単色Ｘ線発生装置及びその方法
【課題】低エネルギーの相対論的電子ビームを用い、大強度の単色Ｘ線を発生することができ、発生する単色Ｘ線の波長を変化させることができる単色Ｘ線発生装置及びその方法を提供すること。
【解決手段】単色Ｘ線発生装置は、電子ビーム（７）が入射されてＸ線を発生するラジエータ（Ｒ１）と、ラジエータ（Ｒ１）から発生するＸ線を回折させる結晶体（Ｃ１）とを備え、ラジエータ（Ｒ１）が結晶体（Ｃ１）とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されており、ラジエータ（Ｒ１）と結晶体（Ｃ１）とが相互に近接して配置されており、Ｘ線は結晶体（Ｃ１）によって２方向（Ｘr、Ｘt）に出力されて第１及び第２ポート（５、６）から取り出され、結晶体（Ｃ２、Ｃ３）によって反射されて単色Ｘ線（Ｘr’、Ｘt’）として出力される。
【解決手段】単色Ｘ線発生装置は、電子ビーム（７）が入射されてＸ線を発生するラジエータ（Ｒ１）と、ラジエータ（Ｒ１）から発生するＸ線を回折させる結晶体（Ｃ１）とを備え、ラジエータ（Ｒ１）が結晶体（Ｃ１）とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されており、ラジエータ（Ｒ１）と結晶体（Ｃ１）とが相互に近接して配置されており、Ｘ線は結晶体（Ｃ１）によって２方向（Ｘr、Ｘt）に出力されて第１及び第２ポート（５、６）から取り出され、結晶体（Ｃ２、Ｃ３）によって反射されて単色Ｘ線（Ｘr’、Ｘt’）として出力される。
【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、特にエネルギースペクトル幅の狭い単色Ｘ線の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。その一つとして、電子ビームをターゲット（陽極）金属に当ててターゲット物質固有の特性Ｘ線を発生するＸ線管による方法がある。さらに、シンクロトロン放射を利用してＸ線を発生する方法、みらくる型放射光発生装置によるＸ線発生方法、加速器の高エネルギー電子ビームを用いたＸ線レーザーを発生する方法、パラメトリックＸ線を発生する方法などが知られている。
【０００３】
放射光を単色化するためには、２結晶分光器が用いられている。一方、単色Ｘ線を直接発生させる方法として、パラメトリックＸ線発生装置がある。下記特許文献１には、１つの高エネルギー電子ビームから複数の単色Ｘ線を取り出すＸ線発生装置が開示されている。また、下記特許文献２には、加速器を使用しない低エネルギーの電子を用いてパラメトリックＸ線を発生させる方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１４７５１０号公報
【特許文献２】特開２０００−３０８９２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、特許文献１では、ライナックからの高エネルギー電子ビーム（相対論的電子ビーム）を用い、パラメトリックＸ線の発生源であるラジエータとしてＳｉ単結晶を用いているので、装置が大型であるとともに、十分な強度の単色Ｘ線を発生することができない。また、特許文献１では、高エネルギー電子ビームを使用するので、反射Ｘ線しか利用することができない。即ち、ターゲットを透過した後の電子ビームの軌道と、電子ビームの入射方向に出力されるＸ線とが重なるので、この方向に出力されるＸ線（ラウエ型Ｘ線）を利用することができない。
【０００５】
また、特許文献２では、非相対論的な電子ビームを用いて、Ｓｉ、Ｇｅ、ダイヤモンドの単結晶を使用しているので、十分な強度の単色Ｘ線を発生することができない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、低エネルギーの相対論的電子ビーム（０．９ＭｅＶ〜５０ＭｅＶ）を用い、大強度の単色Ｘ線を発生することができ、発生する単色Ｘ線の波長を変化させることができる単色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】
【０００７】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
【０００８】
即ち、本発明に係る第１の単色Ｘ線発生装置は、電子ビームが入射されてＸ線を発生するラジエータと、前記ラジエータから発生する前記Ｘ線を回折させる第１結晶体とを備え、前記ラジエータが前記第１結晶体とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されており、前記ラジエータと前記第１結晶体とが相互に近接して配置され、前記ラジエータを通過した電子ビームが前記第１結晶体を通過する。
【０００９】
また、本発明に係る第２の単色Ｘ線発生装置は、上記した第１の単色Ｘ線発生装置において、前記ラジエータ及び前記第１結晶体を保持し、電子の周回軌道の近傍に配置された第１保持部と、前記Ｘ線を取り出す第１ポート及び第２ポートとを有するシンクロトロンをさらに備える。
【００１０】
また、本発明に係る第３の単色Ｘ線発生装置は、上記した第２の単色Ｘ線発生装置において、前記第１保持部が、前記第１結晶体によって反射されたＸ線が前記第１及び第２ポートの一方から出力され、前記ラジエータへの前記電子ビームの入射方向に出力されたＸ線が前記第１及び第２ポートの他方から出力されるように、前記第１結晶体の位置及び傾斜を変化させる機構を有している。
【００１１】
また、本発明に係る第４の単色Ｘ線発生装置は、上記した第２又は第３の単色Ｘ線発生装置において、前記第１ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第２結晶体を保持する第２保持部と、前記第２ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第３結晶体を保持する第３保持部とをさらに備え、前記第２保持部が、前記第１ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第２結晶体の位置及び傾斜を変化させる機構を有し、前記第３保持部が、前記第２ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第３結晶体の位置及び傾斜を変化させる機構を有している。
【００１２】
また、本発明に係る第５の単色Ｘ線発生装置は、陽極及び陰極を有するＸ線管であって、電子ビームが入射されてＸ線を発生するラジエータと、前記ラジエータで発生する前記Ｘ線を回折させる結晶体とを備え、前記ラジエータが前記結晶体とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されており、前記ラジエータ及び前記結晶体が、前記陽極及び前記陰極の間に配置され、前記ラジエータが、前記陰極及び前記結晶体の間に配置されている。
【００１３】
また、本発明に係る第６の単色Ｘ線発生装置は、上記した第５の単色Ｘ線発生装置において、前記電子ビームの前記結晶体への入射角度が変化するように、前記陰極又は前記結晶体を変位させる機構を備えている。
【００１４】
