特許 6617368 電子源の作製方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6617368

(24)【登録日】2019年11月22日

(45)【発行日】2019年12月11日

(54)【発明の名称】電子源の作製方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 35/06 20060101AFI20191202BHJP

   G01N 23/046 20180101ALI20191202BHJP

   H01J 9/02 20060101ALI20191202BHJP

   H01J 35/08 20060101ALI20191202BHJP

   F03H 1/00 20060101ALI20191202BHJP

   A61B 6/03 20060101ALI20191202BHJP

【ＦＩ】

   H01J35/06 Z

   G01N23/046

   H01J9/02 J

   H01J35/08 F

   F03H1/00 A

   A61B6/03 320B

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-115435(P2015-115435)

(22)【出願日】2015年6月8日

(65)【公開番号】特開2017-4666(P2017-4666A)

(43)【公開日】2017年1月5日

【審査請求日】2018年5月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】503359821

【氏名又は名称】国立研究開発法人理化学研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100097515

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 実

(74)【代理人】

【識別番号】100136700

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 俊博

(72)【発明者】

【氏名】玉川 徹

(72)【発明者】

【氏名】岩切 渉

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 良一

(72)【発明者】

【氏名】加藤 英俊

【審査官】 右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０９１３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２４０１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０９５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０８９４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５４６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０５１７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３１４１６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２９７４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０１９２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００８９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／００２２７６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３５／０６

Ａ６１Ｂ ６／０３

Ｆ０３Ｈ １／００

Ｇ０１Ｎ ２３／０４６

Ｈ０１Ｊ ９／０２

Ｈ０１Ｊ ３５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

カーボンナノ構造体が表面に形成されたカーボン支持体と、
前記カーボンナノ構造体に電場を印加するための箔状体と、を備え、
前記箔状体には、多数の貫通孔が形成されており、
前記箔状体は、前記カーボン支持体の前記表面に取り付けられた第１表面と、前記箔状体の厚み方向に関して前記第１表面と反対側に位置する第２表面とを有し、
前記第２表面と、前記カーボンナノ構造体とは、互いに対して絶縁されており、
前記カーボンナノ構造体と前記第２表面とがそれぞれ負電位と正電位になるように前記カーボンナノ構造体と前記第２表面との間に電圧が印加されることにより、前記カーボンナノ構造体から前記多数の貫通孔を通して電子を放出する電子源の作製方法であって、
前記カーボンナノ構造体が形成された前記表面を有する前記カーボン支持体を用意するとともに、前記カーボン支持体とは別個に作製された前記箔状体を用意し、
次いで、前記箔状体が取り付けられた、前記カーボン支持体の前記表面において、前記カーボンナノ構造体が、前記貫通孔内だけでなく前記貫通孔以外の領域においても存在する位置関係で、前記カーボン支持体の前記表面に、前記箔状体の前記第１表面を接触させた状態で、固定具により、前記カーボン支持体と前記箔状体とを互いに対して固定する、電子源の作製方法。

【請求項2】

前記カーボンナノ構造体は、多数の針状部を有し、
各針状部は、前記カーボン支持体の前記表面と反対側の先端を有し、該先端に近づくにつれて細くなっている、請求項１に記載の電子源の作製方法。

【請求項3】

前記カーボン支持体の前記表面と、前記箔状体の前記第２表面とは、互いに平行な平面である、請求項１または２に記載の電子源の作製方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子源とその作製方法に関する。また、本発明は、電子源を用いたＸ線発生装置、断面像取得装置、およびＸ線通信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来において、電子源として、カーボンナノ構造体と金属メッシュを用いたものがある。カーボンナノ構造体の表面から離れた位置に、金属メッシュが配置される。この状態で、接地されたカーボンナノ構造体の表面に対して、金属メッシュに正電圧（例えば、＋１０ｋＶ）を印加することにより、カーボンナノ構造体から電子が放出される。放出された電子は、金属メッシュを通過して所望の位置へ誘導される。このような電子源は、例えば下記の特許文献１に記載されている。

【0003】

なお、他の先行技術文献として、下記の特許文献２〜４がある。特許文献２、３には、本発明の実施形態で使用可能な「炭素膜」が記載されている。特許文献４には、放射線の入射により、放射線とガスとの光電効果でガス電子から飛び出す光電子を増幅させるガス電子増幅器（ＧＥＭ：ｇａｓ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４７９０３２４号

【特許文献2】特開２００７−２３４４８５号公報

【特許文献3】特開２０１１−８９９８号公報

【特許文献4】特開２００８−１５０２５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した電子源において、電子をカーボンナノ構造体から放出させるために、カーボンナノ構造体に強い電場を印加する必要がある。例えば、１０^６Ｖ／ｍオーダーの強い電場を、カーボンナノ構造体の表面に印加する必要がある。そのため、カーボンナノ構造体と金属メッシュとの間に大きな電位差を発生させる必要がある。例えば、カーボンナノ構造体の表面と金属メッシュとの距離が、数センチメートルであるので、１０ｋＶの電圧を、金属メッシュに印加する必要がある。

