Ｘ線発生装置
【課題】不要なエネルギー領域のＸ線の発生量を抑制するＸ線発生装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線発生装置５０は、第１の線形加速器５４により加速された電子ビームＢを出射するビーム出射部５２と、電子ビームＢの経路上で薄膜ターゲットＴ１を保持する保持部２０と、薄膜ターゲットＴ１透過後の電子ビームＢを減速するための第２の線形加速器５６と、減速後の電子ビームＢを受け止めるビームダンプ部１８とを備え、第２の線形加速器５６は、高周波が供給されることによって内部に定在波電場が形成される加速セル１５ａを備えた加速部１５を有し、この加速部１５は、定在波電場により荷電粒子を加速したときに当該荷電粒子を外部に出射する開口１６を有し、この開口１６から加速部１５の内部に薄膜ターゲットＴ１通過後の電子ビームＢが入射する位置に配置される。
【解決手段】Ｘ線発生装置５０は、第１の線形加速器５４により加速された電子ビームＢを出射するビーム出射部５２と、電子ビームＢの経路上で薄膜ターゲットＴ１を保持する保持部２０と、薄膜ターゲットＴ１透過後の電子ビームＢを減速するための第２の線形加速器５６と、減速後の電子ビームＢを受け止めるビームダンプ部１８とを備え、第２の線形加速器５６は、高周波が供給されることによって内部に定在波電場が形成される加速セル１５ａを備えた加速部１５を有し、この加速部１５は、定在波電場により荷電粒子を加速したときに当該荷電粒子を外部に出射する開口１６を有し、この開口１６から加速部１５の内部に薄膜ターゲットＴ１通過後の電子ビームＢが入射する位置に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場プラントや発電所、建造物等の構造物や配管等のＸ線による非破壊検査に用いられ、加速器により加速された電子ビームをターゲットに照射することによりＸ線を発生させるＸ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、構造物や配管等の非破壊検査としては、検査対象物にＸ線を透過させ、その透過率等に基づいて内部観察を行う検査が行われていた。このようなＸ線検査において用いられるＸ線発生装置としては、特許文献１に記載のＸ線発生装置が知られている。
【０００３】
前記のＸ線発生装置は、図６に示されるように、電子加速器１００と、ターゲットｔと、電子加速器１００に高周波を供給する高周波源１０２とを備える。電子加速器１００は、例えば、特許文献２に記載の電子銃１０４と加速管１０６とによって構成される（図７参照）。この加速管１０６は、高周波源１０２から高周波が供給されることによって内部で共振し、定在波電場が形成されるように構成される。ターゲットｔは、電子ビームが照射されることによりＸ線が発生する板状体で、タングステン等の重元素によって構成されている。
【０００４】
このような電子加速器１００では、電子銃１０４から出射された電子ビームが加速管１０６の内部に形成された前記定在波電場によって加速される。そして、この加速された電子ビームｂがターゲットｔに衝突すると制動放射等によってＸ線が発生する。このとき電子ビームｂは、当該電子ビームｂを構成する各電子がターゲットｔ内に進入し、ターゲットｔを構成する電子や原子等との散乱を繰り返しエネルギーが無くなるまで制動放射を繰り返す。このとき、ターゲットｔは、電子ビームｂを透過させない十分な厚さを有する。
【０００５】
このようにして発生させたＸ線が検査対象物ｅに照射され、当該検査対象物ｅを透過したＸ線が検出器１０８によって検出されることにより、Ｘ線の透過率等が検出され検査対象物ｅの非破壊検査が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１７７８４１号公報
【特許文献２】特開２０００−２４３５９９号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記の非破壊検査において、検査対象物ｅが金属で形成された金属部材の場合には、前記のＸ線発生装置において発生させたＸ線のうち、金属に対する透過能力の高い高エネルギーのＸ線が重要となる。即ち、前記のＸ線発生装置で発生させたＸ線のうち、前記透過能力の低い低エネルギーのＸ線は、金属部材の非破壊検査には必要のない不要なＸ線である。
【０００８】
しかし、前記のＸ線発生装置においては、金属部材の検査に必要なＸ線（前記高エネルギーのＸ線）の発生量よりも、不要なＸ線（前記低エネルギーのＸ線）の発生量の方が非常に多い。例えば、「検査技術 ２００８．０２」の１〜５頁の「ライナックを使った断熱材下の外面腐食検査」において示されるように、前記のＸ線発生装置を用いてタングステンで形成されるターゲットｔに１．０ＭｅＶの電子ビームを照射した場合、発生するＸ線スペクトルは図８のようになる。
【０００９】
尚、前記の例において、金属部材を検査するのに重要な前記高エネルギーのＸ線とは、薄膜ターゲットに照射された電子ビームの有するエネルギーに近い（０．８〜１．０ＭｅＶの）エネルギーのＸ線であり、前記低エネルギーのＸ線とは、それ以外（０．８ＭｅＶ未満）のエネルギーのＸ線である。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、不要なエネルギー領域のＸ線の発生量を抑制する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】
【００１１】
上記問題を解消すべく、前記のＸ線発生装置において、ターゲットｔとして薄膜ターゲットが用いられ、この薄膜ターゲットに照射される電子ビームが当該薄膜ターゲットを透過するように構成される装置が考えられる。
【００１２】
このように構成することで、発生したＸ線のうち、前記高エネルギーのＸ線の発生量は、電子ビームがターゲットｔを透過しない前記のＸ線発生装置における発生量と変わらず、前記低エネルギーのＸ線の発生量だけが抑制される。
【００１３】
これは、前記電子ビームが、前記薄膜ターゲットを透過する過程において、前記高エネルギーのＸ線を発生させて自らのエネルギーが低下したあとは、当該薄膜ターゲットを透り抜け、それ以上、薄膜ターゲット内での制動放射や特性Ｘ線の放射を行わないからである。
【００１４】
具体的には、前記電子ビームを構成する電子は、前記薄膜ターゲットを透り抜ける（透過する）過程において、当該電子の有するエネルギーに近い高エネルギーのＸ線を制動放射によって発生させる（放出する）。この制動放射により、前記電子はエネルギーの一部を失う。このエネルギーの低下した前記電子は、低下後のエネルギーよりも高いエネルギーのＸ線を発生させることができない。そのため、このエネルギーの低下した電子がさらに制動放射を行わないようにすることで、前記低エネルギーのＸ線の発生量が抑制可能となる。
【００１５】
しかし、前記の薄膜ターゲットを用いたＸ線発生装置においては、薄膜ターゲットを透過した前記電子ビームが停止する際にＸ線が発生する。即ち、前記の薄膜ターゲットを用いたＸ線発生装置においては、ターゲットが薄く前記電子ビームが透過するため、前記薄膜ターゲット透過後の電子ビームをビームダンプ等に衝突させてその進行を止める必要がある。このとき、前記電子ビームは、前記薄膜ターゲットの透過の際にエネルギーがあまり低下していない、即ち、エネルギーが高いため、ビームダンプ等に衝突して止まる際にＸ線が発生する。このビームダンプ部等で発生するＸ線は、検査等に使用することができず、不要なＸ線である。
【００１６】
以上のように、前記の薄膜ターゲットを用いたＸ線発生装置においては、薄膜ターゲットからは前記低エネルギーのＸ線の発生は抑制されるが、薄膜ターゲット透過後の電子ビームをビームダンプ等に衝突させて進行を止める際にＸ線が発生する。即ち、薄膜ターゲットを用いたＸ線発生装置では、薄膜ターゲットにおける不要なＸ線の発生が抑制されるが、他の部位で不要なＸ線が発生してしまう。
【００１７】
そのため、薄膜ターゲットを用いることで、当該薄膜ターゲットでのＸ線の遮蔽の簡素化等を図ることが可能となるが、他の部位（ビームダンプ等）において厳重なＸ線の遮蔽を行わなければならなくなる。
【００１８】
そこで、本発明者らが鋭意研究した結果、以下の構成のＸ線発生装置を創作することにより上記課題を解消した。
【００１９】
本発明に係るＸ線発生装置は、薄膜ターゲットにパルス状の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、高周波によって荷電粒子を加速可能な第１の線形加速器を有し、この第１の線形加速器により加速された前記電子ビームを出射するビーム出射部と、前記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部と、前記薄膜ターゲット透過後の前記電子ビームを減速するための第２の線形加速器と、前記第２の線形加速器により減速された前記電子ビームを停止させるビームダンプ部とを備え、前記第２の線形加速器は、高周波が供給されることによって内部に定在波若しくは進行波電場が形成される加速セルを備える加速部を有し、前記加速部は、前記定在波若しくは進行波電場により荷電粒子を加速したときに当該荷電粒子を外部に出射する開口を有し、この開口から前記加速セルの内部に前記薄膜ターゲット通過後の前記電子ビームが入射する位置に配置されることを特徴とする。
【００２０】
かかる構成によれば、前記第１の線形加速器により加速されて高エネルギーとなった前記電子ビームが前記薄膜ターゲットを透過するため、不要なエネルギー領域のＸ線の発生量が抑制される。
【００２１】
さらに、前記薄膜ターゲット通過後の電子ビームは、前記第２の線形加速器の加速部の内部に入射することによって減速されてエネルギーが低下する。そのため、前記ビームダンプ部が前記電子ビームを停止させる際にＸ線が発生しない、若しくは僅かな量しか発生しない。
【００２２】
即ち、供給される高周波によって前記加速部の加速セル内部に前記電子ビームの各パルスに対し減速位相となるような定在波若しくは進行波が形成されると、当該加速セル内に入射した前記電子ビームの各パルス（電子）には減速方向の力が加わって減速される。この減速によって各電子は、エネルギーが十分に低下するため、ビームダンプ部において、例えば、カーボン等の軽元素で構成される部材に衝突させられ、Ｘ線を発生させることなく、若しくは僅かな量しか発生させずに止められる。
【００２３】
その結果、当該装置全体において、前記薄膜ターゲットだけでなく他の部位においても不要なＸ線の発生が抑制される。
【００２４】
このように不要なＸ線の発生が当該Ｘ線発生装置全体において抑制されるため、発生させたＸ線を用いる検査等においてはノイズが低減し、検査精度が向上する。
【００２５】
本発明に係るＸ線発生装置においては、前記薄膜ターゲット透過後の電子ビームの進行方向を所定の方向に偏向させる磁場を形成する偏向磁場形成手段を備え、前記第２の線形加速器の加速部は、前記偏向磁場形成手段が形成する磁場により偏向された前記電子ビームが前記開口から内部に入射する位置に配置されてもよい。
【００２６】
かかる構成によれば、前記加速部の配置位置の自由度が向上し、当該Ｘ線発生装置の設計の自由度が向上する。即ち、前記偏向磁場形成手段によって前記電子ビームが所定の方向に偏向されるため、前記ビーム出射部、前記薄膜ターゲット及び前記加速部の配置が一直線上に並ぶような配置に限定されない。
【００２７】
また、前記第１の線形加速器と前記第２の線形加速器とが前記加速部を有する共通の線形加速器によって構成され、前記偏向磁場形成手段は、前記加速部の開口から出射された電子ビームが前記薄膜ターゲット通過後に前記開口から入射するような周回経路を通り、この周回経路の長さが、前記定在波若しくは進行波電場が当該電子ビームの各パルスに対して減速位相となったときに前記周回経路を通った前記電子ビームが前記開口から入射する長さとなるように、前記電子ビームの進行方向を偏向させる磁場を形成する周回磁場形成手段であってもよい。
