JP2022167821A - 絶縁されたｘ線透過標的を液体冷却するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁されたＸ線透過標的を液体冷却するための方法およびシステムを提供する。【解決手段】Ｘ線供給源は、標的と、標的に衝突する電子を生成するための電子供給源と、標的アセンブリを電子供給源から分離し、冷却剤を標的アセンブリに輸送するフライトチューブアセンブリとを含む標的アセンブリを有する。フライトチューブアセンブリは、フライトチューブインターフェースリングと、標的カートリッジチューブと、フライトチューブインターフェースリングと標的カートリッジチューブとの間の電気絶縁リングとを含む。【選択図】図１

Description

関連出願
本出願は、Ｃｌａｕｓ ＦｌａｃｈｅｎｅｃｋｅｒおよびＴｈｏｍａｓ Ａ．Ｃａｓｅによって発明された、「Ｘ－ｒａｙ ｓｏｕｒｃｅ ｗｉｔｈ ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｏｌｅｄ ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｉｌｓ）」と題する、本明細書中と同日付けで出願された米国特許出願第１７／２３８，７８５号、代理人整理番号０００２．００８５ＵＳ１（２０２０ＩＤ００４４０）、現在は米国特許出願公開第＿号、Ｃｌａｕｓ Ｆｌａｃｈｅｎｅｃｋｅｒによって発明された、「Ｆｉｂｅｒ－ｏｐｔｉｃ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｉｎ ｘ－ｒａｙ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」と題する、本明細書と同日付で出願された米国特許出願第１７／２３８，８１１号、代理人整理番号０００２．００８７ＵＳ１（２０２０ＩＤ００４４６）、現在は米国特許出願公開第＿号に関する。

前述の出願の全ては、その全体がこの参照により本明細書に組み込まれる。

背景技術
Ｘ線は、その短波長および物体を透過する能力のために顕微鏡検査に広く使用されている。典型的には、Ｘ線の最良の供給源はシンクロトロンであるが、これらは高価なシステムである。そのため、生成された電子ビームが標的に衝突する、いわゆるチューブまたは実験室のＸ線供給源がしばしば使用される。得られたＸ線は、標的の組成および広範な制動放射によって決定される特性線を含む。

Ｘ線顕微鏡システムにはいくつかの基本的な構成がある。いくつかは、研究対象の物体上にＸ線を集中させるためにコンデンサを使用し、および／または物体との相互作用後にＸ線で撮像するために対物レンズを使用する。これらのタイプの顕微鏡に関連する分解能および収差は、通常、Ｘ線のスペクトル特性によって決定される。いくつかの顕微鏡システムは、小さなＸ線供給源スポットがしばしば幾何学的拡大と共に使用されて物体を撮像する投影構成を採用する。

性能および特に分解能は、異なる要因によって影響を受ける。投影構成には収差がないため、分解能は通常、Ｘ線供給源スポットのサイズによって決定される。理想的には、Ｘ線供給源スポットは点スポットである。実際には、Ｘ線供給源スポットはかなり大きい。一般に、線源スポットサイズは、電子光学系および電子ビームを一点に集束させるそれらの光学系の能力によって決定される。供給源スポットサイズは、一般に、良好な電子光学系を用いて約５０～２００マイクロメートル（μｍ）であるが、他の例では、出力がより重要な性能指数である場合、Ｘ線供給源スポットサイズは１～５ミリメートル（ｍｍ）であってもよい。透過標的Ｘ線供給源の場合、１μｍ～５μｍなど、数マイクロメートルのスポットサイズが一般的である。実際、いくつかの透過供給源は、１５０ナノメートル（ｎｍ）までのスポットサイズを有する。いずれにせよ、Ｘ線供給源のサイズは、一般に、Ｘ線投影顕微鏡の分解能を制限する。

多くの顕微鏡用途では、透過標的Ｘ線供給源が使用されることが多い。Ｘ線管の基本的な構成では、熱電子または電界放出電子が真空管のカソード（フィラメント）で生成され、アノードに加速される（異なる静電および（電気）磁気光学素子によって成形される電子ビームを形成する）。例えば、磁気レンズは、鉄製の磁極片の内部に銅線のコイルを使用することが多い。コイルを通る電流は、磁極片のボア内に磁場を生成する。静電レンズは、帯電した誘電体を使用して静電場を生成する。次いで、電子ビームは、典型的には薄い標的の裏面に当たり、一般的な標的材料は、例えばタングステン、銅、およびクロムである。次いで、標的の前面から放出されたＸ線を使用して物体を照射する。

発明の概要
透過（または反射）標的Ｘ線供給源の動作中、標的から熱を除去しなければならない。また、電子ビームのエネルギーのごくわずかな割合しかＸ線に変換されないため、熱は過剰である。

標的自体からの熱の除去は、通常、標的の水冷または空冷されたシンクに向かう熱伝導によって行われる。透過標的自体にも良好な熱伝導体であるダイヤモンドやベリリウム等のＸ線吸収の低い（低Ｚ）材料が使用される。Ｘ線燃焼スポットから熱を移動させた後、銅のようなより安価でより便利な材料が冷却部材への熱伝導に利用される。

それにもかかわらず、特に高性能Ｘ線供給源の場合、熱伝導は最大化されるべきである。一般に、シンクへのより短い熱経路が望ましい。さらに、ソースの他の構造要素（磁気レンズヨークのような）を介して熱を伝導することは、これらの構成要素の熱ドリフト、したがってＸ線スポット位置ドリフトまたは不安定性をもたらすので回避されるべきである。さらに、生成されたＸ線出力を調整することはまた、（熱）標的の電気的絶縁を必要とする標的電流の測定を含む。

