CN113508644A - X射线产生装置以及该x射线产生装置的诊断装置及诊断方法 - Google Patents
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Abstract
X射线管(120)具备：阴极(140)及阳极(150)，所述阴极(140)及阳极(150)被密闭于真空外壳(121)的内部；以及集离子导体(130)，其以与真空外壳的内部空间接触的方式安装于真空外壳。第一电流传感器(210)测定在集离子导体(130)与节点(Ng)之间流动的第一电流值(Ii)，所述节点(Ng)供给用于吸引真空外壳(121)内的阳离子的电位。第二电流传感器(180)测定在阳极(150)与阴极(140)之间流动的第二电流值(Ie)。控制电路(190)基于由第二电流传感器(180)测定出的第二电流值(Ie)与由第一电流传感器(210)测定出的第一电流值(Ii)的电流比(Ii/Ie)，来生成与X射线管(120)的真空度相关的诊断信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种X射线产生装置以及该X射线产生装置的诊断装置及诊断方法。
背景技术
X射线产生装置被广泛应用于分析装置、医疗设备等。一般而言，X射线产生装置构成为：在真空密闭构造的X射线管内，利用对阳极与阴极之间施加的高电压使从阴极释放出的电子进行加速，来使该电子与形成于阳极表面的靶碰撞，由此产生X射线。
当因经年劣化而X射线管内的真空度劣化、即压力上升时，由于会产生放电而需要更换。因而，作为以非破坏方式检测真空度的劣化来预测寿命的方法，提出日本特开2006-100174号公报(专利文献1)及日本特开2016-146288号公报(专利文献2)所记载的技术。
在专利文献1中公开如下的结构：通过在X射线管的真空外壳(日文：真空外囲器)安装内置有电离真空计用的离子规球的真空测定部，来测定真空外壳的内部的真空度。
在专利文献2中公开如下的技术：将阳极与阴极之间的电场设为同产生X射线时相反的方向，基于在将X射线管内的被离子化的气体分子吸引至阳极时在阳极与阴极之间流动的测定电流，利用该测定电流与真空度之间的相关性，来测定X射线管的真空度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-100174号公报
专利文献2：日本特开2016-146288号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1的结构中，由于在真空外壳安装真空测定部，而有可能导致从其安装部位的真空度的劣化、以及因新构造的追加引起的成本上升。另一方面，在专利文献2中，无需变更包括真空外壳的X射线管的构造，但在真空度测定时，新产生了用于对集束体与灯丝(filament)(电子源)之间施加电压的机构、以及用于在阳极与阴极之间产生与产生X射线时相反方向的电场的机构的需要。
在专利文献2中，利用与电离真空计同样的原理来测量与由于从阴极释放出的电子同气体分子碰撞而产生的离子量相应的电流，由此对气体分子进行定量测定。因此，测定电流不仅取决于X射线管内存在的气体分子量而变化，还取决于释放电子量而变化。另一方面，在专利文献2中，根据预先求出的、测定电流与真空度之间的相关性，来预测X射线管的寿命，因此当由于装置的经年变化、电源电压的变动及X射线管的个体差异等而在测定真空度时从阴极释放的电子量与在求出所述相关性时的释放电子量不同时，有可能在真空度的测定、即X射线管的寿命诊断中产生误差。
本发明是为了解决这种问题而完成的，本发明的目的在于通过简单的结构来以高精度执行X射线管的劣化诊断。
用于解决问题的方案
本发明的第一方式涉及一种X射线产生装置。X射线产生装置具备X射线管、第一直流电源及第二直流电源、第一电流传感器及第二电流传感器、以及控制电路。X射线管具备：阴极及阳极，所述阴极及阳极被密闭于真空外壳的内部；以及集离子导体，其以与真空外壳的内部空间接触的方式安装于真空外壳。阴极具有释放电子的电子源。阳极与阴极相向地配置，阳极构成为通过入射从电子源释放出的电子而放射X射线。第一直流电源对电子源施加成为电子的释放能量的第一直流电压。第二直流电源对阴极与阳极之间施加第二直流电压，所述第二直流电压用于产生以阳极为高电位侧的电场。第一电流传感器测定在集离子导体与节点之间流动的第一电流值，所述节点供给用于吸引真空外壳内的阳离子的电位。第二电流传感器测定在阳极与阴极之间流动的第二电流值。控制电路基于第二电流值与第一电流值的电流比，来生成与X射线管的真空度相关的诊断信息，所述第二电流值是在施加了第一直流电压及第二直流电压的状态下由第二电流传感器测定出的电流值，所述第一电流值是在施加了第一直流电压及第二直流电压的状态下由第一电流传感器测定出的电流值。
