(57)【要約】  本開示は、既存の小型システムより数倍大きいＸ線束及び束密度を有するＸ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ）測定のためであり、Ｘ線吸収端近傍分光法（ＸＡＮＥＳ）又は広域Ｘ線微細吸収構造（ＥＸＦＡＳ）分光法の適用のためであるシステムを示す。より高い輝度は、高熱伝導率をもつ基板と密接に熱的接触して製造される複数のＸ線発生材料の位置合わせされた複数の微細構造を有する複数のＸ線ターゲットのための設計を用いて実現される。より高い電子密度及び／又はより高い複数のエネルギー電子をもつ衝撃が可能になり、より大きなＸ線輝度及び高流量をもたらす。高輝度Ｘ線ソースは、複数のＸ線をコリメートするＸ線反射光学システム及び、露光量を選択するモノクロメータに連結される。複数の高流量モノクロＸ線を用いた複数の試料の吸収スペクトルは、複数の標準的な検出技術を用いて作成され得る。
2017523386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電子ビーム放出器と、少なくとも１つのアノードターゲットとを備え、
少なくとも１つのアノードターゲットは、第１の選択材料を備える基板と、その複数のＸ線発生特性に対して選択される第２の材料を備える離散した複数の微細構造とを備え、
前記離散した複数の微細構造のそれぞれは、前記基板と熱的接触し、
前記離散した複数の微細構造のうち少なくとも１つは、２０ミクロンより小さい少なくとも１つの寸法をもつ、
るＸ線ソースと、
前記アノードターゲットにより生成される複数のＸ線を収集し、予め定められた複数のビーム特性をもつＸ線ビームを生成する光学トレインと、
調査される目的物を保持し、前記Ｘ線ビームが前記目的物に入射するように配置されるマウントと、
前記目的物を通過する複数のＸ線を測定する検出器と
を備える
Ｘ線吸収測定システム。
【請求項２】
前記目的物に入射する前記複数のＸ線の強度を測定する検出器を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
予め定められたエネルギー及び帯域幅の前記複数のＸ線にさらされる場合、前記目的物により放出されるＸ線蛍光の強度を測定する検出器を更に備える、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
モノクロメータの複数の設定と、目的物の位置及び回転とを調整する制御システムを更に備える、
請求項１から３の何れか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記離散した複数の微細構造のうちの前記少なくとも１つのそれぞれの横寸法は、５０ミクロンより小さい、
請求項１から４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記離散した複数の微細構造は、予め定められた軸に沿って直線配列で配置され、
前記光学トレインも、前記予め定められた軸に沿って位置合わせされる、請求項１から５の何れか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の選択材料は、ベリリウム、ダイヤモンド、グラファイト、ケイ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素、サファイヤ、及びダイヤモンド様炭素から成る群から選択される、請求項１から６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の材料は、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、スズ、イリジウム、タンタル、タングステン、インジウム、セシウム、バリウム、金、白金、鉛、並びに、これらの組み合わせ及びこれらの合金から成る群から選択される、請求項１から７の何れか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記離散した複数の微細構造のサブセットは、そのＸ線発生特性のために選択される第３の材料を有する、請求項１から８の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第３の材料は、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、スズ、イリジウム、タンタル、タングステン、インジウム、セシウム、バリウム、金、白金、鉛、並びに、これらの組み合わせ及びこれらの合金から成る群から選択される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記離散した複数の微細構造は、予め定められた数の前記離散した複数の微細構造により生成される複数のＸ線が、前記電子ビーム放出器からの電子ビームにさらされる場合に、前記離散した複数の微細構造から選択される前記離散した微細構造のうち予め定められた１つを通過するように配置される、
請求項１から１０の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
複数の電子放出素子と、
それぞれの電子放出器が電子ビームを提供し、対応する複数のアノードターゲットに衝撃を与え、複数のＸ線を生成するように位置合わせされる複数のアノードターゲットであって、
前記複数のアノードターゲットは、複数のＸ線が生成される複数の位置が、予め定められた軸に沿って位置合わせされ、前記光学トレインも、前記予め定められた軸に沿って位置合わせされるように、位置合わせされる、
複数のアノードターゲットと
を備える
請求項１から１１の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記光学トレインは、二次曲面に対応する表面をもつＸ線リフレクタを備える、請求項１から１２の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記二次曲面は、楕円体、楕円面、放物体、双曲面、楕円柱、円柱、楕円錐、及び円錐から成る群から選択される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記光学トレインは、ウォルターＩ型Ｘ線レンズを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記予め定められたエネルギー帯域幅は、１０ｅＶより小さい、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記予め定められたエネルギー帯域幅は、１ｅＶより小さい、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記モノクロメータは、ケイ素、ゲルマニウム、フッ化リチウム、及びインジウムアンチモンから成る群から選択される材料を備えるチャンネルカット結晶を備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記モノクロメータは、複結晶モノクロメータを有する、請求項４に記載のシステム。
【請求項２０】
少なくとも１つの電子ビーム放出器と、少なくとも１つのアノードターゲットとを備え、
少なくとも１つのアノードターゲットは、第１の選択材料を備える基板と、その複数のＸ線発生特性に対して選択される第２の材料を備える、少なくとも１つのＸ線発生構造とを備える、
高輝度Ｘ線ソースと、
前記アノードターゲットにより生成される複数のＸ線を収集し、コリメートされたＸ線ビームを生成する光学トレインと、
前記コリメートされたＸ線ビームから、予め定められたエネルギー及び予め定められたエネルギー帯域幅の複数のＸ線を選択するＸ線モノクロメータと、
調査される目的物を保持し、予め定められたエネルギー及び帯域幅の前記複数のＸ線が前記目的物を通過するように配置されるマウントと、
前記目的物を通過する前記複数のＸ線を測定する検出器と
を備える
Ｘ線吸収微細構造測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線吸収端近傍分光（ＸＡＮＥＳ）技術を用いて複数の材料における１又は複数の要素の化学的／電子的状態を分析するための、及び広域Ｘ線微細吸収構造（ＥＸＦＡＳ）技術を用いて複数の材料における１又は複数の要素の原子配位数及び距離を判断するための高輝度Ｘ線吸収分光装置に関する。
【０００２】
［関連出願への相互参照］
本特許出願は、米国仮特許出願番号第６２／００８，８５６号（出願日：２０１４年６月６日）、第６２／０８６，１３２号（出願日：２０１４年１２月１日）、及び第６２／１１７，０６２号（出願日：２０１５年２月１７日）に基づく利益を主張し、それらの全ては、参照によって本明細書に組み込まれたものとする。本願はまた、米国特許出願第１４／６３６，９９４号（出願日：２０１５年３月３日）に基づく優先権及び利益を主張し、その内容全体を参照によって組み込むものとする。
【背景技術】
【０００３】
Ｘ線吸収分光法は、物質の局所原子構造及び／又は電子構造を判断するために広く用いられている技術である。Ｘ線吸収分光データは、対象の要素の吸収端に対応する十分に狭いエネルギー帯をもつエネルギー範囲に対して、入射Ｘ線エネルギーの機能として、材料における要素の透過及び／又は特徴的な蛍光性の複数のＸ線を測定することにより得られ、その対象の要素において、入射Ｘ線光子は、十分なエネルギーを有し、１又は複数のコア電子を励起する。材料の局所原子構造及び電子構造は、複数の共鳴性を示し、入射Ｘ線エネルギーの機能としてＸ線透過に影響を及ぼす複数の干渉効果を表し、従って、Ｘ線エネルギーの機能としてＸ線透過を測定することにより、材料の局所原子構造及び／又は電子構造についての情報が決定され得る。
【０００４】
複数のＸ線吸収端近傍の吸収スペクトルが、吸収端の近傍で第１の１００ｅＶを備える「端近傍」領域、及び１０００ｅＶ以上までの「広域」領域へと概して分割される。概して端近傍Ｘ線吸収微細構造（ＮＥＸＡＦＳ）分光法、又はＸ線吸収端近傍分光法（ＸＡＮＥＳ）と称される、端近傍分光法は、複数のコア電子が複数の低い空エネルギーレベルに遷移する結果であり、しばしば複数の鋭い共振ピークを有する。これは、化学的環境、特に関係する要素の酸化状態を理解することにおいて有益である。概して広域Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）と称される、より広域のエネルギー領域の分光法が、エネルギーの吸収率の緩やかな複数の発振を表す。これらは、構造内で周囲の複数の原子が放出される複数の光電子の複数の相互作用により生じる。ＥＸＡＦＳスペクトルの分析により、複数の原子間の距離が、高精度に決定され得る。両スペクトル領域に着目する実験的分析は、Ｘ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ）と称されてきた。
【０００５】
