電子加速器及びこれを備えたＸ線発生装置
【課題】簡素な構成でありながら、加速管で後ろ向きに加速された電子によるビーム出射手段の損傷等を防止できる電子加速器及びこれを備えたＸ線発生装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係る電子加速器１１は、電子ビームＢを出射するビーム出射手段１３と、電子ビームＢの進行方向を前記電子ビームＢの進行方向に対し所定の方向に偏向する偏向磁場を形成する磁場形成手段１４と、偏向磁場により偏向された電子ビームＢが入射する位置に配置され、この入射した電子ビームＢを高周波により加速可能な加速管１５とを備え、偏向磁場は、加速管１５から戻ってきた電子の経路上に形成されていることを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る電子加速器１１は、電子ビームＢを出射するビーム出射手段１３と、電子ビームＢの進行方向を前記電子ビームＢの進行方向に対し所定の方向に偏向する偏向磁場を形成する磁場形成手段１４と、偏向磁場により偏向された電子ビームＢが入射する位置に配置され、この入射した電子ビームＢを高周波により加速可能な加速管１５とを備え、偏向磁場は、加速管１５から戻ってきた電子の経路上に形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波によって電子を加速する電子加速器及びこれを備えたＸ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高周波によって電子を加速する電子加速器として、図５に記載のものが知られている（非特許文献１参照）。この電子加速器１００は、電子ビームを出射するビーム出射手段１０１と、このビーム出射手段１０１が出射した電子ビームを加速する加速管１０２とを備える。具体的に、ビーム出射手段１０１は、電子を発生させる電子発生部１０３と、この電子発生部１０３で発生させた電子を加速してビーム状に引き出す引出電極１０４とを有する。加速管１０２は、高周波源（図示省略）が接続され、この高周波源から供給される高周波を当該加速管１０２内部で共振させて高周波電場（定在波電場）を形成する。
【０００３】
このように構成される電子加速器１００では、電子発生部１０３で発生させた電子が引出電極１０４によって電子ビームとして引き出され、内部に高周波電場の形成された加速管１０２に入射する。加速管１０２に入射した電子ビームは、前記高周波電場によって加速され、出射口１０５から出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ２ｎｄ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ ａｎｄ ｔｈｅ ３０ｔｈ Ｌｉｎｅａｒ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｉｎ Ｊａｐａｎ，ｐ３９７，２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の電子加速器１００では、電子ビームを構成する電子のうち、加速管１０２内部に形成された高周波電場の加速位相に乗った電子は前方（出射口１０５）に向けて加速されるが、高周波電場の減速位相に乗った電子は電子ビームの出射方向と逆向きに（後方に向けて）加速される。この逆向きに加速された電子は、加速管１０２に入射する電子ビームに沿って加速管１０２から後方に向かい、ビーム出射手段１０１の電子発生部１０３に衝突する。この衝突により電子発生部１０３では発生する電子量が不安定になったり、電子発生部１０３自体が損傷する場合がある。
【０００６】
このような問題を解消するために、ビーム出射手段１０１と加速管１０２との間にプレバンチャー及びバンチャーを設け、これにより電子ビームを高周波電場の加速位相と同期するようにバンチ化し、高周波電場の加速位相にだけ電子を供給できるようにパルス状の電子ビームを加速管１０２に入射させることで後方側に加速される電子をなくすことが考えられた。
【０００７】
しかし、このようなプレバンチャーやバンチャーを備えた装置は、複雑な構造となるため大型化する。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、簡素な構成でありながら、加速管で後ろ向きに加速された電子によるビーム出射手段の損傷等を防止できる電子加速器及びこれを備えたＸ線発生装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、上記課題を解消すべく、本発明は、電子ビームを出射するビーム出射手段と、前記電子ビームの進行方向を前記電子ビームの進行方向に対し所定の方向に偏向する偏向磁場を形成する磁場形成手段と、前記偏向磁場により偏向された前記電子ビームが入射する位置に配置され、この入射した電子ビームを高周波により加速可能な加速管とを備え、前記偏向磁場は、前記加速管から戻ってきた電子の経路上に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
このようにビーム出射手段からの電子ビームを加速管へ向けて偏向させた偏向磁場と同じ磁場を加速管から戻ってきた電子が通過するように偏向磁場が形成されることで、戻ってきた電子は偏向磁場によりビーム出射手段と異なる方向へその進行方向が偏向され、これにより前記戻ってきた電子のビーム出射手段への衝突が抑制される。
【００１１】
詳細には、ビーム出射手段から出射された電子ビームは、偏向磁場により進行方向が偏向されて加速管に入射する。加速管に入射した電子ビームは、加速管内部に形成された高周波電場により加速されて前方側に出射されるが、加速管に入射した電子ビームを構成する電子の一部は、高周波電場の減速位相によって後方に向けて加速される。この後方側に加速された電子は、加速管に入射する電子ビームに沿って戻り、偏向磁場に入射する。この戻ってきた電子は、その進行方向が前記加速管に入射する電子ビームの進行方向と異なるため、同一の偏向磁場中で受ける力の向きが前記加速管に入射する電子ビームと異なり、ビーム出射手段と異なる方向へ向けてその進行方向が偏向される。そのため、前記戻ってきた電子のビーム出射手段への衝突が抑制され、その結果、ビーム出射手段の損傷等が防止できる。即ち、電子ビームの経路上においてビーム出射手段と加速管との間に偏向磁場を形成するだけで、バンチャーやプレバンチャー等の複雑な機構を用いることなく、加速管で後ろ向きに加速された電子によるビーム出射手段の損傷を防止することができる。
【００１２】
尚、本発明において、前方とは加速管から出射される加速された電子ビームの進行方向であり、後方とは前記加速された電子ビームの進行方向とは反対向きの方向のことをいう。
【００１３】
本発明に係る電子加速器においては、電子の進行を止めるためのビームダンプをさらに備え、このビームダンプは、前記加速管から戻ってきた電子が前記偏向磁場を通過したあとに到達する位置に配置されるのが好ましい。
【００１４】
かかる構成によれば、加速管から戻ってきて偏向磁場を通過した電子をビームダンプに受けさせることにより、この戻ってきた電子の衝突に起因する電子加速器を構成する他の部材の発熱や損傷等が防止される。
【００１５】
前記磁場形成手段には、前記ビーム出射手段から出射された電子ビームのビーム軸と前記加速管に入射する偏向後の電子ビームのビーム軸とを含む偏向面を挟むように互いに間隔をおいて対向する一対の磁石が配置される。
