CN1868026A

CN1868026A - X射线装置

Info

Publication number: CN1868026A
Application number: CNA2004800305184A
Authority: CN
Inventors: 阿武秀郎; 北出康一; 北见隆幸; 中牟田浩典; 佐藤学
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-11-22
Also published as: WO2005038853A1; EP1686608B1; US7206380B2; JPWO2005038853A1; EP1686608A1; US20060188068A1; EP1686608A4; JP4828941B2

Abstract

一种X射线装置包括旋转阳极型X射线管11，它被配置成使得可旋转阳极靶15和设置为与阳极靶15相对的阴极16容纳于真空管壳13内；产生用于旋转阳极靶15的感生电磁场的定子26；至少容纳并保持所述旋转阳极型X射线管11的外壳10；被设置于旋转阳极型X射线管11的至少一部分附近的循环路径，且水基冷却剂通过所述循环路径循环；以及包括设置于沿着所述循环路径的一位置处并强制地馈送所述水基冷却剂的循环泵27a以及辐射水基冷却剂的热量的辐射器27b的冷却单元27，其中25℃时水基冷却剂中的溶解氧量是5mg/升或以下。

Description

X射线装置

技术领域

本发明涉及X射线装置，尤其涉及具有与例如旋转阳极型X射线管所产生的热有关的改良热辐射特性的X射线装置。

背景技术

X射线装置被配置为包括旋转阳极型X射线管，其中真空管壳容纳旋转支承的阳极靶，以及容纳旋转阳极型X射线管的外壳。在例如由要被辐射的阳极靶产生热量的情况下，旋转阳极型X射线管具备用于冷却该热量的冷却机构。

关于具有冷却机构的X射线装置，提出以下建议。

(1)提出了一种X射线装置，其中将旋转阳极型X射线管和定子浸入绝缘油中。使高热传热效率的水基冷却剂流过部分设置在高热产生的部分处的流动通道，上述产生高热量的部分诸如阳极靶附近提供的反冲电子捕集器(trap)和真空管壳。因此，冷却了高热产生的部分。冷却剂在这些流动通道和冷却单元之间循环(例如，参见USP 6519317)。

(2)提出了一种X射线装置，它被构建为类似于X射线装置(1)，区别在于旋转阳极型X射线管和定子不浸入绝缘油，而是浸入水基冷却剂，该水基冷却剂在外壳和冷却单元之间循环(例如参见PCT国家公开No.2001-502473)。

根据具有结构(1)的X射线装置，如果旋转阳极型X射线管上的热负荷增加，真空管壳外表面所产生的热量也增加。但由于冷却该外表面的冷却剂仅仅是不通过外部热交换器冷却的绝缘油，在一些情况中，不能获得必需的冷却性能。此外，由于冷却剂包含水，所以可能腐蚀循环路径的金属部分。构成部分设置于阳极靶附近提供的反冲电子捕集器和真空管壳处的流动通道的这些金属部分具有隔离真空和冷却剂的功能。如果腐蚀不断发展，则这种功能会劣化且X射线管将变得不可用。如果出现这种缺点，当X射线管的阳极靶的温度上升到较高水平时，水基冷却剂会进入X射线管。水基冷却剂接触到高温阳极靶，蒸发并使压力上升。这造成了安全问题。

随着腐蚀的发展，会产生不溶解于冷却剂中的金属氢氧化物的悬浮固体。结果，冷却剂的流动通道会由该悬浮固体阻塞，且会阻碍传热或者会降低流速。结果，冷却剂的冷却性能会劣化。此外，随着水基冷却剂的温度的上升，溶解于水基冷却剂中的空气变成气泡，并混入该水基冷却剂。因此，会降低冷却剂的冷却性能。

除了结构(1)的问题，具有结构(2)的X射线装置具有以下问题。即，随着由于金属腐蚀引起的绝缘电阻减小，会劣化诸如定子电路的低电压电路系统的绝缘性能以及外壳和真空管壳之间的绝缘性能。特别是，在将动压滑动轴承用作旋转支承机构的轴承时，与使用球轴承的情况相比，定子的热产生增加且电绝缘性能显著劣化。此外，在(1)的情况中未浸入水基冷却剂的X射线管的真空壁被腐蚀。结果，更容易出现结构(1)的问题。

随着水基冷却剂的温度的上升，溶解于水基冷却剂中的空气变成气泡，并混入该水基冷却剂。因此，会产生结构(1)的类似问题。此外，如果这些气泡经过X射线输出窗，则会改变所产生的X射线的透射率。如果在使用X射线装置期间出现这种现象，则会不利地影响X射线图像。

此外，水基冷却剂的返回路径与外壳的内部空间连通，因此低电压电路系统被浸入水基冷却剂。这种低电压电路系统包括用于向定子提供电压的定子电路系统和开启吸气器电路(turn-on getter circuit)。浸入水基冷却剂的定子电路系统的那些部分是定子线圈、配线线路和用于连接到外壳之外设置的外部电源的电流源端子。浸入水基冷却剂的开启吸气器电路的那些部分是用于向X射线管内的开启吸气器提供电流的电流源端子、配线线路和用于与外壳之外设置的外部电源连接的电流源端子。

由于这些组件的电流导通部分之间的距离较短，所以由于水基冷却剂的导电率(传导率)的稍许增加，会产生漏电的问题。因此，优选通过用树脂整体模制这些组件来保护这些结构组件免受水基冷却剂。然而，如果由于长期使用而在模中出现缺陷，则水基冷却剂就会流入模制件内的结构部分，导致漏电。

此外，X射线管的外壳和真空管壳两者都被设定于接地电位。为了在X射线管放电的情况下防止电噪声，则要使X射线管适于与外壳电气绝缘。因此，在其中水基冷却剂的返回路径与外壳的内部空间连通的结构(2)的情况下，水基冷却剂存在于外壳和X射线管之间的绝缘部分附近。由于绝缘的距离较短，由于水基冷却剂的导电率的稍许增加，会产生漏电的问题。

