CN104952677B

CN104952677B - X射线产生装置

Info

Publication number: CN104952677B
Application number: CN201510080168.2A
Authority: CN
Inventors: 宫冈明宽
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2035-02-13
Also published as: US20150279608A1; JP6264145B2; EP2924705A1; US9589759B2; EP2924705B1; CN104952677A; JP2015191795A

Abstract

提供一种使用在保持真空容器内的真空状态的情况下，能够改变靶面上的X射线产生点，而且防止了变更时的焦点移动的长寿命的透过型靶的X射线产生装置。将真空容器(1)的包括靶(2)的设置部分的一部分利用连结部件(5)而以相对于容器主体部(1a)能够移动的方式连结，以作为容器可动部(1b)，利用该容器可动部(1b)的移动，使X射线产生点变化，并且，在使来自电子源(7)的电子静电地加速和集束的电极组(8)、(9)、(10)中的最终级的电极(10)与靶(2)之间配置固定于容器主体部(1a)而形成的固定阳极(12)，以抑制由容器可动部(1b)的移动导致的电场形状的变化。

Description

X射线产生装置

技术领域

本发明涉及一种利用在产业用X射线检查装置或医疗用X射线检查装置、或者利用X射线的衍射或折射的各种X射线分析装置或测定装置等中的X射线产生装置，更详细地讲，涉及一种将在真空容器内使电子撞击靶而产生的X射线以沿着电子前进方向的方向为中心放出到真空容器外的透过型X射线产生装置。

背景技术

在真空容器内通过使电子撞击靶来产生X射线的类型的X射线产生装置具有两种类型，一种使用将X射线向与电子的前进方向不同的方向放出的反射型靶；另一种使用将X射线向与电子的前进方向大致相同的方向放出的透过型靶。透过型靶通常是由薄膜形成的，因此，与能够使用块体材料的反射型靶相比，寿命短。为了延长该透过型靶的寿命，而进行了各种尝试，即：在靶面内设定多个X射线产生点，以使得能够改变靶上的电子束的照射位置。

即，在使用透过型靶的X射线产生装置之中的如图4所示的开放型的X射线产生装置中，构成为：在真空容器401内容纳有具有电子源以及电极组的所谓的电子枪402，并且能够通过真空泵403随时将真空容器401内抽真空。将一体地形成靶的X射线照射窗404设置成在与电子枪402的电子束B的轨道偏心的位置上使用O型环405而与真空容器保持气密性的结构，并且，通过旋转该X射线照射窗404，能够比较简单地在靶面内设置多个X射线产生点。

相比之下，在图5所示的密闭型的X射线产生装置中，一体地形成靶的X射线照射窗504是通过焊接或硬焊而与真空容器501气密性固定的，因此，不能如上所述进行旋转。另外，在该密闭型的结构中，不能够改变电子枪502的电子束B对靶的照射位置，因此，有人提出了以下所示的对策。

其中的一种技术为：以使能够沿着真空容器外侧的周围移动的方式设置永久磁铁，通过改变该永久磁铁的位置，使该永久磁铁在真空容器内形成的磁场变化，从而使电子束的轨道变化，这样就改变了对靶的照射位置(例如，参照专利文献1)。

另外的一种技术为：真空容器被设置成以下结构，即：用不同部件来形成用于固定电子枪的主体部和用于固定一体地形成靶的X射线照射窗的靶保持部，并且将它们通过连结体以能够相对变位的方式连结，通过使靶保持部相对于电子枪的电子束的轨道向任意的方向倾斜，从而使电子束对靶的照射位置改变(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2009-043741号公报

专利文献2：JP特开2011-113705号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

在用于在使用透过型靶的X射线产生装置中的靶面内设置多个X射线产生点的所述现有技术中，在改变真空容器内的电子束的轨道的专利文献1所记载的技术中，当每次变更X射线产生点时，相对于被固定的真空容器，X射线产生点的绝对位置会移动。即、X射线的焦点发生移动。