本手法は、いくつかの革新を含むことができる。第１に、Ｘ線標的は、小型の円筒形の電気絶縁された熱伝導性の「カートリッジ」に結合することができる。「カートリッジ」は、薄い分離するダイヤモンド絶縁体リングの両側に結合された２つの銅「シリンダ」、フライトチューブ接続リングおよび標的カートリッジチューブを含む。これにより、電気的絶縁を維持しながら、優れた熱伝導が可能になる。

さらに、カートリッジまたは標的アセンブリは、水などの液体冷却剤をカートリッジに非常に近づける特別な液体冷却フライトチューブアセンブリに取り付けられる。フライトチューブアセンブリの例は、Ｘ線標的の直径と同様の直径を有する三重壁チューブを組み込んでいる。内壁は、真空と冷却液との間のバリアとして作用し、外壁は、冷却液と周囲空気との間のバリアとして作用し、中間壁またはバッフルは、流入する冷却液と流出する冷却液との間のバリアとして作用する。フライトチューブアセンブリの基部にあるマニホールドは、冷却液の供給および戻りを可能にする。したがって、冷却液は、フライトチューブアセンブリの基部から遠位端まで流れ、そこで標的「カートリッジ」が結合され、Ｘ線標的と冷却液との間の熱経路の長さを最小にする。好ましくは、フライトチューブアセンブリおよび標的アセンブリの直径は、Ｘ線標的自体と同様の寸法であり、すべて環状磁気レンズヨークの内側に嵌合するのに十分小さい。したがって、それは、Ｘ線標的要素を磁気フォーカスレンズならびに他のステアリングおよび成形ユニットから熱的および機械的に分離する。さらに、磁気レンズヨークまたは他のステアリングユニットの一部を真空にさらす必要はなく、独立して位置合わせすることができる。

一般に、一態様によれば、本発明はＸ線供給源を特徴とする。これは、標的と、標的に衝突する電子を生成するための電子エミッタと、標的アセンブリを電子供給源から分離し、冷却剤を標的アセンブリに輸送するフライトチューブアセンブリとを含む標的アセンブリを備える。

現在の実施形態では、標的は透過標的であるが、原理は反射標的にも適用できる。
実施形態では、供給源は、冷却剤をフライトチューブアセンブリに供給し、戻り冷却剤を受け取るためのフライトチューブマニホールドをさらに備える。

一例では、フライトチューブアセンブリは、内側フライトチューブと、外側フライトチューブと、冷却剤をフライトチューブアセンブリの遠位端に導くための、内側フライトチューブと外側フライトチューブとの間のバッフルとを備える。

一般に、別の態様によれば、本発明は、Ｘ線供給源の標的を冷却するための方法であって、冷却剤をフライトチューブアセンブリを通して標的に流すステップと、標的から戻ってきた冷却剤をフライトチューブアセンブリを通して流すステップとを含む方法を特徴とする。

一般に、別の態様によれば、本発明は、Ｘ線供給源用の標的アセンブリを特徴とする。このアセンブリは、標的と、標的を保持するカートリッジチューブと、フライトチューブと接続するためのインターフェースリングと、カートリッジチューブとインターフェースリングとの間の絶縁リングとを備える。

一般に、別の態様によれば、本発明は、標的を含む標的アセンブリと、標的に衝突する電子を生成するための電子供給源と、電子を加速するための高電圧生成器と、標的アセンブリを電子供給源から分離するフライトチューブアセンブリと、磁気フォーカスレンズと、磁気フォーカスレンズとフライトチューブアセンブリとの間に入れ子になったビームステアリングおよび成形システムとを備えるＸ線供給源を特徴とする。

ビームステアリングおよび成形システムは、フライトチューブアセンブリと磁気フォーカスレンズのヨークとの間に少なくとも１つのステアリング／成形ユニットを備えることができる。ステアリング／成形ユニットは、少なくとも８つのコイルを備えてもよい。

一般に、別の態様によれば、本発明は、標的を含む標的アセンブリと、電子ビームを生成するための電子供給源と、標的アセンブリを電子供給源から分離するフライトチューブアセンブリと、電子ビームを標的に集束するための磁気フォーカスレンズと、電子ビームを操縦および成形するための別々に制御されたコイルを有するビームステアリングおよび成形システムとを備えるＸ線供給源を特徴とする。

一般に、別の態様によれば、本発明は、電子ビームを生成するステップと、Ｘ線を生成するためにビームを標的に誘導するステップとを含み、待機モードでは、標的でのＸ線の生成を抑制するために標的を避けるように電子ビームを誘導するステップとを含む、Ｘ線供給源を動作させるための方法を特徴とする。

構造および部品の組み合わせの様々な新規な詳細、ならびに他の利点を含む本発明の上記および他の特徴を、添付の図面を参照してより詳細に説明し、特許請求の範囲において指摘する。本発明を具現化する特定の方法および装置は、本発明の限定としてではなく例示として示されていることが理解されよう。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々なおよび多数の実施形態で使用することができる。

図面の簡単な説明
添付の図面において、参照符号は、異なる図を通して同じ部分を指す。図面は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに本発明の原理を説明することに重点が置かれている。図において、

本発明によるＸ線供給源の概略断面図である。 フライトチューブアセンブリ４００、マニホールド１５０、およびフライトチューブアパーチャアセンブリ１４２を示すスケール斜視図である。 フライトチューブアセンブリおよびマニホールド１５０へのそのインターフェースの斜視分解図である。フライトチューブアセンブリ４００が分解されて示されている。 フライトチューブアセンブリ４００の遠位端および標的アセンブリ５００とのそのインターフェースを示すスケール正面断面図である。 標的アセンブリ５００のスケール正面断面図である。 ビームステアリングおよび成形システム６００と、フライトチューブアセンブリ４００を取り囲む磁気フォーカスレンズ７００とを示す側断面図である。 ビームステアリングおよび成形システム６００に個別のコイル制御を提供するビームステアリングドライバ２２４を示す概略図である。

