CN104701118B - 透射型靶和设有透射型靶的x射线发生管 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及透射型靶和设有透射型靶的X射线发生管。透射型靶包括靶层和被配置为支撑该靶层的透射基板。透射基板具有彼此面对的一对表面，并且由多晶金刚石形成。在透射基板中，所述一对表面中的一个表面包括具有第一平均晶粒直径的多晶金刚石，第一平均晶粒直径小于与该表面相对的另一个表面上所包括的多晶金刚石的第二平均晶粒直径。靶层由所述一对表面中的任何一个表面支撑。

Description

透射型靶和设有透射型靶的X射线发生管
技术领域
本公开涉及一种X射线发生管，该X射线发生管可应用于用于医疗诊断以及工业装置领域中的无损X射线照相的成像装置。本公开具体地涉及一种应用于X射线发生管的透射型靶。
背景技术
在X射线发生装置中，需要增强耐久性和改进维护减少。
作为确定X射线发生装置的耐久性的主要原因之一，与X射线源相应的靶的耐热性是一个例子。
在被配置为用电子束照射靶、从而产生X射线辐射的X射线发生装置中，靶的“X射线发生效率”低于1％。因此，施加于靶的大部分能量转换为热量。当在靶中产生的热量的“驱散”不足时，靶本身的熔融、蒸发和热应力使得靶失去粘合性，从而使得靶的耐热性受限。
作为用于改进靶的“X射线发生效率”的技术，利用由含有重金属的薄膜形式的靶层和被配置为透射X射线并且支撑靶层的基底材料组成的透射型靶是公知的。日本专利申请公布No.JP 2009-545840(也被公布为WO 2009060671)公开了一种旋转阳极透射型靶，在该靶中，相对于相关技术的旋转阳极反射靶，“X射线发生效率”提高到1.5倍或更高。
作为加速从靶到外部的“散热”的方法，应用金刚石作为被配置为支撑层压靶的靶层的基底材料是公知的。美国专利No.6850598公开了通过利用单晶金刚石或多晶金刚石作为被配置为支撑由钨形成的靶层的基板来增强散热性并且实现精细的焦点。金刚石具有高耐热性和高导热性，并且具有高X射线透射性，因此，是作为用于支撑透射型靶的基底材料的优选材料。
发明内容
与单晶金刚石相比，多晶金刚石作为将应用于透射型X射线靶的透射基板在导热性、耐热性和X射线透射性上具有等同的物理性质。此外，多晶金刚石包括可以以低价格稳定地供应大小为毫米数量级的透射型基板的优点。
然而，作为本发明的发明人的检查结果，如美国专利No.6850598中所描述的透射型靶那样，在具有由多晶金刚石形成的透射基板的透射型靶中，发现了产生放电或阳极电流降低的缺点或者产生X射线输出变化的缺点。
本公开描述了设有由多晶金刚石形成的透射基板的透射型靶，在该靶中，放电的产生、阳极电流的降低和X射线输出变化得以缓解。另外，本公开描述了在其中放电的产生、阳极电流的降低和X射线输出变化高可靠性得以缓解的X射线发生管、X射线发生装置和X射线成像系统。
根据本发明的一方面，透射型靶包括：靶层；以及透射基板，其被配置为支撑靶层。透射基板包括彼此面对的第一表面和第二表面，并且由多晶金刚石形成。第一表面包括具有第一平均晶粒直径的多晶金刚石，第一平均晶粒直径小于其第二表面中所包括的多晶金刚石的第二平均晶粒直径，并且靶层由第一表面或第二表面支撑。
从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1A是例示这里所公开的第一实施例的透射型靶的配置图。
图1B是例示透射型靶在其操作状态下的配置图。
图2A是例示这里所公开的第一实施例的透射型靶被应用到的阳极的配置图。
图2B是例示其修改形式的透射型靶被应用到的阳极的配置图。
图3A是例示这里所公开的第二实施例的透射型靶的配置图。
图3B是例示透射型靶在其操作状态下的配置图。
图4A是例示这里所公开的第二实施例的透射型靶被应用到的阳极的配置图。
图4B是例示其修改形式的透射型靶被应用到的阳极的配置图。
图5A是例示设有实施例的透射型靶的X射线发生管的示意性配置图。
图5B是例示设有实施例的透射型靶的X射线发生装置的示意性配置图。
图5C是例示设有实施例的透射型靶的X射线成像系统的示意性配置图。
图6A例示第一实施例的透射型靶的透射基板的表面24的图像，该图像是通过电子背散射衍射法观察到的。
图6B例示表面24的晶粒直径分布。
图6C例示第一实施例的透射型靶的透射基板的表面25的图像，该图像是通过电子背散射衍射法观察到的。
图6D例示表面25的晶粒直径分布。
图7是例示被配置为评估X射线发生装置的输出稳定性的评估系统70的配置图。
图8A是例示第一参考例子的靶89的裂缝发展模式的说明图。
图8B是例示第一实施例的靶9的裂缝发展模式的说明图。
图9A是例示在第一参考(比较)例子的阳极91中发现的导电失败部分(裂缝)61和62的说明图。
图9B是例示颗粒物质92的说明图。
图9C是例示颗粒物质95的说明图。
图9D是例示图9A中所示的比较例子的操作状态的说明图。
图10A例示第二实施例的透射型靶的透射基板的表面24的通过电子背散射衍射法观察到的图像。
图10B例示表面24的晶粒直径分布。
图10C例示表面25的通过电子背散射衍射法观察到的图像。
图10D例示表面25的晶粒直径分布。
图11A是例示第二参考例子的靶89的热形变模式和热应力变形σ的说明图。
图11B是例示第二实施例的靶9的热形变模式和热应力变形σ的说明图。
图12是例示在第二参考例子的阳极141中发现的裂缝63的说明图。
具体实施方式
将参照附图来详细地描述本公开的实施例。实施例中所描述的组件的尺寸、材料、形状和相对布置并非意图限制本公开的范围。
首先，将描述本公开的透射型靶可以被应用到的X射线发生管和X射线发生装置。图5A和5B分别是例示设有本公开的透射型靶9的X射线发生管102和X射线发生装置101的相应实施例的配置图。
X射线发生管
图5A例示具有电子发射源3和透射型靶9的透射型X射线发生管102的实施例。以下，在本说明书中，透射型靶9被称为靶9。
在第一实施例中，靶层22被从设置在电子发射源3上的电子发射部分2发射的电子束5照射，由此产生X射线辐射。因此，靶层22在透射基板(金刚石基板)21上布置在电子发射源侧，电子发射部分2被布置为与靶层22相对。
在该实施例中，靶层22中所产生的X射线如图5A中所示那样在需要的情况下通过靶9前面的具有开口的准直仪而在发射角上受限，并且形成为X射线束11。在该实施例中，被配置为在其管子的内部保持靶9的管状阳极构件42用作准直仪。
电子束5中所包括的电子通过加速电场而被加速到在靶层22中产生X射线辐射所需的入射能量，所述加速电场形成在插入在阴极51与阳极52之间的X射线发生管102的内部空间13中。
在该实施例中，阳极52至少包括靶9和阳极构件42，并且用作确定X射线发生管102的阳极电势的电极。