【００１６】
かかる構成によれば、所望の偏向磁場を容易に形成することができ、この偏向磁場により偏向面に沿って電子ビームを加速管に向けて偏向すると共に加速管から戻ってきた電子をビーム出射手段側と反対側に向けて偏向することができる。
【００１７】
前記ビーム出射手段は、電子を発生させる電子発生部とこれら発生させた電子をビーム状に引き出す引出電極とを有し、前記加速管は、前記電子ビームが入射する入射口を有し、前記一対の磁石は、当該磁石間に入射する電子ビームに対する出射する電子ビームの偏向角が９０°であり、前記偏向面と直交する方向から見て、各磁石のビーム入射側端面とビーム出射側端面とのなす角が３７°で且つ前記ビーム入射側端面に対する前記電子ビームの入射角及び前記ビーム出射側端面に対する前記電子ビームの出射角がそれぞれ２６．５°であり、偏向半径をＲとしたときに、前記電子発生部と前記ビーム入射側端面における電子ビーム入射位置との距離が２Ｒで、且つ前記ビーム出射側端面の電子ビーム出射位置と前記入射口との距離が２Ｒ若しくは２Ｒよりも短いのが好ましい。
【００１８】
かかる構成によれば、前記一対の磁石により形成される偏向磁場が焦点距離を２Ｒとする２重収束レンズを構成するため、前記の位置に配置されることにより、サイズの小さな（例えば、直径０．２ｍｍ程度）電子発生部から引出電極により発散状態で引き出された電子ビームは、偏向磁場を通過することによって収束状態となり、加速管の入射口でｘ方向及びｙ方向において共に焦点を結び、径の小さなビームとなる。これにより、電子発生部で生じた電子が径の小さな入射口（例えば、直径２ｍｍ程度）内にロスなく若しくは僅かなロスで進入することができる。尚、本発明において、ｘ方向とは、電子ビームの進行方向と直交し且つ偏向面に沿う方向をいい、ｙ方向とは、電子ビームの進行方向と直交し且つ偏向面とも直交する方向をいう。
【００１９】
また、サイズの大きな（例えば、直径１ｍｍ程度）電子発生部から引出電極により発散状態で出射された電子ビームは、加速管の入射口手前で一旦収束して径が最小となるため、磁石のビーム出射側端面の電子ビーム出射位置と前記入射口との距離を２Ｒよりも短くなるように変更して入射口の位置を前記電子ビームが一旦収束する位置にすることで、収束して高密度となった電子ビームを入射口から加速管に入射させることが可能となる。
【００２０】
また、上記課題を解消すべく、本発明は、薄膜ターゲットに電子ビームを透過させてＸ線を発生させるＸ線発生装置において、上記いずれかの電子加速器と、この電子加速器で加速された電子ビームの経路上に前記薄膜ターゲットを保持する保持手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
このようにビーム出射手段から加速管へ向かう電子ビームの経路上で且つ加速管から戻ってくる電子の経路上に偏向磁場を形成することにより、バンチャーやプレバンチャー等の複雑な機構を用いることなく、加速管で後ろ向きに加速された電子によるビーム出射手段の損傷を防止することができる電子加速器を用いることで、当該Ｘ線発生装置の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上より、本発明によれば、簡素な構成でありながら、加速管で後ろ向きに加速された電子によるビーム出射手段の損傷等を防止できる電子加速器及びこれを備えたＸ線発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係るＸ線発生装置の概略構成図である。
【図２】前記Ｘ線発生装置における各電子の移動経路を示す図である。
【図３】前記Ｘ線発生装置における電子加速器のビーム出射手段のサイズの小さい電子発生部から加速管の入射口までの電子の軌道を示す図であって、（ａ）はｘ方向における電子の軌道を示し、（ｂ）はｙ方向における電子の軌道を示す。
【図４】前記Ｘ線発生装置における電子加速器のビーム出射手段のサイズの大きい電子発生部から加速管の入射口までの電子の軌道を示す図であって、（ａ）はｘ方向における電子の軌道を示し、（ｂ）はｙ方向における電子の軌道を示す。
【図５】従来の電子加速器の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
本発明に係るＸ線発生装置は、薄膜ターゲットに電子ビームを透過させてＸ線を発生させる装置である。具体的に、図１及び図２に示されるように、Ｘ線発生装置１０は、加速された電子ビームＢを出射する電子加速器１１と、この電子加速器１１で加速された電子ビームＢの経路上にターゲットＴを保持するターゲット保持手段１２とを備える。尚、本実施形態に係る電子加速器１１は、Ｘ線発生装置１０に組み込まれて使用されるものに限らない。即ち、電子加速器１１は、加速された電子ビームＢを用いる他の装置に組み込まれてもよい。
【００２６】
ターゲットＴは、電子ビームＢが照射されることによりＸ線が発生するものである。このターゲットＴは、本実施形態ではタングステンで形成された薄膜が用いられるが、これに限定されない。即ち、ターゲットＴは、電子ビームＢが照射されることによりＸ線が発生し易い素材であればよく、モリブデン等の重元素の金属で形成された薄膜であってもよい。尚、ターゲットＴは、電子ビームＢが照射されることによって高温となるため、高融点の金属で形成されることが好ましい。
【００２７】
電子加速器１１は、電子ビームＢを出射可能な電子銃（ビーム出射手段）１３と、電子ビームＢの進行方向を偏向する偏向磁場を形成する磁場形成手段１４と、電子ビームＢを加速する加速管１５と、電子を受け止めるビームダンプ１６とを備える。
【００２８】
電子銃１３は、熱電子や電解放射電子等を発生させる電子発生部１３ａとこれら発生した電子をビーム状に引き出す引出電極１３ｂとを有し、電子発生部１３ａで発生させた熱電子等をビーム状に収束させて出射するものである。
【００２９】
磁場形成手段１４は、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａを有し、これら一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａ間に偏向磁場が形成される。この一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａは、偏向半径がＲの９０°偏向タイプのマグネットである。即ち、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａは、当該偏向マグネット１４ａ，１４ａ間に入射する電子ビームＢのビーム軸Ｃ１の方向と、出射する電子ビームＢのビーム軸Ｃ２の方向とのなす角が９０°となり、偏向半径（ビーム軸Ｃが一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａ間で描く円弧状経路の半径）がＲとなるように電子ビームを偏向する。
【００３０】
具体的に、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａは、電子銃１３から出射された電子ビームＢのビーム軸Ｃ１と加速管１５に入射する偏向後の電子ビームＢのビーム軸Ｃ２とを含む偏向面（図１における紙面）を挟むように互いに間隔をおいて対向するように配置されている。
【００３１】
