(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】
(24)【登録日】2022-06-17
(45)【発行日】2022-06-27
(54)【発明の名称】Ｘ線発生装置、及びＸ線分析装置
(51)【国際特許分類】
H01J 35/08 20060101AFI20220620BHJP
H01J 35/14 20060101ALI20220620BHJP
H01J 35/18 20060101ALI20220620BHJP
G21K 5/02 20060101ALI20220620BHJP
G01N 23/201 20180101ALI20220620BHJP
G01N 23/207 20180101ALI20220620BHJP
H05G 1/00 20060101ALI20220620BHJP
H05G 1/52 20060101ALI20220620BHJP
H05G 1/70 20060101ALI20220620BHJP
【ＦＩ】
H01J35/08 C
H01J35/14
H01J35/18
G21K5/02 X
G01N23/201
G01N23/207
H05G1/00 E
H05G1/52 B
H05G1/52 A
H05G1/70 A
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2018180385
(22)【出願日】2018-09-26
(65)【公開番号】P2020053217
(43)【公開日】2020-04-02
【審査請求日】2021-03-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000250339
【氏名又は名称】株式会社リガク
(74)【代理人】
【識別番号】110000154
【氏名又は名称】特許業務法人はるか国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】野々口 雅弘
(72)【発明者】
【氏名】影山 将史
【審査官】大門 清
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－１９８７７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／０３９０９１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ３５／０８
Ｈ０１Ｊ ３５／１４
Ｈ０１Ｊ ３５／１８
Ｇ２１Ｋ ５／０２
Ｇ０１Ｎ ２３／２０１
Ｇ０１Ｎ ２３／２０７
Ｈ０５Ｇ １／００
Ｈ０５Ｇ １／５２
Ｈ０５Ｇ １／７０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱電子が放出される陰極と、印加される電位差により前記熱電子が加速され電子線となり照射される陽極と、を備える、Ｘ線封入管と、前記電子線の進行方向と交差する第１の方向に延伸する磁場を前記電子線に印加するよう、前記Ｘ線封入管の近傍に配置される、磁場発生部と、
前記Ｘ線封入管を、前記陰極と前記陽極との中心軸に対して回転させる、回転駆動系と、
を備える、Ｘ線発生装置であって、
前記陽極の表面は、前記中心軸との交点を通る分割直線に対して、前記中心軸に垂直な面内における一方側に第１の領域が、他方側に第２の領域が、それぞれ配置され、
前記第１の領域には第１の金属が、前記第２の領域には前記第１の金属とは異なる第２の金属が、それぞれ配置され、
前記回転駆動系が前記Ｘ線封入管を回転させることにより、駆動時には、前記分割直線が前記第１の方向に沿うよう、前記Ｘ線封入管が前記磁場発生部に対して配置される、
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線発生装置であって、前記電子線の断面は延伸する偏平形状を有し、
駆動時には、前記偏平形状の延伸方向が前記第１の方向に沿うよう、前記Ｘ線封入管が前記磁場発生部に対して配置される、
ことを特徴とする、Ｘ線発生装置。
【請求項3】
請求項１又は２に記載のＸ線発生装置であって、前記磁場発生部は、永久磁石である、
ことを特徴とする、Ｘ線発生装置。
【請求項4】
請求項１乃至３のいずれかに記載のＸ線発生装置であって、前記陽極の表面は円形状を有し、前記中心軸との交点は前記円形状の中心と実質的に一致する、
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のいずれかに記載のＸ線発生装置であって、前記第１の方向は、前記電子線の進行方向と実質的に直交する、
ことを特徴とする、Ｘ線発生装置。
【請求項6】
請求項１乃至５のいずれかに記載のＸ線発生装置であって、前記Ｘ線封入管は、前記第１の領域に配置される前記第１の金属に前記電子線が照射される第１の照射領域から発生するＸ線を通過させる第１のＸ線窓と、前記第２の領域に配置される前記第２の金属に前記電子線が照射される第２の照射領域から発生するＸ線を通過させる第２のＸ線窓と、を備える、
ことを特徴とする、Ｘ線発生装置。
【請求項7】
請求項１乃至６のいずれかに記載のＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置より出射されるＸ線ビームが照射される試料を支持する、支持台と、
前記試料から発生する散乱Ｘ線を検出する、検出器と、
