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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre, in der Elektronen von einer Elektronenquelle in einer in einem Vakuumzustand befindlichen Baueinheit emittiert und in ein Röntgen-Target eingespritzt werden, und bei der Röntgenstrahlen, die von dem Röntgen-Target erzeugt werden, durch ein Röntgenstrahlen-durchlässiges Fenster der Baueinheit nach außen emittiert werden.
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Aus der
WO 2007/135 812 A1 umfasst eine Röntgenröhre eine Basisplatte, die aus einem Metallmaterial hergestellt ist und einen Öffnungsbereich hat, ein Röntgenstrahl-Transmissionsfenster, das so angeordnet ist, dass es den Öffnungsbereich schließt, einen flachen, kastenförmigen Behälterabschnitt, der an der Basisplatte befestigt ist und innerhalb eines Röntgen-Targets, das in Vakuumzustand ist und in dem Öffnungsbereich auf der Innenseite des Behälterabschnitts in engem Kontakt mit dem Röntgenstrahl-Transmissionsfenster angeordnet ist, und eine Elektronenquelle, die an der Innenseite des Behälterabschnitts vorgesehen ist und wenigstens eine lineare Kathode hat, die sich so erstreckt, dass sie dem Öffnungsbereich der Basisplatte entspricht, und eine Vielzahl von Steuerelektroden, die eine Öffnung haben, die einer Längsrichtung der Kathode entsprechen, wobei die Elektronenquelle konfiguriert ist, um die von der Kathode emittierten Elektronen durch eine Vielzahl von Steuerelektroden zu steuern und die Elektronen in das Röntgen-Target zu initiieren,
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Die Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer
JP H10-39100 A offenbart eine lange Röntgenröhre, die sich in einer vorgegebenen Richtung erstreckt. Diese Röntgenröhre nimmt ein spulenförmiges Filament innerhalb eines langen Vakuumbehälters auf und ermöglicht es, dass thermische Elektronen von den Filament auf einer Anode auftreffen, die einem Fenster liegt, wodurch Röntgenstrahlen erzeugt werden, und dass sie nach außen emittiert werden.
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Die herkömmliche Röntgenröhre, die in der Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer
JP H10-39100 A offenbart ist, hat jedoch den Nachteil, dass, da die gesamte eine Seite des Vakuumbehälters durch das Fenster abgedichtet wird, welches auch als Anode dient, die Dicke des Fensterteils groß sein muss, um die Festigkeit zu erhalten, die zum Halten des Vakuums erforderlich ist; die große Dicke des Fensterteils verursacht jedoch eine Schwierigkeit beim Emittieren der erzeugten Röntgenstrahlen zur Außenseite hin. Das heißt, es ist schwierig, eine gute Balance zwischen der Vakuumfestigkeit und der Röntgenstrahl-Emissionsfähigkeit zu erreichen. Darüber hinaus kann die Emission der Elektronen von dem Filament nicht homogen sein, und in diesem Fall wird die Menge an Röntgenstrahlen, die durch das Fenster emittiert werden, in einem Strahlungsbereich inhomogen werden. Daher ist es schwierig, eine stabile Röntgenstrahlung unter einen gewünschten Betriebszustand in dem Strahlungsbereich auszuführen, der sich in der vorgegebenen Richtung erstreckt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Röntgenröhre bereitzustellen, die eine stabile Röntgenstrahlung unter einem gewünschten Betriebszustand in einem Strahlungsbereich durchführen kann, der sich in einer vorgegebenen Richtung erstreckt.
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Dazu umfasst die erfindungsgemäße Röntgenröhre die Merkmale von Anspruch 1.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.
