(57)【要約】  本発明は、ＴＥ１０モードのマイクロ波を励起する矩形の共鳴キャビティを用いるＸ線源を開示する。また、本発明は、サイクロトロン放射源としても用いられうる。この場合、円筒状のキャビティが用いるとともに、幾つかの構造的な変更を行なう。このシステムは、軸対称な静電場による反磁力を補うことによって、電子ビームのエネルギーを顕著に増大させる。静電場は、キャビティ内（好ましくは、ＴＥ１１ｐモードの電場のノード面）に配置された複数の環状電極により、長手方向に沿って発生される。複数の電極は、グラファイトのようにマイクロ波場に対して透明であるとよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）長手方向の一端から他端まで延びる軸を有する共鳴キャビティと、
ｂ）前記共鳴キャビティの前記一端に配置された電子銃と、
ｃ）前記共鳴キャビティの前記他端寄りに結合された金属製のターゲットと、
ｄ）前記共鳴キャビティに結合されたマイクロ波場の励起システムと、
ｅ）前記一端から前記他端に向かい前記軸に沿って増大する磁場を生成する少なくとも１つの磁場発生器と、
ｆ）前記共鳴キャビティの表面に設けられ、Ｘ線に対して透明な窓と、
を備えていることを特徴とする、Ｘ線源。
【請求項２】
電子の注入点における前記磁場の強さは、従来のサイクロトロン共鳴の値に等しい、
請求項１に記載のＸ線源。
【請求項３】
前記磁場は、軸対称、静的、かつ不均一である、
請求項１に記載のＸ線源。
【請求項４】
前記電子銃は、ＬａＢ６型の電子放出器であり、約１０ｋｅＶのエネルギーを有する電子ビームを注入する、
請求項１に記載のＸ線源。
【請求項５】
前記金属製のターゲットは、内部に冷却用チャネルを有している、
請求項１に記載のＸ線源。
【請求項６】
前記金属製のターゲットは、モリブデンである、
請求項１に記載のＸ線源。
【請求項７】
Ｘ線に対して透明な前記窓は、ベリリウムからなる、
請求項１に記載のＸ線源。
【請求項８】
前記共鳴キャビティは、円筒形状であり、銅からなる、
請求項１に記載のＸ線源。
【請求項９】
前記磁場は、３つの永久磁石により生成される、
請求項１に記載のＸ線源。
【請求項１０】
前記永久磁石は、ＳｍＣＯ５またはＦｅＮｄＢからなるグループより選択されたものである、
請求項９に記載のＸ線源。
【請求項１１】
前記共鳴キャビティの長さと直径は、次式の関係を満足している、
請求項１に記載のＸ線源。
ｄ＝ｐ［（２ｆ／ｃ）２−（１．８４１／πｒ）２］−1/2
ここで、ｄは前記共鳴キャビティの長さであり、ｐは前記共鳴キャビティの共鳴モードの添え字であり、ｆはマグネトロンの周波数であり、ｃは真空における光速であり、ｒは前記共鳴キャビティの半径である。
【請求項１２】
前記共鳴キャビティは、ＴＥ１１２モードに共鳴する、
請求項８に記載のＸ線源。
【請求項１３】
前記共鳴キャビティの前記長さは２１ｃｍであり、前記直径は９ｃｍである、
請求項１１または１２に記載のＸ線源。
【請求項１４】
電子の注入点における前記磁場の値は８７５ガウスである、
請求項８に記載のＸ線源。
【請求項１５】
前記励起システムは、２つの導波器を備えており、
前記２つの導波器の一方は前記共鳴キャビティに結合されており、
前記２つの導波器の他方はマイクロ波発生器に結合されている、
請求項８に記載のＸ線源。
【請求項１６】
前記２つの導波器は、ＴＥ１０モードを伝播する、
請求項１５に記載のＸ線源。
【請求項１７】
前記２つの導波器は、矩形の断面を有している、
請求項１６に記載のＸ線源。
【請求項１８】
前記２つの導波器の端部が前記共鳴キャビティに結合されている箇所は、前記電子銃が配置されている前記共鳴キャビティの前記一端から、前記共鳴キャビティの全長の４分の１の距離にある、
請求項１５に記載のＸ線源。
【請求項１９】
前記マイクロ波発生器は、マグネトロンである、
請求項１５に記載のＸ線源。
【請求項２０】
前記マグネトロンの動作周波数は２．４５ＧＨｚであり、７ｋＶ／ｃｍの磁場を励起する、
請求項１９に記載のＸ線源。
