能動型X線分光計AXS用の焦電型X線発生器PXGの開発研究

焦電効果は温度変化によって強誘電体の表面に自発分極を生成する現象である。焦電結晶を1 Pa程度の真空中で温度変化させると、生成分極によって電子が加速され、X線発生に利用できることが知られている。一方で、加速電子の発生する物理過程は詳細が不明であり、発生X線の強度は従来のX線管と比べると安定性が低いことが問題である。本研究の目的はX線発生のメカニズムの追求と高輝度・安定化である。本年度の研究では焦電結晶LiTaO3を用いた基礎実験を行い、X線発生を不安定にする要因を探った。X線発生の不安定性の要因の一つとして、生成した自発分極によって結晶沿面で大規模な放電を不規則に起こすことが報告されている。本研究では、複数の大きさのターゲットの支持板を用いて放電現象に寄与する影響を調査した。また、並行して結晶周辺の電場分布の計算を行い、電場分布の形状と放電現象の相関も調査した。その結果、支持板が結晶の半径に対して十分大きい時には結晶沿面で起こる放電が有意だったのに対し、支持板が小さくなると結晶上部と指示板の縁の間で起こる放電現象（CT-MT放電）がみられるようになった。この結果は電場計算の結果とも符合した。大規模な沿面放電が起こると生成した分極のほとんどすべてが失われ、そのタイミングでX線発生が停止する。一方、CT-MT放電が起こると瞬間的にはX線強度が高くなるが、放電による損失分極の一部はX線発生に寄与せず失われるため、放電現象が見られない時と比べれば放出率は低くなった。したがって、沿面放電を抑制することで将来的に焦電型Ｘ線発生器PXGの高輝度・安定化につながると予想される。

焦電効果は温度変化によって強誘電体の表面に自発分極を生成する現象である。焦電結晶を1 Pa程度の真空中で温度変化させると、生成分極によって電子が加速され、X線発生に利用できることが知られている。一方で、加速電子の発生する物理過程は詳細が不明であり、発生X線の強度は従来のX線管と比べると安定性が低いことが問題である。本研究の目的はX線発生のメカニズムの追求と高輝度・安定化である。本年度の研究では焦電結晶LiTaO3を用いた基礎実験を行い、X線発生を不安定にする要因を探った。X線発生の不安定性の要因の一つとして、生成した自発分極によって結晶沿面で大規模な放電を不規則に起こすことが報告されている。本研究では、複数の大きさのターゲットの支持板を用いて放電現象に寄与する影響を調査した。また、並行して結晶周辺の電場分布の計算を行い、電場分布の形状と放電現象の相関も調査した。その結果、支持板が結晶の半径に対して十分大きい時には結晶沿面で起こる放電が有意だったのに対し、支持板が小さくなると結晶上部と指示板の縁の間で起こる放電現象（CT-MT放電）がみられるようになった。この結果は電場計算の結果とも符合した。大規模な沿面放電が起こると生成した分極のほとんどすべてが失われ、そのタイミングでX線発生が停止する。一方、CT-MT放電が起こると瞬間的にはX線強度が高くなるが、放電による損失分極の一部はX線発生に寄与せず失われるため、放電現象が見られない時と比べれば放出率は低くなった。したがって、沿面放電を抑制することで将来的に焦電型Ｘ線発生器PXGの高輝度・安定化につながると予想される。