JP2001508593A - フォーカルスポットの形状に適合した冷却分布を有するx線管 - Google Patents

フォーカルスポットの形状に適合した冷却分布を有するx線管

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Abstract

(57)【要約】 X線管の陽極(4)上には、解析の目的のためにしばしば環状のフォーカルスポットが形成される。陽極を冷却するためには、流れの分布がフォーカルスポットと同じ形状となるようにして冷却水を強制的に陽極に衝突させることが知られている。環状のフォーカルスポットの場合に、この冷却効果を得るために、環状の放水開口(36)が設けられている。冷却すべき表面上の静止した境界層を分散させるために、衝突冷却水を2方向に流れるように強制的に分割する。この分割は、環状の放水開口(36)が設けられている散布部材(30)を介する水の流れを形成し、この環状の放水開口(36)内に位置する放水開口(40)と、散布部材(30)の外側面(42)及び排水管(16)の内側面によって画成された帰路開口とを介して冷却水を排水することにより達成する。

Description

【発明の詳細な説明】 フォーカルスポットの形状に適合した冷却分布を有するX線管 本発明は、陽極の一方の側に電子を入射させることによりX線を生じるこの陽 極であって、これらの入射電子がこの陽極上に所定のフォーカルスポットを形成 するようにした当該陽極と、前記陽極の他方の側の表面を冷却液により冷却する 手段であって、互いに同心的となるように配置された供給管及び排出管により、 この冷却液を冷却すべき前記表面に供給及びこの表面から排出するようにし、こ の冷却液は前記供給管の端部における放出開口を介して、冷却すべき前記表面に 供給し、この放出開口の形状は前記フォーカルスポットの形状に適応するように した当該手段と、同心的な2つの前記管のうちの内側管の端部に且つ外側管内に 配置された散布部材であって、この散布部材は冷却すべき前記表面に面する表面 を有し、この散布部材に前記放出開口が設けられており、この散布部材の前記表 面が前記外側管と相俟って帰路開口を画成している当該散布部材とを有している X線管に関するものである。 この種類のX線管は英国特許第776,208号明細書から既知である。 概して、X線は、電子を高電圧により加速させ、X線管中の陽極に入射させる ことによりX線管中で発生される。入射電子は陽極上でスポットを形成し、この スポットがフォーカルスポットと称されている。電子を入射させるエネルギーは 比較的高い為、陽極は加熱され、従って、冷却させる必要がある。この目的のた めには、一般に、陽極の裏側(すなわち、電子が入射される側とは反対側)に沿 って冷却水を流すことが知られている。前記英国特許明細書に開示されているX 線管におけるフォーカルスポットは方形である。改善された放熱を達成するため に、このX線管に一組の出口孔が設けられ、これら出口孔が相俟って放出(放水 )開口を構成している。すなわち、これら出口孔は、冷却すべき表面に流れる冷 却水の流れの分布の形状も方形となり、その寸法がフォーカルスポットの形状と ほぼ同じとなるように、設けられている。従って、この既知のX線管の放出開口 の形状はフォーカルスポットの形状に適合する。 回折又はX線蛍光のためのX線管のような、解析目的のX線管におけるフォー カルスポットに所定の形状を与えることがしばしば望まれている。陽極はしばし ば、特にX線蛍光のためのX線管の場合に、X線管の出口窓の付近に配置されて いる。すなわち、このような配置を可能にするために、電子放出用のフィラメン トが陽極に隣接して且つこの陽極を囲んで配置され、それにもかかわらず、電子 が陽極の放出面上に入射されるようにこれら電子を偏向させる手段が設けられて いる。従って、このようなX線管はしばしば環状のフォーカルスポットを有する 。冷却水を供給(給水)及び排出(排水)する通常の方法、すなわち同心的に配 置した供給(給水)管及び排出(排水)管を用いた方法をこのようなX線管に対 し用いることができる。この場合、冷却水は、冷却すべき表面に沿って、特にフ ォーカルスポットの熱分布に沿って流される。しかし、実際には、陽極の冷却程 度がX線管により生じうる最大のX線出力を限定する要因となる為、可能な限り 大きな冷却能力が必要となる。上述したことは、冷却システムの寸法、従って、 X線管全体の寸法を大きくすることにより達成しうること明らかであるが、この ような寸法の増大は価格及び使用の容易性の点で不所望なことである。 本発明の目的は、X線管自体の寸法を増大させる必要なく、冷却能力を著しく 高めた前述した種類のX線管を提供せんとするにある。 