CN114008733B - X射线产生管、x射线产生装置以及x射线成像装置 - Google Patents
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Abstract
X射线产生装置设置有：电子枪；以及阳极，所述阳极具有靶材，所述靶材当与来自所述电子枪的电子碰撞时产生X射线。所述电子枪包括具有电子发射部的阴极、引出从所述电子发射部发射的电子的引出电极、和对由所述引出电极引出的电子进行聚焦的聚焦电极。所述聚焦电极包括具有管形状的第1部分和配置于所述第1部分的内侧的第2部分。所述第1部分具有与所述阳极面对的前端部，所述第2部分具有与所述阳极相对的相对表面，所述相对表面具有使来自所述电子发射部的电子通过的电子通过孔。所述前端部与所述阳极之间的距离比所述相对表面与所述阳极之间的距离小。所述前端部的热导率比所述第2部分的热导率低。
Description
技术领域
本发明涉及X射线产生管、X射线产生装置以及X射线成像装置。
背景技术
X射线产生装置例如用于通过X射线对被检物进行成像的X射线成像装置。专利文献1描述了产生X射线的X射线产生管。专利文献1中描述的X射线产生管包括阴极、靶材、配置于阴极与靶材之间的第1控制栅以及配置于第1控制栅与靶材之间的第2控制栅。第2控制栅包括抑制电子束的扩散的开口限制组件。当设置了开口限制组件时，电子束尺寸能够被减小。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-265917号公报
发明内容
然而，当在X射线产生管中设置如上所述的开口限制组件以减小X射线焦点尺寸时，出现X射线焦点尺寸不稳定的新问题。
根据本发明的第1方面，提供一种X射线产生管，所述X射线产生管包括电子枪和阳极，所述阳极包括靶材，所述靶材被配置为在与来自所述电子枪的电子碰撞时产生X射线，其中，所述电子枪包括具有电子发射部的阴极、被配置为引出从所述电子发射部发射的电子的引出电极、以及被配置为对由所述引出电极引出的电子进行聚焦的聚焦电极，所述聚焦电极包括具有管形状的第1部分和配置于所述第1部分的内侧的第2部分，所述第1部分包括与所述阳极面对的前端部，所述第2部分包括与所述阳极面对的相对表面，所述相对表面包括被配置为使得来自所述电子发射部的电子通过的电子通过孔，所述前端部与所述阳极之间的距离比所述相对表面与所述阳极之间的距离短，所述前端部的热导率比所述第2部分的热导率低。
根据本发明的第2方面，提供一种X射线产生装置，所述X射线产生装置包括根据所述第1方面的X射线产生管以及被配置为驱动所述X射线产生管的驱动电路。
根据本发明的第3方面，提供一种X射线成像装置，所述X射线成像装置包括根据所述第2方面的X射线产生装置以及被配置为对从所述X射线产生装置放射并穿透物体的X射线进行检测的X射线检测装置。
附图说明
图1是示意性地示出根据本发明的实施例的X射线产生装置的配置的图。
图2是示意性地示出根据本发明的第1实施例的电子枪的配置的剖面图。
图3是示意性地示出根据本发明的第2实施例的电子枪的配置的剖面图。
图4是示出沿图3中的线B-B’截取的剖面的图。
图5是示出沿图3中的线A-A’截取的剖面的图。
图6是示意性地示出根据本发明的实施例的X射线产生装置的配置的剖面图。
图7是示出根据本发明的实施例的X射线成像装置的配置的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明实施例。应注意，以下的实施例并不意图限定权利要求书的范围。在实施例中描述了多个特征。然而，并非所述多个特征的所有组合都一定是本发明所必须的，并且所述多个特征也可以任意进行组合。此外，在附图中，相同的附图标记表示相同或类似的部分，并且重复的说明将被省略。
图1示出根据本发明的实施例的X射线产生管1的配置。X射线产生管1可以包括电子枪EG、包括当与来自电子枪EG的电子碰撞时产生X射线的靶材933的阳极93、以及绝缘管92。在X射线产生管1中，阳极93可以被配置为关闭绝缘管92的两个开口端中的一个开口端，并且包括电子枪EG的关闭构件91可以被配置为关闭绝缘管92的两个开口端中的另一个开口端。
阳极93可以包括靶材933、保持靶材933的靶材保持板932、以及保持靶材保持板932的电极931。电极931与靶材933电连接，并且对靶材933提供电位。当来自电子枪EG的电子碰撞到靶材933时，靶材933产生X射线。产生的X射线穿透靶材保持板932并向X射线产生管1的外部放射。阳极93例如可以维持在接地电位，但也可以维持在其他电位。靶材933可以由熔点高、X射线的产生效率高的材料构成，例如钨、钽或钼等。靶材保持板932例如可以由容易使X射线透射的材料构成，例如铍、钻石等。
