(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームの衝突によりＸ線を放出するアノードターゲットと、
前記アノードターゲットに対向する位置に配置され、前記電子ビームを放出する複数のカソード電極と、
前記電子ビームの照射方向を制御する電子光学系と、
前記アノードターゲットと前記カソード電極と前記電子光学系とを収容する外囲器と、
当該外囲器の内壁に前記アノードターゲットを囲むように設けられた半球形電極と、
を有するＸ線管。
【請求項２】
前記電子光学系は、前記電子ビームの照射方向が前記半球形電極の面に略垂直になるよう制御する請求項１記載のＸ線管。 
【請求項３】
前記電子光学系は、前記半球形電極と略平行な面を有する引出電極を備える請求項１又は２に記載のＸ線管。
【請求項４】
前記アノードターゲットは、前記Ｘ線を放出する方向に凹部を有する請求項１から３のいずれか一つに記載のＸ線管。 
【請求項５】
前記外囲器の内壁に、前記アノードターゲットに向かって突出した突出部を有する請求項１から４のいずれか一つに記載のＸ線管。 
【請求項６】
前記突出部は、前記半球形電極の端部に配置された請求項５に記載のＸ線管。
【請求項７】
前記カソード電極は、前記外囲器の一部に設けられた溝部に設置された請求項１から６のいずれか一つに記載のＸ線管。 
【請求項８】
電子ビームの衝突によりＸ線を放出するアノードターゲットと、
前記アノードターゲットに対向する位置に配置され、前記電子ビームを放出する複数のカーボンナノチューブからなるカソード電極と、
前記アノードターゲットを収容するとともに前記カソード電極が設けられた外囲器と、を有し、
当該外囲器は前記アノードターゲットを囲む閉鎖系の半球形部分と円筒形部分とを含み、前記カソード電極が前記半球形部分の内壁に沿って取り付けられた内壁電極を構成し、前記カーボンナノチューブを前記アノードターゲットに向けて配向するように配置したことを特徴とするＸ線管。 
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一つに記載のＸ線管と、
試料を載置する試料台と、
前記試料への前記Ｘ線の照射量を制限するコリメータと、
前記試料から放出された蛍光Ｘ線を検出する検出器と、を有するＸ線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カソードとアノードを備え、円筒形のエンベロープに収容されたＸ線管及び該Ｘ線管を備えたＸ線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光Ｘ線分析装置は試料の構成元素の特定やその濃度などを測定できる。Ｘ線管で発生された一次Ｘ線を試料に照射する。これにより試料に含まれる元素特有の蛍光Ｘ線が試料から発せられる。蛍光Ｘ線を検出し、エネルギーを分析することで元素を特定すること、また、その個数により濃度などを測定することが可能である。
【０００３】
ここで測定時間に注目すると、一次Ｘ線強度や二次Ｘ線の検出効率の増大により測定時間を短縮できる。例えば、一次Ｘ線強度を増大させることを特徴とするＸ線管について開示されている（特許文献１参照）。開示されたＸ線管は、窓を支持する円錐形の軸方向端部とアノードパイプに隣接して配置されたアノードと電子光学装置とを備えている。Ｘ線発生源となるアノードと試料との距離を近づけることにより、一次Ｘ線強度を増大させている。一方、光源の半径は約０．５ｍｍであり、サイドウィンド型や透過型のＸ線管と比べると非常に大きい。照射領域を制限するためにコリメータやＸ線導管が用いられる。光源半径が約０．５ｍｍの場合、最適な分析領域の大きさは１ｍｍ程度である（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５０４９８８号公報
【特許文献２】特開平５−２７５０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
試料の小さい領域の分析を短時間で行うためには、分析領域に強度の大きい一次Ｘ線を照射することが必要である。
【０００６】
しかしながら、分析領域が数百μｍのオーダーになると、約０．５ｍｍの光源半径では照射Ｘ線の角度広がりが大きいため、照射半径より小さな径のコリメータを用いる必要がある。一方、照射Ｘ線の強度はコリメータの径の大きさに依存する。従って小さな径のコリメータを用いると、大きな光源であっても、照射Ｘ線強度は小さくなってしまう。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、小さい分析領域であっても、高い強度のＸ線を照射可能な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】