図１は、従来のシンクロトロンＸＡＦＳ測定装置を示しており、ここでシンクロトロンＸ線ソースＰ８０は、複数のコリメートされたＸ線ビームＰ８８９（典型的に、開口部又はピンホールを用いてコリメートされる）を生成する。ソースＰ８０に関連するＸ線光学システムは、複数のビームストップ、複数の開口部、又は他の複数の光学要素も備え得、Ｘ線ビームＰ８８９を形づくり、特定の複数の特性を有する。Ｘ線ビームＰ８８９は、モノクロＸ線ビームＰ８８９‐２を生成するモノクロメータＰ３３０を形成するよう構成される、２個の結晶Ｐ３３０Ａ及びＰ３３０Ｂを次に反射し、モノクロＸ線ビームＰ８８９‐２は、測定される試料２４０上に次に入射する。試料２４０を通過する透過した複数のＸ線Ｐ８８９‐Ｘは、検出器Ｐ２９０により次に検出され、検出器Ｐ２９０は、その複数の信号を信号処理電子装置Ｐ２９２に典型的に送信し、信号処理電子装置Ｐ２９２は、分析システムＰ２９５により次に更に処理され、分析システムＰ２９５は、しばしばユーザにデータ及び複数の結果を示すディスプレイＰ２９８を有する。複結晶モノクロメータＰ３３０（不図示）のための複数の動作制御が、Ｘ線ビームに関する角度の調節が、モノクロメータＰ３３０の透過のためにＸ線エネルギーの特定の狭い範囲を選択するように典型的に提供される。
【０００６】
図２は、このケースにおいては酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）粉のモデルのためである、ＸＡＦＳの複数の結果の例示を示す。データが、７．１１２ｋｅＶで鉄（Ｆｅ）Ｋ端吸収近傍のエネルギーをもつ複数のＸ線のために収集される。端近傍構造（ＸＡＮＥＳ）は、明瞭に視認でき、標準吸収（μ（Ｅ）と示される）からのより高いエネルギーＥＸＡＦＳの複数のばらつきも、同様である。これらのばらつきから、材料の化学的状態及び原子間構造の複数の詳細が導き出され得る。「図２におけるデータは、Ｍａｕｒｏ  Ｒｏｖｅｚｚｉの博士論文『スピントロニクス用半導体における磁性不純物の局所秩序に関する研究（Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｌｏｃａｌ  ｏｒｄｅｒ  ａｒｏｕｎｄ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ  ｉｎ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ｆｏｒ  ｓｐｉｎｔｒｏｎｉｃｓ．）』凝集系、ジョゼフ・フーリエ大学‐グルノーブル第１大学、２００９年。英語。＜電話番号‐００４４２８５２＞によるものである。」
【０００７】
典型的に、１ｅＶより小さいエネルギー帯域幅をもつＸ線ビームが、ＸＡＮＥＳ測定に要求され、１０ｅＶより小さいエネルギー帯域幅をもつＸ線ビームが、ＥＸＡＦＳ測定に要求される。複数の電子衝撃Ｘ線ソースにおいて、Ｘ線スペクトルは、典型的に、入射電子ビームにより照射されるアノードにおいて、１又は複数の要素の複数の鋭い特性Ｘ線蛍光ラインに沿った連続的スペクトル（制動放射線として公知である）からなる。ＸＡＦＳ測定のために、制動放射線が典型的に用いられる。ＥＸＡＦＳスペクトルにおける複数の強度振動は、全吸収の１０％をしばしば下回り、複数の構造パラメータは、データのフーリエ変換分析の後でのみ得られ得るので、（０．１％又はそれより良い）極めて正確な複数の吸収測定がしばしば要求される。従って、少なくとも１００万の光子計数が、それぞれのエネルギーデータポイントで典型的に要求される。
【０００８】
要求される狭いエネルギー帯域幅を満たすために、結晶モノクロメータが用いられ得る。要求されるエネルギー帯域幅を得るために、複数の方法が用いられ得る。１つの方法は、入射Ｘ線束を小さい輻輳角で（入射及び回折ビームを含む）分散面に回折させるように配置される、ケイ素Ｓｉ（１１１）等の、適切な反射ミラー指数をもつ一対の平坦な結晶を用いることである。要求される小さい角度輻輳は、例えば、予め定められた距離で分離された一対の狭いスリットを用いて得られ得る。時に、分散面におけるソースサイズが小さい場合、１つのスリットのみが要求される。この方法は、複数の利点を提供する：モノクロメータを回転させることにより、Ｘ線ビームの入射角を走査することによる、簡単なエネルギー走査と、しばしばソース及び試料を複数の位置及び複数の角度で移動させる必要が無い単結晶を用いたかなり広いエネルギー走査範囲とであり、このことは多くの実験に対して重要であり得、実質的により簡単なシステム及びより低いコストをもたらす。
【０００９】
小さい輻輳角は、この技術が、高輝度を有し、高指向性である複数のシンクロトロン放射光ソースを用いる複数の実験に広く用いられ得ることを意味する。しかしながら、複数のＸ線が電子衝撃ソースにおいて生成される実験用の設定において、複数のＸ線のごく一部のみが収集され、用いられる。その結果として、この方法を用い従来の複数の電子衝撃Ｘ線ソースから得られるモノクロＸ線ビームのＸ線束は、実験用のＸＡＦＳ測定を可能にするには単に低すぎていた。
【００１０】
低いＸ線束、従って低いスループットの課題を回避するべく、大抵の実験用のソースベースのＸＡＦＳシステムは、ローランド円形状の彎曲単結晶モノクロメータを用いている。そのようなシステムにおいて、Ｘ線ソース、彎曲結晶、及び試料の前のスリットは、全て適切な向きでローランド円上に位置している。彎曲結晶を用いることは、ソースにより生成される複数のＸ線の傾斜受け入れを増加させ得るが、複数のローランド円ベースのＸ線分光器は、以下の問題点に悩まされている。曲がることにより誘発される結晶ひずみに起因して高Ｘ線エネルギー分解能を得ることが難しいこと、エネルギー走査に対する３つの主要な構成要素（ソース、結晶及びスリット／試料）のうちの少なくとも２つを移動させることが要求されること、である。更に、彎曲単結晶は、比較的小さいエネルギー範囲のみをカバーするので、実際にはしばしば１セットの彎曲結晶が要求される。複数のローランド円ベースの分光器を用いることは、十分な輝度をもつ小さいサイズの複数のＸ線ソースの欠如により一部には動機付けられ得、Ｘ線ビームに十分な傾斜コリメーションを提供できる大きな立体角をもつソースにおいて生成される複数のＸ線を収集するための複数のＸ線レンズの欠如に動機づけられ得る。
【００１１】
ローランド円ベースのモノクロメータの別の性能限定要因は、モノクロＸ線ビームの上位調和汚染であり、なぜなら彎曲結晶は、所望のＸ線エネルギーの整数倍に等しいエネルギーの複数のＸ線をしばしば反射するからである。このより上位の調和汚染課題を回避するために、低エネルギー電子ビーム励起がしばしば用いられる。複数の低エネルギー電子を用いることは、Ｘ線束の減少を直接もたらす、なぜなら複数の電子衝撃Ｘ線ソースにおける制動放射線のＸ線発生効率は、入射電子エネルギーにほぼ比例するからである。
【００１２】
従来の実験室ベースの複数のＸ線吸収分光法システムの低い性能は、これらの利用を別々に限定してきた。現在では、Ｘ線吸収分光法測定は、ほとんどシンクロトロン放射施設で実行されており、シンクロトロン放射施設は、これらの大きいソース輝度による高いスループット、及び、広いエネルギー範囲に使用可能なＸ線束を提供する。しかしながら、複数のシンクロトロン放射光ソースが、大きく、高コストであり、しばしば何エーカーもの土地を占め、限られた数の場所でのみ利用可能である。結果として、ユーザ群毎のアクセスは、知的財産を保護することに関係する産業ユーザにとっては特に、典型的に限定され、めったになく、及び／又は純粋な科学的利益評価の欠如した学術研究提案と競合する重要ではあるがルーチンの測定を正当化することが難しいこと。他の複数の限定は、シンクロトロン放射施設にデリケートな試料（例えば、壊れやすい、又は酸化に対して敏感である）を移送すること、生物学的及び放射線的安全を厳しく考慮すること、又は利用不可能であり得る特別な装備を必要とするｉｎ−ｓｉｔｕでの実験において難点を含む。
【００１３】
複数のＸＡＦＳ技術が、多くの応用を有する。特に、ＥＸＡＦＳは、結晶材料と非晶質材料との局所的原子間距離を測定し得る。これは、複数のアモルファス状の固体、複数の固溶体、複数の半導体装置における複数のドーパント及びインプラント材料、複数の触媒、複数の液体及び複数の有機金属化合物等の非晶質材料に対するただ１つだけの性能である。ＸＡＮＥＳは、要素の酸化状態をその化学的環境において判断するのに特に有用である。しかしながら、これらの技術は、実験室において又は現場で用いられ得る高輝度小型Ｘ線ソースの欠如に悩まされている。従って、ＸＡＦＳ測定のためにそのような高輝度な、小型Ｘ線システムが必要とされる。
【発明の概要】
【００１４】
本発明は、有限角度範囲内で高輝度Ｘ線ビームを提供する小型Ｘ線ソースを備えるＸ線吸収分光法システムを開示している。これは、複数のＸ線の直線累積を可能にするソース構成を用いて実現される。システムはまた、高輝度ソースからのＸ線ビームを収集し、コリメートするＸ線光学トレインと、コリメートされたＸ線ビームを単色化し、Ｘ線エネルギーを走査することを可能にする、２個の平坦な結晶を備えるモノクロメータ（以下、複結晶モノクロメータと称される）と、モノクロＸ線の試料における物質との相互作用から得られる複数のＸ線を分析のために収集するＸ線検出器とを備える。選択的に、それはまた、モノクロＸ線ビームの強度をそれが試料上に入射する前にモニタする検出器（典型的に、部分的に透過性であり、試料の前に配置される）と、及び／又は複数のモノクロＸ線の焦点を試料上に合わせる第２の光学トレインとを備え得る。
【００１５】
直線累積Ｘ線ソースは、複数のＸ線の２又はそれより多くのサブソースを妥協し、それぞれのサブソースは、予め定められたＸ線スペクトル特性を有し、複数のサブソースは、互いに予め定められた空間的な間隔により物理的に分離され、予め定められた軸に沿って互いに位置合わせされ、有限角度範囲内でその軸に沿って輝度を増加させる複数のＸ線の累積を可能にする。複数のＸ線サブソースは、複数のＸ線発生材料を備える１又は複数のターゲットの電子衝撃により生成される。複数のターゲットのうち少なくとも１つは、高熱伝導率をもつ低原子番号の材料（第１の材料）の基板と、１０マイクロメートルを下回る少なくとも１つの寸法をもつスペクトル特性及びＸ線発生効率等のその複数のＸ線発生特性のために選択されるＸ線を発生させる高原子番号の材料（第２の材料）とを備える。いくつかの実施形態において、直線累積Ｘ線ソースは、スループットを増加させるラインソースである。いくつかの好ましい実施形態において、Ｘ線ソース位置は、データ収集スループットを増加させるよう走査される。
【００１６】
システムの一部として、Ｘ線光学トレインは、高輝度ソースからの複数のＸ線を収集し、コリメートし、又は焦点を合わせるよう構成され、高流量コリメートされたＸ線ビームを対象のエネルギー範囲に生成する。Ｘ線光学トレインは、複数の放物体から及び／又は複数のウォルターＩ型レンズから選択される反射面形状をもつ少なくとも１つの軸方向対称Ｘ線ミラーレンズを典型的に備え、少なくとも１つの軸方向対称Ｘ線ミラーレンズは、楕円面及び双曲面を備えられる。反射面は、典型的に、コーティングされていない、又は高質量密度材料か多層コーティングでコーティングされている何れかのガラスである。反射面材料は、対象のＸ線エネルギー範囲において複数の吸収端をもつ複数の要素を含むべきではない。光学トレインは、少なくとも一対のスリット又は少なくとも一対のピンホール／開口部を更に含み得、いくつかの実施形態に対して、一方向におけるＸ線ビームの角度輻輳をコリメートする。
【００１７】