【0006】

そこで、本発明の目的は、より低い印加電圧で電子を放出できる手段を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述の目的を達成するため、本発明によると、
カーボンナノ構造体が表面に形成されたカーボン支持体と、
前記カーボンナノ構造体に電場を印加するための箔状体と、を備え、
前記箔状体には、多数の貫通孔が形成されており、
前記箔状体は、前記カーボン支持体の前記表面に取り付けられた第１表面と、前記箔状体の厚み方向に関して前記第１表面と反対側に位置する第２表面とを有し、
前記第２表面と、前記カーボンナノ構造体とは、互いに対して絶縁されており、
前記カーボンナノ構造体と前記第２表面とがそれぞれ負電位と正電位になるように前記カーボンナノ構造体と前記第２表面との間に電圧が印加されることにより、前記カーボンナノ構造体から前記多数の貫通孔を通して電子を放出する電子源が提供される。

【0008】

上述の電子源は、例えば以下のように構成できる。

【0009】

前記カーボンナノ構造体は、多数の針状部を有し、
各針状部は、前記カーボン支持体の前記表面と反対側の先端を有し、該先端に近づくにつれて細くなっている。

【0010】

前記カーボン支持体の前記表面と、前記箔状体の前記第２表面とは、互いに平行な平面である。

【0011】

前記カーボンナノ構造体が形成された前記表面を有する前記カーボン支持体と、前記箔状体とは、それぞれ別個に作製されており、
前記カーボン支持体の前記表面に前記箔状体の前記第１表面を接触させた状態で、前記カーボン支持体と前記箔状体とを互いに対して固定する固定具を備える。

【0012】

前記電子源は、宇宙空間において移動する宇宙機にイオンエンジンと共に設けられたものであり、
前記イオンエンジンは、前記宇宙機の外部へ陽イオンを放出することにより、前記宇宙機に推力を与え、
前記宇宙機の外部へ前記陽イオンが放出されたことにより前記宇宙機が帯電しないように、前記電子源は、前記宇宙機の外部へ電子を放出する。

【0013】

また、本発明によると、上述の電子源の作製方法であって、
前記カーボンナノ構造体が形成された前記表面を有する前記カーボン支持体を用意するとともに、前記箔状体を用意し、
次いで、前記カーボン支持体の前記表面に、前記箔状体の前記第１表面に接触させた状態で、固定具により、前記カーボン支持体と前記箔状体とを互いに対して固定する、電子源の作製方法が提供される。

【0014】

本発明によると、上述の電子源と、
該電子源から放出された電子が入射させられることによりＸ線を発生させるターゲットとを備えるＸ線発生装置が提供される。

【0015】

上述のＸ線発生装置は、例えば以下のように構成できる。

【0016】

前記ターゲットは、前記箔状体と平行に配置された平板状の透過型ターゲットであり、
前記ターゲットに関して前記電子源と反対側に配置されたコリメータを備え、
前記コリメータは、前記ターゲットからのＸ線のうち、前記ターゲットと垂直な方向に進むＸ線を選択的に通過させる。

【0017】

本発明によると、上述のＸ線発生装置を備えた検査対象体の断面像取得装置であって、
前記検査対象体から見て互いに異なる方向から前記検査対象体にＸ線を照射する複数の前記Ｘ線発生装置と、
複数の前記Ｘ線発生装置にそれぞれ対応する複数のＸ線検出器と、
複数の前記Ｘ線発生装置からＸ線を発生させるタイミングを制御する制御装置と、を備え、
各前記Ｘ線発生装置と、該Ｘ線発生装置に対応する前記Ｘ線検出器とは、互いに対向して配置され、互いに対向する該Ｘ線発生装置と該Ｘ線検出器との間に、前記検査対象体が配置され、
前記制御装置は、互いに異なるタイミングで、複数の前記Ｘ線発生装置からＸ線を発生させ、
各前記Ｘ線検出器は、対応する前記Ｘ線発生装置から出され前記検査対象体を通過したＸ線を検出することによりＸ線検出データを生成し、
複数の前記Ｘ線検出器が生成した前記Ｘ線検出データに基づいて、前記検査対象体の断面画像を生成するデータ処理装置を備える、検査対象体の断面像取得装置が提供される。

【0018】

本発明によると、上述のＸ線発生装置と、
時間間隔をおいて前記Ｘ線発生装置からＸ線を発生させる制御装置と、
前記Ｘ線発生装置から発生したＸ線を、前記時間間隔をおいて受信するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器によるＸ線の受信に基づいて信号データを生成する信号生成装置と、を備え、
前記信号生成装置は、前記Ｘ線検出器がＸ線を受信した前記時間間隔に対応する第１信号データを生成し、
（Ａ）前記制御装置は前記時間間隔を変え、
（Ｂ）これにより、前記Ｘ線検出器がＸ線を受信した前記時間間隔が変わると、
（Ｃ）前記Ｘ線検出器は、変わった前記時間間隔に対応する第２信号データを生成する、Ｘ線通信装置が提供される。

【発明の効果】

【0019】

本発明の電子源では、箔状体の第１表面を、カーボンナノ構造体に取り付けている。この場合に、箔状体の厚みは小さいので、正電位となる第２表面と負電位となるカーボンナノ構造体との距離が小さくなる。したがって、箔状体の第２表面に、低い正電圧を印加しても、箔状体の各貫通孔内に強い電場が発生する。この強い電場が、カーボンナノ構造体に印加されることにより、カーボンナノ構造体から電子が放出される。よって、箔状体の第２表面に、低い正電圧を印加し、電子を放出させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態による電子源の構成を示す。

