(57)【要約】    【課題】従来よりも高強度のＸ線を発生することができるＸ線発生装置及びその方法を提供すること。    【解決手段】Ｘ線発生方法は、加速装置を用いて電子を加速して電子ビーム（ｅ）を形成する第１ステップと、平板状のターゲット（Ｔ）の表面から１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の距離で、ターゲット（Ｔ）の表面に平行に、電子ビーム（ｅ）を通過させる第２ステップとを含み、  ターゲット（Ｔ）の少なくとも表層部が、電子ビーム（ｅ）との相互作用により分極して遷移放射によるＸ線（Ｘ）を発生し易い物質で形成されていることを特徴とするＸ線発生方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速装置を用いて電子を加速して電子ビームを形成する第１ステップと、
平板状のターゲットの表面から１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の距離で、前記ターゲットの表面に平行に、前記電子ビームを通過させる第２ステップとを含み、
前記ターゲットの前記表面側の少なくとも表層部が、電子ビームとの相互作用により分極して遷移放射を発生し易い物質で形成されていることを特徴とするＸ線発生方法。
【請求項２】
加速装置を用いて電子を加速して電子ビームを形成する第１ステップと、
平板状のターゲットの表面に対して３°以下の角度を成すように、前記ターゲットの表面に前記電子ビームを照射する第２ステップとを含み、
前記ターゲットの前記表面側の少なくとも表層部が、電子ビームとの相互作用により分極して遷移放射を発生し易い物質で形成されていることを特徴とするＸ線発生方法。
【請求項３】
前記ターゲットが、相互に所定の間隔で離隔されて配置された複数の薄膜を備え、
前記薄膜が、電子ビームとの相互作用により分極して遷移放射を発生し易い物質で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線発生方法。
【請求項４】
前記ターゲットが表面に回折格子構造を有し、
前記第１ステップにおいて、前記回折格子構造を有する表面の近傍を前記電子ビームを通過させる、または前記回折格子構造を有する表面に前記電子ビームを照射することを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線発生方法。
【請求項５】
加速装置を用いて電子を加速して電子ビームを形成する第１ステップと、
平板状のターゲットの表面に、垂直に前記電子ビームを照射する第２ステップとを含み、
前記ターゲットが、
電子ビームとの相互作用により分極して遷移放射を発生し易い物質で形成され、
厚さ方向に貫通する、直径がナノオーダの複数の孔を有することを特徴とするＸ線発生方法。
【請求項６】
遷移放射を発生し易い前記物質が、ゲルマニューム、ガリューム、シリコン、炭素、ダイヤモンド、ベリリウムおよびアルミニウムからなる群の中なら選択される１つの物質で形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のＸ線発生方法。
【請求項７】
電子を加速して所定の軌道を繰り返し周回させて電子ビームを生成する加速装置と、
平板状のターゲットとを備え、
前記ターゲットの表面から１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の距離で、前記ターゲットの表面に平行に、前記電子ビームを通過させ、
前記ターゲットの前記表面側の表層部の一部の線状領域を、電子ビームとの相互作用により分極させて、遷移放射を発生させることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項８】
電子を加速して所定の軌道を繰り返し周回させて電子ビームを生成する加速装置と、
平板状のターゲットとを備え、
前記ターゲットの表面に対して３°以下の角度を成すように、前記ターゲットの表面に前記電子ビームを照射させ、
前記ターゲットの前記表面側の表層部の一部の線状領域を、電子ビームとの相互作用により分極させて、遷移放射を発生させることを特徴とするＸ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線発生装置に関し、特に遷移放射によるＸ線を発生させるＸ線発生装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線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線発生装置が知られている。例えば、下記特許文献１、３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。特許文献１、３には、図７に示したように、高エネルギーの電子ビームが、薄膜を多層に配列また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】