在此，在X射线检查装置中，如果焦点移动，则即使在同一位置放置样品，透视区域也会变化，而且，会需要进行装置系统的各种参数的重建或装置构成部件的位置调整等各种各样的再次调整，因此，不为优选。

因此，为了解决这种问题而将X射线的焦点位置保持为恒定，当每次在靶面上变更X射线的产生点时，需要对真空容器的位置、即整个X射线产生装置进行微小移动的调整。

另一方面，在专利文献2的技术中，将真空容器内的电子束轨道固定，相对于该电子束轨道，使包括一体地形成靶的X射线照射窗(以下，称为靶部件)的真空容器的一部分移动，虽然看上去不会产生所述焦点移动的问题，但如下所示，实际上会产生尽管是少许的焦点移动、但这种少许的焦点移动在微小焦点X射线产生装置中是不能够被忽视的。

即，在将微小焦点X射线产生装置小型化的情况下，很多时候会在密闭型的真空容器中使用通过多个电极产生的磁场来将电子静电地集束的电子集束系统，但在这种情况下，通常将用于加速电子的阳极也同时用作用于产生X射线的靶部件。即，将靶部件同时作为阳极来使用。

如专利文献2公开的技术那样，如果使包括靶部件在内的真空容器的一部分相对于容器主体部进行变位，则真空容器内的内表面的凹凸形状会发生变化，从而使真空容器内部的电场形状发生变化。随着该电场形状的变化，电子束的轨道变化，这就导致了X射线产生点的绝对位置的移动、即焦点移动。因此，即使利用专利文献2的技术，为了将X射线的焦点位置保持为恒定，每当在靶面上变更X射线产生点时，也需要对整个X射线产生装置进行微小移动的调整。

另外，如果长时间地对靶部件照射电子束，则靶会由于电子的撞击而产生大量的热，因此，靶部件附近的温度上升而发生热膨胀。在真空容器的内部结构的中心轴与电子束的轨道变得不一致的专利文献1的方式；或者相对于电子束的轨道而言真空容器的内部结构在靶部件附近变成非对称的专利文献2的方式这两种方式的任何一种方式中，真空容器内的电场形状都会随着该热膨胀而发生变化，由此，会导致随时间变化的焦点移动。即，在从装置的停止状态起照射电子的情况下，基于达到热平衡为止的期间内的热膨胀而会产生焦点移动。因热膨胀导致的焦点移动，还会产生以下的问题。

在用CT装置等进行长时间拍摄的情况下，如果在拍摄中产生焦点移动，则所获得的CT图像的画质降低，并且对装置性能也产生影响。例如，在微聚焦X射线产生装置中，即使是μm量级的焦点移动也是不希望出现的。

本发明就是鉴于这种实际情况而实现的，其课题在于提供一种如下所述的X射线产生装置，即：在使用透过型靶的X射线产生装置中，在不破坏真空容器的真空状态的情况下，以在密闭型的装置中也能够使用的结构为基础，能够通过在靶面上设置多个X射线产生点来延长靶的寿命，并且几乎不会发生当X射线产生点变更时的焦点移动，还能够尽可能地减小由于长时间使用时的热膨胀导致的焦点移动。

解决技术课题的手段

为了解决所述课题，本发明的X射线产生装置的特征如下，在具有一体地形成靶的X射线照射窗的真空容器内，设置电子源以及针对该电子源和真空容器分别赋予规定的电位差的电极组，通过在真空容器内形成的电场，对来自所述电子源的电子进行加速和集束，并照射在所述靶上，由此，产生X射线，并经由所述照射窗放出到外部，在所述X射线产生装置中，包括将所述X射线照射窗在内的所述真空容器的一部分通过连结部件而与真空容器主体部以能够移动的方式连结，并且，在所述真空容器内，在所述电极组的最终级的电极与所述靶之间，以固定于真空容器主体部的状态设置有阳极，该阳极与真空容器呈相同电位且形成有使电子透过的孔(技术方案1)。