【００２８】
かかる構成によれば、前記電子ビームの加速と減速とが共通の線形加速器によって行われるため、前記線形加速器を少なくすることができる。
【００２９】
具体的には、前記磁場形成手段が形成する磁場によって規定される前記周回経路を通ることによって、共通の加速部において、加速位相の前記定在波若しくは進行波電場によって加速されて出射された前記電子ビームは、前記薄膜ターゲットを透過した後、当該加速部に入射して減速位相の前記定在波若しくは進行波電場によって減速される。
【００３０】
このように１つの線形加速器で、前記電子ビームの加速及び減速が行われるため、当該Ｘ線発生装置の小型化や省コスト化が可能となる。
【００３１】
また、前記第２の線形加速器は、前記加速部に前記高周波を供給する高周波供給手段を備え、この高周波供給手段は、前記定在波若しくは進行波電場が前記加速部の内部に入射した前記電子ビームの各パルスに対して減速位相となるように前記高周波を供給するよう構成されてもよい。
【００３２】
かかる構成によれば、前記加速部の内部に形成される定在波若しくは進行波電場が入射した前記電子ビームの各パルスに対し、より確実に減速位相となるよう前記加速部に対して高周波の供給が可能となる。そのため、より確実に前記電子ビームが減速され、前記ビームダンプ部でのＸ線の発生がより確実に抑制される。
【００３３】
また、前記保持部は、前記電子ビームと直交する保持面を有し、この保持面上に複数の薄膜ターゲットを保持可能なターゲット保持手段と、前記保持面の前記電子ビームに対する姿勢を保ちつつ、この電子ビームと直交する方向に前記保持面を移動させる保持面移動手段とを有する構成であってもよい。
【００３４】
かかる構成によれば、電子ビームの経路上に位置する薄膜ターゲットが交換可能になる。例えば、前記保持面上に、それぞれ厚さの異なる複数の薄膜ターゲットが保持された場合、前記保持面移動手段によって前記保持面が移動させられることで、前記電子ビームの経路上に位置していた薄膜ターゲットが厚さの異なる薄膜ターゲットに交換される。
【００３５】
また、各薄膜ターゲットが前記保持面上に保持され、この保持面が前記電子ビームに対する姿勢を保ちつつ直交する方向に移動して薄膜ターゲットの交換が行われるため、前記電子ビームに対する各薄膜ターゲットの姿勢も同じにできる。
【００３６】
このように薄膜ターゲットが交換可能に構成されることで、照射される前記電子ビームのエネルギーに応じて、適切な厚さの薄膜ターゲットに変更し易くなる。その結果、検査対象物に対して適切なエネルギーのＸ線を容易に発生させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
以上より、本発明によれば、不要なエネルギー領域のＸ線の発生量を抑制する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】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係るＸ線発生装置の概略構成図である。
【図２】同実施形態に係るＸ線発生装置のターゲット保持手段の正面図である。
【図３】同実施形態に係るＸ線発生装置の電子ビームの周回経路を示す図である。
【図４】第２実施形態に係るＸ線発生装置の概略構成及び電子ビームの経路を示す図である。
【図５】他実施形態に係るＸ線発生装置の概略構成及び電子ビームの経路を示す図である。
【図６】従来のＸ線発生装置を含むＸ線検査装置を示すブロック図である。
【図７】従来の電子加速器の概略構成図である。
【図８】従来のＸ線発生装置を用いて発生させたＸ線スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の第１実施形態について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
【００４０】
本発明に係るＸ線発生装置１０は、薄膜ターゲット（以下、単に「ターゲット」とも称する。）Ｔ１にパルス状の電子ビームＢを透過させてＸ線を発生させる装置である。具体的には、Ｘ線発生装置１０は、電子ビームＢの出射及び回収を行うビーム出射・回収部１２と、ターゲットＴ１を保持する保持部２０と、電子ビームＢの進行方向を偏向させる磁場を形成する周回磁場形成手段３０とを備える。
【００４１】
ターゲットＴ１は、電子ビームＢが照射されることによってＸ線が発生するものである。このターゲットＴ１は、タングステンで形成された薄膜であるが、これに限定されず、モリブデン等の重元素の金属で形成された薄膜であればよい。即ち、ターゲットＴ１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い。尚、ターゲットＴ１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。
【００４２】
ビーム出射・回収部１２は、電子ビームＢを加速して出射すると共に周回磁場形成手段３０が形成する磁場によって戻ってきた前記電子ビームＢを減速して停止させる部位である。具体的には、ビーム出射・回収部１２は、電子ビームＢを出射可能な電子銃１３と、電子ビームＢの進行方向を偏向する磁場（偏向磁場）を形成する磁場形成手段Ｍと、電子ビームＢの加速及び減速を行う線形加速器１４と、線形加速器１４に高周波を供給する高周波源１７と、電子ビームＢを停止させるビームダンプ１８とを有している。
【００４３】
電子銃１３は、熱電子や電界放射電子等をビーム状に収束させて出射するものである。
【００４４】
磁場形成手段Ｍは、一対の偏向マグネットを有し、これら一対の偏向マグネット間に偏向磁場が形成される。具体的に、一対の偏向マグネットは、電子銃１３から出射された電子ビームＢのビーム軸Ｃと線形加速器１４に入射口ｎから入射する偏向後の電子ビームのビーム軸（加速部１５の開口１６から射出される電子ビームＢのビーム軸）ａｘ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。また、磁場形成手段Ｍによって形成される偏向磁場は、線形加速器１４の入射口ｎからビーム軸ａｘに沿って戻ってきた電子ビームを、その進行方向をビームダンプ１８側に偏向する。
【００４５】
線形加速器１４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、ライナック（Ｌｉｎａｃ）とも呼ばれる。本実施形態においては、線形加速器１４は、電子ビームＢの加速だけでなく、出射した電子ビームＢが戻ってきたときに当該電子ビームＢの減速にも用いられる。具体的には、線形加速器１４は、高周波が供給されることによって内部に定在波若しくは進行波電場が形成される加速部１５を備える。この線形加速器１４は、保持部２０及び周回磁場形成手段３０と共に真空容器内に配置される。
【００４６】
加速部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、内部には前記電子ビームＢの加速方向に沿って並ぶ複数のセル（加速セル）１５ａ，１５ａ，…を備える。各セル１５ａは、内部に加速空洞ｓを有し、加速される電子ビームＢのビーム軸ａｘに沿って隣り合う加速空洞ｓ同士が連通するように構成されている。本実施形態の加速部１５では、高周波が供給されることによりセル１５内（加速空洞ｓ内）に定在波電場が形成される。具体的に、各セル１５ａは、共振器として働く。即ち、加速部１５に高周波が供給されることによって各セル１５ａの加速空洞ｓで共鳴し、周期的な高電圧（本実施形態では定在波電場）が発生する。この周期的な高電圧によって、加速空洞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又は減速方向の力が働く。尚、本実施形態では、加速部１５として、高周波を供給されることによって加速空洞ｓ内に定在波電場が形成される共振器（空洞共振器）が用いられるが、これに限定されず、高周波を供給されることにより加速空洞ｓ内に進行波電場が形成される導波管が用いられてもよい。この導波管を用いた加速部は、供給された高周波が電子ビームと共に導波管の中を進行するものであり、円形導波管に絞りを入れると、この絞りの間隔によって導波管の中を通過する高周波（マイクロ波）の位相速度を電子の速度に合わせることができ、これにより電子を電波に同期して加速することができる。
【００４７】
また、加速部１５は、定在波電場により荷電粒子を加速したときに当該荷電粒子を外部に出射する開口１６を有する。
【００４８】
尚、本実施形態において、前記開口１６は、加速された電子ビームＢが加速部１５から出射されるだけでなく、ターゲットＴ１通過後の電子ビームＢが加速部１５の内部（加速空洞ｓ内）に入射する部位でもある。
【００４９】
高周波源１７は、線形加速器１４の加速部１５に高周波（マイクロ波）を供給するためのものである。
【００５０】
ビームダンプ１８は、線形加速器１４により減速された電子ビームＢを停止させるためのものである。具体的には、ビームダンプ１８は、減速後の電子ビームＢをカーボン等の軽元素で構成される部材に衝突させることによって電子ビームＢの進行を止める。このように軽元素で構成される部材に電子ビームＢ（荷電粒子）を衝突させることにより、ビームダンプ１８において、電子ビームＢの停止時のＸ線の発生量を減らすことができる。このビームダンプ１８は、線形加速器１４の入射口ｎからビーム軸ａｘに沿って戻ってきた電子ビームＢ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。詳細には、ビームダンプ１８は、電子銃１３に対して磁場形成手段Ｍ（一対の偏向マグネット）を挟んで反対側の位置において、一対の偏向マグネット間を塞ぐような姿勢で配置される。
【００５１】
保持部２０は、電子ビームＢの経路上でターゲットＴ１を保持する部位であり、本実施形態においては、ターゲットホルダー（ターゲット保持手段）２２と保持面移動手段２５とを有する。
【００５２】
ターゲットホルダー２２は、電子ビームと直交する保持面２４を有し、この保持面２４上に複数のターゲットＴ１，Ｔ２，…を保持する。具体的には、ターゲットホルダー２２は、金属性の円盤であり、複数の開口部２６，２６，…が周方向に設けられている。これら複数の開口部２６，２６，…は、前記周方向に沿って等間隔となるように形成されている。この各開口部２６には、ターゲットＴ１，Ｔ２，…が保持・固定される。このとき、ターゲットホルダー２２の保持面２４と各ターゲットＴ１，Ｔ２，…の前面とが面一になるように各ターゲットＴ１，Ｔ２，…がターゲットホルダー２２に固定される。
【００５３】
例えば、本実施形態においては、第１〜第６のターゲットＴ１〜Ｔ６がターゲットホルダー２２に保持される。これら第１〜第６のターゲットＴ１〜Ｔ６は、全てタングステンで形成された薄膜である。このとき、各ターゲットＴ１〜Ｔ６の厚さは、第１のターゲットＴ１が０．６ｍｍ、第２のターゲットＴ２が、０．５ｍｍ、第３のターゲットＴ３が０．４ｍｍ、…のように、開口部２６毎に異なる。
【００５４】
このように第１〜第６のターゲットＴ１〜Ｔ６を固定可能に構成されるターゲットホルダー２２は、当該ホルダー２２の中心周りに回転可能に構成される（図２の矢印α参照）。
【００５５】
保持面移動手段２５は、ターゲットホルダー２２の保持面２４の電子ビームＢに対する姿勢を保ちつつ、この電子ビームＢと直交する方向に保持面２４が移動するようにターゲットホルダー２２を駆動する。具体的には、保持面移動手段２５は、電子ビームＢに対してターゲットホルダー２２の保持面２４が直交する状態を保ちつつ、ターゲットホルダー２２を前記中心周りに回転駆動する。
