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

主动X射线能谱仪AXS用热释电X射线发生器PXG的研发

基本信息

批准号：
21K17999
负责人：
内藤雅之
金额：
$ 3万
依托单位：
National Institutes for Quantum Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

热释电效应是铁电材料表面因温度变化而产生自发极化的现象。众所周知，当热释电晶体的温度在1Pa左右的真空中发生变化时，电子会因产生的极化而被加速，从而可以用来产生X射线。另一方面，产生加速电子的物理过程的细节尚不清楚，而且问题在于所产生的X射线的强度不如传统X射线管稳定。本研究的目的是探索X射线的产生机制并提高其亮度和稳定性。在今年的研究中，我们利用热释电晶体LiTaO3进行了基础实验，以探究导致X射线产生不稳定的因素。据报道，X射线产生不稳定的原因之一是产生的自发极化导致沿晶体表面不规则的大规模放电。在这项研究中，我们使用多种尺寸的目标支撑板来研究对放电现象的影响。同时，我们计算了晶体周围的电场分布，并研究了电场分布形状与放电现象之间的相关性。结果，当支撑板相对于晶体的半径足够大时，沿晶体表面发生的放电现象显着，而当支撑板变小时，放电现象发生在晶体顶部和晶体之间。开始看到指示板边缘（CT-MT 放电）。该结果与电场计算结果一致。当发生大规模沿面放电时，几乎所有产生的偏振都会消失，X射线的产生在此时停止。另一方面，当发生 CT-MT 放电时，X 射线强度瞬间增加，但由于放电而导致的一些损失偏振对 X 射线的产生没有贡献而消失，因此与没有放电现象时相比观察到释放率较低。因此，预计抑制沿面放电将导致未来热释电X射线发生器PXG具有更高的亮度和稳定性。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Electric discharge relevant to pyroelectric spontaneous polarization inducing irreproducibility of pyroelectric x-ray generation

与热释电自发极化相关的放电导致热释电 X 射线产生的不可重复性

DOI：
10.1117/12.2632418
发表时间：
2022
期刊：
Proceedings of SPIE
影响因子：
0
作者：
Naito Masayuki;Kusano Hiroki;Nagaoka Hiroshi;Hasebe Nobuyuki;Kodaira Satoshi
通讯作者：
Kodaira Satoshi