(57)【要約】【課題】理論値と同じ強度又はそれに近い強度であり、円錐状に放射されるＸ線又はＥＵＶ光を得ることができるターゲットユニット、電磁波発生装置及びその方法を提供すること。【解決手段】曲線軌道の電子ビームが照射されて遷移放射又はパラメトリック放射を生じるターゲットユニットであって、電子ビームとの相互作用により遷移放射又はパラメトリック放射を発生し易い物質を有する、平板状のターゲット（Ｔ）と、ターゲット（Ｔ）の両端を、それぞれ保持する第１保持部（Ｍ１）及び第２保持部（Ｍ２）とを備え、第１保持部（Ｍ１）及び第２保持部（Ｍ２）の少なくとも一方が、ターゲット（Ｔ）中の、電子ビームが照射される領域（Ａ）において、曲線軌道を形成するための第１磁場（Ｈ）を打ち消す第２磁場（Ｈ１）を生成する。【選択図】図３
2008298492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲線軌道の電子ビームが照射されて遷移放射又はパラメトリック放射を生じるターゲットユニットであって、
電子ビームとの相互作用により遷移放射又はパラメトリック放射を発生し易い物質を有する、平板状のターゲットと、
前記ターゲットの両端を、それぞれ保持する第１保持部及び第２保持部とを備え、
前記第１保持部及び第２保持部の少なくとも一方が、前記ターゲット中の、電子ビームが照射される領域において、前記曲線軌道を形成するための第１磁場を打ち消す第２磁場を生成することを特徴とするターゲットユニット。
【請求項２】
前記第１保持部が、第１永久磁石及び第２永久磁石で形成され、
前記第２保持部が、第３永久磁石及び第４永久磁石で形成され、
前記第１永久磁石及び第２永久磁石が、それぞれの端部の間に前記ターゲットの一方の端部を挟んで、接着され、
前記第３永久磁石及び第４永久磁石が、それぞれの端部の間に前記ターゲットの他方の端部を挟んで、接着され、
前記第１〜第４永久磁石の磁化方向が、前記第１磁場の方向と反対であることを特徴とする請求項１に記載のターゲットユニット。
【請求項３】
前記第１保持部及び前記第２保持部の各々が、一端に凹部を有する永久磁石で形成され、
前記ターゲットの一端が、前記第１保持部の凹部に収容され、
前記ターゲットの他端が、前記第２保持部の凹部に収容され、
前記第１及び第２保持部の磁化方向が、前記第１磁場の方向と反対であることを特徴とする請求項１に記載のターゲットユニット。
【請求項４】
曲線軌道の電子ビームを生成し、該電子ビームをターゲットユニットに照射してＸ線又はＥＵＶ光を発生させる電磁波発生装置であって、
前記ターゲットユニットが、電子ビームとの相互作用により遷移放射又はパラメトリック放射を発生し易い物質を有する、平板状のターゲットと、前記ターゲットの両端を、それぞれ保持する第１保持部及び第２保持部とを備え、
前記第１保持部及び第２保持部の少なくとも一方が、前記ターゲット中の、電子ビームが照射される領域において、前記曲線軌道を形成するための第１磁場を打ち消す第２磁場を生成することを特徴とする電磁波発生装置。
【請求項５】
加速装置を用いて電子を加速して、磁石を用いて曲線軌道の電子ビームを形成する第１ステップと、
前記電子ビームを、前記曲線軌道上に配置されたターゲットユニットに照射してＸ線又はＥＵＶ光を発生させる第２ステップとを含み、
前記ターゲットユニットが、電子ビームとの相互作用により遷移放射又はパラメトリック放射を発生し易い物質を有する、平板状のターゲットと、前記ターゲットの両端を、それぞれ保持する第１保持部及び第２保持部とを備え、
前記第１保持部及び第２保持部の少なくとも一方が、前記ターゲット中の、電子ビームが照射される領域において、前記曲線軌道を形成するための第１磁場を打ち消す第２磁場を生成することを特徴とする電磁波発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遷移放射やパラメトリック放射によりＸ線又はＥＵＶ光を発生させるターゲットユニット、電磁波発生装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線又はＥＵＶ光を発生する方法に関しては、種々の方法が知られている。その一つに、高エネルギーの電子が誘電率の異なる物質の境界を通過するときに発生する遷移放射を用いたＸ線発生装置や高エネルギーの電子が結晶を通過する際に発生するパラメトリック放射が知られている。例えば、下記特許文献１、２には、遷移放射を用いて、高い指向性の可変エネルギーのＸ線を出力可能なＸ線発生装置が開示されている。即ち、図８に示したように、高エネルギーの電子ビームが、薄膜を多層に配列又は異種材料薄膜を交互に積層したターゲットを通過するときに、電子ビームの進行方向に円錐状にＸ線が放射されることが開示されている。
【０００３】
一方、ターゲットに照射する電子を加速する手段として、ライナックなどが知られている。
【特許文献１】特開平１０−１７０６９９号公報
