(57)【要約】【課題】１次および２次ターゲットを用いて特性Ｘ線を発生するＸ線発生装置において、特性Ｘ線の発生量を従来に比べて増大できるＸ線発生装置を提供する。【解決手段】２次ターゲット１５が、特性Ｘ線が出射される方向に沿って、その材料が充填されていない隙間を有する。すなわち、２次ターゲット１５が複数の部分２次ターゲット１５１〜１５７で構成される。これにより、１次ターゲット１１からの連続Ｘ線を従来に比べて２次ターゲット１５内の広い領域に到達させて特性Ｘ線の生成量を増大できる。【選択図】図４
2008084853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子が照射されると制動放射によって１次Ｘ線を発生する１次ターゲットと、１次ターゲットが発生した１次Ｘ線を受けて、所定のエネルギの特性Ｘ線を発生する２次ターゲットとを有する装置において、
１次ターゲットは、２次ターゲットに対して特性Ｘ線を取り出す方向と略直交する方向に位置し、
２次ターゲットは、特性Ｘ線を取り出す方向に沿って当該２次ターゲットの材料が充填されていない隙間を有するＸ線発生装置。
【請求項２】
２次ターゲットは、特性Ｘ線を取り出す方向に複数の部分２次ターゲットを所定の間隔で配置して構成される請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項３】
２次ターゲットは、当該２次ターゲットの材料の原子番号に対応したエネルギーの特性Ｘ線を発生し、さらに、２次ターゲットの周囲に配置され、１次Ｘ線が照射されると、２次ターゲットのＫ吸収端より大きいエネルギーの特性Ｘ線を発生する補助ターゲットを有する請求項１または２に記載のＸ線発生装置。
【請求項４】
基盤と、支持層とを有し、補助ターゲットは、基盤と支持層との間に介在し、２次ターゲットは、支持層内に位置し、１次ターゲットは、支持層の表面に形成されている請求項３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、１次および２次ターゲットを用いて特性Ｘ線を発生するＸ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高エネルギの電子ビームをタングステン等の１次ターゲットに照射して連続Ｘ線（制動放射Ｘ線）を発生し、それをセリウム等の２次ターゲットに照射することで、２次ターゲットの材料の原子番号に応じたエネルギの特性Ｘ線を発生するＸ線発生装置が知られている（特許文献１）。
このような従来のＸ線発生装置では、２次ターゲットは、例えば、隙間のない直方体の一つの塊として形成されている。
このようなＸ線発生装置をＸ線診断装置等に用いれば、医療診断用の投影画像生成に最も適した特定エネルギの特性Ｘ線のみを発生でき、被検体に照射される不要なＸ線の量を低減できる。
また、二次ターゲット部材をＸ線源と試料照射位置とを結ぶ直線を中心軸とする同心円の各円周上に複数配置する円筒形状とするなど二次ターゲットを層状とした二次ターゲット装置が知られている。この装置においては、電子ビームと同じ向きに特性Ｘ線を取り出している（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５５６７０号公報
【特許文献２】特開２００１−３０５０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、１次ターゲットからの連続Ｘ線の２次ターゲット（セリウム）内での平均自由行程は約１００μｍと短い。そのため、上述した従来のＸ線発生装置のように、２次ターゲットを隙間のない１つの塊として形成した場合には、１次ターゲットからの連続Ｘ線は、２次ターゲットの１次ターゲット側の表面付近にのみ達し、その部分でのみ光電効果を起こして特性Ｘ線を発生する。そのため、十分な量の特性Ｘ線を発生できないという問題があり、また、撮影領域内でのＸ線強度を調節することも難しいという問題もある。
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するために、１次および２次ターゲットを用いて特性Ｘ線を発生するＸ線発生装置において、特性Ｘ線の発生量を従来に比べて増大でき、撮影領域内のＸ線強度も自由に設定できるＸ線発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために、本発明のＸ線発生装置は、電子が照射されると制動放射によって１次Ｘ線を発生する１次ターゲットと、前記１次ターゲットが発生した前記１次Ｘ線を受けて、所定のエネルギの特性Ｘ線を発生する２次ターゲットとを有し、前記１次ターゲットは、前記２次ターゲットに対して前記特性Ｘ線を取り出す方向と略直交する方向に位置し、前記２次ターゲットは、前記特性Ｘ線を取り出す方向に沿って当該２次ターゲットの材料が充填されていない隙間を有する。
【０００６】
このように特性Ｘ線を取り出す方向に対して前記１次ターゲットおよび前記隙間を配置することで、１次ターゲットからの１次Ｘ線が上記隙間を介して、特性Ｘ線の取り出し方向に直接出射されることを回避できる。これにより、特性Ｘ線のみを取り出すことが可能になる。