【図2】箔状体の貫通孔内のカーボンナノ構造体を示す拡大図である。

【図3】電子源の製造方法を示すフローチャートである

【図4】カーボン支持体への箔状体の取り付け説明図である。

【図5】本実施形態の電子源をイオンエンジンに適用した場合を示す。

【図6】本発明の実施形態によるＸ線発生装置を示す。

【図7】Ｘ線発生装置のＸ線発生持続特性を示す。

【図8】Ｘ線発生装置を複数備えた検査対象体の断面像取得装置を示す。

【図9】（Ａ）は、Ｘ線発生装置を備えたＸ線通信装置を示し、（Ｂ）は、Ｘ線の発生時点を示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

【0022】

［電子源］
図１は、本発明の実施形態による電子源１０の構成を示す。図１において、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。

【0023】

電子源１０は、カーボン支持体３とカーボンナノ構造体５と箔状体７とを備える。

【0024】

カーボン支持体３の表面３ａには、カーボンナノ構造体５が形成されている。なお、後述するように、表面３ａには、箔状体７が取り付けられるので、箔状体７の貫通孔７ａ以外の領域において、カーボンナノ構造体５は、箔状体７に押しつぶされていてよい。

【0025】

カーボン支持体３は、導電性材料で形成されている。したがって、カーボン支持体３とカーボンナノ構造体５は、同電位となる。図１（Ａ）の例では、カーボン支持体３は接地されている。

【0026】

カーボンナノ構造体５は、所定値以上の大きさの電場が印加されることにより電子を放出する。カーボンナノ構造体５は、カーボン支持体３の表面３ａに形成された膜である。この膜は、炭素で形成されている。この膜の厚みは、１μｍから１０μｍのオーダーであり、例えば、１μｍ〜５０μｍの範囲内の値を有する。

【0027】

箔状体７には、多数の貫通孔７ａがその厚み方向に形成されている。多数の貫通孔７ａ同士の間隔（ピッチ）は、例えば１０μｍ〜１００μｍのオーダーであり、一例では、５０μｍ〜３００μｍの範囲内の値であり、別の例では、１００μｍ〜２００μｍの範囲内の値である。各貫通孔７ａの断面の直径（図１（Ａ）の左右方向寸法）は、例えば、１０μｍ〜１００μｍのオーダーであり、一例では、２０μｍ〜２００μｍの範囲内の値であり、別の例では、５０μｍ〜１００μｍの範囲内の値である。箔状体７の厚みは、例えば１０μｍ〜１００μｍのオーダーであり、一例では１０μｍ〜５００μｍの範囲内の値であり、別の例では１０μｍ〜３００μｍの範囲内の値であり、さらに別の例では２５μｍ〜１００μｍの範囲内の値である。箔状体７は、カーボンナノ構造体５の表面３ａに取り付けられた第１表面７ｂと、箔状体７の厚み方向に関して第１表面７ｂと反対側に位置する第２表面７ｃとを有する。第２表面７ｃと、カーボン支持体３の表面３ａ（すなわち、カーボンナノ構造体５）とは、互いに対して絶縁されている。

【0028】

図１（Ａ）の例では、箔状体７は、絶縁層９と導電層１１を有する。絶縁層９は、絶縁体で形成されている。この絶縁体は、例えば、ポリイミドまたは液晶ポリマーなどの高分子ポリマーであるが、これに限定されない。導電層１１は、絶縁層９上に形成される。導電層１１は、導電性材料で形成されている。この導電性材料は、例えば、銅、アルミニウム、金、またはボロンであってよいが、これらに限定されない。

【0029】

このような箔状体７は、例えば、特許文献４に記載されたガス電子増幅フォイルにおいて、次のように一方の金属層を省略したものであってよい。特許文献４のガス電子増幅フォイルは、絶縁層と、この絶縁層の両面に形成された金属層とを有している。このガス電子増幅フォイルにおいて一方の金属層を省略した構成が、図１（Ａ）の箔状体７であってもよい。この場合に、このフォイルにおいて、上記絶縁層は、図１（Ａ）の絶縁層９として機能し、他方の上記金属層は、図１の導電層１１として機能する。

【0030】

絶縁層９においてカーボン支持体３側の面が、上述の第１表面７ｂである。導電層１１においてカーボン支持体３と反対側の面が、上述の第２表面７ｃである。

【0031】

なお、箔状体７は、導電層１１と反対側の絶縁層９の表面に、別の導電層が形成されていてもよい。この場合、上記別の導電層における２つの表面のうち、絶縁層９と反対側の表面が、第１表面７ｂとなり、この第１表面７ｂが、カーボン支持体３の表面３ａに取り付けられる。

【0032】

好ましくは、図１（Ａ）のように、カーボン支持体３の表面３ａと、箔状体７の第２表面７ｃとは、互いに対して平行な平面である。この場合に、好ましくは、第１表面７ｂは、第２表面７ｃに平行な平面である。

【0033】

図２は、図１（Ａ）の部分拡大図である。図２は、図１（Ａ）において、箔状体７の貫通孔７ａ内に位置するカーボンナノ構造体５を示している。

【0034】

カーボンナノ構造体５は、多数の針状部６を有する。各針状部６は、カーボン支持体３の表面３ａと反対側の先端を有し、この先端に近づくにつれて細くなっている。
図２の例では、カーボンナノ構造体５は、多数の針葉樹形部５ａを有する。各針葉樹形部５ａは、隆起部８と針状部６を有する。隆起部８は、カーボン支持体３の表面３ａから隆起した部分であり、針状部６は、隆起部８の先端からカーボン支持体３の表面３ａと反対側へ延びている部分である。
このようなカーボンナノ構造体５は、例えば、特許文献２，３に記載されている「炭素膜」であってよい。