阳极构件42由导电材料形成，并且电连接到靶层22。如图5A中所示，该实施例的阳极构件42连接到透射基板21的周边以保持靶9。阳极构件42含有诸如钨和钽的重金属，并且通过如图5A中所示那样具有包括在靶9的前侧的延伸部分(在其中保留了开口)的形式而用作准直仪。稍后将描述靶9的详细实施例。
为了保证电子束5的平均自由行程的目的，X射线发生管102的内部空间13被抽真空。就电子发射源3的寿命而言，X射线发生管102的内部的真空度优选地在1E-8Pa与1E-4Pa(包括)之间，更优选地，在1E-8Pa与1E-6Pa(包括)之间。在该实施例中，电子发射部分2和靶层22分别布置在内部空间13中或者外壳(X射线发生管102)的内表面上。
可以通过下述方式来对X射线发生管102的内部空间13抽真空：通过使用排气管和真空泵(未示出)从内部空间13疏散空气，然后密封排气管。在X射线发生管102的内部空间13中，为了维持真空度的目的，可以布置吸气剂(未示出)。
为了在具有负电势的电子发射源3与具有阳极电势的靶层22之间实现电绝缘的目的，X射线发生管102包括在其本体部分中的绝缘管110。绝缘管110由诸如玻璃材料或陶瓷材料的绝缘材料形成。在该实施例中，绝缘管110具有限定电子发射部分2与靶层22之间的距离的功能。
外壳111优选地由具有用于维持真空度的气密性和耐大气压力性质的坚硬构件形成。在该实施例中，外壳111包括绝缘管110、设有电子发射源3的阴极51和设有靶9的阳极52。
因此，在该实施例中，阴极51和阳极52分别连接到绝缘管110的两个相对端，从而构成部分外壳111。以相同的方式，透射基板21用作用于在X射线发生管102外部获取在靶层22中产生的X射线的透射窗口，并且可以被说成是构成部分外壳111。
电子发射源3被设置为与设置在靶9上的靶层22相对。电子发射源3可以是热阴极(诸如钨丝和浸渍阴极)或者冷阴极(诸如碳纳米管)。为了控制电子束5的束径、电流密度和开-关定时的目的，电子发射源3可以设有栅格电极和静电透镜电极(未示出)。
X射线发生装置
图5B例示了被配置为使得X射线束11朝向X射线透射窗口121的前面的X射线发生装置101的实施例。该实施例的X射线发生装置101包括在具有X射线透射窗口121的贮存容器120的内部中的、作为X射线源的X射线发生管102和用于驱动X射线发生管102的驱动电路103。
管电压Va通过驱动电路103施加于阴极51与阳极52之间，并且在靶层22与电子发射部分2之间形成加速的电场。通过根据需要设置与靶层22的金属的类型和层厚度相应的管电压Va，可以选择射线照相所需的射线类型。
容纳X射线发生管102和驱动电路103的贮存容器120优选地具有足以作为容器的强度，并且在散热性上是优越的，并且可以由例如金属材料(诸如黄铜、铁、不锈钢)形成。
在该实施例中，绝缘液体109填充在贮存容器120的内部中除了X射线发生管102和驱动电路103之外的其余空间43中。绝缘液体109是具有绝缘性的液体，并且具有用于维持贮存容器120内部中的电绝缘性的功能、以及作为X射线发生管102的冷却介质的功能。这里所使用的绝缘液体109优选为绝缘油，诸如矿物油、硅油或基于全氟的油。
X射线成像系统
随后，将参照图5C来描述设有本公开的靶9的X射线成像系统60的配置例子。
系统控制单元202执行X射线发生装置101和X射线检测器206的集成控制。驱动电路103在系统控制单元202的控制下将各种控制信号输出到X射线发生管102。驱动电路103与X射线发生管102一起容纳在设置在X射线发生装置101中的该实施例的贮存容器120的内部中。然而，驱动电路103可以布置在贮存容器120的外部。从X射线发生装置101发射的X射线束11的发射状态由从驱动电路103输出的控制信号控制。
从X射线发生装置101发射的X射线束11由设有可移动光圈的准直仪单元(未示出)在X射线发生装置101的辐射范围内调整，从X射线发生装置101射出，透射通过被检体204，并且由检测器206检测。检测器206将所检测的X射线转换为图像信号，并且将该图像信号输出到信号处理单元205。
信号处理单元205在系统控制单元202的控制下对图像信号执行预定信号处理，并且将所处理的图像信号输出到系统控制单元202。
系统控制单元202基于所处理的图像信号将用于在显示设备203上显示图像的显示信号输出到显示设备203。
显示设备203在屏幕上显示基于显示信号的图像作为被检体204的拍摄图像。
X射线成像系统60可以用于工业产品的无损检验或者人体或动物的疾病诊断。
靶
随后，将参照图1A和1B、图2A和2B、图3A和3B以及图4A和4B来描述本公开的靶9的实施例。
图1A和1B以及图2A和2B中所示的实施例是靶层22形成在表面24上的实施例，表面24的平均晶粒直径与和其相对的表面25相比较小，该实施例被称为本说明书的第一实施例。相反，图3A和3B以及图4A和4B中所示的实施例是靶层22形成在表面24上的实施例，表面24的平均晶粒直径与和其相对的表面25相比较大，该实施例被称为本说明书的第二实施例。稍后将描述第一实施例和第二实施例的详细应用。
在图1A和图3A中分别示出的第一实施例和第二实施例中，靶9至少包括靶层22和透射基板21，靶层22含有靶金属，透射基板21被配置为支撑靶层22。图1B和图3B分别例示了图1A和图3A中所示的靶9的操作状态。X射线辐射通过靶层22的表面之一接收电子束5的照射而成径向状态发射。
从本公开的靶9的靶层22发射的X射线辐射的在基板厚度方向上透射通过透射基板21的部分通过具有开口的准直仪59而形成为X射线束11，并且被带出到透射基板21的前面。在图1B和图3B中，仅从电子束的焦点产生的X射线的发射分量用虚线指示，所述电子束在通过连接X射线束11和该焦点而形成的范围内成径向状态辐射在靶层22上。
透射基板21由在基板厚度方向上具有晶粒直径分布的多晶金刚石形成。化学气相沉积法(CVD法)、烘培并且固化微晶金刚石的固态烘培法、或者通过分解和沉淀动作来烘培粘结金属(诸如钴和微晶金刚石)的液相烘焙法应用于制造由多晶金刚石形成的透射基板21。就X射线的射束质量和导热性而言，因为除了碳之外的元素和除了sp3键合之外的碳键合小，所以优选使用化学气相沉积法。
基于化学气相沉积法的多晶金刚石可以通过下述方式形成为自含多晶金刚石层：在晶种基板上形成多晶金刚石的膜，并且机械地或化学地移除晶种基板。
如图1A和图3A中所示，透射基板21的轮廓具有平板形状，所述平板形状具有彼此相对的、一对表面中的一个表面24和该对表面中的另一个表面25，并且例如，利用平行六面体形状或盘形。
直径为2mm至10mm的盘形透射基板21能够提供在其上可以形成所需的焦点直径的靶层22，并且厚度为0.3mm至3mm能够保证辐射的透射性。当利用具有平行六边形形状的金刚石基底材料时，上述直径范围可以被平行六面体的表面的短边和长边的长度取代。
