(57)【要約】【課題】コンパクトな設計で、回転陽極Ｘ線管の構成部品間に適切なシーリングを備えたＸ線管を提供する。【解決手段】Ｘ線ビーム（１０２）を生成するＸ線管（１００）であって、電子ビーム（１０６）に露出されることによりＸ線を生成する回転可能に搭載された陽極（１０４）と、陽極（１０４）内の中空空間（１０８）と、中空空間（１０８）内の流体循環によって陽極（１０４）を冷却する冷却ユニット（１１０）と、中空空間（１０８）内に第１真空（１１６）を生成し、陽極（１０４）を包囲している空間内（１１２）に第１真空（１１６）の圧力値よりも低い圧力値の第２真空（１１８）を生成する真空ポンプ配置（１１４、１３６、１５０）とを備えている。前記真空ポンプ配置（１１４、１３６、１５０）は、第１真空（１１６）と第２真空（１１８）との間に連続的な圧力勾配を形成するように配置されたポンプ（１１４）を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線ビーム（１０２）を生成するＸ線管（１００）であって、前記Ｘ線管（１００）は、
電子ビーム（１０６）に露出されることによりＸ線を生成するように構成された、回転可能に搭載された陽極（１０４）と、
前記陽極（１０４）内の中空空間（１０８）と、
前記中空空間（１０８）内の流体循環によって前記陽極（１０４）を冷却するように構成された、冷却ユニット（１１０）と、
前記中空空間（１０８）内に第１真空（１１６）を、前記陽極（１０４）を包囲している空間内（１１２）に第２真空（１１８）を生成するように構成された真空ポンプ配置（１１４、１３６、１５０）であって、前記第２真空（１１８）は、前記第１真空（１１６）に関連した圧力値よりも低い圧力値に関連している、真空ポンプ配置（１１４、１３６、１５０）とを備えており、
前記真空ポンプ配置（１１４、１３６、１５０）は、前記第１真空（１１６）と前記第２真空（１１８）との間に連続的な圧力勾配を形成するように配置されたポンプ（１１４）を備えている、Ｘ線管（１００）。
【請求項２】
前記ポンプ（１１４）は、前記第１真空（１１６）と前記第２真空（１１８）との間で動作するように配置された分子ドラッグ真空ポンプ（１１４）である、請求項１に記載のＸ線管（１００）。
【請求項３】
前記回転可能に搭載された陽極（１０４）は、前記ポンプ（１１４）の回転子（１２０）に固定的に結合されており、前記回転子（１２０）とともに回転可能な、請求項１または請求項２に記載のＸ線管（１００）。
【請求項４】
前記冷却ユニット（１１０）は、前記中空空間（１０８）を介して冷却流体（１２６）をポンピングする構成の冷却流体ポンプ（１２２）を備えている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のＸ線管（１００）。
【請求項５】
（ａ）前記冷却流体ポンプ（１２２）は、オイルポンプ、および液体金属ポンプからなるグループのうち一方を備える構成と、
（ｂ）前記冷却ユニット（１１０）は、前記中空空間（１０８）内に延びた毛細管（１２４）を備えており、これにより、前記冷却流体（１２６）が、前記毛細管（１２４）の開放端部を介し前記毛細管（１２４）を通って前記中空空間（１０８）内にポンピングされ、さらに、前記中空空間（１０８）から、前記毛細管（１２４）の外面と前記ポンプ（１１４）の回転子（１２０）との間の隙間（１２８）を通って戻ることができる構成と、
（ｃ）前記冷却ユニット（１１０）は  前記中空空間（１０８）内に延びた毛細管（１２４）を備えており、これにより、前記冷却流体（１２６）が、前記毛細管（１２４）の開放端部を介し前記毛細管（１２４）を通って前記中空空間（１０８）内にポンピングされ、さらに、前記中空空間（１０８）から、前記毛細管（１２４）の外面と前記ポンプ（１１４）の回転子（１２０）との間の隙間（１２８）を通って戻ることができる構成であって、前記Ｘ線管（１００）は、前記毛細管（１２４）の開放端部と前記陽極（１０４）との間に配置され、前記隙間（１２８）内の前記冷却流体（１２６）を、遠心力と、前記冷却流体ポンプ（１２２）が印加した圧力とによって分配する構成の、回転可能に搭載された冷却流体分配器（２０２）を備えている構成と、
（ｄ）前記冷却ユニット（１１０）は前記中空空間（１０８）内に延びた毛細管（１２４）を備えており、これにより、前記冷却流体（１２６）が前記毛細管（１２４）の開放端部を介し前記毛細管（１２４）を通って前記中空空間（１０８）内にポンピングされ、さらに、前記中空空間（１０８）から、前記毛細管（１２４）の外面と前記ポンプ（１１４）の回転子（１２０）との間の隙間（１２８）を通って戻ることができる構成であって、前記毛細管（１２４）は、特に前記陽極（１０４）、前記回転子（１２０）、および前記冷却流体分配器（２０２）が回転しても静止状態に留まれるように、固定的に搭載されている構成と、
（ｅ）前記冷却ユニット（１１０）は、前記循環中の冷却流体（１２６）から熱を除去する構成の熱交換器（１３０）、特に水熱交換器を備えている構成と、のうちの少なくとも１つを備えている、請求項４に記載のＸ線管（１００）。
【請求項６】
前記分子ドラッグ真空ポンプ（１１４）は、回転可能に搭載された回転子（１２０）と、固定的に搭載された固定子（１３２）とを備えており、前記回転子および前記固定子は、その間に設けられたシールのない流路を形成して、前記陽極（１０４）を包囲している空間（１１２）内のガス分子を排除し、第２真空（１１８）を形成する、請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載のＸ線管（１００）。
【請求項７】
（ｆ）前記Ｘ線管（１００）は、前記回転子（１２０）と前記陽極（１０４）との間に配置されて、特に、前記陽極（１０４）を包囲している前記空間（１１２）と、前記固定子（１３２）および前記回転子（１２０）の間の空間（１５５）との間の圧力交換を減少させる局所的に狭いネック部を前記流路に形成している、流れ低減構造（１３４）を備えている構成と、
（ｇ）Ｘ線管（１００）は、前記回転子（１２０）と前記陽極（１０４）との間に配置されて、特に、前記陽極（１０４）を包囲している前記空間（１１２）と、前記固定子（１３２）および前記回転子（１２０）の間の空間（１５５）との間の圧力交換を減少させるための局所的に狭いネック部を前記流路に形成している、流れ低減構造（１３４）を備えている構成であって、前記分子ドラッグ真空ポンプ（１１４）は、前記流れ低減構造（１３４）を介して、前記回転可能な陽極（１１２）の周囲のガス分子も排除するようにされている構成と、
（ｈ）前記Ｘ線管（１００）は、前記回転子（１２０）と前記陽極（１０４）との間に配置されて、特に、前記陽極（１０４）を包囲している前記空間（１１２）と、前記固定子（１３２）および前記回転子（１２０）の間の空間（１５５）との間の圧力交換を減少させるための局所的に狭いネック部を前記流路に形成している、流れ低減構造（１３４）を備えている構成であって、前記流れ低減構造（１３４）は、前記固定子（１３２）と前記回転子（１２０）との間の前記空間（１５５）内の第３真空（１７７）または真空範囲が、前記第２真空（１１８）に関する圧力値よりも高いまたはこれと等しい１つ以上の圧力値と関連するように配置されている構成と、のうちの少なくとも１つを備えている、請求項６に記載のＸ線管（１００）。
【請求項８】