【0035】

電子源１０は、図１（Ａ）のように、電圧印加装置１３を有する。電圧印加装置１３は、カーボンナノ構造体５が負電位となり第２表面７ｃが正電位となるように、カーボンナノ構造体５と第２表面７ｃとの間に電圧を印加する。すなわち、電圧印加装置１３は、第２表面７ｃに正電圧を印加する。これにより生じる、カーボンナノ構造体５と第２表面７ｃとの間の電位差（すなわち、後述の第２電圧）は、好ましくは、１００Ｖのオーダーであり、一例では、１００Ｖ〜５００Ｖの範囲内の値であり、別の例では、１００Ｖ〜３００Ｖの範囲内の値である。図１（Ａ）の例では、カーボン支持体３が接地されていることにより、カーボンナノ構造体５も接地された状態となっている。

【0036】

上述のように、電圧印加装置１３は、箔状体７の第２表面７ｃに正電圧を印加する。すなわち、電圧印加装置１３は、カーボンナノ構造体５と箔状体７の第２表面７ｃとがそれぞれ負電位と正電位になるようにカーボンナノ構造体５と第２表面７ｃとの間に電圧を印加する。これにより、各貫通孔７ａ内のカーボンナノ構造体５から電子が放出される。放出された電子は、例えば、第２表面７ｃよりも高い電位の高電位部１４に向かって移動する。高電位部１４は、例えばＸ線を発生するターゲットである。

【0037】

好ましくは、電子源１０は、さらに、電圧切り替え部１９と制御部２１を備える。

【0038】

電圧切り替え部１９は、一例では、電圧印加装置１３と第２表面７ｃとを電気的に切り離す第１状態（オフ状態）と、電源である電圧印加装置１３と第２表面７ｃとを導通させる第２状態（オン状態）と、との間で切り換えられるスイッチである。

【0039】

電圧切り替え部１９は、別の例では、電圧印加装置１３が箔状体７の第２表面７ｃに印加する電圧を第１電圧（電子放出停止電圧）にする第１状態と、電圧印加装置１３が箔状体７の第２表面７ｃに印加する電圧を第２電圧（電子放出電圧）にする第２状態との間で切り換えられる。第１電圧は、カーボンナノ構造体５から電子が放出されなくなる程度に低い電圧である。第１電圧は、接地電位を０Ｖとして、０Ｖと第２電圧との中間の値である。第１電圧は、例えば５０Ｖ程度であってよいが、これに限定されず、５０Ｖ以下であって０Ｖより大きい電圧であってもよいし、他の値であってもよい。第２電圧は、第１電圧より高く、カーボンナノ構造体５から電子が放出される程度に高い電圧である。

【0040】

制御部２１は、電圧切り替え部１９を第１状態と第２状態との間で切り替える。例えば、制御部２１は、経過時間に対して予め定められた各時点で、電圧切り替え部１９を第１状態と第２状態との間で切り替えるように構成されていてよい。

【0041】

なお、制御部２１を省略してもよい。この場合には、電圧切り替え部１９は、手動で、第１状態と第２状態との間で切り替えられる。

【0042】

図３は、上述した電子源１０の作製方法を示すフローチャートである。

【0043】

ステップＳ１において、カーボンナノ構造体５が形成された表面３ａを有するカーボン支持体３を用意する。すなわち、表面３ａ全体にカーボンナノ構造体５が形成されたカーボン支持体３を用意する。カーボンナノ構造体５の形成方法は、例えば特許文献２、３に記載された炭素膜の形成方法と同じであってよい。

【0044】

ステップＳ２において、箔状体７を用意する。すなわち、次のように作製された箔状体７を用意する。例えば、ラミネート、スパッタ蒸着、またはメッキなどの手法により、絶縁層９上に導電層１１を形成する。これにより、絶縁層９に導電層１１が形成された積層体を得る。次に、例えば、ケミカルエッチング、プラズマエッチング、レーザ加工などの手法により、積層体に、多数の貫通孔７ａを形成する。このように多数の貫通孔７ａが形成された積層体が、箔状体７になる。

【0045】

次いで、ステップＳ３において、ステップＳ１とステップＳ２でそれぞれ別個に作製されて用意されたカーボン支持体３と箔状体７とを、図４のように互いに対して取り付ける。すなわち、カーボンナノ構造体５が形成されたカーボン支持体３の表面３ａに、箔状体７の第１表面７ｂを接触させた状態で、カーボン支持体３と箔状体７とを互いに対して固定する。この固定は、１つまたは複数の固定具１５（例えば、ボルトまたはネジ）により行われてよい。カーボン支持体３と箔状体７とを互いに対して取り付ける作業は、例えば、人の手で行われてよい。

【0046】

図４の例では、固定具１５はボルトであり、カーボン支持体３には、ボルト１５が挿入される取付け用穴１７が形成されている。取付け用穴１７の内周面には、雌ネジ１７ａが形成されている。ボルト１５の雄ネジ部１５ａは、箔状体７を貫通して、取付け用穴１７の内周面の雌ネジ１７ａに螺合している。これにより、ボルト１５の頭１５ｂと雄ネジ部１５ａとで箔状体７を挟み込んで、カーボン支持体３と箔状体７とを互いに対して固定する。なお、図４において、箔状体７の第２表面の面積は、例えば、１ｍｍ^２〜１ｍ^２のオーダーであり、あるいは、１ｃｍ^２〜１ｍ^２のオーダーであり、例えば、１ｍｍ^２〜１ｍ^２の範囲内の値であってよい。