发明内容

本发明考虑了上述问题，且本发明的目的在于提供一种X射线装置，它可以防止冷却剂性能劣化，改善热辐射特性，并长时间具有高可靠性。

本发明的另一目的在于提供一种X射线装置，它可以防止由于冷却剂性能劣化引起的故障的出现。

根据本发明的第一方面，提供了一种X射线装置，它的特点在于包括：

旋转阳极型X射线管，它被配置成使得可旋转阳极靶和设置为与阳极靶相对的阴极容纳于真空管壳内；

定子，它产生用于旋转阳极靶的感生电磁场；

外壳，它至少容纳并保持所述旋转阳极型X射线管；

循环路径，它被设置于旋转阳极型X射线管的至少一部分附近，且水基冷却剂通过所述循环路径循环；以及

冷却单元，它包括设置于沿着所述循环路径的一位置处并强制地馈送所述水基冷却剂的循环泵，以及辐射水基冷却剂的热量的辐射器，

其中25℃时水基冷却剂中的溶解氧量是5mg/升或以下。

根据本发明的第二方面，提供了一种X射线装置，它的特点在于包括：

定子，它产生用于旋转阳极靶的感生电磁场；

外壳，它至少容纳并保持所述旋转阳极型X射线管；

其中25℃时水基冷却剂的导电率是5mS/m或以下。

根据本发明的第三方面，提供了一种X射线装置，它的特点在于包括：

定子，它产生用于旋转阳极靶的感生电磁场；

外壳，它至少容纳并保持所述旋转阳极型X射线管；

其中所述水基冷却剂包含苯并三唑或其衍生物作为抑制剂。

根据本发明的第四方面，提供了一种X射线装置，它的特点在于包括：

定子，它产生用于旋转阳极靶的感生电磁场；

外壳，它至少容纳并保持所述旋转阳极型X射线管；

其中所述X射线装置还包括去除水基冷却剂中的杂质的杂质去除机构。

根据本发明的第五方面，提供了一种X射线装置，它的特点在于包括：

定子，它产生用于旋转阳极靶的感生电磁场；

外壳，它至少容纳并保持所述旋转阳极型X射线管；

其中所述X射线装置还包括：

检测装置，用于检测水基冷却剂的导电率或根据所述导电率变化的物理量，或者X射线装置的漏电流或根据所述漏电流变化的物理量，并产生检测信号；以及

控制装置，用于根据所述检测装置的检测信号执行控制，以禁止或允许旋转阳极型X射线管进行X射线输出操作。

附图说明

图1示意性示出了根据本发明第一实施例的X射线装置的结构。

图2示意性示出了根据本发明第二实施例的X射线装置的结构。

图3示意性示出了根据本发明第三实施例的X射线装置的结构。

图4示意性示出了根据本发明第四实施例的X射线装置的结构。

图5示意性示出了根据本发明第五实施例的X射线装置的结构。

图6示意性示出了根据本发明第六实施例的X射线装置的结构。

图7示意性示出了一种X射线装置的结构，它可应用于根据本发明第一到第六实施例的X射线装置，并包括除气单元，作为去除水基冷却剂中的杂质的杂质去除机构。

图8示意性示出了一种X射线装置的结构，它可应用于根据本发明第一到第六实施例的X射线装置，并包括金属离子过滤器，作为去除水基冷却剂中的杂质的杂质去除机构。

图9示意性示出了一种X射线装置的结构，它可应用于根据本发明第一到第六实施例的X射线装置，并在外壳内包括检测水基冷却剂的导电率的导电率监视器。

图10示意性示出了一种X射线装置的结构，它可应用于根据本发明第一到第六实施例的X射线装置，并在冷却单元内包括检测水基冷却剂的导电率的导电率监视器。

图11示意性示出了一种X射线装置的结构，它可应用于根据本发明第一到第六实施例的X射线装置，并包括可以检测漏电流的漏电流监视器。

图12示意性示出了根据修改的一种X射线装置的结构。

具体实施方式

现在将参考附图描述根据本发明实施例的X射线装置。从可应用本发明的X射线装置的第一到第六实施例来开始描述。

(第一实施例)

如图1所示，根据第一实施例的X射线装置包括外壳10和旋转阳极型X射线管11。外壳10在其一部分处设有X射线输出窗10a。该旋转阳极型X射线管11容纳并保持于外壳10内。外壳10包含诸如绝缘油的非水基冷却剂，它装填容纳旋转阳极型X射线管11的内部空间。

旋转阳极型X射线管11由真空管壳13等构成。真空管壳13在其一部分处设有X射线输出窗13a。真空管壳13例如由大直径部分131、直径小于该大直径部分131的小直径部分132、双圆柱部分133和圆柱阴极包含部分134构成。大直径部分131、小直径部分132和圆柱部分133与管轴共轴设置。阴极包含部分134从管轴离心地设置。

可旋转阳极靶15设置于大直径部分121中。阴极16设置于阴极包含部分134中，面对该阳极靶15。反冲电子捕集器(屏蔽结构)17设置于阴极包含部分134的一部分处，例如被设置为包围所述阴极16的壁部分处。反冲电子捕集器17俘获从阳极靶15反射出来的电子。反冲电子捕集器17由具有相对较高导热性的材料构成，诸如铜或铜合金。

阴极16由阴极支承结构18支承。阴极支承结构18被固定于阴极包含部分134内部。阳极靶15经由耦合部分19耦合到旋转支承机构20，并由旋转支承机构20可旋转地支承。

旋转支承机构20包括与耦合部分19耦合的旋转部件22，以及例如配合旋转部件22的远端部分的固定部件23。圆柱转子24耦合到旋转部件22的远端圆柱部分的外围表面。例如径向/上冲方向动压滑动轴承(未示出)的动压滑动轴承设置于旋转部件22和固定部件23之间的啮合部分处。固定部件23的两个端部分都固定到真空管壳13。

定子26设置于真空管壳13之外，例如在一定位置以包围圆柱转子24。定子26产生用于旋转阳极靶15的感生电磁场。定子26与旋转阳极型X射线管11一起容纳于外壳10内并与绝缘油相接触。

冷却单元27例如设置于外壳10外部。冷却单元27例如包括循环泵27a和热交换器27b。循环泵27a设置于水基冷却剂(以下描述)循环经过的循环路径上的一点处。循环泵27a强制馈送水基冷却剂。热交换器(辐射器)27b设置于循环泵27a的下游侧并辐射水基冷却剂的热量。辐射器由导热率相对较高的材料构成，诸如铜或铜合金。水基冷却剂例如是导热率高于外壳10中的绝缘油的冷却剂，诸如水和乙二醇或丙二醇(以下称作“防冻液”)的混合物。将水基冷却剂装填入循环路径。