複結晶モノクロメータは、分散的でない構成、すなわち、平行に配置される２個の同一結晶を用いて、Ｘ線ビームの伝播方向を変更すること無くコリメートされた高流量Ｘ線ビームを単色化する。結晶回折ミラー指数は、要求されるエネルギー分解能を得るために選択される。ＸＡＮＥＳ測定にとって、走査されるエネルギー範囲は、典型的に、１ｅＶより小さいＸ線エネルギー帯域幅をもつ対象の要素の吸収端の５０−１００ｅＶの範囲内である。ＥＸＡＦＳのため、５００−１０００ｅＶのエネルギー走査が、典型的であり、Ｘ線エネルギー帯域幅は、１０ｅＶより小さい。複結晶モノクロメータは、結晶回折面に対して平行であり、Ｘ線ビームの伝播方向に対して垂直である回転軸をもつ回転ステージを典型的に備える。
【００１８】
少なくとも１つの検出器が、入射Ｘ線束の試料との相互作用に応答して試料からの複数のＸ線を受け、その試料の複数の特性を示す複数の信号を生成する。試料からの複数のＸ線信号は、入射Ｘ線束のＸ線エネルギーの機能として試料のＸ線透過、及び／又は対象の要素のＸ線蛍光を含んでもよい。いくつかの実施形態において、更なる光学トレイン及び／又はモノクロメータが、検出器の前に配置され得、複数の背景Ｘ線を除去し、ノイズに対して信号を改善する。
【００１９】
電気機械システムが、ソース、光学トレインの複数の構成要素、モノクロメータ、入射Ｘ線束に対して試料をポジショニングすること、及び検出器を制御するために典型的に示される。電気機械制御のためのこのシステムは、複数のＸ線信号に対応するデータを取得し、試料の所望の複数の特性を判断する計算を実行するデータ分析システムに連結され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術のＸ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ）測定システムの概略図を示す。
【００２１】
【図２】酸化鉄粉のための代表的なＸ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ）スペクトルのプロットを示す。
【００２２】
【図３】本発明によるＸＡＦＳシステムを模式的に示す。
【００２３】
【図４】本発明のいくつかの実施形態において用いられている複数のサブソースを備える直線累積Ｘ線ターゲットを模式的に示す。
【００２４】
【図５】本発明のいくつかの実施形態において用いられているモノリシックＸ線発生領域を備える直線累積Ｘ線ターゲットを模式的に示す。
【００２５】
【図６】本発明のいくつかの実施形態において用いられている、複数のサブソースが棚状の凹み部をもつ基板に埋め込まれている直線累積Ｘ線ターゲットを模式的に示す。
【００２６】
【図７】本発明のいくつかの実施形態において用いられている、二面直線累積Ｘ線ソースの断面を模式的に示す。
【００２７】
【図８】本発明のいくつかの実施形態において用いられている、二面直線累積Ｘ線ソースの断面を模式的に示す。
【００２８】
【図９】本発明のいくつかの実施形態において用いられている、複数のサブソースの間に複数のレンズを備える直線累積Ｘ線ソースを模式的に示す。
【００２９】
【図１０】放物面光学要素の断面を示す。
【００３０】
【図１１】ウォルターＩ型光学要素の断面を示す。
【００３１】
【図１２】本発明のいくつかの実施形態において用いられている、Ｘ線ソース及びウォルターＩ型画像処理レンズの断面図を模式的に示す。
【００３２】
【図１３】複結晶モノクロメータを有する本発明の一実施形態の一部の断面を模式的に示す。
【００３３】
【図１４】試料上に複数のＸ線の焦点を合わせる更なる光学要素を有する本発明の一実施形態の一部の断面を模式的に示す。
【００３４】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部とみなされる複数の添付図面は、本発明の複数の例示的な実施形態、複数の特徴、及び複数の態様を示し、説明と共に、本発明の複数の原則を説明するために機能することに留意されたい。複数の図面は、必ずしも縮尺通りではない。その代わりに、本発明の複数の原則を示すことに重きを置いている。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
Ｘ線吸収分光法システム  図３は、Ｘ線吸収分光法システムのための本発明の一実施形態を模式的に示す。
【００３６】
Ｘ線発生器０８は、一般に密閉真空管２０又は常時排気を用いることによって維持される真空環境（典型的には１０−６Ｔｏｒｒ、又はそれより高真空）を備え、真空管２０の外側にある高電圧源１０の負極及び正極から、真空管２０内部の様々な要素に通じる密封導線２１及び２２で製造されている。Ｘ線ソース８０は、典型的にはハウジング５０に真空管２０等のＸ線発生器０８の複数の要素を固定するマウント３０を備え、ハウジング５０は、複数のＸ線がソース装置８０によって不要な方向に放出されるのを防止すべく、鉛等のシールド材を更に備え得る。真空管２０の内部では、導線２１を通じて高電圧源１０の負極に接続された放出器１１が、カソードとして働き、多くの場合、フィラメントに電流を流すことにより、電子のビーム１１１を発生させる。電子ビーム発生用の任意の数の従来技術の技法が、本明細書に開示されている本発明の複数の実施形態に用いられ得る。
【００３７】
ターゲット基板１０００及びＸ線発生材料の複数の領域（図３において１セットの埋め込み微細構造７００として示されている）を備えるターゲット１１００は、反対側の高電圧導線２２及びターゲット支持部３２に電気的に接続され、電子放出器１１に対して接地又は正電圧となり、従ってアノードとして働く。電子１１１はターゲット１１００に向かって加速し、加速電圧の大きさで決定される電子エネルギーを有する高エネルギーでターゲット１１００と衝突する。ターゲット１１００への電子１１１の衝突は、複数のＸ線８８８の生成を含む複数の効果を引き起こし、複数のＸ線８８８の一部は、真空管２０から出て、複数のＸ線に対して透過的であるウィンドウ４０を通過する。
【００３８】
以下で更に説明されるように、ターゲット１１００は、概して互いに位置合わせされる複数のポイントから生成される複数のＸ線の複数のサブソースを有するように構成され、これにより、複数のＸ線の複数のサブソースは、直線累積を有し得る複数のＸ線を生成するので、より高い輝度をもたらす。本明細書に開示されている本発明の複数の実施形態において用いられ得るもの等の複数の微細構造ターゲットは、同時係属中の『Ｘ線発生用の構造ターゲット（ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＤ  ＴＡＲＧＥＴＳ  ＦＯＲ  Ｘ−ＲＡＹ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）』という名称の米国特許出願（米国特許出願第１４／４６５，８１６号、出願日：２０１４年８月２１日）に詳細に説明されており、その内容は複数の仮出願に沿ってその中に組み込まれ、利益を主張し、これによりその全体を参照によって組み込まれたものとする。更に、複数のＸ線ソースの直線累積を有するこれらのターゲットを用いる複数のソースが、本発明の発明者による同時係属中の『直線累積を用いるＸ線ソース（Ｘ−ＲＡＹ  ＳＯＵＲＣＥＳ  ＵＳＩＮＧ  ＬＩＮＥＡＲ  ＡＣＣＵＭＵＬＡＴＩＯＮ）』という名称の米国特許出願（米国特許出願第１４／４９０，６７２号、出願日：２０１４年９月１９日）により完全に説明されており、その内容は複数の仮出願に沿ってその中に組み込まれ、利益を主張し、これによりその全体を参照によって組み込まれたものとする。上記参照された同時係属中の複数の出願に開示されている任意のターゲット及びソース設計及び構成は、本明細書で開示されている本発明による複数のＸ線吸収分光法システムの任意の複数の実施形態又は全ての実施形態における代替的な構成要素及び設計として考慮され得る。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態において、導線２７を介してコントローラ１０−１によって制御され、放出器１１によって提供される電子線量及び電圧と調整される、静電レンズシステム、又は複数の電子レンズの他のシステム等の電子制御機構７０も存在し得る。従って、電子ビーム１１１は、基板１０００と密接に熱的接触をするように製造される１又は複数の微細構造７００を有するターゲット１１００の上で、走査され、焦点が合わせられ、デフォーカスされ、又はそうでなければ方向付けられ得る。予め定められた複数の特性（例えば、電子エネルギー、電流、及び焦点サイズ）をもつ１又は複数の電子ビームを提供することに加えて、そのような制御機構７０はまた、それぞれの電子ビームを１又は複数のＸ線ターゲットの上でその所望の位置に方向付け得、予め定められた方向に沿って複数のサブソースの複数の位置において複数のＸ線を生成する。
【００４０】
システムは、光学トレイン８４０を典型的に備え、ソースからの複数のＸ線を収集し、予め定められた複数の傾斜特性をもつＸ線ビーム８８９を形成する。システムは、モノクロメータ３３０も典型的に備え、モノクロメータ３３０は、Ｘ線ビーム８８９を捕らえ、特定の複数の波長を選択し、モノクロビーム８８９−２を形成し、それを調査されるように試料２４０に向かって方向付ける。結合Ｘ線ソース装置８０、光学トレイン８４０、及びモノクロメータ３３０は、Ｘ線照射器８００として一緒に考慮され得る。いくつかの実施形態において、モノクロメータ３３０は、試料上にＸ線ビームの焦点を合わせる更なる光学トレインを選択的に伴い得る。
【００４１】
試料２４０は、マウント２４４内に典型的に維持され、マウント２４４は、Ｘ、Ｙ及びＺの平行移動のための複数の動作制御を有し得、これらの軸についての回転も同様である。これらの動作制御は、コントローラ２４６により管理され得、コントローラ２４６も、光学トレイン８４０及び／又はモノクロメータ３３０のＸ、Ｙ及びＺの回転制御への入力も有し得る。データ収集システムは、Ｘ線検出器又は分光器２９００を備え得、透過したＸ線２８８９を収集する。システムは、更なるＸ線フィルタ２７７、又は試料２４０で生成され得る任意のＸ線蛍光２８８８を遮る一方で透過したＸ線２８８９を通過し得る、予め定められた複数のスペクトル特性をもつ他の構成要素も備え得る。システムは、更なるＸ線検出器又は分光器２９００−Ｆも備え得、複数の蛍光Ｘ線２８８８を収集する。
【００４２】
蛍光検出器は、エネルギー分解である任意の種類であり得、波長分散型分光器の複数の種類、複数のエネルギー分散型検出器、又は複数の微量熱量計を含む。入射ビームに対してスルーホールをもつシリコンドリフト検出器等の、ピンホールをもつエネルギー分散型検出器が、図で示される。そのような構成により、大きな立体角の収集が可能になる。しかしながら、スルーホールの無い蛍光型検出器が、試料の前又は後の何れかで、試料に関する角度でオフセットである他の複数の実施形態が想定され得る。用いられている測定技術に応じて、検出器２９００及び／又は分光器２９００−Ｆは、複数のＸ線エネルギーの間を区別するよう設計される複数のＸ線光学要素又は複数のセンサを備え得る。
【００４３】