本発明に係る第１の単色Ｘ線発生方法は、第１結晶体と、前記第１結晶体とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されたラジエータとを備える装置において、前記ラジエータを通過した電子ビームが前記第１結晶体を通過するように、前記ラジエータと前記第１結晶体とを相互に近接させて配置し、前記ラジエータに電子ビームを照射して、前記ラジエータから発生するＸ線を前記第１結晶体によって回折させ、所定の方向から取り出す。
【００１５】
また、本発明に係る第２の単色Ｘ線発生方法は、上記した第１の単色Ｘ線発生方法において、前記ラジエータが電子の周回軌道上に配置され、前記Ｘ線を取り出す第１ポート及び第２ポートを有するシンクロトロンをさらに備える前記装置において、前記第１結晶体によって反射されたＸ線が前記第１及び第２ポートの一方から出力され、前記ラジエータへの前記電子ビームの入射方向に出力されたＸ線が前記第１及び第２ポートの他方から出力されるように、前記第１結晶体の位置及び傾斜を変化させる。
【００１６】
また、本発明に係る第３の単色Ｘ線発生方法は、上記した第２の単色Ｘ線発生方法において、前記第１ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第２結晶体と、前記第２ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第３結晶体とをさらに備える前記装置において、前記第１ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第２結晶体の位置及び傾斜を変化させ、前記第２ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第３結晶体の位置及び傾斜を変化させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ラジエータとして、結晶体（例えばＳｉ）と異なる、目的とするＸ線波長の発生効率が高い物質を用いることによって、結晶体のみを用いる場合よりも強度の強い単色Ｘ線を発生することができる。
【００１８】
また、本発明によれば、直線軌道の電子ビームの代わりに、シンクロトロンによる円軌道の電子ビームをラジエータに照射することによって、ラジエータを透過した後の電子ビームの軌道が、ラジエータへの電子の入射方向（接線方向）と重ならないので、電子の入射方向に出力されるラウエ型Ｘ線を利用することが可能となる。特に、入射する電子ビームの円軌道半径が小さくなるほど、ラウエ型Ｘ線の利用がより容易になる。さらに、低エネルギーの相対論的電子ビーム（０．９ＭｅＶ〜５０ＭｅＶ）を用いることによって、ラウエ型Ｘ線の出力方向と電子ビームの入射方向及び制動放射との角度のずれを大きくすることができ、これによってもラウエ型Ｘ線の利用が容易になる。
【００１９】
また、本発明によれば、シンクロトロンによる円軌道の電子ビームをラジエータに照射する場合に、目的とするＸ線エネルギーに応じて、電子軌道に沿って結晶体の位置及び傾斜角度を変化させることができ、これによって、所定の位置に設けられたＸ線の取り出しポートから、波長の異なる単色Ｘ線をいつでも同じ方向に取り出すことができる。これによって、単色Ｘ線を種々の目的に容易且つ効率的に利用することが可能となる。
【００２０】
また、本発明を、低エネルギーの電子ビームを用いるＸ線管に適用することにより、より容易に単色Ｘ線を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る単色Ｘ線発生装置の概略構成を示す平面図である。本単色Ｘ線発生装置は、内部に電子を周回させて電子ビームを形成するシンクロトロンリング部１と、第１結晶体Ｃ１及びラジエータＲ１を搭載した第１保持部２と、発生したＸ線をシンクロトロンリング部１の外部に取り出す第１ポート５及び第２ポート６と、第１ポート５から出力するＸ線を所定の方向に反射する第２結晶体Ｃ２を搭載した第２保持部４と、第２ポート６から出力するＸ線を所定の方向に反射する第３結晶体Ｃ３を搭載した第３保持部５とを備えて構成されている。第１結晶体Ｃ１は、例えば図２に示したように、電子ビームの下流側のラジエータＲ１表面に取り付けられている。図２は、ラジエータＲ１が第１保持部２に搭載された状態を示す斜視図である。第２及び第３結晶体Ｃ２、Ｃ３は、表面にラジエータは取り付けられていないが、図２と同様に、それぞれ第２及び第３保持部３、４に搭載されている。
【００２３】
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。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７が形成される。
【００２４】
第１〜第３結晶体Ｃ１〜Ｃ３が搭載された第１〜第３保持部２〜４は、搭載した各々の結晶体の位置及び傾斜角度を変化させる機構を備えている。即ち、図１に示したように、電子ビームの軌道面とＸＹ平面とが一致するように直交するＸＹＺ軸を設定した場合、各結晶体は、ＸＹ面内での平行移動、Ｚ軸の回りの回転移動、及びＸＹ面内の所定軸の回りの回転移動を受ける。さらに、第１保持部２は、ラジエータＲ１に入射した電子ビーム７が第１結晶体Ｃ１を透過し、シンクロトロンリング部１内部を周回できるように、電子ビーム７を遮らない形状に形成されている。
【００２５】
第１〜第３結晶体Ｃ１〜Ｃ３には、例えばＳｉ、ダイヤモンド、Ｇｅ、ＣａＦなどの単結晶を使用する。第１結晶体Ｃ１に取り付けられるラジエータＲ１には、第１結晶体Ｃ１を構成する物質と異なり、目的とする単色Ｘ線と同じ波長のＸ線の発生効率が高い物質を使用することが望ましい。ここで、特定の波長のＸ線の発生効率が高い物質とは、換言すれば、Ｘ線の吸収端がその波長と一致しない物質である。ラジエータに電子ビームが入射すると、ラジエータではＸ線の発生とともに、発生したＸ線の吸収も生じる。従って、目的とする単色Ｘ線の波長（λとする）のＸ線を最大限にラジエータ外部に出力するためには、波長λの位置にＸ線の吸収端を有さない物質を用いるのが望ましい。
【００２６】
次に、図１のように構成された本単色Ｘ線発生装置による単色Ｘ線の生成及び取り出しについて具体的に説明する。図３は、第１結晶Ｃ１が取り付けられたラジエータＲ１を搭載した状態の第１保持部２を示す平面図である。シンクロトロンリング部１の内部で、電子ビーム７がラジエータＲ１に入射すると、Ｘ線が発生する。本発明では、代表的には制動放射（遷移放射を使うこともある）によって発生するＸ線を対象とする。
【００２７】
第１に、制動放射によって発生したＸ線は、電子ビーム７の入射方向、即ち図３に破線で示した円軌道である電子ビーム７の接線方向に出力する。このＸ線は回折を受けなかった連続スペクトルのＸ線と回折を受けた単色Ｘ線が混在した状態であり、本明細書ではラウエ型Ｘ線と記す。より正確にはラウエ型Ｘ線は、図３に示したように、電子ビーム７の接線方向と少しずれた方向（Ｘtで示す）に、主として出力する。この角度のずれをφ（rad）で表すと、入射電子のエネルギーＥe（ｅＶ）に依存し、φ＝１／γ＝０．５１１／Ｅe の関係がある。本発明では、低エネルギーの相対論的電子ビーム（Ｅe＝０．９〜５０（ＭｅＶ））を使用するので、高エネルギーの電子ビーム（例えば１００ＭｅＶ）を使用する場合と比べて、角度のずれφは比較的大きい。なお、図３では、角度のずれを明瞭に示すために、誇張して示している。