图2示意性地示出根据本发明的第1实施例的X射线产生管1的配置。图2示出了接近地配置的电子枪EG与阳极93。然而，电子枪EG与阳极93可以配置得更为远离。电子枪EG可以包括包含发射电子的电子发射部的阴极10、引出从该电子发射部发射的电子的引出电极30、以及对由引出电极30引出的电子进行聚焦的聚焦电极40。阴极10可以包括例如氧化物阴极、浸渍式阴极或热丝等作为电子发射部。当阴极10被加热时，可以发射电子。引出电极30具有使电子通过的通过孔32。电子枪EG可以在阴极10与引出电极30之间包括栅电极20。栅电极20包括使电子通过的通过孔22。
聚焦电极40可以包括具有管形状的第1部分41和从第1部分41朝管径方向向内延伸并包括选择性地使电子束的中心附近的电子通过的电子通过孔422的第2部分42。第1部分41及第2部分42可以彼此电连接并且被提供相同电位。或者，第1部分41及第2部分42可以彼此绝缘而被提供不同电位。第2部分42可以包括位于阴极10侧的内侧表面(LW1)和作为在该内侧表面相对侧的面并与阳极93面对的相对表面UP1。第1部分41可以包括面对阳极93的前端部E2。第2部分42可以包括板部421，并且相对表面UP1可以设置在板部421上。板部421或相对表面UP1可以包括抑制来自阴极10的电子发射部的电子束的扩散的电子通过孔422。第1部分41的前端部E2与阳极93之间的距离比第2部分42的相对表面UP1与阳极93之间的距离短。前端部E2的热导率比第2部分42(板部421)的热导率低。
在前端部E2的热导率比第2部分42(板部421)的热导率低的配置中，当在X射线产生管1的制造时或初始调整时对第1部分41与阳极93之间施加比在X射线产生管1的驱动时施加的X射线产生电子加速电压高的电压时，可以利用热来破坏可能存在于前端部E2的表面的微小的凸部。作为结果，可以抑制在X射线产生管1的使用时(在X射线产生时)从前端部E2发射电子。由此，可以抑制从前端部E2发射的电子碰撞到如电极931的构件，也就是说，可以抑制碰撞到非靶材933的部分而导致从该部分放射X射线。此外，在前端部E2的热导率比第2部分42(板部421)的热导率低的配置中(也就是说，在第2部分42的热导率比前端部E2的热导率高的配置中)，在X射线产生管1的使用时(在X射线产生时)，可以迅速地使由于电子碰撞到第2部分42而在第2部分42中产生的热扩散。藉此，可以减少由于第2部分42因热而变形导致的电子通过孔422的形状的变化，并且也可以稳定被减小的X射线焦点尺寸。
在示例中，第1部分41由不锈钢构成，第2部分42由钼或钼合金构成。形成第1部分41的不锈钢例如可以是SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L等。这些不锈钢的热导率在100℃下可以是13.8到27.2(W/(m·℃))。钼的热导率在300K下是128(W/(m·℃))。
在另一个示例中，第1部分41可以由不锈钢构成，第2部分42可以由钨、钨合金、铜、铜合金、钽、钽合金、铌或者铌合金等构成。在又一个示例中，第1部分41可以由不锈钢构成，第2部分42可以由碳化硅构成。
第1部分41与第2部分42可以电连接。第1部分41与引出电极30可以电连接。在阴极10与引出电极30之间，可以配置包括使电子通过的通过孔22的栅电极20。对栅电极20提供比对阴极10提供的电位低的电位。
第2部分42可以定义柱状的第1空间SP1的至少一部分。在图2中示出的示例中，第2部分42定义柱状的第1空间SP1的一部分，第1部分41的内侧表面IS1定义柱状的第1空间SP1的另一部分，并且引出电极30形成柱状的第1空间SP1的又一部分。第1空间SP1例如可以具有圆柱形状。第2部分42的相对表面UP1与第1部分41的内侧表面IS1可以定义第2空间SP2的至少一部分。
图3示意性地示出根据本发明的第2实施例的X射线产生管1的配置。图4示出沿图3中的线B-B’截取的剖面。图5示出沿图3中的线A-A’截取的剖面的第1例。图3示出了接近地配置的电子枪EG与阳极93。然而，电子枪EG与阳极93可以配置得更为远离。第2实施例中未言及的事项可以遵照第1实施例。
电子枪EG可以包括包含发射电子的电子发射部的阴极10、引出从该电子发射部发射的电子的引出电极30、和对由引出电极30引出的电子进行聚焦的聚焦电极40。作为电子发射部，阴极10例如可以当被配置于附近的加热器加热时发射电子。引出电极30包括使电子通过的通过孔32。电子枪EG可以在阴极10与引出电极30之间包括栅电极20。栅电极20包括使电子通过的通过孔22。
