CN109791864A - X射线管 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够使从支架轴放射的不必要的X射线减少从而获得清晰的X射线图像的X射线管。具有：电子源(12)，产生电子束(B)；阳极(13)，将该电子束(B)加速，并且具有供电子束(B)穿过的孔(13a)；筒状的支架轴(14)，形成供穿过该阳极(13)的孔(13a)后的电子束(B)穿过的通路；磁透镜(17),配置在该支架轴(14)的周围并将电子束(B)聚集；靶支架(15),与支架轴(14)连结；靶(16),配置在该靶支架(15)内,电子束(B)与该靶(16)碰撞；以及照射窗(15b),配置于靶支架(15),用于将从靶(16)产生的X射线取出到外部，支架轴(14)的内壁由碳材形成，从而减少电子束(B)与支架轴(14)撞击时所产生的X射线。
Description
技术领域
本发明涉及在X射线产生装置中使用的X射线管，特别涉及从微小焦点进行照射的X射线管。
背景技术
当利用透视X射线或者X射线CT对检查对象物的微细的内部结构进行非破坏检查时，为了获得没有模糊的清晰的X射线图像，采用使用了具有微小焦点的X射线管的微焦点X射线检查装置而。在微焦点X射线检查装置等中使用的X射线管通过将借助于磁透镜调焦至微米级的电子束照射到靶，来实现小的X射线焦点(参照专利文献1)。
在图3中示出了用于这样的微焦点X射线检查装置的X射线管的构成的一例。从灯丝(电子源)12朝向接地的阳极13射出电子束B，灯丝(电子源)12在高真空排气后的真空腔11内被施加负电压从而成为阴极，真空腔11安装有真空计G和涡轮分子泵TMP。在阳极13的中央设置有孔13a，电子束B被加速并穿过阳极13的孔13a，进而穿过与该孔13a连通连接的圆筒状的支架轴14，从而照射到配置在靶支架15内的靶16。靶支架15的外侧由水冷机构15a(也可以是空冷机构)冷却。
在支架轴14的外侧设置有将电子束B聚集的磁透镜17和调节方向的转向器18，穿过支架轴14的电子束B借助于磁透镜17被调焦至微米级，并聚焦于靶16上的X射线焦点。
靶16设置于磁透镜17的前端侧，但是为了将焦点调小，需要使磁透镜17的前端部分为完全轴对称的形状。由于如果在磁透镜17上设置固定孔等固定部则失去对称性，所以在阳极13侧经由凸缘19利用O形环密封件20使支架轴14气密地固定。
供电子束B穿过的支架轴14的内径是10mm左右，要求该支架轴14不易被磁化、具有散热性、进而由于当电子束B与内壁撞击时局部变成高温所以要求是高熔点。另外，作为满足这些要求的材料，使用钨合金。
即，钨是熔点为3685K的非磁性的重金属，对于由于电子束引起的局部温度上升，也充分地具有耐性。不过，由于若是单体金属则加工性差，为了使加工容易，而作为钨合金使用。此外，关于靶支架15，从防止X射线从X射线照射窗以外的方向射出的观点出发，也使用钨合金，靶支架15与支架轴14通过钎焊固定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-25484号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，在如上所述的X射线管中，虽然期望电子束B以不与支架轴14的内壁撞击的方式穿过支架轴14，但是实际上有困难，穿过支架轴14内的电子束B或多或少都会与支架轴14的内壁撞击，从而产生X射线。
像已经说明的那样，支架轴14采用钨合金。另外，已知电子束与阳极撞击的情况下的在阳极处的X射线产生效率取决于阳极材料的原子序数。钨是重金属，因此原子序数比较大，即使是钨合金也产生较大量的X射线。
如果由于电子束B撞击而从支架轴14的内壁也产生X射线，则即使利用磁透镜17使电子束B聚集，不仅从靶16上的X射线焦点放射的X射线从X射线照射窗射出，而且从支架轴14的内壁产生的X射线的一部分也从X射线照射窗射出，其结果是，通过X射线检查等得到的X射线图像成为不清晰的模糊的图像。
为此，本发明的目的在于提供一种能够使从支架轴放射的不必要的X射线减少从而获得清晰的X射线图像的X射线管。
用于解决技术问题的方案