【００５６】
このように保持部２０が構成されることによって、電子ビームＢの経路上に位置するターゲットＴ１〜Ｔ６の交換が容易になる。即ち、ターゲットホルダー２２に形成された複数の開口部２６，２６，…に、それぞれ厚さの異なるターゲットＴ１〜Ｔ６が固定され、保持面移動手段２５によってターゲットホルダー２２が回転駆動されると、例えば、電子ビームＢの経路上に位置するターゲットＴ１が異なる厚さのターゲットＴ２に交換される。
【００５７】
また、電子ビームＢに対する姿勢を変えることなくターゲットＴ１〜Ｔ６の交換が可能となる。即ち、各ターゲットＴ１〜Ｔ６が複数の開口部２６，２６，…に保持された状態で、保持面２４が電子ビームＢに対する姿勢を保ちつつターゲットホルダー２２が回転駆動されるため、前記保持された各ターゲットＴ１〜Ｔ６も姿勢を保ちつつ移動することによって交換が行われる。そのため、電子ビームＢに対する各ターゲットＴ１〜Ｔ６の姿勢が同じとなる。
【００５８】
周回磁場形成手段３０は、加速部１５の開口１６から出射された電子ビームＢがターゲットＴ１通過後に開口１６から入射するような周回経路を通るように電子ビームＢの進行方向を偏向させる磁場を形成する偏向磁場形成手段である。また、周回磁場形成手段３０によって形成される磁場は、前記周回経路の長さが、加速部１５内に形成される前記定在波電場が電子ビームＢの各パルスに対して減速位相となったときに周回経路を通った電子ビームＢが開口１６から入射する長さとなるような磁場である。
【００５９】
具体的には、周回磁場形成手段３０は、複数の偏向磁場形成手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，…によって構成されている。各偏向磁場形成手段３２は、一対の磁石で構成され、この一対の磁石が所定間隔をおいて対向するように配置される。そして、全ての偏向磁場形成手段３２は、周回経路が位置する共通の平面（図１及び図３においては紙面）を挟むように一方側（前記紙面の前方側）と他方側（前記紙面の後方側）とに磁石が配置される。このように配置されることで、一対の磁石間に形成された磁場（図１及び図３においては、紙面に対して垂直方向の磁場）中を電子ビームＢが進み、当該磁場によってその進行方向が偏向される。
【００６０】
詳細には、周回磁場形成手段３０は、周回経路に沿って配置される第１乃至第４の偏向磁場形成手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄによって構成される。これら偏向磁場形成手段３２は、それぞれ電磁石によって構成されている。また、各偏向磁場形成手段３２は、形成した磁場内を通過する電子ビームＢのエネルギーに応じて磁場強度を変更可能に構成されている。
【００６１】
第１の偏向磁場形成手段３２ａは、加速部１５の開口１６近傍に配置され、開口１６から出射された電子ビームＢをビーム軸ａｘから離れる方向に偏向すると共に、周回経路を通って戻ってきた電子ビームＢをビーム軸ａｘと一致するように偏向する磁場形成手段である。第２の偏向磁場形成手段３２ｂは、第１の偏向磁場形成手段３２ａと保持部２０との間に配置され、第１の偏向磁場形成手段３２ａからの電子ビームＢをターゲットＴ１に向けて偏向する磁場形成手段である。第３の偏向磁場形成手段３２ｃは、保持部２０に対し、線形加速器１４と反対側に配置され、ターゲットＴ１透過後の電子ビームＢを線形加速器１４に向けて進行方向を１８０°偏向する磁場形成手段である。第４の偏向磁場形成手段３２ｄは、第３の偏向磁場形成手段３２ｃと第１の偏向磁場形成手段３２ａとの間に配置され、第３の偏向磁場形成手段３２ｃからの電子ビームＢをビーム軸ａｘに向けて偏向する磁場偏向手段である。
【００６２】
線形加速器１４と保持部２０との周囲には、それぞれ放射線シールドｓｄが設けられている。この放射線シールドｓｄは、鉛板で形成されている。このような放射線シールドｓｄが設けられることにより、Ｘ線検査に用いる必要なＸ線以外は、外部に漏れない。即ち、線形加速器１４における電子ビームＢ停止時のＸ線や、ターゲットＴ１から発生するＸ線のうち検査対象物と異なる方向に向かうＸ線等の検査に不要なＸ線を遮蔽することができる。
【００６３】
本実施形態に係るＸ線発生装置１０は、以上の構成からなり、次に、このＸ線発生装置１０の作用について説明する。
【００６４】
高周波源１７から所定の周波数の高周波が加速部１５に供給されると、内部で共振して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から磁場形成手段Ｍの形成する偏向磁場に向けて電子ビームＢが出射されると、偏向磁場中で進行方向が偏向され、入射口ｎから加速部１５内に電子ビームＢが入射する。加速部１５内に入射した電子ビームＢは、加速位相の定在波電場によって加速される。
【００６５】
詳細には、各セル１５ａ内に発生する高電圧（定在波電場）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は加速される。一方、前記高電圧が減速位相のときに、当該セル１５ａを通過している電子は減速される。このとき、前記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（定在波電場）によって電子ビームＢを構成する電子が加速又は減速されつつ電子ビームＢ全体としては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。尚、内部に進行波電場が形成されるように構成される加速部であっても、進行波電場の加速位相と減速位相とにより、前記同様、電子ビームＢがパルス状となって加速される。
【００６６】
加速された電子ビームＢは、加速部１５の開口１６から出射される。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いる。本実施形態においては、加速後の電子ビームＢのエネルギーは、１ＭｅＶである。
【００６７】
この電子ビームＢは、第１の偏向磁場形成手段３２ａと第２の偏向磁場形成手段３２ｂとによってその進行方向が偏向され保持部２０へ向かう。このとき、本実施形態においては、保持部２０は、電子ビームＢの経路上にターゲットＴ１が位置するように保持している。そして、電子ビームＢは、ターゲットＴ１に衝突して電子エネルギーの一部を制動放射や特性Ｘ線として放射しつつターゲットＴ１を透過する。
【００６８】
このとき、線形加速器１４により加速されて高エネルギーとなった電子ビームＢがターゲットＴ１を透過するため、不要なエネルギー領域のＸ線の発生量が抑制される。これは、電子ビームＢが、ターゲットＴ１を透過する過程において、高エネルギーのＸ線を発生させて自らのエネルギーが低下した後は、当該ターゲットＴ１を透り抜け、それ以上、ターゲットＴ１内での制動放射等を行わないからである。
【００６９】
具体的には、電子ビームＢを構成する電子は、ターゲットＴ１を透り抜ける（透過する）過程において、当該電子の有するエネルギーに近い高エネルギーのＸ線を制動放射によって発生させる（放出する）。この制動放射により、電子はエネルギーの一部を失う。
【００７０】
このターゲットＴ１の透過によりエネルギーの低下した電子は、低下後のエネルギーよりも高いエネルギーのＸ線を発生させることができない。そのため、このエネルギーの低下した電子がさらに制動放射を行わないようにすることで、当該Ｘ線発生装置１０においては、前記低エネルギーのＸ線の発生量が抑制可能となる。
【００７１】
尚、本実施形態においては、０．６ｍｍの厚さのタングステン膜で構成されるターゲットＴ１を透過した後の電子ビームＢのエネルギーは、０．８ＭｅＶ程度になっている。このとき、当該Ｘ線発生装置１０で発生した０．８ＭｅＶ〜１．０ＭｅＶのエネルギーを有するＸ線の発生量は、電子ビームＢが透過できない厚さのターゲットに電子ビームＢを衝突させた際に発生する発生量と同量である。
【００７２】
このようにして発生させたＸ線は、非破壊検査の検査対象物に照射され、当該検査対象物を透過した前記Ｘ線を検出する。この検出に基づいて、検査対象物のＸ線透過率等が導出され、内部欠陥等の観察が行われる。
【００７３】
一方、ターゲットＴ１を透過した後の電子ビームＢは、第３の偏向磁場形成手段３２ｃによって線形加速器１４に向けて進行方向が偏向される。さらに、電子ビームＢは、第４の偏向磁場形成手段３２ｄと第１の偏向磁場形成手段３２ａとによって偏向されることにより、開口１６を通って加速部１５内に入射する。
【００７４】
このとき、周回経路を通って開口１６から入射した電子ビームＢのパルス長さは、加速部１５内に形成されている定在波電場の波長の１／２より短くなっている。これは、電子ビームＢが加速される際に、加速位相の定在波電場（セル１５ａ内の前記高電圧）によって加速されるため、当該定在波電場（セル１５ａ内の前記高電圧）の周期と同一周期のパルスとなり、波長の１／２の加速位相でも、場所により加速電圧が異なるためである。従って、開口１６から電子ビームＢが入射したときに、定在波電場が当該電子ビームＢの１つのパルスに対して減速位相になっていれば、前記入射する電子ビームＢの全てのパルスに対して定在波電場は、減速位相となる。そのため、周回経路の長さが、定在波電場が当該電子ビームＢの一つのパルスに対して減速位相となったときに周回経路を通った電子ビームＢの前記パルスが開口１６から入射する長さであれば、入射した電子ビームＢは、定在波電場によって減速される。尚、内部に進行波電場が形成されるように構成される加速部においても、周回経路の長さが、進行波電場が当該電子ビームＢの一つのパルスに対して減速位相となったときに周回経路を通った電子ビームＢのパルスが開口１６から入射する長さであれば、開口１６から入射した電子ビームＢは、進行波電場によって、前記同様に減速される。
【００７５】
本実施形態においては、周回経路は、前記のような長さであるため、加速部１５に入射した電子ビームＢは減速され、エネルギーが低下する。
【００７６】
このように十分減速され、エネルギーを失った電子ビームＢは、入射口ｎから磁場形成手段Ｍの形成する偏向磁場に向けて射出され、偏向磁場中を通過する際にビームダンプ１８に向けてその進行方向が偏向される。このように減速されエネルギーを失った電子ビームＢをビームダンプ１８に衝突させ停止させることにより、Ｘ線を発生させることなく、若しくは僅かな量しか発生させずに電子ビームＢを停止させることができる。
【００７７】
以上のようなＸ線発生装置１０によれば、当該装置１０全体において、ターゲットＴ１だけでなく他の部位、例えば、ビームダンプ１８等のように電子ビームＢの進行を止める部位においても不要なＸ線の発生が抑制される。このように不要なＸ線の発生が当該Ｘ線発生装置１０全体において抑制されるため、当該Ｘ線発生装置１０によって発生させたＸ線を用いる検査等においてはノイズが低減し、検査精度が向上する。
【００７８】
また、本実施形態においては、１つの線形加速器１４（加速部１５）によって電子ビームＢの加速及び減速が行われるため、当該Ｘ線発生装置１０の小型化や省コスト化が可能となる。
【００７９】
即ち、電子ビームＢの加速と減速とが共通の線形加速器１４によって行われるため、線形加速器１４の数を少なくすることができる。具体的には、周回磁場形成手段３０によって規定される周回経路を通ることによって、共通の加速部１５において、加速位相の定在波電場（又は進行波電場）によって加速されて出射された電子ビームＢは、ターゲットＴ１を透過後、当該加速部１５に入射して減速位相の定在波電場（又は進行波電場）によって減速される。
【００８０】