【請求項２１】
前記２つの導波器は、λ／４の位相遅れを伴ってマイクロ波を前記共鳴キャビティに注入するために用いられ、
λは、ＴＥ１０モードにおける波長である、
請求項１５に記載のＸ線源。
【請求項２２】
前記２つの導波器の各々は、矩形状であり、
ａ）セラミック製の窓と、
ｂ）フェライト製のインシュレータと、
を備えている、請求項１５に記載のＸ線源。
【請求項２３】
前記セラミック製の窓は、ＳｉＯ３である、
請求項２２に記載のＸ線源。
【請求項２４】
前記共鳴キャビティは、金属製かつ矩形の断面を有する単一の共鳴キャビティである、
請求項１に記載のＸ線源。
【請求項２５】
前記励起システムは、導波器を備えており、
前記導波器の一端は、絞りを介して前記共鳴キャビティに結合されており、
前記導波器の他端は、マイクロ波発生器に結合されており、
前記導波器は、ＴＥ１０モードを伝播する、
請求項２４に記載のＸ線源。
【請求項２６】
前記マイクロ波発生器は、前記共鳴キャビティに結合されている箇所からλ／４の距離にあるマグネトロンであり、
λは、ＴＥ１０モードにおける波長である、
請求項２５に記載のＸ線源。
【請求項２７】
前記共鳴キャビティは、ＴＥ１０２モードに共鳴する、
請求項２４に記載のＸ線源。
【請求項２８】
前記共鳴キャビティの長さと幅は、次式の関係を満足している、
請求項２４に記載のＸ線源。
ｄ＝ｐ［（２ｆ／ｃ）２−（１／ａ）２］
ここで、ｄは前記共鳴キャビティの長さであり、ｐは前記共鳴キャビティの共鳴モードの添え字であり、ｆはマグネトロンの周波数であり、ｃは真空における光速であり、ａは前記共鳴キャビティの幅である。
【請求項２９】
前記共鳴キャビティの寸法は、前記ａが７．７４ｃｍであり、前記ｄが２０ｃｍであり、高さが３．８７ｃｍである、
請求項２８に記載のＸ線源。
【請求項３０】
請求項１に記載の前記金属製のターゲットに代えて、前記共鳴キャビティにおいて電子が長手方向への動きを停止する箇所に設けられた窓と、
処理真空チャンバと、
を備えている、サイクロトロン放射源。
【請求項３１】
前記共鳴キャビティは、円筒形状である、
請求項３０に記載のサイクロトロン放射源。
【請求項３２】
前記共鳴キャビティは、矩形状である、
請求項３０に記載のサイクロトロン放射源。
【請求項３３】
前記共鳴キャビティ内に設けられた電極システムを備えている、
請求項３０に記載のサイクロトロン放射源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来のＸ線源は、５０〜１５０ｋｅＶ域のエネルギー線（軟Ｘ線）を生成する。これらの線源においては、電子は、一般にモリブデンである耐熱ターゲットに衝突するまで定常場によって加速される。これらのＸ線源は、高い電源電圧を必要とし、当該電源は大型で重い。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年に小型Ｘ線源として循環型電子加速器を用いることが提案された（非特許文献１を参照）。この提案においては、中空の共鳴キャビティの中心に配置されたフィラメントから射出された電子の流れが、電子サイクロトロン共鳴に係るマイクロ波場によって、１５０ｋｅＶのエネルギーに達するまで加速し、モリブデンのターゲットに衝突することにより、Ｘ線放射を生成する。この線源は、高圧電源の使用をうまく回避しているものの、産業、医学、および農業における日常的な使用は現実的でない。使用される電流はわずか０．１ｎＡであり、放射されるＸ線強度が弱いからである。放射されるＸ線強度を高めるために、より大きな電流を用いようとする場合、フィラメントの径を大きくする必要がある。しかしながら、そのような変更は望ましくない。フィラメントは金属（すなわち、タングステンやモリブデン）からなるため、マイクロ波場を妨害するからである。
【０００３】
