CN105321785A - 固定阳极型x射线管 - Google Patents

Abstract

一个实施方式所涉及的固定阳极型X射线管具有阴极(10)、阳极(20)、阴极罩(30)、电绝缘性的真空外围器(50)。阴极(10)具有电子释放源。阳极(20)具有形成了用于释放出X射线的焦点的阳极靶(21)。阴极罩(30)包围阳极靶(21)，形成使X射线通过的开口部(30o)，并被设定为具有与阴极(10)相同的电位。真空外围器(50)收纳有阴极(10)、阳极靶(21)以及阴极罩(30)。h/r≤0.82。

Description

固定阳极型X射线管

本申请以日本专利申请2014－155744(申请日：2014年7月31日)为基础，享受该申请的优先权。本申请由于参照了该申请，因而包含了该申请的所有内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及固定阳极型X射线管。

背景技术

作为搭载于非破坏检查装置等且长时间连续地产生X射线的X射线发生源，已知有如下所述的固定阳极型X射线管。该固定阳极型X射线管包括：利用电子的冲突来产生X射线的阳极靶，具有向着阳极靶释放电子的电子释放源的阴极，以及至少将阳极靶和电子释放源的周边维持成规定的真空度的真空外围器。

真空外围器为了保持X射线管的高压绝缘而具有玻璃容器。在玻璃容器形成开口，利用X射线透过组件对上述开口进行气密性密封。X射线透过组件具有：与上述开口相对、气密性地安装于真空外围器的窗框，以及收纳于上述窗框且用铍等X射线透过性金属来形成从而使X射线透过的X射线透过窗。X射线透过窗(X射线透过组件)被接地。

从电子释放源释放出的电子被施加于阳极靶和阴极之间的电压(管电压)所加速，并与阳极靶的靶面的焦点发生冲突。与阳极靶发生冲突的电子在阳极靶上被转换成热量和X射线，所产生的X射线的一部分透过X射线透过窗而被输出。

与阳极靶发生冲突的电子之中，具有未被转换成热量或X射线而成为反冲电子并发生散射。反冲电子的方向、能量强度随着管电压、焦点附近的电场而发生变化，但通常情况下，大约40％以上的入射电子会向各个方向发生反冲。反冲电子的一部分突入X射线透过窗，然而，由于X射线透过窗由金属制成，且该X射线透过窗被接地，因此，不会发生例如使X射线管的耐压性能降低这样的问题。

在无X射线透过组件的情况下形成X射线管，此时，所产生的X射线的一部分会透过玻璃容器被输出。在此情况下，由于反冲电子长时间突入玻璃容器的内表面，因此，在上述内表面会产生细微的裂缝，从而发生X射线管的耐压性能显著降低的问题。

附图说明

图1是表示一个实施方式所涉及的固定阳极型X射线管的简要剖视图。

图2是表示放大图1所示的固定阳极型X射线管的局部而得到的简要剖视图。

图3是沿着图1的线Ⅲ－Ⅲ得到的上述实施方式所涉及的固定阳极型X射线管的剖视图，是取出真空外围器、阴极罩及阳极靶后所示的图。

图4是以折线图的方式示出了通过上述开口部的反冲电子的量相对于阴极罩的开口部的长度h与焦点到上述开口部的距离r之间的比而发生的变化的图。

具体实施方式

一个实施方式所涉及的固定阳极型X射线管包括：

阴极，该阴极具有释放电子的电子释放源；

阳极，该阳极在沿着管轴的第一方向上与所述电子释放源及所述阴极相对地配置，且具有阳极靶，该阳极靶中形成有通过照射从所述电子释放源释放出的电子来释放X射线的焦点；

阴极罩，该阴极罩包围所述阳极靶，且形成有使X射线通过的开口部，并被设定为与所述阴极具有相同的电位；以及

电绝缘性的真空外围器，该真空外围器中收纳有所述阴极、所述阳极靶和所述阴极罩，

若将所述第一方向上的所述开口部的长度设为h，将与所述第一方向垂直的第二方向上的所述焦点到所述开口部的距离设为r，则满足如下情况：

h/r≤0.82。

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，所揭示的内容仅为一个示例，对于本领域技术人员而言，对于在保留本发明主旨的情况下容易想到的适当变更，也理所应当地包含在本发明的范围内。另外，为了利用附图进行更为明确的说明，与实际的方式相比，有时示意性地对各部分的宽度、厚度、形状等进行表示，然而也仅为一个示例，不能用来限定本发明的解释。再者，在本说明书和各个附图中，对于在已有附图中已出现过的相同部分，标注相同的标号，并适当地省略详细的说明。