【0047】

したがって、電子源１０は、カーボン支持体３の表面３ａに箔状体７の第１表面７ｂを接触させた状態で、カーボン支持体３と箔状体７とを互いに対して固定する固定具１５を備える。

【0048】

ステップＳ３の後、ステップＳ４において、電子源１０の用途に応じた配線を行う。すなわち、箔状体７の第２表面７ｃと電圧印加装置１３とを、例えば導線により電気的に接続し、カーボン支持体３を接地する。また、電圧切り替え部１９と制御部２１を設ける。
これにより、電圧印加装置１３は、上述のように、第２表面７ｃに正電圧を印加して、貫通孔７ａ内のカーボンナノ構造体５から電子を放出させることが可能となる。

【0049】

上述した本発明の実施形態の電子源１０によると、次の効果が得られる。

【0050】

電子源では、箔状体７の第１表面７ｂを、カーボンナノ構造体５に取り付けている。この場合に、箔状体７の厚みは小さいので、正電位となる第２表面７ｃと負電位となるカーボンナノ構造体５との距離が小さくなる。この距離は、例えば１０μｍ〜１００μｍのオーダーであり、一例では１０μｍ〜５００μｍの範囲内の値であり、別の例では１０μｍ〜３００μｍの範囲内の値であり、さらに別の例では２５μｍ〜１００μｍの範囲内の値である。したがって、箔状体７の第２表面７ｃに、低い正電圧を印加しても、箔状体７の各貫通孔７ａ内に強い電場が発生する。この強い電場が、カーボンナノ構造体５に印加されることにより、カーボンナノ構造体５から電子が放出される。よって、箔状体７の第２表面７ｃに、低い正電圧を印加し、電子を放出させることができる。

【0051】

しかも、カーボンナノ構造体５は針状部６を有するので、針状部６の先端に電場が集中しやすい。したがって、針状部６の先端から電子が放出されやすくなる。
よって、接地されたカーボンナノ構造体５に対して箔状体７の第２表面７ｃに低い正電圧（例えば、接地電位を０Ｖとして、＋１００Ｖのオーダーの正電圧（第２電圧））を印加して、カーボンナノ構造体５から電子を放出させることができる。

【0052】

電子を放出させるために、箔状体７の第２表面７ｃに与える電圧の値を、＋１００Ｖのオーダーにすることができるので、電圧印加装置１３を小型化でき、消費電力を抑えることができる。

【0053】

電子の放出タイミングを、次のように、１ナノ秒のオーダーで制御することができる。第２表面７ｃの電位は、電圧切り替え部１９を第１状態と第２状態との間で切り替えることにより、第１電圧（例えば、５０Ｖ程度）と、＋１００Ｖのオーダーの低い第２電圧との間で切り替わるので、第２表面７ｃの最大電位は低い。したがって、第２表面７ｃの電位を、第１電圧と第２電圧との間で変化させるのに要する時間を、１ナノ秒のオーダー（例えば、１ナノ秒〜１０ナノ秒の範囲内の時間）にすることができる。すなわち、１ナノ秒オーダーの微小時間で、電子源１０から電子を放出させる状態と、電子源１０から電子を放出させない状態との間で切り替えることができる。

【0054】

カーボン支持体３の表面３ａと、箔状体７の第２表面７ｃとは、互いに対して平行な平面であるので、カーボン支持体３の表面３ａのカーボンナノ構造体５に均一な電場を印加できる。したがって、カーボンナノ構造体５から各貫通孔７ａを通して放出される電子の数を均一にすることができる。

【0055】

さらに、本実施形態による電子源１０は、それぞれ別々に作製されたカーボン支持体３と箔状体７とを互いに対して取り付けることにより作製できる。したがって、簡単に電子源１０を作製できる。

【0056】

また、後述の図７に関連して説明するように、電子源１０は、長時間にわたって、安定して電子を放出できる。この点で、消費電力を抑え、長時間にわたって、安定して電子を放出することが要求される用途に、電子源１０を使用できる。例えば、電子源１０を、人工衛星や宇宙探査機などの宇宙機に搭載したイオンエンジンに適用できる。

【0057】

図５は、電子源１０を、イオンエンジン１６と共に宇宙機１２に設けた場合を示す。宇宙機１２は、宇宙空間において移動するものであり、例えば、人工衛星または宇宙探査機である。イオンエンジン１６は、宇宙機１２の外部へ陽イオンを放出することにより、宇宙機１２に推力を与える。電子源１０は、宇宙機１２の外部へ陽イオンが放出されたことにより宇宙機１２が帯電しないように、宇宙機１２の外部へ電子を放出する。好ましくは、電子源１０は、イオンエンジン１６から宇宙機１２の外部へ放出された陽イオンへ向けて電子を放出する。
この場合、図５に示すように、上述した高電位部１４は、電子源１０からの電子が通過可能な多数の開口を有する金属メッシュであってよい。

【0058】

［Ｘ線発生装置］
図６は、本発明の実施形態によるＸ線発生装置２０を示す。なお、このＸ線発生装置２０において、以下で説明しない電子源１０の内容は、上述と同じである。