本発明における上記隙間は、前記２次ターゲットの材料が充填されている異なる２つの領域の間に位置する、当該材料が充填されていない領域を示している。当該条件を満たせば、当該隙間は、凹部、中空部、原子番号が８以下の部材のいずれによって形成されてもよい。
【０００７】
本発明のＸ線発生装置では、前記２次ターゲットに当該２次ターゲットの材料が充填されていない隙間を形成したことで、従来のように２次ターゲットを隙間がない一つの塊の形成した場合に比べて、前記１次Ｘ線が、前記隙間を介して２次ターゲットの広範囲の領域に達する。これにより、前記２次ターゲット内の広範囲の領域において、前記１次Ｘ線の照射による光電効果が生じ、上記従来の場合に比べて、大量の特性Ｘ線が発生する。
【０００８】
好適には、本発明のＸ線発生装置の前記２次ターゲットは、前記特性Ｘ線を取り出す方向に、複数の部分２次ターゲットを所定の間隔で配置して構成される。
このように複数の部分２次ターゲットを所定の間隔で配置したことで、隣接する部分２次ターゲットの間を介して、当該部分２次ターゲットの各面に前記１次Ｘ線が照射され、前記２次ターゲット内の広範囲の領域において特性Ｘ線が効率良く発生する。
【０００９】
さらに好適には、本発明のＸ線発生装置の前記２次ターゲットは、当該２次ターゲットの材料の原子番号に対応したエネルギの前記特性Ｘ線を発生する。また、前記Ｘ線発生装置は、前記２次ターゲットの周囲に配置され、前記１次Ｘ線が照射されると前記２次ターゲットのＫ吸収端より大きい特性Ｘ線を発生する補助ターゲットをさらに有する。
このように前記補助ターゲットを設けることで、前記１次ターゲットから発生した前記１次Ｘ線のうち、前記２次ターゲットに直接照射されなかった前記１次Ｘ線、並びに前記２次ターゲットを透過した前記１次Ｘ線が前記補助ターゲットに照射され、前記２次ターゲットのＫ吸収端より大きい特性Ｘ線を発生する。そして、当該補助ターゲットで発生した前記特性Ｘ線のうち一部は前記２次ターゲットに入射し、当該２次ターゲットの原子番号に応じた特性Ｘ線が発生する。そのため、前記補助ターゲットを設けない場合に比べて、前記２次ターゲットにおける特性Ｘ線の発生量を増大できる。
【００１０】
さらに好適には、本発明のＸ線発生装置は、基盤と、支持層とを有し、前記補助ターゲットは、前記基盤と前記支持層との間に介在し、前記２次ターゲットは、前記支持層内に位置し、前記１次ターゲットは、前記支持層の表面に形成されている。
このように前記１次ターゲットと前記補助ターゲットとの間に前記２次ターゲットを配置することで、前記１次ターゲットで発生した１次Ｘ線のうち前記２次ターゲットに照射されなかったものや、前記２次ターゲットを透過したものを前記補助ターゲットに照射させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１次および２次ターゲットを用いて特性Ｘ線を発生するＸ線発生装置において、特性Ｘ線の発生量を従来に比べて増大できるＸ線発生装置を提供することができる。
より具体的に本発明の効果を図１４に示した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係わるＸ線診断システムについて説明する。
先ず、本実施形態の構成要素と、本発明の構成要素との対応関係を説明する。
特性Ｘ線発生装置３が本発明のＸ線発生装置の一例である。１次ターゲット１１が本発明の１次ターゲットの一例であり、２次ターゲット１５が本発明の２次ターゲットの一例である。部分２次ターゲット１５１〜１５７が本発明の部分２次ターゲットの一例である。補助ターゲット層１７が本発明の補助ターゲットの一例である。基盤１９が本発明の基盤の一例であり、支持層１３が本発明の支持層の一例である。
また、１次ターゲット１１が発生する連続Ｘ線が本発明の１次Ｘ線の一例であり、２次ターゲット１５が発生する特性Ｘ線が本発明の特性Ｘ線の一例である。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係わるＸ線診断システム１の全体構成図である。図２は、本発明の実施形態に係わる特性Ｘ線発生装置３の断面構成図である。
図１に示すように、Ｘ線診断システム１は、特性Ｘ線発生装置３で発生した特性Ｘ線を被検体５に照射し、被検体５を透過したＸ線をＸ線検出装置７で検出してＸ線画像（投影）データを生成する。
【００１４】
本実施形態では、特性Ｘ線発生装置３において、例えば、Ｘ線画像において骨、脂肪および造影剤等の間に十分なコントラストを得るために適切なエネルギの特性Ｘ線を効率的に生成することを特徴としている。当該エネルギは、被検体５の厚みが２０ｃｍ程度の場合、３０ｋｅＶ台後半である。
特性Ｘ線発生装置３を概説すると、図２に示すように２次ターゲット１５が、特性Ｘ線が出射される方向（図１中左方向）に沿って、その材料が充填されていない隙間を有することを特徴としている。