本发明的第二方式涉及一种具备X射线管的X射线产生装置的诊断装置，所述X射线管具有：阳极及阴极，所述阳极及阴极被密闭于真空外壳的内部，所述阴极具有电子源；以及集离子导体，其以与真空外壳的内部空间接触的方式安装于真空外壳。诊断装置具备电流传感器及控制电路。电流传感器测定在集离子导体与节点之间流动的第一电流值，所述节点供给用于吸引真空外壳内的阳离子的电位。控制电路在X射线产生装置中对电子源施加了成为电子的释放能量的第一直流电压、并且对阴极与阳极之间施加了用于产生以阳极为高电位侧的电场的第二直流电压的状态下，从X射线产生装置获取在X射线管的阳极与阴极之间流动的第二电流值的测定值，并且基于所获取的该第二电流值与由电流传感器测定出的第一电流值的电流比，来生成与X射线管的真空度相关的诊断信息。
本发明的第三方式是一种X射线产生装置的诊断方法，所述X射线产生装置具备X射线管，所述X射线管具有：阳极及阴极，所述阳极及阴极被密闭于真空外壳的内部，所述阴极具有电子源；以及集离子导体，其以与真空外壳的内部空间接触的方式安装于真空外壳，所述诊断方法包括以下步骤：对电子源施加成为电子的释放能量的第一直流电压，并且对阴极与阳极之间施加第二直流电压，所述第二直流电压用于产生以阳极为高电位侧的电场；测定施加了第一直流电压及第二直流电压的状态下的在集离子导体与节点之间流动的第一电流值，所述节点供给用于吸引真空外壳内的阳离子的电位；测定施加了第一直流电压及第二直流电压的状态下的在X射线管的阳极与阴极之间流动的第二电流值；以及基于测定出的第二电流值与测定出的第一电流值的电流比，来生成与X射线管的真空度相关的诊断信息。
发明的效果
根据本发明，能够通过简单的结构来以高精度执行X射线管的劣化诊断。
附图说明
图1是说明作为比较例而表示的一般的X射线产生装置的结构的框图。
图2是说明本实施方式所涉及的X射线产生装置的结构的框图。
图3是表示帕邢曲线的一例的对数曲线图。
图4是表示通过由本实施方式所涉及的X射线产生装置100进行的真空度诊断得到的X射线管的实测数据的散布图。
图5是图4的曲线图的局部区域的放大图。
图6是说明本实施方式所涉及的X射线产生装置的诊断模式下的控制处理的流程图。
图7是说明本实施方式所涉及的X射线产生装置的直流电源的控制处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明的实施方式进行详细说明。此外，以下对图中的相同或相当的部分标注相同的附图标记，原则上不重复其说明。
图1是说明作为比较例而表示的一般的X射线产生装置的结构的框图。
参照图1，比较例的X射线产生装置100#具备框体110、X射线管120、以及直流电源160及直流电源170。X射线管120被真空外壳121密闭，由此内部被保持为真空。
X射线管120具有被密闭于真空外壳121的内部的阴极140及阳极150。在阴极140的表面安装有灯丝145。在阳极150的表面的与灯丝145相向的位置形成靶155。
灯丝145与直流电源160连接。直流电源160的输出电压Vf一般为10(V)左右。通过利用直流电源160对灯丝145进行通电，由此从灯丝145释放被热激发的电子5。即，通过直流电源160的输出电压Vf将电子5的释放能量供给至灯丝145。
直流电源170的输出电压Vdc一般为数十(kV)～数百(kV)。通过直流电源170对阴极140与阳极150之间施加高电压。由此，在阴极140与阳极150之间，形成阳极150侧成为高电位的电场。从灯丝145释放出的电子5被该电场加速后与靶155碰撞，由此阳极150产生X射线。
X射线经由配置于真空外壳121的开口部123的X射线照射窗135输出至X射线管120的外部。X射线照射窗135是利用具有气密性且X射线透射力高的构件(例如，薄膜状的铍)来形成的。X射线照射窗135借助凸缘形状的固定构件130被固定于X射线管120(真空外壳121)。固定构件130具有与真空外壳121的内部空间接触的区域，且构成为维持真空外壳121的密封性，将X射线照射窗135固定保持于真空外壳121。并且，固定构件130与框体110电连接。
成为X射线的供给对象的外部设备500通过螺丝固定等被安装于固定构件130。外部设备500代表性的是分析设备或医疗设备。通常，通过在固定构件130安装固定外部设备500，由此框体110及固定构件130通过与外部设备500共用的地线来接地。