水基冷却剂的循环路径设置于旋转阳极型X射线管11的至少一部分附近。循环路径包括第一冷却路径C1、第二冷却路径C2和第三冷却路径C3。第一冷却路径C1形成于大直径部分131的圆柱部分133侧上，即在大直径部分131之下。第二冷却路径C2形成于反冲电子捕集器17附近或之内。第三冷却路径C3形成于固定部件23内。

特别地，在大直径部分131的圆柱部分133侧上设置的壁131a的外部，环状壁14被设置为与壁131a平行并包围圆柱部分133。第一冷却路径C1是壁131a和壁部分14之间设置的盘状空间28。该盘状空间28包括用于将水基冷却剂引入第一冷却路径C1的进口C11，以及用于将水基冷却剂从第一冷却路径C1排出的出口C12。进口C11和出口C12例如形成于盘状空间28的两端处与盘状空间28的中心相对(即，180°的距离)。

第二冷却路径C2例如是反冲电子捕集器17内的环形空间29。环形空间29包括用于将水基冷却剂引入第二冷却路径C2的进口C21，以及用于将水基冷却剂从第二冷却路径C2排出的出口C22。

第三冷却路径C3例如由固定部件23内形成的腔23a和被插入腔23a的导管23b构成。特别地，固定部件23是中孔的杆状部件，其一个端部分(在该示例中位于阴极包含部分134侧上)打开而另一个端部分(在该示例中在圆柱转子24侧上)关闭。导管23b固定于圆柱转子24的旋转中心处。导管23b的与固定部件23的上述一个端部分相对应的一端用作将水基冷却剂引入第三冷却路径C3的进口C31。固定部件23的上述一个端部分用作将水基冷却剂从第三冷却路径C3排出的出口C32。更具体地，从进口C31引入的水基冷却剂流经导管23b并在腔23a内按U形改变方向，随后将水基冷却剂从出口C32排出到固定部件23之外。

导管P1、P2、P3和P4分别连接冷却单元27和进口C21、出口C22和进口C11、出口C12和进口C31以及出口C32和冷却单元27。从而，形成了包括第一冷却路径C1、第二冷却路径C2和第三冷却路径C3的循环路径。为便于描绘，导管P2和P3部分描绘于外壳10之外。但通常，导管P2和P3设置于外壳10内。

冷却单元27经由可拆卸管接头连接到外壳10。特别地，外壳10和冷却单元27之间的循环路径由软管形成。软管和外壳10之间的连接部分T1和T2以及软管和冷却单元27之间的连接部分T3和T4被配置成至少使得外壳10侧上的连接部分或者冷却单元27侧上的连接部分是可拆卸的。采用这种结构，外壳10和冷却单元27可分离，且可以使安装冷却单元27的工作和维护的工作更容易。

在具有上述结构的X射线装置中，旋转部件22通过定子26产生的感生电磁场旋转。旋转力经由耦合部分19被传送到阳极靶15，并使阳极靶15旋转。在这种状态下，电子束 e从阴极16射到阳极靶15，且阳极靶15发出X射线。X射线经由X射线输出窗13a和10a提取到外面。此时，由阳极靶15反射的一部分电子束 e由反冲电子捕集器17俘获。

如果旋转阳极型X射线管11设定于操作中，则由于电子束 e的辐射而使阳极靶15的温度上升。由于俘获了来自阳极靶15的反射电子束 e，反冲电子捕集器17的温度也上升。此外，定子26的温度由于线圈部分中流动的电流而上升。由于传热而使真空管壳13的温度上升。

真空管壳13和定子26的热量传到外壳10内的绝缘油，从而辐射到外部。阳极靶15和反冲电子捕集器17的热量传到循环路径中循环的防冻液并辐射到外部。特别地，冷却单元27的循环泵27a在循环路径中循环防冻液，如图中的箭头Y所指示的。热交换器27b辐射防冻液的热量，该防冻液被强制从循环泵27a馈送并由于冷却旋转阳极型X射线管11而使温度上升。

从冷却单元27的热交换器27b馈出的防冻液经由导管P1被引入进口C21，并冷却反冲电子捕集器17，同时经过环形空间29(第二冷却路径C2)。从出口c22流出的防冻液经由导管P2被引入进口C11，并冷却真空管壳13的大直径部分131同时经过盘状空间28(第一冷却路径C1)。

从出口C12排出的防冻液经由导管P3被引入进口C31，并冷却固定部件23同时经过腔23a(第三冷却路径C3)，它被形成为允许防冻液在固定部件23内往复流动。流出出口C32的防冻液经由导管P4返回到冷却单元27。

根据第一实施例的X射线装置，其温度上升到较高水平的一些部分(诸如反冲电子捕集器17和真空管壳13的一些部分)的热量由具有高传热效率的防冻液有效地辐射，上述防冻液流经第一冷却路径C1、第二冷却路径C2和第三冷却路径C3。在大直径部分131处，在第一冷却路径C1中流动的防冻液和绝缘油之间进行热交换。在这种情况下，绝缘油移动并与壁部分14的外表面相接触，从而与防冻液进行有效的热交换并改善绝缘油的热辐射的特性。结果，不需要为绝缘油提供热交换器，因此简化了装置的结构。

此外，定子26的外围、真空管壳13的外表面和外壳10的内表面不与水基冷却剂相接触，且绝缘油沿着它们流动。因此，可以防止电绝缘降低和金属腐蚀。

所以，可以提供一种X射线装置，它可以长期确保良好的热辐射特性和较高的可靠性。

(第二实施例)

将描述根据本发明第二实施例的X射线装置。与第一实施例中的结构部分共有的那些结构部分由相同的标号标注，并省去了详细描述。

如图2所示，例如通过线性穿过固定部件23的通孔23a形成第三冷却路径C3。固定部件23是中孔的杆状部件，且两端打开。通孔23a包括将水基冷却剂引入第三冷却路径C3的进口C31，以及将水基冷却剂从第三冷却路径C3排出的出口C32。入口C31设置于固定部件23的上述另一端部分(在本示例中在圆柱转子24侧上)。出口C32设置于固定部件23的上述一个端部分处(在本示例中在阴极包含部分134侧上)。