特許文献１は、小型Ｘ線源を開示している。当該線源は、ＥＣＲ条件下においてプラズマを加熱し、当該線源の中間面において回転するプラズマリングを形成することにより、線を生成する。当該リングのエネルギー電子は、イオンと重原子を衝突させてＸ線放射源を生成する。この線源は、電子を加熱するためだけでなく、キャビティ内の放電を維持するためにも、エネルギーを消費する。さらに、リングの電子は、プラズマ電子のほんの一部に過ぎず、マイクロ波場によっては直接加速されずに、集合効果によって加速される。集合効果は、直接加速と比較してはるかに影響が小さい。したがって、エネルギー消費の観点からは、この線源は、従来の線源と比較すると有効性が低い。加えて、衝突する電子は、単一エネルギーではなく、散乱Ｘ線スペクトルを生成する。
【０００４】
非特許文献２は、矩形共鳴キャビティを横切るように配向された直流磁場に影響を受けるＴＥ１０１モードにおけるＥＣＲ条件下での電子の加速を理論的に考察している。これに基づいて設計および建造されたＸ線源においては、電子は、キャビティの中間長手面内を、螺旋軌道を描いて加速され、モリブデンターゲットに衝突してＸ線を生成する。この線源の短所は、ＥＣＲ条件の自己共鳴を許容する動きの面内において磁場のプロファイルを得ることが実用上非常に難しいことにある。これは、単一の磁場を用いているからである。
【０００５】
特許文献２には、Ｘ線生成を用いる別の電子加速機構が記載されている。当該機構は、複数のキャビティを有する加速器を備えている。これらのキャビティにおいて磁場は一定であるか減衰する。当該機構は、ドリフト管を用いている。当該機構は、各キャビティにおける線の相対論的サイクロトロン周波数を下回る低周波で動作する。当該機構は、効率的かつ小型の加速器システムを構成している。この装置は、２０ＭｅＶ／ｍ程度の加速率を提供するが、高出力のマイクロ波生成機（第１キャビティが１０ｍＷ、第２キャビティが７．７ＭＷ）を必要とする。
【０００６】
特許文献３は、Ｘ線管およびトモグラフィ（ＣＴ）により生成される画像を形成すべく電子を加速する高周波（ＲＦ）キャビティを開示している。ここでは、ＲＦ場の半波長の間に電子パルスがキャビティの一端から入射されると、キャビティ（または導波管）の横断面内を電子が加速される。キャビティ内で加速された電子は、固体または液体のターゲットとの相互作用によるＸ線の生成に用いられる。電子を衝突させるエネルギーに影響を与える主要因の１つは、電子が放射器から出る際の電磁波位相の不安定性である。
【０００７】
従来のＸ線源では、電気絶縁性確保の観点から、Ｘ線の最大エネルギーを定める印加最大電圧は２００ｋｅＶを超えない。他方、特許文献に記載されたＥＣＲに基づく線源は実用化が難しく、産業的に生産されていない。
【０００８】
非特許文献３から５は、定常かつ不均一な磁場に沿って伝播する自己共鳴型の電子加速を理論的に考察している。当該磁場は、マイクロ波のシリンドリカルモードＴＥ１１ｐ（ｐ＝１，２，３，・・・）を用いて電子の伝播方向に変化している。これらの文献は、加速を理論的に考察してはいるものの、別のコンポーネントを必要とするＸ線の生成については触れていない。そのようなコンポーネントの例としては、マイクロ波エネルギーを注入する結合システム、キャビティ内の真空を維持する窓システム、反射されたマイクロ波からマイクロ波生成機を保護するシステム、キャビティ内における円偏光のＴＥ１１ｐモードを保証するシステム、冷却チャネルを有するターゲットとその位置決めシステム、Ｘ線を抽出する窓などが挙げられる。
【０００９】
同様に、サイクロトロン放射線源もまた本技術分野の一部である。本発明に係る装置によれば、そのような形態も実施されうるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際特許出願公開第９３／１７４４６号公報
【特許文献２】米国特許第６６１７８１０号公報
【特許文献３】米国特許第７２０６３７９号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】H. R. Gardner, T. Ohkawa, A. M. Howald, A. W. Leonard, L.S. Peranich and J.R. D’Aoust, Mag. Sci Instruments, 61 (2), February 1990, p. 724-727