尚、当該Ｘ線発生装置１０においては、ターゲットＴ１の交換が可能な保持部２０を用いることにより、照射される電子ビームＢのエネルギーに応じて、適切な厚さのターゲットＴ２〜Ｔ６に変更し易くなる。その結果、検査対象物に対して適切なエネルギーのＸ線を容易に発生させることが可能となる。即ち、周回経路が真空容器内に形成されるため、ターゲットＴ１〜Ｔ６も真空容器内に配置されるが、前記のような保持部２０を用いることで電子ビームＢの強度に対応してターゲットの膜厚変更が容易になる。
【００８１】
この場合、電子ビームＢのエネルギーが変化するため、周回磁場形成手段３０を構成する各偏向磁場形成手段３２における磁場強度を調整し、加速部１５に戻った電子ビームＢが減速されるように周回経路の長さが調整される。
【００８２】
次に、本発明の第２実施形態について図４を参照しつつ説明するが、上記第１実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成ついてのみ詳細に説明する。
【００８３】
本実施形態に係るＸ線発生装置５０は、電子ビームＢの出射行うビーム出射部５２と、電子ビームＢの回収を行うビーム回収部５３と、ターゲットＴ１〜Ｔ６を保持する保持部２０と、電子ビームＢの進行方向を偏向させる磁場を形成する偏向磁場形成手段３２とを備える。
【００８４】
ビーム出射部５２は、電子銃１３と、高周波によって荷電粒子（電子ビームＢ）を加速可能な第１の線形加速器５４と、第１の線形加速器５４に高周波を供給する高周波源１７とを有する。
【００８５】
第１の線形加速器５４は、第１実施形態のビーム出射・回収部１２の線形加速器１４と同様に構成され、加速部１５を備える。この加速部１５は、高周波源１７から高周波（マイクロ波）が供給されることによって内部で共振し、高周波電場（本実施形態では定在波電場）が形成される。
【００８６】
尚、本実施形態の第１の線形加速器５４では、電子ビームＢを加速するために内部に形成される定在波電場を用いているが、これに限定されない。即ち、第１の線形加速器５４は、加速部１５として共振器（空洞共振器）ではなく導波管を用い、内部に形成される進行波電場に乗った電子が加速されるような構成でもよい。
【００８７】
このような線形加速器であっても、出射される電子ビームＢは、パルス状の電子ビームとなるため、当該電子ビームＢの減速に、第１実施形態同様、線形加速器を用いることが可能となる。
【００８８】
偏向磁場形成手段３２は、第１実施形態同様、一対の電磁石で構成される。この偏向磁場形成手段３２は、電子ビームＢの経路を規定するために複数組配置される。これら複数組の偏向磁場形成手段３２は、第１の線形加速器５４から出射された電子ビームＢをターゲットＴ１まで案内するための磁場を形成する第１の偏向磁場形成手段３２ａ及び第２の偏向磁場形成手段３２ｂと、ターゲットＴ１透過後の電子ビームＢを所定の方向に偏向させる磁場を形成する第５の偏向磁場形成手段３２ｅとである。
【００８９】
第５の偏向磁場形成手段３２ｅは、ターゲットＴ１透過後に当該第５の偏向磁場形成手段３２ｅの形成した磁場に入射した電子ビームの向きを９０°偏向することができる。
【００９０】
ビーム回収部５３は、ターゲットＴ１通過後の電子ビームＢを減速するための第２の線形加速器５６と、第２の線形加速器５６に高周波（マイクロ波）を供給する高周波源１７と、高周波源１７から出力される高周波の位相を制御する位相器５７と、ビームダンプ１８とを有する。本実施形態においては、第１の線形加速器５４と第２の線形加速器５６とに高周波を供給する高周波源として共通の高周波源１７が用いられているが、第１の線形加速器５４と第２の線形加速器５６とに個別に高周波源が設けられてもよい。
【００９１】
第２の線形加速器５６は、第１実施形態のビーム出射・回収部１２の線形加速器１４と同様に構成され、第２の線形加速器５６は、加速部１５を備える。この加速部１５では、高周波源１７から位相器５７を介して供給される高周波が内部で共振し、定在波電場が形成される。そして、この加速部１５は、開口１６から当該加速部１５の内部にターゲットＴ１透過後の電子ビームＢが入射するような位置に配置される。詳細には、ターゲットＴ１透過後に第５の偏向磁場形成手段３２ｅによって進行方向を偏向された電子ビームＢが開口１６から入射するような位置に配置される。尚、本実施形態では、第２の線形加速器５６の加速部１５として、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共振器が用いられているが、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導波管が用いられてもよい。
【００９２】
位相器５７は、高周波源１７から第２の線形加速器５６の加速部１５へ供給される高周波の位相を調整するものであり、制御部５７ａが接続される。具体的に、位相器５７は、制御部５７ａからの制御信号により、第２の線形加速器５６の加速部１５内に形成される定在波電場が当該加速部１５の内部に入射した電子ビームＢの各パルスに対して減速位相となるように高周波源１７から加速部１５へ供給される高周波の位相を制御する。即ち、制御部５７ａは、第２の線形加速器５６の加速部１５内に入射する電子ビームＢのパルスを検出し、このパルスに基づいて高周波源１７が供給する高周波を制御し、加速部１５内に形成される定在波電場の位相を制御する。尚、第２の線形加速器５６の加速部１５として導波管が用いられる場合には、位相器５７によって内部に形成される進行波電場の位相が制御される。
【００９３】
以上のように構成されるＸ線発生装置５０では、電子銃１３から出射された電子ビームＢが第１の線形加速器５４によって加速され、パルス状の電子ビームＢとなって出射される。この電子ビームＢは、第１及び第２の偏向磁場形成手段３２ａ，３２ｂが形成する磁場によって進行方向が偏向され、ターゲットＴ１に案内される。ターゲットＴ１に案内された電子ビームＢは、ターゲットＴ１を透過し、その際、Ｘ線を発生させる。このＸ線は、第１実施形態同様、第１の線形加速器５４により加速されて高エネルギーとなった電子ビームＢがターゲットＴ１を透過するため、不要なエネルギー領域のＸ線の発生量が抑制される。
【００９４】
ターゲットＴ１を透過した電子ビームＢは、第５の偏向磁場形成手段３２ｅによって進行方向を９０°偏向され、第２の線形加速器５６に向けて進行する。そして、電子ビームＢは、第２の線形加速器５６の加速部１５の開口１６から内部に入射する。
【００９５】
このとき、制御部５７ａによって、第２の線形加速器５６の加速部１５内に形成されている定在波電場は、入射した電子ビームＢの各パルスに対し、減速位相となるように制御されている。そのため、入射した電子ビームＢは、定在波電場によって減速される。このように減速され、エネルギーを十分に失った電子ビームＢは、ビームダンプ１８に入射し停止する。
【００９６】
このビームダンプ１８においても、電子ビームＢが十分に減速されてエネルギーが低下しているため、Ｘ線を発生させることなく、若しくは僅かな量しかＸ線を発生させずに止められる。
【００９７】
以上のように、本実施形態に係るＸ線発生装置５０においては、位相器５７及び制御部５７ａによって第２の線形加速器５６の加速部１５に供給される高周波が制御されることによって、加速部１５の内部に形成される定在波電場が入射する電子ビームＢの各パルスに対し、より確実に減速位相となるよう、加速部１５に対して高周波の供給が可能となる。そのため、より確実に電子ビームＢが減速され、ビームダンプ１８でのＸ線の発生がより確実に抑制される。
【００９８】
尚、本発明のＸ線発生装置は、上記第１及び第２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。
【００９９】
例えば、上記第１及び第２実施形態においては、ターゲットＴ１透過前や透過後の電子ビームＢの進行方向を偏向するための偏向磁場形成手段３２が設けられているが、これら偏向磁場形成手段３２がなくてもよい。
【０１００】
具体的には、図５に示されるように、電子ビームＢを加速するための第１の線形加速器５４と電子ビームＢを減速するための第２の線形加速器５６とが向かい合うように配置されてもよい。即ち、ビーム出射部５２（第１の線形加速器５４）と、ターゲットＴ１と、ビーム回収部５３（第２の線形加速器５６）との配置が一直線上に並ぶような配置であってもよい。このような配置とすることで、第２の線形加速器５６における加速部１５の配置位置の自由度は少なくなるが、偏向磁場形成手段３２が不要になるため、Ｘ線発生装置の構成の簡素化が可能となる。
【０１０１】
この場合、第１の線形加速器５４と第２の線形加速器５６とを結ぶ線に対し、ターゲットＴ１が傾斜（図５においては４５°）するように配置されるのが好ましい。
【符号の説明】
【０１０２】
１０ Ｘ線発生装置
１４ 線形加速器
１５ 空洞共振器
１６ 開口
１８ ビームダンプ
２０ 保持部
５０ Ｘ線発生装置
５２ ビーム出射部
５４ 第１の線形加速器
５６ 第２の線形加速器
Ｂ 電子ビーム
Ｔ１ ターゲット（薄膜ターゲット）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場プラントや発電所、建造物等の構造物や配管等のＸ線による非破壊検査に用いられ、加速器により加速された電子ビームをターゲットに照射することによりＸ線を発生させるＸ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、構造物や配管等の非破壊検査としては、検査対象物にＸ線を透過させ、その透過率等に基づいて内部観察を行う検査が行われていた。このようなＸ線検査において用いられるＸ線発生装置としては、特許文献１に記載のＸ線発生装置が知られている。
【０００３】
前記のＸ線発生装置は、図６に示されるように、電子加速器１００と、ターゲットｔと、電子加速器１００に高周波を供給する高周波源１０２とを備える。電子加速器１００は、例えば、特許文献２に記載の電子銃１０４と加速管１０６とによって構成される（図７参照）。この加速管１０６は、高周波源１０２から高周波が供給されることによって内部で共振し、定在波電場が形成されるように構成される。ターゲットｔは、電子ビームが照射されることによりＸ線が発生する板状体で、タングステン等の重元素によって構成されている。
【０００４】
このような電子加速器１００では、電子銃１０４から出射された電子ビームが加速管１０６の内部に形成された前記定在波電場によって加速される。そして、この加速された電子ビームｂがターゲットｔに衝突すると制動放射等によってＸ線が発生する。このとき電子ビームｂは、当該電子ビームｂを構成する各電子がターゲットｔ内に進入し、ターゲットｔを構成する電子や原子等との散乱を繰り返しエネルギーが無くなるまで制動放射を繰り返す。このとき、ターゲットｔは、電子ビームｂを透過させない十分な厚さを有する。
【０００５】
このようにして発生させたＸ線が検査対象物ｅに照射され、当該検査対象物ｅを透過したＸ線が検出器１０８によって検出されることにより、Ｘ線の透過率等が検出され検査対象物ｅの非破壊検査が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１７７８４１号公報
【特許文献２】特開２０００−２４３５９９号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記の非破壊検査において、検査対象物ｅが金属で形成された金属部材の場合には、前記のＸ線発生装置において発生させたＸ線のうち、金属に対する透過能力の高い高エネルギーのＸ線が重要となる。即ち、前記のＸ線発生装置で発生させたＸ線のうち、前記透過能力の低い低エネルギーのＸ線は、金属部材の非破壊検査には必要のない不要なＸ線である。