X射线管120保存于填充有绝缘油115的框体110的内部。绝缘油115使被施加高电压的X射线管120与框体110电绝缘，并且还具有对X射线管120的冷却功能。
通过将直流电源160的输出电压Vf及直流电源170的输出电压Vdc施加于X射线管120，来从X射线管120的X射线照射窗135输出X射线。X射线的照射量根据直流电源160及直流电源170的输出电压而发生变化。具体而言，从灯丝145释放的电子量根据直流电源160的输出电压Vf而发生变化，由此X射线照射量发生变化。通过在阴极140或阳极150与直流电源170之间配置电流传感器180，能够检测取决于该电子量的电流值Ie(以下也称为“射极电流Ie”)。另外，还能够通过使直流电源170的输出电压Vdc发生变化以使对电子5进行加速的电场的强度发生变化，由此使X射线照射量发生变化。
在本实施方式中，说明具备针对图1所示的比较例的X射线产生装置100#以非破坏方式诊断X射线管120内部的真空度的功能的结构。
图2是说明本实施方式所涉及的X射线产生装置的结构的框图。
参照图2，本实施方式所涉及的X射线产生装置100与图1所示的比较例的X射线产生装置100#相比较，不同点在于还具备控制电路190及电流传感器210。
电流传感器210电连接于固定构件130与接地节点Ng之间。另外，由于固定构件130与框体110电连接，因此即使将电流传感器210与框体110连接，也能够将电流传感器210电连接于固定构件130与接地节点Ng之间。如以下说明，在诊断模式下，电流传感器210检测电流值Ii。
控制电路190包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)191、存储器192、输入输出(I/O)电路193及电子电路194。CPU 191、存储器192及I/O电路193能够经由总线195来相互进行信号的发送接收。电子电路194构成为通过专用的硬件来执行规定的运算处理。电子电路194能够在与CPU 191及I/O电路193之间进行信号的发送接收。
控制电路190接受模式输入、以及由电流传感器180得到的电流Ie的检测值、由电流传感器210得到的电流Ii的检测值，并且输出表示诊断模式下的真空度的诊断结果的诊断信息。控制电路190代表性的是能够由微型计算机构成。此外，以下，主要说明控制电路190在诊断模式下进行的处理，但是图2所示的结构例并非意味着必须配置诊断模式专用的微型计算机。例如，还能够在比较例的X射线产生装置100#中，通过在为了控制X射线产生而配置的微型计算机(未图示)中追加软件等来追加后述的诊断模式功能，由此构成控制电路190。因而，仅通过在硬件上对于比较例的X射线产生装置100#追加配置电流传感器210就能够实现本实施方式所涉及的X射线产生装置100。
X射线产生装置100具有用于照射X射线的X射线产生模式、以及诊断模式。能够通过响应于用户的按钮操作等而对控制电路190进行模式输入来选择X射线产生模式及诊断模式。
X射线产生模式下的X射线产生装置100的动作与图1的X射线产生装置100#相同，因此不重复进行详细说明。并且，在X射线产生装置100中，在诊断模式下，直流电源160与阴极140的连接关系也与X射线产生模式相同。同样地，在阴极140与阳极150之间，也以与X射线产生模式相同的极性施加直流电源170的输出电压Vdc。即，直流电源160对应于“第一直流电源”的一个实施例，输出电压Vf对应于“第一直流电压”的一个实施例。同样地，直流电源170对应于“第二直流电源”的一个实施例，输出电压Vdc对应于“第二直流电压”的一个实施例。
由于从X射线管120的部件出来的吸收气体、因由电子碰撞产生的热而产生的气体等导致存在于X射线管120的内部空间的气体分子7增加，由此X射线管120的真空度劣化。气体分子7当由于碰撞电子5而被离子化时，变化为阳离子9。
固定构件130通过包括电流传感器210的路径200与供给接地电位GND的接地节点Ng电连接，因此在X射线管120的内部空间产生的阳离子9被吸引至固定构件130。由此，在路径200中，产生取决于在真空外壳121的内部产生的阳离子量的电流值Ii(以下也称为“离子电流Ii”)。能够通过电流传感器210测定该离子电流Ii。同时，在电流传感器180中，与产生X射线时同样地，能够测定取决于来自灯丝145的电子释放量的射极电流Ie。射极电流Ie的值对应于“第二电流值”，电流传感器180对应于“第二电流传感器”的一个实施例。另外，离子电流Ii的值对应于“第一电流值”，电流传感器210对应于“第一电流传感器”或“电流传感器”的一个实施例。