これにより、従来のように２次ターゲットを隙間のない１つの塊として形成した場合に比べて、１次ターゲット１１からの連続Ｘ線を２次ターゲット１５内の広い領域に到達させて特性Ｘ線を生成でき、特性Ｘ線の発生量を増大できる。
【００１５】
以下、特性Ｘ線発生装置３について詳細に説明する。
図２に示すように、特性Ｘ線発生装置３では、例えば、１次ターゲット１１が支持層１３の表面に形成されている。
支持層１３の裏面側には、補助ターゲット層１７が形成されている。
また、支持層１３内には、補助ターゲット層１３上、あるいは補助ターゲット層１３に近接して２次ターゲット１５が配置されている。
また、支持層１３内の１次ターゲット１１と２次ターゲット１５との間には、冷却液の流路である冷却流路２３が形成されている。
【００１６】
特性Ｘ線発生装置３では、電子ビーム発生部９からの電子ビームを１次ターゲット１１に照射すると、１次ターゲット１１内で制動放射が起こり、１次Ｘ線としての連続Ｘ線が発生する。ここで、制動放射とは、高速の電子が原子核の強い電場で曲げられることによってＸ線を発生する現象である。
そして、この連続Ｘ線が支持層１３を透過して支持層１３内の２次ターゲット１５に照射され、２次ターゲット１５内で光電効果が起こり、２次ターゲット１５の原子番号に対応したエネルギの特性Ｘ線が発生する。
２次ターゲット１５で発生した特性Ｘ線は、例えば、図２中左側（特性Ｘ線の取り出し方向）から特性Ｘ線発生装置３の外部に出射される。図２中左側以外の向きに２次ターゲット１５から出射された特性Ｘ線は、連続Ｘ線と同様に筐体等によって遮蔽されて特性Ｘ線発生装置３の外部には漏れないように特性Ｘ線発生装置３が構成されている。
【００１７】
［１次ターゲット１１］
１次ターゲット１１は、例えば、タングステンであり、支持層１３の表面に蒸着等の手法で形成されている。
１次ターゲット１１は、電子ビーム発生部９から例えば２５０ｋｅＶの電子ビームが照射されると、当該電子ビームと１次ターゲット１１内の原子（原子核）との間で制動放射（相互作用）が起こり、最大２５０ｋｅＶまで連続Ｘ線が発生する。
なお、本実施形態では、上記電子ビームの焦点サイズがそのまま診断に用いるＸ線源のサイズとはならないので、焦点のサイズを小さくする必要はなく、大きな焦点にして大強度の電子ビームを照射することが好ましい。
１次ターゲット１１の厚みは、タングステン中における電子ビームの飛程に応じて決定され、例えば、３０μｍである。１次ターゲット１１の厚みを３０μｍにすることで、２００〜３００ｋｅＶの電子ビームは１次ターゲット１１で十分に止まる。なお、１次ターゲット１１の厚みを、厚くし過ぎると、１次ターゲット１１内で発生した連続Ｘ線が取り出される前に減衰してしまう割合が高くなる。
【００１８】
１次ターゲット１１には、例えば、以下の性質が要求される。
（１−１）原子番号が大きい。タングステンは原子番号７４であり、適切である。１次Ｘ線は、制動放射によって生成されるが、制動放射は原子番号の約２乗に比例するため、原子番号の大きいものが良い。
（１−２）融点が高い。電子ビームを照射した部分は、電子の運動エネルギがほとんど熱エネルギになり、高温になる。よって融点の低い物質は融解してしまう。タングステンの融点は、約３４００℃であり、１次ターゲット１１の材料に適している。
（１−３）熱伝導率が大きい。電子ビームの焦点で１次ターゲット１１が融解しないように、上記（１−２）で述べた融点が高いことに加えて、発生した熱を熱伝導により、逃がす特性も重要である。タングステンの熱伝導率は、１７３［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］であり、十分に大きい。
【００１９】
上記（１−１），（１−２），（１−３）の条件を満たす物質は限られたものになる。現在医療診断で使用されているＸ線発生装置のターゲットは、ほとんどがタングステン（少量のレニウムを含む）である。一部Ｘ線のエネルギが低い乳房等の撮影では、モリブテン等の他の物質が使用される場合もある。
【００２０】
ところで、１次ターゲット１１で発生する連続Ｘ線のうち、２次ターゲット１５のＫ吸収端以上のエネルギのみが特性Ｘ線の発生に有効である。よって、１次ターゲット１１が発生する連続Ｘ線の平均的なエネルギは、２次ターゲット１５のＫ吸収端より高い必要がある。
この平均的なエネルギは、照射する電子ビームのエネルギでほぼ決まり、１次ターゲット１１の材質はあまり関係がない。なお、発生する量は１次ターゲット１１の原子番号のほぼ２乗に比例する。
電子ビームのエネルギが大きいほど、連続Ｘ線の平均的なエネルギも大きくなるが、大きすぎると、２次ターゲット１５における平均自由行程が長くなり、特性Ｘ線への変換効率も下がり、さらには特性Ｘ線発生装置３自体からもＸ線が染み出してしまう。そのため、電子ビームのエネルギとしては、２００〜３００ｋｅＶ 程度が適切である。
【００２１】
なお、上記連続Ｘ線内にも、１次ターゲット１１の材料に応じた特性Ｘ線が含まれる。本実施形態では、１次ターゲット１１からの連続Ｘ線のスペクトルにおいて、タングステンに応じた６０ｋｅＶ付近に特性Ｘ線のスパイクが生じる。