【０００８】
しかし、前記のＸ線発生装置においては、金属部材の検査に必要なＸ線（前記高エネルギーのＸ線）の発生量よりも、不要なＸ線（前記低エネルギーのＸ線）の発生量の方が非常に多い。例えば、「検査技術 ２００８．０２」の１〜５頁の「ライナックを使った断熱材下の外面腐食検査」において示されるように、前記のＸ線発生装置を用いてタングステンで形成されるターゲットｔに１．０ＭｅＶの電子ビームを照射した場合、発生するＸ線スペクトルは図８のようになる。
【０００９】
尚、前記の例において、金属部材を検査するのに重要な前記高エネルギーのＸ線とは、薄膜ターゲットに照射された電子ビームの有するエネルギーに近い（０．８〜１．０ＭｅＶの）エネルギーのＸ線であり、前記低エネルギーのＸ線とは、それ以外（０．８ＭｅＶ未満）のエネルギーのＸ線である。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、不要なエネルギー領域のＸ線の発生量を抑制する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】
【００１１】
上記問題を解消すべく、前記のＸ線発生装置において、ターゲットｔとして薄膜ターゲットが用いられ、この薄膜ターゲットに照射される電子ビームが当該薄膜ターゲットを透過するように構成される装置が考えられる。
【００１２】
このように構成することで、発生したＸ線のうち、前記高エネルギーのＸ線の発生量は、電子ビームがターゲットｔを透過しない前記のＸ線発生装置における発生量と変わらず、前記低エネルギーのＸ線の発生量だけが抑制される。
【００１３】
これは、前記電子ビームが、前記薄膜ターゲットを透過する過程において、前記高エネルギーのＸ線を発生させて自らのエネルギーが低下したあとは、当該薄膜ターゲットを透り抜け、それ以上、薄膜ターゲット内での制動放射や特性Ｘ線の放射を行わないからである。
【００１４】
具体的には、前記電子ビームを構成する電子は、前記薄膜ターゲットを透り抜ける（透過する）過程において、当該電子の有するエネルギーに近い高エネルギーのＸ線を制動放射によって発生させる（放出する）。この制動放射により、前記電子はエネルギーの一部を失う。このエネルギーの低下した前記電子は、低下後のエネルギーよりも高いエネルギーのＸ線を発生させることができない。そのため、このエネルギーの低下した電子がさらに制動放射を行わないようにすることで、前記低エネルギーのＸ線の発生量が抑制可能となる。
【００１５】
しかし、前記の薄膜ターゲットを用いたＸ線発生装置においては、薄膜ターゲットを透過した前記電子ビームが停止する際にＸ線が発生する。即ち、前記の薄膜ターゲットを用いたＸ線発生装置においては、ターゲットが薄く前記電子ビームが透過するため、前記薄膜ターゲット透過後の電子ビームをビームダンプ等に衝突させてその進行を止める必要がある。このとき、前記電子ビームは、前記薄膜ターゲットの透過の際にエネルギーがあまり低下していない、即ち、エネルギーが高いため、ビームダンプ等に衝突して止まる際にＸ線が発生する。このビームダンプ部等で発生するＸ線は、検査等に使用することができず、不要なＸ線である。
【００１６】
以上のように、前記の薄膜ターゲットを用いたＸ線発生装置においては、薄膜ターゲットからは前記低エネルギーのＸ線の発生は抑制されるが、薄膜ターゲット透過後の電子ビームをビームダンプ等に衝突させて進行を止める際にＸ線が発生する。即ち、薄膜ターゲットを用いたＸ線発生装置では、薄膜ターゲットにおける不要なＸ線の発生が抑制されるが、他の部位で不要なＸ線が発生してしまう。
【００１７】
そのため、薄膜ターゲットを用いることで、当該薄膜ターゲットでのＸ線の遮蔽の簡素化等を図ることが可能となるが、他の部位（ビームダンプ等）において厳重なＸ線の遮蔽を行わなければならなくなる。
【００１８】
そこで、本発明者らが鋭意研究した結果、以下の構成のＸ線発生装置を創作することにより上記課題を解消した。
【００１９】
本発明に係るＸ線発生装置は、薄膜ターゲットにパルス状の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、高周波によって荷電粒子を加速可能な第１の線形加速器を有し、この第１の線形加速器により加速された前記電子ビームを出射するビーム出射部と、前記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部と、前記薄膜ターゲット透過後の前記電子ビームを減速するための第２の線形加速器と、前記第２の線形加速器により減速された前記電子ビームを停止させるビームダンプ部とを備え、前記第２の線形加速器は、高周波が供給されることによって内部に定在波若しくは進行波電場が形成される加速セルを備える加速部を有し、前記加速部は、前記定在波若しくは進行波電場により荷電粒子を加速したときに当該荷電粒子を外部に出射する開口を有し、この開口から前記加速セルの内部に前記薄膜ターゲット通過後の前記電子ビームが入射する位置に配置されることを特徴とする。
【００２０】
かかる構成によれば、前記第１の線形加速器により加速されて高エネルギーとなった前記電子ビームが前記薄膜ターゲットを透過するため、不要なエネルギー領域のＸ線の発生量が抑制される。
【００２１】
さらに、前記薄膜ターゲット通過後の電子ビームは、前記第２の線形加速器の加速部の内部に入射することによって減速されてエネルギーが低下する。そのため、前記ビームダンプ部が前記電子ビームを停止させる際にＸ線が発生しない、若しくは僅かな量しか発生しない。
【００２２】
即ち、供給される高周波によって前記加速部の加速セル内部に前記電子ビームの各パルスに対し減速位相となるような定在波若しくは進行波が形成されると、当該加速セル内に入射した前記電子ビームの各パルス（電子）には減速方向の力が加わって減速される。この減速によって各電子は、エネルギーが十分に低下するため、ビームダンプ部において、例えば、カーボン等の軽元素で構成される部材に衝突させられ、Ｘ線を発生させることなく、若しくは僅かな量しか発生させずに止められる。
【００２３】
その結果、当該装置全体において、前記薄膜ターゲットだけでなく他の部位においても不要なＸ線の発生が抑制される。
【００２４】
このように不要なＸ線の発生が当該Ｘ線発生装置全体において抑制されるため、発生させたＸ線を用いる検査等においてはノイズが低減し、検査精度が向上する。
【００２５】
本発明に係るＸ線発生装置においては、前記薄膜ターゲット透過後の電子ビームの進行方向を所定の方向に偏向させる磁場を形成する偏向磁場形成手段を備え、前記第２の線形加速器の加速部は、前記偏向磁場形成手段が形成する磁場により偏向された前記電子ビームが前記開口から内部に入射する位置に配置されてもよい。
【００２６】
かかる構成によれば、前記加速部の配置位置の自由度が向上し、当該Ｘ線発生装置の設計の自由度が向上する。即ち、前記偏向磁場形成手段によって前記電子ビームが所定の方向に偏向されるため、前記ビーム出射部、前記薄膜ターゲット及び前記加速部の配置が一直線上に並ぶような配置に限定されない。
【００２７】
また、前記第１の線形加速器と前記第２の線形加速器とが前記加速部を有する共通の線形加速器によって構成され、前記偏向磁場形成手段は、前記加速部の開口から出射された電子ビームが前記薄膜ターゲット通過後に前記開口から入射するような周回経路を通り、この周回経路の長さが、前記定在波若しくは進行波電場が当該電子ビームの各パルスに対して減速位相となったときに前記周回経路を通った前記電子ビームが前記開口から入射する長さとなるように、前記電子ビームの進行方向を偏向させる磁場を形成する周回磁場形成手段であってもよい。
【００２８】
かかる構成によれば、前記電子ビームの加速と減速とが共通の線形加速器によって行われるため、前記線形加速器を少なくすることができる。
【００２９】
具体的には、前記磁場形成手段が形成する磁場によって規定される前記周回経路を通ることによって、共通の加速部において、加速位相の前記定在波若しくは進行波電場によって加速されて出射された前記電子ビームは、前記薄膜ターゲットを透過した後、当該加速部に入射して減速位相の前記定在波若しくは進行波電場によって減速される。
【００３０】
このように１つの線形加速器で、前記電子ビームの加速及び減速が行われるため、当該Ｘ線発生装置の小型化や省コスト化が可能となる。
【００３１】
また、前記第２の線形加速器は、前記加速部に前記高周波を供給する高周波供給手段を備え、この高周波供給手段は、前記定在波若しくは進行波電場が前記加速部の内部に入射した前記電子ビームの各パルスに対して減速位相となるように前記高周波を供給するよう構成されてもよい。
【００３２】
かかる構成によれば、前記加速部の内部に形成される定在波若しくは進行波電場が入射した前記電子ビームの各パルスに対し、より確実に減速位相となるよう前記加速部に対して高周波の供給が可能となる。そのため、より確実に前記電子ビームが減速され、前記ビームダンプ部でのＸ線の発生がより確実に抑制される。
【００３３】
また、前記保持部は、前記電子ビームと直交する保持面を有し、この保持面上に複数の薄膜ターゲットを保持可能なターゲット保持手段と、前記保持面の前記電子ビームに対する姿勢を保ちつつ、この電子ビームと直交する方向に前記保持面を移動させる保持面移動手段とを有する構成であってもよい。
【００３４】
かかる構成によれば、電子ビームの経路上に位置する薄膜ターゲットが交換可能になる。例えば、前記保持面上に、それぞれ厚さの異なる複数の薄膜ターゲットが保持された場合、前記保持面移動手段によって前記保持面が移動させられることで、前記電子ビームの経路上に位置していた薄膜ターゲットが厚さの異なる薄膜ターゲットに交換される。
【００３５】
また、各薄膜ターゲットが前記保持面上に保持され、この保持面が前記電子ビームに対する姿勢を保ちつつ直交する方向に移動して薄膜ターゲットの交換が行われるため、前記電子ビームに対する各薄膜ターゲットの姿勢も同じにできる。
【００３６】
このように薄膜ターゲットが交換可能に構成されることで、照射される前記電子ビームのエネルギーに応じて、適切な厚さの薄膜ターゲットに変更し易くなる。その結果、検査対象物に対して適切なエネルギーのＸ線を容易に発生させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
以上より、本発明によれば、不要なエネルギー領域のＸ線の発生量を抑制する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】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係るＸ線発生装置の概略構成図である。
【図２】同実施形態に係るＸ線発生装置のターゲット保持手段の正面図である。
【図３】同実施形態に係るＸ線発生装置の電子ビームの周回経路を示す図である。
【図４】第２実施形態に係るＸ線発生装置の概略構成及び電子ビームの経路を示す図である。
【図５】他実施形態に係るＸ線発生装置の概略構成及び電子ビームの経路を示す図である。
【図６】従来のＸ線発生装置を含むＸ線検査装置を示すブロック図である。
【図７】従来の電子加速器の概略構成図である。
【図８】従来のＸ線発生装置を用いて発生させたＸ線スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の第１実施形態について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
【００４０】