【００２８】
第２に、ラジエータＲ１で制動放射によって発生したＸ線の一部は、直ちに第１結晶体Ｃ１によって反射、即ち第１結晶体Ｃ１の結晶格子配列（結晶面を平行な斜線で示す）によって回折され、結晶面とブラッグ角θBを成す方向（入射する電子ビーム７の方向とは２θBの角度を成す）に、エネルギースペクトル幅の狭い単色Ｘ線として出力する。本明細書では、この単色Ｘ線をブラッグ型Ｘ線と記す。より正確にはブラッグ型Ｘ線は、図３に示したように、結晶面とブラッグ角θBを成す方向と少しずれた方向（Ｘrで示す）に、主として出力する。この角度のずれも、上記と同様に入射する電子のエネルギーＥe（ｅＶ）に依存し、φ＝１／γ（＝０．５１１／Ｅe）で表される。
【００２９】
本明細書においては、結晶体を基準にして、入射する電子ビームの側に出力するＸ線を反射Ｘ線Ｘr（ブラッグ型Ｘ線）と記し、反射Ｘ線Ｘrの反対側に出力するＸ線（電子ビームの進行方向）を透過Ｘ線Ｘt（ラウエ型Ｘ線）と記す。通常、ブラッグ型Ｘ線Ｘrの強度はラウエ型Ｘ線Ｘtの強度よりも大きい。
【００３０】
ブラック角θB（ｒａｄ）は、電子の入射エネルギーをＥe（ｋｅＶ）、結晶面の間隔ｄ（Å）とするとθB＝ｓｉｎ-1｛１２．４／（２ｄＥe）｝ となる。従って、電子の入射エネルギーＥeに応じて、第１保持部２によって第１結晶体Ｃ１の位置及び傾斜角度を調節し、結晶面の方向を適切に調節すれば、図１に示したように、単色Ｘ線であるブラッグ型Ｘ線Ｘrを第１ポート５から取り出し、連続スペクトルに単色Ｘ線のピークが混在したＸ線であるラウエ型Ｘ線Ｘtを第２ポート６から取り出すことができる。このことは、第１及び第２ポート５、６を、シンクロトロンリング部１の大きさ、電子の周回軌道の位置、使用する電子のエネルギー範囲などを考慮して、シンクロトロンリング部１上の適切な位置に配置できることを意味する。
【００３１】
なお、第１結晶体Ｃ１の表面は、結晶面に平行である場合に限らず、ブラッグ反射に使用する結晶面に対して所定の角度で傾斜していてもよい。特に、電子ビーム７が第１結晶体Ｃ１中を通過する距離をできるだけ短くするために、第１結晶体Ｃ１の電子ビームが入射する側の表面が、ブラッグ反射に使用する結晶面に対して適切な角度を成すように、第１結晶体Ｃ１を形成することが望ましい。また、第１結晶体Ｃ１の幅は、電子ビームが第１結晶体Ｃ１中を通過する距離が短くなるように、狭く形成されることが望ましく、本実施の形態ではラジエータＲ１と同じ幅になっている。
【００３２】
第１ポート５から出力した単色Ｘ線である反射Ｘ線Ｘrは、第２保持部３に搭載された第２結晶体Ｃ２によってブラッグ反射され、所定の方向に反射される。このとき、第１保持部２を適宜平行移動及び回転移動させたのと同様に、所定の方向にＸ線Ｘr’が反射されるように、第２保持部３を平行移動及び回転移動させる。第２ポート６から出力した連続スペクトルのＸ線である透過Ｘ線Ｘtは、上記と同様に、第３保持部４が平行移動及び回転移動され、第３保持部４に搭載された第３結晶体Ｃ３によって、所定の方向に所定の波長のＸ線だけがＸ線Ｘt’として反射される。即ち、第３結晶体Ｃ３は、連続スペクトルに単色Ｘ線ピークが混在したＸ線Ｘtから単色Ｘ線Ｘt’を得るための手段である。
【００３３】
これらの第２及び第３結晶体Ｃ２、Ｃ３は、ブラッグ反射によってＸ線を所定の方向に反射させる手段であるが、使用する単色Ｘ線以外のＸ線をカットする手段でもある。上記では、第１結晶体Ｃ１から出力される反射Ｘ線Ｘrを単色Ｘ線として説明したが、実際には制動放射などによって、ラジエータＲからは、エネルギー幅の広いより高エネルギーのＸ線も同時に発生しており、それらも第１ポート５から出力する。しかし、第１ポート５から出力したＸ線を、第２結晶体Ｃ２で反射させることによって、所定のブラッグ角の方向に単色Ｘ線が反射され、連続スペクトルの高エネルギーＸ線はブラッグ角の方向には反射されない。即ち、第２結晶体Ｃ２によって連続スペクトルの高エネルギーＸ線をカットすることができる。
【００３４】
図４は、第１〜第３結晶体Ｃ１〜Ｃ３の位置及び角度の変化によるＸ線の出力方向の変化を示す平面図（複雑さを回避するために構成の一部のみを示し、１／γの角度のずれを省略している）である。図４では、第１保持部２に搭載されたラジエータＲ１に取り付けられた第１結晶体Ｃ１は、ラジエータＲ１の点Ｏ（電子の周回軌道７の中心点）側の面に取り付けられている。ラジエータＲ１の位置が電子の周回軌道７上に位置する状態を維持したまま、ラジエータＲ１及び第１結晶体Ｃ１を、実線で示した位置から破線で示した位置に平行移動させる場合、第１結晶体Ｃ１の傾斜角度を調節することによって、破線で示したように、第１及び第２ポート５、６からそれぞれ、反射Ｘ線Ｘr及び透過Ｘ線Ｘtを取り出すことができる。そして、第２結晶体Ｃ２の位置及び傾斜角度を、破線で示したように適切に調節することによって、実線で示した配置でのＸ線反射方向と同じ方向にＸ線Ｘr’を出力することができる。同様に、第３結晶体Ｃ３の位置及び傾斜角度を、適切に調節することによって、最初の配置でのＸ線反射方向と同じ方向にＸ線Ｘt’を出力することができる。
【００３５】
以上では、第１ポート５から反射Ｘ線Ｘrが出力し、第２ポート６から透過Ｘ線Ｘtが出力する場合を説明したが、第２ポート６から反射Ｘ線Ｘrが出力し、第１ポート５から透過Ｘ線Ｘtが出力するようにすることもできる。その一例を図５（複雑さを回避するために構成の一部のみを示し、１／γの角度のずれを省略している）に示す。図５では、第１保持部２に搭載されたラジエータＲ１に取り付けられた第１結晶体Ｃ１は、図４の場合と異なり、ラジエータＲ１の点Ｏと反対側の面に取り付けられている。この配置において、第１結晶体Ｃ１の位置及び角度を調節することによって、第１結晶体Ｃ１による反射Ｘ線Ｘrを第２ポート６から出力させ、第１結晶体Ｃ１による透過Ｘ線Ｘtを第１ポート５から出力させることができる。
【００３６】
また、ラジエータ及び結晶体の形状及び大小関係は、図２に示した例に限定されず、ラジエータが電子の入射を受けてＸ線を発生し、発生したＸ線がその場で結晶体によって回折されることができる形状及び大小関係であればよく、例えば図６に示したように、ラジエータＲ２が結晶体Ｃ４より小さく、ラジエータＲ２が取り付けられた結晶体Ｃ４が保持部２に搭載されてもよい。図６において、電子ビームｅは、ラジエータＲ２に入射して結晶体Ｃ４から出力される。
【００３７】
また、ラジエータと結晶体とが接触している場合に限定されず、ラジエータと結晶体とが近接（接触した状態を含む）していても、即ち、ラジエータを通過した電子ビームが結晶体中を通過する程度の間隔（例えば約５ｍｍ以内）で配置されていてもよい。その場合、ラジエータと結晶体とを各々独立に、位置及び傾きを調節できる機構を備えていることが望ましい。
【００３８】