そのため、１次ターゲット１１の特性Ｘ線が２次ターゲット１５のＫ吸収端以上になり、２次ターゲット１５において特性Ｘ線の生成に寄与する。
【００２２】
［支持層１３］
支持層１３は、例えば、ベリリウムを用いて構成される。
支持層１３の特性としては以下のものが要求される。
（２−１）１次ターゲット１１で発生した連続Ｘ線を吸収しない。光電効果の起こる確率は原子番号の４〜５乗に比例するので、小さい原子番号のものが良い。なお、ベリリウムの原子番号は４である。
（２−２）１次ターゲット１１は電子ビームが照射されて大量の熱を発生する。その熱を効率よく逃がすために熱伝導率が大きいものがよい。ベリリウムの熱伝導率は２０１[W/(m・K)]であり十分に大きい。
【００２３】
支持層１３内の２次ターゲット１５と１次ターゲット１１との間には、冷却流路２３が形成されている。冷却流路２３には冷却液が流れ、１次ターゲット１１で発生した熱を放熱する。
また、支持層１３の基盤１９側には、２次ターゲット１５が配置されている。
【００２４】
［２次ターゲット１５］
特性Ｘ線発生装置３は、２次ターゲット１５の形状に特徴の一つを有している。すなわち、２次ターゲット１５は、特性Ｘ線の取り出し方向（図１中左方向）において、その材料が充填されていない隙間を有するように形成されている。
具体的には、例えば、図３および図４に示すように、２次ターゲット１５は、複数の板状の部分２次ターゲット１５１〜１５７で構成され、これらが特性Ｘ線の出射方向において所定の距離を隔てて配置されている。
図３において、特性Ｘ線の出射面のサイズをＬｘ×Ｌｙとし、出射方向の長さをＬｚとする。本実施形態では、部分２次ターゲット１５１〜１５７は、同じサイズを有している。
【００２５】
図３および図４に示すように２次ターゲット１５を構成することで、１次ターゲット１１で発生した連続Ｘ線が、部分２次ターゲット１５１〜１５７の１次ターゲット１１側の面および当該面付近の他に、部分２次ターゲット１５１〜１５７の相互に対向する側面、並びに当該側面付近に達する。そして、２次ターゲット１５内で光電効果が起こり、２次ターゲット１５の原子番号に対応したエネルギの特性Ｘ線が発生する。
【００２６】
ここで、連続Ｘ線のセリウム（２次ターゲット）内での平均自由行程は約１００μｍであることから、部分２次ターゲット１５１〜１５７を分離せずに隙間のない１つの塊として構成した場合には、連続Ｘ線は当該塊の１次ターゲット側の面、並びに当該面付近にのみ達し、当該塊の中心付近等には達しない。そのため、２次ターゲットにおいて特性Ｘ線を発生する部分（領域）が小さく、十分な量の特性Ｘ線を発生できない。
これに対して、２次ターゲット１５を、図３および図４に示すように、複数の部分２次ターゲット１５１〜１５７を特性Ｘ線の出射方向において所定の距離を隔てて配置することで、２次ターゲットのうち連続Ｘ線が達する領域を、上述したように１つの塊として構成した場合に比べて広くでき、その結果、特性Ｘ線の発生量を増大できる。
なお、特性Ｘ線のセリウム（２次ターゲット）内での平均自由行程は約２５０μｍである。
【００２７】
以下、２次ターゲット１５を同じ大きさの複数の部分２次ターゲットで構成した場合と、従来のように隙間のない一つの塊として構成した場合を比較して説明する。
ここで、１次ターゲット１１からの連続Ｘ線は、すべての方向（等方的）から一様な強度で２次ターゲット１５に入射していると仮定する。
また、上記比較対象の従来の２次ターゲットを、１辺が５００μｍの立方体のセリウムの塊とする。
また、本実施形態に係わる２次ターゲット１５を、１辺が５００μｍの立方体のセリウムの塊を無限に薄い板に切り分け層状（板状）にすることで内部にセリウムの９倍の空間を有するように構成する。従って、２次ターゲット１５の全体サイズは５００μｍ（Ｌｘ）×５００μｍ（Ｌｙ）×５０００μｍ（Ｌｚ）の直方体であるとする。
【００２８】
上記従来の２次ターゲットの中心部分は、どの方向から連続Ｘ線が入射しても最低２５０μｍ以上のセリウムを通過しなければならない。連続Ｘ線のセリウム中の平均自由行程を１００μｍとすると、最低でも平均自由行程の２．５倍のセリウムを通過することになる。そのため、連続Ｘ線の強度は、「ｅｘｐ（−２．５）≒０．０８２」以下となる。その結果。上記従来の２次ターゲットの中心部分は、特性Ｘ線の発生にはあまり寄与しない。
【００２９】
これに対して、本実施形態の２次ターゲット１５は、密度が上記従来の２次ターゲットの１０分の１しかないので、連続Ｘ線の平均自由行程は１０倍の１０００μｍとなる。特に、特性Ｘ線の取り出し方向と直交する方向から入射する連続Ｘ線は、あまり減衰することなく、２次ターゲット１５の中心部分に到達でき、当該中心部分も特性Ｘ線の発生体として機能する。また、２次ターゲット１５の表面部分においては、反対側から入射する連続Ｘ線もそれほど減衰せず、特性Ｘ線の発生に寄与する。すなわち、２次ターゲット１５の表面および中心部分の双方において、従来の２次ターゲットよりも、効率良く特性Ｘ線を発生できる。
【００３０】