ＸＡＦＳ測定に対して、Ｘ線エネルギーの機能としてのＸ線吸収が、予め定められたエネルギー範囲の上でＸ線エネルギーを走査することにより得られる。Ｘ線吸収は、試料２４０を通過するＸ線ビームの強度を入射Ｘ線束８８８の強度に正規化することにより得られる。いくつかの実施形態において、更なる検出器が用いられ得、入射Ｘ線束８８８の強度を直接測定する。この入射強度検出器は、モノクロメータ３３０の後か試料２４０の前に配置される、独立した、部分的透過性の検出器であってもよく、又はモノクロメータ３３０の一部として組み込まれてもよい。代替的に、Ｘ線エネルギーの機能としての入射Ｘ線束８８８強度は、Ｘ線ビーム経路からの試料を除去することにより検出器２９００を用いても決定され得る。いくつかの実施形態において、Ｘ線分光器２９００−Ｆは、複数のＸ線蛍光信号を記録し得、Ｘ線検出器２９００と共に、又は代わりに用いられる。Ｘ線吸収分光装置は、１又は複数のスリットを更に備え得、（コリメートされたＸ線ビームの外側で散乱する複数のＸ線等の）不要なＸ線を除去又は低減し、試料に到達する。
【００４４】
ＸＡＦＳ測定に対して、図３において例示されている本発明の一実施形態を用いて、試料に入射するモノクロＸ線ビームのＸ線束Ｆは、次の式で与えられる。
【数１】
2017523386.tif 000003
ここでＢｓは、試料におけるＸ線ビーム輝度であり（単位領域当たり及び試料に照射する単位立体角当たり及び０．１％相対スペクトル幅当たりのＸ線の数として定義される）、ηは、ソースから試料までの複数の中継Ｘ線に対する光学システム効率であり、Ｓ１は、エネルギー分散面（複結晶モノクロメータの入射及び回折されるＸ線ビームを含む面）におけるソースサイズであり、Ｓ２は、分散面及びＸ線ビーム光軸に対して垂直である平面外におけるソースサイズであり、△θ１及び△θ２は、それぞれ、散乱方向及び複数の平面外方向におけるＸ線ビーム傾斜発散角であり、△Ｅ／Ｅは、測定に対して要求される相対スペクトル幅である。
【００４５】
試料におけるＸ線ビーム輝度Ｂｓは、Ｘ線ソース輝度（Ｂ）より典型的に小さく、なぜなら、本来の低収束効率及びＸ線光学トレインの複数の収差は、ブレ、従って、効果的なＸ線ソースサイズの増加につながるからである。  Ｂｓ及びＢは、次式によってほぼ関連している。
【数２】
2017523386.tif 000004
ここで、ソースと試料との間の光学トレインの光特性が軸方向に対称であり、光学トレインがソースからの複数のＸ線をコリメートするように構成されると仮定すると、δは、Ｘ線光学トレインの点広がり関数の全幅半値（ＦＷＨＭ）である。
【００４６】
複結晶モノクロメータを通過するＸ線エネルギー帯域幅△Ｅは、次式でほぼ与えられる。
【数３】
2017523386.tif 000005
ここで、Ｅは、複結晶モノクロメータ１３０の後のモノクロＸ線ビームのＸ線エネルギーであり、ｃｏｔ（θ）は、ブラッグ角（入射Ｘ線束と結晶ブラッグ面との間の角度）のコタンジェントである。
【００４７】
本発明の様々な実施形態は、明るい直線累積Ｘ線ソースをもつ大きいフラックスＦ、小さい点広がり関数及びソースにより生成される複数のＸ線の集合体の大きな立体角をもつＸ線ミラーレンズを備える高性能Ｘ線光学トレイン、その回折効率の製品の大きい値を提供する複結晶モノクロメータ、及びｃｏｔ（θ）△θ1を取得するよう設計され、その一方、所望のエネルギー帯域幅△Ｅを実現する。Ｘ線ソース
【００４８】
直線累積Ｘ線ソースの様々な実施形態は、複数のＸ線サブソースを備え、ダイヤモンド又はベリリウム等の、高熱伝導率をもつ低原子番号の材料の基板（第１の材料）と、スペクトル特性及びＸ線発生効率等のＸ線発生特性のために選択され、１０マイクロメートルを下回る少なくとも１つの寸法をもつ銅、モリブデン、又はタングステン等のＸ線発生材料（第２の材料）とを備える少なくとも１つのターゲットを備え得る。いくつかの実施形態において、複数のターゲットの熱伝導率は、基板材料の熱伝導率により主に決定され、ゲルマニウム及び鉛等のそうでなければ、従来技術で用いられる連続した単材料ターゲットにおける複数のＸ線ターゲット材料として適当ではない、より低い熱伝導性をもつ複数のＸ線発生材料を用いることを可能とするが、その結果として、複数の特性Ｘ線ラインを生成するために用いられる複数の材料に対するより多くの選択肢を可能にする。
【００４９】
図４は、高Ｘ線輝度を提供する本発明のいくつかの実施形態において用いられ得る直線累積Ｘ線ソースの一部の一実施形態を模式的に示す。このソースにおいて、複数のＸ線発生特性のために選択される複数のＸ線発生材料を備える６個の離散した複数の微細構造２７０１、２７０２、２７０３、２７０４、２７０５、２７０６が、基板２０００に埋め込まれ、又は埋設され、棚状部２００２により基板２０００の凹端部２００３において又は近くに構成され、棚状部２００２では基板の材料は、低い平均原子番号、高熱伝導率、及び高融点を有する。Ｘ線発生の複数の微細構造２７０１、２７０２、２７０３、２７０４、２７０５、２７０６は、予め定められた軸３０００に沿って直線配列で配置され、複数の電子１１１で衝撃を与えられる場合に、複数のＸ線２８８８−Ｄを放出する。軸３０００の発散角ψの範囲内の方向に沿って、６個のサブソースで生成される複数のＸ線が累積し、単一のサブソースから生成されると思われる。角度範囲は、Ｘ線発生領域６＊（ｌ＋ｄ）の全長で割ったＤ及びＷのより小さい値にほぼ限定される。
【００５０】
（ターゲットの面法線に沿った）バーＤの厚みは、最適な熱性能のために基板へ侵入する入射電子の深さの１／３から２／３の間となるよう選択されるが、それはより大きくも、小さくもなり得る。選択された値は、その方向に沿ってソースサイズを判断する。その選択は、電子ビームの侵入はエネルギーと共に増加するので、加速電圧にも依存する。バーの幅Ｗは、対応する方向において所望のソースサイズを得るように選択される。ＷはおよそＤの１．５倍であることが図４において例示されているが、所望のソーススポットのサイズに応じて、実質的にそれより小さくも、大きくもなり得る。
【００５１】
図４において、離散した複数の微細構造２７０１、２７０２、２７０３、２７０４、２７０５、２７０６のそれぞれは、軸３０００に沿って等しい長さｌを有するよう示されている。６個の離散した複数の微細構造全ての全長、６ｌは、２Ｌまでに一般に設定され、ここでＬは、対象のＸ線エネルギーのための離散した複数の微細構造の複数の材料のＸ線線形減衰長であるが、０．５Ｌから４Ｌまでの値も選択され得る。２個の隣接する離散した微細構造間の基板材料の厚みは、好ましくは０．５ｌから３ｌまでの間の値であり、基板と離散した複数の微細構造との複数の材料の相対熱伝導率及び質量密度、対象のＸ線エネルギーでの基板のＸ線線形減衰長、及び所望の発散角ψを考慮することにより最適化される。
【００５２】
本発明の直線累積ソースの１つの実施形態において、入射電子ビームは、離散した複数の微細構造を含む基板の領域を一様に照射する。このケースにおいて、材料における電子エネルギー堆積速度は、質量密度に比例するので、２個の隣接する離散した微細構造の間の基板に堆積されるエネルギー及び離散した複数の微細構造に堆積されるエネルギーの比は、これらの質量密度の比にほぼ等しい。本発明の別の好ましい実施形態は、入射電子ビームは、空間的に変調され、これによりその大部分が離散した複数の微細構造に入射する。このことにより、Ｘ線発生に対する入射電子エネルギーが効率的に用いられ、基板における電子エネルギー堆積が低減され、離散した複数の微細構造の熱放散が改善される。
【００５３】
離散した複数の微細構造のそれぞれは、離散した複数の微細構造２７０１−２７０６から離れて基板の中への熱伝導を向上させる、基板の中へと熱を伝える５つの面を有する。例示されたように、微細構造の６つの面のうち５つは、基板と密接に熱的接触しているが、生じることが予想される適切な熱伝導は、微細構造の表面積の半分又はそれ以上で基板と密接に熱的接触する。例示されたように、複数のサブバー間の分離は距離ｄで、およそlに等しいが、上述されたように、より大きい又はより小さい寸法も用いられてもよい。
【００５４】
例示されたように棚状部の端部とＸ線発生材料の端部との間の距離ｐはおよそＷに等しいが、対象のＸ線エネルギーに対する基板材料の複数のＸ線再吸収特性と、基板及び離散した複数の微細構造の複数の材料の複数の相対的な熱特性と、電子で衝撃を与えられた場合に発生が予想される熱量とに応じて、端部２００３と同一平面を成すところ（ｐ＝０）から最大５ｍｍまで、任意の値になるよう選択されてもよい。 例えば、いくつかの実施形態において、距離ｐのＸ線透過率は、５０％を上回ることが概して好ましくあり得る。生成される複数のＸ線は、アノードの側から収集され、最も好ましくは、（Ｘ線ビーム光軸とアノード表面との間の角度として定義される）０°に近い取り出し角で収集される。
【００５５】
図４で示されている離散した複数の微細構造は矩形バーの形状をしており、等しいサイズを有するが、他の任意の数の形状及びサイズが、複数のサブソースからの直線累積設計の原則を用いて高いＸ線ソース輝度を実現するために用いられ得、立方体、矩形ブロック、規則的なプリズム、右直角プリズム、梯形プリズム、球形、卵形、樽形目的物、円筒、三角プリズム、錐体、四面体、又は表面積を向上させる複数の表面性状又は複数の表面構造をもつものを含む他の特に設計された形状等のそれぞれのサブソースのＸ線発生材料の熱放散特性を改善するために基板に埋め込まれ、又は埋設される離散した複数の微細構造を用いることは、最も良く高輝度の複数のＸ線を生成し、又効率的に熱を分散させる。更に、複数のサブソースのそれぞれにおけるＸ線発生材料は、単一の一様の材料であり得るが、Ｘ線発生材料の更なるより良い複数の構造を備え得る。
【００５６】
図５は、図４の離散した複数の微細構造の代わりに単一の微細構造２７００を備える本発明の一実施形態を模式的に示す。この例示では、微細構造２７００の基板への幅Ｗ及び深さＤは、図４と同じであるが、微細構造２７００の累積長さＬは、６ｌと等しい。換言すれば、図４及び図５においてＸ線発生材料の体積は同じであり、複数のＸ線の類似の体積が、電子ビーム１１１の類似の励起により生成され得る。図４に対してＤ，Ｗ、Ｌ，及びｐの類似の設計考慮がここで適用される。
【００５７】
図６において、本発明のいくつかの実施形態において用いられ、基板１０００−Ｒに埋め込まれる複数の微細構造７００−Ｒの２次元配列を備えるソースターゲット１１００−Ｒのばらつきが示されている。これは、図４で示される複数の微細構造の１次元配列と類似した原則で機能する。複数の微細構造７００−Ｒのそれぞれは、電子ビーム１１１により衝撃を与えられる場合に、複数のＸ線のサブソースとして動作する。示されている複数の微細構造７００−Ｒは、基板１０００−Ｒに形成される棚状の凹み部１００２−Ｒの端部１００３−Ｒの近くに配置される。基板の高熱伝導率と、離散した複数の微細構造の小さい寸法の組み合わせにより、熱が効率的にＸ線発生材料から排除されることが可能になり、次に、より高い電子密度及び／又はより高い複数のエネルギー電子をもつ離散した複数の微細構造の衝撃が可能になり、特に０度に近い複数の取り出し角に沿って、より大きなＸ線輝度及びフラックスをもたらす。
【００５８】