另外，在图2的结构中，当如图1那样固定构件130或框体110由于外部设备500等而通过不包括电流传感器210的路径接地时，电流传感器210的两端为相同电位，因此无法通过电流传感器210测定离子电流Ii。因而，通过从固定构件130拆下外部设备500，并使固定构件130及框体110通过包括电流传感器210的路径200接地，能够通过电流传感器210检测离子电流Ii。并且，在拆下外部设备500之后，针对X射线照射窗135安装用于屏蔽X射线的构件。
即，在图2中，固定构件130对应于“集离子导体”的一个实施例，接地节点Ng对应于“供给用于吸引阳离子的电位的节点”的一个实施例。由此，不对比较例的X射线产生装置100#追加新的构件(硬件)，就能够构成真空度诊断用的“集离子导体”。此外，只要是能够吸引阳离子9的电位，还能够将电流传感器210电连接于固定构件130与供给除接地电位GND以外的该电位的节点之间。
通常，密闭空间的真空度是根据该空间的内部压力而定量评估的。特别是在X射线产生装置中，因X射线管120的内部的真空度的劣化而导致的放电的产生成为劣化诊断的要点，在真空度劣化(压力上升)到这种水平之前以非破坏方式诊断出真空度的劣化是很重要的。
在图3中，示出表示放电特性的帕邢曲线的一例。图3的横轴表示压力(Pa)，纵轴表示放电电压(V)。此外，图3的纵轴及横轴两者为对数刻度，在图中的每个格子中，压力及放电电压为十倍。
众所周知，帕邢曲线是根据表示放电电压与真空度、电极间距离及每种气体的常数之间的关系的帕邢法则来求出的。如后所述，为了验证本实施方式所涉及的真空度诊断，发明人进行了实际以包括实际产生了放电的劣化品在内的X射线管为对象的测定实验。在图3中，示出通过对成为测定实验的对象的X射线管的实际的内部气体进行分析而得到的关于四种气体(氦、氮、水蒸气及大气)的帕邢曲线301～帕邢曲线304。
参照图3，由帕邢曲线301～帕邢曲线304可理解到：取决于气体的种类而在不同的电压下产生放电。由帕邢曲线301～帕邢曲线303可理解到在压力为Px(以下也称为“放电压力Px”)以上的区域产生放电，由帕邢曲线304可理解到在压力为Py以上的区域产生放电。因而，在以这些X射线管为对象的真空度的诊断中，需要用于在比放电压力Px更靠低压侧的范围内定量地评估相对于放电压力Px的余裕度的信息。
在图4中，示出通过本实施方式所涉及的X射线产生装置100的真空度诊断得到的X射线管的实测数据。在图4中，示出设为将用于气体分析的、开口的作为测定对象的X射线管设置于真空腔内的状态、并且使真空腔内的压力发生变化来测定所述离子电流Ii及射极电流Ie所得到的实验结果。
在图4的横轴以对数轴表示测定出的射极电流Ie与离子电流Ii的电流比(Ii/Ie)。另一方面，在纵轴以对数轴表示真空腔内的压力P(Pa)的测定值。将同一型号的多个X射线管作为测定对象来执行实验，在图4中，针对每个X射线管，以不同的标记标绘电流比(Ii/Ie)及压力P的实测值的组合。
由图4可理解到：在(Ii/Ie)小的区域内，针对同一压力值的(Ii/Ie)的值按X射线管的个体有偏差。另一方面，可理解到：若(Ii/Ie)不断上升，则个体差异消除，存在针对同一压力值的(Ii/Ie)为大致相等的区域300。在该区域300内，对数曲线图上的压力P的变化相对于(Ii/Ie)的变化的斜率为大致固定。
以下，将不论X射线管的个体差异如何都将P相对于(Ii/Ie)的特性在对数曲线图上标绘于大致相同的直线上的该区域300也称为“诊断区域300”。可理解到：在诊断区域300内，不论X射线管的个体差异如何，都能够使用(Ii/Ie)来定量地估计X射线管120的内部压力。另外，被该诊断区域300覆盖的压力范围的下限值Pmin是图3所示的放电压力Px的1/104倍的级别。
因而，根据本实施方式可理解到：能够基于电流比(Ii/Ie)，在Px·(1/104)以上的压力范围内以非破坏方式对压力朝向放电压力Px的上升、即真空度的劣化进行诊断。
在图5中示出图4的散布图中的诊断区域300的放大图。在图5中，以相同的标记标绘图4所示的多个X射线管的测定数据，并且一并标明了作为基于统计处理的回归直线而得到的特性线310。即，在诊断区域300中，通过表示特性线310的下述式(1)，能够估计与电流比(Ii/Ie)的k乘方成比例的压力P(Pa)。
P＝C·(Ii/Ie)k……(1)
此外，式(1)中的常数C及常数k是X射线管120的每个型号的固定值，在同一型号的X射线管中能够作为同一值来处理。因而，能够通过事先针对被组装于X射线产生装置100的型号的X射线管120进行测定实验，来预先决定常数C及常数k。即，特性线310或式(1)相当于“预先决定的、电流比与真空外壳121的内部的压力之间的对应关系”的一个实施例。表示特性线310或式(1)的信息预先存储于存储器192。