本実施形態において、２次ターゲット１５の厚み（部分２次ターゲット１５１〜１５７の厚みの総和）は、厚いほど取り出すことのできる特性Ｘ線の強度は増加するが、特性Ｘ線の平均自由行程である２５０μｍより厚くしても、取り出し可能な特性Ｘ線の量は大きくは増えない。２次ターゲット１５の厚みは、特性Ｘ線の平均自由行程の３倍程度で十分である。なお、２次ターゲット１５の厚みを平均自由行程の３倍から無限大にしても増える特性Ｘ線の強度はわずか５％程度である。取り出すことのできる特性Ｘ線の量と２次ターゲット１５の厚みとの関係は、下記式（１）で示される。下記式（１）における「ｘ」はターゲットの厚みで「ａ」は、特性Ｘ線の平均自由行程を示す。
【００３１】
（数１）
Ｘ線強度 ∝ [１−ｅｘｐ（−ｘ／ａ）]    …（１）
【００３２】
しかし、上記式は、連続Ｘ線が光電効果を起こす位置（特性Ｘ線の発生位置）が２次ターゲット１５内に均一に分布している場合と仮定した場合であるが、実際には連続Ｘ線は有限の大きさの領域から発生しているので、連続Ｘ線の強度は２次ターゲット１５内で不均一となる。また、２次ターゲット１５内での連続Ｘ線の減衰も不均一の原因になる。
【００３３】
２次ターゲット１５を構成する部分２次ターゲット１５１〜１５７の枚数は、２次ターゲット１５の厚みの総和が同じであれば、枚数が多い方が取り出すことができる特性Ｘ線の強度は大きい。ただし、部分２次ターゲット１５１〜１５７の枚数を多くすると１枚の厚みが薄くなり、実際に製作するのが困難になる。そのため、製作と使用上必要な強度に支障のない範囲で、部分２次ターゲット１５１〜１５７の枚数をできるだけ枚数を多くすることが望ましい。
【００３４】
２次ターゲット１５の形状は、単なる金属セリウムのコンパクトな塊ではなく、特性Ｘ線の取り出し方向に隙間を有すれば、他には、ハニカム状のものや、繊維状のもの等でもよい。また、２次ターゲット１５の材料として、ベリリウムとセリウムの合金を用いてもよい。
【００３５】
また、２次ターゲット１５の大きさは、一般に数百μｍ以下である。
ここで、２次ターゲット１５の大きさは、図３および図４に示す特性Ｘ線の取り出し方向から見た２次ターゲット１５の大きさであり、被検体５やＸ線検出装置７から見た時に、特性Ｘ線によって光っている領域の大きさである。つまりＸ線光源の大きさである。
２次ターゲット１５の光源の形（Ｘ線の取り出し方向から見た２次ターゲット１５の形）は、特に限定されず、円・楕円・正方形・長方形等とすることができる。
２次ターゲット１５の大きさが大きいほど大きなＸ線強度が得られるが、光源が大きくなると、像が不鮮明になるので解像度が落ちる。よって、高い解像度が必要な医療診断機器では２次ターゲット１５の大きさが小さいものを使用し、一方、大きなＸ線強度が必要な医療診断機器では、２次ターゲット１５の大きさが大きいものを使用することが望ましい。なお、２次ターゲット１５の平均密度が十分に小さければ、どのような形状でも単位面積あたりの特性Ｘ線の発生量は一定である。
【００３６】
２次ターゲットの取り出し方向の長さは、長い方が２次ターゲットの平均密度が下がり、本発明の長所が引き出されるが、連続Ｘ線の発生領域（電子ビームが照射されている領域）より長くすると、２次ターゲットに入射する連続Ｘ線（１次Ｘ線）の強度が小さくなるので、連続X線の発生領域により短くする必要がある。
【００３７】
以下、２次ターゲット１５における特性Ｘ線の発生原理について説明する。
図５に示すように、１次ターゲット１１で発生した図６に示すエネルギ・スペクトルの連続Ｘ線が２次ターゲット１５に照射されると、連続Ｘ線と２次ターゲット１５の原子が光電効果という相互作用を起こす。光電効果を起こすと、連続Ｘ線は原子に吸収されて消滅し、原子からは光電子が飛び出す。飛び出してくる光電子は、主に最内殻（Ｋ殻）の電子であり、光電効果が起こると最内殻（Ｋ殻）の軌道に空きができる。最内殻（Ｋ殻）に空きがあると、主にその上の軌道（Ｌ殻）から電子が最内殻に落ちる。この時に発生するのが図７に示すエネルギ・スペクトルの特性Ｘ線（単色Ｘ線、ＫＸ線）である。
【００３８】
特性Ｘ線のエネルギは、Ｋ殻にある電子の束縛エネルギとＬ殻にある電子の束縛エネルギの差となる。Ｌ殻の電子の方がゆるく原子核に束縛されているので、Ｋ殻に落ちる時に、その差のエネルギを特性Ｘ線として放出する。特性Ｘ線のエネルギは、原子番号によって決まり原子番号５８のセリウムは、披検体５の厚みが２０ｃｍ程度の場合に医療診断に最適なエネルギの特性Ｘ線を放出する。
ここで、２次ターゲット１５により原子番号の大きな原子の材料を用いれば、より高いエネルギの単色Ｘ線を発生し、より小さな原子番号の原子の材料を用いれば、より低いエネルギの特性Ｘ線を発生する。
【００３９】
このように、２次ターゲット１５で、光電効果を起こして原子の最内殻に空きを作り出すには、その原子のＫ吸収端より大きいエネルギのＸ線を照射しなければならない。Ｋ吸収端というのは、最内殻（Ｋ殻）の電子の束縛エネルギのことで、このエネルギ以上のＸ線であれば、Ｋ殻の電子を光電子として放出させることができる。
【００４０】