さらに、上記では、シンクロトロンの中にラジエータと結晶体とを配置する場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、ラジエータと結晶体とが相互に近接（接触を含む）して配置され、ラジエータが結晶体と異なり、目的とする波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されていればよく、例えば、本発明をＸ線管に適用することもできる。例えば、図７に示したように、Ｘ線管において、フィラメント（陰極）８から発生した電子ビームｅが入射する電極（陽極）９に、相互に接触させた結晶体Ｃ５及びラジエータＲ３を配置してもよい。結晶体Ｃ５には、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などの結晶を使用することができ、ラジエータＲ３には、結晶体Ｃ５に採用した物質と異なり、目的とする波長のＸ線の発生効率が高い物質を使用する。陽極及び陰極の電位差は、通常のＸ線管と同様の範囲に設定すればよい。結晶体Ｃ５に対する電子ビームｅの入射角度を変化させるためには、ラジエータＲ３、結晶体Ｃ５及び電極９の保持部１０に変位（回転を含む）機能を持たせてもよく、図７に破線で示したようにフィラメント８に変位（回転を含む）機構（図示せず）を装備してもよい。通常のＸ線管では、ターゲット物質に応じた特性Ｘ線と制動放射によるＸ線が発生するが、図７に示した構成とすることによって、所定の方向に、従来のＸ線管よりも強い強度で単色Ｘ線を出力することができる。
【００３９】
図７では、ラジエータＲ３及び結晶体Ｃ５が接して配置されているが、これに限定されず、ラジエータＲ３及び結晶体Ｃ５が近接して配置されていればよい。その場合、ラジエータＲ３及び結晶体Ｃ５を独立に変位させる機構を装備してもよい。
【００４０】
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】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態に係る単色Ｘ線発生装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】ラジエータ及び結晶体の一例を示す斜視図である。
【図３】ラジエータが取り付けられた第１結晶を搭載した第１保持部を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る単色Ｘ線発生装置において、各結晶体の位置及び角度の変化によるＸ線出力方向の変化を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る単色Ｘ線発生装置において、ラジエータ及び第１結晶を図４と異なる向きに配置した状態を示す平面図である。
【図６】ラジエータ及び結晶体の別の例を示す斜視図である。
【図７】本発明をＸ線管に適用する場合の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ シンクロトロンリング部
２ 第１保持部
３ 第２保持部
４ 第３保持部
５ 第１ポート
６ 第２ポート
７ 電子ビーム（電子周回軌道）
８ フィラメント（陰極）
９ 電極（陽極）
１０ 保持部
Ｃ１〜Ｃ５ 結晶体
Ｒ１〜Ｒ３ ラジエータ
Ｏ 電子周回軌道の中心
ｒ 電子周回軌道の半径
Ｘr 反射Ｘ線
Ｘt 透過Ｘ線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線発生装置に関し、特にエネルギースペクトル幅の狭い単色Ｘ線の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。その一つとして、電子ビームをターゲット（陽極）金属に当ててターゲット物質固有の特性Ｘ線を発生するＸ線管による方法がある。さらに、シンクロトロン放射を利用してＸ線を発生する方法、みらくる型放射光発生装置によるＸ線発生方法、加速器の高エネルギー電子ビームを用いたＸ線レーザーを発生する方法、パラメトリックＸ線を発生する方法などが知られている。
【０００３】
放射光を単色化するためには、２結晶分光器が用いられている。一方、単色Ｘ線を直接発生させる方法として、パラメトリックＸ線発生装置がある。下記特許文献１には、１つの高エネルギー電子ビームから複数の単色Ｘ線を取り出すＸ線発生装置が開示されている。また、下記特許文献２には、加速器を使用しない低エネルギーの電子を用いてパラメトリックＸ線を発生させる方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１４７５１０号公報
【特許文献２】特開２０００−３０８９２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、特許文献１では、ライナックからの高エネルギー電子ビーム（相対論的電子ビーム）を用い、パラメトリックＸ線の発生源であるラジエータとしてＳｉ単結晶を用いているので、装置が大型であるとともに、十分な強度の単色Ｘ線を発生することができない。また、特許文献１では、高エネルギー電子ビームを使用するので、反射Ｘ線しか利用することができない。即ち、ターゲットを透過した後の電子ビームの軌道と、電子ビームの入射方向に出力されるＸ線とが重なるので、この方向に出力されるＸ線（ラウエ型Ｘ線）を利用することができない。
【０００５】
また、特許文献２では、非相対論的な電子ビームを用いて、Ｓｉ、Ｇｅ、ダイヤモンドの単結晶を使用しているので、十分な強度の単色Ｘ線を発生することができない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、低エネルギーの相対論的電子ビーム（０．９ＭｅＶ〜５０ＭｅＶ）を用い、大強度の単色Ｘ線を発生することができ、発生する単色Ｘ線の波長を変化させることができる単色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】
【０００７】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
【０００８】
即ち、本発明に係る第１の単色Ｘ線発生装置は、電子ビームが入射されてＸ線を発生するラジエータと、前記ラジエータから発生する前記Ｘ線を回折させる第１結晶体とを備え、前記ラジエータが前記第１結晶体とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されており、前記ラジエータと前記第１結晶体とが相互に近接して配置され、前記ラジエータを通過した電子ビームが前記第１結晶体を通過する。
【０００９】
また、本発明に係る第２の単色Ｘ線発生装置は、上記した第１の単色Ｘ線発生装置において、前記ラジエータ及び前記第１結晶体を保持し、電子の周回軌道の近傍に配置された第１保持部と、前記Ｘ線を取り出す第１ポート及び第２ポートとを有するシンクロトロンをさらに備える。
【００１０】
また、本発明に係る第３の単色Ｘ線発生装置は、上記した第２の単色Ｘ線発生装置において、前記第１保持部が、前記第１結晶体によって反射されたＸ線が前記第１及び第２ポートの一方から出力され、前記ラジエータへの前記電子ビームの入射方向に出力されたＸ線が前記第１及び第２ポートの他方から出力されるように、前記第１結晶体の位置及び傾斜を変化させる機構を有している。
【００１１】