导管P1、P2、P3和P4分别连接冷却单元27和进口C21、出口C22和进口C11、出口C12和进口C31以及出口C32和冷却单元27。因此，形成了包含第一冷却路径C1、第二冷却路径C2和第三冷却路径C3的循环路径。为便于描绘，导管P2部分描绘于外壳10之外。但通常，所有导管都设置于外壳10内。

具有上述结构的X射线装置被配置成使得流出出口C12的防冻液通过导管P3引入进口C31并冷却固定部件23同时沿一个方向(即，从圆柱转子24侧向阴极包含部分134侧的方向)经过固定部件23内延伸的通孔23a(第三冷却路径C3)。

根据第二实施例的X射线装置，可以获得与第一实施例相同的优点。

(第三实施例)

将描述根据本发明第三实施例的X射线装置。与第一实施例中的结构部分共有的那些结构部分由相同的标号标注，并省去了详细描述。

如图3所示，与第一实施例相同，第三冷却路径C3例如由固定部件23内形成的腔23a和被插入腔23a的导管23b构成。特别是，将水基冷却剂引入第三冷却路径C3的进口C31和将水基冷却剂从第三冷却路径C3排出的出口C32都设置于固定部件23的一个端部分处(在本例中在阴极包含部分134侧)。

导管P1、P2和P3分别连接冷却单元27和进口C21、出口C22和进口C31以及出口C32和进口C11。出口C12将被引入第一冷却路径C1的防冻液排入外壳10的内空间10b。软管和外壳10之间的连接部分T1用作将防冻液从外壳10的内部空间10b经由软管输出到冷却单元27的出口。

防冻液的返回路径形成于外壳10的内部空间10b与冷却单元27之间(即，连接部分T1和T3之间)。因此，容纳旋转阳极型X射线管11的内部空间10b填满了防冻液，该防冻液是上述水基冷却剂。

防冻液的循环路径被形成为包括导管P1、P2和P3，第一冷却路径C1，第二冷却路径C2，第三冷却路径C3和返回路径。为便于描绘，导管P1和P3部分地描绘于外壳10之外。但通常，导管P1和P3设置于外壳10内。

另一方面，定子26与旋转阳极型X射线管11一起容纳于外壳10内。由于使定子26与水基冷却剂相接触，所以在定子26的至少一部分表面上形成(通过模制)防锈涂布薄膜26a。

防锈涂布薄膜26a例如由有机涂布薄膜构成。更具体地，有机涂布薄膜由选自环氧树脂、焦油环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、氟树脂、硅氧烷树脂和聚氨酯树脂的树脂或者基本包含该树脂的混合树脂的厚涂布薄膜构成。

因此，定子26的外围不与水基冷却剂相接触，可以避免电绝缘的劣化。

在具有上述结构的X射线装置中，真空管壳13、定子26、阳极靶15和反冲电子捕集器17的热量被传到循环路径中循环的防冻液，并被辐射到外部。特别地，冷却单元27的循环泵27a循环循环路径中的防冻液，如图中的箭头Y所指示的。热交换机27b辐射防冻液的热量，该防冻液强制地从循环泵27a被馈送并由于冷却了旋转阳极型X射线管11而使温度升高。

被馈出冷却单元27的热交换机27b的防冻液经由导管P1引入进口C21并冷却反冲电子捕集器17同时经过环形空间29(第二冷却路径C2)。流出出口C22的防冻液经由导管P2被引入进口C31并冷却固定部件23同时经过腔23a(第三冷却路径C3)，它被形成为允许固定部件23内防冻液的往复流动。

流出出口C32的防冻液经由导管P3被引入进口C11并冷却真空管壳13的大直径部分131同时经过盘状空间28(第一冷却路径C1)。从出口C12排出的防冻液被排入外壳10的内部空间10b，并冷却真空管壳13和定子26。内部空间10b中的防冻液经由连接部分T1被返回到冷却单元27。

根据第三实施例的X射线装置，可以获得与第一实施例相同的有利效果。此外，由于所使用的冷却剂仅仅是水基冷却剂，这在成本方面也是有利的，且维护也较容易。由于水基冷却剂的传热效率高于绝缘油，所以可以进一步改善整个装置的传热特性。

(第四实施例)

将描述根据本发明第四实施例的X射线装置。与第一实施例中的结构部分共有的那些结构部分由相同的标号标注，并省去了详细描述。

如图4所示，与第二实施例相同，第三冷却路径C3通过线性穿过固定部件23的通孔23a形成。固定部件23是中孔的杆状部件，且两端打开。通孔23a包括用于将水基冷却剂引入第三冷却路径C3的进口C31，和用于将水基冷却剂从第三冷却路径C3排出的出口C32。进口C31设置于固定部件23的一个端部分处(本例中在阴极包含部分134侧上)。出口C32设置于固定部件23的另一端部分处(本例中在圆柱转子24侧上)。

导管P1和P2分别连接冷却单元27和进口C21以及出口C22和进口C31。输出c32将被引入第三冷却路径C3的防冻液排入外壳10的内部空间10b。软管和外壳10之间的连接部分T1用作将防冻液从外壳10的内部空间10b经由软管输出到冷却单元27的出口。

防冻液的返回路径形成于外壳10的内部空间10b和冷却单元27之间(即，连接部分T1和T3之间)。因此，容纳旋转阳极型X射线管11的内部空间10b填满了防冻液，该防冻液是水基冷却剂。

防冻液的循环路径被形成为包含导管P1和P2、第二冷却路径C2、第三冷却路径C3和返回路径。为便于描述，导管P1部分描绘于外壳10之外。但通常，所有导管都设置于外壳10内。

另一方面，与第三实施例相同，定子26与旋转阳极型X射线管11一起容纳于外壳10内，且防锈涂布薄膜26a形成(通过模制)于定子26的至少一部分表面上。从而，定子26的外围不与水基冷却剂相接触，可以防止电绝缘的劣化。