なお、Ｋ吸収端も、特性Ｘ線（ＫＸ線）のエネルギも、ほぼ原子番号の２乗に比例する。
図８は、Ｘ線とセリウム原子の断面積（反応の起こりやすさ）を表している。連続Ｘ線は光電効果の他にも、コンプトン散乱や、レーリー散乱も起こすが、このエネルギ領域では、ほとんどの相互作用は、光電効果である。光電効果の実線が４０ｋｅＶ強で急に上昇しているが、これがセリウム原子のＫ吸収端である。このエネルギを超えると、Ｋ殻電子が光電効果を起こせるようになるので、断面積が急に増える。
【００４１】
図８からわかるように、Ｋ吸収端以上のエネルギで最もよく光電効果を起こすのは、Ｋ吸収端の少し上のエネルギである。エネルギが大きくなると、あまり光電効果を起こさず、２次ターゲット１５を透過しやすくなるので、後述する補助ターゲット層１７で一度Ｘ線を４０ｋｅＶ強の最も２次ターゲット１５が吸収しやすいエネルギに変換した後、２次ターゲット１５に吸収させる。
【００４２】
前述したように、発生する特性Ｘ線のエネルギは、２次ターゲット１５の原子番号によって決まる。
医療診断においては、血管造影の際にヨウ素（Ｉ）が入った造影剤が使用されるため、ヨウ素のＫ吸収端より大きいＸ線を照射する必要があるが、特に被検体の厚みの薄い乳幼児の撮影においては、低エネルギの方が良いコントラストが得られるので、ヨウ素のＫ吸収端をぎりぎり越える特性Ｘ線を放出するセリウム（原子番号５８）が２次ターゲット１５の材料として適している。成人用においては、もう少し高い特性Ｘ線を放出するセリウムより原子番号の大きいものを使用することが望ましい場合もある。
【００４３】
ところで、Ｘ線と物質との相互作用には、光電効果、コンプトン散乱、レーリー散乱の３種類があるが、セリウム中では実質的に光電効果以外の相互作用は無視できる。
そのため、セリウム中のＸ線の平均自由行程は、光電効果の断面積（光電効果の起こりやすさ）に反比例する。光電効果の断面積（起こりやすさ）は、Ｘ線のエネルギによって変化する。特性Ｘ線は、エネルギが決まっているので、セリウム中の平均自由行程も決まった値（約２５０μｍ）を持つ。一方、連続Ｘ線は、エネルギが一定でなく、幅を持っているので、セリウム中の平均自由行程もそのエネルギによって違った値となる。連続Ｘ線の平均自由行程の１００μｍというのは、代表的な値で連続Ｘ線全般に言えることではない。
【００４４】
［補助ターゲット層１７］
補助ターゲット層１７は、例えば、ユーロピウムによって構成される。
補助ターゲット層１７の厚みは、例えば、５００μｍ程度であり、蒸着やユーロピウムの薄板を接着することで基盤１９上に形成される。  
【００４５】
補助ターゲット層１７は、連続Ｘ線が照射されると、光電効果により、２次ターゲット１５のＫ吸収端よりやや大きいエネルギの特性Ｘ線を発生する。２次ターゲット１５にセリウムを用いた場合は、ユーロピウムが適当である。
これにより、１次ターゲット１１からの連続Ｘ線のうち、２次ターゲット１５に照射されずに補助ターゲット層１７に照射された連続Ｘ線や、２次ターゲット１５を透過した連続Ｘ線によって、補助ターゲット層１７から２次ターゲット１５のＫ吸収端よりやや大きい特性Ｘ線が発生し、これが２次ターゲット１５に照射される。
そのため、補助ターゲット層１７を用いない場合に比べて、２次ターゲット１５からの特性Ｘ線の発生量を増大できる。
【００４６】
本実施形態では、上述したように２次ターゲット１５を複数の部分２次ターゲット１５１〜１５７で構成したことで、２次ターゲットを隙間のない一つの塊として構成した場合に比べて、１次ターゲット１１からの連続Ｘ線が２次ターゲット１５を透過する割合が高くなる。そのため、２次ターゲット１５に対して基盤１９側に補助ターゲット層１７を配置することは、２次ターゲット１５からの特性Ｘ線の発生量を増大させる上で非常に有用である。
【００４７】
すなわち、図８に示すように、Ｘ線のエネルギが大きくなると、断面積（光電効果の起こりやすさ）がどんどん小さくなっていくことがわかる。２５０ｋｅＶの電子ビームを用いると、最大２５０ｋｅＶまでの連続Ｘ線が発生するが、高いエネルギのＸ線の多くは、２次ターゲット１５のセリウムと光電効果を起こさずに透過する。
上述したように補助ターゲット層１７を２次ターゲット１５の背後におくと、２次ターゲット１５を透過した連続Ｘ線が補助ターゲット層１７のユーロピウムで光電効果を起こし、４０ｋｅＶ前半のセリウムが最も光電効果を起こしやすい特性Ｘ線を発生する。このエネルギのＸ線は上述した２次ターゲット１５で効率よく光電効果を起こす。
【００４８】
［基盤１９］
基盤１９は、例えば、タングステンで形成され、その表面に補助ターゲット層１７が形成されている。
基盤１９は、１次ターゲット１１で発生する連続Ｘ線が特性Ｘ線発生装置３の外部に漏れ出さないように遮蔽する特性を有する。従って、基盤１９の材料としては、原子番号の大きいものが適している。また、基盤１９の密度が大きいと特性Ｘ線発生装置３がコンパクトになるので、装置の大きさに制限がある場合には密度が大きい方が好ましい。さらに、基盤１９には適度な剛性が求められる。