詳細には、各偏向マグネット１４ａは、偏向面と直交する方向（図１における紙面と直交する方向）から見て台形に形成されており、ビーム入射側端面１７ａとビーム出射側端面１７ｂとのなす角が３７°で且つビーム入射側端面１７ａに対する電子ビームＢ（詳細には、電子ビームＢのビーム軸Ｃ１）の入射角及びビーム出射側端面１７ｂに対する電子ビームＢの出射角（詳細には、電子ビームＢのビーム軸Ｃ２）が２６．５°となるように形成されている。本実施形態では、各偏向マグネット１４ａは、電磁石により構成されている。
【００３２】
この一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａは、電子銃１３の電子発生部１３ａとビーム入射側端面１７ａとの距離が２Ｒで、且つビーム出射側端面１７ｂと加速管１５の入射口１８との距離が２Ｒとなるように配置される。詳細には、前記偏向面と直交する方向から見て、電子発生部１３ａとビーム入射側端面１７ａにおける電子ビームＢ（より詳細には電子ビームＢのビーム軸Ｃ１）の入射位置ｐ１との距離が２Ｒで、且つビーム出射側端面１７ｂにおける電子ビームＢ（より詳細には電子ビームＢのビーム軸Ｃ２）の出射位置ｐ２との距離が２Ｒとなっている。
【００３３】
このように一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａが配置されることにより、これら偏向マグネット１４ａ，１４ａが形成する偏向磁場が焦点距離を２Ｒとする２重収束レンズを構成するため、サイズの小さな（例えば、直径０．２ｍｍ程度）電子発生部１３ａから引出電極１３ｂにより発散状態で引き出された電子ビームＢは、偏向磁場を通過することにより収束状態となり、加速管１５の入射口１８でｘ方向及びｙ方向において共に焦点を結び、径の小さなビームＢとなる（図３（ａ）及び図３（ｂ）参照）。これにより、電子発生部１３ａで生じた電子が径の小さな入射口１８（例えば、直径２ｍｍ程度）内にロスなく若しくは僅かなロスで進入することができる。尚、本発明において、ｘ方向とは、電子ビームＢの進行方向と直交し且つ偏向面に沿う方向をいい、ｙ方向とは、電子ビームＢの進行方向と直交し且つ偏向面とも直交する方向をいう。
【００３４】
また、サイズの大きな（例えば、直径１ｍｍ程度）電子発生部１３ａから引出電極１３ｂにより発散状態で引き出された電子ビームＢは、加速管１５の入射口１８手前で一旦収束して径が最小となった後に再度発散し、入射口１８の位置では電子発生部１３ａと同じビーム径となる（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。ここで、加速管１５の位置をビーム軸Ｃ２に沿って後方側に移動させる、即ち、偏向マグネット１４ａに近づけてビーム出射側端面１７ｂの電子ビーム出射位置ｐ２と入射口１８との距離を２Ｒよりも短くして入射口の位置を前記電子ビームＢが一旦収束する位置に変更することで、収束して高密度となった電子ビームＢを入射口１８から加速管１５に入射させることが可能となる。これにより、前記サイズの大きな電子発生部１３ａを用いても、形の小さな高密度の加速電子ビームを得ることが可能となる。
【００３５】
加速管１５は、高周波によって電子ビーム（荷電粒子）Ｂを加速するものである。この加速管１５には、高周波を供給可能な高周波源（マイクロ波源）２０が接続されている。加速管１５は、電子ビームＢの加速方向に延びる管状体によって構成され、一方の端部に電子ビームＢが入射する入射口１８と、他方の端部に加速された電子ビームＢが出射される出射口１９とを有する。また、加速管１５は、その内部に電子ビームＢの加速方向に沿って並ぶ複数のセル１５ａを備える。各セル１５ａは、内部に共振空洞ｓを有し、加速される電子ビームＢのビーム軸Ｃ２に沿って隣り合う共振空洞ｓ同士が連通するように構成されている。各セル１５ａは、共振器としても働く。即ち、加速管１５に高周波が供給されることによって、各セル１５ａの共振空洞ｓで共鳴し、周期的な高電圧、即ち、高周波電場（定在波電場）が発生する。この周期的な高電圧によって共振空洞ｓ内の荷電粒子、即ち、電子ビームＢを構成する各電子に加速方向又は減速方向への力が働く。尚、本実施形態の加速管１５は、高周波を供給されることにより内部に定在波電場が形成されるよう構成されるが、これに限定されず、高周波を供給されることにより内部に進行波電場が形成されるように構成されてもよい。
【００３６】
ビームダンプ１６は、加速管１５から戻ってきた電子の進行を止めるためのものである。具体的に、ビームダンプ１６は、熱伝導の良い銅で形成された構造体の表面をカーボンで覆うことにより構成されている。このように軽元素であるカーボンに衝突させることによって電子の進行を止めることで、電子停止時のＸ線の発生を抑制することができる。このビームダンプ１６は、必要に応じて水冷可能に構成される。
【００３７】
このように構成されるビームダンプ１６は、加速管１５から戻ってきた電子が偏向磁場を通過したあとに到達する位置に配置される。具体的に、本実施形態のビームダンプ１６は、電子銃１３に対して一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａを挟んで反対側の位置において一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａ間を塞ぐような姿勢で配置されている。
【００３８】
ターゲット保持手段１２は、電子加速器１１で加速された電子ビームＢの経路上でターゲットＴを保持するものである。このターゲット保持手段１２は、電子ビームＢに対して傾斜した姿勢でターゲットＴを保持する。
【００３９】
以上のように構成されるＸ線発生装置１０では、以下のようにしてＸ線が出射される。
【００４０】
高周波源２０から所定の周波数の高周波が加速管１５に供給されると、内部で共振して高周波電場（本実施形態においては定在波電場）が形成される。このとき、各セル１５ａでは、内部に周期的な高電圧が発生する。この状態で電子銃１３から電子ビームＢが出射され、当該電子ビームＢは、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａ間を通過して加速管１５に到達する。具体的に、電子ビームＢは、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａ間に形成されている偏向磁場によりその進行方向を前記偏向面に沿って加速管１５の入射口１８に向けて偏向される。加速管１５に到達した電子ビームＢは、内部に高周波電場が形成された加速管１５に入射口１８から入射し、加速位相の高周波電場によって加速される。
【００４１】
詳細には、各セル１５ａ内に発生する高電圧（高周波電場）が電子ビームＢに対して加速位相のときに当該セル１５ａを通過している電子が加速される。この高電圧が減速位相に変わったときには、加速位相の電圧によって加速された電子は、隣り合うセル１５ａ，１５ａ間に位置し、セル１５ａ内に形成された減速位相の電圧には影響されない。そして、次のセル１５ａ内に進入したときには、当該セル１５ａ内の電圧が加速位相になっている。このように電子ビームＢを構成する電子のうち、加速される電子は、各セル１５ａにおいて次々に加速される。このように周期的に位相が変化する高電圧（高周波電場）によって電子ビームＢを構成する電子が加速されることにより、電子ビームＢはパルス状となって加速される（図２参照）。
【００４２】
加速された電子ビームＢは、出射口１９から出射され、加速された電子ビームＢの経路上に保持されるターゲットＴに到達する。この電子ビームＢは、加速されることによって高エネルギーとなっており、ターゲットＴを透過する際にＸ線を発生させる。