また、本発明に係る第４の単色Ｘ線発生装置は、上記した第２又は第３の単色Ｘ線発生装置において、前記第１ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第２結晶体を保持する第２保持部と、前記第２ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第３結晶体を保持する第３保持部とをさらに備え、前記第２保持部が、前記第１ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第２結晶体の位置及び傾斜を変化させる機構を有し、前記第３保持部が、前記第２ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第３結晶体の位置及び傾斜を変化させる機構を有している。
【００１２】
また、本発明に係る第５の単色Ｘ線発生装置は、陽極及び陰極を有するＸ線管であって、電子ビームが入射されてＸ線を発生するラジエータと、前記ラジエータで発生する前記Ｘ線を回折させる結晶体とを備え、前記ラジエータが前記結晶体とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されており、前記ラジエータ及び前記結晶体が、前記陽極及び前記陰極の間に配置され、前記ラジエータが、前記陰極及び前記結晶体の間に配置されている。
【００１３】
また、本発明に係る第６の単色Ｘ線発生装置は、上記した第５の単色Ｘ線発生装置において、前記電子ビームの前記結晶体への入射角度が変化するように、前記陰極又は前記結晶体を変位させる機構を備えている。
【００１４】
本発明に係る第１の単色Ｘ線発生方法は、第１結晶体と、前記第１結晶体とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されたラジエータとを備える装置において、前記ラジエータを通過した電子ビームが前記第１結晶体を通過するように、前記ラジエータと前記第１結晶体とを相互に近接させて配置し、前記ラジエータに電子ビームを照射して、前記ラジエータから発生するＸ線を前記第１結晶体によって回折させ、所定の方向から取り出す。
【００１５】
また、本発明に係る第２の単色Ｘ線発生方法は、上記した第１の単色Ｘ線発生方法において、前記ラジエータが電子の周回軌道上に配置され、前記Ｘ線を取り出す第１ポート及び第２ポートを有するシンクロトロンをさらに備える前記装置において、前記第１結晶体によって反射されたＸ線が前記第１及び第２ポートの一方から出力され、前記ラジエータへの前記電子ビームの入射方向に出力されたＸ線が前記第１及び第２ポートの他方から出力されるように、前記第１結晶体の位置及び傾斜を変化させる。
【００１６】
また、本発明に係る第３の単色Ｘ線発生方法は、上記した第２の単色Ｘ線発生方法において、前記第１ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第２結晶体と、前記第２ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第３結晶体とをさらに備える前記装置において、前記第１ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第２結晶体の位置及び傾斜を変化させ、前記第２ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第３結晶体の位置及び傾斜を変化させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ラジエータとして、結晶体（例えばＳｉ）と異なる、目的とするＸ線波長の発生効率が高い物質を用いることによって、結晶体のみを用いる場合よりも強度の強い単色Ｘ線を発生することができる。
【００１８】
また、本発明によれば、直線軌道の電子ビームの代わりに、シンクロトロンによる円軌道の電子ビームをラジエータに照射することによって、ラジエータを透過した後の電子ビームの軌道が、ラジエータへの電子の入射方向（接線方向）と重ならないので、電子の入射方向に出力されるラウエ型Ｘ線を利用することが可能となる。特に、入射する電子ビームの円軌道半径が小さくなるほど、ラウエ型Ｘ線の利用がより容易になる。さらに、低エネルギーの相対論的電子ビーム（０．９ＭｅＶ〜５０ＭｅＶ）を用いることによって、ラウエ型Ｘ線の出力方向と電子ビームの入射方向及び制動放射との角度のずれを大きくすることができ、これによってもラウエ型Ｘ線の利用が容易になる。
【００１９】
また、本発明によれば、シンクロトロンによる円軌道の電子ビームをラジエータに照射する場合に、目的とするＸ線エネルギーに応じて、電子軌道に沿って結晶体の位置及び傾斜角度を変化させることができ、これによって、所定の位置に設けられたＸ線の取り出しポートから、波長の異なる単色Ｘ線をいつでも同じ方向に取り出すことができる。これによって、単色Ｘ線を種々の目的に容易且つ効率的に利用することが可能となる。
【００２０】
また、本発明を、低エネルギーの電子ビームを用いるＸ線管に適用することにより、より容易に単色Ｘ線を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る単色Ｘ線発生装置の概略構成を示す平面図である。本単色Ｘ線発生装置は、内部に電子を周回させて電子ビームを形成するシンクロトロンリング部１と、第１結晶体Ｃ１及びラジエータＲ１を搭載した第１保持部２と、発生したＸ線をシンクロトロンリング部１の外部に取り出す第１ポート５及び第２ポート６と、第１ポート５から出力するＸ線を所定の方向に反射する第２結晶体Ｃ２を搭載した第２保持部４と、第２ポート６から出力するＸ線を所定の方向に反射する第３結晶体Ｃ３を搭載した第３保持部５とを備えて構成されている。第１結晶体Ｃ１は、例えば図２に示したように、電子ビームの下流側のラジエータＲ１表面に取り付けられている。図２は、ラジエータＲ１が第１保持部２に搭載された状態を示す斜視図である。第２及び第３結晶体Ｃ２、Ｃ３は、表面にラジエータは取り付けられていないが、図２と同様に、それぞれ第２及び第３保持部３、４に搭載されている。
【００２３】
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。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７が形成される。
【００２４】
第１〜第３結晶体Ｃ１〜Ｃ３が搭載された第１〜第３保持部２〜４は、搭載した各々の結晶体の位置及び傾斜角度を変化させる機構を備えている。即ち、図１に示したように、電子ビームの軌道面とＸＹ平面とが一致するように直交するＸＹＺ軸を設定した場合、各結晶体は、ＸＹ面内での平行移動、Ｚ軸の回りの回転移動、及びＸＹ面内の所定軸の回りの回転移動を受ける。さらに、第１保持部２は、ラジエータＲ１に入射した電子ビーム７が第１結晶体Ｃ１を透過し、シンクロトロンリング部１内部を周回できるように、電子ビーム７を遮らない形状に形成されている。
【００２５】
第１〜第３結晶体Ｃ１〜Ｃ３には、例えばＳｉ、ダイヤモンド、Ｇｅ、ＣａＦなどの単結晶を使用する。第１結晶体Ｃ１に取り付けられるラジエータＲ１には、第１結晶体Ｃ１を構成する物質と異なり、目的とする単色Ｘ線と同じ波長のＸ線の発生効率が高い物質を使用することが望ましい。ここで、特定の波長のＸ線の発生効率が高い物質とは、換言すれば、Ｘ線の吸収端がその波長と一致しない物質である。ラジエータに電子ビームが入射すると、ラジエータではＸ線の発生とともに、発生したＸ線の吸収も生じる。従って、目的とする単色Ｘ線の波長（λとする）のＸ線を最大限にラジエータ外部に出力するためには、波長λの位置にＸ線の吸収端を有さない物質を用いるのが望ましい。