在此，在本发明中，所述阳极能够优选地采用设置在所述靶的最近处的结构(技术方案2)。

另外，在本发明中，优选采用所述阳极至少在反射电子有可能撞击的范围内使用原子序数为13以下的轻元素部件的结构(技术方案3)。

而且，在本发明中采用以下结构，即：所述连结部件是使包括所述X射线照射窗在内的真空容器的一部分与所述真空容器主体部以能够平行移动的方式进行连结的部件，在所述真空容器的外部设置有限制部件，该限制部件与包括所述X射线照射窗在内的真空容器的一部分抵接，且使其姿态限制为相对于所述真空容器主体部呈平行移动状态(技术方案5)。

本发明利用连结部件将包括一体地形成靶的X射线照射窗在内的真空容器的一部分与真空容器主体部以能够移动的方式连结，由此，使靶侧相对于电子束轨道移动，从而能够在其表面内设置多个X射线产生点，在该靶以及与其一体形成的X射线照射窗的前级，将与它们电位相同的阳极以固定在真空容器主体部侧的方式配置，由此来分别抑制伴随着包括X射线照射窗在内的真空容器的一部分的移动而导致的电场形状的变化、以及伴随着长时间的使用所引起的升温而导致的电场形状的变化。

即，本发明通过使电子束轨道成为恒定，并相对于该轨道使靶侧移动，从而能够在靶面内设置多个X射线产生点，虽然在这一点上与专利文献2的技术相同，但在专利文献2中，是通过使包括构成阳极的靶部件在内的真空容器的一部分相对于容器主体部变位，从而使电场形状随着真空容器的内表面形状的变化而变化，基于由此引起的电子束的轨道变化而发生焦点移动，相比之下，在本发明中，在靶部件的前级，另外将相同电位的阳极以固定在真空容器主体侧的状态下配置。由此，真空容器内的电场形状由电子源与电极组以及在本发明中追加配置的阳极来决定，即便使包括靶部件在内的真空容器的一部分移动，真空容器内的电场形状实质上也几乎不会变化，电子束轨道也不变化。

另外，在使靶侧移动的本发明的结构中，伴随着对靶长时间照射电子束所引起的升温而导致的热膨胀，相对于电子束轨道产生非对称，虽然这一点与专利文献2的情况相同，但在本发明中，在靶的前级将相同电位的阳极以固定在真空容器主体侧的方式配置，在该阳极与靶之间没有电位差，因此，不会发生对电子束轨道产生影响的这种程度的电场形状的变化。因此，由于长时间使用而导致的焦点移动，也就成为在微聚焦X射线产生装置中能够忽略的程度的量。

另外，如技术方案2所涉及的方案那样，本发明具有以下优点，即：在靶与最终级的电极之间以固定于真空容器主体部的方式设置的阳极被设置在靶的最近处，由此，能够使在靶面上集束的电子束光点的直径减小。

而且，照射在靶上的电子束的一部分发生反射而与阳极撞击，从而产生X射线，这就成为了在产业用的X射线装置等中画质变差的原因。因此，如技术方案3所涉及的方案那样，作为阳极的构成部件，优选至少在反射电子有可能撞击的范围内，使用原子序号13以下的轻元素物质、例如铍、碳或铝等。

另外，如技术方案5所涉及的方案那样，根据由能够平行移动的连结部件和配置在真空容器外的限制部件进行的姿态的限制，使真空容器的一部分相对于真空容器主体部平行移动，由此，进行靶面上的X射线产生点的移动，这样的话，能够将靶与电子束轨道的偏心率，与长期以来致力于此的现有技术相比，确实地增大了，并且，能够更多地设置X射线产生点的设定数量，其结果是，能够进一步延长靶的寿命。