本発明に係るＸ線発生装置１０は、薄膜ターゲット（以下、単に「ターゲット」とも称する。）Ｔ１にパルス状の電子ビームＢを透過させてＸ線を発生させる装置である。具体的には、Ｘ線発生装置１０は、電子ビームＢの出射及び回収を行うビーム出射・回収部１２と、ターゲットＴ１を保持する保持部２０と、電子ビームＢの進行方向を偏向させる磁場を形成する周回磁場形成手段３０とを備える。
【００４１】
ターゲットＴ１は、電子ビームＢが照射されることによってＸ線が発生するものである。このターゲットＴ１は、タングステンで形成された薄膜であるが、これに限定されず、モリブデン等の重元素の金属で形成された薄膜であればよい。即ち、ターゲットＴ１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い。尚、ターゲットＴ１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。
【００４２】
ビーム出射・回収部１２は、電子ビームＢを加速して出射すると共に周回磁場形成手段３０が形成する磁場によって戻ってきた前記電子ビームＢを減速して停止させる部位である。具体的には、ビーム出射・回収部１２は、電子ビームＢを出射可能な電子銃１３と、電子ビームＢの進行方向を偏向する磁場（偏向磁場）を形成する磁場形成手段Ｍと、電子ビームＢの加速及び減速を行う線形加速器１４と、線形加速器１４に高周波を供給する高周波源１７と、電子ビームＢを停止させるビームダンプ１８とを有している。
【００４３】
電子銃１３は、熱電子や電界放射電子等をビーム状に収束させて出射するものである。
【００４４】
磁場形成手段Ｍは、一対の偏向マグネットを有し、これら一対の偏向マグネット間に偏向磁場が形成される。具体的に、一対の偏向マグネットは、電子銃１３から出射された電子ビームＢのビーム軸Ｃと線形加速器１４に入射口ｎから入射する偏向後の電子ビームのビーム軸（加速部１５の開口１６から射出される電子ビームＢのビーム軸）ａｘ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。また、磁場形成手段Ｍによって形成される偏向磁場は、線形加速器１４の入射口ｎからビーム軸ａｘに沿って戻ってきた電子ビームを、その進行方向をビームダンプ１８側に偏向する。
【００４５】
線形加速器１４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、ライナック（Ｌｉｎａｃ）とも呼ばれる。本実施形態においては、線形加速器１４は、電子ビームＢの加速だけでなく、出射した電子ビームＢが戻ってきたときに当該電子ビームＢの減速にも用いられる。具体的には、線形加速器１４は、高周波が供給されることによって内部に定在波若しくは進行波電場が形成される加速部１５を備える。この線形加速器１４は、保持部２０及び周回磁場形成手段３０と共に真空容器内に配置される。
【００４６】
加速部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、内部には前記電子ビームＢの加速方向に沿って並ぶ複数のセル（加速セル）１５ａ，１５ａ，…を備える。各セル１５ａは、内部に加速空洞ｓを有し、加速される電子ビームＢのビーム軸ａｘに沿って隣り合う加速空洞ｓ同士が連通するように構成されている。本実施形態の加速部１５では、高周波が供給されることによりセル１５内（加速空洞ｓ内）に定在波電場が形成される。具体的に、各セル１５ａは、共振器として働く。即ち、加速部１５に高周波が供給されることによって各セル１５ａの加速空洞ｓで共鳴し、周期的な高電圧（本実施形態では定在波電場）が発生する。この周期的な高電圧によって、加速空洞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又は減速方向の力が働く。尚、本実施形態では、加速部１５として、高周波を供給されることによって加速空洞ｓ内に定在波電場が形成される共振器（空洞共振器）が用いられるが、これに限定されず、高周波を供給されることにより加速空洞ｓ内に進行波電場が形成される導波管が用いられてもよい。この導波管を用いた加速部は、供給された高周波が電子ビームと共に導波管の中を進行するものであり、円形導波管に絞りを入れると、この絞りの間隔によって導波管の中を通過する高周波（マイクロ波）の位相速度を電子の速度に合わせることができ、これにより電子を電波に同期して加速することができる。
【００４７】
また、加速部１５は、定在波電場により荷電粒子を加速したときに当該荷電粒子を外部に出射する開口１６を有する。
【００４８】
尚、本実施形態において、前記開口１６は、加速された電子ビームＢが加速部１５から出射されるだけでなく、ターゲットＴ１通過後の電子ビームＢが加速部１５の内部（加速空洞ｓ内）に入射する部位でもある。
【００４９】
高周波源１７は、線形加速器１４の加速部１５に高周波（マイクロ波）を供給するためのものである。
【００５０】
ビームダンプ１８は、線形加速器１４により減速された電子ビームＢを停止させるためのものである。具体的には、ビームダンプ１８は、減速後の電子ビームＢをカーボン等の軽元素で構成される部材に衝突させることによって電子ビームＢの進行を止める。このように軽元素で構成される部材に電子ビームＢ（荷電粒子）を衝突させることにより、ビームダンプ１８において、電子ビームＢの停止時のＸ線の発生量を減らすことができる。このビームダンプ１８は、線形加速器１４の入射口ｎからビーム軸ａｘに沿って戻ってきた電子ビームＢ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。詳細には、ビームダンプ１８は、電子銃１３に対して磁場形成手段Ｍ（一対の偏向マグネット）を挟んで反対側の位置において、一対の偏向マグネット間を塞ぐような姿勢で配置される。
【００５１】
保持部２０は、電子ビームＢの経路上でターゲットＴ１を保持する部位であり、本実施形態においては、ターゲットホルダー（ターゲット保持手段）２２と保持面移動手段２５とを有する。
【００５２】
ターゲットホルダー２２は、電子ビームと直交する保持面２４を有し、この保持面２４上に複数のターゲットＴ１，Ｔ２，…を保持する。具体的には、ターゲットホルダー２２は、金属性の円盤であり、複数の開口部２６，２６，…が周方向に設けられている。これら複数の開口部２６，２６，…は、前記周方向に沿って等間隔となるように形成されている。この各開口部２６には、ターゲットＴ１，Ｔ２，…が保持・固定される。このとき、ターゲットホルダー２２の保持面２４と各ターゲットＴ１，Ｔ２，…の前面とが面一になるように各ターゲットＴ１，Ｔ２，…がターゲットホルダー２２に固定される。
【００５３】
例えば、本実施形態においては、第１〜第６のターゲットＴ１〜Ｔ６がターゲットホルダー２２に保持される。これら第１〜第６のターゲットＴ１〜Ｔ６は、全てタングステンで形成された薄膜である。このとき、各ターゲットＴ１〜Ｔ６の厚さは、第１のターゲットＴ１が０．６ｍｍ、第２のターゲットＴ２が、０．５ｍｍ、第３のターゲットＴ３が０．４ｍｍ、…のように、開口部２６毎に異なる。
【００５４】
このように第１〜第６のターゲットＴ１〜Ｔ６を固定可能に構成されるターゲットホルダー２２は、当該ホルダー２２の中心周りに回転可能に構成される（図２の矢印α参照）。
【００５５】
保持面移動手段２５は、ターゲットホルダー２２の保持面２４の電子ビームＢに対する姿勢を保ちつつ、この電子ビームＢと直交する方向に保持面２４が移動するようにターゲットホルダー２２を駆動する。具体的には、保持面移動手段２５は、電子ビームＢに対してターゲットホルダー２２の保持面２４が直交する状態を保ちつつ、ターゲットホルダー２２を前記中心周りに回転駆動する。
【００５６】
このように保持部２０が構成されることによって、電子ビームＢの経路上に位置するターゲットＴ１〜Ｔ６の交換が容易になる。即ち、ターゲットホルダー２２に形成された複数の開口部２６，２６，…に、それぞれ厚さの異なるターゲットＴ１〜Ｔ６が固定され、保持面移動手段２５によってターゲットホルダー２２が回転駆動されると、例えば、電子ビームＢの経路上に位置するターゲットＴ１が異なる厚さのターゲットＴ２に交換される。
【００５７】
また、電子ビームＢに対する姿勢を変えることなくターゲットＴ１〜Ｔ６の交換が可能となる。即ち、各ターゲットＴ１〜Ｔ６が複数の開口部２６，２６，…に保持された状態で、保持面２４が電子ビームＢに対する姿勢を保ちつつターゲットホルダー２２が回転駆動されるため、前記保持された各ターゲットＴ１〜Ｔ６も姿勢を保ちつつ移動することによって交換が行われる。そのため、電子ビームＢに対する各ターゲットＴ１〜Ｔ６の姿勢が同じとなる。
【００５８】
周回磁場形成手段３０は、加速部１５の開口１６から出射された電子ビームＢがターゲットＴ１通過後に開口１６から入射するような周回経路を通るように電子ビームＢの進行方向を偏向させる磁場を形成する偏向磁場形成手段である。また、周回磁場形成手段３０によって形成される磁場は、前記周回経路の長さが、加速部１５内に形成される前記定在波電場が電子ビームＢの各パルスに対して減速位相となったときに周回経路を通った電子ビームＢが開口１６から入射する長さとなるような磁場である。
【００５９】
具体的には、周回磁場形成手段３０は、複数の偏向磁場形成手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，…によって構成されている。各偏向磁場形成手段３２は、一対の磁石で構成され、この一対の磁石が所定間隔をおいて対向するように配置される。そして、全ての偏向磁場形成手段３２は、周回経路が位置する共通の平面（図１及び図３においては紙面）を挟むように一方側（前記紙面の前方側）と他方側（前記紙面の後方側）とに磁石が配置される。このように配置されることで、一対の磁石間に形成された磁場（図１及び図３においては、紙面に対して垂直方向の磁場）中を電子ビームＢが進み、当該磁場によってその進行方向が偏向される。
【００６０】
詳細には、周回磁場形成手段３０は、周回経路に沿って配置される第１乃至第４の偏向磁場形成手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄによって構成される。これら偏向磁場形成手段３２は、それぞれ電磁石によって構成されている。また、各偏向磁場形成手段３２は、形成した磁場内を通過する電子ビームＢのエネルギーに応じて磁場強度を変更可能に構成されている。
【００６１】
第１の偏向磁場形成手段３２ａは、加速部１５の開口１６近傍に配置され、開口１６から出射された電子ビームＢをビーム軸ａｘから離れる方向に偏向すると共に、周回経路を通って戻ってきた電子ビームＢをビーム軸ａｘと一致するように偏向する磁場形成手段である。第２の偏向磁場形成手段３２ｂは、第１の偏向磁場形成手段３２ａと保持部２０との間に配置され、第１の偏向磁場形成手段３２ａからの電子ビームＢをターゲットＴ１に向けて偏向する磁場形成手段である。第３の偏向磁場形成手段３２ｃは、保持部２０に対し、線形加速器１４と反対側に配置され、ターゲットＴ１透過後の電子ビームＢを線形加速器１４に向けて進行方向を１８０°偏向する磁場形成手段である。第４の偏向磁場形成手段３２ｄは、第３の偏向磁場形成手段３２ｃと第１の偏向磁場形成手段３２ａとの間に配置され、第３の偏向磁場形成手段３２ｃからの電子ビームＢをビーム軸ａｘに向けて偏向する磁場偏向手段である。
【００６２】
線形加速器１４と保持部２０との周囲には、それぞれ放射線シールドｓｄが設けられている。この放射線シールドｓｄは、鉛板で形成されている。このような放射線シールドｓｄが設けられることにより、Ｘ線検査に用いる必要なＸ線以外は、外部に漏れない。即ち、線形加速器１４における電子ビームＢ停止時のＸ線や、ターゲットＴ１から発生するＸ線のうち検査対象物と異なる方向に向かうＸ線等の検査に不要なＸ線を遮蔽することができる。