【０００８】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係るＸ線管は、電子ビームの衝突によりＸ線を放出するアノードターゲットと、アノードターゲットに対向する位置に配置され、電子ビームを放出する複数のカソード電極と、電子ビームの照射方向を制御する電子光学系と、アノードターゲットとカソード電極と電子光学系とを収容する外囲器と、当該外囲器の内壁に前記アノードターゲットを囲むように設けられた半球形電極と、を有する。これにより、アノードターゲットへの電子ビームの照射量を増大することができる。また、これにより、電子ビームがアノードターゲットに向かって照射されるための電界をカソード電極とアノードターゲットの間に形成することができる。よって、電子ビームがアノードターゲットに集中的に照射される。
【００１０】
また、本発明に係るＸ線管の電子光学系は、電子ビームの照射方向が半球形電極の面に略垂直になるよう制御する。これにより、複数のカソード電極から放出された電子ビームをアノードターゲットに向けて集中的に照射することができる。
【００１１】
また、本発明に係るＸ線管のアノードターゲットは、前記Ｘ線を放出する方向に凹部を有する。これにより、凹部に電子ビームを集中させるための電界をアノードターゲット周辺に形成することができる。よって、凹部に電子ビームの照射を集中させることができる。
【００１２】
また、本発明に係るＸ線管は、外囲器の内壁に、アノードターゲットに向かって突出した突出部を有する。これにより、電子ビームがアノードターゲット上の小さい領域に集中するための電界を外囲器の内部に形成することができる。また、突出部は、半球形電極の端部付近に配置することが好ましい。これにより、電子ビームをアノードターゲット上の小さい領域に集中させるより強い電界を形成することができる。
【００１３】
また、本発明に係るＸ線管のカソード電極は、外囲器の一部に設けられた溝部に設置されている。これにより、半球形電極側に複数のカソード電極を設置することができる。よって、アノードターゲットに大量の電子ビームを照射することができる。
【００１４】
また、本発明に係るＸ線管の電子光学系は、半球形電極と略平行な面を有する引出電極を備える。これにより、カソード電極から放出された電子ビームをアノードターゲットに向けて照射することができる。
【００１５】
本発明に係るＸ線分析装置は、上記のＸ線管と、試料を載置する試料台と、試料へのＸ線の照射量を制限するコリメータと、試料から放出された蛍光Ｘ線を検出する検出器と、を有する。これにより、小さい分析領域に、高い強度のＸ線を照射することができる。また、コリメータを通過したＸ線の広がり角を小さくすることができる。従って、例えば、凹凸の大きな試料を分析するために長い作用距離で分析する場合であっても、小さい分析領域に高い強度のＸ線を照射することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るＸ線管によれば、小さい分析領域に高い強度のＸ線を照射することができる。これにより、分析時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線管の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＸ線管の電界シミュレーションの結果を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るアノードターゲットに衝突する電子の分布図である。
【図４】本発明の実施形態に係るＸ線分析装置の構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係るＸ線光源の半径とＸ線強度比の関係図である。
【図６】本発明の実施形態に係るＸ線管の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るＸ線管の実施形態について説明する。図１はＸ線管の構成図である。Ｘ線管は円筒形と半球形を連接した形状である。カソードフィラメント１は電子ビーム２を放出する。電子ビーム２はアノード電極３に連接されたアノードターゲット４に照射される。電子ビーム２の照射によりアノードターゲット４はＸ線５を放出する。Ｘ線５は、アノード電極３に対向する外囲器１４の一部に設置された窓６からＸ線管の外に放出される。窓６は例えば１２５μｍの厚さのベリリウム板である。
【００１９】
