CN117597759A - X射线产生装置 - Google Patents

Abstract

一种X射线产生装置，具备：壳体；电子枪，其具有在上述壳体内出射电子的电子出射部；靶，其在上述壳体内通过入射上述电子而产生X射线；窗构件，其将上述壳体的开口密封，且使上述X射线透过；管电压施加部，其对上述电子出射部与上述靶之间施加管电压；及磁场形成部，其用于通过在上述电子出射部与上述靶之间形成磁场，而使上述电子偏向；上述靶的厚度具有分布，上述靶以相较于上述管电压相对高时，在上述管电压相对低时上述电子在该靶的厚度上入射至相对薄的部分的方式配置。

Description

X射线产生装置

技术领域

本发明涉及一种X射线产生装置。

背景技术

在专利文献1中记载有一种透过型X射线管装置。该装置具备：真空外围器，其构成X射线管；X射线透过窗，其设置于真空外围器的一端部；金属薄膜，其形成设置于X射线透过窗的真空侧的X射线靶；及电子枪，其产生照射X射线靶的电子束。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-126650号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在上述专利文献1所记载的装置中，金属薄膜的膜厚因场所而不同，且设置有使电子束偏向的偏向电极。偏向电极由以互相相对的方式配置于靶与聚焦电极之间的一对电极板构成。由此，在该装置中，根据自电子枪产生的电子束的加速电压的变化，使施加于偏向电极的偏向电压变化，谋求使电子束入射至靶的适当的膜厚的场所。

这样，在上述技术领域中，要求使电子束根据其加速电压入射至靶的适当的厚度的位置。但是，在专利文献1所记载的装置中，对于该要求，除了控制电子束的加速电压外，还需要以与该加速电压对应的方式调整偏向电压，整体的控制复杂化。

因此，本发明的目的在于提供一种可避免控制的复杂化且使电子束入射至靶的适当的位置的X射线产生装置。

解决问题的技术手段

本发明的X射线产生装置，具备：壳体；电子枪，其具有在壳体内出射电子的电子出射部；靶，其在壳体内通过电子的入射而产生X射线；窗构件，其将壳体的开口密封，且使X射线透过；管电压施加部，其对电子出射部与靶之间施加管电压；及磁场形成部，其用于通过在电子出射部与靶之间形成磁场，而使电子偏向；靶的厚度具有分布，靶以相较于管电压相对高时，在管电压相对低时电子在该靶的厚度上入射至相对薄的部分的方式配置。

在该装置中，通过管电压施加部，对电子枪的电子出射部与靶之间施加管电压，并且通过磁场形成部，在电子出射部与靶之间形成磁场。因此，即使由磁场形成部形成的磁场(例如在时间上)固定，若通过将管电压调整为期望值而使电子的加速度变化且使电子的速度变化，则洛伦兹力所致的电子的圆周运动的半径也变化。因此，磁场所致的电子的偏向量也自动地变化。例如，在管电压相对较高且电子高速移动的情况下，洛伦兹力所致的电子的圆周运动的半径变大，其结果，电子的偏向量变小。另一方面，在管电压相对较低且电子低速移动的情况下，洛伦兹力所致的电子的圆周运动的半径变小，其结果，电子的偏向量变大。这样，在该装置中，不控制磁场产生部所致的磁场的形成(大小)，也以与期望的管电压对应的方式自动地调整电子的偏向量。因此，通过具有厚度的分布的靶以相较于管电压相对高时，在管电压相对低时电子入射至该靶的相对薄的部分的方式配置，从而可(自动地)避免控制的复杂化且使电子入射至靶的适当的位置。

在本发明的X射线产生装置中，也可为靶的厚度自中央部向周缘部变薄，靶以随着管电压相对变低，电子入射至周缘部侧的方式配置。在该情况下，容易以靶的厚度具有上述那样的分布的方式形成靶。