を備える、Ｘ線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、Ｘ線封入管を備えるＸ線発生装置及びＸ線分析装置に関する。特に、簡便な構成で、異なる波長のＸ線を選択して発生させる技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、Ｘ線分析システムにおいて、異なる波長のＸ線を選択して分析を行うために、以下のＸ線源が用いられている。第１のＸ線源では、Ｘ線封入管を交換することである。第２のＸ線源では、互いに異なる波長のＸ線を発生する複数のＸ線封入管を配置し、複数のＸ線封入管を選択的に駆動させることである。
第３のＸ線源では、Ｘ線封入管が２系統（２組の陰極・陽極）を備え、加熱する（電圧を印加する）陰極（フィラメント）を選択して所望のＸ線を発生させることである（特許文献１参照）。第４のＸ線源では、陽極がローターターゲット（回転対陰極）であり、ローターターゲットの表面には異なる複数の金属が配置されており、回転軸に沿って移動させることにより、照射させる金属を選択して所望のＸ線を発生させることである（特許文献２乃至４参照）。
第３のＸ線源では、Ｘ線封入管が２系統（２組の陰極・陽極）を備え、加熱する（電圧を印加する）陰極（フィラメント）を選択して所望のＸ線を発生させることである（特許文献１参照）。第４のＸ線源では、陽極がローターターゲット（回転対陰極）であり、ローターターゲットの表面には異なる複数の金属が配置されており、回転軸に沿って移動させることにより、照射させる金属を選択して所望のＸ線を発生させることである（特許文献２乃至４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００７－３２３９６４号公報
【文献】特開２００８－２６９９３３号公報
【文献】国際公開第２０１６／０３９０９１号
【文献】国際公開第２０１６／０３９０９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、Ｘ線分析システムにおいて、異なる波長のＸ線を選択して分析を行うことに加えて、システムの小型化が求められており、Ｘ線源となるＸ線封入管の小型化が望まれている。
【0005】
上記第１のＸ線源では、用いるＸ線封入管自体は簡便な構成で実現することができるが、複数のＸ線封入管を用意する必要がある上に、異なる波長のＸ線を選択する度にＸ線封入管を対応する波長のＸ線を出射するものに交換しなければならず、測定に要する時間の増大を招いてしまう。
【0006】
上記第２のＸ線源及び上記第３のＸ線源では、異なる波長のＸ線それぞれの焦点位置が異なってしまうし、焦点位置を同じくしようとすると、移動制御系をさらに備えることが必要となる。上記第２のＸ線源では対象となるＸ線封入管の位置を移動させ、Ｘ線の光軸調整が必要となる。上記第３のＸ線源では、Ｘ線封入管の位置を移動させて、対象となる陽極の位置を調整させることとなる。加えて、第２のＸ線源及び第３のＸ線源では、装置の大型化を招く。第２のＸ線源では、発生源の焦点サイズを小さくするのは困難である。
【0007】
上記第４のＸ線源では、装置のサイズが大きくなってしまう上に、ローターターゲットの冷却が必要となるなど構造が複雑であるので、システムの小型化及びＸ線源の小型化には不適である。
【0008】
本発明はかかる課題を鑑みてなされたものであり、簡便な構成で異なる波長のＸ線を選択して発生させることが可能なＸ線発生装置、及びＸ線分析装置の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
（１）上記課題を解決するために、本発明に係るＸ線発生装置は、熱電子が放出される陰極と、印加される電位差により前記熱電子が加速され電子線となり照射される陽極と、を備える、Ｘ線封入管と、前記電子線の進行方向と交差する第１の方向に延伸する磁場を前記電子線に印加するよう、前記Ｘ線封入管の近傍に配置される、磁場発生部と、前記Ｘ線封入管を、前記陰極と前記陽極との中心軸に対して回転させる、回転駆動系と、を備える、Ｘ線発生装置であって、前記陽極の表面は、前記中心軸との交点を通る分割直線に対して、前記中心軸に垂直な面内における一方側に第１の領域が、他方側に第２の領域が、それぞれ配置され、前記第１の領域には第１の金属が、前記第２の領域には前記第１の金属とは異なる第２の金属が、それぞれ配置され、前記回転駆動系が前記Ｘ線封入管を回転させることにより、駆動時には、前記分割直線が前記第１の方向に沿うよう、前記Ｘ線封入管が前記磁場発生部に対して配置される、ことを特徴とする。
【0010】
（２）上記（１）に記載のＸ線発生装置であって、前記電子線の断面は延伸する偏平形状を有し、駆動時には、前記偏平形状の延伸方向が前記第１の方向に沿うよう、前記Ｘ線封入管が前記磁場発生部に対して配置されてもよい。
【0011】
（３）上記（１）又は（２）に記載のＸ線発生装置であって、前記磁場発生部は、永久磁石であってもよい。
【0012】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のＸ線発生装置であって、前記陽極の表面は円形状を有し、前記中心軸との交点は前記円形状の中心と実質的に一致していてもよい。
【0013】
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のＸ線発生装置であって、前記第１の方向は、前記電子線の進行方向と実質的に直交していてもよい。
【0014】
（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のＸ線発生装置であって、前記Ｘ線封入管は、前記第１の領域に配置される前記第１の金属に前記電子線が照射される第１の照射領域から発生するＸ線を通過させる第１のＸ線窓と、前記第２の領域に配置される前記第２の金属に前記電子線が照射される第２の照射領域から発生するＸ線を通過させる第２のＸ線窓と、を備えていてもよい。