下面，参照附图对一个实施方式所涉及的固定阳极型X射线管进行详细说明。

如图1所示，固定阳极型X射线管1具有：阴极10、阳极20、阴极罩30、阴极本体40、真空外围器50、以及辐射体(radiator)70。

阴极10具有作为释放电子的电子释放源的灯丝(filament)11、以及聚焦电极12。在本实施方式中，向灯丝11施加负的高电压和灯丝电流。向聚焦电极12施加负的高电压。阴极10固定于阴极本体40。

阳极20具有阳极靶21、以及与阳极靶21相连接的阳极延伸部22。

阳极靶21在沿着管轴的第一方向d1上，与灯丝11(阴极10)隔开距离并相对地配置。在本实施方式中，阳极20被接地。阳极靶21具有靶本体21a、靶层21b。靶本体21a被形成为圆柱形。靶本体21a之中与阴极10相对一侧的端面从与第一方向d1垂直的假定平面起发生倾斜。靶本体21a由铜、铜合金等高热传导性的金属来形成。靶层21b设置于靶本体21a的端面的局部。靶层21b由钨(W)、钨合金等高熔点金属等来形成。在靶层21b中形成有焦点(后述为焦点F)，该焦点通过照射从灯丝11释放出且被聚焦电极12聚焦后的电子来释放X射线。

阳极延伸部22与靶本体21a相同，由铜、铜合金等高热传导性金属构成，且被形成为圆柱形。阳极延伸部22固定阳极靶21，且向周围传导由阳极靶21所产生的热量。在本实施方式中，辐射体70与阳极延伸部22相连接。辐射体70由电绝缘性材料或者导电性材料来形成。例如，能够利用热传导性及耐压特性优异的陶瓷来形成辐射体。通过利用辐射体70，能够促进热量从X射线管1向X射线管1的外部移动。另外，只要根据需要将辐射体70设置于X射线管1即可。

阴极罩30被形成为圆筒形。阴极罩30包围阳极靶21。阴极罩30在与靶本体21a的外周面之间，在整个周面上隔开间隔。阴极罩30由金属等导电材料来形成。阴极罩30被设定为与阴极10具有相同电位。在本实施方式中，阴极罩30的一个端部固定于聚焦电极12，阴极罩30被设定为与聚焦电极12具有相同电位。在阴极罩30形成了使X射线通过的开口部30o。

在本实施方式中，开口部30o在与第一方向d1垂直的第二方向d2上，与靶层21b相对。通过设置开口部30o，能够将来自阴极罩30的利用X射线的吸收率设为0％。

真空外围器50收纳有阴极10、阳极靶21以及阴极罩30。真空外围器50形成为使阳极延伸部22露出。真空外围器50被形成为筒状，具有利用阳极本体40来气密性密封的一个端部、以及利用阳极20来气密性密封的另一个端部。真空外围器50的内部维持成规定的真空度。另外，利用排气口60将真空外围器50的内部抽成真空。排气口60被气密性密封。

真空外围器50具有由电绝缘材料形成的电绝缘性的容器以及由金属形成的金属容器52。作为上述电绝缘材料，可举例例如硼硅玻璃这样的玻璃、例如氧化铝这样的陶瓷等。在本实施方式中，上述电绝缘材料是玻璃，电绝缘性的容器是玻璃容器51。

玻璃容器51被形成为筒状。玻璃容器51与阴极罩30之间形成有间隙。通过例如熔接多个玻璃构件，能够形成气密性接合而成的玻璃容器51。由于玻璃容器51具有X射线透过性，因此，从阳极靶21释放出的X射线透过玻璃容器51，被释放至真空外围器50的外侧。

金属容器52与玻璃容器51及阳极20气密性连接。金属容器52气密性固定于靶本体21a和阳极延伸部22的至少一方。此处，通过焊接，使金属容器52与阳极延伸部22气密性连接。另外，通过熔接，使金属容器52与玻璃容器51气密性连接。在本实施方式中，将金属容器52形成为环形。利用例如可伐(Kovar)来形成金属容器52。金属容器52的热膨胀率基本等于玻璃容器51的热膨胀率。