また、下記特許文献２には、遷移放射の発生効率が高い物資からなる薄膜（厚さ０．１〜１０μｍ）と、Ｘ線の透過率が高い物質からなる薄膜とを交互に積層した構造のターゲットを開示している。この引用文献２には、従来技術として、複数の遷移放射の発生効率が高い物質を、ドーナツ状のスペーサ１３を間に挟んで配置した構造のターゲットも開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１７０６９９号公報
【特許文献２】特開平１１−２５８４００号公報
【特許文献３】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】
しかし、上記の特許文献１〜３では、多層ターゲットの層に沿った表面に対してほぼ垂直に電子ビームを入射するので、遷移放射が発生する領域が狭く、用途によっては十分な強度のＸ線を得ることができない問題がある。即ち、図８に示したように、ターゲットＴの極狭い領域（斜線で示した領域Ａ）からのみＸ線が発生するに過ぎない。
【０００５】
従って、本発明の目的は、従来よりも高強度のＸ線を発生することができるＸ線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】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
【０００７】
即ち、本発明に係る第１のＸ線発生方法は、加速装置を用いて電子を加速して電子ビームを形成する第１ステップと、平板状のターゲットの表面から１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の距離で、前記ターゲットの表面に平行に、前記電子ビームを通過させる第２ステップとを含み、前記ターゲットの前記表面側の少なくとも表層部が、電子ビームとの相互作用により分極して遷移放射を発生し易い物質で形成されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る第２のＸ線発生方法は、加速装置を用いて電子を加速して電子ビームを形成する第１ステップと、平板状のターゲットの表面に対して３°以下の角度を成すように、前記ターゲットの表面に前記電子ビームを照射する第２ステップとを含み、前記ターゲットの前記表面側の少なくとも表層部が、電子ビームとの相互作用により分極して遷移放射を発生し易い物質で形成されていることを特徴としている。
【０００９】
上記の第１または第２のＸ線発生方法において、前記ターゲットが、相互に所定の間隔で離隔されて配置された複数の薄膜を備え、前記薄膜が、電子ビームとの相互作用により分極して遷移放射を発生し易い物質で形成されていることができる。
【００１０】
また、上記の第１または第２のＸ線発生方法において、前記ターゲットが表面に回折格子構造を有し、前記第１ステップにおいて、前記回折格子構造を有する表面の近傍を前記電子ビームを通過させる、または前記回折格子構造を有する表面に前記電子ビームを照射することができる。
【００１１】
本発明に係る第３のＸ線発生方法は、加速装置を用いて電子を加速して電子ビームを形成する第１ステップと、平板状のターゲットの表面に、垂直に前記電子ビームを照射する第２ステップとを含み、前記ターゲットが、電子ビームとの相互作用により分極して遷移放射を発生し易い物質で形成され、厚さ方向に貫通する、直径がナノオーダの複数の孔を有することを特徴としている。
【００１２】
上記の第１〜第３のＸ線発生方法の何れかにおいて、遷移放射を発生し易い前記物質は、炭素、ダイヤモンド、酸化ベリリウムおよび酸化アルミニウムからなる群の中なら選択される１つの物質で形成されていることができる。
【００１３】
本発明に係る第１のＸ線発生装置は、電子を加速して所定の軌道を繰り返し周回させて電子ビームを生成する加速装置と、平板状のターゲットとを備え、前記ターゲットの表面から１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の距離で、前記ターゲットの表面に平行に、前記電子ビームを通過させ、前記ターゲットの前記表面側の表層部の一部の線状領域を、電子ビームとの相互作用により分極させて、遷移放射を発生させることを特徴としている。
【００１４】