聚焦电极40可以包括具有管形状的第1部分41和配置于第1部分41的内侧的第2部分42。第2部分42可以包括位于阴极10侧的阴极侧表面(阴极侧的表面)和在该阴极侧表面的相对侧的阳极侧表面(阳极侧的表面)。第2部分42的该阴极侧表面可以包括第1表面LW1和与第1表面LW1具有角度的第2表面LW2。第2部分42的该阳极侧表面可以包括在第1表面LW1的相对侧的第3表面UP1(相对表面)和配置在第2表面LW2的相对侧并与第3表面(相对表面)UP1具有角度的第4表面UP2(外侧表面)。
第2部分42的第1表面LW1及第2表面LW2可以定义第1空间SP1的至少一部分。在其他观点方面，第2部分42(的第1表面LW1及第2表面LW2)可以在第2部分42的内侧定义柱状(例如圆柱状)的第1空间SP1的至少一部分。
此外，第2部分42的第3表面(相对表面)UP1与第1部分41的内侧表面IS1可以定义第2空间SP2。此外，第2部分42的第4表面UP2(外侧表面)与第1部分41的内侧表面IS1可以定义第3空间SP3的一部分。第2部分42可以包括使电子通过的电子通过孔422和使第1空间SP1与第3空间SP3连通的连通部431。在其他观点方面，连通部431使第2部分42的内侧空间(第1空间SP1)与由第2部分42的外侧表面UP1、UP2和第1部分41的内侧表面IS1形成的外侧空间(第2空间SP2及第3空间SP3)连通。
第2部分42可以包括具有电子通过孔422的板部421和具有管形状的管部43。在其他观点方面，管部43的一端可以连接到板部421。聚焦电极40可以还包括将管部43的另一端与第1部分41连接的连接部44。连接部44可以由导电构件形成，或者可以由绝缘体形成。第2部分42的连通部431可以经由第3空间SP3使第1空间SP1与第2空间SP2连通。连通部431可以设置在管部43中。
第1部分41及第2部分42可以被配置为相对于轴AX具有同轴结构。第1部分41可以包括以轴AX为中心轴的圆筒部。第2部分42可以包括以轴AX为中心轴的圆筒部。第1部分41可以被配置为遍及全周地包围第2部分42的侧部。可替代地，第1部分41可以被配置为在与轴AX正交并切断第2部分42的任意剖面中遍及全周地包围第2部分42。在其他观点方面，第1部分41可以被配置为包围第2部分42的连通部431。可替代地，第1部分41可以被配置为在与轴AX正交并切断第2部分42的连通部431的任意剖面中包围第2部分42的连通部431。如上所述的配置对于抑制聚焦电极40的第2部分42与可以被配置在聚焦电极40外侧的构件(未图示)之间的放电是有效的。这在第2部分42包括可以感应放电的曲率半径小的部分(曲率大的部分)的情况下特别有利地发挥作用。
在示例中，第1空间SP1除了由第2部分42定义以外还可以由引出电极30定义。第1空间SP1不是密闭空间，而是经由电子通过孔422及连通部431与第2空间SP2连通。此外，第1空间SP1经由通过孔32与阴极10侧的空间连通。
第1部分41及第2部分42彼此电连接，并且可以被提供相同电位。可替代地，第1部分41、第2部分42和连接部44彼此电连接，并且被提供相同电位。引出电极30可以电连接于第2部分42，或者可以与第2部分42电绝缘，并且被提供与对第2部分42提供的电位不同的电位。在示例中，引出电极30被固定到聚焦电极40。
设置在聚焦电极40的第2部分42中的板部421限制到达第2空间SP2的电子束的直径。仅通过设置于板部421的电子通过孔422的电子形成到达第2空间SP2的电子束。其余电子碰撞到板部421并被板部421吸收。当将包括电子通过孔422的板部421设置在第2部分42中时，可以将从电子枪EG发射的电子束聚焦到较小的区域。
当来自阴极10的电子碰撞到板部421的第1表面LW1时，气体可能从第1表面LW1发射。如果气体在第1空间SP1中长时间滞留，则来自阴极10的电子与气体碰撞的机率变高。电子与气体之间的碰撞可能使气体离子化。这样产生的离子会朝向阴极10加速并碰撞到阴极10。这可能导致阴极10的劣化。
为了防止该情况，在根据第2实施例的电子枪EG中，在第2部分42设置了使第1空间SP1与第2空间SP2连通的连通部431。连通部431可以被配置于电子不会入射到的位置或者电子的入射的可能性低的位置。在其他观点方面，连通部431可以被配置于电子不通过的位置。连通部431使得可能在第1空间SP1中产生的气体能够迅速地从第1空间SP1排出至第2空间SP2。这作用为抑制阴极10的劣化。