【0015】
（７）本発明に係るＸ線分析装置は、上記（１）乃至（６）のいずれかに記載のＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置より出射されるＸ線ビームが照射される試料を支持する、支持台と、前記試料から発生する散乱Ｘ線を検出する、検出器と、を備えていてもよい。
【発明の効果】
【0016】
本発明により、簡便な構成で異なる波長のＸ線を選択して発生させることが可能なＸ線発生装置、及びＸ線分析装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の実施形態に係るＸ線分析装置の構成を示す概略図である。
【図2A】本発明の実施形態に係るＸ線封入管の原理を示す図である。
【図2B】本発明の実施形態に係るＸ線封入管の陰極と陽極の配置を示す図である。
【図2C】本発明の実施形態に係る陽極の平面図である。
【図3A】本発明の実施形態に係るＸ線源部の構成を示す概略図である。
【図3B】本発明の実施形態に係るＸ線源部の構成を示す概略図である。
【図3C】本発明の実施形態に係るＸ線源部の構成を示す概略図である。
【図3D】本発明の実施形態に係るＸ線源部の構成を示す概略図である。
【図4A】関連技術１に係るＸ線源部の構成を示す概略図である。
【図4B】関連技術１に係るＸ線源部の構成を示す概略図である。
【図5A】関連技術２に係るＸ線源部の構成を示す概略図である。
【図5B】関連技術２に係るＸ線源部の構成を示す概略図である。
【図6A】関連技術３に係るＸ線源部の構成を示す概略図である。
【図6B】関連技術３に係るＸ線源部の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、寸法、形状等について模式的に表す場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
【0019】
図１は、本発明の実施形態に係るＸ線分析装置１の構成を示す概略図である。ここで、当該実施形態に係るＸ線分析装置１はＸ線回折測定装置（ＸＲＤ）であるが、これに限定されることはなく、小角Ｘ線散乱測定装置（ＳＡＸＳ）であってもよく、さらに、他のＸ線分析装置であってもよい。当該実施形態に係るＸ線分析装置１は、Ｘ線源部１１と、光学系１２と、試料１００を支持する支持台１４と、２次元検出器１５と、ゴニオメータ２１と、を備える。
【0020】
ゴニオメータ２１は、試料水平配置型のθ－θ型ゴニオメータである。ゴニオメータ２１は、入射側アーム２１Ａと、固定部２１Ｂと、受光側アーム２１Ｃと、を備える。入射側アーム２１ＡにＸ線源部１１と光学系１２とが配置され、固定部２１Ｂに支持台１４とが配置され、受光側アーム２１Ｃに２次元検出器１５が配置される。ゴニオメータ２１は、支持台１４に支持される試料１００を水平に保持したまま、２θスキャンを行うことが出来る。試料１００を水平に置くことで、試料１００の自重による歪の影響を最小限にすることができ、試料１００の落下に対する危険性を抑制することができる。ゴニオメータ２１において、固定部２１Ｂ（支持台１４）が入射側アーム２１Ａ（Ｘ線源部１１）に対してθ回転するときに受光側アーム２１Ｃ（２次元検出器１５）が入射側アーム２１Ａに対して２θ回転する。
【0021】
Ｘ線源部１１は、当該実施形態に係るＸ線発生装置であり、Ｘ線封入管３１を含む。Ｘ線源部１１の詳細については後述する。光学系１２は、例えば、１又は複数のスリットからなる。試料１００を支持する支持台１４は、固定部２１Ｂに配置される（固定される）。Ｘ線源部１１から発生するＸ線は、光学系１２によって所望のＸ線ビームとなり、支持台１４により支持される試料１００にかかるＸ線ビームが照射される。
【0022】
２次元検出器１５は、試料１００より発生する散乱Ｘ線を検出する。ここで、散乱Ｘ線は、試料１００より発生する回折Ｘ線を含んでいる 。また、当該実施形態において、検出器は２次元検出器に限定されることはなく、１次元検出器であってもよい。また、支持台１４と２次元検出器１５との間に、受光側スリットなど受光側光学系が配置されてもよい。
【0023】
図２Ａは、当該実施形態に係るＸ線封入管３１の原理を示す図である。Ｘ線封入管３１は、真空管４０と、陰極４１（Cathode）と、陽極４２（Anode）と、Ｘ線窓４３と、を備える。陰極４１及び陽極４２は、内部が真空に維持される真空管４０の内部に配置され、Ｘ線窓４３は真空管４０の側面（Ｘ線封入管３１の側面）に配置される。
【0024】
【0025】
陰極４１にフィラメントが備えられ、駆動時にはフィラメントの両端に数Ｖ程度の電位差ＶＦが印加され、フィラメントが２千℃程度まで加熱されると、陰極４１（フィラメント）より熱電子が放出される。駆動時には、陰極４１と陽極４２との間には数～数百ｋＶの電位差Ｖが印加される。当該実施形態では、陰極４１と陽極４２との距離は６ｍｍ程度であり、陰極４１と陽極４２との間に印加される電位差Ｖは３０ｋＶ程度である。陰極４１より放出される熱電子は印加される電位差Ｖにより加速され、加速される熱電子が電子線となり陽極４２の表面に照射される（衝突する）。陰極４１のフィラメントは線形状を有し、陽極４２の表面は円形状を有する。陽極４２に照射される電子線の照射領域ＥＢは、陰極４１のフィラメント形状に対応して、線形状（長手方向が短手方向より非常に大きい矩形状、以下、長い矩形状と表する）を有する。すなわち、陰極４１のフィラメント形状が線形状であり、陰極４１と陽極４２との間に電位差Ｖが印加されるので、陰極４１から陽極４２を見ると、真下の領域の電界が最も大きくなるので、その電界に沿って大半の電子が真下方向に加速され、電子線となり陽極４２の表面の照射領域ＥＢへ照射される。すなわち、電子線の断面は、フィラメントの線形状の延伸方向に沿って延伸する扁平形状（実質的には、線形状又は長い矩形状）を有する。なお、図２Ａ乃至図２Ｃそれぞれに、ｘｙｚ軸が示されている。ｚ軸は電子線の進行方向であり、陰極４１と陽極４２との間に発生する電界のうち最も強い電界の向きと平行である。ｘ軸は陰極４１のフィラメントの線形状の延伸方向である。ｙ軸はｘ軸及びｚ軸に垂直方向である。
