質問: X線発生装置について疑問があります。 X線を発生させる際ターゲット(金属)に電子をぶつけて、X線を発生させると学びました。 その際、発生するX線のエネルギーをコントロールするには
回答: X線を利用する機器の種類は多くそれぞれによってターゲットや印加電圧の選択基準が異なります。 その中の主要な応用目的として非破壊検査(工業用、医用透過)装置、X線回折装置、蛍光X線分析装置があります。 [透過X線装置] 工業用透過装置で使用するX線は連続X線(波長が長から短波長まで分布)ですので、X線発生効率の高く、融点の高い重金属が採用されます。 例えばタングステン。 医用X線装置も標準的には工業用と同じですが、マンモ―グラフのような場合は、モリブデン・ターゲットを使い、その特性線ほぼ19keVのX線を使用します。 印加電圧は最も短いX線波長を決めます。 波長が短いほど透過力が強いので、厚い金属を透過検査する場合などは印加電圧を高くします。 要は、検査対象の材質、厚みなどを考慮して印加電圧を決めます。 [X線回折装置] 原則、単色X線を使用します。 測定対象と目的に適した波長(特性X線)が得られるターゲットを選択します。 主に採用されるターゲットは、銅とモリブデンです。 印加電圧は特性X線の強度に関係します。 通常特性X線のエネルギーの3~5倍の電圧(20~60kV)を印加します。 [蛍光X線分析装置] サンプルの元素分析に連続X線を照射してサンプルから発生する特性X線の波長を調べます。 サンプルの組成によって、特性X線が得やすく、線源の特性X線が重ならない(邪魔にならない)ターゲットを選びます。 たとえば、クロム、ロジウム、タングステンなどです。 印加電圧はサンプルの構成元素によって特性X線が得やすい電圧を選びます。 例えば、軽元素には高い電圧(短い波長)は必要ないなどです。 (補足へ) ターゲットを代えることで透過力を変えることはできません。 最短波長はターゲット種に無関係で印加電圧だけに依存します。 最短波長λは、λ(Å) = 12.4/電圧(kV) で求められます。 連続線の強度は、I ∝ i(V^2)Zです。 Zは原子番号で、重金属ほど強度が強い連続X線が得られます。 タングステンは融点が高いので印加するパワーが大きくできます。 (X線になるのは入力電力の1%ぐらいで、ほとんどが熱になります。)