前記第４真空（１４２）にあり、前記電子ビーム（１０６）を生成する構成の電子ビーム生成器室（１４４）を備えており、前記第４真空（１４２）は、前記第２真空（１１８）に関する圧力値よりも低い圧力値に関連している、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のＸ線管（１００）。
【請求項９】
（ｉ）前記第４真空（１４２）に関連した前記圧力値は、１０−６〜１０−１０ｍｂａｒの範囲内にある構成と、
（ｊ）前記陽極（１０４）を包囲している前記空間（１１２）は無シール、特に無窓であり、前記電子ビーム生成器室（１４０）と連結している構成と、
（ｋ）前記Ｘ線管（１００）は、前記陽極（１０４）を包囲している前記空間（１１２）と前記電子ビーム生成器室（１４０）との間に配置され、特に、前記陽極（１０４）を包囲している前記空間（１１２）と前記電子ビーム生成器室（１４０）との間の圧力交換を減少させるための局所的に狭いネック部を前記流路に形成している、流れ低減構造（１４６）を備えている構成と、
（ｌ）前記Ｘ線管（１００）は、前記陽極（１０４）を包囲している前記空間（１１２）と前記電子ビーム生成器室（１４０）との間に配置され、特に、前記陽極（１０４）を包囲している前記空間（１１２）と前記電子ビーム生成器室（１４０）との間の圧力交換を減少させるための局所的に狭いネック部を前記流路に形成している、流れ低減構造（１４６）を備える構成であって、前記電子ビーム生成器（１４４）は、前記電子ビーム（１０６）を、前記電子ビーム生成器室（１４０）から前記流れ低減構造（１４６）を通って前記陽極（１０４）へ誘導するように配置されている構成と、のうちの少なくとも１つを備える、請求項８に記載のＸ線管（１００）。
【請求項１０】
前記真空ポンプの配置（１１４、１３６、１５０）は、前記第４真空（１４２）を生成するための、高真空ポンプ（１５０）、特にターボ分子真空ポンプを備えている、請求項８または請求項９に記載のＸ線管（１００）。
【請求項１１】
前記高真空ポンプ（１５０）は、前記第４真空（１４２）と、別の真空、特に、前記低真空ポンプ（１３６）によって提供された前記第１真空（１１６）との間で動作するように構成されている、請求項１０に記載のＸ線管（１００）。
【請求項１２】
（ｍ）前記第１真空（１１６）に関連した前記圧力値は１０−３〜２０ｍｂａｒの範囲内にある構成と、
（ｎ）前記第２真空（１１８）に関連した前記圧力値は１０−４〜１０−６ｍｂａｒの範囲内にある構成と、
（ｏ）前記真空ポンプの配置（１１４、１３６、１５０）は、前記第１真空（１１６）を形成するための、低真空ポンプ（１３６）、特に回転羽根ポンプとダイヤフラムポンプとからなるグループのうちの１つを備えている構成と、
（ｐ）前記Ｘ線管（１００）は、少なくとも前記陽極（１０４）と前記ポンプ（１１４）とを収容している菅ハウジング（１５２）を備えている構成と、
（ｑ）前記Ｘ線管（１００）は、前記陽極（１０４）と前記ポンプ（１１４）とを収容している管ハウジング（１５２）を備えている構成であって、前記管ハウジング（１５２）は窓（１５４）を設けており、前記窓はＸ線を透過させ、また、前記Ｘ線が、前記陽極（１０４）から前記窓（１５４）を通って、Ｘ線を収集および集束するためのＸ線オプティクス（１５８）を具備したオプティクスハウジング（１５６）内へ伝播できるように配置されており、前記オプティクスハウジング（１５８）は前記管ハウジング（１５２）に取り付け可能である構成と、
（ｒ）前記Ｘ線管（１００）は、少なくとも前記陽極（１０４）と前記ポンプ（１１４）とを収容している菅ハウジング（１５２）を備えている構成であって、前記管ハウジング（１５２）は、前記陽極（１０４）を収容している前記第１区間（１６０）を有し、また、前記ポンプ（１１４）を収容している第２区間（１６２）を有し、前記第１区間（１６０）はＸ線を強力に減衰させる、または基本的にＸ線を透過させない材料、特に鋼鉄で作られ、前記第２区間（１６２）は、前記第１区間（１６０）とは別の材料、特に軽量金属、とりわけアルミニウム、さらにとりわけ、必ずしもＸ線を強力に減衰させない材料から作られている構成と、のうちの少なくとも１つを備えている、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のＸ線管（１００）。
【請求項１３】
Ｘ線源（２００）であって、
請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載のＸ線管（１００）と、
前記Ｘ線管（１００）内で生成されたＸ線を収集および集束するためのＸ線オプティクス（１８０）と、
前記Ｘ線オプティクス（１８０）によって収集および集束した前記Ｘ線を調整するためのＸ線ビーム調整器（２１０）とを備える、Ｘ線源（１００）。
【請求項１４】
Ｘ線ビーム（１０２）を生成するためのＸ線管（１００）動作方法であって、前記方法は、
回転陽極（１０４）を電子ビーム（１０６）に露出させてＸ線を生成する工程と、
前記回転陽極（１０４）内の中空空間（１０８）内の流体循環によって前記陽極（１０４）を冷却する工程と、
前記第１真空（１１６）が前記中空空間（１０８）内に存在し、第２真空（１１８）が前記陽極（１０４）を包囲している空間（１１２）内に生成されるようにするために、別のポンプ（１２２）によって提供された第１真空（１１６）と、前記第２真空（１１８）との間に連続的な圧力勾配を形成するべくポンプ（１１４）を操作する工程であって、前記第２真空（１１８）は前記第１真空（１１６）に関する圧力値よりも低い圧力値に関連している工程と、を備える動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線管、Ｘ線源、およびＸ線管の動作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線管は、Ｘ線を製造する真空管である。Ｘ線は、紫外線よりも波長が短い電磁スペクトルの一部である。Ｘ線管は、Ｘ線結晶学、医療装置、空港で使用する荷物スキャナを含む多くの分野において、および工業検査に使用されている。
【０００３】
Ｘ線管は、電子を真空中に放出する陰極と、電子を収集する陽極とを備えることで、電子ビームを確立している。電子を加速させるために、陰極および陽極に高圧電源が接続されている。陰極からの電子が陽極材料と衝突することで、生成されたエネルギーの一部がＸ線として放出される。次に、Ｘ線ビームはＸ線オプティクス、さらにその後にコリメータを通過することにより成形される。エネルギーのその他の部分は陽極を加熱させる。この熱は、典型的には放射性または伝導性冷却によって陽極から除去されるが、冷却水を陽極の背後または内部に流してもよい。
【０００４】
回転陽極管においては、陽極を、例えば真空管外部の一連の固定子巻線からの電磁誘導によって回転させることができる。陽極を回転させる目的は、１つの固定位置ではなく円形トラックに沿った多数の位置にある陽極に電子ビームを衝突させることで、加熱を広げ、これにより、使用できる電子ビームパワーを増大させて、より強力なＸ線を生成することである。しかし、高いＸ線フラックスを得るには、陽極の複合冷却が必要である。さらに、陽極の回転には、真空を維持するために非常に複雑なベアリングおよびシーリングを必要とする。
【０００５】