【0026】
電子線が陽極４２の表面に照射される（衝突する）ことにより、Ｘ線が発生する。多方向に発生するＸ線のうちＸ線窓４３を通過するＸ線が光学系１２へ進行する。すなわち、Ｘ線封入管３１はＸ線窓４３よりＸ線を出射する。電子線の照射領域ＥＢは、陰極４１のフィラメントの線形状及び電子線の断面の偏平形状に対応して、ｘ軸方向に延伸する扁平形状（実質的には、線形状又は長い矩形状）を有する。陰極４１から放出される熱電子は、印加される電位差Ｖ（陰極４１と陽極４２との間に発生する電界）により加速される。ｚ軸方向に平面視すると、陰極４１は陽極４２に含まれるよう重畳している。それゆえ、陰極４１から陽極４２を見ると、真下の領域は－ｚ軸方向の電界となっているが、真下の領域の周辺における電界はｘｙ平面の微小成分（主にｙ軸成分）を有する。それゆえ、電子線の断面は、陰極４１のフィラメントの線形状と比べると、電子線が進行するに伴って、少しずつｘｙ平面に（主にｙ軸方向に）広がる。それゆえ、照射領域ＥＢは偏平形状を有するが、陰極４１のフィラメントの線形状と比べると（主にｙ軸方向に）広がっている。なお、本明細書において、電子線の進行方向は、陰極４１と陽極４２との間に発生する電界のうち最大となる電界の方向（ここではｚ方向）と定義されるものとする。
【0027】
陽極４２の表面（ｘｙ平面）と直交する面と直交し、照射領域ＥＢの偏平形状の延伸方向（ｘ軸）を含む面（ｘｚ平面）において、陽極４２の表面（又は照射領域ＥＢの偏平形状の延伸方向）に対してある角度で交差する方向の延長上に、Ｘ線窓４３が配置される。偏平形状を有する照射領域ＥＢから斜め方向にＸ線ビームを取り出すことにより、陽極４２上の照射領域ＥＢを擬似的に点形状のＸ線源とすることができる。なお、図２Ａ乃至図２Ｃは、Ｘ線封入管３１の原理を示すものであり、Ｘ線封入管３１の近傍に永久磁石（後述）が配置されていない状態において、Ｘ線封入管３１の駆動状態を説明したものである。
【0028】
図３Ａ乃至図３Ｄは、当該実施形態に係るＸ線源部１１の構成を示す概略図である。図３Ａに第１のＸ線Ｘ１を発生させる場合が、図３Ｂに第２のＸ線Ｘ２を発生させる場合が、それぞれ示されている。図３Ｃに第１のＸ線Ｘ１を発生させる場合の陽極４２の平面図が、図３Ｄに第２のＸ線Ｘ２を発生させる場合の陽極４２の平面図が、それぞれ示されている。Ｘ線源部１１は、Ｘ線封入管３１と、永久磁石３２と、回転駆動系３３と、を備える。当該実施形態に係るＸ線封入管３１は、図２Ａに示すような簡便な構成のＸ線管球であり、陰極４１と陽極４２との間には、電子線を電気的又は磁気的に制御する部品を含んでいない。すなわち、アライメントコイル（Alignment Coil）、偏平・回転コイル（Deforming & Rotating Coil）、集束コイル（Focusing Coil）などは、Ｘ線封入管３１の内部又は外部に配置されていない。
【0029】
当該実施形態に係るＸ線封入管３１は、陰極４１と陽極４２との中心軸に対して回転対称な構造を有している。ここで、陰極４１と陽極４２との中心軸とは、陰極４１の中心（フィラメントの線形状の中点）と、陽極４２の中心（表面の円形状の中心）と、を結ぶ直線をいい、ｚ軸方向と平行である。陽極４２の表面の形状は円形状に限らないが、その場合であっても、陰極４１と陽極４２との中心軸は、陰極４１の中心から陽極４２へ下した垂線である。Ｘ線封入管３１の外径は３０ｍｍであり、陽極４２は、外径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円盤である。
【0030】
図３Ｃ及び図３Ｄに示す通り、当該実施形態に係る陽極４２の表面は円形状を有しているが、陽極４２の表面は、中心Ｏを通る分割直線ＤＬ（ここでは、ｘ軸方向に沿う直径）に対して分割されている。ここで、中心Ｏは、陰極４１と陽極４２との中心軸と陽極４２の表面との交点であり、陽極４２の表面の円形状の中心である。陽極４２の表面は、分割直線ＤＬに対して、一方側（図３Ｃの右側であり、図３Ｄの左側である）に第１の領域が、他方側（図３Ｃの左側であり、図３Ｄの右側である）に第２の領域が、それぞれ配置される。そして、第１の領域には第１の金属Ｍ１が、第２の領域には第２の金属Ｍ２が、それぞれ配置される。ここで、第１の金属Ｍ１と第２の金属Ｍ２は互いに異なる種類の金属である。例えば、第１の金属Ｍ１がＷ（タングステン）であり、第２の金属Ｍ２がＣｕ（銅）であるが、この組み合わせに限定されることなく、陽極として適当な異なる２種類の金属であればよい。
【0031】