【００６３】
本実施形態に係るＸ線発生装置１０は、以上の構成からなり、次に、このＸ線発生装置１０の作用について説明する。
【００６４】
高周波源１７から所定の周波数の高周波が加速部１５に供給されると、内部で共振して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から磁場形成手段Ｍの形成する偏向磁場に向けて電子ビームＢが出射されると、偏向磁場中で進行方向が偏向され、入射口ｎから加速部１５内に電子ビームＢが入射する。加速部１５内に入射した電子ビームＢは、加速位相の定在波電場によって加速される。
【００６５】
詳細には、各セル１５ａ内に発生する高電圧（定在波電場）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は加速される。一方、前記高電圧が減速位相のときに、当該セル１５ａを通過している電子は減速される。このとき、前記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（定在波電場）によって電子ビームＢを構成する電子が加速又は減速されつつ電子ビームＢ全体としては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。尚、内部に進行波電場が形成されるように構成される加速部であっても、進行波電場の加速位相と減速位相とにより、前記同様、電子ビームＢがパルス状となって加速される。
【００６６】
加速された電子ビームＢは、加速部１５の開口１６から出射される。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いる。本実施形態においては、加速後の電子ビームＢのエネルギーは、１ＭｅＶである。
【００６７】
この電子ビームＢは、第１の偏向磁場形成手段３２ａと第２の偏向磁場形成手段３２ｂとによってその進行方向が偏向され保持部２０へ向かう。このとき、本実施形態においては、保持部２０は、電子ビームＢの経路上にターゲットＴ１が位置するように保持している。そして、電子ビームＢは、ターゲットＴ１に衝突して電子エネルギーの一部を制動放射や特性Ｘ線として放射しつつターゲットＴ１を透過する。
【００６８】
このとき、線形加速器１４により加速されて高エネルギーとなった電子ビームＢがターゲットＴ１を透過するため、不要なエネルギー領域のＸ線の発生量が抑制される。これは、電子ビームＢが、ターゲットＴ１を透過する過程において、高エネルギーのＸ線を発生させて自らのエネルギーが低下した後は、当該ターゲットＴ１を透り抜け、それ以上、ターゲットＴ１内での制動放射等を行わないからである。
【００６９】
具体的には、電子ビームＢを構成する電子は、ターゲットＴ１を透り抜ける（透過する）過程において、当該電子の有するエネルギーに近い高エネルギーのＸ線を制動放射によって発生させる（放出する）。この制動放射により、電子はエネルギーの一部を失う。
【００７０】
このターゲットＴ１の透過によりエネルギーの低下した電子は、低下後のエネルギーよりも高いエネルギーのＸ線を発生させることができない。そのため、このエネルギーの低下した電子がさらに制動放射を行わないようにすることで、当該Ｘ線発生装置１０においては、前記低エネルギーのＸ線の発生量が抑制可能となる。
【００７１】
尚、本実施形態においては、０．６ｍｍの厚さのタングステン膜で構成されるターゲットＴ１を透過した後の電子ビームＢのエネルギーは、０．８ＭｅＶ程度になっている。このとき、当該Ｘ線発生装置１０で発生した０．８ＭｅＶ〜１．０ＭｅＶのエネルギーを有するＸ線の発生量は、電子ビームＢが透過できない厚さのターゲットに電子ビームＢを衝突させた際に発生する発生量と同量である。
【００７２】
このようにして発生させたＸ線は、非破壊検査の検査対象物に照射され、当該検査対象物を透過した前記Ｘ線を検出する。この検出に基づいて、検査対象物のＸ線透過率等が導出され、内部欠陥等の観察が行われる。
【００７３】
一方、ターゲットＴ１を透過した後の電子ビームＢは、第３の偏向磁場形成手段３２ｃによって線形加速器１４に向けて進行方向が偏向される。さらに、電子ビームＢは、第４の偏向磁場形成手段３２ｄと第１の偏向磁場形成手段３２ａとによって偏向されることにより、開口１６を通って加速部１５内に入射する。
【００７４】
このとき、周回経路を通って開口１６から入射した電子ビームＢのパルス長さは、加速部１５内に形成されている定在波電場の波長の１／２より短くなっている。これは、電子ビームＢが加速される際に、加速位相の定在波電場（セル１５ａ内の前記高電圧）によって加速されるため、当該定在波電場（セル１５ａ内の前記高電圧）の周期と同一周期のパルスとなり、波長の１／２の加速位相でも、場所により加速電圧が異なるためである。従って、開口１６から電子ビームＢが入射したときに、定在波電場が当該電子ビームＢの１つのパルスに対して減速位相になっていれば、前記入射する電子ビームＢの全てのパルスに対して定在波電場は、減速位相となる。そのため、周回経路の長さが、定在波電場が当該電子ビームＢの一つのパルスに対して減速位相となったときに周回経路を通った電子ビームＢの前記パルスが開口１６から入射する長さであれば、入射した電子ビームＢは、定在波電場によって減速される。尚、内部に進行波電場が形成されるように構成される加速部においても、周回経路の長さが、進行波電場が当該電子ビームＢの一つのパルスに対して減速位相となったときに周回経路を通った電子ビームＢのパルスが開口１６から入射する長さであれば、開口１６から入射した電子ビームＢは、進行波電場によって、前記同様に減速される。
【００７５】
本実施形態においては、周回経路は、前記のような長さであるため、加速部１５に入射した電子ビームＢは減速され、エネルギーが低下する。
【００７６】
このように十分減速され、エネルギーを失った電子ビームＢは、入射口ｎから磁場形成手段Ｍの形成する偏向磁場に向けて射出され、偏向磁場中を通過する際にビームダンプ１８に向けてその進行方向が偏向される。このように減速されエネルギーを失った電子ビームＢをビームダンプ１８に衝突させ停止させることにより、Ｘ線を発生させることなく、若しくは僅かな量しか発生させずに電子ビームＢを停止させることができる。
【００７７】
以上のようなＸ線発生装置１０によれば、当該装置１０全体において、ターゲットＴ１だけでなく他の部位、例えば、ビームダンプ１８等のように電子ビームＢの進行を止める部位においても不要なＸ線の発生が抑制される。このように不要なＸ線の発生が当該Ｘ線発生装置１０全体において抑制されるため、当該Ｘ線発生装置１０によって発生させたＸ線を用いる検査等においてはノイズが低減し、検査精度が向上する。
【００７８】
また、本実施形態においては、１つの線形加速器１４（加速部１５）によって電子ビームＢの加速及び減速が行われるため、当該Ｘ線発生装置１０の小型化や省コスト化が可能となる。
【００７９】
即ち、電子ビームＢの加速と減速とが共通の線形加速器１４によって行われるため、線形加速器１４の数を少なくすることができる。具体的には、周回磁場形成手段３０によって規定される周回経路を通ることによって、共通の加速部１５において、加速位相の定在波電場（又は進行波電場）によって加速されて出射された電子ビームＢは、ターゲットＴ１を透過後、当該加速部１５に入射して減速位相の定在波電場（又は進行波電場）によって減速される。
【００８０】
尚、当該Ｘ線発生装置１０においては、ターゲットＴ１の交換が可能な保持部２０を用いることにより、照射される電子ビームＢのエネルギーに応じて、適切な厚さのターゲットＴ２〜Ｔ６に変更し易くなる。その結果、検査対象物に対して適切なエネルギーのＸ線を容易に発生させることが可能となる。即ち、周回経路が真空容器内に形成されるため、ターゲットＴ１〜Ｔ６も真空容器内に配置されるが、前記のような保持部２０を用いることで電子ビームＢの強度に対応してターゲットの膜厚変更が容易になる。
【００８１】
この場合、電子ビームＢのエネルギーが変化するため、周回磁場形成手段３０を構成する各偏向磁場形成手段３２における磁場強度を調整し、加速部１５に戻った電子ビームＢが減速されるように周回経路の長さが調整される。
【００８２】
次に、本発明の第２実施形態について図４を参照しつつ説明するが、上記第１実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成ついてのみ詳細に説明する。
【００８３】
本実施形態に係るＸ線発生装置５０は、電子ビームＢの出射行うビーム出射部５２と、電子ビームＢの回収を行うビーム回収部５３と、ターゲットＴ１〜Ｔ６を保持する保持部２０と、電子ビームＢの進行方向を偏向させる磁場を形成する偏向磁場形成手段３２とを備える。
【００８４】
ビーム出射部５２は、電子銃１３と、高周波によって荷電粒子（電子ビームＢ）を加速可能な第１の線形加速器５４と、第１の線形加速器５４に高周波を供給する高周波源１７とを有する。
【００８５】
第１の線形加速器５４は、第１実施形態のビーム出射・回収部１２の線形加速器１４と同様に構成され、加速部１５を備える。この加速部１５は、高周波源１７から高周波（マイクロ波）が供給されることによって内部で共振し、高周波電場（本実施形態では定在波電場）が形成される。
【００８６】
尚、本実施形態の第１の線形加速器５４では、電子ビームＢを加速するために内部に形成される定在波電場を用いているが、これに限定されない。即ち、第１の線形加速器５４は、加速部１５として共振器（空洞共振器）ではなく導波管を用い、内部に形成される進行波電場に乗った電子が加速されるような構成でもよい。
【００８７】
このような線形加速器であっても、出射される電子ビームＢは、パルス状の電子ビームとなるため、当該電子ビームＢの減速に、第１実施形態同様、線形加速器を用いることが可能となる。
【００８８】
偏向磁場形成手段３２は、第１実施形態同様、一対の電磁石で構成される。この偏向磁場形成手段３２は、電子ビームＢの経路を規定するために複数組配置される。これら複数組の偏向磁場形成手段３２は、第１の線形加速器５４から出射された電子ビームＢをターゲットＴ１まで案内するための磁場を形成する第１の偏向磁場形成手段３２ａ及び第２の偏向磁場形成手段３２ｂと、ターゲットＴ１透過後の電子ビームＢを所定の方向に偏向させる磁場を形成する第５の偏向磁場形成手段３２ｅとである。
【００８９】
第５の偏向磁場形成手段３２ｅは、ターゲットＴ１透過後に当該第５の偏向磁場形成手段３２ｅの形成した磁場に入射した電子ビームの向きを９０°偏向することができる。
【００９０】
ビーム回収部５３は、ターゲットＴ１通過後の電子ビームＢを減速するための第２の線形加速器５６と、第２の線形加速器５６に高周波（マイクロ波）を供給する高周波源１７と、高周波源１７から出力される高周波の位相を制御する位相器５７と、ビームダンプ１８とを有する。本実施形態においては、第１の線形加速器５４と第２の線形加速器５６とに高周波を供給する高周波源として共通の高周波源１７が用いられているが、第１の線形加速器５４と第２の線形加速器５６とに個別に高周波源が設けられてもよい。
【００９１】
第２の線形加速器５６は、第１実施形態のビーム出射・回収部１２の線形加速器１４と同様に構成され、第２の線形加速器５６は、加速部１５を備える。この加速部１５では、高周波源１７から位相器５７を介して供給される高周波が内部で共振し、定在波電場が形成される。そして、この加速部１５は、開口１６から当該加速部１５の内部にターゲットＴ１透過後の電子ビームＢが入射するような位置に配置される。詳細には、ターゲットＴ１透過後に第５の偏向磁場形成手段３２ｅによって進行方向を偏向された電子ビームＢが開口１６から入射するような位置に配置される。尚、本実施形態では、第２の線形加速器５６の加速部１５として、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共振器が用いられているが、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導波管が用いられてもよい。