特許文献１は、Ｘ線ビームを４ｋｅＶよりも高いエネルギーで送達させるための装置を開示しており、この装置は、陽極がＸ線を放射するために、陽極のターゲット領域上に連続した電子ビームを生成するようにされた電子銃を備えたＸ線源を備えている。
【０００６】
陽極は１００〜２５０ミリメートルの直径の回転体を形成しており、回転系によって回転駆動されるようにモータシャフトに堅固に連結されている。電子銃および陽極は真空室内に配置されており、この真空室は、真空室の外で陽極から放出されたＸ線ビームを伝達するための出口窓と、出口窓を通って放出されたＸ線ビームを調整するための調整手段とを備えており、調整手段は、放出されたＸ線ビームを２次元光学効果で調整するようにされたＸ線オプティクスを備えている。
【０００７】
電子銃は、４００ワット未満の電力の電子ビームを放出する設計であり、電子ビームを、長辺と短辺とで画定された実質的に細長形状にてターゲット領域上に収束させる手段を備えており、短辺は１０〜３０マイクロメートル、長辺は短辺の３〜２０倍の長さである。
【０００８】
回転陽極は、電子ビームによって陽極へ伝達されるエネルギーの一部を放射によって排除する放出冷却系を備えており、回転系は、磁気ベアリングを設け、回転陽極を２０，０００ｒｐｍよりも速い速度で回転させるべく設定するように設計されたモータを備えている。出口窓は、調整手段に向けて放出されたＸ線ビームが、ターゲット領域の形状の短辺とほぼ一致する寸法の、ほぼポイントサイズの集束スポットによって画定されるようにするために、陽極が放出したＸ線ビームを伝達させるべく配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第８，１２１，２５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来、回転陽極Ｘ線管の構成部品間に適切なシーリングを提供することが困難であった。
【００１１】
本発明の目的は、コンパクトな設計で、面倒なシーリングに苦労することのない、回転陽極タイプのＸ線管を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、独立請求項によって解決される。さらなる実施態様は従属請求項によって示される。
【００１３】
本発明によれば、Ｘ線ビームを生成するＸ線管が得られ、Ｘ線管は、電子ビーム（電子エミッタから電子を放出し、この放出された電子に、エミッタと陽極の間で高圧を印加して加速させることで生成することができる）に露出されるとＸ線を生成するように配置および構成された、回転可能に搭載された陽極（特に回転陽極）と、陽極内の中空空間（凹部など）と、陽極（電子ビームにより加熱されている）を中空空間内の流体循環によって冷却する構成の冷却ユニットと、中空空間内に第１真空（大気圧よりも低い第１の負圧など）を、また陽極を包囲している空間内に第２真空（第２の負圧など）を生成するように構成された真空ポンプ配置（つまり、１つ以上の相互連結した真空ポンプ）とを備えている。第２真空は第１真空に関する圧力値よりも低い圧力値に関連しており、また、真空ポンプ配置は、第１真空と第２真空の間に（特にシールのない流路に沿って）連続的な圧力勾配を形成するように配置されたポンプ（勾配ポンプと表してもよい）を備えている。
【００１４】
別の実施態様によれば、上述した特徴を持つＸ線管と、Ｘ線管内で生成されたＸ線を収集および集束するためのＸ線オプティクス（１つ以上の鏡を備えていてもよい）と、任意で、Ｘ線オプティクス収集および集束されたＸ線ビームを調整するためのＸ線ビーム調整器（コリメータなど）とを備えたＸ線源が得られる。
【００１５】
さらに別の実施態様によれば、Ｘ線ビームを生成するためのＸ線管動作方法が得られ、この方法は、回転陽極を電子ビームに露出させてＸ線を生成する工程と、回転陽極内の中空空間内の流体循環によって陽極を冷却する工程と、第１真空が中空空間内に存在し、第２真空が勾配ポンプによって（第１真空を使用して、またはこれに基づいて）、陽極を包囲している空間内に生成されるようにするために、別のポンプ（ダイヤフラムポンプのような低真空ポンプなど）によって提供された（または生成された）第１真空と、第２真空との間に連続的な圧力勾配を形成するべくポンプ（例えば分子ドラッグ真空ポンプのような勾配ポンプとして表してもよい）を操作する工程であって、第２真空は第１真空に関する圧力値よりも低い圧力値に関連している工程と、を備える。
【００１６】
本出願の文脈において、用語「第１真空と第２真空との間の連続的な圧力勾配」とは、特に、勾配ポンプでポンピングされた媒体（ガスなど）の流路に沿って圧力分布が連続的になされ、急激または断続的な圧力ステップ、または不連続性がないことを表してもよい。これは、流路内にシールを実施することなく、第１真空と第２真空の間の圧力勾配を支持する真空ポンプによって確保できる。例えば、陽極を回転させるために陽極に回転子が取り付けられた真空ポンプを使用できる。
【００１７】
本発明の実施態様によれば、第１（低）真空と第２（高）真空の間で動作して、ポンプ室内に連続的な圧力勾配を維持する真空ポンプ（分子ドラッグ真空ポンプなど）を設けたＸ線管が得られる。回転陽極の中空空間内に低真空を生成すると、冷却流体は、冷却流体が気化する危険なく、やはり回転陽極の中空空間を通って案内される。真空経路に沿って（したがって、陽極の中空空間と陽極を包囲している空間との間に）シールを提供する必要は全くなく、勾配ポンプは、その高真空側端部に、回転陽極を直接包囲するより高い第２真空を提供する。第１真空と第２真空の間で動作する勾配ポンプのパフォーマンスを考慮すると、面倒なシールを省略することができる。回転子と固定子とを設けたこのような勾配ポンプは、回転子が回転陽極と一体形成されているため、コンパクトな構成が得られる。開示の設計を用いれば、一部が回転陽極内に一体形成されている冷却ユニットによって回転陽極を効率的に冷却し、同時に、回転陽極の外部に適切な真空を生成することが可能である。勾配ポンプによって生成されるため、第１真空と第２真空との間の厳密な分離は必ずしも必要ではないので、シールを省略することができる。効率的に冷却された回転陽極と、その周囲の適切な真空とを考慮すると、単純な構造と、高フラックスのＸ線ビームとの組み合わせが可能である。
【００１８】
したがって、Ｘ線管の室内で分子ドラッグ真空ポンプのような勾配ポンプを実施することにより、シールを省略できる。そのため、基本的にメンテナンスが不要なＸ線管が得られる。第１真空と第２真空との間に不連続的またはステップ式の圧力変化が生じることはない。反対に、第１真空から第２真空へ連続的に推移する圧力勾配が得られる。
【００１９】
次に、Ｘ線管のさらなる実施態様について説明する。しかし、これらの実施態様は、Ｘ線源、およびＸ線管の動作方法にも適用される。
【００２０】