【非特許文献２】Review of Scientific Instruments, 71 No. 2, (2000) 1203-1205
【非特許文献３】Transaction on Plasma Science, 38 No. 10, (2010) 2980-2984
【非特許文献４】Physical Review, ST Acceleration and Beams, 12 (2009) 0413011 - 0413018
【非特許文献５】Physical Review, ST Acceleration and Beams, 11 (2008) 0413021 - 0413027
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
１）非特許文献１に記載の線源により出射されるＸ線の強度とエネルギーは低い。
２）特許文献１に記載の線源のエネルギーは効率がよいとは言えず、Ｘ線のスペクトルが散乱される。
３）非特許文献２に記載の線源は、ＴＥ１０１シングルモードで動作する矩形キャビティを用いており、ＥＣＲ条件を維持できない。
４）特許文献２に記載の複数のキャビティを有する電子加速器は、大型である。
５）特許文献３に記載の線源の効率は、電磁波位相の不安定性の影響を受ける。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るＸ線源は、上記の不具合を防止するために下記の特徴を有している。
【００１４】
１）電子線は、わずか０．１Ａの電流でエネルギー３００ｋｅＶまで加速されうる。これは、エネルギーが２００ｋｅＶを超える高い強度のＸ線（硬Ｘ線）を生成するのに十分な値である。また、使用される電子銃は、共鳴キャビティの一端（キャビティの外）に結合されるため、マイクロ波場を妨害しない。
２）当該マイクロ波場によって電子が直接加速されるため、エネルギー効率が高い。
３）軸方向に非均一な直流磁場を印加することにより、注入された電子のキャビティに沿う３次元螺旋的な動きについてＥＣＲ条件を維持できる。当該キャビティは、円筒状、楕円形状、あるいは矩形状でありうる。
４）単一のキャビティを使用するため、線源が小型化される。
５）波形の初期位相が加速効果に影響を及ぼさない。
【００１５】
非特許文献３から５に説明されている電子サイクロトロン加速自己共鳴構想に基づき、すなわち、電子サイクロトロン共鳴自己維持条件において、本発明は、エネルギーが２００ｋｅＶを超え、従来のＸ線源よりも強度が高い硬Ｘ線を生成可能な小型の装置を提供する。本発明に係る線源においては、円筒状の共鳴キャビティの一端から注入されて真空に曝される電子は、直線偏光または円偏光のＴＥ１１ｐ（ｐ＝１，２，３，・・・）のマイクロ波モードで加速される。しかしながら、キャビティの断面は、ＴＥｃ１１Ｐ（Ｐ＝１，２，３，・・・）モードを励起する楕円状でもよいし、ＴＥ１０ｐ（ｐ＝１，２，３，・・・）モードを励起する矩形状でもよい。
【００１６】
キャビティ内における電子の螺旋軌道に沿う自己共鳴状態を維持するために、不均一な定常磁場が生成される。その強度は、主に電子の伝播方向に増加する。増加の仕方は、生成されたビームの注入エネルギーとマイクロ波場の強度に依存する。ビームの経路は螺旋状であり、加速は自己共鳴状態において生ずる。したがって、マイクロ波電力を用いることの有効性は、最大限となる。任意の周波数について、添え字ｐの値が大きくなると、電子に移行されうるエネルギーが高くなる。
【００１７】
Ｘ線源の別実施形態においては、ＴＥ１０ｐマイクロ波モードを励起する矩形の共鳴キャビティが用いられる。この場合、上述したＸ線源の一般的特性は同じであり、どのようにして前記モードを励起するかについてのみ、変更が必要である。
【００１８】