控制电路190能够使用预先存储于存储器192的表示特性线310或式(1)的信息、以及根据电流传感器180、电流传感器210的测定值计算出的电流比(Ii/Ie)，来计算出X射线管120(真空外壳121)的内部的压力估计值。
例如，通过预先针对像这样计算出的压力估计值P决定低于放电压力Px的阈值Pth，由此能够示出表示是否P>Px的真空度的诊断信息。此外，还能够多个阶段地设定阈值Pth，来以利用多个级别表示真空度的劣化度(压力的上升度)的方式生成真空度的诊断信息。或者，作为定量的真空度的诊断信息，还能够计算出压力估计值P与阈值Pth或放电压力Px之间的压力差。通过换算成作为与X射线管120内的放电产生直接关联的物理量的压力，提供容易形成真空度劣化的影像的诊断信息，由此能够实现用户方便性的提高。
另外，能够预先按照特性线310来与上述的压力的阈值Pth相对应地决定电流比(Ii/Ie)的阈值Jth。由此，能够基于单个阶段或多个阶段的阈值Jth与电流比(Ii/Ie)的测定值之间的比较来生成真空度的诊断信息。或者，作为定量的真空度的诊断信息，还能够计算出电流比(Ii/Ie)的测定值与阈值Jth的差。
图6是说明本实施方式所涉及的X射线产生装置的诊断模式下的控制处理的流程图。图6所涉及的控制处理例如能够由控制电路190执行。
参照图6，控制电路190通过步骤510来根据对控制电路190的模式输入判定诊断模式是否被开启。当诊断模式被开启时(在步骤510中判定为“是”时)，开始步骤520以后的诊断模式的处理。另一方面，在诊断模式关闭时、即在X射线产生模式下(在步骤510中判定为“否”时)，不启动步骤520以后的处理。
在步骤520中，控制电路190将固定构件130设为“集离子导体”，使直流电源160及直流电源170工作。由此，如图2中所说明的那样，由于直流电源160对灯丝145通电而释放出的电子被基于直流电源170的输出电压Vdc的电场加速。然后，由于电子5与气体分子7碰撞而产生的阳离子9被吸引至上述集离子导体，由此产生离子电流Ii。
在步骤520的状态下，控制电路190通过步骤530来根据电流传感器180的检测值测定射极电流Ie，通过步骤540来根据电流传感器210的检测值测定离子电流Ii。此外，步骤530及步骤540也可以以相反的顺序执行，还可以同时执行。
如上所述，当成为集离子导体的固定构件130、或与固定构件130电连接的框体110通过不包括电流传感器210的路径接地时，在步骤540中，离子电流Ii的测定值成为0。因而，与步骤540一并地，还执行将步骤540中的离子电流Ii的测定值与判定值ε进行比较的步骤541。
优选的是，在判定为Ii<ε、即Ii＝0的情况下(在步骤541中判定为“是”时)，通过步骤542，来输出用于促使确认框体110及固定构件130的状态的消息、具体而言用于促使确认框体110或固定构件130(集离子导体)未与电流传感器210以外的构件电连接的消息，并使诊断模式的处理暂时结束。
另一方面，控制电路190在通过步骤540而能够测定出离子电流Ii的情况下(在步骤541中判定为“是”时)，通过步骤550来基于电流比(Ii/Ie)生成诊断信息。如上所述，诊断信息能够使用基于根据电流比(Ii/Ie)得到的压力估计值与阈值Pth(图5)之间的关系的信息、或基于电流比(Ii/Ie)与阈值Jth(图5)之间的关系的信息。
控制电路190通过步骤560来输出在步骤550中生成的诊断信息，并且通过步骤570来使诊断模式正常结束。步骤560的输出方式并无特别限定。例如，诊断信息既可以以使用在特定的显示画面(未图示)中能够视觉辨认的文字、数字、插图等的方式输出，也可以通过发光二极管(LED)等灯的点亮及非点亮来输出。或者，诊断信息也可以以经由因特网等发送至服务中心的服务器的方式输出。
像这样，根据本实施方式所涉及的X射线产生装置，能够基于离子电流Ii与射极电流Ie的电流比(Ii/Ie)，来诊断真空度的劣化。此处，X射线管120的真空度取决于在X射线管120的内部空间存在的气体分子7的数量。关于阳离子9，能够利用离子电流Ii来与专利文献2的测定电流同样地定量地检测由于气体分子7与电子5碰撞而产生的阳离子量，但是阳离子量不仅被存在于X射线管120的内部空间的气体分子7的数量所影响，还被来自灯丝145的电子释放量所影响。
因而，通过使用离子电流Ii与取决于来自灯丝145的电子释放量的射极电流Ie的电流比(Ii/Ie)，能够以与单独利用离子电流Ii的诊断相比更高的精度来诊断存在于X射线管120的内部空间的气体分子7的数量、即真空度。