発明を実施するための形態
次に、本発明の例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照して、本発明を以下により完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。

本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つまたは複数のありとあらゆる組み合わせを含む。また、使用されるすべての接続詞は、可能な限り包括的な意味で理解されるべきである。したがって、「または」という単語は、文脈が明らかにそうでないことを必要としない限り、論理的な「排他的または」の定義ではなく論理的な「または」の定義を有すると理解されるべきである。さらに、単数形ならびに冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、特に明記しない限り、複数形も含むことが意図される。「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」「および／または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。さらに、構成要素またはサブシステムを含む要素が別の要素に接続または結合されていると言及および／または示される場合、それは他の要素に直接接続または結合されてもよく、または介在要素が存在してもよいことが理解されよう。

本明細書では「第１」および「第２」などの用語を使用して様々な要素を説明しているが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。したがって、以下に説明する要素は第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素は、本発明の教示から逸脱することなく第１の要素と呼ぶことができる。

他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書で定義されているものなどの用語は、関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそのように定義されない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されないことがさらに理解されよう。

図１は、本発明の原理に従って構成されたＸ線供給源１００の概略断面図である。
図示の実施形態は、「透過標的」供給源である。電子ビームＢは、標的アセンブリ５００の標的に衝突し、標的の反対側から放出されるＸ線Ｘは、物体を照明するために使用される。とは言え、以下の技術革新の多くの態様は、サイドウィンドウ、回転アノード、および金属ジェットアノードを含む他のＸ線管源構成にも等しく適用可能である。

一般に、Ｘ線供給源は、真空容器１１２と、真空容器内に配置された油容器１１４とを備える。好ましくは、真空容器１１２は、真空に対する強度のために、アルミニウムまたはステンレス鋼などの金属である。油容器１１４は、好ましくは、含まれる高電圧構成要素へのアーク放電を防止するための電気絶縁を提供するセラミック、例えば焼結アルミナなどの非伝導性材料から構成される。

真空生成器１１８は、真空容器１１２上の真空を引き出すおよび／または維持するために使用される。一例では、イオンポンプが使用される。

油容器の内部には熱交換器１１９が配置される。この目的のために、プレート熱交換器を使用して、油から熱エネルギー（熱）を除去し、交換器を通って循環する水などの冷却剤に渡すことができる。いくつかの実施形態は、油容器１１４内で油を循環させるために油中ポンプ１２１をさらに使用する。好ましい実施形態では、サーキュレータ１５２を使用して、冷却剤を熱交換器１１９に流し、油から熱を運び去る。

一般に、真空容器１１２は、典型的には油容器１１４の遠位端の近くに位置する電子エミッタ１２６（フィラメントまたはカソード）から標的アセンブリ５００によって保持された標的まで電子ビームＢが伝播する体積真空領域を画定する。また、真空領域は、高電圧構成要素を収容して高電圧絶縁を提供する油容器の少なくとも一部を囲むことが好ましい。

システムコントローラ２００は、両方の容器１１２、１１４の外側に配置されている。これは、メインコントローラと外部デバイスへのデータインターフェースとを含む。それはまた、主電源に接続するための電源を含む。また、それは真空生成器１１８およびサーキュレータ１５２を制御する。

高電圧生成器１１６は、油容器１１４内に配置されている。その基部は、油容器１１４の近位側にあり、システムコントローラ２００から電力を受け取ることを可能にしている。高電圧生成器１１６は、熱制御および高電圧絶縁のために、油容器１１４に収容された油に浸漬される。油は、主に発電機１１６を比較的小さくするために必要とされる。しかしながら、発電機１１６をポッティングすることもできる。遠位に移動すると、高電圧生成器１１６は、真空容器１１２の油および周囲の真空によって環境からさらに電気的に絶縁される。

現在の例における高電圧生成器１１６は、負の２０～１６０ｋＶの加速電圧を生成し、とりわけ電子供給源（エミッタまたはフィラメント）を制御するガンコントローラ３００に電力を供給する。高電圧生成器は、発生した電子がより少ない負電圧および接地に向かって加速するように、ガンコントローラ全体をこの大きい負電圧に付勢する。

内側容器１２０は、高電圧生成器１１６の遠位端の遠位に位置する。内側容器１２０は、油容器１１４の油に浸漬される。現在の実施形態では、内側容器は、アルミニウムおよび軟鉄などの金属から構成されることが好ましい。これはまた、電子機器からの熱、ならびにソースコイルからの熱の伝達に役立つ油で満たされており、これについては後述する。

ガンコントローラ３００は内側容器１２０内に収容され、これはまた、コントローラ３００を電気的に保護するためのファラデーケージとしても機能する。これは電子エミッタを駆動し、電子エミッタ、ビーム生成、調節および操縦のための制御を提供する。

電子エミッタ、例えばフィラメント１２６は、フィラメントマウント１２４内に保持されている。現在の例では、電子エミッタ１２６は、六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）結晶およびカーボンヒータロッドを含む。これは、熱電子供給源または電子エミッタ（カソード）として機能するために真空容器の真空内に突出する。Ｗ、ＣｅＢ６、ＨｆＣおよびカーボンナノチューブフィラメントなどの他の構成も可能である。

真空フィードスルー１２２は、油容器１１４に収容された油を介して、内側容器１２０内のガンコントローラ３００と油容器１１４の外壁との間の電気接続を提供する。

サプレッサ電極またはウェーネルトキャップ１２７は、フィラメントマウント１２４の遠位側に取り付けられ、フィラメント１２６を覆う。フィラメント１２６から放出された電子は、サプレッサ電極１２７の中央アパーチャを通過する。その電圧はガンコントローラ３００によって制御される。