別の実施形態においては、本発明をサイクロトロン放射源として用いる可能性が考慮される。ここでは円筒状のキャビティを用いることが好ましいが、上記の目的を達成するために幾つかの構造的な改変を行なう。このシステムは、軸対称な静電場により反磁力を補うことによって、電子ビームのエネルギーを顕著に高めることを可能にする。長手方向に沿う静電場は、キャビティ内（好ましくはＴＥ１１ｐ電場型のノード面）に配置されたリング型の電極により生成される。当該電極は、マイクロ波場に対して透明な材料（グラファイトなど）により作製されるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明をよりよく理解するために、以下の図面が例として添付される。
【００２０】
【図１】Ｘ線源の好適な実施形態を示す図である。
【図２】円偏光のＴＥ１１２モードを励起するカップリングを示す正面図である。
【図３】冷却チャネルを有する白色合金ターゲットを示す図である。
【図４】電子ビームの正面図である。
【図５】外部磁界を説明する図である。（ａ）は、磁気リングシステムと磁場線を示している。（ｂ）は、本発明に係るキャビティの軸に沿う磁場の形状を示している。
【図６】電子ビームの側面図である。
【図７】Ｘ線源の別実施形態を示す図である。
【図８】別実施形態に係るＸ線源を示す上面図である（磁場発生器は不図示）。
【図９】別実施形態に係るＸ線源における金属ターゲットおよびＸ線出口を示す図である。
【図１０】サイクロトロン放射源の好ましい実施形態における電極−キャビティシステムを示す長手方向に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１と図２においては、好ましい実施形態に係る小型Ｘ線源の基本的な構成要素が示されている。図１に示すように、マイクロ波共鳴キャビティ１は、電子銃１０、電子が当てられるターゲット１１、軽金属窓１２、およびマイクロ波活性化システムと結合されている。キャビティ１は、３つの磁場発生器１３’、１３”、１３'''により生成される磁場の影響を受ける。
【００２２】
キャビティ１は、円筒形状を呈しており、壁からの熱損失を削減するために金属（好ましくは銅）からなる。好ましい実施形態においては、キャビティ１は、シリンドリカルＴＥ１１２モードと共鳴する。キャビティ１の長さと直径は、それぞれ２１ｃｍと９ｃｍである。これらの寸法は、キャビティ内の電場強度を最大にする。これらの値は、次式で表わされる関係を満たすことを要する。
ｄ＝ｐ［（２ｆ／ｃ）２−（１．８４１／πｒ）２］−1/2
ここで、ｐは２（ＴＥ１１２モードの場合）であり、ｆはマグネトロンの周波数であり、ｃは、３×１０８ｍ／ｓであり、ｒはキャビティの半径である。実用上において単一の共鳴キャビティを用いることの利点は、装置が小型になることである。好ましい実施形態においては、円筒上のキャビティを考慮する。しかしながら、キャビティの断面は、楕円形とされうる。この場合、ＴＥｃ１１Ｐモード（Ｐ＝１，２，３，…）を励起する。
【００２３】
電子銃１０は、キャビティ１の一端に結合されている。電子銃１０は、レアアース電子放出器（好ましくはＬａＢ６型）であることが好ましい。電子銃１０は、疑似モノエナジーな電子線を、キャビティ１の対象軸に沿って注入する。そのエネルギーは、約１０ｋｅＶである。
【００２４】
熱に強く、割れにくく、非磁性金属（好ましくはモリブデン）のターゲット１１は、水を循環させて冷却を行なうための内部チャネル（図３参照）か、ファン冷却エッジを有している。
【００２５】
軽金属（好ましくはベリリウム）の窓１２は、金属ターゲット１１への電子の衝突により放射されるＸ線を、緩衝なく通過させることを要する。すなわち、Ｘ線に対して透明であるべきである。
【００２６】
３つの磁場発生器１３’、１３”、１３'''は、軸対称で定常かつ均一な磁場を生成する。好ましい実施形態においては、キャビティに沿って強くなる磁場が、永久磁石システム（好ましくは、強磁性かつ環状のＳｍＣＯ５またはＦｅＮｄＢ）により生成される。永久磁石システムの磁化度、寸法、および間隔は、以下の条件を満たすように選ばれることが好ましい。