【００９２】
位相器５７は、高周波源１７から第２の線形加速器５６の加速部１５へ供給される高周波の位相を調整するものであり、制御部５７ａが接続される。具体的に、位相器５７は、制御部５７ａからの制御信号により、第２の線形加速器５６の加速部１５内に形成される定在波電場が当該加速部１５の内部に入射した電子ビームＢの各パルスに対して減速位相となるように高周波源１７から加速部１５へ供給される高周波の位相を制御する。即ち、制御部５７ａは、第２の線形加速器５６の加速部１５内に入射する電子ビームＢのパルスを検出し、このパルスに基づいて高周波源１７が供給する高周波を制御し、加速部１５内に形成される定在波電場の位相を制御する。尚、第２の線形加速器５６の加速部１５として導波管が用いられる場合には、位相器５７によって内部に形成される進行波電場の位相が制御される。
【００９３】
以上のように構成されるＸ線発生装置５０では、電子銃１３から出射された電子ビームＢが第１の線形加速器５４によって加速され、パルス状の電子ビームＢとなって出射される。この電子ビームＢは、第１及び第２の偏向磁場形成手段３２ａ，３２ｂが形成する磁場によって進行方向が偏向され、ターゲットＴ１に案内される。ターゲットＴ１に案内された電子ビームＢは、ターゲットＴ１を透過し、その際、Ｘ線を発生させる。このＸ線は、第１実施形態同様、第１の線形加速器５４により加速されて高エネルギーとなった電子ビームＢがターゲットＴ１を透過するため、不要なエネルギー領域のＸ線の発生量が抑制される。
【００９４】
ターゲットＴ１を透過した電子ビームＢは、第５の偏向磁場形成手段３２ｅによって進行方向を９０°偏向され、第２の線形加速器５６に向けて進行する。そして、電子ビームＢは、第２の線形加速器５６の加速部１５の開口１６から内部に入射する。
【００９５】
このとき、制御部５７ａによって、第２の線形加速器５６の加速部１５内に形成されている定在波電場は、入射した電子ビームＢの各パルスに対し、減速位相となるように制御されている。そのため、入射した電子ビームＢは、定在波電場によって減速される。このように減速され、エネルギーを十分に失った電子ビームＢは、ビームダンプ１８に入射し停止する。
【００９６】
このビームダンプ１８においても、電子ビームＢが十分に減速されてエネルギーが低下しているため、Ｘ線を発生させることなく、若しくは僅かな量しかＸ線を発生させずに止められる。
【００９７】
以上のように、本実施形態に係るＸ線発生装置５０においては、位相器５７及び制御部５７ａによって第２の線形加速器５６の加速部１５に供給される高周波が制御されることによって、加速部１５の内部に形成される定在波電場が入射する電子ビームＢの各パルスに対し、より確実に減速位相となるよう、加速部１５に対して高周波の供給が可能となる。そのため、より確実に電子ビームＢが減速され、ビームダンプ１８でのＸ線の発生がより確実に抑制される。
【００９８】
尚、本発明のＸ線発生装置は、上記第１及び第２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。
【００９９】
例えば、上記第１及び第２実施形態においては、ターゲットＴ１透過前や透過後の電子ビームＢの進行方向を偏向するための偏向磁場形成手段３２が設けられているが、これら偏向磁場形成手段３２がなくてもよい。
【０１００】
具体的には、図５に示されるように、電子ビームＢを加速するための第１の線形加速器５４と電子ビームＢを減速するための第２の線形加速器５６とが向かい合うように配置されてもよい。即ち、ビーム出射部５２（第１の線形加速器５４）と、ターゲットＴ１と、ビーム回収部５３（第２の線形加速器５６）との配置が一直線上に並ぶような配置であってもよい。このような配置とすることで、第２の線形加速器５６における加速部１５の配置位置の自由度は少なくなるが、偏向磁場形成手段３２が不要になるため、Ｘ線発生装置の構成の簡素化が可能となる。
【０１０１】
この場合、第１の線形加速器５４と第２の線形加速器５６とを結ぶ線に対し、ターゲットＴ１が傾斜（図５においては４５°）するように配置されるのが好ましい。
【符号の説明】
【０１０２】
１０ Ｘ線発生装置
１４ 線形加速器
１５ 空洞共振器
１６ 開口
１８ ビームダンプ
２０ 保持部
５０ Ｘ線発生装置
５２ ビーム出射部
５４ 第１の線形加速器
５６ 第２の線形加速器
Ｂ 電子ビーム
Ｔ１ ターゲット（薄膜ターゲット）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜ターゲットにパルス状の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、
高周波によって荷電粒子を加速可能な第１の線形加速器を有し、この第１の線形加速器により加速された前記電子ビームを出射するビーム出射部と、
前記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部と、
前記薄膜ターゲット透過後の前記電子ビームを減速するための第２の線形加速器と、
前記第２の線形加速器により減速された前記電子ビームを停止させるビームダンプ部とを備え、
前記第２の線形加速器は、高周波が供給されることによって内部に定在波若しくは進行波電場が形成される加速セルを備える加速部を有し、
前記加速部は、前記定在波若しくは進行波電場により荷電粒子を加速したときに当該荷電粒子を外部に出射する開口を有し、この開口から前記加速セルの内部に前記薄膜ターゲット通過後の前記電子ビームが入射する位置に配置されることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線発生装置において、
前記薄膜ターゲット透過後の電子ビームの進行方向を所定の方向に偏向させる磁場を形成する偏向磁場形成手段を備え、
前記第２の線形加速器の加速部は、前記偏向磁場形成手段が形成する磁場により偏向された前記電子ビームが前記開口から内部に入射する位置に配置されることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＸ線発生装置において、
前記第１の線形加速器と前記第２の線形加速器とが前記加速部を有する共通の線形加速器によって構成され、
前記偏向磁場形成手段は、前記加速部の開口から出射された電子ビームが前記薄膜ターゲット通過後に前記開口から入射するような周回経路を通り、この周回経路の長さが、前記定在波若しくは進行波電場が当該電子ビームの各パルスに対して減速位相となったときに前記周回経路を通った前記電子ビームが前記開口から入射する長さとなるように、前記電子ビームの進行方向を偏向させる磁場を形成する周回磁場形成手段であることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項４】
請求項２に記載のＸ線発生装置において、
前記第２の線形加速器は、前記加速部に前記高周波を供給する高周波供給手段を備え、この高周波供給手段は、前記定在波若しくは進行波電場が前記加速部の内部に入射した前記電子ビームの各パルスに対して減速位相となるように前記高周波を供給するよう構成されることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のＸ線発生装置において、
前記保持部は、前記電子ビームと直交する保持面を有し、この保持面上に複数の薄膜ターゲットを保持可能なターゲット保持手段と、
前記保持面の前記電子ビームに対する姿勢を保ちつつ、この電子ビームと直交する方向に前記保持面を移動させる保持面移動手段とを有することを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項１】
薄膜ターゲットにパルス状の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、
高周波によって荷電粒子を加速可能な第１の線形加速器を有し、この第１の線形加速器により加速された前記電子ビームを出射するビーム出射部と、
前記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部と、
前記薄膜ターゲット透過後の前記電子ビームを減速するための第２の線形加速器と、
前記第２の線形加速器により減速された前記電子ビームを停止させるビームダンプ部とを備え、
前記第２の線形加速器は、高周波が供給されることによって内部に定在波若しくは進行波電場が形成される加速セルを備える加速部を有し、
前記加速部は、前記定在波若しくは進行波電場により荷電粒子を加速したときに当該荷電粒子を外部に出射する開口を有し、この開口から前記加速セルの内部に前記薄膜ターゲット通過後の前記電子ビームが入射する位置に配置されることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線発生装置において、
前記薄膜ターゲット透過後の電子ビームの進行方向を所定の方向に偏向させる磁場を形成する偏向磁場形成手段を備え、
前記第２の線形加速器の加速部は、前記偏向磁場形成手段が形成する磁場により偏向された前記電子ビームが前記開口から内部に入射する位置に配置されることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＸ線発生装置において、
前記第１の線形加速器と前記第２の線形加速器とが前記加速部を有する共通の線形加速器によって構成され、
前記偏向磁場形成手段は、前記加速部の開口から出射された電子ビームが前記薄膜ターゲット通過後に前記開口から入射するような周回経路を通り、この周回経路の長さが、前記定在波若しくは進行波電場が当該電子ビームの各パルスに対して減速位相となったときに前記周回経路を通った前記電子ビームが前記開口から入射する長さとなるように、前記電子ビームの進行方向を偏向させる磁場を形成する周回磁場形成手段であることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項４】
請求項２に記載のＸ線発生装置において、
前記第２の線形加速器は、前記加速部に前記高周波を供給する高周波供給手段を備え、この高周波供給手段は、前記定在波若しくは進行波電場が前記加速部の内部に入射した前記電子ビームの各パルスに対して減速位相となるように前記高周波を供給するよう構成されることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のＸ線発生装置において、
前記保持部は、前記電子ビームと直交する保持面を有し、この保持面上に複数の薄膜ターゲットを保持可能なターゲット保持手段と、
前記保持面の前記電子ビームに対する姿勢を保ちつつ、この電子ビームと直交する方向に前記保持面を移動させる保持面移動手段とを有す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６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６５５４３（Ｐ２０１１−１６５５４３Ａ）
【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２０１０−２８５９０（Ｐ２０１０−２８５９０）
【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）】
[ Back to top ]