靶层22含有作为靶金属的具有高原子数、高熔点和高比重的金属元素。就相对于透射基板21的亲和力而言，靶金属优选地为选自具有碳化物的形成的负标准自由能的钽、钼和钨的组的至少一种类型的金属。靶金属可以作为具有单一成分或合金成分的纯金属包含在靶层22中，或者可以作为金属化合物(诸如金属的碳化物、氮化物和氮氧化物)而包含。
靶层22的层厚度选自1μm与12μm之间的范围。靶层22的层厚度的下限和上限是从确保X射线输出强度和减小界面应力的角度来确定的，3μm与9μm之间的范围是优选的。
靶9包括图2A和图4A中所示的实施例中的阳极构件42、蜡材料48和导电电极47，以便构成X射线发生管的部分阳极52。导电电极47是根据建立相对于阳极构件42的电连接的必要性而提供的导电构件。导电电极47的材料的例子包括诸如锡、银和铜的金属或金属氧化物。
蜡材料48具有将靶9保持在阳极构件42上的功能，并且具有靶层22与阳极构件42之间的电连接的功能。蜡材料48是含有金、银、铜、锡等的合金，并且可以通过根据所需要的接合构件选择合金成分来确保不同材料(诸如透射基板21、导电电极47和阳极构件42)之间的粘合性。
图2B和图4B中所示的实施例是图2A和图4A中所示的阳极52的修改形式。在这些例子中，透射基板21呈锥形，以使得其截面面积在透射基板21的基板厚度方向23上朝向支撑靶层22的表面24缩小。
在图2B和图4B中所示的阳极52中，侧面与表面24之间的角度分别与图2A和图4A中所示的阳极52相比是钝角。因此，效果是应力集中于支撑靶层22的表面的周边边缘。第一实施例的阳极52具有下述效果：当蜡材料48突出的情况发生时，蜡材料48朝向靶9的前侧的突出受到约束。当蜡材料的涂覆量不均匀或过多时，或者当压应力施加于蜡材料48时，可能使得蜡材料48突出，图2B或图4B中所示的实施例解决这样的问题。
随后，将参照图8、图9、图11和图12来详细描述相对于透射基板21的关系。
常规技术的缺点涉及在具有由多晶金刚石形成的透射基板的X射线发生管中观察到的操作不稳定，包括放电、阳极电流和X射线输出变化。作为本发明的发明人进行勤奋的检查和实验研究的结果，发现下述事实：具有不稳定性的X射线发生管在多晶金刚石的晶粒直径分布与形成靶层的表面之间具有共同关系。
根据本发明的发明人对常规的基于金刚石的基板进行的检查的结果，发现透射基板的基于多晶金刚石的晶粒场分布而产生的裂缝不利地出现。另外，发现靶层、连接电极和蜡材料的分离和缺失是由于多晶金刚石的晶粒场密度而导致的。特别地，在靶经受与脉冲驱动相关联的热冲击或机械振动的操作状态下，透射基板的裂缝非常有可能出现。另外，在透射基板在晶粒场中具有sp2键合的情况下，靶层、连接电极和蜡材料的分离和缺失有可能发生。
在图9A中的第一参考例子中，例示了从X射线发生管取出的阳极91，其中，在耐用度加速度测试中观察到放电和阳极电流的降低。阳极91包括靶89、阳极构件42、蜡材料48和导电电极47，靶89包括由多晶金刚石形成的透射基板81和靶层22。
在阳极91中，如图9A中所示，在透射基板21中发现微小的导电失败部分61和62。导电失败部分61位于靶层22的区域中，并且部分靶层22和部分透射基底材料21从靶89缺失。导电失败部分62位于导电电极47的区域中，并且部分导电电极47和部分透射基底材料21从靶89缺失。作为第一参考例子中的透射基板81的截面的观察的结果，各个观察到的缺失部分被确定为沿着晶粒场缺失。
作为第一参考例子的X射线发生管的内部的检查的结果，如图9B和9C中所示的颗粒物质92和颗粒物质95粘附到外壳的内部。颗粒物质92包括薄带93和金刚石带94，薄带93由靶层中所含的靶金属形成，金刚石带94在基本垂直方向上从薄带93延伸。颗粒物质95包括薄带96和金刚石带97，薄带96由导电电极47中所含的导电材料形成，金刚石带97在基本垂直方向上从薄带96延伸。颗粒物质92和颗粒物质95被发现是靶89的与导电失败部分61和62相应的离析带。
在参考例子的X射线发生管上进行的耐用度加速测试中，制备阳极接地的X射线发生管，将操作时间段设置为10个小时(在所述操作时间段中重复包括曝光时间段和停止时间段的一分钟周期)，并且0.1Hz、0.1N的负载在该操作时间段期间施加于X射线发生管的阳极构件。
在第一参考例子的X射线发生管中产生的放电和阳极电流降低的详细机理不清楚。然而，假定至少涉及由在阳极91中产生的微小裂缝引起的颗粒物质92、95和导电失败部分63。
颗粒物质92和95包括金刚石带94和97以及连接到金刚石带94和97的薄带93和96，金刚石带94和97分别是绝缘区域，薄带93和96是导电区域。因此，在管电压Va被施加到的X射线发生管的内部中，因为具有离析的颗粒物质的带电电荷不为0，所以颗粒物质92和95根据X射线发生管内部中的电场朝向阳极或阴极移动。移动的颗粒物质92和95粘附到阳极或阴极的表面，或者撞击该表面并且从该表面弹出。确定的是，粘附的颗粒物质92和95重复下述一系列动作：作为与阳极或阴极接触的结果而被充上正电荷或负电荷，朝向相对的阴极或阳极移动，并且在与X射线发生管中的电场方向平行或反平行的方向上移动。
如上所述的颗粒物质92和95的行为是从在第一参考例子的X射线发生管中异常地观察到的尖峰状阳极电流变化确定的，并且还发现放电是通过该尖峰状阳极电流变化触发而发生的。尽管触发放电的直接原因不清楚，但是与颗粒物质92和95的碰撞相关联的离子气体的产生、以及相对于这些颗粒物质的绝缘区域和导电区域、绝缘管、阳极和阴极而发生的电场集中引起放电。
作为颗粒物质92产生的结果，靶89中的导电失败部分61形成裂缝63，金刚石在阳极91的内部中从裂缝63局部暴露。裂缝63是暴露绝缘金刚石的区域，并且从金刚石的二次电子发射系数的一次电子能量依赖性而被充上负电，并且电势降至比裂缝63的周边低的电平。具有负电子亲和力的金刚石对裂缝63周围具有阳极电势的构件执行场电子发射。这样的局部场电子发射似乎是放电的原因。
就金刚石的亲油性而言，由不可避免的残留有机气体(诸如甲烷)引起的累积的聚合碳的量估计在裂缝63中比在裂缝63的周边相对较大，裂缝63存在于被电子束5照射的位置处。因此，估计，阳极电流的降低与由聚合碳引起的气体和离子的产生相关联地发生。
作为关于在第一参考例子的靶89中产生的裂缝的产生原因的进一步检查的结果，本发明的发明人确定，裂缝是由在靶89中产生的不可避免的应力和基板厚度方向23上的晶粒直径分布引起的。将参照图8A和8B来描述所估计的裂缝产生机理。
图8A例示了图9A和9D中所示的靶89时的裂缝发展模式。第一参考例子的靶89在透射基板的基板厚度方向23上具有晶粒直径分布，并且在支撑靶层的表面25上具有比与表面25相对的表面24小的晶粒直径。
第一参考例子的靶89的透射基底构件71、由于在靶89中产生的应力而在基板厚度方向23上产生的裂缝64用双线示出。在第一参考例子的透射基底构件71中产生的裂缝64沿着晶粒场从表面24发展到表面25正下面的位置。隔离的晶粒10被裂缝64包围。在第一参考例子中观察到的裂缝64的产生原因，本发明的发明人如以下给出的那样进行评论。