一実施態様では、ポンプは、第１真空と第２真空の間で動作するようにされた分子ドラッグ真空ポンプである。本出願の文脈において、用語「分子ドラッグ真空ポンプ」とは、特に、回転子と固定子の間に空き空間または真空を設けた真空ポンプを表してよく、ここで、回転子を固定子に対して回転させると、回転子と固定子との間の経路（例えばらせん経路）に沿って伝播中であるポンピング対象媒体（ガスなど）が排除される。そのため、このような分子ドラッグ真空ポンプは、負圧（例えば２０ｍｂａｒ以下）である高圧（または開始時の圧力）と、低圧（または終圧）との間で働く。分子ドラッグ真空ポンプの作業経路に沿って圧力値が徐々に低下するため、経路に沿った勾配真空となる。本出願の文脈において、用語「第１真空と第２真空との間における分子ドラッグ真空ポンプの動作」とは、特に、分子ドラッグ真空ポンプが開始時の真空（別のポンプによって提供されてもよい）を使用し、その後、より適切なまたはより低い真空を生成することを表してもよい。したがって、当業者は、分子ドラッグポンプは第１真空を生成しないことを明白に理解するだろう。初期ポンピングが分子ドラッグポンプのポンピング始動を助けるため、最初に低真空ポンプによって第１真空がつくられる。そのため、低真空ポンプが第１真空を維持し、次に分子ドラッグポンプがこの第１真空上に圧力勾配をつくり、これを基にして、第１真空よりも低圧の第２真空をつくる。
【００２１】
分子ドラッグ真空ポンプの代替として、例えば、ターボ分子ポンプを勾配ポンプとして使用することが可能である。
【００２２】
一実施態様では、第１真空に関連した圧力値は約１０−３〜約２０ｍｂａｒの範囲内にある。そのため、第１真空としては比較的単純な真空で十分であり、これにより冷却ユニットの冷却流体が不要に気化してしまうことも防止できる。例えば、１０−４ｍｂａｒまで気化しないオイルを使用してもよい。このような例では、第１真空に使用できる最低限の圧力は１０−３ｍｂａｒであってもよい。
【００２３】
一実施態様では、第２真空に関連した圧力値は約１０−４〜約１０−６ｍｂａｒの範囲内であってもよい。このような媒体真空は、ターゲットとしての回転陽極に電子ビームを照射してＸ線を生成する環境に適している。
【００２４】
一実施態様では、回転可能に搭載された陽極を分子ドラッグ真空ポンプの回転子に固定的に結合し、回転子とともに回転可能である。言い換えれば、回転陽極と分子ドラッグ真空ポンプの回転子とを一体形成してもよい。これにより、コンパクトな設計が得られる。
【００２５】
一実施態様では、冷却ユニットは、中空空間から冷却流体を周期的にポンピングする構成の冷却流体ポンプを備えている。このような冷却流体ポンプはフランジ付けする、またはＸ線管のハウジングに取り付ける、もしくはハウジング内部に配置してもよい。これもコンパクトな設計に貢献する。
【００２６】
一実施態様では、冷却流体ポンプは、オイルポンプまたは液体金属ポンプを備えている。オイルまたは液体金属には、第１真空として生成された１０−３〜２０ｍｂａｒといった圧力の中でも気化し難いという利点がある。そのため、真空生成と、冷却流体のポンピングとを同時に実行することができる。
【００２７】
一実施態様では、冷却ユニットは中空空間内に延びた毛細管を備え、これにより、冷却流体が、毛細管の開放端部を介し毛細管を通って前記中空空間内にポンピングされ、さらに、中空空間から、毛細管の外面と分子ドラッグ真空ポンプの回転子との間の隙間を通って（冷却流体ポンプ内に）戻ることができる。このような毛細管に、回転陽極内へ延び、冷却流体の誘導構造として機能する静止部材、つまり非回転的な部材を搭載してもよい。
【００２８】
一実施態様では、Ｘ線管は、毛細管の開放端部に配置されている、回転可能に搭載された冷却流体分配器を備えており、この冷却流体分配器は、遠心力と、冷却流体ポンプが印加した圧力とによって隙間内に冷却流体を分配する。このような冷却流体分配器は、毛細管の端部を出て行く冷却流体に遠心力を付加する機能を持った何らかの換気装置として作用してもよい。冷却流体を誘導する圧力は毛細管を通って誘導されるため、やはり冷却流体の分配に貢献する。
【００２９】
一実施態様では、毛細管は固定的に搭載されて、特に陽極、回転子、および冷却流体分配器が回転しても静止状態に留まることができる。これにより、回転する部品の数を少数に保つ。
【００３０】
一実施態様では、冷却ユニットは、循環する冷却流体から熱を除去する構成の熱交換器、特に水熱交換器を備えている。循環中に、冷却流体は、Ｘ線生成のために電子ビームが回転陽極に当たると生成される回転陽極の熱によって加熱される。そのため、冷却流体は比較的低温で回転陽極へ伝播され、そこで加熱されて、その後、冷却流体ポンプへ戻り、熱交換器によって再び冷却されることができる。こうして、Ｘ線管の連続運転が可能になる。
【００３１】
一実施態様では、分子ドラッグ真空ポンプは、排除対象媒体のためのシールのない流路（例えば、らせん流路）を封止する、回転可能に搭載された回転子と、固定的に搭載された固定子とを備えている。このポンプは、陽極を包囲している空間内からガス分子を排除して、第２真空を生成するように働く。より正確には、回転子は固定子の２つの部品の間に挟まれていてもよい。この場合は、排除対象の媒体、つまりガスを、シールのない流路に沿って強制的に移動させることで真空を生成してもよい。
【００３２】
一実施態様では、陽極を包囲している空間と、固定子および回転子の間の空間との間の空間の圧力変化を減少させるために、Ｘ線管に、回転子と陽極との間に配置された流れ低減構造（特に、局所的に狭いネック部を流路に形成している）を備えている。このような流れ低減構造は、流れ低減構造によって分離された２つの空間間の圧力平衡を遅速化させる効果を持つ、あらゆるタイプの流れインピーダンスであってもよい。一実施態様では、流れ低減構造は、Ｘ線管のハウジングにおけるネック部であってもよい。そのため、勾配ポンプの低真空端部と高真空端部との間の圧力変化によって、回転陽極を包囲している空間内の真空が劣化することを抑制できる。
【００３３】
一実施態様では、分子ドラッグ真空ポンプは、流れ低減構造を介して、回転可能陽極の周囲のガス分子も排除するように構成されている。流れ低減構造による結合は弱化するだけであり、不可能になるわけではないので、分子ドラッグ真空ポンプは、回転陽極を直接包囲している空間のポンピングにも貢献する。
【００３４】
一実施態様では、流れ低減構造は、固定子と回転子との間の空間内の第３真空（第３負圧など）または真空範囲（負圧範囲など）が、第２真空に関連した圧力値よりも高い、またはこれと等しい１つ以上の圧力値（特に圧力勾配）と関連できるようにされている。
【００３５】
これは、以降で述べる第４真空（電子ビームエミッタ空間内に存在する）を生成するさらなるポンプにより、別の開口（または別の流れ低減構造）を介して第２真空を追加でポンピングすることによってなされ、または支持され、ここで、第４真空は第２真空よりもさらに高真空である。この第４真空のポンピング効果によって、第２真空の圧力が第３真空の圧力と同等となるか、これよりも低くなる。すると、真空は、回転陽極の内部から、分子ドラッグ真空ポンプの回転子と固定子との間の隙間を介し、流れ低減構造を通って、回転陽極を包囲している空間に向かって連続的に向上する。言い換えれば、回転陽極を包囲している空間内の真空は、回転陽極を包囲している空間から流れ低減構造によって分離された空間内の真空以下に劣化することがない。
【００３６】
一実施態様では、真空ポンプ配置は、第１真空を生成する低真空ポンプ（回転羽根ポンプまたはダイヤフラムポンプなど）を備えている。しかし、その他のあらゆるタイプの低真空ポンプの使用も可能である。このような低真空ポンプは、Ｘ線管のハウジングの内部または外部に配置してもよい。
【００３７】