【００４３】
一方、加速管１５において、電子ビームＢを構成する電子の一部は、高電圧が減速位相のときに各セル１５ａ内を通過することにより減速方向に（即ち、後方側（図２において左側）へ向けて）加速される。このようにして後方側へ加速された電子は、加速管１５内に入射する電子ビームＢに沿って入射口１８から加速管１５を出て偏向磁場に戻る（図２の矢印α参照）。この加速管１５から戻ってきた電子は、電子ビームＢと進行方向が異なるため、偏向磁場中では電子ビームＢと異なる方向に力を受けてその進行方向が偏向される。具体的には、戻ってきた電子は、偏向面に沿ってビーム出射手段１３側と反対側に向けて偏向される（図２参照）。
【００４４】
このようにして偏向された電子は、偏向磁場を通過したあと、この電子の到達位置に配置されたビームダンプ１６に衝突してその進行が停止する。
【００４５】
以上のように本実施形態では、電子銃１３から加速管１５へ向かう電子ビームＢの経路上で且つ加速管１５から戻ってくる電子の経路上に偏向磁場を形成することにより、バンチャーやプレバンチャー等の複雑な機構を用いることなく、加速管１５で後ろ向きに加速された電子による電子銃１３の損傷を防止することができる電子加速器１１を用いることで、当該Ｘ線発生装置１０の小型化を図ることができる。
【００４６】
即ち、本実施形態に係るＸ線発生装置１０の電子加速器１１では、電子銃１３からの電子ビームＢを加速管１５へ向けて偏向させた偏向磁場と同じ磁場を加速管１５から戻ってきた電子が通過するように偏向磁場が形成されることで、戻ってきた電子は偏向磁場により電子銃１３と異なる方向へその進行方向が偏向され、これにより前記戻ってきた電子の電子銃１３への衝突が抑制される。これにより、電子加速器１１の簡素化及び小型化を図ることができる。
【００４７】
詳細には、電子銃１３から出射された電子ビームＢは、偏向磁場により進行方向が偏向されて加速管１５に入射する。加速管１５に入射した電子ビームＢは、加速管１５内部に形成された高周波電場により加速されて前方側に出射されるが、加速管１５に入射した電子ビームＢを構成する電子の一部は、高周波電場の減速位相によって後方に向けて加速される。この後方側に加速された電子は、加速管１５に入射する電子ビームＢに沿って戻り、偏向磁場に入射する。この戻ってきた電子は、その進行方向が加速管１５に入射する電子ビームＢの進行方向と異なるため、同一の偏向磁場中で受ける力の向きが加速管１５に入射する電子ビームＢと異なり、電子銃１３と異なる方向へ向けてその進行方向が偏向される。そのため、前記戻ってきた電子の電子銃１３への衝突が抑制され、その結果、電子銃１３の損傷等が防止できる。即ち、電子ビームＢの経路上において電子銃１３と加速管１５との間に偏向磁場を形成するだけで、バンチャーやプレバンチャー等の複雑な機構を用いることなく、加速管１５で後ろ向きに加速された電子による電子銃１３の損傷を防止することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、電子加速器１１がビームダンプ１６を備えることで、加速管１５から戻ってきて偏向磁場を通過した電子を当該ビームダンプ１６に受けさせることにより、この戻ってきた電子の衝突に起因する電子加速器１１やＸ線発生装置１０を構成する他の部材の発熱や損傷等が防止される。
【００４９】
尚、本発明の電子加速器１１及びこれを備えたＸ線発生装置１０は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５０】
例えば、磁場形成手段１４の具体的構成は限定されない。即ち、上記実施形態では、電磁石により一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａが構成されているが、永久磁石等が用いられてもよい。
【００５１】
また、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａの偏向角は限定されない。例えば、上記実施形態では、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａは、９０°偏向であるが、これに限定される必要はなく、１８０°や４５°等の異なる偏向角であってもよい。即ち、電子銃１３から加速管１５へ向う電子ビームＢと加速管１５から戻ってきた電子とが共通の磁場を通過するように構成されていればよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、焦点距離が２Ｒとなるように偏向磁場が２重収束レンズを構成するがこれに限定されない。即ち、ｘ方向又はｙ方向のいずれかが収束するように磁場形成手段１４を構成してもよい。このように構成されると加速管１５に入射する電子ビームＢにロスが生じるが、電子ビームＢと加速管１５から戻ってきた電子とが通過する共通の偏向磁場が形成されていれば前記戻ってきた電子の電子銃１３への衝突は防止できる。
【符号の説明】
【００５３】
１０ Ｘ線発生装置
１１ 電子加速器
１２ ターゲット保持手段
１３ 電子銃（ビーム出射手段）
１３ａ 電子発生部
１３ｂ 引出電極
１４ 磁場形成手段
１４ａ 偏向マグネット
１５ 加速管
１６ ビームダンプ
１７ａ ビーム入射側端面
１７ｂ ビーム出射側端面
１８ 入射口
２０ 高周波源
Ｂ 電子ビーム
Ｃ１ ビーム軸
Ｃ２ ビーム軸
Ｔ ターゲット
Ｒ 偏向半径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波によって電子を加速する電子加速器及びこれを備えたＸ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高周波によって電子を加速する電子加速器として、図５に記載のものが知られている（非特許文献１参照）。この電子加速器１００は、電子ビームを出射するビーム出射手段１０１と、このビーム出射手段１０１が出射した電子ビームを加速する加速管１０２とを備える。具体的に、ビーム出射手段１０１は、電子を発生させる電子発生部１０３と、この電子発生部１０３で発生させた電子を加速してビーム状に引き出す引出電極１０４とを有する。加速管１０２は、高周波源（図示省略）が接続され、この高周波源から供給される高周波を当該加速管１０２内部で共振させて高周波電場（定在波電場）を形成する。
【０００３】
このように構成される電子加速器１００では、電子発生部１０３で発生させた電子が引出電極１０４によって電子ビームとして引き出され、内部に高周波電場の形成された加速管１０２に入射する。加速管１０２に入射した電子ビームは、前記高周波電場によって加速され、出射口１０５から出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ２ｎｄ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ ａｎｄ ｔｈｅ ３０ｔｈ Ｌｉｎｅａｒ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｉｎ Ｊａｐａｎ，ｐ３９７，２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の電子加速器１００では、電子ビームを構成する電子のうち、加速管１０２内部に形成された高周波電場の加速位相に乗った電子は前方（出射口１０５）に向けて加速されるが、高周波電場の減速位相に乗った電子は電子ビームの出射方向と逆向きに（後方に向けて）加速される。この逆向きに加速された電子は、加速管１０２に入射する電子ビームに沿って加速管１０２から後方に向かい、ビーム出射手段１０１の電子発生部１０３に衝突する。この衝突により電子発生部１０３では発生する電子量が不安定になったり、電子発生部１０３自体が損傷する場合がある。