从在参考例子的靶80的透射基底构件71中产生的多个裂缝的分析发现，发现大多数裂缝在晶粒场中产生。已知的是，多晶金刚石的晶粒场含有杂质和具有石墨性质的sp2键合。因此，理解，键合力在晶粒场中弱，并且裂缝可以易于产生。
因此，理解，裂缝的发展根据晶粒直径而不同，如果晶粒直径相对小，则裂缝的发展受损，因此，所产生的裂缝小。相反，如果晶粒直径大，则所产生的裂缝的长度趋向于较长。
随后，将参照图8A和8B来描述基板厚度方向23上的晶粒场的各向异性和所估计的影响裂缝发展的机理。当在晶粒直径较大的表面25上产生裂缝时，因为与其他晶粒场交叉的频率低，因此裂缝的发展不受损于交叉部分，因此，裂缝可能容易地延伸到相对表面24，像图8A中所示的裂缝64那样。相反，当在晶粒直径较小的表面24上产生裂缝时，与其他晶粒场交叉的频率高，因此，裂缝的发展不受损于交叉部分，并且在表面24的附近停止，像图8B中所示的裂缝65和66那样。
将描述本发明的发明人关于在透射基板81中产生的应力的评论。由热冲击和机械应力引起的应力(诸如热应力)在透射基板81中产生。基于热冲击的热应力估计已经在作为透射基板81在被电子束照射的一侧的表面的表面25中产生，其在例如以脉冲的方式驱动的电子束5照射开始时由于升温而引起。作为机械应力，从X射线发生管或X射线发生装置的外部不可避免地施加(经由X射线发生管或X射线发生装置的支撑机构施加)的机械操作是可想到的。该机械操作包括意图调整曝光场的准直仪调整，并且包括滤光器的更换。
设想提供被配置为阻抑X射线发生管或X射线发生装置上的如上所述的机械应力的阻尼机构。然而，装置重量增加，并且阻尼机构的特征振动的振幅或被吸收的振动引起次生振动，因此，机械应力难以完全阻抑。
尽管各种类型的应力被假定为假设该应力在透射基板81中产生，但是靶层22与透射基板81之间的界面的“约束”、以及存在于前面和背面上的“物理性质的不一致性”使得支撑靶层的一侧成为裂缝的起始点。
尽管未示出，但是使用由多晶金刚石形成的、在基板厚度方向上的晶粒直径分布中不具有不对称性的透射基板，在其前面或背面之一上形成靶层，并且制造在其中集成靶的X射线发生管。当通过以与上述参考例子相同的方式重复地应用权重来进行X射线发生管的操作测试时，观察到阳极电流的降低和放电。
当进行了操作测试之后的X射线发生管被拆卸并且靶被取出时，以与图8A相同的方式观察到，裂缝在基板厚度方向上从形成靶层的一侧发展到基板的厚度的一半。
裂缝的原因估计是因为，由于从形成靶层的表面到相对表面，在靶层侧产生的热冲击和晶粒场的密度不减小，所以阻碍裂缝的发展的动作不发生。
基于如上所述的评论，本发明的发明人专注于透射基板的基板厚度方向上的晶粒场的减小的过程，并且本公开包括第一实施例，其特征在于靶层在晶粒场较小的表面上受到支撑。
就第一实施例的特性而言，即使在由从外部施加的热冲击或机械应力引起的应力存在的情况下在透射基板中产生裂缝，约束基板厚度方向上的裂缝的发展的功能也起作用，并且可以减少从靶离析的颗粒物质的产生，并且可以通过约束基板厚度方向上的裂缝的发展来减少放电的发生和阳极电流的降低。
就图2A和2B中所示的设有第一实施例的靶9的阳极52而言，在第一参考例子的阳极91中发现的咯咯叫声(cluck)的产生受到约束。在第一实施例应用于X射线发生管的情况下，可以减少相对于阳极52的放电的发生和阳极电流的降低。
图12例示了作为第二参考例子的阳极141，在阳极141中，在曝光动作重复1000次之后发现X射线输出变化。阳极141包括靶119、阳极构件42、蜡材料47和导电电极47，靶119包括由多晶金刚石形成的透射基板131和靶层22。
在阳极141中，如图12中所示，分别在靶119和蜡材料48中的每个中发现(多个)微小裂缝61、62和63。尽管X射线输出变化的机理不是非常清楚，但是至少涉及由在阳极141中产生的微小裂缝引起的阳极的电势确定性能的降低。
作为关于在第二参考例子的靶119的阳极141中产生的裂缝的进一步检查的结果，本发明的发明人确定，裂缝是由热应力变形引起的，所述热应力变形是由停止时和操作时的线性膨胀的差异引起的。将参照图11A和11B来描述应用于阳极的电势确定性能的透射基底材料的晶粒直径分布的作用机理。
图11A例示了当图12中所示的靶119在操作中时热应力变形的形变模式和不对称性Δσc。靶119在透射基板的基板厚度方向23上具有晶粒直径分布，并且在支撑靶层的表面25上具有比与表面25相对的表面24小的晶粒直径。在图11A中所示的靶119中，略去了晶粒和晶粒场分布。在靶119中，基板厚度方向23上的热应力变形的不对称性Δσc意指表面24的热应力变形σc24与表面25的热应力变形Δσc25之间的差异。
在靶119中，在透射基板21的基板厚度方向23上通过支撑靶层22的表面25上的发热而产生温度分布的状态用虚线所表达的等温线指示。当停止时间段和操作时间时的靶119的表面25和表面24之间的温差分别用ΔT25和ΔT24表达时，满足关系ΔT25>ΔT24。
相反，第二参考例子的靶119估计具有线性膨胀系数α的不对称性，所述不对称性是由透射基板的基板厚度方向23上的晶粒场的表面密度引起的。本发明的发明人如下所述那样评论原因。
构成多晶金刚石的单晶粒和晶粒场在碳框架结构的成分上有差异。单晶粒由sp3键合框架结构管控，并且在晶粒中具有连续性。然而，晶粒场通过预定集中而含有sp2键合框架结构。
靶119在被组装在X射线发生管中的制造过程中以及在产生X射线的操作时接收各种类型的热量的供应。已知的是，在多晶金刚石应用于透射基板131的情况下，晶粒场比在晶粒中更易于从sp3键合变为sp2键合。因此，与晶粒内部相比，晶粒场的sp2键合的浓度优先在加热之前和之后增大。换句话讲，具有具备晶粒场的密度分布的透射基板的靶可以被说成是在晶粒边界密度高的表面上具有比晶粒边界密度低的表面更高浓度的sp2键合。
具有作为主要组件的理想sp3键合框架结构的单晶金刚石的线性膨胀系数在20℃下为1.0ppm/K。相反，具有作为主要组件的sp2键合框架结构的单晶金刚石的线性膨胀系数在20℃下为3.1ppm/K。因此，晶粒直径小的表面25具有高密度的sp2键合，并且是具有与晶粒场的高密度相应的大的线性膨胀系数α的表面。因此，建立关系α25>α24，其中，α24和α25分别是靶119的表面25和表面24的线性膨胀系数。
热应力变形σ与线性膨胀系数α和温差ΔT的乘积成比例，由于如图11A中所示的不对称性α和不对称性ΔT相对于彼此的协同效应，在第二参考例子的靶119操作时在基板厚度方向23上发生的热应力变形的不对称性Δσc变大。
在阳极141中，因为产生了大的热应力变形的不对称性Δσc，所以估计在靶层22、导电电极47和蜡材料48中产生裂缝。