为了解决上述技术问题而完成的本发明的X射线管具有：电子源，产生电子束；阳极，将该电子束加速，并且具有供所述电子束穿过的孔；筒状的支架轴，形成供穿过了该阳极的孔之后的电子束穿过的通路；磁透镜,配置在该支架轴的周围并将所述电子束聚集；靶支架,与所述支架轴连结；靶,配置在该靶支架内,所述电子束与该靶碰撞；以及照射窗,配置于所述靶支架,用于将从所述靶产生的X射线取出到外部，其特征在于，所述支架轴的内壁由碳材形成。
在此，具体来说，碳材能够利用像石墨、金刚石、碳纳米物质(碳纳米管)那样的熔点(升华点)高的材料。
根据本发明，支架轴的内壁由碳材形成。一般来说，X射线的产生效率A由下式(1)得出。
产生效率(A)＝C×Z×V˙˙˙(1)
在此，C表示常数(1.1×10-9)、Z表示阳极的原子序数、V表示管电压。
另外，钨的原子序数是74，碳的原子序数是6。若管电压是恒定的(例如100kV)，则前者的产生效率是0.814％，后者的产生效率是0.066％，产生效率与原子序数的大小成比例，在所有的管电压的情况下，产生效率都变化至1/10以下。
由此，通过使用与钨相比原子序数足够小的碳，能够大幅减少电子束与支架轴撞击时所产生的X射线量。而且，碳的熔点与钨匹敌(钨的熔点是3685K)，在真空中的升华点也是3915K以上，即使局部变得高温，也具有足够的耐性。
优选为，在上述发明中，所述碳材的含碳率为99.9％以上(质量比)。
由含有杂质的碳材形成的支架轴，当壁面与电子束撞击时局部地变成高温，熔点低的杂质在真空中升华，导致真空度变差。该现象成为在X射线管中放电的原因，并且成为损害X射线管的稳定性的主要原因。由此，通过使含碳率为99.9％以上并尽量减少熔点和升华点低的碳以外的杂质，能够稳定地照射X射线。
另外，也可以是，在上述发明中所述碳材是具有热各向异性的石墨，良导热方向朝向所述支架轴的轴向方向。
由此，通过使支架轴上产生的热传递至靶支架从而散热，能够高效地进行散热。
特别是在使用石墨的情况下，可获得良导热方向的热导率为1000W/(m˙K)以上的产品。具体来说，例如使用作为热石墨株式会社(Thermo Graphitics Co.,Ltd.)制造的人造石墨即PYROID(注册商标)的等级HT(含碳率99.999质量％、密度2.22g/cm3)，能够使良导热方向的热导率为1700W/(m˙K)，因此能够高效地散热。
另外，也可以是，在上述发明中，所述支架轴的内壁的碳材，至少阳极侧的一部分的外壁由非磁性且比所述碳材的强度高的罩覆盖，并且经由该罩保持。
碳材具有脆的性质。因此，通过至少使成为固定部分的阳极侧的外壁由非磁性且比支架轴的碳材强度高的罩覆盖，能够在该部分安全地固定支架轴。
作为该罩所使用的材料，具体来说，可以使用钛、或者比支架轴的碳材强度高的石墨(例如东洋炭素制造的高强度石墨)。
发明效果
根据本发明，由于使供电子束穿过的支架轴的内壁为碳材，所以能够大幅减少电子束撞击时所产生的X射线量，而且至少能够维持与以往相同的程度以上的耐热性。
附图说明
图1是表示作为本发明的一实施方式的X射线管的整体构成的图。
图2是表示图1的X射线管的特征性部分的图。
图3是表示进行微焦点X射线的照射的X射线管的现有例的图。
具体实施方式
以下使用附图对本发明的X射线管的实施例进行说明。图1是表示作为本发明的一实施方式的微焦点X射线检查装置所使用的X射线管的整体构成的图，图2是包含图1的X射线管的支架轴部分在内的特征性结构部分的放大图。此外，在图3中对与已说明的部分相同的部分，标注了相同的附图标记。
本发明的X射线管配置有灯丝(电子源)12，灯丝(电子源)12在高真空排气后的真空腔11内被施加负电压从而成为阴极，真空腔11安装有真空计G和涡轮分子泵TMP。从灯丝12朝向接地的阳极13射出电子束B。在阳极13的中央设置有孔13a，电子束B被加速并穿过阳极13的孔13a，进而穿过与该孔13a连通连接的圆筒状的支架轴14，从而照射到配置在靶支架15内的靶16。靶支架15的外侧由水冷机构15a(也可以是空冷机构)冷却。
在支架轴14的外侧设置有将电子束B聚集的磁透镜17和调节方向的转向器18，穿过支架轴14的电子束B借助于磁透镜17被调焦至微米级，并聚焦于靶16上的X射线焦点。