【０００６】
このような問題を解消するために、ビーム出射手段１０１と加速管１０２との間にプレバンチャー及びバンチャーを設け、これにより電子ビームを高周波電場の加速位相と同期するようにバンチ化し、高周波電場の加速位相にだけ電子を供給できるようにパルス状の電子ビームを加速管１０２に入射させることで後方側に加速される電子をなくすことが考えられた。
【０００７】
しかし、このようなプレバンチャーやバンチャーを備えた装置は、複雑な構造となるため大型化する。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、簡素な構成でありながら、加速管で後ろ向きに加速された電子によるビーム出射手段の損傷等を防止できる電子加速器及びこれを備えたＸ線発生装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、上記課題を解消すべく、本発明は、電子ビームを出射するビーム出射手段と、前記電子ビームの進行方向を前記電子ビームの進行方向に対し所定の方向に偏向する偏向磁場を形成する磁場形成手段と、前記偏向磁場により偏向された前記電子ビームが入射する位置に配置され、この入射した電子ビームを高周波により加速可能な加速管とを備え、前記偏向磁場は、前記加速管から戻ってきた電子の経路上に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
このようにビーム出射手段からの電子ビームを加速管へ向けて偏向させた偏向磁場と同じ磁場を加速管から戻ってきた電子が通過するように偏向磁場が形成されることで、戻ってきた電子は偏向磁場によりビーム出射手段と異なる方向へその進行方向が偏向され、これにより前記戻ってきた電子のビーム出射手段への衝突が抑制される。
【００１１】
詳細には、ビーム出射手段から出射された電子ビームは、偏向磁場により進行方向が偏向されて加速管に入射する。加速管に入射した電子ビームは、加速管内部に形成された高周波電場により加速されて前方側に出射されるが、加速管に入射した電子ビームを構成する電子の一部は、高周波電場の減速位相によって後方に向けて加速される。この後方側に加速された電子は、加速管に入射する電子ビームに沿って戻り、偏向磁場に入射する。この戻ってきた電子は、その進行方向が前記加速管に入射する電子ビームの進行方向と異なるため、同一の偏向磁場中で受ける力の向きが前記加速管に入射する電子ビームと異なり、ビーム出射手段と異なる方向へ向けてその進行方向が偏向される。そのため、前記戻ってきた電子のビーム出射手段への衝突が抑制され、その結果、ビーム出射手段の損傷等が防止できる。即ち、電子ビームの経路上においてビーム出射手段と加速管との間に偏向磁場を形成するだけで、バンチャーやプレバンチャー等の複雑な機構を用いることなく、加速管で後ろ向きに加速された電子によるビーム出射手段の損傷を防止することができる。
【００１２】
尚、本発明において、前方とは加速管から出射される加速された電子ビームの進行方向であり、後方とは前記加速された電子ビームの進行方向とは反対向きの方向のことをいう。
【００１３】
本発明に係る電子加速器においては、電子の進行を止めるためのビームダンプをさらに備え、このビームダンプは、前記加速管から戻ってきた電子が前記偏向磁場を通過したあとに到達する位置に配置されるのが好ましい。
【００１４】
かかる構成によれば、加速管から戻ってきて偏向磁場を通過した電子をビームダンプに受けさせることにより、この戻ってきた電子の衝突に起因する電子加速器を構成する他の部材の発熱や損傷等が防止される。
【００１５】
前記磁場形成手段には、前記ビーム出射手段から出射された電子ビームのビーム軸と前記加速管に入射する偏向後の電子ビームのビーム軸とを含む偏向面を挟むように互いに間隔をおいて対向する一対の磁石が配置される。
【００１６】
かかる構成によれば、所望の偏向磁場を容易に形成することができ、この偏向磁場により偏向面に沿って電子ビームを加速管に向けて偏向すると共に加速管から戻ってきた電子をビーム出射手段側と反対側に向けて偏向することができる。
【００１７】
前記ビーム出射手段は、電子を発生させる電子発生部とこれら発生させた電子をビーム状に引き出す引出電極とを有し、前記加速管は、前記電子ビームが入射する入射口を有し、前記一対の磁石は、当該磁石間に入射する電子ビームに対する出射する電子ビームの偏向角が９０°であり、前記偏向面と直交する方向から見て、各磁石のビーム入射側端面とビーム出射側端面とのなす角が３７°で且つ前記ビーム入射側端面に対する前記電子ビームの入射角及び前記ビーム出射側端面に対する前記電子ビームの出射角がそれぞれ２６．５°であり、偏向半径をＲとしたときに、前記電子発生部と前記ビーム入射側端面における電子ビーム入射位置との距離が２Ｒで、且つ前記ビーム出射側端面の電子ビーム出射位置と前記入射口との距離が２Ｒ若しくは２Ｒよりも短いのが好ましい。
【００１８】
かかる構成によれば、前記一対の磁石により形成される偏向磁場が焦点距離を２Ｒとする２重収束レンズを構成するため、前記の位置に配置されることにより、サイズの小さな（例えば、直径０．２ｍｍ程度）電子発生部から引出電極により発散状態で引き出された電子ビームは、偏向磁場を通過することによって収束状態となり、加速管の入射口でｘ方向及びｙ方向において共に焦点を結び、径の小さなビームとなる。これにより、電子発生部で生じた電子が径の小さな入射口（例えば、直径２ｍｍ程度）内にロスなく若しくは僅かなロスで進入することができる。尚、本発明において、ｘ方向とは、電子ビームの進行方向と直交し且つ偏向面に沿う方向をいい、ｙ方向とは、電子ビームの進行方向と直交し且つ偏向面とも直交する方向をいう。
【００１９】
また、サイズの大きな（例えば、直径１ｍｍ程度）電子発生部から引出電極により発散状態で出射された電子ビームは、加速管の入射口手前で一旦収束して径が最小となるため、磁石のビーム出射側端面の電子ビーム出射位置と前記入射口との距離を２Ｒよりも短くなるように変更して入射口の位置を前記電子ビームが一旦収束する位置にすることで、収束して高密度となった電子ビームを入射口から加速管に入射させることが可能となる。
【００２０】
また、上記課題を解消すべく、本発明は、薄膜ターゲットに電子ビームを透過させてＸ線を発生させるＸ線発生装置において、上記いずれかの電子加速器と、この電子加速器で加速された電子ビームの経路上に前記薄膜ターゲットを保持する保持手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
このようにビーム出射手段から加速管へ向かう電子ビームの経路上で且つ加速管から戻ってくる電子の経路上に偏向磁場を形成することにより、バンチャーやプレバンチャー等の複雑な機構を用いることなく、加速管で後ろ向きに加速された電子によるビーム出射手段の損傷を防止することができる電子加速器を用いることで、当該Ｘ線発生装置の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上より、本発明によれば、簡素な構成でありながら、加速管で後ろ向きに加速された電子によるビーム出射手段の損傷等を防止できる電子加速器及びこれを備えたＸ線発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係るＸ線発生装置の概略構成図である。