Ｘ線封入管３１の近傍に永久磁石３２が配置される。永久磁石３２は当該実施形態に係る磁場発生部である。電子線の進行方向（ここではｚ軸方向）と交差する第１の方向（ここではｘ軸方向）に延伸する磁場を電子線に印加するよう、永久磁石３２が配置され、Ｘ線封入管３１に対して独立して固定されている。当該実施形態において、永久磁石３２のＸ線封入管３１側の表面は、陰極４１と陽極４２との中心軸から１５～１８ｍｍの位置に配置されるのが望ましく、例えば、かかる表面は、真空管４０の側面（Ｘ線封入管３１の側面）から２．５ｍｍの位置に配置される。永久磁石３２が第１の方向（ここでは＋ｘ軸方向）に延伸する磁場を電子線に印加することにより、電子線の進行方向と磁場の方向（第１の方向）とが作る平面に垂直な方向（ここでは＋ｙ軸方向）に、電子線にローレンツ力が加わり、電子線はその向き（ここでは＋ｙ軸方向）に偏向する。それゆえ、電子線が陽極４２の表面に照射される照射領域は、その向き（ここでは＋ｙ軸方向）に移動する。当該実施形態において、電子線の偏向量（中心Ｏから照射領域の移動距離）は０．５ｍｍから１ｍｍの範囲である。永久磁石３２の役割は、電磁偏向形ブラウン管オシロスコープの偏向コイルと同じであるが、偏向コイルが４極コイルによって構成されていたりするのと異なり、永久磁石３２を配置するという非常に簡便な構成で電子線を偏向させることができている。
【0032】
ここで、永久磁石３２は、外径が１５ｍｍφ及び内径が１０ｍｍφのドーナツ型ネオジウム磁石である。ネオジウム磁石の中心から磁場は直線的に延びている。すなわち、永久磁石３２（ネオジウム磁石）の中心から電子線を貫く磁場は＋ｘ軸方向となっている。永久磁石３２の中心から電子線を貫く磁場の周辺における磁場は、ｙｚ平面において放射状に広がる微小成分を有する。それゆえ、電子線を貫く磁場は厳密には一様ではないが、電子線を偏向させる目的において、かかる微小成分は実質的に電子線の偏向に影響を及ぼしていない。その観点から、永久磁石３２が第１の方向（＋ｘ軸方向）に延伸する磁場を電子線に印加する、としてよい。なお、当該実施形態に係る永久磁石３２はドーナツ型ネオジウム磁石としたが、他の形状のネオジウム磁石であってもよく、また、他の材質の永久磁石であってもよい。
【0033】
図３Ｃ及び図３Ｄに示す通り、回転駆動系３３がＸ線封入管３１を回転させることにより、駆動時にＸ線封入管３１を所望の回転位置に配置させることができる。図３Ａ及び図３Ｃに示す第１のＸ線Ｘ１を発生させる場合も、図３Ｂ及び図３Ｄに示す第２のＸ線Ｘ２を発生させる場合も、駆動時には、陽極４２の分割直線ＤＬが電子線を貫く磁場の方向（第１の方向）に沿うように、Ｘ線封入管３１は永久磁石３２に対して配置される。かかる配置とすることにより、電子線が陽極４２の表面に照射される照射領域は、第１のＸ線Ｘ１を発生させる場合には、第１の金属Ｍ１が配置される第１の照射領域ＥＢ１となっており、第２のＸ線Ｘ２を発生させる場合には、第２の金属Ｍ２が配置される第２の照射領域ＥＢ２となっている。第１の照射領域ＥＢ１と第２の照射領域ＥＢ２とは、外部の基準（例えば地上）に対する位置は実質的に一致している。
【0034】
さらに、第１の方向（電子線を貫く磁場の方向）は、電子線の進行方向と８５°以上９０°以下で交差している（ここでは向きではなく方向を想定している。向きと向きがなす角度となれば、８５°以上９５°以下となる。）のが望ましく、第１の方向が電子線の進行方向と実質的に直交しているのがさらに望ましい。また、電子線の断面の偏平形状の延伸方向が第１の方向（電子線を貫く磁場の方向）に沿うよう、Ｘ線封入管３１は永久磁石３２に対して配置されるのが望ましい。かかる配置となることにより、電子線の断面の偏平形状の短手方向に沿って電子線を偏向させることができる。その結果、第１の照射領域ＥＢ１を第１の金属Ｍ１が配置される領域に、第２の照射領域ＥＢ２を第２の金属Ｍ２が配置される領域に、容易に移動させることができる。当該実施形態では、電子線の進行方向は＋ｚ軸方向であり、電子線を貫く磁場の方向（第１の方向）は＋ｘ軸方向であり、電子線の断面の偏平形状の延伸方向はｘ軸方向であり、磁場により電子線が偏向する方向は＋ｙ軸方向である。
【0035】
当該実施形態に係るＸ線源部１１は、回転駆動系３３がＸ線封入管３１を回転させることのみにより、電子線が照射される照射領域を、第１のＸ線Ｘ１を発生させる場合には、第１の金属Ｍ１が配置される第１の照射領域ＥＢ１に、第２のＸ線Ｘ２を発生させる場合には、第２の金属Ｍ２が配置される第２の照射領域ＥＢ２に、それぞれすることが出来ている。第１の照射領域ＥＢ１と第２の照射領域ＥＢ２とは、外部の基準（例えば地上）に対する位置は実質的に一致させることが出来ており、光学系１２から見て、同じＸ線源の位置（焦点位置）とすることが出来ている。すなわち、回転駆動系３３の駆動のみにより、Ｘ線源部１１は、第１のＸ線Ｘ１又は第２のＸ線Ｘ２のいずれかを選択し、選択されるＸ線を光学系１２へ共通する条件（同じＸ線源の位置）で出射することが出来ている。
【0036】
なお、当該実施形態に係るＸ線封入管３１は、第１の領域に配置される第１の金属Ｍ１に電子線が照射される第１の照射領域ＥＢ１から発生するＸ線Ｘ１を通過させる第１のＸ線窓４３Ａと、第２の領域に配置される第２の金属Ｍ２に電子線が照射される第２の照射領域ＥＢ２から発生するＸ線Ｘ２を通過させる第２のＸ線窓４３Ｂと、を備えているのが望ましい。照射領域ＥＢから発生するＸ線を通過させるために配置される、図２Ｂに示すＸ線窓４３と異なり、第１の照射領域ＥＢ１は駆動時において中心Ｏから＋ｙ軸方向に移動しており（図３Ｃ参照）、第１のＸ線窓４３Ａは、陽極４２の表面（ｘｙ平面）と直交する面と直交し、第１の照射領域ＥＢ１の偏平形状の延伸方向（ｘ軸）を含む面（ｘｚ平面）において、陽極４２の表面（又は第１の照射領域ＥＢ１の偏平形状の延伸方向）に対して所定の角度で交差する方向の延長上であって、Ｘ線封入管３１の側面（真空管４０の側面）に配置される。同様に、第２の照射領域ＥＢ２は駆動時において中心Ｏから＋ｙ軸方向に移動しており（図３Ｄ参照）、第２のＸ線窓４３Ｂは、陽極４２の表面（ｘｙ平面）と直交する面と直交し、第２の照射領域ＥＢ２の偏平形状の延伸方向（ｘ軸）を含む面（ｘｚ平面）において、陽極４２の表面（又は第２の照射領域ＥＢ２の偏平形状の延伸方向）に対して当該所定の角度で交差する方向の延長上であって、Ｘ線封入管３１の側面に、配置される。よって、第１のＸ線窓４３Ａと第２のＸ線窓４３Ｂとは、陰極４１と陽極４２との中心軸に対して（１８０°）回転対称（ｘｙ平面において点対称）な配置となっている。当該実施形態に係るＸ線封入管３１が第１のＸ線窓４３Ａと第２のＸ線窓４３Ｂを備えることにより、選択されるＸ線を光学系１２へ共通する条件（同じＸ線源の位置）で出射することが出来ている。