【0059】

Ｘ線発生装置２０は、上述した電子源１０、ターゲット１４、コリメータ２３、高電圧印加装置２５、真空容器２６、および真空装置２７を備える。

【0060】

ターゲット１４は、図１（Ａ）の高電位部１４に相当する。ターゲット１４は、本実施形態では、箔状体７と平行に配置された平板状の透過型ターゲットである。透過型ターゲット１４は、例えば、タングステン、タンタルまたはモリブデンで形成される。透過型ターゲット１４の厚みは、例えば、１μｍから１０μｍのオーダーである。ターゲット１４に電子源１０からの電子が衝突することにより、ターゲット１４はＸ線を発生する。このＸ線の一部は、ターゲット１４に関して電子源１０と反対側へ伝播していく。

【0061】

コリメータ２３は、図６の例では、ターゲット１４に関して電子源１０と反対側に配置されている。コリメータ２３には、ターゲット１４で発生したＸ線の一部が入射する。ターゲット１４で発生したＸ線のうち、コリメータ２３へ入射しないＸ線は、図示しないＸ線遮蔽部材に吸収されてよい。

【0062】

コリメータ２３は、図６の例では、ターゲット１４からのＸ線のうち、平板状の透過型ターゲット１４（言い換えると、箔状体７における平面である第２表面７ｃ）と垂直な方向に進むＸ線を選択的に通過させる。一方、コリメータ２３は、ターゲット１４からのＸ線のうち、平板状の透過型ターゲット１４と垂直な方向以外の方向に進むＸ線を吸収し、このＸ線の通過を阻止する。

【0063】

高電圧印加装置２５は、箔状体７の第２表面７ｃの電位よりもターゲット１４の電位が高くなるように、ターゲット１４に高電圧を印加して、ターゲット１４を高電位に維持する。これにより、電子源１０からの電子がターゲット１４に衝突し、ターゲット１４においてＸ線が発生する。高電圧印加装置２５がターゲット１４に印加する高電圧の値は、カーボンナノ構造体５の接地電位を０Ｖとして、例えば１ｋＶ〜１００ｋＶのオーダーであり、例えば、１ｋＶ〜１００ｋＶの範囲内の値であり、あるいは、５ｋＶ〜２０ｋＶの範囲内の値である。

【0064】

真空容器２６の内部には、電子源１０およびターゲット１４が配置される。真空容器２６は、好ましくは、平板形状を有する。この場合、図６のように、真空容器２６の厚み方向（図６の上下方向）と、箔状体７の厚み方向と、平板形状のカーボン支持体３の厚み方向と、平板形状のターゲット１４の厚み方向が、互いに一致するように、真空容器２６の内部には、電子源１０およびターゲット１４が配置される。

【0065】

真空装置２７は、ターゲット１４でＸ線を発生させる期間において、真空容器２６の内部を真空に維持する。真空装置２７は、例えば図示しない真空ポンプやバルブなどにより構成される。

【0066】

上述した本実施形態のＸ線発生装置２０により以下の効果が得られる。

【0067】

真空容器２６を平板形状にすることができるので、薄くて大面積のＸ線発生装置２０を実現できる。すなわち、平板形状の透過型ターゲット１４の最も広い面からＸ線を出すことができる。
しかも、このように透過型ターゲット１４の最も広い面（図６の紙面と垂直な面）から出たＸ線のうち、平板形状のターゲット１４と垂直な方向に進むＸ線が、選択的にコリメータ２３を通過する。これにより、断面積が大きく直進する平行Ｘ線ビームを得ることができる。

【0068】

上述のように、１ナノ秒のオーダーの微小時間で、電子源１０は、電子を放出する状態と、電子を放出しない状態との間で切り替え可能であるので、Ｘ線発生装置２０は、１ナノ秒のオーダーの微小時間で、Ｘ線を発生させる状態とＸ線を発生させない状態との間で切り替え可能である。

【0069】

必要な時だけ、電圧切り替え部１９を第２状態にすることにより、電子衝突によるターゲット１４の発熱が大幅に抑えられる。

【0070】

Ｘ線発生装置２０は、安定してＸ線を継続して発生することができる。すなわち、下記の実験条件でＸ線を発生させて、下記の結果を得た。

【0071】

・実験条件
図６の構成において、ターゲット１４を反射型のターゲットにして、電圧切り替え部１９を第２状態にして箔状体７の第２表面７ｃを１４０Ｖの電位に維持し、ターゲット１４を１０ｋＶの電位に維持した。ターゲット１４で発生したＸ線をＸ線検出器でカウントした。
・結果
図７に示す結果を得た。図７において、横軸は、経過時間を示し、縦軸は、Ｘ線検出器によるＸ線のカウント数を示す。

【0072】

図７から分かるように、少なくとも約５４００秒（約１．５時間）の長時間にわたって、安定してＸ線を発生し続けることができた。
このことは、長時間にわたって、電子源１０から電子が安定して放出されていることも示している。

【0073】

［Ｘ線発生装置の応用１］
上述のＸ線発生装置２０を、検査対象体Ｔの断面画像の取得に応用できる。図８は、上述のＸ線発生装置２０を複数備えた検査対象体Ｔの断面像取得装置３０を示す。

【0074】

断面像取得装置３０は、複数のＸ線発生装置２０と、複数のＸ線検出器２９と、制御装置３１と、データ処理装置３３を備える。

【0075】

複数のＸ線発生装置２０は、検査対象体Ｔから見て互いに異なる方向から検査対象体Ｔの同じ断面（平面による断面）にＸ線を照射する。図８では、簡単のため、３つのＸ線発生装置２０が配置されているが、検査対象体Ｔの断面画像の精度を向上させるために、複数のＸ線発生装置２０は、多数のＸ線発生装置２０であってよい。