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Gemäß der Röntgenröhre nach Anspruch 1 wird eine Röntgenröhre mit einem flachen, kastenförmigen Behälterabschnitt bereitgestellt, wobei die Basisplatte aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und wobei das Röntgenstrahl-Transmissionsfenster konfiguriert ist, um den Öffnungsabschnitt der Basisplatte zu verschließen. So wird eine gute Balance zwischen der Vakuumfestigkeit und der Röntgenstrahlungsfähigkeit der Röntgenröhre erreicht werden. Ferner umfasst die Elektronenquelle die lineare Kathode und die Vielzahl der Steuerelektroden, und die Erstreckungsrichtung der linearen Kathode und der Öffnung der Steuerelektrode entsprechen der Form des Öffnungsabschnitts der Basisplatte. Auf diese Weise können die Röntgenstrahlen homogen aus im Wesentlichen dem gesamten Bereich des Öffnungsabschnitts der Basisplatte herausgeführt werden. Folglich kann die Röntgenstrahlung stabil unter einem gewünschten Betriebszustand in dem Strahlungsbereich erfolgen, der sich in einer vorgegebenen Richtung erstreckt.
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Da die Steuerelektroden eine erste Steuerelektrode und eine zweite Steuerelektrode umfassen, wobei wenigstens die erste Steuerelektrode oder die zweite Steuerelektrode sind so angeordnet, dass sie die lineare Kathode umgibt, kann auf diese Weise das Potential um die Kathode herum stabilisiert werden, und die Röntgenstrahlung kann stabil unter einem gewünschten Betriebszustand ausgeführt werden.
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Da die Öffnung der zweiten Steuerelektrode enger ausgebildet als die Öffnung der ersten Steuerelektrode. Auf diese Weise kann der Ort der Elektronenentnahme eingeschränkt werden, und der Emissionsort der Elektronen von der zweiten Steuerelektrode können so eingeschränkt werden, dass die Elektronen auf das Röntgen-Target fokussiert sind. Folglich können die Elektronen daran gehindert werden, auf unerwünschten Bereichen der Basisplatte aufzutreffen, und die Röntgenstrahlung kann stabil unter einem gewünschten Betriebszustand ausgeführt werden.
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Gemäß der Röntgenröhre nach Anspruch 2 ist die zweite Steuerelektrode so angeordnet, dass sie die Kathode und die erste Steuerelektrode umgibt. Auf diese Weise kann das Potential um die Kathode herum noch weiter stabilisiert werden und die Röntgenstrahlung kann stabil unter einem gewünschten Betriebszustand durchgeführt werden.
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Gemäß der Röntgenröhre nach Anspruch 3 ist die rückseitige Elektrode auf der Innenfläche des Behälterabschnitts so ausgebildet, dass sie der ersten Steuerelektrode gegenüberliegt. Auf diese Weise kann die Elektroneninjektion auf die Innenfläche des Behälterabschnitts, der der Kathode gegenüberliegt, eingeschränkt werden, und das Potential um die Kathode herum kann noch weiter stabilisiert werden, so dass eine stabile Röntgenstrahlung unter einem gewünschten Betriebszustand durchgeführt werden kann.
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Gemäß der Röntgenröhre nach Anspruch 4 wird Material, welches eine Toxizität verursacht, beispielsweise Beryllium, nicht für das Röntgenstrahl-Transmissionsfenster verwendet, wodurch Sicherheit geboten wird.
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Gemäß der Röntgenröhre nach Anspruch 5 kann die Stärke der Basisplatte verbessert werden. Insbesondere ist es schwierig, eine Festigkeit an der Basisplatte zu erreichen aufgrund des Öffnungsabschnitts, der auf der Basisplatte ausgebildet ist; durch die Verwendung der Legierung 426 kann die Basisplatte jedoch mit einer ausreichenden Festigkeit trotz des Öffnungsabschnitts ausgestattet werden.