一実施態様では、Ｘ線管は、上述した第４真空（第４負圧など）にあり、電子ビームを生成する構成の電子ビーム生成器を備えた、電子ビーム生成器室を備えており、ここで、第４真空（さらなるポンプにより生成）は、第２真空に関連した圧力値よりも低い圧力値に関連している。このような電子ビーム生成器または電子ビームエミッタは、Ｘ線ビームを生成するべく、Ｘ線管の陽極に配向される電子ビームを生成するように構成されている。電子ビームエミッタは、例えば電子を放射できる材料からなり、電子ビーム放出のための電気エネルギーを供給されるように構成された、フィラメントのような導電素子を備えている。そのため、電子ビームを生成するには、金属性フィラメント（例えばタングステン製）のような導電構造を、これに印加された電流によって加熱する。これにより、このような電子ビームエミッタ構造から電子ビームが放出される。すると、電子ビームが回転陽極に向かって加速し、Ｘ線ビームが生成される。電子放射が生じる空間内には、非常に高い真空を設けることが有利である。電子ビーム生成器室内の真空は、Ｘ線管全体の内部で最良の真空であることができる。
【００３８】
一実施態様では、第４真空に関連した圧力値は、約１０−６〜約１０−１０ｍｂａｒの範囲内にある。例えば、第４真空は、第２真空よりも少なくとも１桁高い真空であってもよい。
【００３９】
一実施態様では、陽極を包囲している空間は、電子ビーム生成器室と連結したシール、特に窓を設けていないものである。有利なことに、電子ビーム生成器室と、陽極を包囲している空間との間のあらゆる窓を省略してもよい。これらの空間は、流体（特にガス）連通に関して相互に直接連結してもよい。陽極を包囲している空間と電子ビーム生成器室との間の窓を省略することで、高強度の電子ビームを生成して、回転陽極に配向することが可能になる。
【００４０】
一実施態様では、Ｘ線管は、陽極を包囲している空間と電子ビーム生成器室との間の圧力交換を減少させるための、陽極を包囲している空間と電子ビーム生成器室との間に配置された（特に、流路の局所的に狭いネック部をさらに形成する）、さらなる流れ低減構造を備えている。特に、電子ビーム生成器は、電子ビームを電子ビーム生成器室から、このさらなる流れ低減構造を通って陽極へ誘導するように配置されている。こうしたさらなる流れ低減構造は流れインピーダンスであってよく、また、電子ビーム生成器室と回転陽極を包囲している空間との間における圧力平衡化を抑制してもよい。このさらなる流れ低減構造は、電子ビーム生成器室と回転陽極との間の窓の代替となってもよい。
【００４１】
一実施態様では、真空ポンプ配置は、第４真空を生成するための高真空ポンプ、特にターボ分子真空ポンプを備えている。この高真空ポンプは、回転陽極と電子ビーム生成器とを収容しているＸ線管のハウジングの外に配置してもよい。
【００４２】
一実施態様では、高真空ポンプは、第４真空と別の真空、特に低真空ポンプによって提供された第１真空との間で動作するように構成されている。こうした高真空を生成するために、適切な開始時の真空が必要となる。低真空ポンプによって提供された第１真空を相乗的に使用することで、Ｘ線管に必要なポンプの数が少数に抑えられ、これによりＸ線管がコンパクト化する。
【００４３】
例えば、Ｘ線管のハウジング内の、異なる真空値を持ったすべての空間を、シールを設けない様式で相互に連結させてよい。第４真空は最低の圧力値に関連し、その後、第２真空、第３真空、第４真空と高くなってもよい。異なる圧力値は、真空ポンプ配置の個々の真空ポンプの配置と、複数の空間に沿って配置された流れ低減構造または流れインピーダンスとによって維持される。
【００４４】
一実施態様では、Ｘ線管は、少なくとも陽極と勾配ポンプとを収容する菅ハウジングを備えている。こうした管ハウジングは、Ｘ線管の外部境界を画定していてもよい。
【００４５】
一実施態様では、管ハウジングは窓を設けており、この窓は、少なくとも一部がＸ線に透過性であり、さらに、Ｘ線が陽極からこの窓を通り、Ｘ線を収集および集束するためのＸ線オプティクスを具備したオプティクスハウジング内に伝播できるように配置されている。オプティクスハウジングは管ハウジングに取り付けられてもよい。こうした窓は、例えばベリリウム、または、Ｘ線を大量に吸収し難いあらゆる他の材料で製造されてもよい。
【００４６】
一実施態様では、管ハウジングは陽極を収容している第１区間と、勾配ポンプを収容している第２区間とを設けている。第１区間は、Ｘ線を強力に減衰させ、または基本的にＸ線に不透過性である材料、例えば鋼鉄からなってもよい。第２区間は、第１区間とは別の材料、特にアルミニウムのような軽量の金属からなってもよい。この後者の材料は、必ずしもＸ線を強力に減衰させる材料でなくてもよい。従来、Ｘ線管の管ハウジング全体は、安全性の理由から、Ｘ線に不透過性の材料からなる必要がある。しかし、これは、ここで述べている狭いネック部がさらなる流れ低減構造として機能する実施態様によるＸ線管には不要である。狭いネック部を考慮すると、第１区間は陽極の円周をほぼ完全に取り囲んでいるため、基本的にＸ線は第１区間内で抑圧される。これにより、第２区間の材料の選択の自由度が有利に拡大するため、第２区間を、例えばアルミニウムのような軽量材料で製造することが可能になる。
【００４７】
本発明の前記及びそれ以外の目的、およびこれに付随する利点の多くは、添付の図面に関連した実施形態の以下のより詳細な説明を参照することで、容易に認識され、さらに理解されるだろう。実質的または機能的に等しいまたは類似する特徴は、同一の参照符号によって示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態による、オプティクスハウジングを取り付けたＸ線管を示す図である。
【図２】本発明の実施形態によるＸ線管を設けたＸ線源の断面図である。
【図３】図２によるＸ線源の３次元図である。
【図４】図２に示したＸ線源のＸ線管の断面図である。
【図５】図２のＸ線源の一部の別の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図面は模式図的に示されている。
【００５０】
以降では、Ｘ線管の設計に関する本発明者の考察をいくつか説明する。本発明の実施形態による高フラックスＸ線源のための勾配真空システムは、これらの考察に基づいて開発されたものである。
【００５１】
本発明の実施形態は、超コンパクトな高強度Ｘ線源の設計に関する。Ｘ線回折およびＸ線結晶学の分野での用途向けに設計されたものであるが、さらに、高強度Ｘ線源を必要とするその他の分野での用途もある。本発明の実施形態の一般的な動作方法は、この分野でのＸ線源の一般的な動作方法である。エミッタに電圧印加することで、集束した電子ビームが真空内で生成され、潜在高圧下で加速されて金属のターゲット陽極へ向かう。電子ビームが陽極に当たると、Ｘ線と、さらに熱とが生成される。Ｘ線を上述の用途の１つまたはその他の用途に使用すると、ターゲット陽極の冷却によって熱が四散する。
【００５２】
既存の回転陽極Ｘ線生成器タイプの装置には、大型で、著しい日常的な点検および非日常的なメンテナンスを要し、容易に故障し、所有コストが高額になる原因となる著しい数の構成部品を設けるという欠点がある。本発明の実施形態は、研究サンプルにおいて高いＸ線輝度を効率良く達成している。以下に特定のアプローチを挙げるが、これらは単独または組み合わせて使用できる。
【００５３】
（１）電子を生成するエミッタに付加する電力を増加させる。典型的な電力負荷は最大５ｋＷであるが、これよりも遥かに大きな最大２０ｋＷ以上の電力が知られている。問題は、効率的な冷却機構がない場合に、陽極が容易に破壊してしまう可能性があることである。