１）電子注入点における磁場の強さは、従来のサイクロトロン共鳴に対応する値であり、例えば２．５ＧＨｚのマイクロ波について８７５ガウスである。
２）磁場の強さは、質量増加の相対論的効果を補償することでＥＣＲを維持するように、キャビティ１の軸に沿って増加する。
【００２７】
図２に示すように、マイクロ波励起システムは、キャビティ１に結合された２つの導波器２、３、２つのセラミック窓４、５、結合導波器６、２つのフェライトインシュレータ７、８、およびマイクロ波発生器９を備えている。マイクロ波出力は、好ましくはセラミックＳｉ２Ｏ３である窓４、５を通じて、導波器２、３によってキャビティ１内に注入される。当該マイクロ波出力は、９０度の方位角に分離され、電子銃１０が結合された端部からキャビティ１の長さの４分の１（ｄ／４）だけ離れた平面内において、キャビティ１に結合される。導波器２、３は、ＴＥ１０モードのマイクロ波エネルギーを、マイクロ波発生器９から結合導波器６を通じて提供する。マイクロ波発生器９は、電源システムを有する２．４５ＧＨｚのマグネトロンでありうる。マイクロ波注入に用いられる２つの経路は、ＬおよびＬ＋λ／４の長さを有している。ここでλは、ＴＥ１０モードの波長である。これらの経路は、キャビティ１内にＴＥ１１２モードの右円偏光波を励起すべくπ／２の位相シフトを生成する。さらに、マイクロ波発生器９が、結合導波器６に結合されている。結合導波器６の両端部は、フェライトインシュレータ７、８と結合されている。フェライトインシュレータ７、８は、マイクロ波発生器９（好ましい実施形態はマグネトロン）を反射出力から保護するために用いられる。フェライトインシュレータ７、８は、それぞれ導波器２、３に結合されている。キャビティ１は、内部が真空にされた後で気密封止される。導波器２、３の内側に収容されたセラミック窓４、５は、マイクロ波に対して透明であり、キャビティ１内を真空に保つために用いられる。
【００２８】
Ｘ線の放射を開始するために、マイクロ波発生器９と電子銃１０が起動される。発生器９は、共鳴キャビティ１へ、導波器２、３を通じて、周波数２．４５ＧＨｚでマイクロ波エネルギーを送る。磁場発生器１３’、１３”、１３'''（好ましい実施形態は３つの環状磁石）の位置と磁化度に応じて、電子サイクロトロン周波数がキャビティ１内でほぼ一定になる領域が生成される。キャビティ１内のマイクロ波エネルギーは、ＥＣＲによって、その螺旋経路１４に沿ってターゲット１１に衝突するまで電子を加速する（図４と図６を参照）。これにより、窓１２を通過するＸ線が生成される。円偏向されたＴＥ１１２モードのマイクロ波電場の大きさは７ｋＶ／ｃｍであり、２５０ｋｅＶ程度のエネルギーを有するＸ線の生成を確実にする。一般的に、ＴＥ１１ｐモード（ｐ＝１，２，３，・・・）に共鳴する円筒状のキャビティが使用されうる。
【００２９】
図５の（ａ）では、磁場発生器１３’、１３”、１３'''によって形成され、キャビティに沿って増大する磁場を表すグラフ（注目する領域において生成される力線）が示されている。磁力線同士の離間により示されるように、電子が電子銃１０の位置からターゲット１１に向かって動くにつれて、磁場が（非単調的に）増大する。図５の（ｂ）は、好ましい実施形態であるマイクロ波ＴＥ１１２モード用に調整された磁場の長手方向に沿う断面形状を示している。キャビティの後半部おいて磁場に極小点１５が存在することが好ましい。
【００３０】
図６に示すように、電子は、キャビティの長手方向への動きを、極小点１５（図５の（ｂ）参照）とキャビティ１の後端との間の位置において停止する。この位置がターゲット１１の位置を決定付ける。この位置において電子の回転半径は増大し、ターゲット１１への衝突が可能となる。ターゲットが配置されている面を越えて移動可能な電子群は、それらの後方にて増大する静磁場により反射され、進行中の電子に衝突する場合がある。図４にも示すように、キャビティ１内におけるターゲット１１への浸入深さは、当該位置における電子の平均ラーモア半径より定められる。
【００３１】