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Gemäß der Röntgenröhre nach Anspruch 6 umfassen die Öffnungen der Steuerelektroden ein gitterförmiges oder bienenwabenförmiges Gitter, wodurch die Festigkeit der Steuerelektrode verbessert und das Potential in der Elektronenquelle stabilisiert wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Frontansicht des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist eine auseinandergezogene und separierte, perspektivische Darstellung, die eine Elektrodenstruktur des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Röntgenröhre 1 eine flache, kastenförmige Baueinheit 2 als Hauptkörper. Die Baueinheit 2 umfasst einen Behälterabschnitt 3, der durch eine Glasplatte in eine flache, kastenförmige Form geformt ist, eine Basisplatte 4, die an einem öffnungsseitigen, umfangsmäßigen Abschnitt des Behälterabschnitts 3 befestigt ist, um den Behälterabschnitt 3 abzudichten, und ein unten beschriebenes Röntgenstrahl-Transmissionsfenster 5, das an der Basisplatte 4 vorgesehen ist. Das innere der Baueinheit 2 ist in einen Vakuumzustand evakuiert. Die Basisplatte 4 ist eine rechteckige Platte, die aus der Legierung 426 hergestellt ist. Die Legierung 426 ist eine Legierung, die aus 42% Ni, 6% Cr und dem Rest aus Fe und dergleichen hergestellt ist, und sie hat im Wesentlichen den gleichen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung wie ein Kalknatronglas, das den Behälterabschnitt 3 bildet.
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In dem Fall, bei dem das Material des Behälterabschnitts 3 eine andere Glasplatte als aus Kalknatronglas ist, kann die oben erwähnte Basisplatte 4 eine Metallplatte sein, die aus anderen Materialien hergestellt ist, sodass der Koeffizient der thermischen Ausdehnung der Basisplatte 4 im Wesentlichen der gleiche ist wie der des Behälterabschnitts 3.
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Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Basisplatte 4 einen länglichen, rechteckigen Öffnungsabschnitt 6, der an einer Mitte der Basisplatte 4 in Längsrichtung ausgebildet ist. Obwohl in dem gezeigten Beispiel der Öffnungsabschnitt 6 eine längliche, rechteckige Form hat, kann er auch in eine dünnere, schlitzartige Form ausgebildet werden.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist das Röntgenstrahl-Transmissionsfenster 5 auf einer Stirnseite (d. h. eine Stirnseite, die an einer Außenseite der Baueinheit 2 liegt) der Basisplatte 4 vorgesehen, sodass es den Öffnungsabschnitt 6 verschließt. Eine Titanfolie wird für das Röntgenstrahl-Transmissionsfenster 5 verwendet. Titan ist ein geeignetes Material für das Röntgenstrahl-Transmissionsfenster 5, weil es keine Toxizität erzeugt, wie es Beryllium tut, und es hat eine gute Strahlungsdurchlässigkeit.
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Basisplatte 4 ein Röntgen-Target 7, das an dem Öffnungsabschnitt 6 an einer anderen Stirnfläche (d. h. eine Stirnfläche, die auf der Innenseite der Baueinheit 2 liegt) der Basisplatte 4 vorgesehen ist, die innerhalb des Behälterabschnitts 3 liegt. Das Röntgen-Target 7 ist aus einem Wolframfilm hergestellt, der durch Vakuumabscheidung auf einer Innenfläche des Röntgenstrahl-Transmissionsfensters 5 von der Innenseite des Öffnungsabschnitts 6 her dicht befestigt ist. Für das Röntgen-Target 7 können andere Metalle als Wolfram, beispielsweise Molybdän, verwendet werden.
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Wie in den 1 und 3 gezeigt ist, ist eine rückseitige Elektrode 8 zur Vermeidung einer Elektrifizierung aufgrund der Elektroneninjektion in das Glas innerhalb des Behälterabschnitts 3 vorgesehen, d. h. innerhalb der Baueinheit 2, und an einer Innenfläche, die dem Röntgenstrahl-Transmissionsfenster 5 gegenüberliegt. Eine lineare Kathode 9 zur Lieferung von Elektronen, die in das Röntgen-Target 7 injiziert werden sollen, erstreckt sich unter (d. h. auf Seiten des Röntgenstrahl-Transmissionsfensters 5) der rückseitigen Elektrode 8. Eine Steuerelektrode (erste Steuerelektrode 10) zum Abziehen der Elektronen aus der Kathode 9 ist zwischen der Kathode 9 und dem Röntgenstrahl-Transmissionsfenster 5 vorgesehen, und eine zweite Elektrode (zweite Steuerelektrode 11) zum Beschleunigen der Elektronen, die aus der ersten Steuerelektrode abgezogen wurden, ist zwischen der ersten Steuerelektrode 10 und dem Röntgenstrahl-Transmissionsfenster 5 vorgesehen.