【特許文献２】特開２００１−２０３０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１及び２では直線軌道の電子ビームを使用しているが、シンクロトロンや電子蓄積リングなどによって形成される円軌道を周回する電子ビームを使用する場合、磁場の影響により理論値よりも小さい強度のＸ線しか得られない問題があることが分かった。また、ターゲットから放射されるＸ線は、上記の特許文献１及び２に開示されているように、円錐状に放射されず、図９に示したような形状（以下、亜鈴状と記す）に放射されることも分かった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、磁場中において発生する遷移放射やパラメトリック放射が理論値と同じ強度又はそれに近い強度であり、円錐状に放射されるＸ線又はＥＵＶ光を得ることができるターゲットユニット、電磁波発生装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明者は、上記の課題を解決するために鋭意研究した結果、ターゲットが磁場中に配置されていることが原因であることを見出した。即ち、Ｘ線の発生源であるターゲット中の電子が、所定の電子ビーム軌道（例えば、円形軌道）を形成するための磁場の影響を受けることによって、自由に運動できないために、Ｘ線が亜鈴状に放射されるのである。
【０００７】
従って、本発明に係るターゲットユニットは、曲線軌道の電子ビームが照射されて遷移放射又はパラメトリック放射を生じるターゲットユニットであって、電子ビームとの相互作用により遷移放射又はパラメトリック放射を発生し易い物質を有する、平板状のターゲットと、前記ターゲットの両端を、それぞれ保持する第１保持部及び第２保持部とを備え、前記第１保持部及び第２保持部の少なくとも一方が、前記ターゲット中の、電子ビームが照射される領域において、前記曲線軌道を形成するための第１磁場を打ち消す第２磁場を生成することを特徴としている。
【０００８】
前記第１保持部は、第１永久磁石及び第２永久磁石で形成され、前記第２保持部は、第３永久磁石及び第４永久磁石で形成され、前記第１永久磁石及び第２永久磁石は、それぞれの端部の間に前記ターゲットの一方の端部を挟んで、接着され、前記第３永久磁石及び第４永久磁石は、それぞれの端部の間に前記ターゲットの他方の端部を挟んで、接着され、前記第１〜第４永久磁石の磁化方向は、前記第１磁場の方向と反対であることができる。
【０００９】
また、前記第１保持部及び前記第２保持部の各々は、一端に凹部を有する永久磁石で形成され、前記ターゲットの一端は、前記第１保持部の凹部に収容され、前記ターゲットの他端は、前記第２保持部の凹部に収容され、前記第１及び第２保持部の磁化方向は、前記第１磁場の方向と反対であってもよい。
【００１０】
本発明に係る電磁場発生装置は、曲線軌道の電子ビームを生成し、該電子ビームをターゲットユニットに照射してＸ線又はＥＵＶ光を発生させる電磁波発生装置であって、前記ターゲットユニットが、電子ビームとの相互作用により遷移放射又はパラメトリック放射を発生し易い物質を有する、平板状のターゲットと、前記ターゲットの両端を、それぞれ保持する第１保持部及び第２保持部とを備え、前記第１保持部及び第２保持部の少なくとも一方が、前記ターゲット中の、電子ビームが照射される領域において、前記曲線軌道を形成するための第１磁場を打ち消す第２磁場を生成することを特徴としている。
【００１１】
本発明に係る電磁場発生方法は、加速装置を用いて電子を加速して、磁石を用いて曲線軌道の電子ビームを形成する第１ステップと、前記電子ビームを、前記曲線軌道上に配置されたターゲットユニットに照射してＸ線又はＥＵＶ光を発生させる第２ステップとを含み、前記ターゲットユニットが、電子ビームとの相互作用により遷移放射又はパラメトリック放射を発生し易い物質を有する、平板状のターゲットと、前記ターゲットの両端を、それぞれ保持する第１保持部及び第２保持部とを備え、前記第１保持部及び第２保持部の少なくとも一方が、前記ターゲット中の、電子ビームが照射される領域において、前記曲線軌道を形成するための第１磁場を打ち消す第２磁場を生成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電子ビーム軌道を形成するための磁場の、ターゲットへの影響を打ち消す又は軽減することによって、理論値と同じ強度又はそれに近い強度であり、円錐状に放射されるＸ線やＥＵＶ光を生成することができる。
【００１３】