「離散した微細構造」という単語が本明細書で用いられるとき、Ｘ線発生材料、好ましくは１００μｍより小さい少なくとも１つの寸法を有する複数の微細構造を特に指していることも、ここで留意されるべきである。同様に、「離散した微細構造」という単語が用いられているが、１ミクロンより小さい寸法、又はナノスケール寸法と同じくらい小さい寸法（すなわち、１０ｎｍより大きい）のうちの少なくとも１つをもつ複数のＸ線発生構造も、複数の特性が様々な実施形態において示されているサブソースサイズ及び複数のピッチに対する幾何学的因子と一貫している限り、本明細書で用いられる「離散した複数の微細構造」という単語により説明され得ることが留意されるべきである。
【００５９】
本明細書で「サブソース」という単語が用いられるとき、それは、Ｘ線発生材料の単一の離散した微細構造、又は単一電子ビームにより照射される複数のＸ線発生材料のより小さい複数の微細構造の集合を指し得ることも、留意されるべきである。
【００６０】
ターゲットにおいて用いられるＸ線発生材料は、ソースにかかるより高い電子パワーがＸ線発生を増加させることを可能にすべく、高融点及び高熱伝導率等、複数の良好な熱特性を有するべきである。Ｘ線発生材料は、複数の良好なＸ線発生特性のために付加的に選択されるべきであり、このことは、（その原子番号に比例する）Ｘ線発生効率を含み、いくつかのケースにおいては、特性Ｘ線スペクトルライン等の特定の対象のスペクトルを生成することが望ましくあり得る。例えば、複数のターゲットが、原子番号が７４である、タングステンを用いてしばしば製造されるが、その効率的Ｘ線発生とその高熱伝導率とが理由である。
【００６１】
図７は、共通の基板２２３０を共有する複数のターゲットをもつ２個のサブソースを備える、本発明の様々なＸ線ソースの実施形態において用いられる直線累積Ｘ線ソースの一実施形態を模式的に示す。基板は、低原子番号で、低質量密度で、高熱伝導率で、及び高融点である第１の材料であり得、第１の材料は、２個のサブソースを接続する軸３００１に沿って複数のＸ線の直線累積を増加させるよう位置合わせされる。この実施形態において、ソースは、２個の電子ビーム１２３１及び１２３２を有し、２個の電子ビーム１２３１及び１２３２は、共通の基板２２３０上でコーティングされているそれぞれのＸ線発生材料２２３１及び２２３２に衝撃を与え、それぞれＸ線８３１及び８３２を生成するよう制御される。
【００６２】
複数のＸ線発生材料は、所望のスペクトルの複数のＸ線を効率的に生成するために十分に厚みがあるが、所望の複数のＸ線の高透過のために十分に薄い。根本原則は、特により高いエネルギーの複数のＸ線について、電子侵入深さは、Ｘ線線形減衰長より典型的にかなり小さい。複数のＸ線発生材料２２３１及び２２３２の厚みは、複数のＸ線発生材料２２３１及び２２３２内へ侵入する入射電子ビームの深さを下回る、あるいは匹敵するように典型的に選択されるが、より大きい値が用いられ得る。例示されたように、面法線に対して斜めに衝撃が生じる場合、入射角はコーティング厚の選択にも影響を与え得る。電子ビーム１２３１、１２３２及び１２２２に対するターゲット２２０３及び２２０４の傾きは約４５°に示されているが、Ｘ線が生成されることを可能にする０°から９０°までの任意の角度が用いられ得る。
【００６３】
共通の基板２２３０の材料は、ダイヤモンド、ダイヤモンド様材料、ベリリウム、及び炭化ケイ素等の高熱伝導率をもつ低原子番号の材料の材料から典型的に選択される。共通の基板の厚みは、対象のＸ線エネルギーに関して高Ｘ線透過を有するように選択され、しばしば５０％を上回る。２個のサブソースの間の距離は、概して入射電子ビームサイズより大きい。
【００６４】
複数のサブソースのアノードのうちの１又は複数が、１又は複数の電子ビームの衝突区域において非常に薄い基板又は均一に０の厚みを有することが可能である。複数のサブソースの複数のアノード（基板のある又は無い）は、入射電子ビーム又はＸ線ソースサイズより適度に大きい開口をもつサポートフレーム上で支持されることが典型的である。サポートフレームは、高熱伝導率を典型的に有し、当業者によく周知である複数の技術を用いて冷却され得る。いくつかの実施形態において、基板又はフレームがダイヤモンドで作成され、減少する温度をもつダイヤモンドの向上された熱伝導率を用いる場合に、フレームは、マイナスセ氏９０度の温度まで冷却される。
【００６５】
図７で、Ｘ線サブソース２２３１及び２２３２は、単一の材料層を備える複数の広域ターゲットとして示されているが、他の複数の実施形態において、単一の材料層ターゲットのうち少なくとも１つは、図８で例示されているもの等の、共通の基板２２３０に埋め込まれ、又は埋設されている複数のＸ線発生材料の離散した複数の微細構造を備える領域と置き換えられ得る。この図において、複数の微細構造の複数のセット２１５１及び２１５２の中の離散した複数の微細構造のそれぞれは、Ｘ線サブソースを動作し、それぞれ、電子ビーム１２５１及び１２５２により照射される場合に、Ｘ線８５１及び８５２をそれぞれ発生させる。軸３００２−３００５に沿って互いに位置合わせされる場合に、これらも、図７で例示されているソースと同じ原則上で動作する広域ビーム形状をもつより高い輝度のＸ線ビームを生成する。
【００６６】
図９は、本発明の様々な実施形態において用いられている、それぞれの基板の両側で製造され、予め定められた軸に沿って位置合わせされる、Ｘ線発生材料をもつ複数のターゲット２８０１、２８０２及び２８０３を備える直線累積Ｘ線ソースの更に別の実施形態を模式的に示す。複数の画像処理レンズ（２８２１又は２８３１）は、異なる基板上で、１つのサブソース、例えば、２８８３から、別のサブソース、例えば、２８８２に、複数のＸ線を収集し、映し出し、これにより、２個のサブソースからの複数のＸ線は、軸に沿って見られる場合に、２８８２において単一のサブソースから生じると思われる。この様式でＸ線発生の複数のソースを位置合わせすることにより、複数のＸ線の直線累積とより高い輝度が実現され得る。示されたように、複数のサブソースのそれぞれは、電子ビーム（１１８１、１１８２、１１８３、１１８４、１１８５、及び１１８６）を有し、Ｘ線発生材料を備えるターゲット（それぞれ、２８８１、２８８２、２８８３、２８８４、２８８５、２８８６）に対応する。Ｘ線ターゲットは、図７で例示されたように、そのそれぞれの基板上に堆積されるＸ線発生材料の層であり得、又は図８で例示されたように、そのそれぞれの基板と密接に熱的接触して（埋め込まれる、又は埋設される等）製造される離散した複数の微細構造を備える。
【００６７】
複数のサブソースの輝度を保持するために、生成された複数のＸ線を収集するＸ線画像処理レンズは、２個のサブソースの効果的なソースサイズを下回る点広がり関数、２個のサブソースが異なる複数のソースサイズを有する場合、より小さいものを有し得る。Ｘ線画像処理レンズ２８３１及び／又は２８３２の収束効率は、５０％を上回るように設計され得る。１つのサブソースにより生成される複数のＸ線を収集し、それらを次のサブソースに中継するこれらのＸ線ミラーの複数の表面形状は、所望のＸ線エネルギーをもつ複数のＸ線が、所望のＸ線エネルギーでミラー表面材料の全反射のための臨界角より小さい又は等しいグレージング角でＸ線ミラー表面に入射するように設計され得る。ミラー表面材料は、ガラス、又は直線累積Ｘ線ソースからより多くのＸ線を収集する全反射のため、臨界角を増加させる高質量密度材料の何れかでコーティングされ得る。反射面の材料は、与えられた測定に対して対象のＸ線スペクトルにおいて複数のＸ線吸収端をもつ複数の要素を含まないことが重要である。複数のＸ線を収集し、焦点を合わせる典型的な複数のミラーは、楕円面に対応する複数の表面であり得るが、複数のウォルターレンズの組み合わせを用いるもの、又は複数のポリキャピラリレンズを用いるもの等の、複数のＸ線を収集し、焦点を合わせる他の複数の表面構成又は複数の光設計も、当業者に公知であろう。
【００６８】
図９は、複数のターゲットが３つの別の基板上に製造され、２個のサブソース毎に共通の基板を共有し、それぞれは対応する電子ビームにより照射されるが、Ｘ線発生材料の任意の数の領域はこの様式で位置合わせされ得、直線累積のある高輝度Ｘ線ソースを生成する６個のＸ線サブソースを示す。この直線累積方法は、何度も繰り返され得、位置合わせの軸に沿ってより高いソース輝度を得る。軸に沿って少なくとも一方向において基板を及び複数のＸ線発生材料含む複数のＸ線ターゲットは、対象のＸ線エネルギーに対して好ましくは５０％を上回る高Ｘ線透過を有するように選択される。
【００６９】
複数のサブソースのアノードのうちの１又は複数が、１又は複数の電子ビームの衝突区域において非常に薄い基板又は均一に０の厚みを有することが可能である。いくつかの実施形態において、複数のサブソースの複数のアノード（基板のある又は無い）は、入射電子ビーム又はＸ線ソースサイズより適度に大きい開口をもつサポートフレーム上で支持される。サポートフレームは、高熱伝導率を有し得、当業者に公知である複数の技術を用いて冷却され得る。基板又はフレームがダイヤモンドで作成され、減少する温度をもつダイヤモンドの向上された熱伝導率を用いる場合に、フレームは、マイナスセ氏９０度の温度まで冷却されることが好ましい。
【００７０】
いくつかの実施形態において用いられている直線累積ソースターゲットの複数の材料の選択は、基板（第１の材料）は、ダイヤモンド又はベリリウム等の、高熱伝導率をもつ低原子番号の材料であり、複数のサブソースの材料（第２の材料）は、複数のスペクトル特性及びＸ線発生効率等の複数のＸ線発生特性のために選択され、銅、モリブデン、及びタングステンを含み得る（しかしこれらに限定されない）ようにされる。いくつかの実施形態において、複数のターゲットの熱伝導率は、基板材料の熱伝導率により主に決定され、ゲルマニウム及び鉛等のそうでなければ、従来の連続した複数の単材料ターゲットにおける複数のＸ線ターゲット材料として適当ではない、より低い熱伝導性をもつ複数のＸ線発生材料を用いることを可能とするが、その結果として、より多くの要素が、複数の特性Ｘ線ラインを生成するために利用可能であることを可能にする。
【００７１】
複数のシステムが、特にＥＸＡＦＳ測定において、Ｘ線発生材料及び基板材料を含む、ソースから試料までのＸ線ビーム経路における全ての材料が、対象のスペクトル領域における複数のＸ線を吸収する要素を全く含まないか無視できる量を含むように概して設計される。作成される複数のＸ線発生材料が、予め定められたＸ線エネルギー範囲をカバーするように選択され得る。
【００７２】
図１から図９までで示されている複数のアノードターゲットは、当該技術分野で公知である、水冷却、熱電冷却、及び／又はヒートパイプ等の複数の方法を用いて冷却され得、それらの方法は、アノードの熱性能、従ってＸ線ソースの輝度を増加させるためにも用いられ得る。
【００７３】
電子ビームを発生させる任意の数の従来技術の技法が、本明細書に開示された線形減弱Ｘ線ソースの本発明の複数の実施形態に用いられ得る。電子ビーム発生に用いられる公知技術の一部は、熱電子放出のためのフィラメント加熱、ショットキー放出（加熱と電界放出との組み合わせ）、カーボンナノチューブ等のナノ構造を有する複数の放出器、複数の強誘電体材料を用いることを含む。「電子ビーム発生のための電子放出の選択肢についての詳細は、ヤマモトシゲヒコ氏の報告『真空電子ソースの基本的物理（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  ｖａｃｕｕｍ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｓｏｕｒｃｅｓ）』Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、ｖｏｌ．６９、ｐｐ．１８１‐２３２（２００６年）を参照。」電子ビームのサイズは、所望されるＸ線ソースサイズにより最適化されることが好ましい。