在本发明的X射线产生装置中，也可为磁场形成部包含永久磁铁。这样，在该装置中，只要通过永久磁铁形成固定的磁场即可，可靠地避免控制的复杂化。

在本发明的X射线产生装置中，也可为窗构件具有与壳体的内部相反侧的第1表面、及壳体的内部侧的第2表面，靶形成于第2表面。在该情况下，构成所谓透过型的X射线产生装置。

在本发明的X射线产生装置中，也可为靶在以与电子枪及窗构件的两者相对的方式倾斜的状态下被支撑。在该情况下，构成所谓反射型的X射线产生装置。

发明的效果

根据本发明，可提供一种能够避免控制的复杂化且使电子束入射至靶的适当的位置的X射线产生装置。

附图说明

图1是一实施方式的X射线产生装置的方块图。

图2是图1所示的X射线管的截面图。

图3是用于说明电子束与靶的关系的概略图。

图4是将图2的一部分放大显示的示意性的侧视图。

图5是变形例的X射线管的截面图。

图6是将图5的一部分放大显示的示意性的侧视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对一实施方式进行详细的说明。另外，在各图中，对相同或相当部分标注相同符号，省略重复的说明。

[X射线产生装置的结构]

如图1所示，X射线产生装置10具备X射线管1和电源部11。X射线管1及电源部11被支撑于由金属形成的外壳(省略图示)内。作为一个例子，X射线管1为小焦点的X射线源，X射线产生装置10为在用于将检查对象的内部构造放大观察的X射线非破坏检查中使用的装置。

如图2所示，X射线管1具备壳体2、电子枪3、靶4及窗构件5。X射线管1如下所述被构成为无需更换部件等的密封透过型X射线管。

壳体2具有头部21和真空管22。头部21由金属形成为有底筒状。真空管22由玻璃等绝缘材料形成为有底筒状。真空管22的开口部22a与头部21的开口部21a气密接合。在X射线管1中，壳体2的中心线成为管轴A。在头部21的底壁部21b形成有开口23。开口23位于管轴A上。开口23在自与管轴A平行的方向观察的情况下，例如呈以管轴A为中心线的圆形状。

电子枪3在壳体2内出射电子束B。电子枪3具有加热器31、阴极32、第1栅极电极33、及第2栅极电极34。加热器31、阴极32、第1栅极电极33及第2栅极电极34自真空管22的底壁部22b侧依序配置于管轴A上。作为一个例子，电子枪3的轴线A3(参照图4)与该管轴A一致。另外，电子枪3的轴线A3例如可规定为电子枪3的中心轴(例如阴极32、第1栅极电极33及第2栅极电极34的中心轴)，也可规定为不使电子束B如下所述偏向时的电子束B的轨迹。加热器31由灯丝构成，通过通电而发热。阴极32由加热器31加热而释放电子。即，阴极32为在壳体2内出射电子的电子出射部。

第1栅极电极33形成为筒状，调整自阴极32释放的电子的量。另外，第1栅极电极33也为用于引出自阴极32出射的电子的引出电极。根据施加于第1栅极电极33的电压(引出电压)规定电子的初速度。第2栅极电极34形成为筒状，使通过了第1栅极电极33的电子聚焦于靶4。加热器31、阴极32、第1栅极电极33及第2栅极电极34的各个电连接且物理连接于贯通真空管22的底壁部22b的多个引线销35的各个。引线销35分别电连接于X射线产生装置10的电源部11。

窗构件5将壳体2的开口23密封。窗构件5由X射线透过性高的材料、例如金刚石或铍等形成为板状。窗构件5例如呈以管轴A为中心线的圆板状。窗构件5具有第1表面51及第2表面52。第1表面51为与壳体2的内部相反侧的表面，第2表面52为壳体2的内部侧的表面。第1表面51及第2表面52分别为例如与管轴A垂直的平坦面。靶4形成于窗构件5的第2表面52。靶4例如由钨形成为膜状。靶4在壳体2内通过电子束B的入射而产生X射线R。在本实施方式中，在靶4中产生的X射线R透过靶4及窗构件5而出射至外部。