具有上述结构的X射线装置被配置成使得流出出口C22的防冻液经由导管P2引入进口C31并冷却固定部件23同时经过沿一个方向(即，从阴极包含部分134侧到圆柱转子24侧的方向)在固定部件23内延伸的通孔23a(第三冷却路径C3)。

根据第四实施例的X射线装置，可以获得与第三实施例相同的优点。

(第五实施例)

将描述根据本发明第五实施例的X射线装置。与第一实施例中的结构部分共有的那些结构部分由相同的标号标注，并省去了详细描述。

如图5所示，根据第五实施例的X射线装置具有与根据图3所示的第三实施例的X射线装置基本相同的结构。但是，第五实施例与第三实施例的区别在于定子26设置于外壳10之外。由于定子26不与水基冷却剂相接触，所以可以避免电绝缘的劣化。与第三实施例不同，不需要在定子26的表面上形成防锈涂布薄膜。因此，可以降低成本且可以有利地减小整个装置的尺寸。具有该结构的定子26不能通过冷却剂冷却，但它可以利用外部空气来冷却。

根据第五实施例的X射线装置，可以获得与第三实施例相同的优点。

(第六实施例)

将描述根据本发明第六实施例的X射线装置。与第一实施例中的结构部分共有的那些结构部分由相同的标号标注，并省去了详细描述。

如图6所示，根据第六实施例的X射线装置具有与根据图4所示的第四实施例的X射线装置基本相同的结构。但是，第六实施例与第四实施例的区别在于定子26设置于外壳10之外。由于定子26不与水基冷却剂相接触，所以可以避免电绝缘的劣化。与第四实施例不同，不需要在定子26的表面上形成防锈涂布薄膜。因此，可以降低成本且可以有利地减小整个装置的尺寸。具有该结构的定子26不能通过冷却剂冷却，但它可以利用外部空气来冷却。

根据第六实施例的X射线装置，可以获得与第四实施例相同的优点。

(有关：电化学腐蚀)

在每一个上述实施例中，被浸入水基冷却剂的X射线装置的金属部分都可能被电化学腐蚀。特别是，在具有导电性的液体中，诸如水基冷却剂，金属部分的某一部分用作阳极(具有相对较低的电位)且金属部分的另一部分用作阴极(具有相对较高的电位)。使各自部分处阳极反应和阴极反应相关联。这样，构成了电池。

如下地表示阳极反应和阴极反应。这两种反应在它们总是彼此相关联的情况下进行。在以下方程中，n是整数。

阳极反应： (金属变成离子)

阴极反应1：， (氢离子放电并变成氢原子，且氢原子变成氢气)

阴极反应2： (液体中的溶解氧变成氢氧离子)

当阳极反应和阴极反应1组合进行时，将进行以下化学反应：

(1)

当阳极反应和阴极反应2组合进行时，将进行以下的化学反应：

(2)

通过反应方程(1)和(2)的化学反应的进行，阳极和阴极的金属部分被洗提为金属离子。换句话说，水基冷却剂中的金属部分被逐渐腐蚀(电化学腐蚀)。在第一和第二实施例中，沿着水基冷却剂的循环路径设置的金属部分，诸如循环泵27a、热交换机27b、导管P1到P4、冷却路径C1到C3以及连接部分T1到T4，可能会被电化学腐蚀。在第三到第六实施例中，除了上述金属部分外，外壳10的内表面、真空管壳13的外表面、定子26和各种电路系统的一些部分都可能被电化学腐蚀。

(用于电化学腐蚀的第一反应抑制方法)

随着化学方程(1)和(2)的化学反应的进行，液体中的金属离子浓度上升。因此，可以理解，存在液体的导电率增加(对应于电阻率的倒数)的问题。液体导电率的增加促进了金属部分的腐蚀，还会引起漏电。

涉及液体导电率和金属腐蚀之间关系的参考文献是Shadan-Hojin，NihonBousei Gijyutsu Kyokai，“Bousei Gijyutsusha No Tameno Denki-kagaku Nyumon，Oyobi Saishin Bousei Boushoku Gijyutsu(防锈工程师的电化学手册和最新防锈防腐蚀技术)”，它描述了铁土壤的腐蚀属性和电阻率之间的关系。根据该文献，当土壤的电阻率是ρ(Ω·cm)时，金属的腐蚀性如下：

ρ＜900很高的腐蚀性，

ρ＝900到2300相对较高的腐蚀性，

ρ＝2300到5000中等腐蚀性，

ρ＝5000到10000低腐蚀性，以及

ρ＞10000很低的腐蚀性。

与水基冷却剂相接触的本发明的X射线装置的这些部分的组成材料包括诸如钢的铁合金，作为最可腐蚀金属之一。为了极大地降低与水基冷却剂相接触的X射线装置的部分的腐蚀性，估计水基冷却剂的电阻率应为20000Ω·cm或以上，换句话说，导电性应为(1/20000)S/cm＝5mS/m或以下。

随着如反应方程(1)所指示的腐蚀过程，产生氢气。由于氢气混入水基冷却剂，冷却性能会劣化，金属部件的强度会降低，或者x射线输出窗附近出现的氢气会不利地影响X射线图像。此外，随着腐蚀进行，金属离子和氢氧离子会反应且水基冷却剂中会产生不可溶金属氢氧化物的悬浮产物。

因此，将X射线装置的制造过程中初始引入循环路径中的水基冷却剂的导电性设定在较低水平并在使用X射线装置期间将该导电率保持于较低水平是有效的。特别地，优选将水基冷却剂设定于基本电绝缘状态，并且将导电率设定为5mS/m或以下。

上述导电率可以通过数字式电阻率表MH-7(ORGANO公司制造)来测量。该表获得的测量值是电阻率(Ω·cm)，但导电率(S/cm)是电阻率的倒数。

(电化学腐蚀的第二反应抑制方法)

溶解氧的存在是与反应方程(2)所指示的化学反应的进行相关联。因此，在用于抑制腐蚀反应的第二反应抑制方法中，将在X射线装置的制造过程中初始引入循环路径中的水基冷却剂的溶解氧量设定于较低水平并在X射线装置的使用期间将该溶解氧量保持于较低水平是有效的。特别地，优选将常温(25℃)时水基冷却剂中的溶解氧量设定为小于常温/常压(1atm)下的饱和量(约8mg/升)，且更优选将溶解氧量设定于5mg/升或以下。