【００２６】
次に、図１のように構成された本単色Ｘ線発生装置による単色Ｘ線の生成及び取り出しについて具体的に説明する。図３は、第１結晶Ｃ１が取り付けられたラジエータＲ１を搭載した状態の第１保持部２を示す平面図である。シンクロトロンリング部１の内部で、電子ビーム７がラジエータＲ１に入射すると、Ｘ線が発生する。本発明では、代表的には制動放射（遷移放射を使うこともある）によって発生するＸ線を対象とする。
【００２７】
第１に、制動放射によって発生したＸ線は、電子ビーム７の入射方向、即ち図３に破線で示した円軌道である電子ビーム７の接線方向に出力する。このＸ線は回折を受けなかった連続スペクトルのＸ線と回折を受けた単色Ｘ線が混在した状態であり、本明細書ではラウエ型Ｘ線と記す。より正確にはラウエ型Ｘ線は、図３に示したように、電子ビーム７の接線方向と少しずれた方向（Ｘtで示す）に、主として出力する。この角度のずれをφ（rad）で表すと、入射電子のエネルギーＥe（ｅＶ）に依存し、φ＝１／γ＝０．５１１／Ｅe の関係がある。本発明では、低エネルギーの相対論的電子ビーム（Ｅe＝０．９〜５０（ＭｅＶ））を使用するので、高エネルギーの電子ビーム（例えば１００ＭｅＶ）を使用する場合と比べて、角度のずれφは比較的大きい。なお、図３では、角度のずれを明瞭に示すために、誇張して示している。
【００２８】
第２に、ラジエータＲ１で制動放射によって発生したＸ線の一部は、直ちに第１結晶体Ｃ１によって反射、即ち第１結晶体Ｃ１の結晶格子配列（結晶面を平行な斜線で示す）によって回折され、結晶面とブラッグ角θBを成す方向（入射する電子ビーム７の方向とは２θBの角度を成す）に、エネルギースペクトル幅の狭い単色Ｘ線として出力する。本明細書では、この単色Ｘ線をブラッグ型Ｘ線と記す。より正確にはブラッグ型Ｘ線は、図３に示したように、結晶面とブラッグ角θBを成す方向と少しずれた方向（Ｘrで示す）に、主として出力する。この角度のずれも、上記と同様に入射する電子のエネルギーＥe（ｅＶ）に依存し、φ＝１／γ（＝０．５１１／Ｅe）で表される。
【００２９】
本明細書においては、結晶体を基準にして、入射する電子ビームの側に出力するＸ線を反射Ｘ線Ｘr（ブラッグ型Ｘ線）と記し、反射Ｘ線Ｘrの反対側に出力するＸ線（電子ビームの進行方向）を透過Ｘ線Ｘt（ラウエ型Ｘ線）と記す。通常、ブラッグ型Ｘ線Ｘrの強度はラウエ型Ｘ線Ｘtの強度よりも大きい。
【００３０】
ブラック角θB（ｒａｄ）は、電子の入射エネルギーをＥe（ｋｅＶ）、結晶面の間隔ｄ（Å）とするとθB＝ｓｉｎ-1｛１２．４／（２ｄＥe）｝ となる。従って、電子の入射エネルギーＥeに応じて、第１保持部２によって第１結晶体Ｃ１の位置及び傾斜角度を調節し、結晶面の方向を適切に調節すれば、図１に示したように、単色Ｘ線であるブラッグ型Ｘ線Ｘrを第１ポート５から取り出し、連続スペクトルに単色Ｘ線のピークが混在したＸ線であるラウエ型Ｘ線Ｘtを第２ポート６から取り出すことができる。このことは、第１及び第２ポート５、６を、シンクロトロンリング部１の大きさ、電子の周回軌道の位置、使用する電子のエネルギー範囲などを考慮して、シンクロトロンリング部１上の適切な位置に配置できることを意味する。
【００３１】
なお、第１結晶体Ｃ１の表面は、結晶面に平行である場合に限らず、ブラッグ反射に使用する結晶面に対して所定の角度で傾斜していてもよい。特に、電子ビーム７が第１結晶体Ｃ１中を通過する距離をできるだけ短くするために、第１結晶体Ｃ１の電子ビームが入射する側の表面が、ブラッグ反射に使用する結晶面に対して適切な角度を成すように、第１結晶体Ｃ１を形成することが望ましい。また、第１結晶体Ｃ１の幅は、電子ビームが第１結晶体Ｃ１中を通過する距離が短くなるように、狭く形成されることが望ましく、本実施の形態ではラジエータＲ１と同じ幅になっている。
【００３２】
第１ポート５から出力した単色Ｘ線である反射Ｘ線Ｘrは、第２保持部３に搭載された第２結晶体Ｃ２によってブラッグ反射され、所定の方向に反射される。このとき、第１保持部２を適宜平行移動及び回転移動させたのと同様に、所定の方向にＸ線Ｘr’が反射されるように、第２保持部３を平行移動及び回転移動させる。第２ポート６から出力した連続スペクトルのＸ線である透過Ｘ線Ｘtは、上記と同様に、第３保持部４が平行移動及び回転移動され、第３保持部４に搭載された第３結晶体Ｃ３によって、所定の方向に所定の波長のＸ線だけがＸ線Ｘt’として反射される。即ち、第３結晶体Ｃ３は、連続スペクトルに単色Ｘ線ピークが混在したＸ線Ｘtから単色Ｘ線Ｘt’を得るための手段である。
【００３３】
これらの第２及び第３結晶体Ｃ２、Ｃ３は、ブラッグ反射によってＸ線を所定の方向に反射させる手段であるが、使用する単色Ｘ線以外のＸ線をカットする手段でもある。上記では、第１結晶体Ｃ１から出力される反射Ｘ線Ｘrを単色Ｘ線として説明したが、実際には制動放射などによって、ラジエータＲからは、エネルギー幅の広いより高エネルギーのＸ線も同時に発生しており、それらも第１ポート５から出力する。しかし、第１ポート５から出力したＸ線を、第２結晶体Ｃ２で反射させることによって、所定のブラッグ角の方向に単色Ｘ線が反射され、連続スペクトルの高エネルギーＸ線はブラッグ角の方向には反射されない。即ち、第２結晶体Ｃ２によって連続スペクトルの高エネルギーＸ線をカットすることができる。
【００３４】
図４は、第１〜第３結晶体Ｃ１〜Ｃ３の位置及び角度の変化によるＸ線の出力方向の変化を示す平面図（複雑さを回避するために構成の一部のみを示し、１／γの角度のずれを省略している）である。図４では、第１保持部２に搭載されたラジエータＲ１に取り付けられた第１結晶体Ｃ１は、ラジエータＲ１の点Ｏ（電子の周回軌道７の中心点）側の面に取り付けられている。ラジエータＲ１の位置が電子の周回軌道７上に位置する状態を維持したまま、ラジエータＲ１及び第１結晶体Ｃ１を、実線で示した位置から破線で示した位置に平行移動させる場合、第１結晶体Ｃ１の傾斜角度を調節することによって、破線で示したように、第１及び第２ポート５、６からそれぞれ、反射Ｘ線Ｘr及び透過Ｘ線Ｘtを取り出すことができる。そして、第２結晶体Ｃ２の位置及び傾斜角度を、破線で示したように適切に調節することによって、実線で示した配置でのＸ線反射方向と同じ方向にＸ線Ｘr’を出力することができる。同様に、第３結晶体Ｃ３の位置及び傾斜角度を、適切に調節することによって、最初の配置でのＸ線反射方向と同じ方向にＸ線Ｘt’を出力することができる。
【００３５】
以上では、第１ポート５から反射Ｘ線Ｘrが出力し、第２ポート６から透過Ｘ線Ｘtが出力する場合を説明したが、第２ポート６から反射Ｘ線Ｘrが出力し、第１ポート５から透過Ｘ線Ｘtが出力するようにすることもできる。その一例を図５（複雑さを回避するために構成の一部のみを示し、１／γの角度のずれを省略している）に示す。図５では、第１保持部２に搭載されたラジエータＲ１に取り付けられた第１結晶体Ｃ１は、図４の場合と異なり、ラジエータＲ１の点Ｏと反対側の面に取り付けられている。この配置において、第１結晶体Ｃ１の位置及び角度を調節することによって、第１結晶体Ｃ１による反射Ｘ線Ｘrを第２ポート６から出力させ、第１結晶体Ｃ１による透過Ｘ線Ｘtを第１ポート５から出力させることができる。