另外，在X射线产生装置100中，不使直流电源160及直流电源170与阴极140及阳极150之间的连接关系从X射线产生模式改变，就能够使框体110及固定构件130作为“集离子导体”发挥作用。即，无需配置使对阴极140及阳极150的施加电压在X射线产生模式与诊断模式之间进行切换的机构，因此能够以与专利文献2相比更简单的结构进行真空度的诊断。
并且，在本实施方式1所涉及的X射线产生装置100中，关于直流电源170的输出电压Vdc，优选在X射线产生模式与诊断模式之间切换。
图7是说明本实施方式所涉及的X射线产生装置100中的直流电源170的控制处理的流程图。图7所示的控制处理能够由控制电路190执行。
参照图7，控制电路190通过步骤610来判断是否为诊断模式。在并非诊断模式的情况、即是X射线产生模式的情况下(在步骤610中判定为“否”时)，通过步骤630来设定为直流电源170的输出电压Vdc＝Vh。Vh与比较例所涉及的X射线产生装置100#中的输出电压Vdc相等，为数十(kV)～数百(kV)左右。
另一方面，控制电路190在诊断模式的情况下(在步骤610中判定为“是”时)，通过步骤620来设定为直流电源170的输出电压Vdc＝Vm。Vm是比X射线产生模式下的Vh低的电压，例如，能够设为100(V)左右。在X射线管120的内部的放电易于因施加高电压而产生，因此能够通过降低输出电压Vdc来防止诊断时的放电的产生从而稳定地执行诊断模式。另外，还能够抑制不需要的X射线的产生。
通过利用具有输出电压的变更功能的电力转换器构成直流电源170，来从控制电路190对直流电源170提供用于切换输出电压Vdc的指令值的信号、或输出电压Vdc的指令值，由此能够实现图7所示的输出电压Vdc的控制。
此外，在本实施方式中，X射线管120的内部构造为一例，只要具有包括释放电子的灯丝的阴极以及通过照射电子而产生X射线的阳极即可，能够对任意构造的X射线管应用本实施方式的基于射极电流Ie及离子电流Ii的电流比的测定值进行的真空度的诊断。
另外，在本实施方式中，说明了内置有真空度的诊断功能的X射线产生装置100的结构，但还能够构成将电流传感器210及控制电路190形成为一个单元而得到的“诊断装置”。例如，能够构成为：将在框体内一体地保存有电流传感器210及控制电路190的诊断装置安装于已拆下外部设备500的固定构件130、或与固定构件电连接的框体110，由此针对固定构件130形成图2所示的路径200。此时，控制电路190能够在诊断模式下，获取由X射线产生装置100的电流传感器180得到的射极电流Ie的测定值，计算出该射极电流Ie的测定值与由诊断装置侧的电流传感器210得到的离子电流Ii的测定值的电流比(Ii/Ie)来生成诊断信息。
最后，对本实施方式中公开的X射线产生装置以及该X射线产生装置的诊断装置及诊断方法进行总结。
本公开的第一方式涉及一种X射线产生装置(100)。X射线产生装置具备X射线管(120)、第一直流电源(160)及第二直流电源(170)、第一电流传感器(210)及第二电流传感器(180)、以及控制电路(190)。X射线管具备：阴极(140)及阳极(150)，所述阴极(140)及阳极(150)被密闭于真空外壳(121)的内部；以及集离子导体(130)，其以与真空外壳的内部空间接触的方式安装于真空外壳。阴极具有释放电子的电子源(145)。阳极与阴极相向地配置，阳极构成为通过入射从电子源释放出的电子而放射X射线。第一直流电源对电子源施加成为电子的释放能量的第一直流电压(Vf)。第二直流电源对阴极与阳极之间施加第二直流电压(Vdc)，所述第二直流电压(Vdc)用于产生以阳极为高电位侧的电场。第一电流传感器测定在集离子导体(130)与节点(Ng)之间流动的第一电流值(Ii)，所述节点(Ng)供给用于吸引真空外壳内的阳离子的电位。第二电流传感器测定在阳极与阴极之间流动的第二电流值(Ie)。控制电路基于第二电流值与第一电流值的电流比(Ii/Ie)，来生成与X射线管的真空度相关的诊断信息，所述第二电流值是在施加了第一直流电压及第二直流电压的状态下由第二电流传感器测定出的电流值，所述第一电流值是在施加了第一直流电压及第二直流电压的状态下由第一电流传感器测定出的电流值。
根据上述第一方式，能够在X射线产生装置中具备如下的功能：通过使用取决于由于气体分子在X射线管(真空外壳)的内部与电子碰撞而产生的阳离子量的第一电流值与取决于来自电子源的释放电子量的第二电流值的电流比，由此以与单独利用第一电流值的诊断相比更高的精度来诊断存在于X射线管的内部空间的气体分子的数量、即真空度。