图11B例示了根据第二实施例的靶9。图11B例示了当图3A中所示的靶9在操作中时的形变模式和热应力变形Δσe。在图11的该实施例中，在透射基板21的基板厚度方向23上具有晶粒直径分布并且被配置为支撑靶层22的表面24的晶粒直径大于该对表面中的与表面24相对的另一个表面25的晶粒直径。在图11B中所示的靶9中，略去了相应的图3B中所示的晶粒和晶粒场分布。在该实施例的靶119中，基板厚度方向23上的热应力变形的不对称性Δσe意指表面24的热应力变形σc24与表面25的热应力变形Δσe25之间的差异。
同样地在该实施例中，以与参考例子相同的方式，在透射基板21中在基板厚度方向23上由于靶层22中的发热而产生温度分布的状态用虚线所表达的等温线指示。当在停止时间段和操作时间该实施例的靶9的表面24和表面25之间的温差分别用ΔT24和ΔT25表达时，满足关系ΔT24>ΔT25。
此外，晶粒直径大的表面24具有低浓度的sp2键合，并且是具有与晶粒场的低密度相应的小的线性膨胀系数α的表面。因此，建立关系α24>α25，其中，α24和α25分别是该实施例的靶9的表面24和表面25的线性膨胀系数。
热应力变形σ与线性膨胀系数α和温差ΔT的乘积成比例，通过抵消如图11B中所示的不对称性α和不对称性ΔT的效应，在该实施例的靶9操作时在基板厚度方向23上发生的热应力变形的不对称性Δσe变小。以这种方式，在第二实施例的靶9中，可以说，由晶粒边界密度引起的基板厚度方向上的线性膨胀系数分布抵消由入射电子束引起的基板厚度方向上的热值分布的机理起作用。
尽管未示出，但是由多晶金刚石形成的在基板厚度方向上的晶粒直径分布中不具有不对称性的透射基板用于在降低的大气下对透射基板进行加热。在透射基板的前面或背面之一上形成靶层，并且制造包括集成在其中的靶的X射线发生管。当以与上述参考例子相同的方式重复地进行X射线发生管的操作测试时，观察到X射线强度的变化。
当经过操作测试的X射线发生管被拆卸并且被取出时，以与图12相同的方式在靶层与连接电极之间观察到膜分离。
膜分离的原因估计是，因为晶粒边界密度在基板厚度方向上不具有不对称性，所以通过入射电子束减小存在于基板厚度方向上的热值分布的机理不起作用。
含有金刚石的碳成分中的sp2键合的浓度可以通过电子能量损失能谱法(EELS法)等来确定。sp2键合的浓度可以被指定为[sp2键合检测浓度]/([sp2键合检测浓度]+[sp3键合检测浓度])。
就设有图4A和4B中所示的该实施例的靶9的阳极52而言，在参考例子的阳极141中发现的裂缝的产生受到约束。在第一实施例应用于X射线发生管的情况下，可以减小相对于阳极51的电势确定性能的降低和X射线的输出变化。
作为如图1A和图3A中所示的在基板厚度方向23上具有晶粒直径分布的透射基板21，可以应用通过化学气相沉积法形成的自含多晶金刚石。
在通过化学气相沉积法形成的自含多晶金刚石中，通过在晶种基板(未示出)上从等离子体大气引起多晶金刚石的晶体生长、然后移除晶种基板而获得。
通过化学气相沉积法获得的透射基板21的基板厚度方向23上的晶粒直径分布可以通过选择膜形成的条件和晶种的条件来进行控制。
图6A和6C是通过电子背散射衍射法(EBSD法)对于通过化学气相沉积法获得的透射基板21的表面24和表面25观察的多晶图像。各个观察图像中凝结均匀的区域是具有晶体对齐取向的单晶域，其对应于本公开的晶粒。各个单晶域之间的边界对应于本公开的晶粒场。
在通过化学气相沉积法形成的多晶材料中，晶种基板侧的晶粒直径限于与晶种基板的生长核相应的大小。当通过化学气相沉积法形成多晶金刚石时，单晶金刚石的晶粒在垂直于基板厚度方向23的方向上从多个生长核生长。在垂直于基板厚度方向23的方向上的晶体生长的过程中，产生从任何原因来讲生长相对较大的晶粒。
如果引起了某一晶粒变为主导、与其相邻的其他晶粒由于相邻晶粒之间的生长速度的差异而消失的情况，则认为平均晶粒直径的增大和晶体界面的表面密度的降低在基板厚度方向23上发生。
这样的晶体生长过程可以被认为是基板厚度方向23上的晶体界面的生长。当限定某一晶粒的晶体界面在基板厚度方向23上生长时，引起晶粒与和其相邻的其他晶粒场交叉并且晶体界面之一消失的阶段。该状态对应于基板厚度方向23上的晶粒之一的晶体生长的过程中的消失阶段。
在第一实施例中，透射基板21包括图1A中所示的存在于其中的在基板厚度方向23上延伸的柱形晶粒，并且存在于晶粒之间的晶粒场具有在基板厚度方向上延伸的分量。这样的晶体分量由如稍后描述的构建条件控制。具有晶粒和在基板厚度方向上延伸的晶粒场的透射基板21在基板厚度方向上的散热性上是优越的。另一方面，如上所述，沿着晶粒场的裂缝的发展可以引起不希望的热冲击或机械应力。
在图1A中，将考虑下述情况：从晶种基板的表面到晶体界面消失的阶段的平均距离用te表达，晶种基板(表面24)的位置用x＝0表达，生长表面(表面25)的位置用x＝ts表达。“x”是0与ts(包括)之间的实际数字。
透射基板21的基板厚度方向23的位置x处的晶粒的平均线密度相对于晶种基板侧的晶粒的平均线密度减小(1/2)的(x/te次)幂。换句话讲，透射基板21的基板厚度方向23的位置x中的平均晶粒直径相对于晶种基板侧增大2的(x/te次)幂。
因此，相对于晶种基板侧的晶粒的平均线密度，生长表面侧的表面25的晶粒的平均线密度相对于晶种基板侧的表面24减小(1/2)的(ts/te次)幂。换句话讲，相对于表面24的表面25的平均晶粒直径是增大到2的(ts/te次)幂的值。
如上所述，在通过化学气相沉积法在晶种基板上构建靶9的前体的情况下，如果前体被构建为使得平均晶粒直径在构建方向上增大，则可以通过使用晶种基板侧作为表面24来形成第一实施例的靶9。
以相同的方式，在通过化学气相沉积法在晶种基板上构建靶9的前体的情况下，如果前体被被构建为使得平均晶粒直径在构建方向上增大，则可以通过使用晶体生长表面侧作为表面24来形成第二实施例的靶9。
相反，在通过化学气相沉积法在晶种基板上构建靶9的前体的情况下，如果前体被构建为使得平均晶粒直径在构建方向上减小，则可以通过使用晶体生长表面侧作为表面24来形成第一实施例的靶9。
另外，在通过化学气相沉积法在晶种基板上构建靶9的前体的情况下，如果前体被构建为使得平均晶粒直径在构建方向上增大，则可以通过使用晶种基板侧作为表面24来形成第二实施例的靶9。
在形成具有各向同性的晶粒直径分布的烧结物的情况下，构建并且烧结作为彼此不同的材料的具有微晶金刚石的粒径的多晶金刚石片材，以使得可以在多晶金刚石片材的构建方向上形成晶粒直径分布。
电子背散射衍射法利用照射在由晶体材料形成的标本上并且从该标本背散射的电子束呈现EBSD模式的事实、以及EBSD模式包括关于晶体形状和晶体取向的信息的事实。EBSD模式也被称为菊池线衍射模式。此外，在电子背散射衍射法中，与扫描电子显微镜(SEM)组合，通过用电子束照射来扫描标本，并且对EBSD模式进行测量和分析，由此获得与微小区域中的晶体形状和晶体取向相关的信息。