窗构件5安装于壳体2的开口23周围的安装面24。安装面24例如为与管轴A垂直的平坦面，形成于头部21。窗构件5可经由钎焊材料等接合构件(未图示)与安装面24气密接合。在X射线管1中，靶4电连接于头部21，靶4及窗构件5热连接于头部21。作为一个例子，靶4经由头部21成为接地电位。由此，对电子枪3的阴极32与靶4之间施加管电压。

管电压规定自阴极32出射且朝向靶4的电子的加速度。在X射线产生装置10中，通过电源部11经由引线销35对阴极32供给负电压，且将靶4(阳极)设为接地电位，而对阴极32与靶4之间施加管电压。这样，电源部11与阴极32及靶4协作，构成施加管电压的管电压施加部。另一方面，电源部11也连接于作为引出电极的第1栅极电极33，对第1栅极电极33施加引出电压。因此，电源部11构成引出电压施加部。另外，作为一个例子，通过电子束B的入射而在靶4中产生的热直接或经由窗构件5传递至头部21，进一步自头部21逃散至散热部(省略图示)。在本实施方式中，通过壳体2、靶4及窗构件5，将壳体2的内部空间维持为高真空度。

在如上所述构成的X射线产生装置10中，通过电源部11对电子枪3施加以靶4的电位为基准而为负的电压。作为一个例子，电源部11在靶4为接地电位的状态下，将负的高电压(例如-10kV～-500kV)经由各引线销35施加于电子枪3的各部。自电子枪3出射的电子束B沿管轴A聚焦于靶4上。在靶4中的电子束B的照射区域产生的X射线R以该照射区域为焦点，透过靶4及窗构件5而出射至外部。

此处，X射线管1具备偏向部6。偏向部6具有永久磁铁61。永久磁铁61例如由铁氧体磁铁、钕磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴合金磁铁等构成。

永久磁铁61配置于壳体2的外部，例如经由未图示的固定部固定于头部21的凸缘部。由此，永久磁铁61安装于壳体2的外部。特别是永久磁铁61自与管轴A交叉的方向观察配置于阴极32与靶4之间。其结果，在阴极32与靶4之间，形成有至少包含相对于电子的行进方向垂直的成分的磁场。这样，永久磁铁61作为用于通过在阴极32与靶4之间形成磁场而使电子偏向的磁场形成部发挥功能。

这样的偏向部6使电子束B通过永久磁铁61形成的磁场而偏向，使该电子束B对靶4的入射位置变化。偏向部6在从与自阴极32出射的电子束B朝靶4行进的路径垂直的方向(径向)观察的情况下，可包含与该路径重叠的部分。由此，可使力自永久磁铁61形成的磁场适当地作用于电子束B。在该例中，在自径向观察的情况下，偏向部6的整体以包含于电子束B的路径的方式配置。另外，偏向部6只要可形成使电子束B偏向的磁场即可，不限于以在自径向观察的情况下，包含与电子束B的路径重叠的部分的方式配置。例如，在图2中，在沿管轴A的方向上，将X射线R的出射方向设为上侧，将其相反侧设为下侧的情况下，偏向部6也可配置于较真空管22的底壁部22b靠下侧。偏向部6也可为能够绕管轴A旋转。在该情况下，通过使偏向部6旋转而可调整电子束B对靶4的入射位置的位置。

[靶的结构]

接着，对靶的结构进行说明时，针对电子束与靶的关系进行说明。在X射线产生装置中，由于根据管电压产生的X射线的能量不同，因而例如有使管电压在40kV～130kV之类的范围内变化的情况。如图3所示，以相对高的管电压加速时的电子束B1对靶4A的侵入深度与以相对低的管电压加速时的电子束B2相比变深。

因此，如图3的(a)所示，在靶4A比较厚的情况下，高管电压时的电子束B1以到达靶4A与支撑体5A(此处相当于窗构件5)的边界附近(靶4A的最深部)的方式侵入到靶4A。即，相对于靶4A的厚度侵入深度为适当。即，由于在靶4A中产生的X射线需要通过至到达支撑体5A的靶4A的厚度小，因而抑制了因靶4A所致的自身吸收引起的X射线输出的降低。另一方面，由于低管电压时的电子束B2的侵入深度停留于靶4A的表面附近，在靶4A中产生的X射线需要通过至到达支撑体5A的靶4A的厚度大，因而有因靶4A所致的自身吸收引起的X射线输出降低的担忧。