在本公开的第一方式所涉及的实施方式中，控制电路(190)具有存储部(192)。在存储部中，保存预先决定的X射线管(120)的表示电流比(Ii/Ie)与真空外壳的内部的压力之间的对应关系(310)的信息。诊断信息是利用压力估计值来生成的，所述压力估计值是使用基于第一电流传感器(210)及第二电流传感器(180)的测定值的电流比与对应关系来计算出的。
通过设为这样的结构，换算成作为与X射线管内的放电产生直接关联的物理量的压力，来提供容易形成真空度劣化的影像的诊断信息，由此能够实现用户方便性的提高。
或者，在本公开的第一方式所涉及的实施方式中，X射线管(120)还具有X射线照射窗(135)和固定构件(130)。X射线照射窗配置于真空外壳(121)的开口部，由具有气密性并且使X射线透过的材料形成。固定构件维持真空外壳的密封性，将X射线照射窗固定保持于真空外壳。集离子导体由固定构件构成。
通过设为这样的结构，不追加新的构件(硬件)，就能够构成真空度诊断用的“集离子导体”。
另外，在本公开的第一方式所涉及的实施方式中，X射线产生装置(100)的动作模式具有：输出X射线的第一模式；以及通过生成诊断信息来进行与真空度相关的诊断的第二模式。第二模式下的第二直流电压(Vdc)被控制为比第一模式下的第二直流电压低的电压。
通过设为这样的结构，能够防止放电的产生从而稳定地执行真空度的诊断，并且能够抑制不需要的X射线的产生。
本发明的第二方式涉及一种具备X射线管(120)的X射线产生装置(100)的诊断装置。X射线管(120)具有：阳极(150)及阴极(140)，所述阳极(150)及阴极(140)被密闭于真空外壳(121)的内部，所述阴极(140)具有电子源(145)；以及集离子导体(130)，其以与真空外壳的内部空间接触的方式安装于真空外壳。诊断装置具备电流传感器(210)和控制电路(190)。电流传感器测定在集离子导体(130)与节点(Ng)之间流动的第一电流值(Ii)，所述节点(Ng)供给用于吸引真空外壳内的阳离子的电位。控制电路(190)在X射线产生装置(100)中对电子源施加了成为电子的释放能量的第一直流电压(Vf)、并且对阴极与阳极之间施加了用于产生以阳极为高电位侧的电场的第二直流电压(Vdc)的状态下，从X射线产生装置获取在X射线管的阳极与阴极之间流动的第二电流值(Ie)的测定值，并且基于所获取到的该第二电流值与由电流传感器测定出的第一电流值的电流比(Ii/Ie)，来生成与X射线管的真空度相关的诊断信息。
根据上述第二方式，安装于X射线产生装置的诊断装置通过使用取决于由于气体分子在X射线管(真空外壳)的内部与电子碰撞而产生的阳离子量的第一电流值与取决于来自电子源的释放电子量的第二电流值的电流比，能够以与单独利用第一电流值的诊断相比更高的精度来诊断存在于X射线管的内部空间的气体分子的数量、即真空度。
本发明的第三方式涉及一种具备X射线管(120)的X射线产生装置(100)的诊断方法。X射线管(120)具有：阳极(150)及阴极(140)，所述阳极(150)及阴极(140)被密闭于真空外壳(121)的内部，所述阴极(140)具有电子源(145)；以及集离子导体(130)，其以与真空外壳的内部空间接触的方式安装于真空外壳。诊断方法包括以下步骤：步骤(520)，对电子源施加成为电子的释放能量的第一直流电压(Vf)，并且对阴极与阳极之间施加第二直流电压(Vdc)，所述第二直流电压(Vdc)用于产生以阳极为高电位侧的电场；步骤(540)，测定施加了第一直流电压及第二直流电压的状态下的在集离子导体(130)与节点(Ng)之间流动的第一电流值(Ii)，所述节点(Ng)供给用于吸引真空外壳内的阳离子的电位；步骤(530)，测定施加了第一直流电压及第二直流电压的状态下的在X射线管的阳极与阴极之间流动的第二电流值(Ie)；以及步骤(550)，基于测定出的第二电流值与测定出的第一电流值的电流比，来生成与X射线管的真空度相关的诊断信息。
根据上述第三方式，在X射线产生装置中，通过使用取决于由于气体分子在X射线管(真空外壳)的内部与电子碰撞而产生的阳离子量的第一电流值与取决于来自电子源的释放电子量的第二电流值的电流比，能够以与单独利用第一电流值的诊断相比更高的精度来诊断存在于X射线管的内部空间的气体分子的数量、即真空度。
应认为此次所公开的实施方式在所有方面均为例示而非限制性的。本发明的范围是由权利要求书表示而非由上述的说明表示，意图包括与权利要求书同等的含义及范围内的所有变更。
附图标记说明