【0076】

複数のＸ線検出器２９は、それぞれ複数のＸ線発生装置２０に対応している。各Ｘ線発生装置２０と、このＸ線発生装置２０に対応するＸ線検出器２９とは、互いに対向して配置される。互いに対向するＸ線発生装置２０とＸ線検出器２９との間に、検査対象体Ｔが配置される。

【0077】

各Ｘ線検出器２９は、対応するＸ線発生装置２０から出され検査対象体Ｔを通過したＸ線を検出することによりＸ線検出データを生成する。すなわち、各Ｘ線検出器２９は、自身へのＸ線の入射方向と交差（好ましくは直交）する方向に延びる検出線分Ｌ上における各位置のＸ線の強度を示すＸ線検出データを生成する。この検出線分Ｌは、図８において太い線分で表わされており、Ｘ線が照射される上述の断面と同一平面内にある。したがって、各Ｘ線検出器２９に対応するＸ線発生装置２０の箔状体７およびカーボン支持体３の表面３ａは、この検出線分Ｌと平行に（例えば細長く）延びている。

【0078】

制御装置３１は、互いに異なるタイミングで、複数のＸ線発生装置２０からＸ線を発生させる。制御装置３１は、複数のＸ線発生装置２０に共有される上述の制御部２１を有する。制御部２１は、複数のＸ線発生装置２０にそれぞれ設けられた複数の電圧切り替え部１９が互いに重ならない微小時間だけ第２状態になるように、複数の電圧切り替え部１９を順に第２状態にする。これにより、互いに異なるタイミングで、複数のＸ線発生装置２０からＸ線が発生し、このＸ線が、検査対象体Ｔを通過し、対応するＸ線検出器２９で検出される。なお、各電圧切り替え部１９が第２状態になる時に、Ｘ線発生装置２０のターゲット１４には、高電圧印加装置２５により高電圧が印加されている。

【0079】

また、一例では、図８の紙面と垂直な方向にずれた各位置の平面（以下、配置平面という）に、検査対象体Ｔを中心として周方向にずれた複数（例えば３つ）のＸ線発生装置２０と複数のＸ線検出器２９を配置する。ただし、異なる配置平面同士の間では、複数のＸ線発生装置２０の上記周方向の位置が互いに異なる。この場合、図８は、図８の紙面と垂直な方向における複数の配置平面のうちの１つの配置平面に配置された複数（この図では、３つ）のＸ線発生装置２０と複数のＸ線検出器２９を示している。このような場合、検査対象体Ｔを、図８の紙面と垂直な方向（以下、搬送方向ともいう）に断続的または連続的に送りながら、この方向の各配置平面の複数のＸ線発生装置２０により検査対象体Ｔの同じ断面にＸ線を照射する。このようなＸ線照射が行われるように、制御装置３１は、検査対象体Ｔを搬送方向に送る駆動装置を制御しながら、検査対象体Ｔの上記断面が搬送方向の各配置平面に来た時に、この配置平面の複数のＸ線発生装置２０より検査対象体Ｔの同じ断面にＸ線を互いに異なるタイミングで照射するように各Ｘ線発生装置２０を制御する。これにより、各配置平面のＸ線検出器２９は、検査対象体Ｔの上記断面を通過したＸ線を検出することによりＸ線検出データを生成する。

【0080】

データ処理装置３３は、複数のＸ線検出器２９（例えば、上述の各配置平面の複数のＸ線検出器２９）が生成したＸ線検出データに基づいて、検査対象体Ｔの断面画像を生成する。この断面画像の生成は、フーリエ変換を用いて行われてよい。

【0081】

［Ｘ線発生装置の応用２］
上述のＸ線発生装置２０を、（例えば宇宙における）Ｘ線による無線通信に利用することもできる。

【0082】

図９（Ａ）は、上述のＸ線発生装置２０を備えたＸ線通信装置４０を示す。

【0083】

Ｘ線通信装置４０は、Ｘ線発生装置２０と制御装置３５とＸ線検出器３７と信号生成装置３９を備える。

【0084】

Ｘ線発生装置２０は、上述のようにＸ線を発生し、発生したＸ線はＸ線検出器３７へ伝播していく。一例では、Ｘ線発生装置２０とＸ線検出器３７のうち、一方は、地球を回る人工衛星に設けられ、他方は、地球から離れた（例えば木星の近くに位置する）宇宙探査機に設けられる。別の例では、Ｘ線発生装置２０とＸ線検出器３７は、互いに異なる人工衛星に設けられる。また、Ｘ線発生装置２０を地上における無線通信に利用してもよい。地上においても、Ｘ線の透過性を利用して、光や電波や音などによる無線通信が不可能な場所での通信にＸ線発生装置２０を利用することもできる。

【0085】

図９（Ｂ）は、Ｘ線の発生時点を示す。図９（Ｂ）において、横軸は、経過時間を示し、縦軸は、Ｘ線発生装置２０から発生したＸ線の強度を示す。図９（Ｂ）において、Ｘ線の強度がゼロである時間期間では、Ｘ線発生装置２０からＸ線が発生していない。

【0086】

Ｘ線発生装置２０は、図９（Ｂ）のように、Ｘ線を断続的に放出し、この放出の時間間隔を（例えば、図９（Ｂ）のようにΔＴ１からΔＴ２へ）変化させることにより、各時間間隔（例えばΔＴ１とΔＴ２）を信号データとしてＸ線検出器３７へ伝える。これらの時間間隔は、互いに異なる数値や意味を表わすデータとすることができる。各時間間隔ΔＴ１，ΔＴ２は、１ナノ秒〜１０ナノ秒のオーダーであり、例えば、１ナノ秒〜５０ナノ秒の範囲内の値である。