再者，由于电子束B的能量大部分转换为热，因而在被蓄热于靶4A的情况下，有靶4A受热损伤的担忧。因此，如电子束B1那样，以到达靶4A与支撑体5A的边界附近的方式侵入到靶4A，由此可容易将产生的热传递至支撑体5A，抑制靶4A受热损伤。另一方面，由于低管电压时的电子束B2的侵入深度停留于靶4A的表面附近，因而不易将产生的热传递至支撑体5A，有使靶4A受热损伤的担忧。这样，可以说在靶4A比较厚的情况下，对于高管电压时的电子束B1来说优选，但对于低管电压时的电子束B2来说不优选。另外，为了使在靶4A内部产生的热有效地逸散，支撑体5A可由热传导率良好的材料、例如金刚石形成。

另外，如图3的(b)所示，在靶4B比较薄的情况下，即使为低管电压时的电子束B2，也以到达靶4B与支撑体5A的边界附近(靶4A的最深部)的方式侵入到靶4B。即，相对于靶4B的厚度侵入深度为适当。另一方面，由于高管电压时的电子束B1会穿过靶4B，因而与图3的(a)的情况相比，X射线输出降低。

相对于此，如图3的(c)所示，考虑将靶4C的厚度不均匀地构成。即，考虑使靶4C的厚度产生分布。由此，若使高管电压时的电子束B1入射至靶4C的相对厚的位置，使低管电压时的电子束B2入射至靶4C的相对薄的位置，则在任一电子束中，均可以到达靶4C与支撑体5A的边界附近的方式侵入到靶4C。因此，可在大范围的管电压中抑制X射线输出的降低，且可抑制靶4C受热损伤。

因此，如图4所示，在X射线产生装置10中，构成为靶4的厚度T4具有规定的分布。即，靶4的厚度T4以根据与电子枪3的中心线即轴线A3(管轴A)交叉的面内的位置而变化的方式具有分布。分布的方式为任意的，但在图示的例子中，自与轴线A3交叉的方向观察，靶4的厚度T4自中央部4a向周缘部4b变薄。

再有，在X射线产生装置10中，以与靶4的电子束B1、B2的入射位置的关系成为适当的方式配置。即，靶4以高管电压时的电子束B1入射至靶4的相对厚的部分，且低管电压时的电子束B2入射至靶4的相对厚的部分的方式配置。换言之，在X射线产生装置10中，靶4以相较于管电压相对高时，在管电压相对低时电子(电子束B)在靶4的厚度上入射至相对薄的部分的方式配置。另外，在图4中，包含电子枪3的第1栅极电极33及第2栅极电极34在内省略各部而显示。

如上所述具有厚度的分布的靶4例如可如下制造。即，在通过成膜将靶4形成于支撑体(此处为窗构件5)时，使用与靶4的周缘部对应的掩膜。支撑体中的与掩膜重复的部分自蒸镀源观察，视界较差，因而阻碍成膜，相较于不与掩膜重复的中央部分薄地成膜。由此，可以在中央部较厚且在周缘部较薄的方式制造靶4。中央部与周缘部的厚度的差(纵横比)可以放置掩膜的位置或掩膜的板厚等控制。

[作用及效果]

在X射线产生装置10中，通过管电压施加部(电源部11)，对电子枪3的阴极32与靶4之间施加管电压，且通过偏向部6的永久磁铁61，在阴极32与靶4之间形成有磁场。因此，若通过将管电压调整为期望值而使电子的加速度变化且使电子的速度变化，则洛伦兹力所示的电子的圆周运动的半径变化，磁场所致的电子的偏向量也自动地变化。