外囲器１４はアノードターゲット４を覆うように配置されている。特に、外囲器１４は半球形状であり、その中心付近にアノードターゲット４を配置することが好ましい。カソードフィラメント１は外囲器１４に設けられた複数の溝部８に設置されている。これにより、アノードターゲット４に向けて、複数のカソードフィラメント１を設置することができる。そして、半球形状の外囲器１４にカソードフィラメント１が設置されることにより、半球形の中心のアノードターゲット４に電子ビーム２を集中照射することができる。よって、複数の大量の電子ビーム２をアノードターゲット４に照射することができる。
【００２０】
また、外囲器１４はアノード電極３側の外囲器１５と連接している。Ｘ線管内は真空状態である。外囲器１４、１５の内壁にはそれぞれ内壁電極９、１０を備えている。内壁電極９、１０は接地されている。
【００２１】
カソードフィラメント１とアノードターゲット４との間に、電子光学系として引出電極１１が設置されている。引出電極１１は外囲器１４の内壁電極９の曲面と平行な面を有している。つまり、引出電極１１は球面状の面を有している。
【００２２】
カソードフィラメント１は、電流源１６に接続されている。カソードフィラメント１を通電加熱し、カソードフィラメント１から電子を放出する。放出された電子は正に印加された引出電極１１により引き出され、電子ビーム２が形成される。アノード電極３は電圧源１７により高電圧が印加される。これにより電子ビーム２は、正に印加されたアノードターゲット４に向けて照射される。
【００２３】
電子ビーム２は、引出電極１１の面に対し略垂直に照射される。つまり、アノードターゲット４を覆うように配置された半球形状の内壁電極９に略平行な面を有する引出電極１１の面に対し略垂直に電子ビーム２が照射される。よって、カソードフィラメント１から放出された電子をアノードターゲット４に向けて照射することができる。
【００２４】
アノードターゲット４は、Ｘ線５を放出する側に凹部１２を有する。これにより、電子ビーム２が凹部１２に集まるような電界をアノードターゲット４の周辺に形成することができる。よって、電子ビーム２を凹部１２に集中させることができる。
【００２５】
外囲器１５は、アノードターゲット４に向かい突出する突出部１３を有する。これにより、電子ビーム２がアノードターゲット４に集まるような電界を形成することができる。よって、電子ビーム２をアノードターゲット４に集中させることができる。
【００２６】
図２は本発明の実施形態のＸ線管の電界シミュレーションの結果を示す図である。シミュレーションの設定寸法は次の通りである。内壁電極９の窓６側とアノードターゲット４との距離は５ｍｍである。外囲器１５の内壁電極１０の直径は、８．２ｍｍである。アノード電極３の直径は３ｍｍである。アノードターゲット４の凹部１２の突出部分の高さは１ｍｍである。凹部１２の底部分の直径は１．２ｍｍである。ここで、凹部の突出した部分には円錐形状を用いている。突出部１３の高さ、つまり、Ｘ線管の法線方向の長さは、０．７ｍｍである。突出部１３の幅、つまり、Ｘ線管の長手方向の長さは、１ｍｍである。
【００２７】
上記の設定寸法で電圧印加した場合に形成される電界を等電位線２１で示した。内壁電極９および引出電極１１の形状により、内壁電極９および引出電極１１付近の電界は、アノードターゲット４を中心とする半球形状の電界を形成している。
【００２８】
また、突出部１３の形状により、突出部１３と引出電極１１との間に、アノードターゲット４に向かうように電子ビーム２に作用する電界を形成する。これにより、アノードターゲット４に電子ビーム２を集中照射することができる。ここで、理想的な電界を形成するためには、突出部１３は内壁電極９の端部付近、すなわち内壁電極９と内壁電極１０の連接部付近に設置することが望ましい。一方、突出部１３がない場合は、引出電極１１から内壁電極１０付近の電界は、アノードターゲット４よりもアノード電極３側に電子ビーム２が照射されるように電子ビーム２に作用する電界となり、電子ビーム２をアノードターゲット４に集中させることができない。
【００２９】
さらに、アノードターゲット４の凹部１２は、電子ビーム２の集中効果を補強する。電子ビーム２は内壁電極９および引出電極１１が形成する電界により、半球の中心に向かい照射される。しかしながら、アノードターゲット４が有限な大きさを持つことにより、アノードターゲット４と内壁電極９により生成される電界で、電子ビーム２の集束効果を弱めてしまう。そこで、アノードターゲット４に凹部１２を設ける。これにより、アノードターゲット４周辺に電子ビーム２が凹部１２の底部分に集中する電界が形成される。従って、電子ビーム２をアノードターゲット４上の小さい領域に集中照射させることができる。
【００３０】