保護フィールドキャップ１３８は、一般的なベル形状を有し、電子エミッタ１２６およびそのフィラメントマウント１２４の上に延び、油容器１１４の遠位端に巻き戻る。その遠位端は、第１または抽出器アノード１４０を担持する。第１のアノードの電圧およびキャップは、第１のアノード１４０の中央アパーチャ１４１を通ってビームＢ内に放出電子を加速するために、ガンコントローラ３００によって制御される。したがって、動作中、電子ビームは、第１のアノード１４０の中央アパーチャ１４１を通過する。

しかしながら、第１のアノードは必要ではない。システムはまた、この第１のアノードなしで設計され、電子を加速するために他の手段に依存することもできる。

ビームＢは、真空容器１１２の遠位壁内のフライトチューブアパーチャアセンブリ１４２のアパーチャを通って導かれる。このフライトチューブアパーチャアセンブリは、第２のアノードとして機能し、現在、接地電位１４３に保持されている。したがって、ガンコントローラが大きな負電圧に付勢されることにより、電子は、第１のアノード１４０とフライトチューブアセンブリ１４２との間の間隙においてさらに加速される。

一方、他の実施形態では、フライトチューブアパーチャアセンブリ１４２は、ダイヤモンドなどの絶縁ガスケットを用いて真空容器１１２から電気的に絶縁される。また、電圧生成器を追加して、制御された電位をフライトチューブアパーチャアセンブリに供給する。この構成では、システムコントローラ２００はまた、この第２のアノードの電圧を制御して、電子ビームＢに対するさらなる加速などのさらなる制御を提供する。フライトチューブアセンブリ４００は、真空を標的アセンブリ５００、その標的まで延ばす。フライトチューブマニホールド１５０は、サーキュレータ１５２からの水などの冷却剤を用いてフライトチューブアセンブリ壁を通って標的アセンブリに液体冷却を提供する。

フライトチューブアセンブリ４００に沿って、電子ビームを調整し、ビームを標的上の任意の位置に誘導するためのフライトチューブビームステアリングおよび成形システム６００が配置されている。これは、フライトチューブアセンブリ４００ならびにビームステアリングおよび成形システム６００によって行われ、ビームステアリングおよび成形システムは、電子ビームＢを磁気フォーカスレンズ７００を通して所望の角度および位置に導く。動作中に標的が消費されるので、一般に、ビームステアリングは、スポットを標的上の異なる位置に位置決めする。

さらに、フライトチューブアセンブリ４００に沿って、磁気フォーカスレンズ７００が配置され、ビームＢを標的上に集束させる。

好ましくは、フライトチューブビームステアリングおよび成形システム６００ならびに磁気フォーカスレンズ７００の両方は、サーキュレータ１５２から循環され、かつシステムコントローラ２００によって制御される冷却剤によって冷却される。

図示されていない１組のソースコイル１３２Ｎ、１３２Ｓ（画像平面の前後）と、図示されていない１３２Ｅ、１３２Ｗおよびそれらのそれぞれのコア１３４Ｎ、１３４Ｓと、１３４Ｅおよび１３４Ｗとは、油容器１１４、ガンコントローラ内側容器１２０および保護フィールドキャップ１３８と一体化される。コイルは、真空容器の真空の外側に配置される。一例では、それらは、周囲大気に曝された真空容器の外壁に配置することができる。図示の例では、ソースコイル１３２Ｎ、１３２Ｓ、１３２Ｅ、１３２Ｗは油容器内に配置され、したがって収容された油によって効率的に冷却されるが、代わりにコイルをポッティングすることもできる。

より一般的には、油は、ポッティング材料、またはＳｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ社によるＦｒ－７７、３Ｍ社によるＳｆ６－Ｎｏｖｅｃ ４７１０、またはＣ３Ｆ７ＣＮなどの他の高電圧対応冷却材料で置き換えることができる。

より詳細には、２つのソースコイル１３２Ｎ、１３２Ｓは、一般に、フィラメント１２６の上方および下方に配置される。２つの追加のソースコイル１３２Ｅ、１３２Ｗは、図面の平面の下方および上方の他の２つの軸にそれぞれ配置される。北極片１３０Ｎおよび南極片１３０Ｓは、ソースコイル１３２Ｎ、１３２Ｓのコア１３４Ｎおよび１３４Ｓからそれぞれ延び、保護フィールドキャップ１３８の内側を回り込み、第１のアノード１４０の中央アパーチャ１４１の上方および下方にそれぞれ収束する。同様に、東極片１３０Ｅおよび西極片１３０Ｗ（図面の平面の下方および上方のそれぞれ他の２つの軸において、）は、ソースコイル１３２Ｅ、１３２Ｗのコア１３４Ｅおよび１３４Ｗから延び、保護フィールドキャップ１３８の内側側面を回り込み、それぞれ中央ポート１４１の左右に収束し、したがって真空中のエミッタを取り囲む磁気回路を形成する。

磁極片１３０Ｎ、１３０Ｓ、１３０Ｅおよび１３０Ｗは、エミッタ領域内の実質的に任意のものに機械的に接続することができる。したがって、それらは図示の実施形態では保護フィールドキャップによって担持されるが、それらは直接接続される必要はない。とは言え、現在の例では、磁極片１３０Ｎ、１３０Ｓ、１３０Ｅおよび１３０Ｗは、第１のアノード１４０の電位に電気的にある保護キャップに接続される。

