焦電結晶X線源の高性能化へ向けたX線発生機構の解明

阐明X射线产生机制以提高热释电晶体X射线源性能

• 批准号: 15K17484
• 负责人: 草野 広樹
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15K17484/
• 关键词: 焦電結晶; X線源; X線発生装置; 誘電体; 分極; タンタル酸リチウム

【目的】焦電結晶を利用したX線源は、小型軽量で低消費電力である点で様々な応用に対して魅力的であるが、一方でX線管に比べてX線強度が小さく不安定であることが欠点である。焦電結晶X線源の高性能化のためには、X線発生に関する実験データを蓄積すると同時に、いまだ十分な理解が得られていないX線源としての動作原理を明らかにすることが必要である。本研究では、焦電結晶によるX線発生機構について調査し、焦電結晶X線源の高性能化のための基礎的な知見を得ることを目的とする。【方法】低圧気体中で焦電結晶（タンタル酸リチウム）を温度変化させ、発生するX線を計測する。また、結晶表面に発生する分極電荷量と、その時に放出・加速される電子の強度およびエネルギーを計測する。以上の結果から、焦電結晶による電子放出・加速機構について検討する。特に、結晶の面積、結晶の厚さ、雰囲気気体の圧力、結晶表面と対向電極の距離、結晶の温度変化量のそれぞれを変化させながら実験を行い、それらへの依存性について考察する。【成果】結晶表面の電荷量および放出電子を計測するための装置を新たに設計・製作した。焦電結晶（タンタル酸リチウム）は、大きさの違いによる影響を評価するため、直径2.25、4.3、7.1 mm、厚さ2、4、10 mmのものを用意した。まず、結晶を温度変化させてX線を発生させる実験を行った。実験から、発生するX線の強度は結晶面積に依存するが単純な比例関係にはないこと、結晶厚さとX線の最大エネルギーはほぼ比例関係にあること、結晶厚さはX線強度に大きく依存すること、などを確認した。また、発生するX線強度は、雰囲気気体の圧力に対しては約1Pa以下でほぼ一定になること、結晶表面と対向電極の距離に対しては、最大となる距離が存在することが明らかとなった。

[Objective] The use of pyroelectric crystals in X-ray sources is small, the power consumption is low, and the power consumption is low. It is necessary to understand the principle of operation of X-ray source with high performance of pyroelectric crystal X-ray source and X-ray generation. This study aims to investigate the mechanism of X-ray generation in pyroelectric crystals and to obtain the basic knowledge of high-performance X-ray sources in pyroelectric crystals. [Method] Measurement of temperature change and X-ray emission of pyroelectric crystals in low pressure medium Measurement of the polarization charge generated on the surface of the crystal and the intensity of the electrons emitted and accelerated The above results show that the electron emission and acceleration mechanism of pyroelectric crystals are discussed. Characteristics, crystal area, crystal thickness, gas pressure, crystal surface to electrode distance, crystal temperature variation, etc. New design and manufacture of devices for measuring the amount of charge on crystal surfaces and for emitting electrons The influence of pyroelectric crystals on the structure of the crystal was evaluated. The crystal diameters were 2.25, 4.3, 7.1 mm and the thickness was 2, 4, 10 mm. The temperature of the crystal changes, and the X-ray is generated. In fact, it is confirmed that the intensity of the generated X-rays is directly proportional to the crystal area, the thickness of the crystal is directly proportional to the maximum area of the X-rays, and the thickness of the crystal is strongly dependent on the intensity of the X-rays. The X-ray intensity of the crystal surface is equal to or less than 1Pa, and the maximum distance between the crystal surface and the electrode exists.

项目成果

月着陸探査に向けた焦電結晶X線源の開発

登月探测热释电晶体X射线源研制

• 发表时间: 2016
• 作者: A. Komuro;K. Takashima;K. Konno;N. Tanaka;T. Nonomura;T. Kaneko;A. Ando;and K. Asai;内藤雅之，溝根美穂，草野広樹，柴村英道，長岡央，久野治義，長谷部信行
• 通讯作者: 内藤雅之，溝根美穂，草野広樹，柴村英道，長岡央，久野治義，長谷部信行

Current Development Status of an X-ray Generator for X-ray Fluorescence Analysis on Space Mission

空间任务X射线荧光分析用X射线发生器的发展现状

• DOI: 10.7566/jpscp.11.040005
• 发表时间: 2016
• 期刊: JPS Conference Proceedings
• 作者: H. Kusano;N. Hasebe;H. Nagaoka;M. Naito;M. Mizone;Y. Amano;E. Shibamura;H. Kuno
• 通讯作者: H. Kuno

焦電結晶X線源による発生X線強度の測定

热释电晶体 X 射线源产生的 X 射线强度的测量

• 发表时间: 2015
• 作者: Thomas Duyckaerts;Tristan Roy;Tristan Roy;Tristan Roy;Tristan Roy;Tristan Roy;Tristan Roy;草野広樹，内藤雅之，溝根美穂，長岡央，久野治義，柴村英道，長谷部信行
• 通讯作者: 草野広樹，内藤雅之，溝根美穂，長岡央，久野治義，柴村英道，長谷部信行