5：电子；7：气体分子；9：阳离子；100、100#：X射线产生装置；110：框体；115：绝缘油；120：X射线管；121：真空外壳；123：开口部；130：固定构件；135：X射线照射窗；140：阴极；145：灯丝；150：阳极；155：靶；160、170：直流电源；180：电流传感器(射极电流)；190：控制电路；191：CPU；192：存储器；193：I/O电路；194：电子电路；195：总线；200：路径；210：电流传感器(离子电流)；300：诊断区域；301～304：帕邢曲线；310：特性线(电流比-压力)；500：外部设备；Ie：射极电流；Ii：离子电流；Jth、Pth：阈值；Ng：接地节点；P：压力；Px：放电压力；Vdc、Vf：输出电压(直流电源)。
Claims (6)
1.一种X射线产生装置，
具备X射线管，该X射线管具有：阴极及阳极，所述阴极及阳极被密闭于真空外壳的内部；以及集离子导体，其以与所述真空外壳的内部空间接触的方式安装于所述真空外壳，
所述阴极具有释放电子的电子源，
所述阳极与所述阴极相向地配置，所述阳极构成为通过入射从所述电子源释放出的电子而放射X射线，
所述X射线产生装置具备：
第一直流电源，其对所述电子源施加成为所述电子的释放能量的第一直流电压；
第二直流电源，其对所述阴极与所述阳极之间施加第二直流电压，所述第二直流电压用于产生以所述阳极为高电位侧的电场；
第一电流传感器，其测定在所述集离子导体与节点之间流动的第一电流值，所述节点供给用于吸引所述真空外壳内的阳离子的电位；
第二电流传感器，其测定在所述阳极与所述阴极之间流动的第二电流值；以及
控制电路，其基于所述第二电流值与所述第一电流值的电流比，来生成与所述X射线管的真空度相关的诊断信息，所述第二电流值是在施加了所述第一直流电压及所述第二直流电压的状态下由所述第二电流传感器测定出的电流值，所述第一电流值是在施加了所述第一直流电压及所述第二直流电压的状态下由所述第一电流传感器测定出的电流值。
2.根据权利要求1所述的X射线产生装置，其中，
所述控制电路具有存储部，所述存储部保存预先决定的所述X射线管的表示所述电流比与所述真空外壳的内部的压力之间的对应关系的信息，
所述诊断信息是利用压力估计值来生成的，所述压力估计值是使用基于所述第一电流传感器及所述第二电流传感器的测定值的所述电流比与所述对应关系来计算出的。
3.根据权利要求1所述的X射线产生装置，其中，
所述X射线管还具有：
X射线照射窗，其配置于所述真空外壳的开口部，由具有气密性并且使所述X射线透过的材料形成；以及
固定构件，其维持所述真空外壳的密封性，将所述X射线照射窗固定保持于所述真空外壳，
所述集离子导体由所述固定构件构成。
4.根据权利要求1所述的X射线产生装置，其中，
所述X射线产生装置的动作模式具有：
输出所述X射线的第一模式；以及
通过生成所述诊断信息来进行与所述真空度相关的诊断的第二模式，
所述第二模式下的所述第二直流电压被控制为比所述第一模式下的所述第二直流电压低的电压。
5.一种X射线产生装置的诊断装置，所述X射线产生装置具备X射线管，所述X射线管具有：阳极及阴极，所述阳极及阴极被密闭于真空外壳的内部，所述阴极具有电子源；以及集离子导体，其以与所述真空外壳的内部空间接触的方式安装于所述真空外壳，
所述诊断装置具备：
电流传感器，其测定在所述集离子导体与节点之间流动的第一电流值，所述节点供给用于吸引所述真空外壳内的阳离子的电位；以及
控制电路，其在所述X射线产生装置中对所述电子源施加了成为电子的释放能量的第一直流电压、并且对所述阴极与所述阳极之间施加了用于产生以所述阳极为高电位侧的电场的第二直流电压的状态下，从所述X射线产生装置获取在所述X射线管的所述阳极与所述阴极之间流动的第二电流值的测定值，并且基于所获取的该第二电流值与由所述电流传感器测定出的所述第一电流值的电流比，来生成与所述X射线管的真空度相关的诊断信息。
6.一种X射线产生装置的诊断方法，所述X射线产生装置具备X射线管，所述X射线管具有：阳极及阴极，所述阳极及阴极被密闭于真空外壳的内部，所述阴极具有电子源；以及集离子导体，其以与所述真空外壳的内部空间接触的方式安装于所述真空外壳，
所述诊断方法包括以下步骤：
对所述电子源施加成为电子的释放能量的第一直流电压，并且对所述阴极与所述阳极之间施加第二直流电压，所述第二直流电压用于产生以所述阳极为高电位侧的电场；
测定施加了所述第一直流电压及所述第二直流电压的状态下的在所述集离子导体与节点之间流动的第一电流值，所述节点供给用于吸引所述真空外壳内的阳离子的电位；
测定施加了所述第一直流电压及所述第二直流电压的状态下的在所述X射线管的所述阳极与所述阴极之间流动的第二电流值；以及
基于测定出的所述第二电流值与测定出的所述第一电流值的电流比，来生成与所述X射线管的真空度相关的诊断信息。
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