【0087】

制御装置３５は、時間間隔をおいてＸ線発生装置２０からＸ線を発生させる。例えば、制御装置３５は、図９（Ｂ）に示すように、時間間隔ΔＴ１，ΔＴ２をおいて各時点ｔ１，ｔ２，ｔ３でＸ線発生装置２０からＸ線を発生させる。

【0088】

制御装置３５は、上述の制御部２１を有する。この制御部２１は、電圧印加切り替え部１９を第１状態から第２状態に切り替える。これにより、Ｘ線発生装置２０からＸ線が発生し、このＸ線が、Ｘ線検出器３７まで伝播する。

【0089】

図９（Ｂ）の例の場合について説明する。制御部２１は、時点ｔ１で電圧印加切り替え部１９を第１状態から第２状態に切り替えることにより、時点ｔ１でＸ線発生装置２０からＸ線を発生させ、直ぐに、電圧印加切り替え部１９を第２状態から第１状態に切り替え時点ｔ２まで電圧印加切り替え部１９を第１状態に維持することにより、時点ｔ２までＸ線発生装置２０からＸ線が発生しないようにする。次に、制御部２１は、時点ｔ２で電圧印加切り替え部１９を第１状態から第２状態に切り替えることにより、時点ｔ２でＸ線発生装置２０からＸ線を発生させ、直ぐに、電圧印加切り替え部１９を第２状態から第１状態に切り替え時点ｔ３まで電圧印加切り替え部１９を第１状態に維持することにより、時点ｔ３までＸ線発生装置２０からＸ線が発生しないようにする。その後、制御部２１は、時点ｔ３で電圧印加切り替え部１９を第１状態から第２状態に切り替えることにより、時点ｔ３でＸ線発生装置２０からＸ線を発生させ、直ぐに、電圧印加切り替え部１９を第２状態から第１状態に切り替えることにより、次の時点までＸ線発生装置２０からＸ線が発生しないようにする。

【0090】

なお、Ｘ線通信装置４０によるＸ線通信を行う期間にわたって、Ｘ線発生装置２０のターゲット１４には、高電圧印加装置２５により高電位が継続して印加されている。

【0091】

Ｘ線検出器３７は、上述の時間間隔（例えば、図９（Ｂ）の時間間隔ΔＴ１）をおいて、（図９（Ｂ）の各時点ｔ１，ｔ２で）Ｘ線発生装置２０から発生したＸ線を検出する。すなわち、Ｘ線検出器３７は、これらのＸ線を受信する。

【0092】

信号生成装置３９は、Ｘ線検出器３７がＸ線を受信した時間間隔（例えば、時間間隔ΔＴ１）に対応する第１信号データを生成する。

【0093】

制御装置３５は、上述の時間間隔を（例えば、図９（Ｂ）のようにΔＴ１からΔＴ２へ）変え、これにより、Ｘ線検出器３７がＸ線を受信した時間間隔が（例えばΔＴ１からΔＴ２へ）変わると、信号生成装置３９は、変わった時間間隔（例えば、ΔＴ２）に対応する第２信号データを生成する。
第１信号データと第２信号データは、例えば互いに異なる値の電圧であってよいが、これに限定されない。

【0094】

このようなＸ線による無線通信では、以下の効果が得られる。

【0095】

上述したように、１ナノ秒のオーダーの微小時間で、Ｘ線発生装置２０は、Ｘ線を発生させる状態と、Ｘ線を発生させない状態との間で切り替えられるので、上述の時間間隔の変更を、１ナノ秒〜１０ナノ秒のオーダーの微小時間で行える。したがって、Ｘ線通信装置４０により、Ｘ線による円滑な通信が可能となる。

【0096】

Ｘ線通信装置４０が、図６のＸ線発生装置２０を有することにより、直進性が優れたＸ線を発生できる。したがって、小型のＸ線発生装置２０とＸ線検出器３７で、Ｘ線通信を実現でき、通信に要する消費電力も抑えることができる。

【0097】

また、Ｘ線は波長が短いので、ファラデーローテーションの影響の無い無線通信を実現できる。

【0098】

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上述のターゲット１４は、透過型ではなく反射型のターゲットであってもよい。また、コリメータ２３は、上述した構成に限定されず、用途に合わせた構成を有していてよい。

【符号の説明】

【0099】

３ カーボン支持体、３ａ 表面、５ カーボンナノ構造体、５ａ 針葉樹形部、６ 針状部、７ 箔状体、７ａ 貫通孔、７ｂ 第１表面、７ｃ 第２表面、８ 隆起部、９ 絶縁層、１０ 電子源、１１ 導電層、１２ 宇宙機、１３ 電圧印加装置、１４ 高電位部（ターゲット）、１５ 固定具（ボルト）、１５ａ 雄ネジ部、１５ｂ 頭、１６ イオンエンジン、１７ 取付け用穴、１７ａ 雌ネジ、１９ 電圧切り替え部、２０ Ｘ線発生装置、２１ 制御部、２３ コリメータ、２５ 高電圧印加装置、２６ 真空容器、２７ 真空装置、２９ Ｘ線検出器、３０ 断面像取得装置、３１ 制御装置、３３ データ処理装置、３５ 制御装置、３７ Ｘ線検出器、３９ 信号生成装置、４０ Ｘ線通信装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】