【図２】前記Ｘ線発生装置における各電子の移動経路を示す図である。
【図３】前記Ｘ線発生装置における電子加速器のビーム出射手段のサイズの小さい電子発生部から加速管の入射口までの電子の軌道を示す図であって、（ａ）はｘ方向における電子の軌道を示し、（ｂ）はｙ方向における電子の軌道を示す。
【図４】前記Ｘ線発生装置における電子加速器のビーム出射手段のサイズの大きい電子発生部から加速管の入射口までの電子の軌道を示す図であって、（ａ）はｘ方向における電子の軌道を示し、（ｂ）はｙ方向における電子の軌道を示す。
【図５】従来の電子加速器の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
本発明に係るＸ線発生装置は、薄膜ターゲットに電子ビームを透過させてＸ線を発生させる装置である。具体的に、図１及び図２に示されるように、Ｘ線発生装置１０は、加速された電子ビームＢを出射する電子加速器１１と、この電子加速器１１で加速された電子ビームＢの経路上にターゲットＴを保持するターゲット保持手段１２とを備える。尚、本実施形態に係る電子加速器１１は、Ｘ線発生装置１０に組み込まれて使用されるものに限らない。即ち、電子加速器１１は、加速された電子ビームＢを用いる他の装置に組み込まれてもよい。
【００２６】
ターゲットＴは、電子ビームＢが照射されることによりＸ線が発生するものである。このターゲットＴは、本実施形態ではタングステンで形成された薄膜が用いられるが、これに限定されない。即ち、ターゲットＴは、電子ビームＢが照射されることによりＸ線が発生し易い素材であればよく、モリブデン等の重元素の金属で形成された薄膜であってもよい。尚、ターゲットＴは、電子ビームＢが照射されることによって高温となるため、高融点の金属で形成されることが好ましい。
【００２７】
電子加速器１１は、電子ビームＢを出射可能な電子銃（ビーム出射手段）１３と、電子ビームＢの進行方向を偏向する偏向磁場を形成する磁場形成手段１４と、電子ビームＢを加速する加速管１５と、電子を受け止めるビームダンプ１６とを備える。
【００２８】
電子銃１３は、熱電子や電解放射電子等を発生させる電子発生部１３ａとこれら発生した電子をビーム状に引き出す引出電極１３ｂとを有し、電子発生部１３ａで発生させた熱電子等をビーム状に収束させて出射するものである。
【００２９】
磁場形成手段１４は、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａを有し、これら一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａ間に偏向磁場が形成される。この一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａは、偏向半径がＲの９０°偏向タイプのマグネットである。即ち、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａは、当該偏向マグネット１４ａ，１４ａ間に入射する電子ビームＢのビーム軸Ｃ１の方向と、出射する電子ビームＢのビーム軸Ｃ２の方向とのなす角が９０°となり、偏向半径（ビーム軸Ｃが一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａ間で描く円弧状経路の半径）がＲとなるように電子ビームを偏向する。
【００３０】
具体的に、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａは、電子銃１３から出射された電子ビームＢのビーム軸Ｃ１と加速管１５に入射する偏向後の電子ビームＢのビーム軸Ｃ２とを含む偏向面（図１における紙面）を挟むように互いに間隔をおいて対向するように配置されている。
【００３１】
詳細には、各偏向マグネット１４ａは、偏向面と直交する方向（図１における紙面と直交する方向）から見て台形に形成されており、ビーム入射側端面１７ａとビーム出射側端面１７ｂとのなす角が３７°で且つビーム入射側端面１７ａに対する電子ビームＢ（詳細には、電子ビームＢのビーム軸Ｃ１）の入射角及びビーム出射側端面１７ｂに対する電子ビームＢの出射角（詳細には、電子ビームＢのビーム軸Ｃ２）が２６．５°となるように形成されている。本実施形態では、各偏向マグネット１４ａは、電磁石により構成されている。
【００３２】
この一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａは、電子銃１３の電子発生部１３ａとビーム入射側端面１７ａとの距離が２Ｒで、且つビーム出射側端面１７ｂと加速管１５の入射口１８との距離が２Ｒとなるように配置される。詳細には、前記偏向面と直交する方向から見て、電子発生部１３ａとビーム入射側端面１７ａにおける電子ビームＢ（より詳細には電子ビームＢのビーム軸Ｃ１）の入射位置ｐ１との距離が２Ｒで、且つビーム出射側端面１７ｂにおける電子ビームＢ（より詳細には電子ビームＢのビーム軸Ｃ２）の出射位置ｐ２との距離が２Ｒとなっている。
【００３３】
このように一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａが配置されることにより、これら偏向マグネット１４ａ，１４ａが形成する偏向磁場が焦点距離を２Ｒとする２重収束レンズを構成するため、サイズの小さな（例えば、直径０．２ｍｍ程度）電子発生部１３ａから引出電極１３ｂにより発散状態で引き出された電子ビームＢは、偏向磁場を通過することにより収束状態となり、加速管１５の入射口１８でｘ方向及びｙ方向において共に焦点を結び、径の小さなビームＢとなる（図３（ａ）及び図３（ｂ）参照）。これにより、電子発生部１３ａで生じた電子が径の小さな入射口１８（例えば、直径２ｍｍ程度）内にロスなく若しくは僅かなロスで進入することができる。尚、本発明において、ｘ方向とは、電子ビームＢの進行方向と直交し且つ偏向面に沿う方向をいい、ｙ方向とは、電子ビームＢの進行方向と直交し且つ偏向面とも直交する方向をいう。
【００３４】
また、サイズの大きな（例えば、直径１ｍｍ程度）電子発生部１３ａから引出電極１３ｂにより発散状態で引き出された電子ビームＢは、加速管１５の入射口１８手前で一旦収束して径が最小となった後に再度発散し、入射口１８の位置では電子発生部１３ａと同じビーム径となる（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。ここで、加速管１５の位置をビーム軸Ｃ２に沿って後方側に移動させる、即ち、偏向マグネット１４ａに近づけてビーム出射側端面１７ｂの電子ビーム出射位置ｐ２と入射口１８との距離を２Ｒよりも短くして入射口の位置を前記電子ビームＢが一旦収束する位置に変更することで、収束して高密度となった電子ビームＢを入射口１８から加速管１５に入射させることが可能となる。これにより、前記サイズの大きな電子発生部１３ａを用いても、形の小さな高密度の加速電子ビームを得ることが可能となる。
【００３５】