基盤１９の材料としては、上記タングステン（密度１１．３４ｇ/ｃｍ）の他に、鉛（原子番号８２、密度１１．３４ｇ／ｃｍ）、プラチナ、金、それらの合金等も挙げられる。
【００４９】
［特性Ｘ線発生装置３の動作例］
以下、上述した特性Ｘ線発生装置３の動作例（作用）を説明する。
電子ビーム発生部９が、例えば２５０ｋｅＶの電子ビームを１次ターゲット１１に向けて出射する。
１次ターゲット１１は、上記電子ビームが照射されると、当該電子ビームと１次ターゲット１１内の電子（原子核）との間で制動放射（相互作用）が起こり、最大２５０ｋｅＶまでの連続Ｘ線を発生する。
当該連続Ｘ線は、支持層１３内を透過して、支持層１３内の２次ターゲット１５や補助ターゲット層１７に照射される。
【００５０】
２次ターゲット１５では、上記連続Ｘ線が、部分２次ターゲット１５１〜１５７の１次ターゲット１１側の面および当該面付近の他に、部分２次ターゲット１５１〜１５７の相互に対向する側面、並びに当該側面付近に達する。そして、２次ターゲット１５内の連続Ｘ線が達した部分で、光電効果が起こり、２次ターゲット１５の原子番号に対応したエネルギの特性Ｘ線が発生する。
２次ターゲット１５に照射された連続Ｘ線のうち一部は２次ターゲット１５を透過して補助ターゲット層１７に入射する。
【００５１】
補助ターゲット層１７では、上記連続Ｘ線が入射すると、光電効果により、２次ターゲット１５のＫ吸収端よりやや大きい、例えば、エネルギ４０ｋｅＶ前半の特性Ｘ線を発生する。
当該発生したエネルギ４０ｋｅＶ前半の特性Ｘ線の一部は、２次ターゲット１５に入射し、２次ターゲット１５において光電効果が起こり、２次ターゲット１５の原子番号に対応した３０ｋｅＶ台後半のエネルギの特性Ｘ線が発生する。
当該３０ｋｅＶ台後半のエネルギの特性Ｘ線は、図９に示すように、例えば図１に示す被検体５の骨、脂肪および造影剤の間の良好なコントラストを得るために適切なエネルギであり、Ｘ線診断システム１の用途に適している。
【００５２】
そして、２次ターゲット１５において生成された特性Ｘ線が、図２中左側の取り出し方向から特性Ｘ線発生装置３の外部に出射される。上記取り出し方向以外に向けて出射されたＸ線は、特性Ｘ線発生装置３の筐体によって装置内に封じられ、外部には漏れ出さない
【００５３】
［特性Ｘ線発生装置３の効果］
以上説明したように、特性Ｘ線発生装置３によれば、２次ターゲット１５を、図３および図４に示すように、複数の部分２次ターゲット１５１〜１５７を特性Ｘ線の出射方向において所定の距離を隔てて配置することで、２次ターゲットのうち連続Ｘ線が達する領域を、従来のように隙間のない１つの塊として形成した場合に比べて広くでき、その結果、特性Ｘ線の発生量を大きくできる。
【００５４】
また、特性Ｘ線発生装置３によれば、補助ターゲット層１７を配置したことで、１次ターゲット１１からの連続Ｘ線のうち、２次ターゲット１５に照射されずに補助ターゲット層１７に照射された連続Ｘ線や、２次ターゲット１５を透過した連続Ｘ線によって、補助ターゲット層１７から２次ターゲット１５のＫ吸収端よりやや大きき特性Ｘ線が発生し、これが２次ターゲット１５に照射される。そのため、補助ターゲット層１７を用いない場合に比べて、２次ターゲット１５からの特性Ｘ線の発生量を大きくできる。
また、特性Ｘ線発生装置３によれば、特性Ｘ線の取り出し方向に対して直交する方向に１次ターゲット１１を配置したことで、２次ターゲット１５の隙間との関係で、１次ターゲット１１からの連続Ｘ線が直接的に外部に出射されることを回避できる。
【００５５】
特性Ｘ線発生装置３によれば、上述したように十分な量の特性Ｘ線を発生でき、後述するＸ線検出装置７との組み合わせにより、Ｘ線診断時における被検体５の被爆量をさらに軽減できる。
また、特性Ｘ線発生装置３は、小児用のＸ線診断に特に有効である。
【００５６】
Ｘ線診断システム１によれば、２次ターゲット１５の材質として用いる原子の原子番号を選択することで、任意のエネルギの特性Ｘ線を発生できる。
【００５７】
［Ｘ線検出装置７］
Ｘ線検出装置７としては、例えば、特開２００５−６２１６９号公報に開示されているＸ線検出装置が用いられる。
当該Ｘ線検出装置は、コリメータ機能を備えたＸ線阻止部材と、Ｘ線検出機能とコリメータの中間材（支持材）としての機能とを併せ持つＸ線検出半導体とを用いることで、高感度なＸ線検出が可能である。
Ｘ線診断システム１では、特性Ｘ線発生装置３で発生した特性Ｘ線を被検体５に照射し、被検体５を透過した特性Ｘ線をＸ線検出装置７で高感度検出してＸ線画像（投影）データを生成できる。
【００５８】
本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
【００５９】
例えば、上述した実施形態では、図３および図４に示すように、２次ターゲット１５を構成する複数の部分２次ターゲット１５１〜１５７を同じ厚みで構成した場合を例示したが、特性Ｘ線の出射側の部分２次ターゲットの厚みを、出射側と反対側の部分２次ターゲットに比べて薄くしてもよい。すなわち、２次ターゲット１５内で、特性Ｘ線の出射側の空間（セリウムが充填されていない空間）の割合を、出射側と反対側に比べて高めてもよい。