【００７４】
本発明のいくつかの実施形態において、予め定められた特性（電子エネルギー、電流、及び焦点サイズ）をもつ１又は複数の電子ビームを提供することに加えて、それぞれの電子ビームをそれぞれのＸ線ターゲット上のこれらの所望の位置に制御し、方向付け得る複数の電子光学システムも存在し得る。Ｘ線光学トレイン
【００７５】
Ｘ線吸収分光法システムの様々な実施形態は、Ｘ線光学トレインを備え、直線累積Ｘ線ソースからの複数のＸ線の一部を収集し、次にその複数のＸ線をスペクトル的にフィルタリングし、コリメートし、又は焦点を合わせ、分析される試料に入射するＸ線ビームを生成する。複数のレンズが、軸方向に対称であり得、反射されない複数のＸ線を吸収する吸収ビームストップ、スリット、又は開口部の何れかも有し得ることが、以下の複数の図面における複数の断面図として複数の光学トレインの複数のばらつきにおいて例示されていることが留意されるべきである。しかしながら、複数のＸ線光学トレインの他の複数の設計が、当業者にとって公知であり得る。
【００７６】
本明細書に開示されている本発明の複数の実施形態において用いられ得るもの等の複数の光学トレインは、同時係属中の『高フラックス及び高フラックス密度をもつＸ線照射器（Ｘ−ＲＡＹ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＯＲＳ  ＷＩＴＨ  ＨＩＧＨ  ＦＬＵＸ  ＡＮＤ  ＨＩＧＨ  ＦＬＵＸ  ＤＥＮＳＩＴＹ）』という名称の米国特許出願（米国特許出願第１４／５４４，１９１号、２０１４年１２月５日出願）に詳細に説明されており、その内容は仮出願に沿ってその中に組み込まれ、利益を主張し、これによりその全体を参照によって組み込まれたものとする。
【００７７】
光学トレインの光学要素の開口数を改善するため、本発明のいくつかの実施形態は、反射表面上で複数のコーティングを用い得る。これらのコーティングは、好ましくは、白金、イリジウム、又は金等の高密度材料（２．５ｇ／ｃｍ３より大きい）であり、典型的に厚みは約数オングストロームから数ナノメートルである。そのような複数の高密度のコーティングは、反射に対してより大きい臨界角を提供し、より多くのＸ線を収集することが可能になる。代替的に、２又はそれより多くの材料の、複数の交番する周期層を用いて複数のＸ線を反射する複数の多層コーティングは、特定の複数の波長に対する反射において構成的な干渉を提供する。反射効率は、複数のＸ線の波長及び入射角、並びに複数の交番する層の厚みに依存し、この反射効率は広帯域リフレクタとしての使用を制限してきたが、特定の複数の波長が所望される場合、用いられ得る。複数の多層膜反射鏡に用いられ得る複数の組み合わせは、炭化タングステン（Ｗ／Ｃ）、二ケイ化タングステン（Ｗ／ＷＳｉ２）、ケイ化モリブデン（Ｍｏ／Ｓｉ）、炭化ニッケル（Ｎｉ／Ｃ）、クロム／スカンジウム（Ｃｒ／Ｓｃ）、及びランタン／炭化ホウ素（Ｌａ／Ｂ４Ｃ）、及びケイ化タンタル（Ｔａ／Ｓｉ）、及びその他である。表面は、合金又は複数の材料の混合物を備える複合コーティングでもあり得る。
【００７８】
いくつかの実施形態において、複数のレンズは、更に入れ子構造（互いの内で同心円状）であり得、複数のＸ線をより大きく収集することを可能にし、それはＸ線天文学において一般的に用いられる複数の非軸対称ミラーと典型的である。
【００７９】
図１０及び図１１は、コリメートされた高輝度Ｘ線ビームを生成する複数の光学トレイン構成要素の複数のばらつきを模式的に示す。図１０は、内側の反射面が放物体３０１０の一部に対応するＸ線ミラー３０２０の断面図を示す。それは、焦点３０５０が直線累積Ｘ線ソースの中央に配置されるように概して構成され、その軸は、図４において軸３０００により例示されたような、直線累積Ｘ線ソースの軸に沿って位置合わせされる。Ｘ線ミラー３０２０は、ソースからの複数のＸ線を収集し、コリメートされたＸ線ビームを生成する。ソースは、完璧な点光源ではないので、コリメートされたビームの角度輻輳は、ソースとＸ線ミラー３０２０の入射との間の距離で割られた見かけの直線累積Ｘ線ソースとほぼ等しい。
【００８０】
Ｘ線ミラーの表面形状は、所望のＸ線エネルギーをもつ複数のＸ線が、所望のＸ線エネルギーでミラー表面材料の全反射のための臨界角より小さい又は等しいグレージング角でＸ線ミラー表面に入射するように設計され得る。ミラー表面材料は、ガラス、又は直線累積Ｘ線ソースからより多くのＸ線を収集する全反射のため、臨界角を増加させる高質量密度材料の何れかでコーティングされ得る。ミラー表面は、適切な組成物、ｄ間隔勾配、及び光軸に沿った適切なｄ間隔勾配の多層でもコーティングされ得、直線累積Ｘ線ソースからのＸ線収集の立体角を増加させ、狭いスペクトルをもつＸ線ビームを取得する。
【００８１】
図１１は、本発明の複数の実施形態において用いられ得、コリメートされた高輝度Ｘ線ビームを生成する別の光学トレインの断面図を模式的に示す。この例における光学トレインは、ウォルターＩ型反射レンズを備え、ウォルターＩ型反射レンズは、楕円面に対応する第１構成要素３０４０と、双曲面に対応する第２構成要素３０４０を有する。両方の構成要素は、同軸となるように位置合わせされ、楕円形Ｆｅ１の焦点のうちの１つは、双曲線Ｆｈ１の焦点の１つに対応している。
【００８２】
本発明の複数の実施形態において、ウォルターＩ型鏡は、焦点Ｆｈ１が、直線累積Ｘ線ソースの中央に配置されるように典型的に構成され、その光軸は、図４において軸３０００により例示されたような、直線累積Ｘ線ソースの軸に対応するように位置合わせされる。図１０の放物線レンズに類似して、散乱面においてコリメートされたビームの角度輻輳は、試料の臨界角より小さいことが好ましい。
【００８３】
複数のＸ線レンズの複数の傾斜及び複数の表面形状は、所望のＸ線エネルギーをもつ複数のＸ線が、所望のＸ線エネルギーで全体のためのミラー表面材料の臨界角より小さい又は等しい複数のグレージング角でＸ線ミラー表面に入射するように設計される。一方又は両方のミラー構成要素の表面物質は、ガラス、又は材料の密度の平方根に比例する全反射のため、臨界角を増加させる高質量密度材料の何れかでコーティングされ得る。ミラー表面は、適切な組成物、ｄ間隔勾配、及び光軸に沿った適切なｄ間隔勾配の多層でもコーティングされ得、直線累積Ｘ線ソースからのＸ線収集の立体角を増加させ、狭いスペクトルをもつＸ線ビームを取得する。図１０で例示されている単一の放物面ミラーと比較すると、図１１で例示されているウォルターＩ型鏡は、直線累積Ｘ線ソースからの複数のＸ線を収集する立体角の４倍までの角度を有し得、より大きなＸ線束をもつコリメートされたＸ線ビームをもたらす。
【００８４】
Ｘ線光学トレインは、薄箔スペクトルフィルタ等の、従来技術で公知であるコリメートされたＸ線のエネルギースペクトルを狭めるスペクトルフィルタリング構成要素を更に備え得る。更に、それは、１又は複数の開口部又は１又は複数のスリットも妥協し得、当業者には公知であろう所望のビーム形状及びサイズを取得する。
【００８５】
複数のコリメートレンズに加えて、複数の実施形態の光学トレインのための複数のレンズの複数のばらつきも、複数の集束レンズを用い得る。複数のコリメートレンズのように、全ての光ミラー表面材料が、ガラス、又は高質量密度材料の何れかでコーティングされ得ることが留意されるべきである。ミラー表面は、適切な組成物、ｄ間隔勾配、及び光軸に沿った適切なｄ間隔勾配の多層でもコーティングされ得、直線累積Ｘ線ソースからのＸ線収集の立体角を増加させ、狭いスペクトルをもつＸ線ビームを取得する。
【００８６】
図１２は、Ｘ線ソース３０８を備える本発明の一実施形態の一部を示し、Ｘ線ソース３０８は、ターゲット１１００を用い、ターゲット１１００は、基板１０００及び複数の微細構造１７００を備え、複数の微細構造１７００は、複数の電子１１１により衝撃を与えられ、複数の高輝度Ｘ線８８８を生成する。これらのＸ線は、ウィンドウ１０４１を通ってソースを出て、ソース３０８において複数のＸ線の直線累積の軸に対応する同じ軸３００９に沿って位置合わせされ、ウォルターＩ型レンズの形状である光学要素３０３０及び３０４０を備える光学トレインに入る。示された光学トレインは、ビームストップ１８５４も備え、これにより光学トレインの出力は、コリメートされたＸ線ビーム８８９である。
【００８７】
図１０で例示されている単一の放物面ミラーと比較すると、ウォルターＩ型鏡は、直線累積Ｘ線ソースからの複数のＸ線を収集する立体角の４倍までの角度を有し得、より大きなＸ線束をもつコリメートされたＸ線ビームをもたらす。図１２で示されている複数のレンズは、ウォルターＩ型レンズであるが、複数の放物面光学要素又は複数のポリキャピラリレンズ等他の複数の光学要素が、これらの構成がコリメートされた又はほぼコリメートされたビームを生成する場合に、本発明の類似の複数の実施形態において用いられ得る。
【００８８】
複数のＸ線ミラーの複数の表面形状は、所望のＸ線エネルギーをもつ複数のＸ線が、所望のＸ線エネルギーでミラー表面材料の全反射のための臨界角より小さい又は等しいグレージング角でＸ線ミラー表面に入射するように設計され得る。ミラー表面材料は、ガラス、又は直線累積Ｘ線ソースからより多くのＸ線を収集する全反射のため、臨界角を増加させる高質量密度材料の何れかでコーティングされ得る。Ｘ線モノクロメータ
【００８９】
図３において例示されたように、コリメートされたＸ線ビームが形成されると、コリメートされたＸ線ビームはモノクロメータに入り、エネルギー帯域幅を低減させる。典型的に用いられる１つの例が、複結晶モノクロメータである。複結晶モノクロメータは、当該技術分野で公知である任意の数のモノクロメータであり得る。複結晶モノクロメータは、２個の個々の単結晶を備え得、これらのそれぞれの回折面は、互いに平行に位置合わせされている。代替的に、それは、モノリシック単結晶を用いて形成されるチャンネルカットモノクロメータであり得る。適当な結晶材料は、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、及びインジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）を含む。予め定められたエネルギースペクトル範囲に対する予め定められたスペクトル帯域幅の適当な結晶回折面は、公知技術を用いて選択され得る。
【００９０】
図１３は、試料２４０に対してＸＡＦＳを行う本発明の一実施形態を模式的に示す。図１２のように、Ｘ線吸収分光装置は、直線累積Ｘ線ソース３０８を備え、直線累積Ｘ線ソース３０８は、複数の高輝度Ｘ線８８８を発生させ、複数の高輝度Ｘ線８８８は、ターゲット１１００の複数の電子１１１との衝撃を用い、ターゲット１１００は、複数の微細構造１７００をもつ基板１０００を備え、複数の微細構造１７００は、Ｘ線発生材料を備える。示されたように、Ｘ線発生のソースは、第１放物面Ｘ線ミラー３０２６の軸と一致する予め定められた軸に沿って生じ、第１放物面Ｘ線ミラー３０２６は、コリメートされたＸ線ビーム８８９を生成するよう適切に配置され、位置合わせされる。放物面の反射レンズが示されているが、レンズは、図１２に示されていたように、ウォルターＩ型レンズを、又はコリメートされたＸ線ビーム８８９を生成し得る任意の数の他のＸ線光学要素を代替的に備え得る。