在本公开中，在聚焦的表面24和25中，具有与表面区域中的独立的微晶域匹配的直径D的圆被假定为限定晶粒直径D。另外，多晶金刚石的晶粒直径D具有如图6B和6D中所示的晶粒直径分布，可以通过用图像处理提取所观察的多晶图像中所包括的单晶域来确定晶粒的表面积和晶粒直径D。
考虑到上述多晶金刚石的晶粒直径分布，在本公开的说明书中，通过使用考虑表面积分分数Si/ΣSi的平均晶粒直径Dm的幅值关系来区别并且选择与被配置为支撑靶层的表面24相对的表面25。在本公开的说明书中，当在透射基板21被聚焦的表面中在晶粒直径轴上按n个采样数量对晶粒直径分布进行采样时，通过以下表达式来确定平均晶粒直径Dm。
表达式1
其中，以上给出的表达式中的参数，比晶粒直径Di-1大且不大于Di的晶粒直径是Di，比晶粒直径Di-1大且不大于Di的累积表面积是Si，i是从1到n的整数，晶粒直径D0是不小于0的实际数字。
图6B和6D中所示的晶粒直径分布用横轴示出晶粒直径(μm)，并且用垂直轴示出表面积分分数Si/Σ(Si)。在晶粒直径轴上进行采样时，采样段可以是段长度彼此不同的不等段，或者可以是Di-1或更大与小于Di之间的晶粒直径的段。
为了确保晶粒直径D的平均精度，观察视野的大小优选地按照需要根据采样进行设置，以使得100个或更多个单晶域包括在该观察视野中。考虑到表面24和表面25的观察视野中所包括的晶粒直径和晶粒直径分布，可以如图6A和6D中所示那样从一个观察表面到另一个观察表面改变观察视野的大小。
在第一实施例中，表面24是化学气相沉积法中晶种基板侧的自含多晶金刚石的表面，表面25指示生长表面侧的表面。
第一实施例的特征在于，透射基板21具有不对称性，以使得就透射基板21的基板厚度方向23上的裂缝的发展的约束而言，晶粒场的平均密度从被配置为支撑靶层22的表面24到与表面24相对的表面25减小。换句话讲，第一实施例的特征在于，透射基板21具有不对称性，以使得就透射基板21的基板厚度方向23上的裂缝的发展的约束而言，被配置为支撑靶层22的表面24的平均晶粒直径小于与表面24相对的表面25的平均晶粒直径。
因此，被配置为支撑靶层22的表面24的平均晶粒直径Dm24相对于与表面24相对的表面25的平均晶粒直径Dm25的比率优选地小于1。平均晶粒直径比Dm24/Dm25优选地为0.5或更小，更优选地，0.2或更小。
为了使得部分靶层22不被在被配置为支撑靶层22的表面24的一侧不可避免地产生的裂缝65和66分离，表面24的平均晶粒直径优选地不超过靶层22的层厚度的10倍。从相同的角度来讲，表面24的平均粒径更优选地为5μm和更高且50μm或更小。
为了限制在与被配置为支撑靶层22的表面24相对的一侧的表面25中不可避免地产生的裂缝65和66的发展，表面25的平均晶粒直径优选地为100μm或更大。
第二实施例的特征在于，就基板厚度方向23上的热应力变形的不对称性的减轻而言，晶粒直径分布具有不对称性，以便补偿由靶层22的发热引起的基板厚度方向23上的温度分布的不对称性。
因此，被配置为支撑靶层22的表面24的平均晶粒直径Dm24相对于与表面24相对的表面25的平均晶粒直径Dm25的比率优选地大于1。平均晶粒直径比Dm24/Dm25优选地为1.3或更大，更优选地，5或更大。
透射基板21的基板厚度方向23上的平均晶粒直径分布的控制可以以下述方式执行。如上所述，相对于表面24的表面25的平均晶粒直径是增大到2的(ts/te次)幂的值。因此，通过选择透射基板21的厚度ts以及到根据需要晶体界面从晶种基板消失的状态的平均距离te来实现透射基板21的基板厚度方向23上的平均晶粒直径分布的控制。
透射基板21的厚度ts根据需要从在靶层22中在基板厚度方向23上产生的辐射的吸收阻尼、以及相对于在靶层22中产生的热值的热电阻设计来选择。
相反，平均距离te取决于化学气相沉积法的构建条件，如果构建速度降低，则通过外延生长来增大平均距离te，相反，如果构建速度提高，则减小平均距离te。
在图1A中所示的透射基板21中，te为560μm，ts＝2000μm，以使得表面25的晶粒场的平均线密度降至表面24的大约1/11.9倍，并且表面25的平均晶粒直径增大到表面24的大约11.9倍。
确定晶粒直径分布的方法不限于上述电子背散射衍射法，可以应用以下方法(1)至(4)。
通过用(1)诺玛尔斯基(Nomarski)显微镜和(2)扫描电子显微镜(SEM)的二次电子图像来观察存在于晶粒之间的微小凹陷和突起。(3)发光强度在微观阴极发光图像附近低的事实，利用晶粒场来检测晶粒。(4)制备与观察表面平行的、通过聚焦离子束(FIB)处理的切片标本，通过扫描型透射电子显微镜(TEM)在环形明场图像中强调晶粒，并且从图像对比度指定这些晶粒。
第一示例性实施例
随后，在以下给出的过程中创建设有本公开的靶的X射线发生装置，并且操作该X射线发生装置来评估放电和阳极电流的稳定性。
图1A中例示了在这个示例性实施例中创建的靶9的配置。
作为这个示例性实施例的靶9，首先制备通过化学气相沉积法创建的、直径为5mm、厚度为1mm的自含多晶金刚石。对自含多晶金刚石进行冲洗以用UV臭氧洗涤装置对其表面上的残留有机物质进行清洁，以实现透射基板21。
图6A和6C中分别例示了该示例性实施例中所使用的透射基板21的一对表面中的一个表面24和该对表面中的与该表面24相对的另一个表面25的图像，这些图像是通过电子背散射衍射法观察到的。该示例性实施例中所使用的透射基板21的一对表面中的一个表面24的晶粒直径Dm24为12.7μm，该对表面中的另一个表面25的平均晶粒直径Dm25为151μm。
随后，使用氩气作为透射基板21的表面24的载气，并且使用钨的烧结构件作为溅射靶，以使得通过溅射将包括钨的含金属层形成为具有6μm的厚度，以获得层压构件。
在真空镜像炉中对所获得的层压构件进行烧结以创建设有由碳化钨形成的靶层22的靶9。靶层22的层厚度为7μm。
该示例性实施例的靶9的靶层22形成在表面24上，表面24的平均晶粒直径Dm小于与表面24相对的表面25。
随后，在靶层22的周边边缘与透射基板21的侧面之间的区域中形成导电电极47，并且在透射基板21的侧面上布置由锡银合金形成的蜡材料48。此外，在管状阳极构件42的管子中布置设有蜡材料48和导电电极47的靶9，然后对靶9进行加热以创建图2A中所示的阳极52。
此外，通过使用该示例性实施例的阳极52来制造图5A中所示的X射线发生管102。当对X射线发生管102的静态耐压性进行测试时，可以连续10分钟在不放电的情况下维持150kV的管电压。该示例性实施例中的静态耐压性测试是通过在不从X射线发生管102的电子发射源3产生电子束的情况下在阳极52与阴极51之间施加管电压来评估放电电压耐受性的测试。