本発明に係る第２のＸ線発生装置は、電子を加速して所定の軌道を繰り返し周回させて電子ビームを生成する加速装置と、平板状のターゲットとを備え、前記ターゲットの表面に対して３°以下の角度を成すように、前記ターゲットの表面に前記電子ビームを照射させ、前記ターゲットの前記表面側の表層部の一部の線状領域を、電子ビームとの相互作用により分極させて、遷移放射を発生させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電子ビームを、ターゲット表面の近傍を平行に通過、または比較的小さい入射角でターゲット表面に入射させるので、遷移放射が発生する領域が従来よりも広くなり、従来よりも高強度のＸ線を発生させることができる。
【００１６】
また、積層構造のターゲットを用いて、電子ビームを、積層構造に略平行に照射することによって、さらに高強度のＸ線を発生させることができる。
【００１７】
また、ポーラスターゲットを用いて、その表面に略垂直に、電子ビームを照射することによって、さらに高強度のＸ線を発生させることができる。
【００１８】
また、ターゲットの表面に回折格子構造を形成することによって、従来よりも高強度の単色Ｘ線を発生することができ、回折格子構造の周期を調整すれば、単色のＥＵＶ光を発生させることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係るＸ線発生装置のターゲット付近の概略構成を示す平面図である。本Ｘ線発生装置では、電子を加速して所定の軌道に沿って繰り返し周回させて電子ビームｅを形成するシンクロトロンなどの加速装置（図示せず）と、電子ビームｅが照射されるターゲットＴと、ターゲットＴを所定の位置に配置する支持手段（図示せず）とを備えて構成されている。本Ｘ線発生装置では、ターゲットＴが電子ビームｅの軌道の近傍に配置される。これによって、ターゲットＴの表面のうち、電子ビームｅが近傍を通過する部分で遷移放射が発生し、所定の方向にＸ線が放出される。
【００２１】
図２は、図１のターゲットＴを拡大して示す断面図である。なお、図２は概念図であり、縦横方向の比率は同じではなく、各方向において線形の比率で描画されているわけでもない（図３以降に関しても同様）。ターゲットＴは、遷移放射が発生し易い物質、例えば、ゲルマニューム、ガリューム、シリコン、炭素、ダイヤモンド、ベリリウム、アルミニウム（アルミナ）などの、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、所定の厚さの平板状に形成されている。ターゲットＴの表面に沿って、その表面近傍、例えば、表面からの距離ｄ１が１０〜１００ｎｍ（ナノメートル）である範囲を、電子ビームｅを通過させる。このとき、ターゲットＴの表層部（図２において、破線よりも上側の、表面から極薄い厚さの領域）において、電子ビームｅが生成する電場による分極が発生し、Ｘ線が放射（遷移放射）される。従って、遷移放射によるＸ線を、ターゲット表面の、電子ビームｅに沿った線状領域から発生させるので、従来のようにターゲット表面に垂直に電子ビームを照射する場合よりも強い強度の（光子数が多い）Ｘ線を生成することができる。
【００２２】
また、図３は、図２と同じターゲットＴを、電子ビームｅがターゲットＴの表面に対して所定の角度θを成して入射するように配置した断面図である。ここで、角度θは、０＜θ＜３（°）の範囲である。この場合にも、図２の場合と同様に、ターゲット表面のうち、電子ビームｅが近接する部分から、遷移放射によるＸ線が発生する。入射角度θが十分に小さいので、電子ビームｅとターゲット表面との距離が、遷移放射が生じる距離、即ち１０〜１００ｎｍであるターゲット表面の線状領域（図３において斜線で示した領域）から、Ｘ線が発生するので、従来よりも強い強度のＸ線を生成することができる。
【００２３】
なお、遷移放射は、ターゲットＴの表層部で発生するので、ターゲットＴ全体が遷移放射を発生し易い物質で形成されている必要はない。例えば、厚さが１μｍ以下の薄いメンブレンの表面に、３ｎｍ以下の厚さで遷移放射を発生し易い物質の層（以下、遷移放射物質層とも記す）を形成してもよい。
【００２４】
また、図４に示したように、遷移放射を発生し易い薄膜物質を複数平行に配置してターゲットＴ1を形成してもよい。図４の（ａ）は電子ビームに沿った断面図であり、（ｂ）は（ａ）に垂直な断面図である。図４では、３層の遷移放射物質層Ｕが、両端部に形成されたスペーサＳを間に挟んで、メンブレンＢの上に形成されている。スペーサＳによって、３層の遷移放射物質層Ｕの各々が、所定の間隔を空けて平行に配置されている。これが、電子の加速装置（例えばシンクロトロン）の中に配置された場合、３層の遷移放射物質層Ｕの間の２つの中間層Ｖは、真空層になる。ここで、遷移放射物質層Ｕは、上記と同様に、例えば、ゲルマニューム、ガリューム、シリコン、炭素、ダイヤモンド、ベリリウム、アルミニウム（アルミナ）などの、誘電率が比較的大きい誘電分極を生じ得る物質である。