例如，在管电压相对较高且电子高速移动的情况下，洛伦兹力所致的电子的圆周运动的半径变大，其结果，电子的偏向量变小。另一方面，在管电压相对较低且电子低速移动的情况下，洛伦兹力所致的电子的圆周运动的半径变小，其结果，电子的偏向量变大。这样，X射线产生装置10不控制永久磁铁61所致的磁场的形成(大小)，也以与期望的管电压对应的方式自动调整电子的偏向量。因此，通过具有厚度的分布的靶4以相较于管电压相对高时，在管电压相对低时电子入射至靶的厚度相对薄的部分的方式配置，可(自动地)避免控制的复杂化且使电子入射至靶4的适当的位置。

另外，作为电子的入射位置处的靶4的厚度T4的最佳值的一个例子，在管电压为40kV左右的情况下，为2μm左右，在管电压为130kV左右的情况下，为10μm左右。因此，靶4可以厚度T4分布于2μm至10μm的范围内的方式形成。

另外，在X射线产生装置10中，靶4的厚度T4自中央部4a向周缘部4b变薄，且靶4以随着管电压相对变低，电子入射至周缘部4b侧的方式配置。因此，容易以靶4的厚度T4具有上述那样的分布的方式形成靶4。

另外，在X射线产生装置10中，作为磁场形成部，包含在阴极32与靶4之间安装于壳体2的永久磁铁61。因此，在X射线产生装置10中，只要通过永久磁铁61形成有固定的磁场即可，可靠地避免控制的复杂化。

另外，在X射线产生装置10中，窗构件5具有与壳体2的内部相反侧的第1表面51、及壳体2的内部侧的第2表面52，靶4形成于第2表面52。由此，构成所谓透过型的X射线产生装置10。

[变形例]

本发明不限定于上述实施方式。X射线管1及X射线产生装置10也可以被构成为密封反射型。如图5所示，密封反射型的X射线管1与上述密封透过型的X射线管1的主要不同点在于：电子枪3配置于头部21侧方的收纳部7内；及由支撑构件8而非窗构件5支撑靶4。收纳部7具有侧管71与管柱72。侧管71以侧管71的一开口部71a面向头部21的内部的方式，与头部21的侧壁部接合。管柱72将侧管71的另一开口71b密封。

加热器31、阴极32、第1栅极电极33及第2栅极电极34自管柱72侧起依序配置于侧管71内。多个引线销35贯通管柱72。支撑构件8贯通真空管22的底壁部22b。靶4在以在管轴A上与电子枪3及窗构件5两者相对的方式倾斜的状态下，固定于支撑构件8的前端部81。

在该例中，偏向部6相对于收纳部7的侧管71设置。由此，永久磁铁61通过保持构件62配置于阴极32与靶4之间。其结果，在阴极32与靶4之间，形成有至少包含相对于电子的行进方向垂直的成分的磁场。这样，此处，永久磁铁61也作为用于通过在阴极32与靶4之间形成磁场而使电子偏向的磁场形成部发挥功能。

更具体而言，如图6所示，永久磁铁61配置于收纳部7的侧管71的外侧。因此，自阴极32出射的电子至少在侧管71内，自永久磁铁61形成的磁场受力而偏向。另外，在图6中，包含电子枪3的第1栅极电极33及第2栅极电极34在内省略各部而显示。

另外，靶4与上述实施方式相同，厚度T4具有分布，且以相较于管电压相对高时，在管电压相对低时电子(电子束B)入射至相对薄的部分的方式配置。

在具备如上述那样构成的密封反射型的X射线管1的X射线产生装置10中，作为一个例子，在头部21及侧管71设为接地电位的状态下，由电源部11将正电压经由支撑构件8施加于靶4，由电源部11将负电压经由多个引线销35施加于电子枪3的各部。自电子枪3出射的电子束B沿与管轴A垂直的方向聚焦于靶4上。在靶4中的电子束B的照射区域产生的X射线R以该照射区域为焦点，透过窗构件5出射至外部。再有，在通过入射至靶4的电子产生X射线的情况下，由于其入射能量大部分转换为热，因而在被蓄热于靶4的情况下，有靶4受热损伤的担忧。作为其散热对策，对支撑构件8也使用热传导率良好的材料、例如铜等，且对支撑体5A也使用热传导率高的材料、例如金刚石等。再有，为了将在靶4内部产生的热效率良好地自支撑体5A传递至支撑构件8，电子束B以到达靶4A与支撑体5A的边界附近的方式侵入到靶4A，由此，可容易将产生的热传递至支撑体5A，抑制靶4A受热损伤。因此，通过以在电子束B1侵入至深处的高管电压时，将电子束B入射至靶4较厚的部位，在电子束B2仅侵入至较浅位置的低管电压时，将电子束B入射至靶4较薄的部位的方式进行控制，可使电子束B入射至靶4的适当的位置且抑制靶4的热损伤。