发明的效果

根据本发明，将包括一体地形成靶的X射线照射窗的真空容器的一部分用连结部件以相对于真空容器主体部能够移动的方式连结，利用该移动能够变更电子束对靶的照射位置，由此，在靶面上设置多个X射线产生点来延长其寿命，并且在用于将电子束加速和集束的电极组的最终级的电极与靶之间，将与该靶相同电位的阳极以固定在容器主体部的方式配置，由此，即便使靶以及包括X射线照射窗在内的真空容器的一部分移动，真空容器内的电场形状也不会变化，就变得实质上不会产生当变更X射线产生点时的X射线焦点的移动。

另外，通过在靶与电极组之间设置与靶电位相同的阳极，也能够抑制伴随着长时间使用而导致靶附近的真空容器温度上升的热膨胀所引起的电场形状的变化，并能够尽可能地减少长时间使用而导致的X射线焦点的移动。

由以上所述可知，在使用透过型靶的密闭型的X射线产生装置中使用本发明，能将X射线产生点变更时的X射线焦点的移动与长时间使用时的X射线焦点的随时间经过的变化抑制为在实际应用中能够忽视的程度，并能够延长靶的寿命。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的示意剖视图。

图2是靶移动状态下的真空容器内的电场形状的说明图，图2(a)是图1的状态；图2(b)表示没有固定阳极的结构。

图3是长时间使用时的靶附近的电场形状的说明图，图3(a)是图1的状态，图3(b)表示没有固定阳极的结构。

图4是使用开放型的真空容器的X射线产生装置的结构的说明图。

图5是使用密闭型的真空容器的X射线产生装置的结构的说明图。

图中：

1 真空容器

1a 容器主体部

1b 容器可动部

2 靶

3 X射线照射窗

4 靶部件

5 连结部件

6 筒状体

7 电子源

8 电极(栅极)

9 电极(导出电极)

10 电极(集束电极)

11 电子枪

12 固定阳极

12a 贯穿孔

13 支撑体

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的实施方式的示意剖视图。

真空容器1是密闭型，在其顶部固定安装有一体地形成薄膜状的靶2和X射线照射窗3而成的靶部件4。该真空容器1构成使包括靶部件4的配置位置的上侧的一部分与下侧的容器主体部1a用连结部件5连结的容器可动部1b。连结部件5使容器可动部1b相对于容器主体部1a平行移动，换言之，能够向与容器主体部1a的中心轴Oa正交的方向移动的部件例如焊接波纹管构成。

在真空容器1的外侧设置有包围容器可动部1b的周围的定位停止件1c。该定位停止件1c是例如圆环状的部件，是挤压容器可动部1b的侧面的部件，例如，如图所示，通过利用拧入定位停止件1c的压下螺丝1d来按压，使容器可动部1b的相反一侧的侧面与定位停止件1c贴紧，由此来限制容器可动部1b的位置与姿态，从而能够保持相对于容器主体部1a以恒定距离平行移动的状态。靶部件4设置在容器可动部1b的中心轴Ob上，通过使该容器可动部1b与定位停止件1c相抵接，靶部件4的中心成为相对于容器主体部1a的中心轴Oa偏心了规定的距离r的状态。

所述定位停止件1c是本发明中的限制部件。另外，作为用于使容器可动部1b平行移动的限制部件，不局限于所述结构，例如，也可以由设置在容器可动部的凸缘状部件与具有能以滑动的方式支撑它的沟槽的支撑部件等构成。

在真空容器1的内部，容纳有在筒状体6内具有电子源7以及三个电极8、9、10的电子枪11，该电子枪的下端部固定在容器主体部1a上，其中心轴与Oa轴同轴。向电子源7供电用来加热以使产生热电子，并且向该电子源7以及各电极8、9、10根据各自的作用而施加负的高电压。真空容器1和固定于真空容器1的靶部件4电接地。