在本实施方式的X射线管中，支架轴14分割为被磁透镜17包围的前端侧的支架轴14a(内径Φ10mm、长度160mm左右)和被转向器18包围的根部侧的支架轴14b。根部侧支架轴14b使用与图3所示的现有结构的支架轴14同样的钨合金，经由凸缘19并经由O形环密封件20固定支承于真空腔11。
在与前端侧支架轴14a的连结部分，在前端侧支架轴14a的内壁形成有带阶梯部14c，与该带阶梯部14c隔着O形环密封件20气密地连接。
前端侧支架轴14a使用筒状的碳材，优选使用纯碳。具体来说，使用热石墨株式会社(Thermo Graphitics Co.,Ltd.)制造的人造石墨、PYROID的等级HT(含碳率99.999％、密度2.22g/cm3、热导率1700W/(m˙K))，以其良导热方向为前端侧支架轴14a的轴向方向(纵长方向)的方式来加工。
即，即使在真空中，也沿着良导热方向传递热，并利用靶支架15的水冷机构15a高效地散热。
靶支架15(钨合金)与前端侧支架轴14a(碳材)的连接部分钎焊在一起。此外，在碳材是石墨的情况下，还包含与后述的罩21的接合部分，能够通过可与各种金属接合的复合类接合(comporoid)的技术进行接合。
在前端侧支架轴14a的接近阳极13的一侧的端部附近，在前端侧支架轴14a的外侧，利用钛等非磁性材料安装有比碳材的强度高的罩21。在罩21的外周面的一部分形成有切割面(D切割面)21a，通过将支承于罩21的轴固定部22和轴固定用的螺钉23抵接于切割面21a，将射出方向固定为朝向设置于靶支架15的一部分的X射线照射窗15b的方向，并且使得在该位置不会旋转偏离。
此外，也可以是，并非像上述的罩21那样覆盖前端侧支架轴14a的一部分，而是覆盖包含被磁透镜17包围的部分在内的前端侧支架轴14a的整体的罩。
这样，通过至少使电子束B容易撞击的区域的前端侧支架轴14a的内壁为作为碳材的石墨，即使电子束发生撞击，也能够抑制X射线的产生效率，从而减少不必要的X射线的产生。
虽然以上关于本发明的一实施方式进行了说明，但是能够在不脱离本发明的主旨的范围内实施各种变形。
例如，在上述实施例中分割为被磁透镜17包围的前端侧支架轴14a和被转向器18包围的根部侧支架轴14b，并仅将前端侧支架轴14a由碳材制成，但是也可以整体作为由碳材制成的一个支架轴14。在该情况下，在接近阳极13的一侧的支架轴14端部附近的外侧安装由非磁性材料制成的罩21，与图3所示的现有例同样地利用凸缘19固定保持于真空腔11即可。
工业实用性
本发明能够用于微焦点X射线检查装置等所使用的X射线管。
附图标记说明
11 真空腔
12 灯丝(电子源)
13 阳极
14 支架轴
14a 前端侧支架轴
14b 根部侧支架轴
14c 带阶梯部
15 靶支架
15a 水冷机构
15b X射线照射窗
16 靶
17 磁透镜
18 转向器
19 凸缘
20 O形环密封件
21 罩
21a 切割面
B 电子束。
Claims (4)
1.一种X射线管，具有：
电子源，产生电子束；
阳极，将该电子束加速，并且具有供所述电子束穿过的孔；
筒状的支架轴，形成供穿过了该阳极的孔之后的电子束穿过的通路；
磁透镜,配置在该支架轴的周围并将所述电子束聚集；
靶支架,与所述支架轴连结；
靶,配置在该靶支架内,所述电子束与该靶碰撞；以及
照射窗,配置于所述靶支架,用于将从所述靶产生的X射线取出到外部，其特征在于，
所述支架轴的内壁由碳材形成。
2.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述碳材的含碳率为99.9％以上。
3.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述碳材是具有热各向异性的石墨，良导热方向朝向所述支架轴的轴向方向。
4.如权利要求1～3中的任一项所述的X射线管，其特征在于，关于所述支架轴的内壁的碳材，至少阳极侧的一部分的外壁由非磁性且比所述碳材的强度高的罩覆盖，并且经由该罩保持。
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