【0037】
よって、当該実施形態に係るＸ線発生装置は、Ｘ線管球（Ｘ線封入管）を交換することなく、異なる波長のＸ線を発生することが出来ている。異なる波長のＸ線を選択するために、回転駆動系によりＸ線封入管を１８０°回転させればよく、磁場発生部はＸ線封入管に対して固定されているので、電子線を貫く磁場の大きさは一定であり、電子線の偏向量も共通しており、陽極の表面に電子線が照射される照射領域も、Ｘ線封入管の回転に対して独立しており、同じ位置となる。Ｘ線封入管が第１のＸ線窓と第２のＸ線窓とを備えることにより、異なる波長のＸ線のいずれを選択しても、同じ条件でＸ線ビームを外部へ取り出すことが出来ている。
【0038】
［関連技術１］
本発明の関連技術１に係るＸ線発生装置について説明する。本発明の実施形態に係るＸ線発生装置では、回転駆動系３３はＸ線封入管３１を回転させるが、永久磁石３２はＸ線封入管３１に対して独立して固定されている。これに対して、関連技術１に係るＸ線発生装置では、回転駆動系３３は永久磁石３２を回転させるが、Ｘ線封入管３１は永久磁石３２に対して独立して固定されている点が異なっている。それに伴って、第１の照射領域ＥＢ１から発生するＸ線Ｘ１も第２の照射領域ＥＢ２から発生するＸ線Ｘ２も通過されるＸ線窓４３がＸ線封入管３１の側面に配置される点が本発明の実施形態と異なっているが、それ以外については、本発明の実施形態に係る発生装置と同じである。
本発明の関連技術１に係るＸ線発生装置について説明する。本発明の実施形態に係るＸ線発生装置では、回転駆動系３３はＸ線封入管３１を回転させるが、永久磁石３２はＸ線封入管３１に対して独立して固定されている。これに対して、関連技術１に係るＸ線発生装置では、回転駆動系３３は永久磁石３２を回転させるが、Ｘ線封入管３１は永久磁石３２に対して独立して固定されている点が異なっている。それに伴って、第１の照射領域ＥＢ１から発生するＸ線Ｘ１も第２の照射領域ＥＢ２から発生するＸ線Ｘ２も通過されるＸ線窓４３がＸ線封入管３１の側面に配置される点が本発明の実施形態と異なっているが、それ以外については、本発明の実施形態に係る発生装置と同じである。
【0039】
図４Ａ及び図４Ｂは、関連技術１に係るＸ線源部１１の構成を示す概略図である。図４Ａ及び図４Ｂは、図３Ｃ及び図３Ｄに対応しており、図４Ａに第１のＸ線Ｘ１を発生させる場合の陽極４２の平面図が、図４Ｂに第２のＸ線Ｘ２を発生させる場合の陽極４２の平面図が、それぞれ示されている。第１のＸ線Ｘ１を発生させる場合には、回転駆動系３３は永久磁石３２を回転させることにより、図４Ａに示す通り、永久磁石３２が陽極４２の－ｘ軸方向側に配置されており、電子線を＋ｘ軸方向に貫く磁場を印加する。それゆえ、ローレンツ力が＋ｙ軸方向にかかり、電子線は＋ｙ軸方向に偏向し、第１の照射領域ＥＢ１は中心Ｏより＋ｙ軸方向に移動する。第２のＸ線Ｘ２を発生させる場合には、回転駆動系３３は永久磁石３２を回転させることにより、図４Ｂに示す通り、永久磁石３２が陽極４２の＋ｘ軸方向側に配置されており、電子線を－ｘ軸方向に貫く磁場を印加する。それゆえ、ローレンツ力が－ｙ軸方向にかかり、電子線は－ｙ軸方向に偏向し、第２の照射領域ＥＢ２は中心Ｏより－ｙ軸方向に移動する。
【0040】
関連技術１に係るＸ線封入管３１は、第１の照射領域ＥＢ１から発生するＸ線Ｘ１及び第２の照射領域ＥＢ２から発生するＸ線Ｘ２をともに通過させ、Ｘ線封入管３１の側面に配置される、Ｘ線窓４３を備えている。Ｘ線窓４３は、以下に示す２つのＸ線ビームの光路を通過させる。第１には、陽極４２の表面（ｘｙ平面）と直交する面と直交し、第１の照射領域ＥＢ１の偏平形状の延伸方向（ｘ軸）を含む面（ｘｚ平面）において、陽極４２の表面（又は第１の照射領域ＥＢ１の偏平形状の延伸方向）に対して所定の角度で交差する方向の延長線となる光路である。第２には、陽極４２の表面（ｘｙ平面）と直交する面と直交し、第２の照射領域ＥＢ２の偏平形状の延伸方向（ｘ軸）を含む面（ｘｚ平面）において、陽極４２の表面（又は第２の照射領域ＥＢ２の偏平形状の延伸方向）に対して所定の角度で交差する方向の延長線となる光路である。関連技術１に係るＸ線封入管３１がかかるＸ線窓４３を備えることにより、簡便な構成で、選択される波長のＸ線をいずれも光学系１２へ出射することが出来ている。なお、本発明の実施形態と異なり、第１のＸ線Ｘ１を発生させる場合と第２のＸ線Ｘ２を発生させる場合とでは、Ｘ線源の位置がｙ軸方向に沿ってずれているが、第１の照射領域ＥＢ１と第２の照射領域ＥＢ２とのｙ軸方向の沿うずれは１ｍｍから２ｍｍの範囲の程度であり、かかるずれが問題とならない測定に対して、関連技術１に係るＸ線発生装置は最適である。
【0041】
［関連技術２］