加速管１５は、高周波によって電子ビーム（荷電粒子）Ｂを加速するものである。この加速管１５には、高周波を供給可能な高周波源（マイクロ波源）２０が接続されている。加速管１５は、電子ビームＢの加速方向に延びる管状体によって構成され、一方の端部に電子ビームＢが入射する入射口１８と、他方の端部に加速された電子ビームＢが出射される出射口１９とを有する。また、加速管１５は、その内部に電子ビームＢの加速方向に沿って並ぶ複数のセル１５ａを備える。各セル１５ａは、内部に共振空洞ｓを有し、加速される電子ビームＢのビーム軸Ｃ２に沿って隣り合う共振空洞ｓ同士が連通するように構成されている。各セル１５ａは、共振器としても働く。即ち、加速管１５に高周波が供給されることによって、各セル１５ａの共振空洞ｓで共鳴し、周期的な高電圧、即ち、高周波電場（定在波電場）が発生する。この周期的な高電圧によって共振空洞ｓ内の荷電粒子、即ち、電子ビームＢを構成する各電子に加速方向又は減速方向への力が働く。尚、本実施形態の加速管１５は、高周波を供給されることにより内部に定在波電場が形成されるよう構成されるが、これに限定されず、高周波を供給されることにより内部に進行波電場が形成されるように構成されてもよい。
【００３６】
ビームダンプ１６は、加速管１５から戻ってきた電子の進行を止めるためのものである。具体的に、ビームダンプ１６は、熱伝導の良い銅で形成された構造体の表面をカーボンで覆うことにより構成されている。このように軽元素であるカーボンに衝突させることによって電子の進行を止めることで、電子停止時のＸ線の発生を抑制することができる。このビームダンプ１６は、必要に応じて水冷可能に構成される。
【００３７】
このように構成されるビームダンプ１６は、加速管１５から戻ってきた電子が偏向磁場を通過したあとに到達する位置に配置される。具体的に、本実施形態のビームダンプ１６は、電子銃１３に対して一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａを挟んで反対側の位置において一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａ間を塞ぐような姿勢で配置されている。
【００３８】
ターゲット保持手段１２は、電子加速器１１で加速された電子ビームＢの経路上でターゲットＴを保持するものである。このターゲット保持手段１２は、電子ビームＢに対して傾斜した姿勢でターゲットＴを保持する。
【００３９】
以上のように構成されるＸ線発生装置１０では、以下のようにしてＸ線が出射される。
【００４０】
高周波源２０から所定の周波数の高周波が加速管１５に供給されると、内部で共振して高周波電場（本実施形態においては定在波電場）が形成される。このとき、各セル１５ａでは、内部に周期的な高電圧が発生する。この状態で電子銃１３から電子ビームＢが出射され、当該電子ビームＢは、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａ間を通過して加速管１５に到達する。具体的に、電子ビームＢは、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａ間に形成されている偏向磁場によりその進行方向を前記偏向面に沿って加速管１５の入射口１８に向けて偏向される。加速管１５に到達した電子ビームＢは、内部に高周波電場が形成された加速管１５に入射口１８から入射し、加速位相の高周波電場によって加速される。
【００４１】
詳細には、各セル１５ａ内に発生する高電圧（高周波電場）が電子ビームＢに対して加速位相のときに当該セル１５ａを通過している電子が加速される。この高電圧が減速位相に変わったときには、加速位相の電圧によって加速された電子は、隣り合うセル１５ａ，１５ａ間に位置し、セル１５ａ内に形成された減速位相の電圧には影響されない。そして、次のセル１５ａ内に進入したときには、当該セル１５ａ内の電圧が加速位相になっている。このように電子ビームＢを構成する電子のうち、加速される電子は、各セル１５ａにおいて次々に加速される。このように周期的に位相が変化する高電圧（高周波電場）によって電子ビームＢを構成する電子が加速されることにより、電子ビームＢはパルス状となって加速される（図２参照）。
【００４２】
加速された電子ビームＢは、出射口１９から出射され、加速された電子ビームＢの経路上に保持されるターゲットＴに到達する。この電子ビームＢは、加速されることによって高エネルギーとなっており、ターゲットＴを透過する際にＸ線を発生させる。
【００４３】
一方、加速管１５において、電子ビームＢを構成する電子の一部は、高電圧が減速位相のときに各セル１５ａ内を通過することにより減速方向に（即ち、後方側（図２において左側）へ向けて）加速される。このようにして後方側へ加速された電子は、加速管１５内に入射する電子ビームＢに沿って入射口１８から加速管１５を出て偏向磁場に戻る（図２の矢印α参照）。この加速管１５から戻ってきた電子は、電子ビームＢと進行方向が異なるため、偏向磁場中では電子ビームＢと異なる方向に力を受けてその進行方向が偏向される。具体的には、戻ってきた電子は、偏向面に沿ってビーム出射手段１３側と反対側に向けて偏向される（図２参照）。
【００４４】
このようにして偏向された電子は、偏向磁場を通過したあと、この電子の到達位置に配置されたビームダンプ１６に衝突してその進行が停止する。
【００４５】
以上のように本実施形態では、電子銃１３から加速管１５へ向かう電子ビームＢの経路上で且つ加速管１５から戻ってくる電子の経路上に偏向磁場を形成することにより、バンチャーやプレバンチャー等の複雑な機構を用いることなく、加速管１５で後ろ向きに加速された電子による電子銃１３の損傷を防止することができる電子加速器１１を用いることで、当該Ｘ線発生装置１０の小型化を図ることができる。
【００４６】
即ち、本実施形態に係るＸ線発生装置１０の電子加速器１１では、電子銃１３からの電子ビームＢを加速管１５へ向けて偏向させた偏向磁場と同じ磁場を加速管１５から戻ってきた電子が通過するように偏向磁場が形成されることで、戻ってきた電子は偏向磁場により電子銃１３と異なる方向へその進行方向が偏向され、これにより前記戻ってきた電子の電子銃１３への衝突が抑制される。これにより、電子加速器１１の簡素化及び小型化を図ることができる。
【００４７】
詳細には、電子銃１３から出射された電子ビームＢは、偏向磁場により進行方向が偏向されて加速管１５に入射する。加速管１５に入射した電子ビームＢは、加速管１５内部に形成された高周波電場により加速されて前方側に出射されるが、加速管１５に入射した電子ビームＢを構成する電子の一部は、高周波電場の減速位相によって後方に向けて加速される。この後方側に加速された電子は、加速管１５に入射する電子ビームＢに沿って戻り、偏向磁場に入射する。この戻ってきた電子は、その進行方向が加速管１５に入射する電子ビームＢの進行方向と異なるため、同一の偏向磁場中で受ける力の向きが加速管１５に入射する電子ビームＢと異なり、電子銃１３と異なる方向へ向けてその進行方向が偏向される。そのため、前記戻ってきた電子の電子銃１３への衝突が抑制され、その結果、電子銃１３の損傷等が防止できる。即ち、電子ビームＢの経路上において電子銃１３と加速管１５との間に偏向磁場を形成するだけで、バンチャーやプレバンチャー等の複雑な機構を用いることなく、加速管１５で後ろ向きに加速された電子による電子銃１３の損傷を防止することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、電子加速器１１がビームダンプ１６を備えることで、加速管１５から戻ってきて偏向磁場を通過した電子を当該ビームダンプ１６に受けさせることにより、この戻ってきた電子の衝突に起因する電子加速器１１やＸ線発生装置１０を構成する他の部材の発熱や損傷等が防止される。