環状のリング状ヨーク１３５が、コア１３４Ｎ、１３４Ｓ、１３４Ｅおよび１３４Ｗの近位側に配置され、磁気回路を改善するために容器１２０の一部として製造される。実際、現在の実施形態では、内側容器１２０の遠位端は軟鉄であり、したがって、コア間の磁束を誘導することによって磁気回路を完成させる。

好ましい実施形態では、ソースコイル１３２Ｎ、１３２Ｓ、１３２Ｅ、１３２Ｗのための磁気回路は、磁化可能または強磁性壁プラグ１３６Ｎ、１３６Ｓ、１３６Ｅ、１３６Ｗによってさらに改善される。これらの壁プラグは、それぞれのコア１３４Ｎ、１３４Ｓ、１３４Ｅ、１３４Ｗの遠位端に対向する油容器１１４に形成された孔に挿入される。これにより、回路を通る磁束が改善される。具体的には、プラグは、コイルコア１３４Ｎ、１３４Ｓ、１３４Ｅ、１３４Ｗとそれぞれの磁極片１３０Ｎ、１３０Ｓ、１３０Ｅ、１３０Ｗとの間の間隙を最小にする。

場合によっては、プラグ１３６Ｎ、１３６Ｓ、１３６Ｅ、１３６Ｗは、セラミック油容器１１４に予め穿孔された孔に挿入される。あるいは、ニッケル－コバルト鉄合金または軟鉄プラグをステンレス鋼真空チャンバ１１２の予め穿孔された穴に溶接することによって、同じことが行われ得る。他の組み合わせも可能である。

現在の実施態様では、ソースコイル１３２Ｎ、１３２Ｓ、１３２Ｅ、１３２Ｗは、ガンコントローラ３００によって電流制御モードで駆動および動作される。フィードバックは、この情報をガンコントローラに提供するシステムコントローラ２００によって「アノードアパーチャ」を通って標的上に進むビームの量を測定することによって間接的に得られる。ソースコイルは、電子ビームをそのソースの近くで操縦、具体的には、フィラメント１２６と第１のアノード１４０との間の間隙内でビームを操縦して、ビームが最初に加速されるときにビームを操縦する、ガンコントローラ３００によって制御される。

図２は、フライトチューブアセンブリ４００およびマニホールド１５０へのそのインターフェース、ならびにフライトチューブアパーチャアセンブリ１４２を示す。

フライトチューブアセンブリ４００および標的アセンブリ５００の一般的な直径は、フライトチューブビームステアリングおよび成形システム６００ならびに磁気フォーカスレンズ７００のヨークの内側に嵌合するようにそれらの直径が寸法決めされる。したがって、それは、Ｘ線標的を磁気フォーカスレンズ７００ならびにビームステアリングおよび成形システム６００から熱的および機械的に分離する。

より詳細には、フライトチューブアパーチャアセンブリ１４２は、ディスク形状のフライトチューブマニホールド１５０の近位側に取り付けられる。フライトチューブアパーチャアセンブリ１４２のこれらの中央アパーチャ１４３は、電子ビームがフライトチューブアセンブリ４００に入るためのポートを提供する。接地電位にあるとき、フライトチューブアパーチャアセンブリ１４２は、第１のアノード１４０とフライトチューブの起点との間で電子ビームをさらに加速するための第２のアノードとしても機能する。

マニホールド１５０の近位側は、１組の位置合わせピン１５８を介して真空容器の遠位側に固定され、真空シールを提供する。冷却剤は、マニホールド１５０の外周の周りに接続する冷却剤供給チューブ１５４を介して、サーキュレータ１５２によってマニホールド１５０に供給される。同様に、冷却剤戻りチューブ１５６もまた、マニホールドの外周に沿って接続して、冷却剤をサーキュレータ１５２（図１）に戻す。フライトチューブアセンブリ４００は、フライトチューブアセンブリ４００が標的アセンブリ５００（図示せず）によってキャップされた状態で、マニホールド１５０から軸方向に突出している。

フライトチューブアセンブリ４００のこの構造により、ビームステアリングおよび成形システム６００ならびに磁気フォーカスレンズ７００を通って延びる、フライトチューブアパーチャアセンブリ１４２から標的アセンブリ５００への連続的な管状経路が存在する。この接続は、高温によって損傷を受ける可能性があるＯリングなどの構成要素によって阻止されない。代わりに、フライトチューブアセンブリ４００は、溶接、ろう付けおよび／またははんだ付けによって形成された高温耐性接合部から構成された連続金属アセンブリである。さらに、マニホールド１５０は、高温にも焼付け可能な銅ガスケットを使用して取り付けられる。

図３は、フライトチューブアセンブリを分解して示している。
フライトチューブアセンブリ４００は、一般に、三層金属管構造を備える。内側フライトチューブ４１４の内側ボアは、フライトチューブアパーチャ１４３を介して真空容器の真空と連通している。したがって、内側フライトチューブ４１４の遠位端に位置する標的アセンブリ５００の標的への真空経路を提供する。

管形状の冷却バッフル４１２が、内側フライトチューブ４１４と外側フライトチューブ４１０との間に同心状に配置されている。一般に、冷却バッフル４１２の近位端の外周は、マニホールド１５０によって冷却剤戻りチューブ１５６と連通している。一方、冷却バッフルの近位端の内周は、マニホールド１５０によって冷却剤供給チューブ１５４と連通している。

外側フライトチューブ４１０、管形状の冷却バッフル４１２、内側フライトチューブ４１４の各々は、非強磁性金属から構成されている。現在、それらは、その優れた熱特性ならびにろう付けおよびはんだ付けが可能な容易さのために銅である。