【００６０】
また、上述した実施形態では、図３および図４に示すように２次ターゲット１５を構成する部分２次ターゲットとして同じ大きさ（特性Ｘ線取り出し方向から見た大きさ）が同じ部分２次ターゲット１５１〜１５７を例示したが、例えば、図１０および図１１に示すように、異なる大きさの部分２次ターゲット２５１〜２５７で構成される２次ターゲット１５ａを用いてもよい。
【００６１】
図１０および図１１に示す例では、特性Ｘ線の取り出し方向側からの位置が近くなるに従って、部分２次ターゲット２５１〜２５７の大きさが小さい。このようにすることで、図１２に示すように照射領域においてほぼ均一のＸ線強度を得ることができる。一方、１５１〜１５７のような形状のターゲットの場合は、照射領域の中心部分でＸ線強度が最大となり、周辺にいくほどＸ線強度が小さくなる。医療用のＸ線撮像においては、被検体の厚みが厚い部分は大きなＸ線強度が必要だが、薄い部分は小さい強度で良い。２次ターゲットの各層の形や厚みを変えることで、撮影領域の各部分において任意のＸ線強度を得ることができる。
なお、前述したように、２次ターゲット１５の形状は、単なる金属セリウムのコンパクトな塊ではなく、特性Ｘ線の取り出し方向に隙間を有すれば、他には、ハニカム状のものや、繊維状のも、あるいは中空体等でもよい。また、２次ターゲット１５の材料として、金属ベリリウムとセリウムの合金を用いてもよい。
【００６２】
また、上述した実施形態では、補助ターゲット層１７を設ける場合を例示したが、特性Ｘ線発生装置３は、補助ターゲット層１７を備えていなくても良い。また、図２に示す２次ターゲット１５の両側等に補助ターゲット層１７を配置してもよい。
【００６３】
図１０および図１１に示す例の一つとして、図１３に示す構成でのシミュレーションを行った。
シミュレーションに用いた数値は以下のとおりである。
２次ターゲットの厚み：５０ミクロン
２次ターゲットの隙間：１５０ミクロン（よって一層あたり２００ミクロン）
一番小さい２次ターゲット（１層目）が取り出しの方向。
１層目の大きさは２００ミクロン×２００ミクロン
１層毎に幅が８０ミクロン、高さが４０ミクロンずつ大きくなっていく。ここで幅の方向は１次ターゲットの面と水平の方向で、高さ方向が１次ターゲットの面と垂直方向。
１２層目の大きさは、１０８０ミクロン×６４０ミクロン。
２次ターゲットの中心軸は、１次ターゲットと水平で、中心軸と１次ターゲットの距離は２ｍｍ。
補助ターゲットは１次ターゲットと平行で、その間の距離は、２．３２ｍｍである。
（１２層目は補助ターゲットに接している）
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、Ｘ線画像生成装置等に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係わるＸ線診断システムの全体構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係わる特性Ｘ線発生装置の断面構成図である。
【図３】図３は、図２に示す２次ターゲットを説明するための斜視図である。
【図４】図４は、図２に示す２次ターゲットを説明するための側面図である。
【図５】図５は、図２に示す特性Ｘ線発生装置における特性Ｘ線の生成原理を説明するための図である。
【図６】図６は、１次ターゲットで発生した連続Ｘ線のエネルギ・スペクトルを示す図である。
【図７】図７は、２次ターゲットで発生した特性Ｘ線のエネルギ・スペクトルを示す図である。
【図８】図８は、Ｘ線のエネルギと、Ｘ線とセリウム原子との断面積との関係を示すグラフ図である。
【図９】図９は、被検体の画像生成において適切なＸ線のエネルギを説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係わる特性Ｘ線発生装置の２次ターゲットの変形例を説明するための図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す２次ターゲットの変形例の側面側の構成を説明するための図である。
【図１２】図１２は、照射領域におけるX線強度の強弱のおおよその傾向を示す図である。
【図１３】図１３は、シミュレーションの構成を示す図である。
【図１４】図１４は、２次ターゲットの隙間および補助ターゲットの有無によるＸ線のエネルギ・スペクトルの違いを示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…Ｘ線診断システム、３…特性Ｘ線発生装置、５…被検体、７…Ｘ線検出装置、９…電子ビーム発生部、１１…１次ターゲット、１３…支持層、１５，１５ａ…２次ターゲット、１７…補助ターゲット層、１９…基盤、１５１〜１５７…部分２次ターゲット、２５１〜２５７…部分２次ターゲット
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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