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Die lineare Kathode 9 wird ausgebildet, indem ein Karbonat auf einer Oberfläche eines Kerndrahtes aus Wolfram oder dergleichen vorgesehen ist, und sie emittiert thermische Elektroden, indem der Kerndraht elektrisch aufgeheizt wird. Die rückseitige Elektrode 8 ist eine ebene Elektrode, die so angeordnet ist, dass sie der ersten Steuerelektrode 10 über die Kathode 9 hinweg gegenüberliegt.
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Ferner sind die erste Steuerelektrode 10 und die zweite Steuerelektrode 11 Elektroden, die einen flachen Frontabschnitt haben, der sich so erstreckt, dass er der linearen Kathode 9 gegenüberliegt, und der flache Frontabschnitt umfasst eine gitterartige Öffnung an einer Stelle, die der Kathode 9 entspricht.
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Insbesondere ist die erste Elektrode 10 eine Steuerelektrode, die der Kathode 9 direkt gegenüberliegt, und der flache Frontabschnitt davon, der die gitterförmige Öffnung hat, überdeckt einen Bereich, der weiter ist als die lineare Kathode 9 bei Blickrichtung von dem Röntgenstrahl-Transmissionsfenster 5 her. Andererseits umfasst die zweite Steuerelektrode 11 eine schlitzförmige Öffnung 12, die an ihrem flachen Stirnseitenabschnitt liegt und die der linearen Kathode 9 entspricht und sich entlang einer Längsrichtung erstreckt und ein Gitter 13 hat. Die Größe der Öffnung 12 ist enger als die Öffnung der ersten Steuerelektrode 10 (d. h. die Größe der Öffnung 12 fällt innerhalb der Öffnung der ersten Steuerelektrode 10 bei Blickrichtung von dem Röntgenstrahl-Transmissionsfenster 5 her). Die Öffnung 12 und das Gitter 13 der zweiten Steuerelektrode 11 sind so angeordnet, dass sie dem Öffnungsabschnitt 6 der oben erwähnten Basisplatte 4 und dem Röntgen-Target 7 entsprechen, welches nahe bei dem Öffnungsabschnitt vorgesehen ist, und das sie einen Bereich einschränken, in dem die von der Kathode 9 emittierten Elektronen abgestrahlt werden. Durch Anwendung der Elektronen auf das Röntgen-Target 7 werden auch Röntgenstrahlen effizient erzeugt und in Bezug auf die Baueinheit 2 nach außen hin emittiert. Ferner umfasst die zweite Steuerelektrode 11 Seitenwandabschnitte, die sich im Wesentlichen senkrecht von dem flachen Stirnseitenabschnitt davon in Richtung auf die flache Stirnseite des Behälterabschnitts 3 erstrecken, der auf der Seite der Kathode 9 liegt, wobei auf diese Weise die zweite Steuerelektrode 11 eine kastenförmige Form hat, in der je vier Seiten durch Platten umgeben sind. Auf diese Weise sind die rückseitige Elektrode 8, die Kathode 9 und die erste Steuerelektrode 10 durch die zweite Steuerelektrode 11 umgeben und durch sie untergebracht.
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Eine Elektronenquelle wird durch die rückseitige Elektrode 8, die Kathode 9, die erste Steuerelektrode 10 und die zweite Steuerelektrode 11 gebildet. Daher ist die Kathode 9 durch die Elektrode umgeben, an die ein vorgegebenes Potential angelegt ist, so dass die Elektrode 9 nicht durch die Elektrifizierung an der inneren Stirnseite des Behälterabschnitts 3 beeinflusst wird, wobei das Potential um die Kathode 9 herum stabilisiert wird.