図３は電界シミュレーションを実施したＸ線管で電子ビーム２を照射し、アノードターゲット４に衝突した電子３１の分布図である。本発明の実施形態のＸ線管を用いることによりアノードターゲット４の半径０．２ｍｍの小さな領域に電子ビーム２を集中的に照射させることができる。
【００３１】
図４は、本発明の実施形態のＸ線管を搭載したＸ線分析装置の構成図である。本発明の実施形態のＸ線管を搭載したＸ線照射部４１はＸ線４３を照射する。Ｘ線４３はコリメータ４２により照射量、照射領域が制限される。Ｘ線４３は、試料台４４に載置された試料４５に照射される。これにより、試料４５から蛍光Ｘ線４６が放出される。蛍光Ｘ線４６は検出部４７で検出される。検出部４７は検出信号を処理部４８に出力する。処理部４８は入力された検出信号を処理し、検出結果を表示部４９に表示させる。
【００３２】
図５はＸ線光源の半径とＸ線強度比の関係図である。関係図はシミュレーションの結果である。Ｘ線照射部４１のＸ線光源とコリメータ４２との距離は５０ｍｍ、コリメータ４２と試料４５との距離は１０ｍｍである。Ｘ線強度比は、Ｘ線光源の半径が０．５ｍｍのときのＸ線強度を基準とした。照射ビーム径はＸ線強度を算出する領域である。コリメータ４２により制限され、試料４５上に照射されたＸ線４３の広がりである。
【００３３】
Ｘ線光源の半径を小さくするとＸ線強度は増加する。特に照射ビーム径が０．２ｍｍの場合、Ｘ線光源の半径を小さくするとＸ線強度は大きく増加する。つまり、大きい径のコリメータ４２により制限された照射ビーム径０．５ｍｍの場合では、Ｘ線強度の半径を小さくすることにより増加するＸ線強度は小さい。これは、コリメータ４２の径が大きいため線光源の半径を変化させても試料４５に到達するＸ線の量は大きく変化しないということである。一方、小さい径のコリメータ４２により制限された照射ビーム径０．２ｍｍの場合では、Ｘ線強度の半径を小さくすることにより増加するＸ線強度は大きい。これは、コリメータ４２の径が小さいためＸ線光源の半径が大きいと試料４５に到達するＸ線の量が少なくなるためである。従って、小さい径を有するコリメータ４２を用いて、試料４５の小さい領域に強度の高いＸ線を照射するためには、半径の小さいＸ線光源を用いる必要がある。
【００３４】
本発明の実施形態のＸ線管を搭載したＸ線分析装置によれば、照射ビーム径を小さくした場合でもＸ線光源の半径が小さいため、強度の高いＸ線を試料に照射することができる。よって、試料の測定時間を短縮することができる。
【００３５】
本発明に係るＸ線管の別の実施形態は、カソードフィラメント１の代わりにフィールドエミッション型の電子源を用いる。図６は、フィールドエミッション型の電子源として、カーボンナノチューブアレイ６１を用いたＸ線管である。カーボンナノチューブアレイ６１は、アノードターゲット４に向かってカーボンナノチューブを配向させたアレイである。引出電極１１を設置しなくても、カーボンナノチューブは配向された方向に電子ビーム２を照射することができる。これにより溝部８を設けることなく、外囲器１４の内壁にカーボンナノチューブアレイ６１を設置することができる。よって、外囲器１４の内壁に複数のカーボンナノチューブアレイ６１を設置し、アノードターゲット４に大量の電子ビーム２を照射することができる。また、カーボンナノチューブアレイ６１はカーボンナノチューブ先端から電子ビーム２を照射することができるので、放出電子密度の高い電子源である。従って、アノードターゲット４に大量の電子ビーム２を照射することができる。
【００３６】
本発明の実施形態の別のＸ線管を搭載したＸ線分析装置によれば、アノードターゲットに大量の電子ビームを集中的に照射することができるので、強度の高いＸ線を試料に照射することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１…カソードフィラメント
２…電子ビーム
３…アノード電極
４…アノードターゲット
５…Ｘ線
６…窓
８…溝部
９、１０…内壁電極
１１…引出電極
１２…凹部
１３…突出部
１４、１５…外囲器
１６…電流源
１７…電圧源
２１…等電位線
３１…衝突した電子
４１…Ｘ線照射部
４２…コリメータ
４３…Ｘ線
４４…試料台
４５…試料
４６…蛍光Ｘ線
４７…検出部
４８…処理部
４９…表示部
６１…カーボンナノチューブアレイ
【図１】
0005833327.tif 000002
【図２】
0005833327.tif 000003
【図３】
0005833327.tif 000004
【図４】
0005833327.tif 000005
【図５】
0005833327.tif 000006
【図６】
0005833327.tif 000007