如图2及图3所示，将第一方向d1上开口部30o的长度设为h。将第二方向d2上焦点F与开口部30o的距离设为r。此处，距离r是在第二方向d2上从焦点F的中心到开口部30o的X射线入口的中心为止的距离。另外，将与第一方向d1及第二方向d2垂直的第三方向d3上的开口部30o的长度设为w。例如，h/r＝0.5，h＝w。在此情况下，垂直地投影到与第一方向d1及第三方向d3平行的假定平面上的开口部30o为理想的圆。

如上所述，形成了X射线管1。

如图1至图3所示，在上述X射线管1的动作中，向阴极10和阳极20之间施加电压(管电压)，在阴极10和阳极20之间产生强电场。从灯丝11释放出的电子(e)被管电压加速，从而形成电子束。此时，电子束被聚焦电极12所聚焦。电子束与靶层21b发生冲突，形成焦点F，从而转换成热能和X射线。从焦点F产生的X射线之中的利用X射线(x)通过设置于阴极罩30的开口部30o，透过玻璃容器51，放射至X射线管1的外部。

此处，本申请的发明者等使开口部30o的长度h与焦点F与开口部30o的距离r之比(h/r)发生变化，并调查通过开口部30o的反冲电子(er)的量。图4中示出了调查结果。

如图4所示，此处，准备了第一至第八实施例的X射线管1的样本、以及比较例的X射线管的样本，来进行调查。各个样本的上述比(h/r)如下所示。

(实施例1)h/r＝0.27

(实施例2)h/r＝0.37

(实施例3)h/r＝0.46

(实施例4)h/r＝0.50

(实施例5)h/r＝0.54

(实施例6)h/r＝0.64

(实施例7)h/r＝0.73

(实施例8)h/r＝0.82

(比较例)h/r＝0.91。

在实施例1至实施例3的X射线管1中，通过开口部30o的反冲电子的量是最小的。在图4中，对通过开口部30o的反冲电子的量进行标准化，并以相对值的方式来示出。此处，通过开口部30o的反冲电子的量的最小值的相对值为1。

也就是说，在h/r＝0.27、h/r＝0.37、h/r＝0.46的条件下，上述相对值为1。

在h/r＝0.50的条件下，上述相对值为2。

在h/r＝0.54的条件下，上述相对值为3。

在h/r＝0.64的条件下，上述相对值为4。

在h/r＝0.73、h/r＝0.82的条件下，上述相对值为5。

在h/r＝0.91的条件下，上述相对值为6。

因此，由于通过减小比(h/r)能够抑制通过开口部30o的反冲电子的量，因此优选。相比于h/r＝0.91的情况，优选h/r≤0.82的情况。在h/r≤0.82的范围内，优选h/r≤0.64的情况。在h/r≤0.64的范围内，优选h/r≤0.54的情况。在h/r≤0.54的范围内，优选h/r≤0.50的情况。在h/r≤0.50的范围内，优选h/r≤0.46的情况。

根据如上所述构成的一个实施方式所涉及的固定阳极型X射线管1，X射线管1具有阴极10、阳极20、阴极罩30以及真空外围器50。阴极10具有用于释放电子的灯丝11。阳极20具有阳极靶21，该阳极靶中形成有通过照射从灯丝11释放出的电子来释放X射线的焦点F。阴极罩30包围阳极靶21，形成使X射线通过的开口部30o，并被设定为具有与阴极10相同的电位。真空外围器50收纳有阴极10、阳极靶21以及阴极罩30，且具有电绝缘性。

X射线管1具有阴极罩30。因此，利用阴极罩30所形成的电场作用，从阳极靶21飞散出来的反冲电子(er)被押回阳极靶21一侧，与阳极靶21发生撞击。因此，能够降低突入玻璃容器51的反冲电子的量。

X射线管1满足h/r≤0.82的条件。因此，相比于h/r＝0.91的比较例的X射线管，能够抑制通过开口部30o而突入玻璃容器51的反冲电子(er)的数量。由于能够抑制耐压性能的劣化，因此，能够获得可长期稳定动作的X射线管1。

另外，在h/r＝0.91的情况下，X射线管1的耐压性能发生显著的劣化，导致无法得到长期稳定动作的X射线管。玻璃容器51位于阴极罩30的开口部30o附近，从而使大部分反冲电子(er)通过开口部30o而突入玻璃容器51。