【００４９】
尚、本発明の電子加速器１１及びこれを備えたＸ線発生装置１０は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５０】
例えば、磁場形成手段１４の具体的構成は限定されない。即ち、上記実施形態では、電磁石により一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａが構成されているが、永久磁石等が用いられてもよい。
【００５１】
また、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａの偏向角は限定されない。例えば、上記実施形態では、一対の偏向マグネット１４ａ，１４ａは、９０°偏向であるが、これに限定される必要はなく、１８０°や４５°等の異なる偏向角であってもよい。即ち、電子銃１３から加速管１５へ向う電子ビームＢと加速管１５から戻ってきた電子とが共通の磁場を通過するように構成されていればよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、焦点距離が２Ｒとなるように偏向磁場が２重収束レンズを構成するがこれに限定されない。即ち、ｘ方向又はｙ方向のいずれかが収束するように磁場形成手段１４を構成してもよい。このように構成されると加速管１５に入射する電子ビームＢにロスが生じるが、電子ビームＢと加速管１５から戻ってきた電子とが通過する共通の偏向磁場が形成されていれば前記戻ってきた電子の電子銃１３への衝突は防止できる。
【符号の説明】
【００５３】
１０ Ｘ線発生装置
１１ 電子加速器
１２ ターゲット保持手段
１３ 電子銃（ビーム出射手段）
１３ａ 電子発生部
１３ｂ 引出電極
１４ 磁場形成手段
１４ａ 偏向マグネット
１５ 加速管
１６ ビームダンプ
１７ａ ビーム入射側端面
１７ｂ ビーム出射側端面
１８ 入射口
２０ 高周波源
Ｂ 電子ビーム
Ｃ１ ビーム軸
Ｃ２ ビーム軸
Ｔ ターゲット
Ｒ 偏向半径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを出射するビーム出射手段と、
前記電子ビームの進行方向を前記電子ビームの進行方向に対し所定の方向に偏向する偏向磁場を形成する磁場形成手段と、
前記偏向磁場により偏向された前記電子ビームが入射する位置に配置され、この入射した電子ビームを高周波により加速可能な加速管とを備え、
前記偏向磁場は、前記加速管から戻ってきた電子の経路上に形成されていることを特徴とする電子加速器。
【請求項２】
電子の進行を止めるためのビームダンプをさらに備え、
このビームダンプは、前記加速管から戻ってきた電子が前記偏向磁場を通過したあとに到達する位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電子加速器。
【請求項３】
前記磁場形成手段は、前記ビーム出射手段から出射された電子ビームのビーム軸と前記加速管に入射する偏向後の電子ビームのビーム軸とを含む偏向面を挟むように互いに間隔をおいて対向する一対の磁石を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子加速器。
【請求項４】
前記ビーム出射手段は、電子を発生させる電子発生部とこれら発生させた電子をビーム状に引き出す引出電極とを有し、
前記加速管は、前記電子ビームが入射する入射口を有し、
前記一対の磁石は、当該磁石間に入射する電子ビームに対する出射する電子ビームの偏向角が９０°であり、前記偏向面と直交する方向から見て、各磁石のビーム入射側端面とビーム出射側端面とのなす角が３７°で且つ前記ビーム入射側端面に対する前記電子ビームの入射角及び前記ビーム出射側端面に対する前記電子ビームの出射角がそれぞれ２６．５°であり、偏向半径をＲとしたときに、前記電子発生部と前記ビーム入射側端面における電子ビーム入射位置との距離が２Ｒで、且つ前記ビーム出射側端面の電子ビーム出射位置と前記入射口との距離が２Ｒ若しくは２Ｒよりも短いことを特徴とする請求項３に記載の電子加速器。
【請求項５】
薄膜ターゲットに電子ビームを透過させてＸ線を発生させるＸ線発生装置において、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子加速器と、
この電子加速器で加速された電子ビームの経路上に前記薄膜ターゲットを保持する保持手段とを備えることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項１】
電子ビームを出射するビーム出射手段と、
前記電子ビームの進行方向を前記電子ビームの進行方向に対し所定の方向に偏向する偏向磁場を形成する磁場形成手段と、
前記偏向磁場により偏向された前記電子ビームが入射する位置に配置され、この入射した電子ビームを高周波により加速可能な加速管とを備え、
前記偏向磁場は、前記加速管から戻ってきた電子の経路上に形成されていることを特徴とする電子加速器。
【請求項２】
電子の進行を止めるためのビームダンプをさらに備え、
このビームダンプは、前記加速管から戻ってきた電子が前記偏向磁場を通過したあとに到達する位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電子加速器。
【請求項３】
前記磁場形成手段は、前記ビーム出射手段から出射された電子ビームのビーム軸と前記加速管に入射する偏向後の電子ビームのビーム軸とを含む偏向面を挟むように互いに間隔をおいて対向する一対の磁石を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子加速器。
【請求項４】
前記ビーム出射手段は、電子を発生させる電子発生部とこれら発生させた電子をビーム状に引き出す引出電極とを有し、
前記加速管は、前記電子ビームが入射する入射口を有し、
前記一対の磁石は、当該磁石間に入射する電子ビームに対する出射する電子ビームの偏向角が９０°であり、前記偏向面と直交する方向から見て、各磁石のビーム入射側端面とビーム出射側端面とのなす角が３７°で且つ前記ビーム入射側端面に対する前記電子ビームの入射角及び前記ビーム出射側端面に対する前記電子ビームの出射角がそれぞれ２６．５°であり、偏向半径をＲとしたときに、前記電子発生部と前記ビーム入射側端面における電子ビーム入射位置との距離が２Ｒで、且つ前記ビーム出射側端面の電子ビーム出射位置と前記入射口との距離が２Ｒ若しくは２Ｒよりも短いことを特徴とする請求項３に記載の電子加速器。
【請求項５】
薄膜ターゲットに電子ビームを透過させてＸ線を発生させるＸ線発生装置において、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子加速器と、
この電子加速器で加速された電子ビームの経路上に前記薄膜ターゲットを保持する保持手段とを備えることを特徴とするＸ線発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１６５５４４（Ｐ２０１１−１６５５４４Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８５９１（Ｐ２０１０−２８５９１）
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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