【００３６】
また、ラジエータ及び結晶体の形状及び大小関係は、図２に示した例に限定されず、ラジエータが電子の入射を受けてＸ線を発生し、発生したＸ線がその場で結晶体によって回折されることができる形状及び大小関係であればよく、例えば図６に示したように、ラジエータＲ２が結晶体Ｃ４より小さく、ラジエータＲ２が取り付けられた結晶体Ｃ４が保持部２に搭載されてもよい。図６において、電子ビームｅは、ラジエータＲ２に入射して結晶体Ｃ４から出力される。
【００３７】
また、ラジエータと結晶体とが接触している場合に限定されず、ラジエータと結晶体とが近接（接触した状態を含む）していても、即ち、ラジエータを通過した電子ビームが結晶体中を通過する程度の間隔（例えば約５ｍｍ以内）で配置されていてもよい。その場合、ラジエータと結晶体とを各々独立に、位置及び傾きを調節できる機構を備えていることが望ましい。
【００３８】
さらに、上記では、シンクロトロンの中にラジエータと結晶体とを配置する場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、ラジエータと結晶体とが相互に近接（接触を含む）して配置され、ラジエータが結晶体と異なり、目的とする波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されていればよく、例えば、本発明をＸ線管に適用することもできる。例えば、図７に示したように、Ｘ線管において、フィラメント（陰極）８から発生した電子ビームｅが入射する電極（陽極）９に、相互に接触させた結晶体Ｃ５及びラジエータＲ３を配置してもよい。結晶体Ｃ５には、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などの結晶を使用することができ、ラジエータＲ３には、結晶体Ｃ５に採用した物質と異なり、目的とする波長のＸ線の発生効率が高い物質を使用する。陽極及び陰極の電位差は、通常のＸ線管と同様の範囲に設定すればよい。結晶体Ｃ５に対する電子ビームｅの入射角度を変化させるためには、ラジエータＲ３、結晶体Ｃ５及び電極９の保持部１０に変位（回転を含む）機能を持たせてもよく、図７に破線で示したようにフィラメント８に変位（回転を含む）機構（図示せず）を装備してもよい。通常のＸ線管では、ターゲット物質に応じた特性Ｘ線と制動放射によるＸ線が発生するが、図７に示した構成とすることによって、所定の方向に、従来のＸ線管よりも強い強度で単色Ｘ線を出力することができる。
【００３９】
図７では、ラジエータＲ３及び結晶体Ｃ５が接して配置されているが、これに限定されず、ラジエータＲ３及び結晶体Ｃ５が近接して配置されていればよい。その場合、ラジエータＲ３及び結晶体Ｃ５を独立に変位させる機構を装備してもよい。
【００４０】
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】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態に係る単色Ｘ線発生装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】ラジエータ及び結晶体の一例を示す斜視図である。
【図３】ラジエータが取り付けられた第１結晶を搭載した第１保持部を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る単色Ｘ線発生装置において、各結晶体の位置及び角度の変化によるＸ線出力方向の変化を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る単色Ｘ線発生装置において、ラジエータ及び第１結晶を図４と異なる向きに配置した状態を示す平面図である。
【図６】ラジエータ及び結晶体の別の例を示す斜視図である。
【図７】本発明をＸ線管に適用する場合の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ シンクロトロンリング部
２ 第１保持部
３ 第２保持部
４ 第３保持部
５ 第１ポート
６ 第２ポート
７ 電子ビーム（電子周回軌道）
８ フィラメント（陰極）
９ 電極（陽極）
１０ 保持部
Ｃ１〜Ｃ５ 結晶体
Ｒ１〜Ｒ３ ラジエータ
Ｏ 電子周回軌道の中心
ｒ 電子周回軌道の半径
Ｘr 反射Ｘ線
Ｘt 透過Ｘ線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームが入射されてＸ線を発生するラジエータと、
前記ラジエータで発生する前記Ｘ線を回折させる第１結晶体とを備え、
前記ラジエータが前記第１結晶体とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されており、
前記ラジエータと前記第１結晶体とが相互に近接して配置され、
前記ラジエータを通過した電子ビームが前記第１結晶体を通過することを特徴とする単色Ｘ線発生装置。
【請求項２】
前記ラジエータ及び前記第１結晶体を保持し、電子の周回軌道の近傍に配置された第１保持部と、前記Ｘ線を取り出す第１ポート及び第２ポートとを有するシンクロトロンをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の単色Ｘ線発生装置。
【請求項３】
前記第１保持部が、前記第１結晶体によって反射されたＸ線が前記第１及び第２ポートの一方から出力され、前記ラジエータへの前記電子ビームの入射方向に出力されたＸ線が前記第１及び第２ポートの他方から出力されるように、前記第１結晶体の位置及び傾斜を変化させる機構を有することを特徴とする請求項２に記載の単色Ｘ線発生装置。
【請求項４】
前記第１ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第２結晶体を保持する第２保持部と、
前記第２ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第３結晶体を保持する第３保持部とをさらに備え、
前記第２保持部が、前記第１ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第２結晶体の位置及び傾斜を変化させる機構を有し、
前記第３保持部が、前記第２ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第３結晶体の位置及び傾斜を変化させる機構を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の単色Ｘ線発生装置。
【請求項５】
陽極及び陰極を有するＸ線管であって、
電子ビームが入射されてＸ線を発生するラジエータと、
前記ラジエータで発生する前記Ｘ線を回折させる結晶体とを備え、
前記ラジエータが前記結晶体とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されており、
前記ラジエータ及び前記結晶体が、前記陽極及び前記陰極の間に配置され、
前記ラジエータが、前記陰極及び前記結晶体の間に配置されていることを特徴とする単色Ｘ線発生装置。
【請求項６】
前記電子ビームの前記結晶体への入射角度が変化するように、前記陰極又は前記結晶体を変位させる機構を備えていることを特徴とする請求項５に記載の単色Ｘ線発生装置。