Ｘ線源の別実施形態においては、共鳴キャビティ１の構成が変更される。キャビティ内に励起されるマイクロ波モード、および励起のメカニズムは以下の通りである。
【００３２】
図７から図９においては、別実施形態に係る線源の基本構成要素が示されている。矩形状の共鳴マイクロ波キャビティ１は、真空状態であり、ＴＥ１０Ｐモード（Ｐ＝１，２，３，・・・）に共鳴する。導波器２は、絞りあるいは共鳴窓２２を介してキャビティ１に結合されている。マイクロ波発生器９は、結合導波器６に接続されている。結合導波器６は、フェライトインシュレータ７を介して導波器２に結合されている。３つの磁場発生器１３’、１３”、１３'''、および電子銃１０は、キャビティ１の一端部に結合されている。電子が衝突するターゲット１１は、キャビティ１に結合されている。図７に示された３つの磁場発生器１３’、１３”、１３'''の永久磁石の位置は、共鳴キャビティ１内にＴＥ１０２モードが励起される場合に対応している。図９においては、キャビティの寸法が示されており、ａ＝７．７４ｃｍ、ｂ＝３．８７ｃｍ、ｄ＝２０ｃｍである。これらの寸法は、次式で示される関係を満足することを要する。
ｄ＝ｐ［（２ｆ／ｃ）２−（１／ａ）２］
ここで、ｆはマグネトロンの周波数であり、ｃは真空における光速である。パラメータｂは、任意である。
【００３３】
矩形キャビティ１は、内部が真空にされた後で気密封止される。マイクロ波電力は、絞り２２を通じて矩形キャビティ１内に注入され、マイクロ波発生器９から導波器２を通じてＴＥ１０モードで供給される。マイクロ波発生器９は、結合導波器６の一端からλ／４の距離に配置されている。λは、ＴＥ１０モードの波長である。セラミック窓４は、マイクロ波に対して透明であり、キャビティ１内を真空に保つ役割を果たす。マイクロ波発生器９は、好ましくはマグネトロンである。マイクロ波発生器９は、フェライトインシュレータ７により反射マイクロ波電極から保護されている。導波器２により、ＴＥ１０モードの伝播方向が変更される。導波器２は、Ｘ線源が起動された際に電子ビームがセラミック窓４に衝突する事態（導波器６がキャビティ１に対してアライメントされている場合に起こりうる）を回避するために備えられている。
【００３４】
Ｘ線源が一旦起動されると、電子はターゲット１１に衝突し、軽金属（好ましくはベリリウム）からなる窓１２を通じて抽出される。
【００３５】
別実施形態においては、キャビティに幾つかの変更を施すことにより、サイクロトロン放射源とすることが考えられる。そのような目的においては、電子が衝突するターゲット１１は除き、電子の円軌道を含む平面に直交する向きに窓を配置し、当該方向の動きを止める必要がある。また、共鳴キャビティ１を真空試料処理チャンバに結合する必要がある。マイクロ波に対して透明な材料（好ましくはグラファイト）で作られた複数の電極２３からなるシステムは、ＴＥ１１Ｐモードの電場のノード面に合うように配置されることが好ましい。図１０には、ＴＥ１１３モードの場合が示されている。電極２３の内径は、電子の回転半径よりも十分に大きいことを要する。絶縁層２４は、キャビティ１における各セクションが異なる電気ポテンシャルを有することを可能にする。電気ポテンシャルは、キャビティの対称軸に沿って非単調に増加し、軸対称な静電場を生ずる。当該静電場は、ビームの電子がキャビティに沿って動けるようにする反磁力の効果を妨げることにより、電子が長手方向の動きを止める面を制御する。
【００３６】
この別実施形態においては、他の構成要素は先の実施形態と同じである。
【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（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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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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