本発明によれば、磁場の存在しない直線部分を有するシンクロトロンは、構造が複雑であり、製造コストが割高になるのに対して、直線部分を有しないシンクロトロンで、簡便に、理論値と同じ強度のＸ線やＥＵＶ光を発生することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態に関して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る電磁波発生装置の概略構成を示す平面図である。本単色電磁波発生装置は、シンクロトロンリング部１と、外部から電子をシンクロトロンリング部１の内部に取り込む入力ポート２と、ターゲットユニット３と、発生したＸ線をシンクロトロンリング部１の外部に取り出す出力ポート４とを備えて構成されている。シンクロトロンリング部１は、内部に所定の磁場を形成し、電子を所定の軌道（例えば円軌道）に沿って周回させて電子ビームｅを形成する。ターゲットユニット２は、平板状のターゲットを有している。
【００１６】
図１において、シンクロトロンを構成するために必要な機器、例えば、電子の周回軌道を制御するためにシンクロトロンリング部１に装備される磁石（電磁石、永久磁石）、電磁石の電流の時間変化を制御する制御装置、及び、電子を発生させてシンクロトロンリング部１に導く入射器などは省略されている。また、電子ビームｅがターゲットの所定表面に照射されるように、ターゲットユニット２を配置する機構も省略している。それらによって、真空状態になっているシンクロトンリング部１の内部に、シンクロトロンリング部１の中心Ｏを中心とする、半径ｒのほぼ円軌道の電子ビームｅが形成される。
【００１７】
図２は、ターゲットユニット２付近を示す斜視図である。ターゲットユニット２のターゲットＴは、長方形の薄膜であり、第１保持部Ｍ１及び第２保持部Ｍ２によって、長手方向の両端が支持されている。第１及び第２保持部Ｍ１、Ｍ２が支持機構（図示せず）によって支持されることによって、ターゲットＴがシンクロトロンリング部１内の所定位置に配置される。ここで、ターゲットＴは、入射する電子ビームｅによって遷移放射を発生し易い物質を用いて、厚さ約１ｍｍの薄膜に形成されている。具体的には、ターゲットＴは、炭素、ダイヤモンド、ベリリウム、アルミニウム（アルミナ）など、誘電率が比較的大きい誘電分極を生じ得る物質を用いて形成されている。
【００１８】
図３は、図２に示したターゲットユニット２の周囲の磁場を示す断面図である。第１及び第２保持部Ｍ１、Ｍ２は、例えば永久磁石で形成されており、それぞれ、磁化ベクトルｍ１、ｍ２で表される。ここで、第１及び第２保持部Ｍ１、Ｍ２は、それらの磁化ベクトルｍ１、ｍ２が、シンクロトロンリング部１の電子軌道を形成するための磁石によって電子軌道上に形成される磁場Ｈと反対向きになるように、配置されている。図３の右側には、符号Ａで示した部分を拡大して示している。ターゲットＴの内部には、磁場Ｈと、磁化ベクトルｍ１及びｍ２によって形成される磁場Ｈ１とが存在する。ここで、磁化ベクトルｍ１、ｍ２は、ターゲットＴの中央部分の磁場Ｈ１が磁場Ｈと同じ大きさであり且つ逆向きになるように、決定されている。従って、ターゲットＴの中央部分では、磁場Ｈと磁場Ｈ１とが打ち消しあって、磁場が存在しない状態となる。この状態のターゲットＴの中央部分に電子ビームを照射した場合、ターゲットＴ中の電子が自由に移動することができるので、遷移放射によって発生するＸ線は、理論値と同じ強度又はそれに近い強度で、円錐状に放射される。なお、第１及び第２保持部Ｍ１、Ｍ２の寸法及び磁石強度を、周回する電子軌道に影響を与えないように設計することが望ましい。
【００１９】
図４は、ターゲットユニットを形成する方法の一例を示す斜視図である。先ず、同じ寸法であり、同様に磁化された４つの永久磁石Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２のうち、２つの磁石Ｍ１１、Ｍ２２の各々の一方の面にターゲットＴの両端部分を、接着剤などによって取り付ける。次に、２つの磁石Ｍ１１、Ｍ２１の各々を、ターゲットＴを間に挟んで、磁石Ｍ１１、Ｍ２２に接着剤などによって取り付ける。このとき、４つの磁石の磁化ベクトルが全て同じ方向を向くよう取り付ける。なお、予め磁化された永久磁石を貼り合わせてもよいが、貼り合わせた後に磁化してもよい。
【００２０】
永久磁石Ｍ１１〜Ｍ２２の寸法及び磁石強度に関しては、ターゲットＴが配置される場所の磁場Ｈを打ち消すことができるような寸法及び強度であればよい。永久磁石Ｍ１１〜Ｍ２２の材料に関しては、公知の永久磁石用材料を用いることができるが、電磁波発生装置で使用する磁場Ｈの強度は通常１００〜２０００Ｇａｕｓｓであるので、永久磁石には、大きさが比較的小さくても、強い磁場を生成することができる希土類磁石を使用することが望ましい。永久磁石Ｍ１１〜Ｍ２２の寸法は、例えば、厚さｔが１〜２ｍｍ、幅ｗが１〜５ｍｍ、高さｈが５〜２０ｍｍである（図４参照）。
【００２１】
より具体的に、例えば６ＭｅＶシンクロトロンの中心磁場約１２７０Ｇａｕｓｓで使用する磁場打消しターゲットに関して説明する。ｔ＝１．５ｍｍ、ｗ＝４ｍｍ、ｈ＝１０ｍｍのネオジム磁石（高さｈ方向が磁化方向）を考える（図５の（ａ）参照）。この磁石２枚を一組として二組の磁石を用いて、図５の（ｂ）に示すように、各磁石の全ての面が平行であり、かつＭ１１とＭ１２の接合面と、Ｍ２１とＭ２２の接合面が同一面上になるように設置する。なお、図５の（ｂ）において、接合面は点線で示している。