聚焦电极40可以被形成为使得在板部421的电子可能碰撞的区域与第1部分41的内侧表面IS1之间存在经由连通部431的直线路径。可替代地，聚焦电极40可以被形成为使得在设置于板部421的电子通过孔422与第1部分41的内侧表面IS1之间存在经由连通部431的直线路径。这样的配置使得由于电子碰撞到板部421而可能产生的气体能够迅速地排出至第2空间SP2(或第3空间SP3)。
第1部分41包括在阴极10的电子发射部侧的前端部(第1端部)E2和在前端部E2相对侧的后端部(第2端部)E1，后端部E1可以被形成为不具有角部。这样的配置对于抑制第1部分41与可以被配置在其外侧的构件之间的放电是有效的。
图6示出根据本发明的实施例的X射线产生装置100的配置。X射线产生装置100可以包括上述的X射线产生管1和驱动X射线产生管1的驱动电路3。X射线产生装置100可以还包括对驱动电路3供应被升压的电压的升压电路2。X射线产生装置100可以还包括收纳X射线产生管1、驱动电路3以及升压电路2的收纳容器4。收纳容器4可以被填充绝缘油。
图7示出根据本发明的实施例的X射线成像装置200的配置。X射线成像装置200可以包括X射线产生装置100和对从X射线产生装置100放射并穿透物体106的X射线104进行检测的X射线检测装置110。X射线成像装置200可以还包括控制装置120和显示装置130。X射线检测装置110可以包括X射线检测器112和信号处理单元114。控制装置120可以控制X射线产生装置100及X射线检测装置110。X射线检测器112对从X射线产生装置100放射并穿透物体106的X射线104进行检测或成像。信号处理单元114可以对从X射线检测器112输出的信号进行处理，并将处理后的信号供应给控制装置120。控制装置120根据从信号处理单元114供应的信号使显示装置130显示图像。
本发明不限于上述实施例，并且可以在本发明的精神和范围之内进行各种的变更及变形。因此，为了将本发明的范围公之于众，提出以下权利要求。
Claims (13)
1.一种X射线产生管，包括电子枪和阳极，所述阳极包括靶材，所述靶材被配置为在与来自所述电子枪的电子碰撞时产生X射线，其中，
所述电子枪包括具有电子发射部的阴极、被配置为引出从所述电子发射部发射的电子的引出电极、以及被配置为对由所述引出电极引出的电子进行聚焦的聚焦电极，
所述聚焦电极包括具有管形状的第1部分和配置于所述第1部分的内侧的第2部分，所述第1部分包括与所述阳极面对的前端部，所述第2部分包括与所述阳极面对的相对表面，并且所述第2部分包括被配置为使得来自所述电子发射部的电子通过的电子通过孔，
所述前端部与所述阳极之间的距离比所述相对表面与所述阳极之间的距离短，并且
所述前端部的热导率比所述第2部分的热导率低。
2.如权利要求1所述的X射线产生管，其中，所述第1部分包括包含所述前端部的圆筒部，所述第2部分包括包含所述电子通过孔的圆盘形状部。
3.如权利要求1所述的X射线产生管，其中，所述第1部分与所述第2部分电连接。
4.如权利要求1所述的X射线产生管，其中，所述第1部分与所述引出电极电连接。
5.如权利要求1所述的X射线产生管，还包括配置于所述阴极与所述引出电极之间的栅电极。
6.如权利要求5所述的X射线产生管，其中，对所述栅电极提供的电位比对所述阴极提供的电位低。
7.如权利要求1所述的X射线产生管，其中，所述第1部分基本上由不锈钢构成，所述第2部分基本上由钼构成。
8.如权利要求1所述的X射线产生管，其中，
所述第2部分定义柱状的第1空间的至少一部分，所述第1部分的内侧表面和所述第2部分的所述相对表面定义第2空间的至少一部分，并且
所述第2部分包括被配置为使所述第1空间与所述第2空间连通的连通部。
9.如权利要求8所述的X射线产生管，其中，所述第1部分包围所述连通部。
10.如权利要求8所述的X射线产生管，其中，
所述第2部分包括包含所述电子通过孔的板部和具有管形状的管部，所述管部的一端连接到所述板部，并且
所述连通部设置在所述管部中。
11.如权利要求10所述的X射线产生管，其中，在所述管部的外侧表面与所述第1部分的所述内侧表面之间定义第3空间，所述第2部分的所述连通部经由所述第3空间使所述第1空间与所述第2空间连通。
12.一种X射线产生装置，包括：
如权利要求1所述的X射线产生管；以及
驱动电路，被配置为驱动所述X射线产生管。
13.一种X射线成像装置，包括：
如权利要求12所述的X射线产生装置；以及
X射线检测装置，被配置为对从所述X射线产生装置放射并穿透物体的X射线进行检测。
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