例如，在10℃，1atm时一升水的氧饱和量约为10.9mg，且100℃时约4.9mg。现在假定当制造过程中将水基冷却剂引入循环路径时的温度是10℃时水基冷却剂中溶解了每升10mg的氧。在这种情况下，随着使用时温度上升，溶解的氧将变成冷却剂中的气体。如果水基冷却剂的温度达到100℃，将产生每升约5mg的氧。如果X射线装置中使用的水基冷却剂的总量是10升，则将产生约50mg的氧气。在冷却剂主要由水构成的情况下，温度的上限约为100℃。因此，期望溶解氧的量小于100℃时溶解氧的饱和量(4.9mg/升)。

特别是，尽管应考虑溶解氧的量以防止金属部件腐蚀，还应考虑水基冷却剂中溶解气体的量以防止由于冷却剂温度上升而出现气泡。特别地，较佳地，常温(25℃)时水基冷却剂中溶解空气的量小于常温/常压下的饱和量，且更优选地，溶解空气的量是100℃时溶解空气的饱和量(约14.4mg/升)或以下。

溶解氧的上述量可以通过荧光氧气表FOR-21(ORGANO公司制造)测量。测量原理如下。如果在特殊有机物质上辐射近紫外线，会发出荧光。如果将特殊有机物质浸入被测溶液(例如，丙二醇和纯水的50％混合物的水基冷却剂)，则溶液中包含的氧扩散并渗入有机物质。结果，荧光亮度降低。利用这种物理现象。该测量装置与使用电化学原理的普通的电型或极谱分析型的装置不同，且它的特点在于灵敏度变化较小和随时间变化较小。

(用于电化学腐蚀的第三反应抑制方法)

辐射器和反冲电子捕集器由铜或铜合金等构成。外壳由铸铝等构成。真空管壳和固定部件的金属部分由镀镍的铁合金或者非镀镍的铁合金等构成。与水基冷却剂相接触的金属部分的表面积与同水基冷却剂的总接触面积之比较大，因此防止这些金属部分的腐蚀是很重要的。

较佳地，水基冷却剂应包含苯并三唑(BTA)或者其衍生物、甲苯三唑(TTA)或BTA羧酸酯，作为防止金属部分腐蚀的抑制剂。例如，这些抑制剂可以添加到电解液、水压/油压液体、太阳能系统中的循环水或者锅炉的冷却水。但在这些示例中，添加量较大，通常0.2重量％到3重量％。如果将抑制剂添加到纯水中，则期望导电率超过50ms/m。现尚不清楚具有这种导电率的介质是否可应用于X射线装置的水基冷却剂。

本发明人利用丙二醇和纯水的50％混合物进行了试验。结果，可以确定在上述非铁金属上获得防腐蚀效果所必需的抑制剂的添加的最小量是0.0005重量％，且可以将导电率降低为5mS/m或以下的抑制剂的添加的最大量是0.02重量％。

因此，可以理解：考虑到个别产品的要求使用的导电率、要防止腐蚀的金属的表面积以及水基冷却剂的总容量，通过选择抑制剂的最佳添加量可以获得显著的防腐蚀效果。在将水基冷却剂的导电率限制为5mS/m或以下的范围内使用附加抑制剂(例如，钼酸盐)也是有效的。

(第一杂质去除方法)

图7示出了包括用于去除用于冷却X射线装置的水基冷却剂中的杂质的杂质去除机构的结构示例。主要给出控制系统的描述。已联系第一到第六实施例描述的结构部分由相同的标号标注，并省去详细的描述。

图7所示的X射线装置包括用于控制装置整体的控制单元30。控制单元30控制冷却单元27、高压发生单元31、定子驱动电路32和吸气器电源电路33的操作。在控制单元30的控制下，高压发生单元31产生施加于阴极16上的高压。在控制单元30的控制下，定子驱动电路32将电流提供给定子26的线圈。在控制单元30的控制下，吸气器电源电路33供电给X射线管11的真空管壳13内设置的开启吸气器CG。

在具有以上结构的X射线装置中，在沿着循环水基冷却剂的循环路径的位置处设置了去除水基冷却剂中的杂质的杂质去除机构。在图7所示的示例中，在沿着冷却单元27内的循环路径的位置处提供除气单元41作为杂质去除机构。除气单元41的位置不限于冷却单元27内，而是可以是沿循环路径的任何位置。除气单元41可以设置于外壳10内或者在沿导管的位置处。在X射线装置的制造过程中，在将水基冷却剂引入循环路径的步骤期间或在此步骤即将发生之前，可以通过除气单元进行除气过程。

此外，为了将随X射线装置使用期间由于水基冷却剂引起的金属部分腐蚀过程而产生的氢气加以除气，优选将除气单元设置于沿循环路径的位置处，从而总是将水基冷却剂中的氧气或氢气作为杂质除去。

将描述可应用于除气单元41的一些方法示例。首先，可应用真空除气法。在真空除气法中，真空除气腔设置于循环路径的一部分处。真空除气腔内液面以上的空间由真空泵排空。为了抑制水的蒸发，真空度被调节到例如30kPa。如果温度不上升到如此高的水平则会引起蒸发问题，因为有助于除气，所以温度也调节到例如40℃。通过使循环持续预定时间周期来执行该除气过程。

第二，可以采用其中利用气体渗透膜进行除气的方法。根据该方法，由仅扩散和通过气体的气体渗透膜构成的隔壁部分设置于循环路径的一部分处。其中氧浓度较低的液体、气体或真空设置于与循环路径相对的一侧上，其中隔壁部分被插入。通过将循环持续预定时间周期来进行除气过程。

作为图7所示的除气单元41，中孔纤维膜除气组件SEPAREL(商标)(由DAINIPPON.INK AND CHEMICALS，INC.制造)是可用的。本发明人利用丙二醇和纯水的50％混合物进行了试验。确认了可以获得充分的效果。

(第二杂质去除方法)