図４は、フライトチューブアセンブリ４００の遠位端および標的アセンブリ５００とのそのインターフェースを示す断面図である。これは、供給チャネル４０２が内側フライトチューブ４１４の外壁と冷却バッフル４１２の内壁との間に形成され、戻りチャネル４０４が冷却バッフル４１２の外壁と外側フライトチューブ４１０の内壁との間に形成される様子を示している。環状スペーサ４１６は、バッフル４１２の遠位端を外側チューブ４１０の内壁から離間させる。スペーサは、冷却剤が戻りチャネル４０４を通って流れることを可能にする軸方向孔を含む。

しかしながら、他の例では、チャネル４０２を戻りチャネル、４０４を供給チャネルとして流れを反転させることができる。

いずれの場合も、フライトチューブアセンブリ４００の直接液体冷却は、その温度が長期間の動作にわたっても安定したままであることを保証する。熱的に誘発される寸法変動が回避され、電子ビームの焦点位置の変動が防止される。

フライトチューブエンドキャップ４２０は、内側フライトチューブ４１４と一体であるか、内側フライトチューブにろう付けされている。エンドキャップ４２０はまた、好ましくは銅であり、外側フライトチューブ４１０および内側フライトチューブ４１４の遠位端に対してシールする。より詳細には、外側フライトチューブ４１０の遠位端は環状肩部４２２を有する。フライトチューブエンドキャップ４２０の外周は、この肩部に嵌合し、外側フライトチューブ４１０に対する液密シールを形成する。同時に、内側フライトチューブ４１４は、フライトチューブエンドキャップ４２０の近位面との真空密封を形成する。さらに、内側フライトチューブ４１４の内側ボアは、エンドキャップ４２０およびその首部４２４を通って延びる電子ビームポート４２６と整列している。

冷却バッフル４１２は、外側フライトチューブ４１０および内側フライトチューブ４１４の端部の前で遠位方向に終端する。これは、供給チャネル４０２と戻りチャネル４０４との間の流体連通を提供するために、冷却バッフル４１２の遠位端４１２Ｅとフライトチューブのエンドキャップ４２０の近位面との間に間隙４１８を画定する。

この構造は真空品質にも影響を与える。真空領域は、フライトチューブエンドキャップ４２０まで延びる内側フライトチューブ４１４の内側ボアと、金属部品から構成されたフライトチューブアセンブリ４００全体とによって画定されるため、アセンブリ全体を焼成して、そうしなければガスを放出して真空を損なう不純物を焼失させることができる。

この構造の別の特徴は、フライトチューブアパーチャアセンブリ１４２とマニホールド１５０との間の密接な機械的接続である。フライトチューブアパーチャアセンブリ１４２は、動作中に加熱されやすい。ビームを画定する中央アパーチャを避けた電子は、フライトチューブアパーチャアセンブリ１４２自体を加熱する。これにより、アパーチャアセンブリ１４２が加熱される。しかしながら、フライトチューブアパーチャアセンブリ１４２内で発生したこの熱はマニホールド１５０に伝達され、そこでマニホールドを通って流れる冷却剤によって熱が除去される。

加えて、待機動作モードでも熱が発生する。第１の選択肢によれば、ソースコイル１３２Ｎ、１３２Ｓ、１３２Ｅ、１３２Ｗは、ビームがアパーチャ１４３を避けるようにビームがフライトチューブアパーチャアセンブリ１４２の本体内に導かれるように制御される。したがって、フライトチューブアパーチャアセンブリはビームダンプとして機能する。別の選択肢は、ビームステアリングおよび成形システム６００を使用して、ビームをフライトチューブアセンブリ４００の内側フライトチューブ４１４の内壁に曲げ、それによってビームダンプとして機能させることである。

この待機モードは、電子ビームの生成に関連する構成要素を依然として動作可能に保ちながら、標的でのＸ線生成を阻止するのに有用である。これら２つの選択肢のいずれかを採用した場合、生成された熱は冷却剤によって効率的に除去される。フライトチューブアパーチャアセンブリがビームダンプとして使用される場合、フライトチューブアパーチャアセンブリ１４２の熱はマニホールド１５０に伝達され、マニホールドを通って流れる冷却剤によって除去される。フライトチューブアセンブリ４００がビームダンプとして使用される場合、熱はフライトチューブアセンブリ内を流れる冷却剤によって除去される。したがって、いずれかのビームダンプの能動的な冷却により、待機モードを無期限に維持することができる。

図５は、標的アセンブリ５００のスケール正面断面図である。
標的アセンブリ５００は、フライトチューブエンドキャップ４２０の遠位側をシールする近位面５１１を有するフライトチューブインターフェースリング５１０を含む。フライトチューブインターフェースリング５１０の内側ボア５１６は、エンドキャップ４２０（図３）の電子ビームポート４２６と真空連通している。

標的カートリッジチューブ５２０は、フライトチューブインターフェースリング５１０の内側ボア５１６内に突出するカートリッジチューブスロート５２６を含む。スロート５２６から外側に突出する環状カートリッジチューブサドル５２４は、フライトチューブインターフェースリング５１０の遠位端に対して座部を形成する。ダイヤモンドなどの非伝導性材料で構成された電気絶縁リング５３０は、カートリッジチューブサドル５２４と、絶縁リング５３０のための座部を提供し、標的カートリッジチューブ５２０を電気的に絶縁するフライトチューブインターフェースリング５１０の遠位端との間に配置される。同時に、ダイヤモンド絶縁リング５３０は熱伝導性であり、標的５５２と冷却リザーバ／ヒートシンクとの間の良好な熱接続を形成する。