【００２５】
所定の広がりを有する電子ビームｅが、遷移放射物質層Ｕに平行に入射すると、複数の遷移放射物質層Ｕの表面から、遷移放射によるＸ線が発生する。従って、図２、図３に示した場合よりも、より強い強度のＸ線を生成することができる。なお、中間層Ｖを真空層にする代わりに、遷移放射物質層Ｕと誘電率の差が大きい物質で形成してもよい。例えば、遷移放射物質層Ｕとして炭素を使用する場合、中間層Ｖには、鉛（Ｐｂ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ガリウム（Ｇａ）などを用いることができる。さらに、遷移放射によって発生する光のエネルギーを考慮して、遷移放射物質層Ｕおよび中間層Ｖを選定することが望ましい。例えば、光のエネルギーが１００ｅＶの遷移放射を想定し、遷移放射物質層Ｕとして炭素を使用する場合、中間層Ｖとしては、鉛（Ｐｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ガリウム（Ｇａ）よりも金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）が適している。
【００２６】
また、図５は、表面に略垂直な方向に貫通する多数の孔を有する平板状のターゲット（以下、ポーラスターゲットと記す）Ｔ2を示す図面であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。図５の（ａ）の右下部分には、ポーラス部分の一部を拡大して示す。ポーラスターゲットＴ2は、直径がｎｍオーダーの大きさの貫通孔を有する、遷移放射を発生し易い物質で形成されている。ポーラス構造は、例えば、Ａｌを酸性電解液中で陽極酸化することによって形成することができる。電子ビームが、ポーラスターゲットＴ2の表面に略垂直に、ポーラス部分に照射されると、図４と同様に、遷移放射によるＸ線が発生する。
【００２７】
以上では、発生するＸ線は連続スペクトルであるが、図６に示すように、ターゲットの表面に回折格子構造を形成することによって単色Ｘ線を発生することができる。図６では、ターゲットＴ3の表面に、一定の周期で平行な凹凸形状を形成している。電子ビームｅを、ターゲットＴ3の凹凸形状が形成された表面近傍（１０〜１００ｎｍの距離）を通過させると、凸部の表層部（図６において、破線よりも上側の、表面から極薄い厚さの領域）が分極し、遷移放射によるＸ線が発生する。このとき、隣接する凸部の間隔がλであれば、波長λの単色Ｘ線を発生することができる。例えば、λ＝１３．５（ｎｍ）であれば、波長が１３．５ｎｍの単色のＥＵＶ光を発生することができる。なお、図６において、図３と同様に、電子ビームｅを、回折格子構造が形成された表面に、角度θ（０＜θ＜３（°））を成すように照射してもよい。
【００２８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係るＸ線発生装置のターゲット付近の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のターゲットを拡大して示す断面図である。
【図３】図２と同じターゲットを、電子ビームがターゲットの表面に対して所定の角度を成して入射するように配置した断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る、遷移放射を発生し易い薄膜物質を複数平行に配置して形成したターゲットを示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る、多数の貫通孔を有する平板状のターゲットを示す図面であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る、表面に回折格子が形成されたターゲットを示す断面図である。
【図７】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８】従来のＸ線発生装置で使用されるターゲットにおいて、遷移放射が発生する場所を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
Ｔ、Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3    ターゲット
Ｕ    遷移放射物質層
Ｖ    中間層
Ｘ    Ｘ線
ｅ    電子ビーム
【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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