图8示出了包括杂质去除机构的结构示例，该机构用于去除用于冷却X射线装置的水基冷却剂中的杂质。

在具有图8所示结构的X射线装置中，用于去除水基冷却剂中的杂质的杂质去除机构设置于沿用于循环水基冷却剂的循环路径的一位置处。在图8所示的示例中，在沿着冷却单元27内的循环路径的一位置处设置金属离子去除过滤器42作为杂质去除机构。金属离子去除过滤器42的位置不限于冷却单元27内，而可以是沿着循环路径的任何位置。较佳地，该金属离子去除过滤器42应设置于导管上。在X射线装置的制造过程中，去除水基冷却剂中的金属离子的过程可以在将水基冷却剂引入循环路径期间或在此步骤即将发生之前通过金属离子去除过滤器进行。

此外，为了去除金属离子，其该金属离子是在X射线装置使用期间由于水基冷却剂引起的金属部分腐蚀过程而产生的，优选将金属离子去除过滤器设置于沿循环路径的一位置处，从而总是吸收和去除作为水基冷却剂中的杂质的金属离子，其中会引起导电率的增加。

金属离子去除过滤器42包括金属离子交换膜，它具有用于吸收和去除金属离子的阳离子交换基，该金属离子交换膜设置于用作过滤基的多孔膜的表面上。例如，“Protego CF Cartridge Filter”或“Protego CFX Cartridge Filter”(由Mykrolis公司制造)可用作金属离子去除过滤器42。本发明人利用丙二醇和纯水的50％混合物液体进行了试验。确认了可以获得充分的效果。

使用半透膜的反向渗透方法可用作另一种去除造成导电率增加的水基冷却剂中杂质的方法。该方法适合于水基冷却剂的预处理。该方法可在将水基冷却剂引入X射线装置的循环路径前应用。

通过采用上述杂质去除方法，可以抑制反应方程(1)和(2)所表达的化学反应。此外，通过将杂质去除单元设置于沿着X射线装置中水基冷却剂的循环路径的位置处，会随着腐蚀过程而产生的氢气可以由除气单元去除。因此，可以防止由于氢气出现而引起的故障。类似地，即使水基冷却剂中出现了腐蚀过程和金属离子，金属离子也可以通过金属离子去除过滤器去除，且可以防止由于离子出现引起的故障。图7和图8分别示出了两种杂质去除方法。无需说明的是，这两种方法可以组合，并可以获得组合效果。

(导电率测量方法)

图9和10示出了包括检测装置的X射线装置的结构示例，该检测装置用于检测用于冷却的水基冷却剂的导电率或者根据导电率变化的物理量。主要给出控制系统的描述。已联系第一到第六实施例描述的结构部分由相同的标号标注，并省去详细描述。

图9和10所示的X射线装置包括控制单元30，它用作控制装置整体的控制装置。控制单元30控制冷却单元27、高压发生单元31、定子驱动电路32、吸气器电源电路33、用作检测装置的导电率监视器34以及用作指示装置的显示单元35等操作。该高压发生单元31、定子驱动电路32和吸气器电源电路33已参考图7进行了描述，因此省去详细描述。

导电率监视器34检测水基冷却剂的导电率或者根据该导电率变化的物理量，并产生相应的检测信号。在X射线装置中，导电率监视器34设置于沿用于循环水基冷却剂的循环路径的一位置处。在图9所示的示例中，导电率监视器34设置于外壳10内沿循环路径的一位置处。在图10所示的示例中，导电率监视器34设置于沿冷却单元27内循环路径的一位置处。导电率监视器34的位置可以是沿循环路径的任何位置，并可以是导管上的位置。

将描述导电率监视器的可应用示例。在测量水基冷却剂的导电率的可用方法中，例如，将一对相反的金属电极插入水基冷却剂中。测量金属电极之间流动的交流电或直流电的电阻率或导电率(电阻率的倒数)。金属电极可具有平面平行的板状、平行杆状或同轴状。

在具有以上结构的X射线装置中，控制单元30根据从导电率监视器34输出的检测信号来确定循环路径中循环的水基冷却剂的导电率异常。特别地，控制单元30具有导电率的预设阈值。该阈值被设定的导电率不会引起经由X射线装置内的水基冷却剂的介质击穿。可以预设多个阈值，诸如可以将水基冷却剂的导电率判定为正常的上限值，将导电率判定为需要注意的上限值，以及将导电率判定为异常的上限值。

基于来自导电率监视器34的检测信号，控制单元30执行控制以禁止或允许旋转阳极型X射线管11进行X射线输出操作。特别地，控制单元30比较来自导电率监视器34的检测信号和阈值。如果控制单元30检测出导电率的异常，则它控制高压发生单元31，禁止向阴极16提供电压，并停止旋转阳极型X射线管11进行X射线输出操作。由此，可以避免导电率增加引起的故障。

控制单元30根据来自导电率监视器34的检测信号控制显示单元35，并使得显示单元35显示基于来自导电率监视器34的检测信号的判定结果。例如，显示单元35通过将劣化状态分为诸如“正常”、“注意”和“异常”的类，显示水基冷却剂的劣化状态。

从而，通过自我诊断检查水基冷却剂的性能的劣化。在出现故障前，用户或服务人员可以明确地被通知需要维护，诸如水基冷却剂的替换工作，冷却单元的替换工作，或者阳极旋转型X射线管的替换工作。因此，可以防止X射线装置使用中与安全、经济效率和可靠性相关的问题。

(漏电流测量方法)

图11示出了包括检查装置的X射线装置的结构示例，该检查装置用于检查X射线装置的漏电流或者根据该漏电流变化的物理量。主要给出控制系统的描述。已联系第一到第六实施例描述的结构部分由相同的标号标注，并省去详细描述。

如图11所示的X射线装置包括控制单元30，它用作控制装置整体的控制装置。控制单元30控制冷却单元27、高压发生单元31、定子驱动电路32、吸气器电源电路33、用作检测装置的漏电流监视器36以及用作指示装置的显示单元35等操作。漏电流监视器36包括用于检查流经与外壳10相连的接地线的漏电流或者根据该漏电流变化的物理量的电路，并产生相应的检测信号。

在具有以上结构的X射线装置中，控制单元30根据从漏电流监视器36输出的检测信号来判定漏电流的异常。特别地，控制单元30具有漏电流的预设阈值。该阈值被设定为不会引起X射线装置的异常的漏电流值。可以预设多个阈值，诸如可以将漏电流判定为正常的上限值，将漏电流判定为需要注意的上限值，以及将漏电流判定为异常的上限值。