【請求項７】
第１結晶体と、
前記第１結晶体とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されたラジエータとを備える装置において、
前記ラジエータを通過した電子ビームが前記第１結晶体を通過するように、前記ラジエータと前記第１結晶体とを相互に近接させて配置し、
前記ラジエータに電子ビームを照射して、前記ラジエータから発生するＸ線を前記第１結晶体によって回折させ、所定の方向から取り出すことを特徴とする単色Ｘ線発生方法。
【請求項８】
前記ラジエータが電子の周回軌道上に配置され、前記Ｘ線を取り出す第１ポート及び第２ポートを有するシンクロトロンをさらに備える前記装置において、
前記第１結晶体によって反射されたＸ線が前記第１及び第２ポートの一方から出力され、前記ラジエータへの前記電子ビームの入射方向に出力されたＸ線が前記第１及び第２ポートの他方から出力されるように、前記第１結晶体の位置及び傾斜を変化させることを特徴とする請求項７に記載の単色Ｘ線発生方法。
【請求項９】
前記第１ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第２結晶体と、
前記第２ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第３結晶体とをさらに備える前記装置において、
前記第１ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第２結晶体の位置及び傾斜を変化させ、
前記第２ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第３結晶体の位置及び傾斜を変化させることを特徴とする請求項８に記載の単色Ｘ線発生方法。
【請求項１】
電子ビームが入射されてＸ線を発生するラジエータと、
前記ラジエータで発生する前記Ｘ線を回折させる第１結晶体とを備え、
前記ラジエータが前記第１結晶体とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されており、
前記ラジエータと前記第１結晶体とが相互に近接して配置され、
前記ラジエータを通過した電子ビームが前記第１結晶体を通過することを特徴とする単色Ｘ線発生装置。
【請求項２】
前記ラジエータ及び前記第１結晶体を保持し、電子の周回軌道の近傍に配置された第１保持部と、前記Ｘ線を取り出す第１ポート及び第２ポートとを有するシンクロトロンをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の単色Ｘ線発生装置。
【請求項３】
前記第１保持部が、前記第１結晶体によって反射されたＸ線が前記第１及び第２ポートの一方から出力され、前記ラジエータへの前記電子ビームの入射方向に出力されたＸ線が前記第１及び第２ポートの他方から出力されるように、前記第１結晶体の位置及び傾斜を変化させる機構を有することを特徴とする請求項２に記載の単色Ｘ線発生装置。
【請求項４】
前記第１ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第２結晶体を保持する第２保持部と、
前記第２ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第３結晶体を保持する第３保持部とをさらに備え、
前記第２保持部が、前記第１ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第２結晶体の位置及び傾斜を変化させる機構を有し、
前記第３保持部が、前記第２ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第３結晶体の位置及び傾斜を変化させる機構を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の単色Ｘ線発生装置。
【請求項５】
陽極及び陰極を有するＸ線管であって、
電子ビームが入射されてＸ線を発生するラジエータと、
前記ラジエータで発生する前記Ｘ線を回折させる結晶体とを備え、
前記ラジエータが前記結晶体とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されており、
前記ラジエータ及び前記結晶体が、前記陽極及び前記陰極の間に配置され、
前記ラジエータが、前記陰極及び前記結晶体の間に配置されていることを特徴とする単色Ｘ線発生装置。
【請求項６】
前記電子ビームの前記結晶体への入射角度が変化するように、前記陰極又は前記結晶体を変位させる機構を備えていることを特徴とする請求項５に記載の単色Ｘ線発生装置。
【請求項７】
第１結晶体と、
前記第１結晶体とは異なり、所定波長のＸ線の発生効率が高い物質で形成されたラジエータとを備える装置において、
前記ラジエータを通過した電子ビームが前記第１結晶体を通過するように、前記ラジエータと前記第１結晶体とを相互に近接させて配置し、
前記ラジエータに電子ビームを照射して、前記ラジエータから発生するＸ線を前記第１結晶体によって回折させ、所定の方向から取り出すことを特徴とする単色Ｘ線発生方法。
【請求項８】
前記ラジエータが電子の周回軌道上に配置され、前記Ｘ線を取り出す第１ポート及び第２ポートを有するシンクロトロンをさらに備える前記装置において、
前記第１結晶体によって反射されたＸ線が前記第１及び第２ポートの一方から出力され、前記ラジエータへの前記電子ビームの入射方向に出力されたＸ線が前記第１及び第２ポートの他方から出力されるように、前記第１結晶体の位置及び傾斜を変化させることを特徴とする請求項７に記載の単色Ｘ線発生方法。
【請求項９】
前記第１ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第２結晶体と、
前記第２ポートから出力するＸ線を所定の方向に反射させる第３結晶体とをさらに備える前記装置において、
前記第１ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第２結晶体の位置及び傾斜を変化させ、
前記第２ポートから出力するＸ線の方向に応じて前記第３結晶体の位置及び傾斜を変化させることを特徴とする請求項８に記載の単色Ｘ線発生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−９８０１０（Ｐ２００８−９８０１０Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７９１９９（Ｐ２００６−２７９１９９）
【出願日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【出願人】（５０１０３８００１）株式会社光子発生技術研究所 (13)
【出願人】（５０２２３５６６９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【出願人】（５０１０３８００１）株式会社光子発生技術研究所 (13)
【出願人】（５０２２３５６６９）
【Ｆターム（参考）】
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