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Ferner umgibt und beherbergt die zweite Steuerelektrode 11 die rückseitige Elektrode 8, die Kathode 9 und die erste Steuerelektrode 10 in einem internen Raum der zweiten Steuerelektrode 11, sodass die Elektrifizierung an der Innenfläche des Behälterabschnitts 3 verhindert wird, die dadurch verursacht wird, dass die aus der Kathode 9 durch die Steuerelektrode 10 abgezogenen Elektronen auf andere Stellen injiziert werden als auf das Röntgen-Target 7, beispielsweise auf die Innenfläche des Behälterabschnitts 3.
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Die rückseitige Elektrode 8 kann weggelassen werden, wenn ein genügender Abstand zwischen dem Behälterabschnitt 3 und der linearen Kathode 9 vorhanden ist und wenn der Einfluss der Elektrifizierung aufgrund der auf den Behälterabschnitt 3 injizierten Elektronen gering ist. Ferner kann zusätzlich zu der ersten Steuerelektrode 10 und der zweiten Steuerelektrode 11 eine andere Steuerelektrode entsprechend dem Abstand zwischen der linearen Kathode 9 und dem Röntgen-Target 7, dem Röhrenpotential oder dem Ausmaß der Fokussierung der Röntgenstrahlen, die von dem Röntgenstrahl-Transmissionsfenster 5 emittiert werden, hinzugefügt werden.
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Wie im Falle der Basisplatte 4 ist es ferner bei der ersten Steuerelektrode 10 und der zweiten Steuerelektrode 11 bevorzugt, die Legierung 426 zu verwenden, um im Wesentlichen dem gleichen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung wie der Behälterabschnitt 3 bereitzustellen.
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Entsprechend der Röntgenröhre 1 des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels ist der Strahlungsbereich der Elektronen, die aus der Kathode 9 durch die erste Steuerelektrode 10 abgezogen werden, durch das elektrische Feld der zweiten Steuerelektrode 11 auf die Nachbarschaft des Röntgen-Targets 7 eingeschränkt, und die Elektronen werden in das Röntgen-Target 7 injiziert und erzeugen Röntgenstrahlen, und diese Röntgenstrahlen werden von dem Röntgenstrahl-Transmissionsfenster 5 emittiert, welches durch den Öffnungsabschnitt 6 der Basisplatte 4 eingeschränkt ist. Zu diesem Zeitpunkt werden, wie in 1 durch eine Zwei-Punkt-Linie dargestellt ist, die Röntgenstrahlen von dem Röntgenstrahl-Transmissionsfenster 5 in radial verteilten Weise von der Öffnungsform des Öffnungsabschnitts 6 emittiert. Das heißt, dass der Strahlungsbereich der Röntgenstrahlen weit verstreut ist, und, wenn der Öffnungsabschnitt 6 eine längliche rechteckige Form hat, wird die Strahlung planar, wie in 2 gezeigt ist. Daher kann die Röntgenröhre 1 vorzugsweise für die Zwecke beispielsweise die Bestrahlung von Luft durch Röntgenstrahlen verwendet werden, um beispielsweise ein ionisiertes Gas zu erzeugen oder zur Neutralisation eines geladenen, zu neutralisierenden Objekts unter Verwendung dieses Gases.
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Indem der Öffnungsabschnitt 6 in eine gewünschte Größe und Form gebracht wird, kann des Weiteren ein gewünschter Röntgenstrahlbereich ausgebildet werden, und ferner kann, wenn die Röntgenstrahlung zur Auflösung der Elektrifizierung verwendet wird, der Strahlungsbereich entsprechend einer Größe eines Objekts und einem Bereich mit einem relativ hohen Maß an Freiheitsgrad leicht eingestellt werden.
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Die Röntgenröhre 1 nach dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel wurde mit der Anwendung auf die Neutralisation durch Bestrahlung der Röntgenstrahlen auf ein Objekt beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt, sondern kann für andere Anwendungen, beispielsweise Sterilisation, verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Röntgenröhre
- 2
- Behälterabschnitt
- 4
- Basisplatte
- 5
- Röntgenstrahl-Transmissionsfenster
- 6
- Öffnung
- 7
- Röntgen-Target
- 8
- Kathode
- 9
- Steuerelektrode (erste Steuerelektrode)
- 11
- Steuerelektrode (zweite Steuerelektrode)