即，针对用于对靶加速电子的接地电位，向电子源7施加从负的数10kV到负的100数10kV的高电压。电极8发挥抑制在电子源7产生的电子扩散的栅极的功能，对电子源7施加从负的数10V到负的数100V左右的电压。电极9发挥将由栅极(电极8)抑制的电子导出的导出电极的功能，对电子源7施加从负的数100V到正的1000数100V的电压。电极10发挥将导出电极(电极9)导出的电子通过与以下所示的固定阳极12的相互作用而集束的集束电极的功能，对电子源7施加从正的数100V到正的1000数100V的电压。

所述的固定阳极12配置在以上的各电极8、9、10中的最终级的电极10与靶部件4之间。该固定阳极12被设为与靶部件4相同的接地电位，并在其中心形成了用于使电子通过的贯穿孔12a，而且通过支撑部件13而被固定在容器主体部1a上。在电子源7产生的电子成为由于各电极8、9、10以及固定阳极12在真空容器1内所形成的电场的缘故而被静电地加速和集束的电子束B，并且通过沿着容器主体部1a的中心轴Oa的轨道被照射到接地电位的靶部件4上，这样一来，就将由靶2产生的X射线通过X射线照射窗3而放出到外部。

在以上的实施方式中，在使容器可动部1b与定位停止件1c相抵接的状态下，靶部件4的中心成为相对于沿着容器主体部1a的中心轴Oa的电子束B的轨道偏心了距离r的状态，这样就变成对从靶部件4的中心起偏心了距离r的位置照射电子束B。通过使容器可动部1b的移动方向变化，从而能够在一体地形成于靶部件4的下表面上的靶2的表面上，在半径r的弧上设置多个X射线产生点。而且，当该X射线产生点变更时，电子束B的轨道不发生变化。

即，根据图1的实施方式，如在图2(a)中显示的等电位线Lep1所示，真空容器1内的电场形状由筒状体6以及电极10与固定阳极12以及支撑部件13来决定，因此，即便使容器可动部1b的位置变化，真空容器1内的电场形状也不会变化。因此，电子束B的轨道也不会由于容器可动部1b的移动而变化，X射线产生点的绝对位置也不会移动，因此，不会发生焦点移动。

相比之下，图2(b)表示的是在不设置固定阳极12以及支撑部件13的情况下的等电位线Lep2。在无固定阳极12以及支撑部件13的情况下，真空容器1内的电场形状由筒状体6以及电极10与包括在该结构中形成阳极的靶部件4的容器可动部1b来决定，因此，通过使容器可动部1b的位置移动，真空容器1内的电场形状变化，随之而来的就是电子束B的轨道发生变化，X射线产生点的绝对位置也移动，从而使焦点移动。

另外，根据图1的实施方式，如下所示，实质上也变得不会发生由于长时间使用而导致靶部件4附近温度上升所引起的焦点移动。

靶部件4相对于真空容器1的固定结构，由于通过将真空容器1内部抽真空，而能够在靶部件4中始终使力作用于真空容器1的内侧，或者能够使被摄体等尽可能地接近靶部件4，因此，由于需要在靶部件4的外侧不设置结构物等的缘故，一般采用以下的结构，即：如图3(a)所示，在真空容器1(容器可动部1b)设置向靶部件4的下侧伸出的内凸缘部1e，将靶部件4的上表面与真空容器1(容器可动部1b)的上表面作为同一平面，用内凸缘部1e来支撑靶部件4的下表面。在使容器可动部1b移动的状态下，该容器可动部1b相对于电子束B的轨道呈偏心的状态，以所述内凸缘部1e为代表的真空容器1内部的凹凸形状以电子束B的轨道为中心呈非对称。如果在该状态下真空容器1的内部结构物发生热膨胀，则针对电子束B非对称的凹凸的位置关系发生变化。