【００９１】
コリメートされたＸ線ビーム８８９は、複結晶モノクロメータ３３３に次に入り、複結晶モノクロメータ３３３は、第１結晶３０５４を備え、第１結晶３０５４は、第２結晶３０５６の上で所望のスペクトル構成要素８８９−１を反射し、スペクトル帯域幅を更に制限し、予め定められたＸ線エネルギーをもつ単色化されたＸ線ビーム８８９−２を生成する。結晶モノクロメータは、ケイ素（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）の単結晶又は平行半導体結晶板が備えられる一般的なＵ形状（チャンネルカット）結晶等の、当該技術分野で公知である任意の種類であり得る。複結晶モノクロメータは、回転されてコリメートされたＸ線ビームのブラッグ角を変化させ、このことはブラッグ角を変化させることにより対象の複数のＸ線エネルギーを選択することを可能にする。一方又は両方のミラー構成要素の表面物質は、ガラス、又は直線累積Ｘ線ソースからより多くのＸ線を収集する全反射のため、臨界角を増加させる高質量密度材料の何れかでコーティングされ得る。反射面の材料は、与えられた測定にたいして対象のＸ線スペクトルにおいて複数のＸ線吸収端をもつ複数の要素を含まないことが重要である。
【００９２】
平面外方向における角度輻輳△θ２及びＸ線ソースサイズＳ２の両方は、複結晶モノクロメータのエネルギースペクトル帯域幅に影響を与えること無く第１式によって大きいＸ線束を取得するように、好ましくは大きくなり得ることが留意されるべきである。複数のＸ線ミラーの複数の表面形状は、所望のＸ線エネルギーをもつ複数のＸ線が、所望のＸ線エネルギーでミラー表面材料の全反射のための臨界角より小さい又は等しいグレージング角でＸ線ミラー表面に入射するように設計されている。ミラー表面材料は、ガラス、又は直線累積Ｘ線ソースからより多くのＸ線を収集する全反射のため、臨界角を増加させる高質量密度材料の何れかでコーティングされ得る。検出及び分析
【００９３】
図１３に示されるように、モノクロメータ３３３を出た後、本発明のいくつかの実施形態におけるモノクロＸ線ビーム８８９−２は、検討される試料２４０の上で直接方向付けられる。透過した複数のＸ線８８９−Ｘは、検出器２９０の上に次に落ち、検出器２９０は、これらのＸ線を検出し、複数の電気信号へと変換する。これらの電気信号は、複数の信号処理電子２９２による信号処理を次に受け、分析システム２９５において更なる分析を次に受け、分析システム２９５は、複数の結果を示すディスプレイ２９８も有し得る。
【００９４】
部分的に透過可能な検出器（不図示）が、試料２４０の前に配置され得、試料に入射するＸ線ビームを測定し、又は試料は、試料をビームの外に移動させ、入射Ｘ線束を測定し、次にビームへともどし、透過Ｘ線ビームを測定する電気機械ステージに取り付けられ得る。いくつかの実施形態において、更なる光学トレイン、フィルタ及び／又はモノクロメータが、試料の後であるが、検出器の前に配置され得、複数の背景Ｘ線を除去し、ノイズに対して信号を改善する。
【００９５】
光学トレインの複数の要素の動作、モノクロメータ３３３、及び試料２４０を保持しているステージは、特定のＸ線エネルギー設定と相関がある複数の電子信号が決定されることが可能となるよう調整され得る。複数の設定における複数のデータポイントもまた、ＸＡＦＳスペクトルを提供するために収集され得る。
【００９６】
様々な実施形態において、Ｘ線検出器２９０は、ガス充填比例計数管、電離箱、シリコンドリフト検出器、及びモノクロＸ線エネルギーの機能として試料を通過する複数のＸ線の強度を検出する技術で公知である他の複数のＸ線検出器を含み得る。更に、シリコンドリフト検出器等の分光器が、モノクロＸ線エネルギーの機能として試料からの蛍光性の複数のＸ線も検出するために用いられ得る。
【００９７】
本発明の複数の実施形態に対して他の複数の変形もまた存在する。更なる複数のスペクトルフィルタ又は複数のモノクロメータが、試料２４０と検出器２９０との間で用いられ得、検出のために試料２４０から出現する複数のＸ線の特定部分を選択する。このことは、透過したＸ線により生成される複数の信号を妨げ得る、試料２４０からのＸ線蛍光が多く存在する場合、特に有用であり得る。代替的に、図３において例示された第２の検出器が、試料２４０の裏側、又は表側から（Ｘ線ビームが試料を通過する前に）の何れかで、直接蛍光を検出するよう含まれ得る。調査中の材料及び調査中のスペクトルに応じて、そのような蛍光モニタも、入射Ｘ線強度のための独立したモニタとして機能し得る。
【００９８】
図１４は、更なる集束レンズ３０２１が、コリメートされたビーム８８９−２を収束Ｘ線ビーム８８７へと変換するモノクロメータ３３３の後に提供されるばらつきを示している。このことは、試料２４０上で探査される特定の位置のＸ線透過を可能にし、組成及び表面品質におけるいくつかのばらつきがある場合、所望され得る。同様に、焦点が合わせられたモノクロＸ線ビームが用いられる場合の試料の平行移動は、試料のミクロ的な組成についての情報を提供し得る。
【００９９】
試料の上で焦点が合わせられたＸ線ビームの固定位置を維持するため、複結晶モノクロメータは、複数のシンクロトロンＸ線吸収分光法施設で広く用いられている複数のモノクロメータに従って設計され得る。代替的に、チャンネルカット複結晶モノクロメータが用いられる場合に、試料は、電気機械システムにより移動され得、焦点が合わせられたＸ線ビームの位置を試料の上の同じスポットに固定されたままとする。限定及び拡張
【０１００】
本願をもって、発明者らによって意図される最良の形態を含む、本発明の複数の実施形態が開示されている。特定の複数の実施形態が示され得るが、いくつかの実施形態のためにのみ詳細に論じられた複数の要素は、他の複数の実施形態にも適用され得ることが認識されるであろう。参照により本願へと組み込まれる同時係属中の複数の出願における複数の要素もまた、本明細書に開示されている本発明の複数の実施形態へと組み込まれてもよい。
【０１０１】
特定の複数の材料、複数の設計、及び複数の構成が、本発明及び好ましい複数の実施形態を説明すべく示されたが、そのような説明は限定することを意図するものではない。複数の変形例及び複数の変更例は、当業者には明らかであり得て、本発明は、添付の特許請求の範囲に記載された範囲によってのみ限定されることが意図されている。
【０１０２】
本明細書で説明された全ての要素、部材、及び工程が含まれていることが好ましい。当業者には公知であるように、これらの要素、部材、工程のいずれも、他の複数の要素、複数の部材、複数の工程によって置き換えられ得るか、又は完全に削除され得ることが理解されるべきである。
【０１０３】
概して、本文書は少なくとも以下のことを開示している。本開示は、既存の複数の小型のシステムより数倍大きなＸ線束及び束密度を有する複数のＸ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ）測定のための複数のシステムを示している。これらのことは、Ｘ線吸収端近傍分光（ＸＡＮＥＳ）又は広域Ｘ線微細吸収構造（ＥＸＦＡＳ）分光法の実験用の及び現地適用にとって有用である。より高い輝度は、高熱伝導率を有する基板と密接に熱的接触して製造される複数のＸ線発生材料の位置合わせされた多数の複数の微細構造を備える複数のＸ線ターゲットのための複数の設計を用いることにより実現される。このことは、より高い電子密度及び／又はより高い複数のエネルギー電子での衝撃を可能にし、より大きなＸ線輝度及び高流量をもたらす。高輝度Ｘ線ソースは、複数のＸ線をコリメートするＸ線反射光学システム、及び露光量を選択するモノクロメータに次に連結される。複数の高流量モノクロＸ線を用いた複数の試料の吸収スペクトルは、複数の標準的な検出技術を用いて作成され得る。概念
【０１０４】
本文書は、少なくとも以下の概念も示している。  （概念１）  少なくとも１つの電子ビーム放出器と、少なくとも１つのアノードターゲットとを備え、
少なくとも１つのアノードターゲットは、第１の選択材料を備える基板と、その複数のＸ線発生特性に対して選択される第２の材料を備える離散した複数の微細構造とを備え、
上記離散した複数の微細構造のそれぞれは、上記基板と熱的接触し、
上記離散した複数の微細構造のうち少なくとも１つは、２０ミクロンより小さい少なくとも１つの寸法をもつ、
Ｘ線ソースと、
上記アノードターゲットにより生成される複数のＸ線を収集し、予め定められた複数のビーム特性をもつＸ線ビームを生成する光学トレインと、
調査される目的物を保持し、上記Ｘ線ビームが上記目的物に入射するように配置されるマウントと、
上記目的物を通過する複数のＸ線を測定する検出器と
を備える
Ｘ線吸収測定システム。
（概念２）  上記目的物に入射する上記複数のＸ線の上記強度を測定する検出器を更に備える、概念１に記載のシステム。
（概念３）  予め定められたエネルギー及び帯域幅の上記複数のＸ線にさらされる場合、上記目的物により放出されるＸ線蛍光の強度を測定する検出器を更に備える、概念１から２の何れか１つに記載のシステム。
（概念４）  上記モノクロメータの上記複数の設定と、上記目的物の上記位置及び回転とを調整する制御システムを更に有する、概念１から３の何れか１つに記載のシステム。
（概念５）  上記離散した複数の微細構造のうちの上記少なくとも１つのそれぞれの横寸法は、５０ミクロンより小さい、概念１から４の何れか１つに記載のシステム。
（概念６）  上記離散した複数の微細構造は、予め定められた軸に沿って直線配列で配置され、
上記光学トレインも、上記予め定められた軸に沿って位置合わせされる、
概念１から５の何れか１つに記載のシステム。
（概念７）  上記第１の選択材料は、ベリリウム、ダイヤモンド、グラファイト、ケイ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素、サファイヤ、及びダイヤモンド様炭素から成る群から選択される、概念１から６の何れか１つに記載のシステム。
（概念８）  上記第２の材料は、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、スズ、イリジウム、タンタル、タングステン、インジウム、セシウム、バリウム、金、白金、鉛、並びに、これらの組み合わせ及びこれらの合金から成る群から選択される、概念１から７の何れか１つに記載のシステム。
（概念９）  上記離散した複数の微細構造のサブセットは、そのＸ線発生特性のために選択された第３の材料を有する、概念１から８の何れか１つに記載のシステム。
（概念１０）  上記第３の材料は、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、スズ、イリジウム、タンタル、タングステン、インジウム、セシウム、バリウム、金、白金、鉛、並びに、これらの組み合わせ及びこれらの合金から成る群から選択される、概念９に記載のシステム。