【００５４】
（２）より小さく、より高集束の電子ビームを使用して、陽極ターゲット上の電子パワー密度を増加させる。例えば、陽極に向かう電子ビームを生成しているフィラメント／エミッタに１ｋＷの電力を付加する。すると、電子ビームが、典型的に直径１ｍｍ以上から典型的に０．１〜０．０５ｍｍのマイクロ集束電子ビームに集束する。これはつまり、同じ総数の電子をより小さいスポットエリアの陽極ターゲットに衝突させられるということである。このマイクロ集束スポットとその周囲範囲との比率によって、伝導を介したより優れた熱四散が可能になる。問題は、電子ビームをどれだけ小さく集束できるか、および電力負荷をどれだけ高くできるかである。やはりこれも、陽極ターゲットへの回復不能で致命的な損傷を回避するための効率的な冷却に頼る。
【００５５】
（３）陽極ターゲットを増大速度で回転させて、電子ビームが陽極に衝突するポイントを急速に変化させることで、陽極上での熱負荷が分散する。典型的に、このタイプの陽極回転は最大１０，０００ｒｐｍで回転され、慣性引き摺りおよび安定性によってこれ以上の速度は制限される。回転および真空を必要とする場合、強磁性流体シール（または磁性流体シール）および真空フィードスルーを使用することになり、その結果、真空が劣化し、最終的にエミッタおよび陽極の寿命が短縮されてしまう。典型的に、電力負荷が増えるほど、冷却のために回転される陽極のサイズも大きくなる。
【００５６】
（４）Ｘ線オプティクスを選択し、適切に位置決めする。典型的に、一致したＸ線オプティクスを陽極から生成されたＸ線源の付近に配置することは、より効率的なＸ線捕獲を提供するので有益である。これに加え、距離が延びるにつれて空気中でのＸ線放射強度が低下するため、線源からサンプルまでのより短いＸ線経路が有益になる。これは、真空またはヘリウムＸ線ビーム経路を使用することで部分的に緩和できる。大型の線源構造は、典型的にオプティクスを陽極から遠く離隔させることになり、その結果、Ｘ線輝度のパフォーマンスが低下する。
【００５７】
前述を考慮すると、本発明の実施形態には以下の態様が含まれる。
【００５８】
−陽極、電子ビーム、Ｘ線経路の周囲に高真空環境を提供しつつ、Ｘ線を生成し、非常にコンパクトな設計を達成することで、研究サンプル上でＸ線の輝度を増加させることが可能である。
【００５９】
−大幅に簡素化され、非常にコンパクトなＸ線源を達成することで、メンテナンスの必要性が大幅に減り、点検が容易になり、サンプル上におけるより高輝度のＸ線ビームに関するパフォーマンスの高い装置が得られる。
【００６０】
−真空ポンプによって真空シールを提供する、より具体的には代用する利点を追加することで、陽極をより高速に回転可能である。典型的には、回転速度は陽極ターゲットの物理的サイズおよび設計によって制限される。陽極の物理的サイズが増すにつれて慣性質量および不安定性も増すので、その結果、回転中の陽極の損傷と、さらに生成されるＸ線ビームの不安定性とを招く。本発明の実施形態では、回転速度をより高めるために陽極のサイズを小さくする必要がある。この小型サイズは、陽極の背面を冷却する開示の設計と、より高速の回転と、熱負荷をさらに分散させるために電子ビームを揺動させる設計とによって達成できる。
【００６１】
故に、本発明の実施形態は以下の組み合わせを提供する。
【００６２】
サンプル上におけるより高いＸ線輝度のより高いパフォーマンス；より安定したＸ線ビーム；より優れた陽極の冷却；大幅に減少したメンテナンス／点検およびサポート；遥かにコンパクトなＸ線源；コンパクト性と、より高いパフォーマンスおよび信頼性とにつながる、改良された高い真空／真空系；陽極上における電子ビームのソフトウェア制御および整列；ソフトウェア制御によって定義可能な、サンプル上での可変Ｘ線ビームサイズ；電子ビームを位置範囲を超えて陽極に衝突させ、熱負荷の分散を可能にする、電子ビームの動的移動。
【００６３】
本発明の実施形態は、陽極材料をすぐに完全に破壊することなく、より高いパワー密度の電子ビームを陽極表面に衝突させるべく、さらにこれによって、照準および調整に使用可能なより高輝度のＸ線を生成するべく設計されている。成形されたＸ線ビームは、研究／Ｘ線露出の対象であるサンプルに配向して使用できる。
【００６４】
本発明の実施形態は、現在、Ｘ線解析および／または結晶学の分野で使用されている最高強度ホームラボラトリＸ線源で得られる強度の０．７５〜２倍の範囲のＸ線強度を提供することができる。電子ビーム揺動および光学的投射の方法は、研究対象サンプルの位置において、電子的制御、つまりソフトウェアでの制御が可能なＸ線ビームサイズを提供するものである。特定の適用分野では、Ｘ線ビームのサイズをサンプルのサイズと一致させる能力が望まれる。より小型で、高集束、高強度のＸ線ビームからは小型で回折の弱いサンプルが得られる一方、低強度でより径大のＸ線ビームからはより大型のサンプルが得られる。本発明の実施形態による装置は、同タイプの他のＸ線源と比べて著しくコンパクトで、有用性が遥かに高く、メンテナンスの必要性が低いながらも、これらと同等またはより高いＸ線強度を提供することができる。
【００６５】
サンプルから高解像３次元結晶構造データを取得する結晶学の分野では、より高強度のＸ線ビームが望ましい。一実施形態では、分子ドラッグ真空ポンプのロータ駆動シャフトの頂部に陽極を搭載し、このロータ駆動シャフトにより陽極を少なくとも２５，０００ｒｐｍの動作速度で回転させる一方で、さらに、デバイスに真空シールを提供して、真空圧の低い範囲を勾配真空環境の一部として維持する。陽極上で生成された熱が、分子ドラッグ真空ポンプの駆動シャフトを設けた開放構造の中空陽極と熱交換冷却媒体容器とを備えている媒体冷却経路によって陽極背面から除去される。冷却媒体（例えば真空ポンプオイル）を、ポンプの手段により陽極から熱交換器冷却媒体容器へ循環させる。
【００６６】
本発明の一実施形態は、勾配真空の原理に基づいている。このアプローチは、電子ビームおよびＸ線の生成に必要な高真空環境を提供しつつ、真空フィードスルーおよび強磁性流体真空シールの必要性を排除する。従来の回転陽極系では、陽極は真空室の外に設けたモータによって回転され、やはり室外から室内への侵入を要する水によって冷却される。したがって、回転シール（例えば強磁性流体）が必要である。本発明の実施形態によれば、回転および冷却の両方は真空室内で達成されるので、回転シールと送水管を回転させるフィードスルーとが不要である。この勾配真空アプローチでは、２つ以上の範囲を必ず連結しつつ、それぞれ異なる真空圧に維持する。これは、１つの範囲を異なる真空圧に維持された複数の領域であってもよい。これにより、高真空範囲と低真空範囲の間の干渉範囲が、高真空と低真空の間の真空勾配となる。
【００６７】
一実施形態では、少なくとも３つの相互連結した範囲／室が存在する。これらの範囲は、それぞれの圧力を維持するために動的にポンピングされる。第１範囲は、低真空ポンプ（オイルフリー・ダイヤフラムポンプなど）を使用して、約１０ｍｂａｒの低真空に維持される。この範囲は陽極のための冷却媒体を含有しており、出口端部にて低圧を必要とする分子ドラッグポンプの背後に位置している。液体冷却媒体はこの低真空圧下で使用できるが、高真空下では使用できない（気化して蒸気となってしまう）。低真空空間は液体冷却媒体が循環するすべての場所へ（したがって、ポンプロータの中心の上、および陽極ディスク内部まで）延びている。分子ドラッグポンプは、入口端部において約１０−５〜１０−６ｍｂａｒの真空を作り出す。分子ドラッグポンプのこの端部では、陽極はポンプロータ上に搭載されている。回転陽極の周囲の真空空間は一部閉鎖されており、これにより第２範囲を備えている。