在图1的实施方式中，在靶部件4与电极10之间设置被固定在容器主体部1a上的固定阳极12，真空容器1的电场形状由该固定阳极12与电极8、9、10等来决定，因此，如图3(a)所示，即使由于长时间使用的缘故而使靶部件4附近的温度上升，且内凸缘部1e如用双点划线所示那样发生热膨胀，真空容器1内的等电位线Lep1也几乎不变化。因此，这种情况下的电子束B的轨道成为在实用中能够忽视的程度，即使长时间使用也不会发生焦点移动。

相比之下，在无固定阳极12的情况下，如图3(b)所示，如果由于长时间使用的缘故而使靶部件4附近的温度上升，且内凸缘部1e如用双点划线所示那样发生热膨胀，则相对于电子束B实质上构成阳极的部件的凹凸会相对于该电子束B非对称地移动，等电位线Lep2发生变化。即，电场形状变化，从而电子束B的轨道变化。由此，如果从装置的停止状态起开始X射线的产生，则X射线发生点的绝对位置会随时间经过而变化，发生焦点移动。

在此，在图1的实施方式中，对于固定阳极12的上下方向的位置没有特别限定，如图所示，将固定阳极12设置在靶部件4的最近处，对于减小照射到靶2表面上的电子束B的光点直径是有用的。固定阳极12和靶部件4都接地，并且电位相同，因此，假设接触也不会产生电方面的问题。因此，优选固定阳极12尽可能地接近靶部件。

另外，照射到靶2的电子束B的一部分发生反射而与固定阳极12撞击，从而产生X射线，但该X射线在例如产业用的X射线装置等中会成为画质降低的主要原因，因此优选该X射线尽量地少，固定阳极12的至少可能使反射电子撞击的范围(可以仅是表面)的材质，优选是X射线产生量少的例如铍或碳、铝等轻元素物质。

另外，以上的实施方式，通过将本发明用于使用密闭型的真空容器的X射线产生装置中，能够在不破坏真空容器的真空状态的情况下设置多个X射线产生点，并且抑制了焦点移动的发生，但本发明不局限于密闭型的真空容器，即使是使用开放型的真空容器的X射线产生装置，只要是利用电极组来使电子静电地加速和集束的类型，就能够适用本发明。

Claims

1.一种X射线产生装置，用于支撑一体地形成靶的X射线照射窗而在靶的下侧伸出的内凸缘部被设置于真空容器内，所述内凸缘部成为支撑朝向真空容器内侧的所述靶的下表面的构造，设置电子源以及针对该电子源和真空容器分别赋予规定的电位差的电极组，通过在真空容器内形成的电场，对来自所述电子源的电子进行加速和集束，并照射在所述靶上，由此，产生X射线，并经由所述X射线照射窗放出到外部，

所述X射线产生装置的特征为，

将包括所述X射线照射窗在内的所述真空容器的一部分通过连结部件而与真空容器主体部以能够移动的方式连结，并且

在所述真空容器内，在所述电极组的最终级的电极与所述靶之间，以相对于真空容器主体部被固定的状态配置有阳极，该阳极与真空容器呈相同电位且形成有用于使电子透过的孔。

2.根据权利要求1所述的X射线产生装置，其特征为，

所述阳极设置在所述靶的最近处。

3.根据权利要求1所述的X射线产生装置，其特征为，

所述阳极至少在反射电子有可能撞击的范围内使用原子序数为13以下的轻元素部件。

4.根据权利要求2所述的X射线产生装置，其特征为，

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的X射线产生装置，其特征为，

所述连结部件是使包括所述X射线照射窗在内的真空容器的一部分与所述真空容器主体部以能够平行移动的方式进行连结的部件，

在所述真空容器的外部设置有限制部件，该限制部件与包括所述X射线照射窗在内的真空容器的一部分抵接，且将其姿态限制为相对于所述真空容器主体部呈平行移动状态。