（概念１１）  上記離散した複数の微細構造は、予め定められた数の上記離散した複数の微細構造により生成される複数のＸ線が、上記電子ビーム放出器からの電子ビームにさらされる場合に、上記離散した複数の微細構造から選択される上記離散した微細構造のうち予め定められた１つを通過するように配置される、概念１から１０の何れか１つに記載のシステム。
（概念１２）  複数の電子放出素子と、
それぞれの電子放出器が電子ビームを提供し、対応する複数のアノードターゲットに衝撃を与え、複数のＸ線を生成するように位置合わせされる複数のアノードターゲットであって、
上記複数のアノードターゲットは、複数のＸ線が生成される上記複数の位置が、予め定められた軸に沿って位置合わせされ、上記光学トレインも、上記予め定められた軸に沿って位置合わせされるように、位置合わせされる、
複数のアノードターゲットと
を備える
概念１から１１の何れか１つに記載のシステム。
（概念１３）  上記光学トレインは、二次曲面に対応する表面をもつＸ線リフレクタを有する、概念１から１２の何れか１つに記載のシステム。
（概念１４）  上記二次曲面は、楕円体、楕円面、放物体、双曲面、楕円柱、円柱、楕円錐、及び円錐から成る群から選択される、概念１３に記載のシステム。
（概念１５）  上記光学トレインは、ウォルターＩ型Ｘ線レンズを有する、概念１から１４の何れか１つに記載のシステム。
（概念１６）  上記予め定められたエネルギー帯域幅は、１０ｅＶより小さい、概念１から１５の何れか１つに記載のシステム。
（概念１７）  上記予め定められたエネルギー帯域幅は、１ｅＶより小さい、概念１６に記載のシステム。
（概念１８）  上記モノクロメータは、ケイ素、ゲルマニウム、フッ化リチウム、及びインジウムアンチモンから成る群から選択される材料を備えるチャンネルカット結晶を備える、概念１から１７の何れか１つに記載のシステム。
（概念１９）  上記モノクロメータは、複結晶モノクロメータを有する、概念１から１８の何れか１つに記載のシステム。
（概念２０）  少なくとも１つの電子ビーム放出器と、少なくとも１つのアノードターゲットとを備え、
少なくとも１つのアノードターゲットは、第１の選択材料を備える基板と、その複数のＸ線発生特性に対して選択される第２の材料を備える、少なくとも１つのＸ線発生構造とを備える、
高輝度Ｘ線ソースと、
上記アノードターゲットにより生成される複数のＸ線を収集し、コリメートされたＸ線ビームを生成する光学トレインと、
上記コリメートされたＸ線ビームから、予め定められたエネルギー及び予め定められたエネルギー帯域幅の複数のＸ線を選択するＸ線モノクロメータと、
調査される目的物を保持し、予め定められたエネルギー及び帯域幅の上記複数のＸ線が上記目的物を通過するように配置されるマウントと、
上記目的物を通過する上記複数のＸ線を測定する検出器と
を備える
Ｘ線吸収微細構造測定システム。
【図１】
2017523386.tif 000006
【図２】
2017523386.tif 000007
【図３】
2017523386.tif 000008
【図４】
2017523386.tif 000009
【図５】
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【図６】
2017523386.tif 000011
【図７】
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【図８】
2017523386.tif 000013
【図９】
2017523386.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
2017523386.tif 000016
【図１２】
2017523386.tif 000017
【図１３】
2017523386.tif 000018
【図１４】
2017523386.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月27日(2016.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電子ビーム放出器と、少なくとも１つのアノードターゲットとを備え、
少なくとも１つのアノードターゲットは、第１の選択材料を備える基板と、その複数のＸ線発生特性に対して選択される第２の材料を備える離散した複数の微細構造とを備え、
前記離散した複数の微細構造のそれぞれは、前記基板と熱的接触し、
前記離散した複数の微細構造のうち少なくとも１つは、２０ミクロンより小さい少なくとも１つの寸法をもつ、
るＸ線ソースと、
前記アノードターゲットにより生成される複数のＸ線を収集し、予め定められた複数のビーム特性をもつＸ線ビームを生成する光学トレインと、
調査される目的物を保持し、前記Ｘ線ビームが前記目的物に入射するように配置されるマウントと、
前記目的物を通過する複数のＸ線を測定する検出器と
を備える
Ｘ線吸収測定システム。
【請求項２】
前記目的物に入射する前記複数のＸ線の強度を測定する検出器を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
予め定められたエネルギー及び帯域幅の前記複数のＸ線にさらされる場合、前記目的物により放出されるＸ線蛍光の強度を測定する検出器を更に備える、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
モノクロメータ及び制御システムを更に備え、
前記制御システムはモノクロメータの複数の設定と、目的物の位置及び回転とを調整するように設計される
請求項１から３の何れか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記離散した複数の微細構造のうちの前記少なくとも１つのそれぞれの横寸法は、５０ミクロンより小さい、
請求項１から４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記離散した複数の微細構造は、予め定められた軸に沿って直線配列で配置され、
前記光学トレインも、前記予め定められた軸に沿って位置合わせされる、請求項１から５の何れか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の選択材料は、ベリリウム、ダイヤモンド、グラファイト、ケイ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素、サファイヤ、及びダイヤモンド様炭素から成る群から選択される、請求項１から６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の材料は、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、スズ、イリジウム、タンタル、タングステン、インジウム、セシウム、バリウム、金、白金、鉛、並びに、これらの組み合わせ及びこれらの合金から成る群から選択される、請求項１から７の何れか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記離散した複数の微細構造のサブセットは、そのＸ線発生特性のために選択される第３の材料を有する、請求項１から８の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第３の材料は、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、スズ、イリジウム、タンタル、タングステン、インジウム、セシウム、バリウム、金、白金、鉛、並びに、これらの組み合わせ及びこれらの合金から成る群から選択される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記離散した複数の微細構造は、予め定められた数の前記離散した複数の微細構造により生成される複数のＸ線が、前記電子ビーム放出器からの電子ビームにさらされる場合に、前記離散した複数の微細構造から選択される前記離散した微細構造のうち予め定められた１つを通過するように配置される、
請求項１から１０の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
複数の電子放出素子と、
それぞれの電子放出器が電子ビームを提供し、対応する複数のアノードターゲットに衝撃を与え、複数のＸ線を生成するように位置合わせされる複数のアノードターゲットであって、
前記複数のアノードターゲットは、複数のＸ線が生成される複数の位置が、予め定められた軸に沿って位置合わせされ、前記光学トレインも、前記予め定められた軸に沿って位置合わせされるように、位置合わせされる、
複数のアノードターゲットと
を備える
請求項１から１１の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記光学トレインは、二次曲面に対応する表面をもつＸ線リフレクタを備える、請求項１から１２の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記二次曲面は、楕円体、楕円面、放物体、双曲面、楕円柱、円柱、楕円錐、及び円錐から成る群から選択される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記光学トレインは、ウォルターＩ型Ｘ線レンズを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記予め定められたエネルギー帯域幅は、１０ｅＶより小さい、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記予め定められたエネルギー帯域幅は、１ｅＶより小さい、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記モノクロメータは、ケイ素、ゲルマニウム、フッ化リチウム、及びインジウムアンチモンから成る群から選択される材料を備えるチャンネルカット結晶を備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記モノクロメータは、複結晶モノクロメータを有する、請求項４に記載のシステム。
【請求項２０】
少なくとも１つの電子ビーム放出器と、少なくとも１つのアノードターゲットとを備え、
少なくとも１つのアノードターゲットは、第１の選択材料を備える基板と、その複数のＸ線発生特性に対して選択される第２の材料を備える、少なくとも１つのＸ線発生構造とを備える、
高輝度Ｘ線ソースと、
前記アノードターゲットにより生成される複数のＸ線を収集し、コリメートされたＸ線ビームを生成する光学トレインと、
前記コリメートされたＸ線ビームから、予め定められたエネルギー及び予め定められたエネルギー帯域幅の複数のＸ線を選択するＸ線モノクロメータと、
調査される目的物を保持し、予め定められたエネルギー及び帯域幅の前記複数のＸ線が前記目的物を通過するように配置されるマウントと、
前記目的物を通過する前記複数のＸ線を測定する検出器と
を備える
Ｘ線吸収微細構造測定システム。
【国際調査報告】
2017523386.tif 000020
2017523386.tif 000021