另外，X射线管1也可被构成为开放透过型X射线管或开放反射型X射线管。开放透过型或开放反射型的X射线管1构成为壳体2可开放，并且为可更换部件(例如窗构件5、电子枪3的各部)等的X射线管。在具备开放透过型或开放反射型的X射线管1的X射线产生装置10中，通过真空泵，提高壳体2的内部空间的真空度。

在密封透过型或开放透过型的X射线管1中，靶4只要形成于窗构件5的第2表面52中至少露出于开口23的区域即可。在密封透过型或开放透过型的X射线管1中，靶4也可经由其他膜形成于窗构件5的第2表面52。

另外，在上述的例子中，例示了永久磁铁61作为磁场形成部。但是，作为磁场形成部，可采用能够在阴极32与靶4之间形成磁场的任意的结构(例如线圈等电磁铁)。即使采用任一结构的磁场形成部，均可不控制磁场的形成(大小)、即避免复杂的控制且根据管电压自动地将电子入射至靶4的适当的位置。

另外，在上述的例子中，例示了1个永久磁铁61作为磁场形成部。但，永久磁铁61的数量不限定于此，也可为多个，在该情况下，可以互相相对的方式配置。

再者，靶4的厚度T4的分布的方式如上所述为任意的，不限定于如上述的例子那样随着自中央部4a朝向周缘部4b而变薄的分布。例如，靶4的厚度T4的分布也可为自一端部向另一端部单调变薄的分布。在该情况下，若将靶4以相较于管电压相对高时，在管电压相对低时电子(电子束B)入射至相对薄的部分的方式配置，则也实现了相同的效果。

产业上的可利用性

本发明可提供一种能够避免控制的复杂化且使电子束入射至靶的适当的位置的X射线产生装置。

符号的说明

2…壳体、3…电子枪、4…靶、5…窗构件、10…X射线产生装置、11…电源部(管电压施加部)、32…阴极(电子出射部)、61…永久磁铁(磁场形成部)。

Claims (5)

1.一种X射线产生装置，其中，

具备：

壳体；

电子枪，其具有在所述壳体内出射电子的电子出射部；

靶，其在所述壳体内通过所述电子的入射而产生X射线；

窗构件，其将所述壳体的开口密封，且使所述X射线透过；

管电压施加部，其对所述电子出射部与所述靶之间施加管电压；及

磁场形成部，其用于通过在所述电子出射部与所述靶之间形成磁场，而使所述电子偏向，

所述靶的厚度具有分布，

所述靶以相较于所述管电压相对高时，在所述管电压相对低时所述电子在该靶的厚度上入射至相对薄的部分的方式配置。

2.如权利要求1所述的X射线产生装置，其中，

所述靶的厚度自中央部向周缘部变薄，

所述靶以随着所述管电压相对变低，所述电子入射至所述周缘部侧的方式配置。

3.如权利要求1或2所述的X射线产生装置，其中，

所述磁场形成部包含永久磁铁。

4.如权利要求1～3中任一项所述的X射线产生装置，其中，

所述窗构件具有与所述壳体的内部相反侧的第1表面、及所述壳体的内部侧的第2表面，

所述靶形成于所述第2表面。

5.如权利要求1～3中任一项所述的X射线产生装置，其中，

所述靶在以与所述电子枪及所述窗构件两者相对的方式倾斜的状态下被支撑。