随后，将驱动电路103电连接到X射线发生管102的阴极和阳极，然后将X射线发生管102和驱动电路103贮存在贮存容器120的内部43中，由此制造图5B中所示的X射线发生装置101。
随后，为了评估X射线发生装置101的放电耐受性能和阳极电流的稳定性，制备图7中所示的评估系统70。评估系统70包括布置在X射线发生装置101的X射线发射窗口121前面1m的位置处的剂量计26。剂量计26被配置为能够通过经由测量控制单元203连接到驱动电路103来测量X射线发生装置101的辐射输出强度。
对于该示例性实施例的X射线发生装置101的驱动条件是，作为X射线发生装置101的管电压的+110kV、作为将照射靶层22的电子束的电流密度的20mA/mm2、以及交替地重复3秒电子照射时间段和57秒非照射时间段的脉冲驱动。通过测量作为阳极电流的、从靶层22流到接地电极16的管电流来测量所检测的阳极电流，并且利用在电子照射脉宽的中心处的在一秒期间的平均值。电子照射脉冲的上升时间和下降时间都被设置为0.1秒。
根据保留率执行阳极电流的稳定性评估，所述保留率是通过用初始阳极电流标准化从X射线开始输出过去10个小时之后的阳极电流而保留的。该示例性实施例的X射线发生管102在阳极接地，并且0.1Hz、0.1N的负载在操作时间段期间施加于X射线发生管102的阳极构件42。
在对阳极电流进行稳定性评估时，使在阴极电极(电子发射部分2)与栅极电极之间流动的栅极电流稳定，以使得变化通过负反馈电路(未示出)落在1％内。
在放电耐受性的测试中，在对X射线发生装置101的阳极电流进行稳定性评估期间，通过放电计数器76来确认没有放电的稳定驱动。
该示例性实施例的X射线发生装置101的阳极电流的保留率为0.99。确认，在设有该示例性实施例的靶9的X射线发生装置101中，即使在长期驱动历史之后，也没有发现X射线输出的显著变化，并且获得稳定的X射线输出强度。当拆卸阳极电流的稳定性评估之后的X射线发生装置101并且取出阳极52时，在靶层22中没有发现裂缝。
另外，当观察取出的透射基板21的截面时，即使从一对表面中的一个表面24延伸到该对表面中的另一个表面25的柱形晶粒存在，也没有发现裂缝。
第二示例性实施例
在该示例性实施例中，通过使用第一示例性实施例中所描述的X射线发生装置101来创建图5C中所示的X射线成像系统60。以与第一示例性实施例相同的方式，0.1Hz,、0.1N的负载施加于从X射线发生装置101的贮存容器120突出的阳极构件42以执行X射线照相，由此获得透射的X射线图像。
实现了X射线发生装置101，在该X射线发生装置101中，即使在振动施加于X射线发生装置101的情况下，靶9也不因裂缝而损坏，放电也受到约束，并且阳极电流的变化也减小，而在靶上不因裂缝而损坏。因此，该示例性实施例的X射线成像系统60可以获得SN比高的X射线图像。
第三示例性实施例
随后，在以下给出的过程中制造设有本公开的靶的X射线发生装置，并且操作该X射线发生装置来评估输出稳定性。
图3A中例示了在该示例性实施例中创建的靶9的结构。
作为示例性实施例的靶9，制备通过化学气相沉积法创建的直径为5mm、厚度为1mm的自含多晶金刚石。对该自含多晶金刚石进行冲洗以用UV臭氧洗涤装置对其表面上的残留有机物质进行清洁。
随后，在1.1E-6Pa的总压力和1E-6Pa的氢分压的减压大气下，在1000℃下，对自含多晶金刚石执行加热处理60分钟，以获得透射基板21。氢气是被引入以用于在加热过程期间约束除了多晶金刚石的晶体结构的变化之外的不必要的氧化的还原气体。
图10A和10C中例示了该示例性实施例中所使用的透射基板21的表面24和与表面24相对的表面25的图像，这些图像是通过电子背散射衍射法观察到的。该示例性实施例中所使用的透射基板21的表面24的晶粒直径Dm24为160μm，表面25的平均晶粒直径Dm25为12μm。
随后，当对透射基板21执行拉曼(Raman)光谱法并且通过特定用于sp2键合的1580cm-1的波数来观察拉曼移位峰时，在晶粒中观察不到任何显著的峰，但是在晶粒场中观察到具有123cm-1的半带宽的拉曼移位峰。因此，该示例性实施例的透射基板21被确认是在晶粒场中选择性地具有sp2键合的基板。在上述还原气体大气下不经过加热处理的自含金刚石中，在晶粒或晶粒场内都没有观察到显著的峰。
随后，使用氩气作为透射基板21的表面24的载气，并且使用钨的烧结构件作为溅射靶，以使得通过溅射将包括钨的含金属层形成为具有6μm的厚度以获得层压构件。
在真空镜像炉中对所获得的层压构件进行烧结，以创建由碳化钨形成的靶9。靶层22的层厚度为7μm。
该示例性实施例的靶9的靶层22形成在表面24上，表面24的平均晶粒直径Dm大于与表面24相对的表面25。
随后，在靶层22的周边边缘与透射基板21的侧面之间的区域中形成导电电极47，并且在透射基板21的侧面上布置由锡银合金形成的蜡材料48。此外，在阳极构件42的管子中布置设有蜡材料48和导电电极47的靶9，然后对靶9进行加热以创建图4A中所示的阳极52。
此外，通过使用该示例性实施例的阳极52来制造图5A中所示的X射线发生管102。当对X射线发生管102的静态耐压性进行测试时，可以连续10分钟在不放电的情况下保持150kV的管电压。该示例性实施例中的静态耐压性测试是通过在不从X射线发生管102的电子发射源3产生电子束的情况下在阳极52与阴极51之间施加管电压来评估放电电压耐受性的测试。
随后，将驱动电路103电连接到X射线发生管102的阴极和阳极，然后将X射线发生管102和驱动电路103贮存在贮存容器120的内部43中，由此制造图5B中所示的X射线发生装置101。
随后，为了评估X射线发生装置101的驱动稳定性，制备图7中所示的评估系统70。评估系统70包括布置在X射线发生装置101的X射线发射窗口121前面1m的位置处的剂量计26。剂量计26被配置为能够通过经由测量控制单元203连接到驱动电路103来测量X射线发生装置101的辐射输出强度。
驱动稳定性评估中的驱动条件是，作为X射线发生管102的管电压的+110kV、作为将照射靶层22的电子束的电流密度的25mA/mm2、以及交替地重复1秒电子照射时间段和59秒非照射时间段的脉冲驱动。在电子照射时间内的中心处的1秒的平均值用作所检测的X射线输出强度。
根据保留率来执行X射线输出强度的稳定性评估，所述保留率是通过用初始X射线输出强度标准化从X射线开始输出过去100个小时之后的X射线输出强度而评估的。
在对X射线输出强度进行稳定性评估时，对从靶层22流到接地电极16的管电流进行测量，并且执行恒流控制以通过负反馈电路(未示出)将照射在靶层22上的电子电流控制为具有1％内的变化值。另外，在对X射线发生装置101的稳定驱动进行评估期间，通过放电计数器76来确认没有放电的稳定驱动。