基于来自漏电流监视器36的检测信号，控制单元30执行控制以禁止或允许旋转阳极型X射线管11进行X射线输出操作。特别地，控制单元30比较来自漏电流监视器36的检测信号和阈值。如果控制单元30检测出漏电流的异常，则它控制高压发生单元31，禁止向阴极16提供电压，并停止旋转阳极型X射线管11进行X射线输出操作。从而，可以防止由于达到预设值的漏电流引起的故障。

控制单元30根据来自漏电流监视器36的检测信号控制显示单元35，并使得显示单元35根据来自漏电流监视器36的检测信号显示判定结果。例如，通过将状态分成诸如“正常”、“注意”和“异常”的类，显示单元35显示检测出的漏电流的状态。

已参考不同的附图描述了测量导电率和漏电流的方法。无需说明的是，通过组合这些方法可以获得叠加效果。

本发明不限于上述实施例。在实施本发明的阶段，可以通过修改结构元件来实施各种实施例而不背离本发明的精神。实施例中揭示的结构元件可适当组合，且可以作出各种发明。例如，可将一些结构元件从实施例中省去。此外，不同实施例中的结构元件可适当组合。

例如，在第一和第二实施例中，绝缘油可用作装填外壳内部的第一冷却剂，且传热效率高于第一冷却剂的防冻液用作装填循环路径的第二冷却剂。但是，第一冷却剂和第二冷却剂的组合不限于绝缘油和防冻液的组合，且可以使用其它冷却剂组合。

类似地，在第三到第六实施例中，传热效率高于绝缘油的防冻液被用作装填外壳和循环路径的冷却剂。然而，可应用于这些实施例的冷却剂不限于防冻液，且其它冷却剂也是可用的。

在第一到第六实施例中，在旋转支承阳极靶的旋转支承机构中使用动压滑动轴承。但是，在本发明中，使用球轴承的减摩轴承或者磁性轴承可以被使用。即使在使用这些轴承的情况下，如果定子线圈和旋转部件的旋转驱动单元之间的耦合足够或者进行高速旋转，则线圈温度会上升。在这些情况下，可以通过采用这些实施例的结构而获得与以上实施例中相同的有利效果。

从冷却单元馈送的期望水基冷却剂被引入要优先冷却的部分，诸如耐热性较差的部分或者发热量较高的部分。例如，如在第三实施例的修改中，如图12所示，导管P1、P2和P3可分别连接冷却单元27和进口C31、出口C32和进口C21以及出口C22和进口C11。

出口C12将引入第一冷却路径C1的防冻液排入外壳10的内部空间10b。软管和外壳10之间的连接部分T1用作将防冻液从外壳10的内部空间10b经由软管输出到冷却单元27的出口。简言之，防冻液的返回路径形成于外壳10的内部空间10b和冷却单元27之间(即，连接部分T1和T3之间)。因此，容纳旋转阳极型X射线管11的内部空间10b装填有作为水基冷却剂的防冻液。这样，防冻液的循环路径形成为包括导管P1、P2和P3，第一冷却路径C1，第二冷却路径C2，第三冷却路径C3，和返回路径。

在这种情况中，将馈送出冷却单元27的热交换机27b的防冻液经由导管P1引入进口C31并冷却固定部件23同时经过腔23a(第三冷却路径C3)，它被形成为允许固定部件23内防冻液的往复流动。从出口C32出来的防冻液经由导管P2引入进口C21并冷却反冲电子捕集器17同时经过环形空间29(第二冷却路径C2)。流出出口C22的防冻液经由导管P3引入进口C11并冷却真空管壳13的大直径部分131同时经过盘状空间28(第一冷却路径C1)。从出口C12排出的防冻液经由导管P4返回到冷却单元27。

根据该结构，可以提供一种X射线装置，其中有效地冷却要优先冷却的部分，且长时间确保高可靠性。虽然只描述了第一实施例的修改，但类似结构可应用于其它实施例。

工业应用性

如上所述，本发明可提供一种X射线装置，它可以改善辐射特性并可以长时间具有高可靠性。

Claims

1.一种X射线装置，其特征在于，包括：

定子，它产生用于旋转阳极靶的感生电磁场；

外壳，它至少容纳并保持所述旋转阳极型X射线管；

其中25℃时水基冷却剂中的溶解氧量是5mg/升或以下。

2.一种X射线装置，其特征在于，包括：

定子，它生成用于旋转阳极靶的感生电磁场；

外壳，它至少容纳并保持所述旋转阳极型X射线管；

其中25℃时水基冷却剂的导电率是5mS/m或以下。

3.一种X射线装置，其特征在于，包括：

定子，它产生用于旋转阳极靶的感生电磁场；

外壳，它至少容纳并保持所述旋转阳极型X射线管；

其中所述水基冷却剂包含苯并三唑或其衍生物作为抑制剂。

4.一种X射线装置，其特征在于，包括：

定子，它产生用于旋转阳极靶的感生电磁场；

外壳，它至少容纳并保持所述旋转阳极型X射线管；

5.如权利要求4所述的X射线装置，其特征在于，所述杂质去除机构是去除水基冷却剂中的气体的除气单元。

6.如权利要求4所述的X射线装置，其特征在于，所述杂质去除机构是具有至少包含用于吸收并去除水基冷却剂中的金属离子的阳离子交换基的离子交换膜的金属离子去除过滤器。

7.如权利要求6所述的X射线装置，其特征在于，所述离子交换膜设置于多孔部件的表面上。

8.一种X射线装置，其特征在于，包括：

定子，它产生用于旋转阳极靶的感生电磁场；

外壳，它至少容纳并保持所述旋转阳极型X射线管；

其中所述X射线装置还包括：

控制装置，用于根据所述检测装置的检测信号执行一控制，以禁止或允许旋转阳极型X射线管进行X射线输出操作。

9.如权利要求8所述的X射线装置，其特征在于，所述检测装置设置于外壳内。

10.如权利要求8所述的X射线装置，其特征在于，所述检测装置设置于冷却单元内。

11.如权利要求8所述的X射线装置，其特征在于，还包括指示装置，用于指示所述控制装置的确定结果。