本発明の関連技術２に係るＸ線発生装置について説明する。関連技術１に係るＸ線発生装置では、回転駆動系３３が永久磁石３２を回転させることにより、電子線を貫く磁場の向きを反転させる。これに対して、関連技術２に係るＸ線発生装置では、回転駆動系３３を備えておらず、代わりに、第１の永久磁石３２Ａと第２の永久磁石３２Ｂとが、陰極４１と陽極４２との中心軸に対して（１８０°）回転対称（ｘｙ平面において中心Ｏに対して点対称）となるよう配置される点が異なっている。それに伴って、第１の永久磁石３２ＡとＸ線封入管３１との間に第１の防磁シャッター３５Ａが、第２の永久磁石３２ＢとＸ線封入管３１との間に第２の防磁シャッター３５Ｂが、それぞれ配置される点で、関連技術１と異なっているが、それ以外については関連技術１に係るＸ線発生装置と同じである。第１の防磁シャッター３５Ａ／第２の防磁シャッター３５Ｂは、シャッターが開いているときは、第１の永久磁石３２Ａ／第２の永久磁石３２Ｂより発生する磁場を通すことにより、第１の永久磁石３２Ａ／第２の永久磁石３２Ｂは、電子線を貫く磁場を印加することが出来る。反対に、第１の防磁シャッター３５Ａ／第２の防磁シャッター３５Ｂは、シャッターが閉じているときは、第１の永久磁石３２Ａ／第２の永久磁石３２Ｂより発生する磁場をシャッターが遮断するので、第１の永久磁石３２Ａ／第２の永久磁石３２Ｂは、電子線を貫く磁場を印加することが出来ない。
本発明の関連技術２に係るＸ線発生装置について説明する。関連技術１に係るＸ線発生装置では、回転駆動系３３が永久磁石３２を回転させることにより、電子線を貫く磁場の向きを反転させる。これに対して、関連技術２に係るＸ線発生装置では、回転駆動系３３を備えておらず、代わりに、第１の永久磁石３２Ａと第２の永久磁石３２Ｂとが、陰極４１と陽極４２との中心軸に対して（１８０°）回転対称（ｘｙ平面において中心Ｏに対して点対称）となるよう配置される点が異なっている。それに伴って、第１の永久磁石３２ＡとＸ線封入管３１との間に第１の防磁シャッター３５Ａが、第２の永久磁石３２ＢとＸ線封入管３１との間に第２の防磁シャッター３５Ｂが、それぞれ配置される点で、関連技術１と異なっているが、それ以外については関連技術１に係るＸ線発生装置と同じである。第１の防磁シャッター３５Ａ／第２の防磁シャッター３５Ｂは、シャッターが開いているときは、第１の永久磁石３２Ａ／第２の永久磁石３２Ｂより発生する磁場を通すことにより、第１の永久磁石３２Ａ／第２の永久磁石３２Ｂは、電子線を貫く磁場を印加することが出来る。反対に、第１の防磁シャッター３５Ａ／第２の防磁シャッター３５Ｂは、シャッターが閉じているときは、第１の永久磁石３２Ａ／第２の永久磁石３２Ｂより発生する磁場をシャッターが遮断するので、第１の永久磁石３２Ａ／第２の永久磁石３２Ｂは、電子線を貫く磁場を印加することが出来ない。
【0042】
図５Ａ及び図５Ｂは、関連技術２に係るＸ線源部１１の構成を示す概略図である。図５Ａ及び図５Ｂは、図４Ａ及び図４Ｂに対応しており、図５Ａに第１のＸ線Ｘ１を発生させる場合の陽極４２の平面図が、図５Ｂに第２のＸ線Ｘ２を発生させる場合の陽極４２の平面図が、それぞれ示されている。関連技術２に係るＸ線源部１１は、陽極４２の－ｘ軸方向側に、第１の防磁シャッター３５Ａ及び第１の永久磁石３２Ａが順に、陽極４２の＋ｘ軸方向側に、第２の防磁シャッター３５Ｂ及び第２の永久磁石３２Ｂが順に、それぞれ配置されている。なお、関連技術２に係るＸ線源部１１は回転駆動系３３は備えていない。
【0043】
図５Ａに示す通り、第１のＸ線Ｘ１を発生させるために、第１の防磁シャッター３５Ａを開き、第２の防磁シャッター３５Ｂを閉じることにより、第１の永久磁石３２Ａは、電子線を＋ｘ軸方向に貫く磁場を印加する。それゆえ、関連技術１と同様に、第１の照射領域ＥＢ１は中心Ｏより＋ｙ軸方向に移動する。図５Ｂに示す通り、第２のＸ線Ｘ２を発生させるために、第２の防磁シャッター３５Ｂを開き、第１の防磁シャッター３５Ａを閉じることにより、第２の永久磁石３２Ｂは、電子線を－ｘ軸方向に貫く磁場を印加する。それゆえ、関連技術１と同様に、第２の照射領域ＥＢ２は中心Ｏより－ｙ軸方向に移動する。関連技術２に係るＸ線封入管３１は、関連技術１に係るＸ線窓４３と同じものを備えている。これにより、簡便な構成で、選択される波長のＸ線をいずれも光学系１２へ出射することが出来ている。
【0044】
［関連技術３］
本発明の関連技術３に係るＸ線発生装置について説明する。関連技術２に係るＸ線発生装置では、陽極４２の両側にそれぞれ第１の防磁シャッター３５Ａ／第２の防磁シャッター３５Ｂ、及び第１の永久磁石３２Ａ／第２の永久磁石３２Ｂを配置させている。これに対して、関連技術３に係るＸ線発生装置では、陽極４２の片側にのみ防磁シャッター３５及び永久磁石３２を配置させている点が異なっている。それに伴って、第２の照射領域ＥＢ２の位置が、本発明の実施形態と関連技術１及び２と異なる。それゆえ、陽極４２の表面の第１の領域及び第２の領域が異なる。また、Ｘ線窓４３の配置が、関連技術１及び２と異なる。それ以外については、関連技術２と同じ構造をしている。
本発明の関連技術３に係るＸ線発生装置について説明する。関連技術２に係るＸ線発生装置では、陽極４２の両側にそれぞれ第１の防磁シャッター３５Ａ／第２の防磁シャッター３５Ｂ、及び第１の永久磁石３２Ａ／第２の永久磁石３２Ｂを配置させている。これに対して、関連技術３に係るＸ線発生装置では、陽極４２の片側にのみ防磁シャッター３５及び永久磁石３２を配置させている点が異なっている。それに伴って、第２の照射領域ＥＢ２の位置が、本発明の実施形態と関連技術１及び２と異なる。それゆえ、陽極４２の表面の第１の領域及び第２の領域が異なる。また、Ｘ線窓４３の配置が、関連技術１及び２と異なる。それ以外については、関連技術２と同じ構造をしている。
【0045】