【００２２】
Ｍ１１とＭ１２の接合面上の辺Ａ１Ｂ１の中点Ｐ１と、Ｍ２１とＭ２２の接合面上の辺Ａ２Ｂ２の中点Ｐ２を結ぶ線分の中点Ｑを通り、接合面に垂直な直線を考える。線分Ｐ１Ｐ２の長さ（磁極間隔）が９ｍｍの場合に、この直線上の磁場分布をシミュレーションした結果を図６に示す。点Ｑを原点として、Ｍ１１からＭ１２に向かう方向をＸ軸の正の方向とした。
【００２３】
図６では接合面に対応する位置（ｘ＝０）で約−１２８０Ｇａｕｓｓを記録している。即ち上記接合面にターゲットを設置すると、電子がターゲットを通過する位置（点Ｑ及びその近傍）では、主磁場（約１２７０Ｇａｕｓｓ）の影響をほぼ完全になくした状態で、遷移放射又はパラメトリック放射を起こすことが可能である。
【００２４】
図７は、ターゲットの両端が第１及び第２保持部によって保持された構造を形成する別の方法を示す断面図である。図７に示した例では、第１及び第２保持部Ｍ１、Ｍ２は、それぞれの一端に凹部Ｕを備えた永久磁石である。これらの凹部ＵにターゲットＴの両端部が挿入され、必要に応じて接着剤によって固定されて、図２に示した構造が形成される。なお、第１及び第２保持部Ｍ１、Ｍ２の磁化の方向及び大きさに関しては、図３における説明と同様である。また、第１及び第２保持部Ｍ１、Ｍ２はそれぞれ、図４に示した２つの永久磁石（例えば、永久磁石Ｍ１１とＭ１２）を貼り合わせて形成した場合と同様の寸法である。
【００２５】
以上、実施の形態を用いて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されず、種々の変更を加えて実施することができ、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。もちろん直線部分を有するシンクロトロンの直線部分にターゲットを置けばこの問題は回避されるものである。
【００２６】
また、シンクロトロンを用いた電磁波発生装置に限定されず、ターゲット内部に磁場が形成される装置であれば、それ以外の電磁波発生装置にも適用することができる。
【００２７】
また、ターゲット内部の磁場を打ち消すために、第１及び第２保持部Ｍ１、Ｍ２の両方に永久磁石を使用する場合を説明したが、何れか一方の保持部のみを永久磁石で形成してもよい。
【００２８】
また、図４に示した４つの磁石が全て同じ寸法、同じ強度でなくてもよい。４つの磁石の寸法、強度に差違があっても、全体として、ターゲット中で磁場を打ち消すことができればよい。
【００２９】
また、ターゲットの中央部で磁場を打ち消す場合を説明したが、電子ビームが照射されて遷移放射が発生する部分において、磁場を打ち消すことができればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る電磁波発生装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のターゲットユニットを拡大して示す斜視図である。
【図３】図２に示したターゲットユニットの周囲の磁場を示す断面図である。
【図４】ターゲットユニットを形成する方法の一例を示す斜視図である。
【図５】具体的な磁場打消しターゲットの一例を示す斜視図である。
【図６】磁場分布をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図７】ターゲットユニットを形成する別の方法を示す断面図である。
【図８】従来の遷移放射によるＸ線発生装置におけるターゲット付近の構成を示す斜視図である。
【図９】磁場中のターゲットに電子ビームが入射した場合に放射されるＸ線を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    シンクロトロンリング部
２    入力ポート
３    ターゲットユニット
４    出力ポート
Ｔ    ターゲット
Ｍ１、Ｍ２    保持部
Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２    永久磁石
ｍ１、ｍ２    磁化ベクトル
Ｈ    電子軌道付近の磁場
Ｘ    Ｘ線
ｅ    電子ビーム
【図１】
2008298492.tif 000003
【図２】
2008298492.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008298492.tif 000008
【図７】
2008298492.tif 000009
【図８】
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【図９】
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