【００６８】
この第２範囲は分子ドラッグポンプロータから一部分離されているが、シャフト周囲に設けたスリットによって、相当量のポンプアウトを行えるようになっている（しかし、これは、自由回転を阻止するロータシャフト周囲のシールではない点に留意すること）。第３範囲は、ターボ分子真空ポンプを使用して、例えば１０−７ｂａｒの高真空に維持される。この高真空範囲には、電子ビームのためのエミッタ、電子経路、および静電／電磁集束オプティクスが含有されている。これにより、エミッタからの効率的な電子ビームの作成と、エミッタ部品の長寿命とに必要な真空の清浄性を確実に得ることができる。
【００６９】
電子ビームが高真空範囲から中間真空範囲内を通過し、陽極に衝突して、Ｘ線を作ることで、２つの範囲をつなぐ小型の開口が作成される。この開口は、電子ビームを効率的に伝送しつつ、２つの範囲の間の圧力差を維持できるサイズに作られている。勾配真空アプローチは、様々な構成部品に最適な真空レジーム（つまり、エミッタに高真空、冷却液に低真空）を、その間の中間真空に回転陽極を据えた状態で提供する。真空空間の部分的分離によって、高精度のエミッタが、分子ドラッグポンプベアリングからの汚染物質と、低真空空間より拡散される冷却液分子とから隔離される。
【００７０】
エミッタの汚染は効率を低下させ、寿命を短縮させる。真空空間を分割することのさらなる利益は、アセンブリの安全な保護についてのものである。高圧放電のために１つのポンプが故障または停止した場合には、真空空間の分割によって、圧力変更できる値を制限するので、系が停止する（例えば、大気圧まで上昇する）までより制御された方式で時間を稼ぐことができる。
【００７１】
以下の図面を参照して、これまで述べた本系の実施形態について説明する。
【００７２】
図１は、Ｘ線ビーム１０２を生成するＸ線管１００の配置と、これに取り付けられた、生成されたＸ線ビーム１０２をビーム成形するためのＸ線オプティクス１８０とを略図にて示す。図１に示す配置はＸ線源を構成し、また任意で、別のコリメータ構造（図１には示さず）と組み合わせることができる。
【００７３】
Ｘ線管１００は回転陽極１０４を備え、回転陽極１０４は電子ビーム１０６に露出されると、またはこれに衝突されると、Ｘ線ビーム１０２を生成するように配置および構成されている。電流が印加され、例えばタングステン製であってもよい金属フィラメントのような電子エミッタ１４４は、電子ビーム１０６を放出し、これが静電性および／または電磁性集束オプティクス１７９を介して陽極１０４へ誘導される。
【００７４】
静電性および／または電磁性集束オプティクス１７９は、電子ビーム１０６の特性（例えば、電子ビーム１０６が回転陽極１０４の外面に衝突する位置）を操作することができる。当業者に周知であるように、回転陽極１０４の表面（例えば銅製であってもよい）に電子ビーム１０６を照射することは、Ｘ線ビーム１０２の生成に直接つながる。電子エミッタ１４４と陽極１０４の間に高圧を印加して、これらの間に伝播する電子ビーム１０６を加速させる。
【００７５】
生成されたＸ線ビーム１０２は、次に、Ｘ線反射鏡等を含んでいてもよいＸ線オプティクス１８０のＸ線オプティクスハウジング１５６を通って誘導される。低真空ポンプ１９１は、Ｘ線ビーム１０２が伝播するＸ線オプティクスハウジング１５６の内部に低真空を生成する。Ｘ線オプティクス１８０はＸ線を集束させるものであり、個別部材としてＸ線管１００に取り付けられる。
【００７６】
次に、サンプル位置１９３にて、単色Ｘ線ビーム１０２を結晶または粉体のようなサンプルと相互作用させてもよい。サンプルの下流に、散乱したＸ線を検出するためのＸ線検出器（図示せず）を設けることもできる。Ｘ線オプティクスハウジング１５６の入口と出口とに、Ｘ線を透過させるカプトン(kapton)窓１９５を設けることが考えられる。カプトン窓の代わりに、窓１９５は、ベリリウム、または、Ｘ線への高透過性を持ったあらゆる他の材料からなっていてもよい。
【００７７】
Ｘ線管１００の管ハウジング１５２は窓１５４を設けており、この窓１５４はＸ線ビーム１０２を透過させることができ、また、Ｘ線ビーム１０２が陽極１０４から窓１５４を通り、オプティクスハウジング１５６内へ、そこからさらにＸ線鏡１５８へと伝播できるように配置されている。
【００７８】
図１から分かるように、回転陽極１０４内部には凹部または中空空間１０８が形成されている。さらに、冷却ユニット１１０がこの中空空間１０８内にオイルを循環させることによって、回転陽極１０４を冷却する。
【００７９】
またさらに、複数の真空ポンプで形成された真空ポンプ配置（以降でより詳細に説明する）がＸ線管１００内に設けられており、この真空ポンプ配置は、中空空間１０８の内部および下に第１真空１１６を生成するように構成されている。この真空は、例えば１ｍｂａｒまたは１０ｍｂａｒである。この真空ポンプ配置は、さらに、回転陽極１０４の外面の外周を囲んでいる空間１１２内に第２真空１１８を生成するように構成されている。第２真空１１８は例えば１０−５ｍｂａｒである。したがって、第２真空１１８は第１真空１１６よりも高いまたは優れた真空ということになる。
【００８０】
この真空ポンプ配置の一部として、Ｘ線管１００の管ハウジング１５２内部全体と一体化した、または内部全体に配置された分子ドラッグ真空ポンプ１１４が設けられている。分子ドラッグ真空ポンプ１１４は、低圧（つまり、第１真空１１６）と高圧（つまり、第２真空１１８）との間で動作する。
【００８１】
図１からさらに分かるように、回転可能に搭載された陽極１０４は、分子ドラッグ真空ポンプ１１４の回転子１２０に堅固に連結している。言い換えれば、回転陽極１０４は常に、堅固に結合した回転子１２０とともに回転するということである。分子ドラッグ真空ポンプ１１４の固定子１３２は常に静止しているか、または固定の位置および方位にある。
【００８２】
冷却ユニット１１０は、中空空間１０８を介してオイル１２６をポンピングする構成のオイルポンプ１２２を備えている。オイル１２６は、低真空レジーム１１６内にオイルシーリングを全く含まない状態で伝播する。
【００８３】
冷却ユニット１１０は静止（つまり非回転）毛細管１２４をさらに設けており、この静止毛細管は、回転陽極１０４（電子ビーム１０６によって衝突される）と熱交換を行うために、オイル１２６を毛細管１２４の開放端部から毛細管１２４を通って中空空間１０８内にポンピングし、さらに、中空空間１０８から、毛細管１２４の外面と分子ドラッグ真空ポンプ１１４の回転子１２０との間の隙間１２８を介して戻す形で、中空空間１０８内に延びている。毛細管１２４は、陽極１０４と回転子１２０とが回転しても静止し続けるように、固定的に搭載されている。毛細管１２４は静止オイル毛細管とも記すことができる。
【００８４】
さらに、冷却ユニット１１０は、循環オイル１２６から熱を除去する構成の水加熱交換器１３０を備えている。したがって、オイルは、外部水供給部を介して水を供給される熱交換器１３０によって冷却される。
【００８５】