図６Ａ及び図６Ｂは、関連技術３に係るＸ線源部１１の構成を示す概略図である。図６Ａ及び図６Ｂは、関連技術１に係る陽極４２を示す図４Ａ及び図４Ｂに、関連技術２に係る陽極４２を示す図５Ａ及び図５Ｂに、それぞれ対応しており、図６Ａに第１のＸ線Ｘ１を発生させる場合の陽極４２の平面図が、図６Ｂに第２のＸ線Ｘ２を発生させる場合の陽極４２の平面図が、それぞれ示されている。関連技術３に係るＸ線源部１１は、陽極４２の－ｘ軸方向側に、防磁シャッター３５及び永久磁石３２が順に配置されている。なお、関連技術３に係るＸ線源部１１は回転駆動系３３は備えていない。
【0046】
図６Ａに示す通り、第１のＸ線Ｘ１を発生させるために、防磁シャッター３５を開くことにより、永久磁石３２は、電子線を＋ｘ軸方向に貫く磁場を印加する。それゆえ、関連技術１及び２と同様に、第１の照射領域ＥＢ１は中心Ｏより＋ｙ軸方向に移動する。図６Ｂに示す通り、第２のＸ線Ｘ２を発生させるために、防磁シャッター３５を閉じることにより、永久磁石３２は電子線に磁場を印加していない。それゆえ、関連技術１及び２と異なり、第２の照射領域ＥＢ２は中心Ｏに対して偏向しておらず、第２の照射領域ＥＢ２の偏平形状は中心Ｏを貫いている。第２の照射領域ＥＢ２は、図２Ｃに示す照射領域ＥＢと一致している。すなわち、分割直線ＤＬが中心Ｏより＋ｙ軸方向へ移動しており、第１の金属Ｍ１が配置される第１の領域及び第２の金属Ｍ２が配置される第２の領域が関連技術１及び２と異なっている。
【0047】
関連技術３に係るＸ線封入管３１は、第１の照射領域ＥＢ１から発生するＸ線Ｘ１及び第２の照射領域ＥＢ２から発生するＸ線Ｘ２をともに通過させ、Ｘ線封入管３１の側面に配置される、Ｘ線窓４３を備えている。Ｘ線窓４３は、以下に示す２つのＸ線ビームの光路を通過させる。第１には、関連技術１及び２と同様に、陽極４２の表面（ｘｙ平面）と直交する面と直交し、第１の照射領域ＥＢ１の偏平形状の延伸方向（ｘ軸）を含む面（ｘｚ平面）において、陽極４２の表面（又は第１の照射領域ＥＢ１の偏平形状の延伸方向）に対して所定の角度で交差する方向の延長線となる光路である。第２には、陽極４２の表面（ｘｙ平面）と直交する面と直交し、第２の照射領域ＥＢ２の偏平形状の延伸方向（ｘ軸）を含む面（ｘｚ平面）において、陽極４２の表面（又は第２の照射領域ＥＢ２の偏平形状の延伸方向）に対して所定の角度で交差する方向の延長線となる光路である。ここで、第２の照射領域ＥＢ２は、中心Ｏを貫いている。
【0048】
関連技術３に係るＸ線封入管３１がかかるＸ線窓４３を備えることにより、簡便な構成で、選択される波長のＸ線をいずれも光学系１２へ出射することが出来ている。なお、関連技術１及び２と同様に、第１のＸ線Ｘ１を発生させる場合と第２のＸ線Ｘ２を発生させる場合とでは、Ｘ線源の位置がｙ軸方向に沿ってずれているが、第１の照射領域ＥＢ１と第２の照射領域ＥＢ２とのｙ軸方向の沿うずれは０．５ｍｍから１ｍｍの範囲の程度であり、かかるずれが問題とならない測定に対して、関連技術３に係るＸ線発生装置は最適である。なお、関連技術３に係る陽極４２の分割直線ＤＬは、中心Ｏを貫いておらず、＋ｙ軸方向に移動している。第１の金属Ｍ１が配置される第１の領域は、関連技術１及び２と比べて狭くなっており、第２の金属Ｍ２が配置される第２の領域は、関連技術１及び２と比べて広くなっている。
【0049】
関連技術３に係るＸ線発生装置では、陰極４１の中心を陽極４２の中心Ｏの上方に配置させているが、これに限定されることはない。例えば、陰極４１を平面視して陽極４２の中心Ｏよりも－ｙ軸方向に移動させて配置して、第１の照射領域ＥＢ１と第２の照射領域ＥＢ２との中心線が中心Ｏを貫くようにしてもよい。この場合、分割直線ＤＬは関連技術１及び２と同様に、中心Ｏを貫いているのが望ましい。
【0050】
以上、本発明の実施形態に係るＸ線発生装置及びＸ線分析装置について、関連技術１乃至３ともに説明した。本発明及び関連技術１乃至３は、上記実施形態に限定されることなく、広く適用することが出来る。例えば、上記実施形態などに係る磁場発生部は永久磁石３２としているがこれに限定されることはなく、電磁コイルであってもよい。また、陽極４２の分割直線ＤＬは、第１の照射領域ＥＢ１と第２の照射領域ＥＢ２との中心線としているがこれに限定されることはない。第１の領域が第１の照射領域ＥＢ１を含み、少なくとも第１の照射領域ＥＢ１に第１の金属Ｍ１が配置されていればよく、第２の領域が第２の照射領域ＥＢ２を含み、少なくとも第２の照射領域ＥＢ２に第２の金属Ｍ２が配置されていればよい。
【0051】
また、上記実施形態などでは、扁平形状を有する照射領域の延伸方向を含み陽極の表面に垂直な平面において斜め方向にＸ線ビームを取り出すよう、Ｘ線窓を配置させることにより、Ｘ線発生装置を疑似的に点形状のＸ線源としているが、これに限定されることはない。例えば、照射領域の扁平形状の延伸方向に垂直な方向であり陽極の表面と所定の角度となる方向に照射領域の延伸方向の長さに対応する長さのＸ線窓を配置することにより、Ｘ線発生装置を線形状のＸ線源とすることができる。
【符号の説明】
【0052】
１ Ｘ線分析装置、１１ Ｘ線源部、１２ 光学系、１４ 支持台、１５ ２次元検出器、２１ ゴニオメータ、２１Ａ 入射側アーム、２１Ｂ 固定部、２１Ｃ 受光側アーム、３１ Ｘ線封入管、３２ 永久磁石、３２Ａ 第１の永久磁石、３２Ｂ 第２の永久磁石、３３ 回転駆動系、３５ 防磁シャッター、３５Ａ 第１の防磁シャッター、３５Ｂ 第２の防磁シャッター、４０ 真空管、４１ 陰極、４２ 陽極、４３ Ｘ線窓、４３Ａ 第１のＸ線窓、４３Ｂ 第２のＸ線窓、１００ 試料、ＥＢ 照射領域、ＥＢ１ 第１の照射領域、ＥＢ２ 第２の照射領域、Ｍ１ 第１の金属、Ｍ２ 第２の金属、Ｘ１ 第１のＸ線、Ｘ２ 第２のＸ線。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】