標的カートリッジチューブ５２０の遠位端は、カートリッジチューブ口５２２によって特徴付けられる。標的５５０は、その口５２２内に同心円状にシールされる。

一般に、標的は、標的のバルクを提供する基板層５５４と、光軸ＡＯに沿って電子ビームＢが衝突したときにＸ線を生成するために使用される標的の遠位側の標的金属層５５２とを備える。多くの場合、金属層５５２は、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、またはＡｇであるか、それらを含む合金である。

図６は、フライトチューブアセンブリ４００と、標的アセンブリと、ビームステアリングおよび成形システム６００と、フライトチューブアセンブリ４００を取り囲む磁気フォーカスレンズ７００とを示す側断面図である。

マニホールド１５０に関して、供給ポート１５５もマニホールドの本体を貫通して形成され、冷却剤がフライトチューブアセンブリ４００に供給されるように、供給ライン１５４を冷却バッフル４１２の近位端の内周に結合する。戻りポート１５７は、マニホールドの本体を貫通して形成され、冷却剤が冷却バッフル４１２の近位端の外周から受け入れられるように、戻りライン１５６を結合する。ビームステアリングおよび成形システム６００は、フライトチューブアセンブリ４００の近位端を取り囲むが、マニホールド１５０の遠位にある。現在の実施形態では、ビームステアリングおよび成形システム６００は、第１のステアリング／成形ユニット６１０および第２のステアリング／成形ユニット６２０を備える。ステアリング／成形ユニットは、フライトチューブアセンブリ４００が各ユニット６１０、６２０を同心円状に通過する環状構造である。

好ましくは、ユニット６１０、６２０の各々は、八重極構成、すなわち、フライトチューブアセンブリ４００の周りに４５度の増分で等間隔に配置された８つのコイルを備える。現在、磁気回路は、ユニットの各々について外側強磁性リング６１２、６２２によって容易にされる。さらに、各コイルは、好ましくは強磁性コアを有するが、いくつかの実施形態では、コイルは空気コアを有する。

第１のステアリング／成形ユニット６１０および第２のステアリング／成形ユニット６２０は、システムコントローラ２００によって制御され、電子ビームＢを光学的に調整し、標的に対するビームの衝突の位置を制御する。具体的には、これら２つのユニットにより、システムコントローラ２００は、電子ビームＢの断面プロファイルにおける高次収差（すなわち非点収差）を補正することができる。

磁気フォーカスレンズ７００は、ビームステアリングおよび成形システム６００を取り囲む。より詳細には、フォーカスコイル７１０は、遠位方向において、第１のステアリング／成形ユニット６１０の少なくとも一部および第２のステアリング／成形ユニット６２０の全てと重なっている。

フォーカスコイル７１０は、フォーカスヨーク７２０に巻回されている。一般に、フォーカスヨーク７２０は、電子ビームＢによって画定される軸の周りで円対称である略「Ｕ」形状の輪郭を有する。

より詳細には、ヨーク外側本体７２２は、ヒートシンクとしても機能する。ヨーク外側本体の外周部には、環状のヨーク冷却ダクト７２５が貫通している。水などの冷却剤は、熱を除去するためにこの冷却ダクト７２５を通って循環される。

ヨークブリッジ７２４は、磁気フォーカスレンズ７００の近位端においてヨーク外側本体７２２から内側に向かって延びる円環状の部分である。

ヨーク内側本体７２６は、ヨークブリッジ７２４の内側端部で始まり、遠位に突出する。これは、ビームステアリングおよび成形システム６００上で始まり、次いで、標的アセンブリ５００に向かって遠位に移動するにつれて、フライトチューブアセンブリ４００の外側に向かって収束する。このようにして、ヨークブリッジ７２４は、大フォーカスコイル７１０によって生成された磁場を誘導し、その磁場を標的アセンブリ５００の近くのビームＢに導く。フォーカスヨーク７２０の磁極先端部７２８は、標的アセンブリ５００のすぐ近位で終端するヨーク内側本体７２６の端部を表す。

ヨークキャップ７３０は磁気回路を閉じる。ヨークキャップ７３０は、標的アセンブリ５００の周りに同心円状に巻き付く環状形状である。その外縁において、キャップは、ヨーク外側本体７２２の遠位端と嵌合し、そこから、標的アセンブリ５００および磁極先端部７２８の遠位端に向かって内側に突出する。磁極先端部７２８の遠位端とヨークキャップ７３０の内側端部との間には間隙７３２がある。間隙７３２は、ヨークおよびキャップを通る磁束が電子ビームＢの経路に漏れ、そこで標的に衝突してそのビームを集束させることを確実にする。

図７は、ビームステアリングドライバ２２４ならびにビームステアリングおよび成形システム６００を示す概略図である。

第１のステアリング／成形ユニット６１０および第２のステアリング／成形ユニット６２０の制御は、システムコントローラ２００のデジタルプロセッサ２１０によって行われる。これは、２つのユニット６１０、６２０の各々の８つのコイル１～８の各々の個別の制御を有する。より詳細には、ビームステアリングコイルドライバ２２４は、８つのコイルドライバの２つのバンクを備える。これらのコイルドライバは、システムコントローラ２００を駆動して、２つのユニットの各々の各コイルの電流を個別に制御することを可能にする。このレベルの制御により、ビームＢを操縦および成形することができる。

現在の実施形態では、１６個のコイルが設置されたプリント回路基板６３２に較正メモリ６３０が追加されている。メモリ６３０は、制御基板から読み出され、プログラムされる。これは、異なるドライバとコイルとの間のマッピングおよびそれらのコイルの極性を記憶する。

本発明は、その好ましい実施形態を参照して特に示され説明されてきたが、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および詳細における様々な変更がなされ得ることが当業者によって理解されるであろう。

Claims (30)