该示例性实施例的X射线发生装置101的X射线输出的保留率为0.99。确认，在设有该示例性实施例的靶9的X射线发生装置101中，即使在长期驱动历史之后，也没有发现X射线输出的显著变化，并且获得稳定的X射线输出强度。当拆卸X射线输出强度的稳定性评估之后的X射线发生装置101并且取出阳极52时，在靶层22和透射基板21中没有发现裂缝。
制备该示例性实施例中所制备的X射线发生装置101，并且对相应X射线发生装置101中的每个执行曝光测试1000次。因此，不存在在其中阳极电流降低1％或更大的X射线发生装置101。
比较例子
除了使用单晶金刚石之外，以与第一示例性实施例相同的方式创建作为透射型基板21的靶、阳极和X射线发生装置101。通过电子背散射衍射法来观察该比较例子中所使用的单晶金刚石，并且确认被配置为支撑靶层的表面和相对表面都由单个单晶金刚石决定的事实。
以与第一示例性实施例相同的方式，当通过使用图7中所示的评估系统70对X射线发生装置101的驱动稳定性进行评估时，X射线输出的保留率大约为0.93。
制备该比较例子中所制备的X射线发生装置101，并且对相应X射线发生装置101中的每个执行曝光测试1000次。因此，确认在其中阳极电流降低10％或更多的X射线发生装置101。
发现，因为产生了真空泄漏，所以在其中确认阳极电流降低的X射线发生装置的X射线发生管不能稳定地用电子束照射靶。当取出在其中比较例子的阳极电流降低的X射线发生管并且观察阳极时，在蜡材料48和靶层22中发现裂缝。
第四实施例
在该示例性实施例中，通过使用第三示例性实施例中所描述的X射线发生装置101来创建图5C中所示的X射线成像系统60。
在该示例性实施例的X射线成像系统60中，在提供在其中X射线输出的变化受到约束的X射线发生装置101的情况下，获得SN比高的X射线照相图像。
本发明的有益效果
根据本公开，即使当在透射基板中使用多晶金刚石时，也可以提供在其中放电的产生、阳极电流的降低和X射线输出变化可以不易于发生的透射型靶。
此外，通过将本公开的透射型靶应用于X射线发生管，提供高度可靠的X射线发生管、X射线发生装置和X射线成像系统，在该X射线发生管、X射线发生装置和X射线成像系统中，放电的产生、阳极电流的降低和X射线输出变化得以缓解。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示例性实施例。权利要求的范围要遵循最宽泛的解释，以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (23)

1.一种透射型靶，包括：
靶层；和
透射基板，所述透射基板被配置为支撑所述靶层，
其中，所述透射基板包括彼此面对的第一表面和第二表面，并且由多晶金刚石形成，
其中，第一表面和第二表面中的支撑所述靶层的一个表面中所包括的多晶金刚石的第一平均晶粒直径不同于第一表面和第二表面中的另一个表面中所包括的多晶金刚石的第二平均晶粒直径。
2.根据权利要求1所述的透射型靶，其中，第一表面和第二表面中的所述一个表面是第一表面，第一表面和第二表面中的所述另一个表面是第二表面，以及
其中，所述第一平均晶粒直径小于所述第二平均晶粒直径。
3.根据权利要求2所述的透射型靶，其中，所述第一平均晶粒直径与所述第二平均晶粒直径的比率为0.75或更低。
4.根据权利要求3所述的透射型靶，其中，所述第一平均晶粒直径与所述第二平均晶粒直径的比率为0.2或更低。
5.根据权利要求2所述的透射型靶，其中，所述第一平均晶粒直径在5μm与50μm之间。
6.根据权利要求2所述的透射型靶，其中，所述第二平均晶粒直径为100μm或更大。
7.根据权利要求2所述的透射型靶，其中，所述透射基板具有在基板厚度方向上从第一表面朝向第二表面延伸的柱形晶粒。
8.根据权利要求1所述的透射型靶，其中，第一表面和第二表面中的所述一个表面是第二表面，第一表面和第二表面中的所述另一个表面是第一表面，以及
其中，所述第一平均晶粒直径大于所述第二平均晶粒直径。
9.根据权利要求8所述的透射型靶，其中，所述第一平均晶粒直径与所述第二平均晶粒直径的比率为1.3或更高。
10.根据权利要求9所述的透射型靶，其中，所述第一平均晶粒直径与所述第二平均晶粒直径的比率为5或更高。
11.根据权利要求8所述的透射型靶，其中，形成所述透射基板的多晶金刚石的晶粒场包含sp2键合。
12.根据权利要求11所述的透射型靶，其中，所述sp2键合在拉曼光谱法中由1580cm-1的拉曼移位确定。
13.根据权利要求1所述的透射型靶，其中，形成所述透射基板的多晶金刚石在基板厚度方向上具有晶粒直径分布，并且
当所述晶粒直径分布在晶粒直径轴上按照采样数量n进行采样时，平均晶粒直径Dm由以下表达式确定：
D m = Σ i = 1 n ( D i S i ) Σ i = 1 n ( S i )
其中，大于晶粒直径Di-1且不大于Di的晶粒直径是Di，大于晶粒直径Di-1且不大于Di的累积表面积是Si，i是从1到n的整数，晶粒直径D0是不小于0的实际数字。
14.根据权利要求13所述的透射型靶，其中，平均晶粒直径通过电子背散射衍射法而确定。
15.根据权利要求2所述的透射型靶，其中，所述透射基板是通过经由化学气相沉积法被沉积在晶种基板上并且移除所述晶种基板而形成的自含金刚石，
其中，所述第二表面是所述自含金刚石的生长表面侧一侧的表面，所述第一表面是所述自含金刚石的晶种基板侧表面。
16.根据权利要求8所述的透射型靶，其中，所述透射基板是通过经由化学气相沉积法被沉积在晶种基板上并且移除所述晶种基板而形成的自含金刚石，
其中，所述第一表面是所述自含金刚石的生长表面侧一侧的表面，所述第二表面是所述自含金刚石的晶种基板侧表面。
17.根据权利要求1所述的透射型靶，其中，所述靶层含有选自由钨、钽和钼构成的组的至少一种金属材料。
18.根据权利要求17所述的透射型靶，其中，所述靶层含有所选的金属材料的碳化物。
19.根据权利要求1所述的透射型靶，其中，所述透射基板的厚度在0.3μm与3mm之间。
20.根据权利要求1所述的透射型靶，其中，所述靶层的厚度在1μm与12μm之间。
21.一种X射线发生管，包括：
根据权利要求1至20中的任何一个所述的透射型靶；
电子发射源，所述电子发射源具有被配置为朝向所述靶层发射电子的电子发射部分；和
外壳，所述外壳具有排空的内部空间，
其中，
所述电子发射部分和所述靶层分别布置在所述内部空间中或者所述外壳的内表面上。
22.一种X射线发生装置，包括：
根据权利要求21所述的X射线发生管；
驱动电路，所述驱动电路分别电连接到所述靶层和所述电子发射部分，并且被配置为输出在所述靶层与所述电子发射部分之间施加的管电压。
23.一种X射线成像系统，包括：
根据权利要求22所述的X射线发生装置；和
X射线检测器，所述X射线检测器被配置为检测从所述X射线发生装置发射并且透射通过被检体的X射线。
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