４】
次に、この実施例によるＸ線発生装置の作用効果を確認すべく実験を行った。実験では、異極像結晶として、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの直方体形状のニオブ酸リチウム単結晶（不定比結晶）を使用し、１５ｍｍ角のペルチェ素子を備えた加熱・冷却用ステージ上に載置した。また、冷陰極電子源として、ガラス板の一方の面にＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を積層し、その上に、ＣＮＴを、１ｃｍ２当たり約３億本（各チューブの径は約２０ｎｍ）の表面密度で直径５ｍｍの円形パターンに塗布した基板を準備した。そして、この基板をＣＮＴの塗布面を結晶側に向けてかつ結晶の分極軸に平行に配置し、結晶及び冷陰極電子源を内径３１ｍｍの銅製の真空容器内に配置した。さらに、厚さ１０μｍの銅箔からなる金属ターゲットを使用し、金属ターゲットと結晶上端面との距離を１６ｍｍとした。また、比較例として、冷陰極電子源を取り外した点以外は、同じ構成を有する装置を準備した。なお、この実験では、真空容器内のガス圧を連続的に変化させるため、真空容器に真空ポンプを接続して排気を行えるようにした。【００３５】
（実験１）
実施例の装置及び比較例の装置のそれぞれについて、真空容器内のガス圧を１０−４Ｐａに維持し、ペルチェ素子に対して２Ｖ‐１Ａの電力を供給することによって、異極像結晶の温度を５〜８０℃の範囲で昇降させ、発生するＸ線のエネルギー（ｋｅＶ）と強度（ｃｐｓ）を測定した。図８（Ａ)は、それらの測定値をプロットしたグラフである。図８(Ａ)中、Ｙは実施例のグラフを、Ｚは比較例のグラフをそれぞれ示している。図８（Ａ)のグラフから、実施例の装置では、比較例の装置と比べて、広いエネルギー範囲にわたって強いＸ線が発生することがわかった。【００３６】
（実験２）
実施例の装置及び比較例の装置のそれぞれについて、ペルチェ素子に対して２Ｖ‐１Ａの電力を供給することによって、異極像結晶の温度を５〜８０℃の範囲で昇降させながら、真空容器内のガス圧を１０〜１０−４Ｐａの範囲で変化させ、発生するＸ線の強度（ｃｐｓ）を測定した。図８（Ｂ）は、それらの測定値をプロットしたグラフである。図８（Ｂ）中、Ｙは実施例のグラフを、Ｚは比較例のグラフをそれぞれ示している。図８（Ｂ）のグラフから、実施例の装置では、１〜１０−４Ｐａの広いガス圧の範囲内で安定した強いＸ線を発生するのに対し、比較例の装置では、非常に狭いガス圧の範囲内でしか安定した強いＸ線が発生しないことがわかった。【００３７】
これらの実験の結果から、冷陰極電子源を備えることによって、広いエネルギー範囲にわたって一定レベル以上の強いＸ線を得ることができるとともに、真空容器内への大気のリークが生じて真空容器内のガス圧が徐徐に高くなっても、比較的長時間にわたって強いＸ線を安定的に発生させることができることがわかった。しかも、この場合、冷陰極電子源の作動電力を必要とせず、ペルチェ素子を作動させるための高々１W程度の小電力のみでＸ線を発生させることができ、非常に経済的である。また、冷陰極電子源の作動中に異極像結晶の表面が加熱されることがないので、異極像結晶の温度昇降は妨げられず、また、異極像結晶から余計な蒸発物が生じることがなく、よって異極像結晶の分極作用による電界の発生が妨げられることはない。【００３８】
本発明の構成は、上述の実施例に限定されるものではなく、種々の変形例が可能である。例えば、上述の実施例では、ＣＮＴ５ｂを備えた基板５ａを１枚だけ、異極像結晶２の周囲に配置したが、図３（Ａ)に示されるように、異極像結晶２を間に挟んでその両側に、２枚の基板５ａを互いに対向させて配置してもよいし、図３（Ｂ）に示されるように、異極像結晶２の周囲に、２枚の基板５ａを互いに隣接させて配置してもよい。また、図３（Ｃ）に示されるように、３枚の基板５ａを異極像結晶２の周囲に隣接配置してもよい。そして、図３（Ａ)〜（Ｃ）のいずれの構成においても、すべての基板５ａを、ＣＮＴ５ｂの備えられた面が異極像結晶２側に向くように配置してもよいし、異極像結晶２と反対側に向くように配置してもよいし、あるいは、ＣＮＴ５ｂの備えられた面が異極像結晶２側に向く基板５ａと、それと反対側に向く基板５ａを組み合わせて配置してもよい。【００３９】
また、冷陰極電子源４を接地すれば、電界放出によって冷陰極電子源４から放出された電子数が、アースから供給される電子数で補われるため、冷陰極電子源４からの電子の放出を安定的に継続させることができ、それによってＸ線の発生量が増大する。【００４０】
また、上述の実施例では、ＣＮＴ５ｂを備えた基板５ａを、異極像結晶２の分極軸に平行に配置しているが、図４に示されるように、基板5ａを異極像結晶２の分極軸に対して傾斜させて配置してもよい。【００４１】
また、図９（Ａ)に示されるように、冷陰極電子源４’を、内側面及び外側面の少なくとも一方に、マイクロメートルオーダー又はそれ以下の大きさのファイバー１１ｂ又は先端が尖った突起を多数、例えば、ＣＮＴやカーボンナノコイル等を多数備えた円筒１１ａから構成し、この円筒１１ａを異極像結晶２の周囲を取り巻くように配置してもよい。この場合、ファイバー１１ｂは、異極像結晶２が作る電界のパターンに適合した任意のパターン、例えば、互いに対向する一対の半円筒状のパターン（図９（Ｂ）参照）、又は一定長さの円筒状のパターン（図９（Ｃ）参照）、又は周方向に一定の間隔をあけて配列された多数の円形パッチからなるパターン（図９（Ｄ）参照）で、円筒１１ａに塗布される。【００４２】
本発明によるＸ線発生装置は、非常にコンパクトであり、小電力で作動する。したがって、従来の蛍光Ｘ線分析装置、Ｘ線回折装置、医療用Ｘ線診断装置、及び非破壊検査装置等において、Ｘ線管球の代わりに本発明のＸ線発生装置をＸ線源として使用することによって、これらの装置をコンパクト化、省電力化することができる。【００４３】
図１０は、本発明のＸ線発生装置を使用した蛍光Ｘ線分析装置の一例の原理図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図である。図１０において、２０は、試料が置かれる試料台であり、試料台２０を中心とする円周上には、本発明によるＸ線発生装置２１が複数個互いに等しい間隔をあけて配置される。また、試料台２０の上方には、その中心軸上に、例えば半導体検出器からなるＸ線検出器２２が（図示されない）支持ユニットによって支持されている。さらに、各Ｘ線発生装置２１は、（図示されない）駆動機構によって支持されていて、試料台２０の中心と当該Ｘ線発生装置２２とを結ぶ線を半径として、試料台２０の中心軸に対し、同時に同じ角度だけ回動可能になっている。こうして、各Ｘ線発生装置２１から試料に対してＸ線が照射され、試料から照射される蛍光Ｘ線がＸ線検出器２２で測定され、得られたデータに基づいて元素の定性・定量分析がなされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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