1. Ｘ線供給源であって、
   標的を含む標的アセンブリと、
   前記標的に衝突する電子を生成するための電子供給源と、
   前記電子を加速するための高電圧生成器と、
   前記標的アセンブリを前記電子供給源から分離し、冷却剤を前記標的アセンブリに輸送するフライトチューブアセンブリと、を備える、Ｘ線供給源。
2. 冷却剤を前記フライトチューブアセンブリに供給し、戻り冷却剤を受け取るためのフライトチューブマニホールドをさらに備える、請求項１に記載の供給源。
3. 前記フライトチューブアセンブリは、
   真空を提供し、前記電子ビームを前記標的に導くための内側フライトチューブと、
   外側フライトチューブと、
   冷却剤を前記フライトチューブアセンブリの遠位端に導くための、前記内側フライトチューブと前記外側フライトチューブとの間のバッフルと、を備える、請求項１に記載の供給源。
4. 前記標的アセンブリは、
   フライトチューブインターフェースリングと、
   標的カートリッジチューブと、
   前記フライトチューブインターフェースリングと前記標的カートリッジチューブとの間の電気絶縁リングと、を備える、請求項１に記載の供給源。
5. 前記標的は、前記標的カートリッジチューブの口に取り付けられている、請求項４に記載の供給源。
6. 前記外側フライトチューブと前記バッフルとの間にスペーサをさらに備える、請求項１に記載の供給源。
7. 前記フライトチューブアセンブリは、ビームステアリングシステムおよび磁気フォーカスレンズを通って延びる、請求項１に記載の供給源。
8. 前記標的は透過標的である、請求項１に記載の供給源。
9. Ｘ線供給源の標的を冷却するための方法であって、
   冷却剤をフライトチューブアセンブリを通して標的に流すステップと、
   前記標的から戻ってきた前記冷却剤を前記フライトチューブアセンブリを通して流すステップと、を含む、方法。
10. 前記標的に流れる前記冷却剤を、前記標的から流れる冷却剤からバッフルで分離するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記冷却剤を標的ステアリングシステムおよび磁気レンズを通して流すステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記フライトチューブアセンブリを、前記標的を保持する標的アセンブリから電気的に絶縁するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
13. Ｘ線供給源用の標的アセンブリであって、
    標的と、
    前記標的を保持するカートリッジチューブと、
    フライトチューブと接続するためのインターフェースリングと、
    前記カートリッジチューブと前記インターフェースリングとの間の絶縁リングと、を備える、標的アセンブリ。
14. 前記絶縁リングは、電気絶縁性および熱伝導性である、請求項１３に記載の標的アセンブリ。
15. 前記絶縁リングはダイヤモンドから製造される、請求項１３に記載の標的アセンブリ。
16. 前記フライトチューブのフライトチューブアセンブリは冷却剤を輸送する、請求項１３に記載の標的アセンブリ。
17. Ｘ線供給源であって、
    標的を含む標的アセンブリと、
    前記標的に衝突する電子を生成するための電子供給源と、
    前記電子を加速するための高電圧生成器と、
    前記標的アセンブリを前記電子供給源から分離するフライトチューブアセンブリと、
    磁気フォーカスレンズと、
    前記磁気フォーカスレンズと前記フライトチューブアセンブリとの間に入れ子になったビームステアリングおよび成形システムと、を備える、Ｘ線供給源。
18. 前記ビームステアリングおよび成形システムは、前記フライトチューブアセンブリと前記磁気フォーカスレンズのヨークとの間に少なくとも１つのステアリング／成形ユニットを備える、請求項１７に記載の供給源。
19. 前記ステアリング／成形ユニットは少なくとも８つのコイルを備える、請求項１８に記載の供給源。
20. 前記ビームステアリングおよび成形システムは、前記フライトチューブアセンブリと前記磁気フォーカスレンズのヨークとの間に２つのステアリング／成形ユニットを備える、請求項１７に記載の供給源。
21. 前記ステアリング／成形ユニットの各々は８つのコイルを備える、請求項２０に記載の供給源。
22. Ｘ線供給源であって、
    標的を含む標的アセンブリと、
    電子ビームを生成するための電子供給源と、
    前記標的アセンブリを前記電子供給源から分離するフライトチューブアセンブリと、
    前記電子ビームを前記標的に集束するための磁気フォーカスレンズと、
    前記電子ビームを操縦および成形するための別々に制御されたコイルを有するビームステアリングおよび成形システムと、を備える、Ｘ線供給源。
23. 前記ビームステアリングおよび成形システムは、第１のステアリング／成形ユニットおよび第２のステアリング／成形ユニットを備える、請求項２２に記載の供給源。
24. 前記ビームステアリングおよび成形システムは、前記フライトチューブアセンブリの周りに間隔を置いて配置された８つのコイルの少なくとも１つの八重極配置を備える、請求項２２に記載の供給源。
25. 前記コイル用の少なくとも１つの外側強磁性リングをさらに備える、請求項２４に記載の供給源。
26. 前記ビームステアリングおよび成形システムは、前記電子ビームを調整するためにシステムコントローラによって制御される、請求項２２に記載の供給源。
27. 前記システムコントローラは、前記標的に対する前記ビームの衝突の位置をさらに制御する、請求項２６に記載の供給源。
28. 前記ビームステアリングおよび成形システムの前記コイルは、システムコントローラによって個別に制御される、請求項２６に記載の供給源。
29. 前記コイルを駆動するためのコイルドライバのバンクをさらに備える、請求項２８に記載の供給源。
30. Ｘ線供給源を動作させるための方法であって、
    電子ビームを生成し、前記ビームを標的に誘導してＸ線を生成するステップと、
    待機モードでは、前記電子ビームを冷却されたビームダンプに誘導し、前記標的でのＸ線の生成を抑制するために前記標的を避けるステップと、を含む、方法。

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