优选X射线管1满足h/r≤0.50的条件。由此，能够充分地抑制突入玻璃容器51的反冲电子(er)的数量，能够使X射线管1长期地稳定动作。

在没有X射线透过组件的情况下，形成X射线管1。由此，能够抑制X射线管1的尺寸变大并且能够抑制制造成本的提高。

另外，在X射线管1使用X射线透过组件的情况下，在玻璃容器51形成有开口，且利用X射线透过组件来气密性密封上述开口。X射线透过组件具有：与上述开口相对且气密性地安装于真空外围器50的窗框，以及收纳于上述窗框且用铍等X射线透过性金属来形成从而使X射线透过的X射线透过窗。X射线透过窗(X射线透过组件)被接地。

在此情况下，虽然反冲电子直接突入X射线透过窗(铍窗)，但由于X射线透过窗被接地，因此不会发生X射线管的耐压性能降低的问题。因此，根据使用了X射线透过组件的现有的X射线管，无法想到本实施方式的基本构想。

如上所述，能够抑制尺寸的扩大和制造成本的提高，能够得到可长期稳定动作的固定阳极型X射线管1。

虽然说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式作为示例而提出，并没有限定发明范围的意图。上述的新的实施方式能够用其他各种方式来实施，在不脱离发明主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。上述实施方式及其变形均包含在发明范围及其主旨中，且包含在权利要求保护范围所记载的发明及其等效范围内。

例如，在上述实施方式中，设定为h＝w，但是在此情况下，垂直投影到与第一方向d1及第三方向d3平行的假定平面上的开口部30o为正方形等，也可以是其他形状。

另外，在上述实施方式中，设定为h＝w，但并不仅限于此，可以有各种变形，例如可以是h≤w。作为用于抑制通过开口部30o且突入玻璃容器51的反冲电子(er)的数量的必要条件，与上述比(h/r)是有关的，但是与长度h和长度w之比无关。在h＜w情况下，垂直地投影到与第一方向d1及第三方向d3平行的假定平面上的开口部30o为长方形(矩形)、圆角长方形以及其他形状。此处所说的圆角长方形具有长度相等的2条平行线和半径相等的2个半圆。通过使h＜w，能够使利用X射线照射到与管轴垂直的方向的照射范围更广。

再者，为了能够抑制尺寸的扩大和制造成本的提高，且得到可长期稳定动作的固定阳极型X射线管1，也可使w＜h。。但是，并不优选使利用X射线的照射范围变窄这一点。

本发明的实施方式适用于各种固定阳极型X射线管。例如，本发明的实施方式不仅适用于阳极接地型的X射线管，也能够适用于阴极接地型的X射线管、中性点接地型的X射线管。再者，在阴极接地型的X射线管的情况下，阴极10及阴极罩30被接地，且向阳极靶21(阳极20)施加正的高电压。在中性点接地型的X射线管的情况下，向阴极10及阴极罩30施加负的高电压，向阳极靶21(阳极20)施加正的高电压。

Claims (5)

1.一种固定阳极型X射线管，其特征在于，包括：

阴极，该阴极具有释放电子的电子释放源；

阳极，该阳极在沿着管轴的第一方向上与所述电子释放源及所述阴极相对地配置，且具有阳极靶，该阳极靶中形成有通过照射从所述电子释放源释放出的电子来释放X射线的焦点；

阴极罩，该阴极罩包围所述阳极靶，且形成有使X射线通过的开口部，并被设定为与所述阴极具有相同的电位；以及

电绝缘性的真空外围器，该真空外围器中收纳有所述阴极、所述阳极靶和所述阴极罩，

若将所述第一方向上的所述开口部的长度设为h，将与所述第一方向垂直的第二方向上的所述焦点到所述开口部的距离设为r，则满足如下情况：

h/r≤0.82。

2.如权利要求1所述的固定阳极型X射线管，其特征在于，

h/r≤0.5。

3.如权利要求1或2所述的固定阳极型X射线管，其特征在于，

所述距离r是从所述第二方向的所述焦点的中心到所述开口部的所述X射线的入口的中心为止的距离，

将与所述第一方向及所述第二方向垂直的第三方向上的所述开口部的长度设为w，则满足如下情况：

h≤w。

4.如权利要求3所述的固定阳极型X射线管，其特征在于，

h＝w，

垂直地投影到与所述第一方向及所述第三方向平行的假定平面上的所述开口部为理想的圆或者正方形。

5.如权利要求3所述的固定阳极型X射线管，其特征在于，

h＜w，

垂直地投影到与所述第一方向及所述第三方向平行的假定平面上的所述开口部为长方形或者圆角长方形。