再び分子ドラッグ真空ポンプ１１４に注目すると、この真空ポンプ１１４は回転可能に搭載された回転子１２０と、固定的に搭載された固定子１３２とを備えており、これらは互いに離隔されて、シールを含まない流路１１１を包囲している。言い換えれば、回転子１２０の一部は、内部固定子部分と外部固定子部分（この実施形態では、管ハウジング１５２の一部によって構成されている）との間に挟まれている。
【００８６】
陽極１０４を包囲している空間１１２内のガス分子を排除して第２真空１１８を生成するために、これらのガス分子はこの流路１１１に沿って移動する。より正確には、ガス分子は、図１に示す圧力１０−５ｍｂａｒと圧力１０ｍｂａｒの間との屈曲流路に沿って移動する。この流路１１１に沿ってシールは不要であるため、Ｘ線管１００の構造は単純であり、基本的にメンテナンスも必要ない。狭い流路１１１による流れインピーダンスは、１０−５ｍｂａｒの高い真空から離れて１０ｍｂａｒの低真空を維持するのに十分なものである。言い換えれば、図１中の圧力値が１０ｍｂａｒの位置と１０−５の位置との間に圧力勾配が維持される。
【００８７】
局所的に狭くなったネック部１３４が、回転子１２０と回転陽極１０４との間の流路における、管ハウジング１５２の狭窄部として設けてられている。ネック部１３４は、流れ低減構造または流れインピーダンスとして機能し、陽極１０４を包囲する空間１１２と、固定子１３２と回転子１２０とに挟まれた空間１５５との間の自由な圧力交換を低減または抑制する。分子ドラッグ真空ポンプ１１４の衝突は、狭いネック部１３４を通っても依然として有効であるため、回転可能な陽極１１２の周囲のガス分子も排除することができる。狭いネック部１３４は、少なくとも第３真空１７７の圧力と同程度に低い圧力を持った真空を空間１１２内に含むことができるように、固定子１３２と回転子１２０との間の空間１５５内の第３真空範囲１７７に圧力値（より正確には、連続的な圧力遷移または圧力勾配）が伴う形で配置されている。ネック部１３４は、回転子１２０のシャフトの周囲のスリットであり、真空を分割している。
【００８８】
チューブ１９７で示すように、回転羽根ポンプなどの低真空ポンプ１３６は第１真空１１６を生成する。低真空ポンプ１３６は、別のチューブ１９９を介して、ターボ分子真空ポンプ１５０の低圧側にも低圧を提供する。ターボ分子真空ポンプ１５０は、電子ビーム生成器１４０内に第４真空、つまり強度１０−７ｍｂａｒの高真空１４２を生成し、放出された直後の電子ビーム１０６がこれに沿って伝播する。
【００８９】
図１から分かるように、陽極１０４を包囲している空間１１２も、窓を設けることなく電子ビーム生成器室１４０に連結している。言い換えれば、空間１１２と電子ビーム生成器室１４０の間にシールを提供する必要がない。
【００９０】
また、この流体界面は、陽極１０４を包囲している空間１１２と電子ビーム生成器室１４０との間に配置された、さらなる流れ低減構造１４６（狭窄ネック部）によって形成されている。この流路の局所的に狭いネック部は、陽極１０４を包囲している空間１１２と電子ビーム生成器室１４０との間の圧力交換を減少させる構成になっている。この措置を取ることで、電子ビーム生成器室１４０から空間１１２内への、シールなしでの電子ビーム１０６の伝播が可能になり、高フラックスを得ることができる。
【００９１】
狭いネック部１４６は、真空を分割し、内部に電子ビーム１０６が通過できる開口として示すことができる。狭いネック部１４６を考慮すると、ターボ分子ポンプ１５０も空間１１２内の第２真空１１８のポンピングを助け、空間１５５内の第３真空１７７の圧力よりも低圧にする。
【００９２】
図１から分かるように、ターボハウジング１５２は第１区間１６０を設けており、この第１区間は陽極１０４を収容し、鋼鉄製である。鋼鉄はＸ線を強力に減衰するか、または吸収することで、Ｘ線管１００の外面をＸ線から保護する。これに対し、Ｘ線管１００の設計と、さらに特に狭いネック部１４６、１３４の提供とを考慮すると、第２区間１６２は、際立ったＸ線吸収特性を必ずしも持っていなくてもよいアルミニウムのような軽量材料で製造することができる。したがって、Ｘ線管１００を軽重量に形成することができる。
【００９３】
分子ドラッグ真空ポンプ１１４を、代わりに、例えば、ターボ分子ポンプの応用形、または当業者が必要な真空勾配を提供できると考えるその他のポンプにすることが可能であると述べる必要がある。
【００９４】
図２は本発明の実施形態によるＸ線源２００の断面図を、図３はその３次元図を示す。
【００９５】
Ｘ線源２００は、基本的に図１を参照して述べたものと同じ特性を持ったＸ線管１００を設けている。さらに、Ｘ線管１００には、Ｘ線管１００内で生成されたＸ線ビーム１０２を収集および集束するＸ線オプティクス１８０が取り付けられている。このＸ線オプティクス１８０の他に、Ｘ線オプティクス１８０によって収集および集束されたＸ線ビーム１０２を調整するためのＸ線ビーム調整器２１０またはコリメータが設けられている。
【００９６】
安全シャッタ３０８と高速シャッタ２４５も図示されている。さらに、調節ネジ２４７も示されているが、この調節ネジによってＸ線オプティクス１８０をＸ線管１００に対して調節することができ、またＸ線ビーム調整器２１０をＸ線オプティクス１８０に対して調節することができる。特に、調節ネジ２４７を動かすことで、Ｘ線オプティクス１８０の調節可能な鏡１５８を整列させることができる。
【００９７】
Ｘ線管１００は、既に図１で示した構成部品に加え、回転可能に搭載されたオイル分配器２０２を設けており、このオイル分配器は毛細管１２４の開放端部に配置されて、オイル１２６を、遠心力と、オイルポンプ１２２によって印加された圧力とにより隙間１２８内に分配する。高圧真空隔離装置を参照符号２１７で示す。さらに、高圧回路２１９も図示されている。低真空管２２１、およびオイル脱気部のための空間を設けたオイルタンク２２３も図示されている。低真空管２２１内には低真空（つまり、第１真空１１６）が存在する。オイル供給管が内設された回転子シャフト２２５も図示している。エミッタ１４４は、取り外し可能なカバー２２９と同様に取り外すことができる。図２には、磁石駆動タイプの正変位オイルポンプ１２２も示されている。
【００９８】
図４、図５は、Ｘ線管１００の部品の拡大図である。図４は、高圧生成器（通常はハウジング１５２の外に配置される）に連結する高圧コネクタ４００をさらに示す。
【００９９】
用語「comprising（備えている）」は、その他の要素または特徴を除外せず、また「a」、「an」は複数を除外しない点に留意すべきである。異なる実施形態に関連して述べられた要素は組み合わせてもよい。さらに、特許請求の範囲における参照符号は、請求の範囲の制限として解釈すべきではない。
【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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【外国語明細書】
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【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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