この目的のために、本発明によるX線管は、前記散布部材が、前記放出開口と 前記供給管との間の連結部を構成する第1ダクトが設けられた素子を有し、前記 散布部材の前記表面に、前記放出開口の内部に位置する排出開口が設けられ、こ の排出開口は、前記散布部材の前記素子中の第2ダクトを介してこの素子の外側 面と連通していることを特徴とする。 本発明は、壁部(すなわち、この場合、冷却すべき表面)に沿う流れの場合に 、多かれ少なかれ必ず静止した境界層が存在するという事実の認識を基に成した ものである。可能な限り高い冷却能力を達成するためには、この境界層をできる だけ薄くする必要があり、又は可能ならばこれを分散させる必要もある。このこ とは、冷却すべき表面に平行な“熱点”に沿って冷却水を流すことによっては全 く或いは適切には達成しえない。本発明による工程では、冷却水を、冷却すべき 表面に対しほぼ垂直に向かう噴流として到達するようにする。冷却水は互いに反 対 の2方向(すなわち、放出開口内の排出開口の方向と、散布部材が外側管と相俟 って画成する帰路開口の方向と)に別れて流れる為、到達させる冷却水の噴流は 冷却すべき表面に当った際に急激に引き離され(分流され)、境界層はあたかも“ こじあけられる”。この現象は“噴流衝突冷却”として知られている。これによ り冷却能力が著しく増大する。 本発明によるX線管の例では、前記第1ダクトと前記放出開口との間に貯蔵所 (貯水所)を設ける。この工程によれば、冷却水を到達させる速度を貯蔵所内で 一様にし、これにより、放出をより一層均一にし、従って、冷却をより一層均一 にする。 本発明によるX線管の他の例では、前記放出開口と前記供給管との間の連結部 を構成する複数のダクトを設け、これらダクトはX線管の軸線を囲んで対称的に 配置されているようにする。X線管には、前記放出開口と前記素子の前記外側面 との間の連結部を構成する複数のダクトを設け、これらダクトはX線管の軸線を 囲んで対称的に配置されているようにすることもできる。これらの工程により、 放出及び冷却をもより一層均一にする。 以下に、本発明を図面につき詳細に説明する。各図間で対応する素子には同じ 符号を付してある。図中、 図1は、陽極を本発明によって冷却する、解析目的のための端窓型のX線管を 示す断面図であり、 図2は、図1に示す陽極冷却用散布部材を示す斜視図であり、 図3は、図2に示す陽極冷却用散布部材を示す断面図である。 図1は、本発明によるX線管を示す。このX線管はエンベロープ2により封止 されており、このエンベロープ内に陽極4が収容されている。陽極4には、フィ ラメントワイヤ6と制御電極8とより成る陰極装置から生じる電子が衝突する。 フィラメントワイヤ6から放出される電子は、電子ビーム10で示すように制御 電極8により陽極4上に向けられる。この目的のために、フィラメント6は制御 電極8に対し適切な電位に調整される。制御電極8は、ガラス又はセラミック材 料より成る絶縁体14を介して陽極管16に連結された支持体12の一部を構成 する。陽極管16は図示していない方法で高電圧源に接続されており、この陽極 管16内に矢印で示すように、陽極を冷却する冷却水を給水したり排水したりす るのにも用いられる。支持体12及び絶縁体14を囲むスペース18には、絶縁 油が充填されている。フィラメントワイヤ6は端子20を介してフィラメント電 流を受ける。これらの端子を介して、フィラメントを制御電極8に対して正しい 電位に調整することもできる。 陽極4は,電子を捕捉することによりX線を生じ、このX線はX線ビーム22 の形態でX線透過窓24を介してX線管から放出される。このX線管は、陽極4 ができるだけX線窓24に近付くように配置された、いはゆる端窓型のものであ る。この目的のために、フィラメントワイヤ6は陽極4を囲んで配置され、フィ ラメントワイヤ6から生じる電子が制御電極8により陽極表面に向けて偏向され るようになっている。この形態の電子衝撃の結果として、陽極の表面上に環状の フォーカルスポットが形成される。 陽極管16は、この中に位置し且つこれと同心的に配置された内側管28と相 俟って、矢印で示すように陽極を冷却する冷却水を給水及び排水する給水及び排 水管の同心システムを構成している。内側管28の端部には、外側管16内に位 置し且つ冷却すべき陽極表面に面する表面32を有する散布(散水)部材30が 設けられている。この散布部材の表面32は外側管16の内側面と相俟って、冷 却水の帰路開口を画成する。冷却水は、表面32の中央に設けた開口(図1には 図示せず)と、散布部材30の素子中のダクトと、排水窓34とを介しても外側 管16に流れ戻り、この外側管16内で冷却水のこの部分が、表面32と外側管 16の内側面とで画成された帰路開口を通って流れ戻る冷却水と一緒になる。 図2は、陽極を冷却するための散布部材30をより一層詳細に示す斜視図であ る。散布部材は、複数の給水及び排水ダクトが内部に設けられた素子37より成 る。散布部材は、下側の開口(図2に図示せず)を介して内側管(給水管)28 に連結されている。この開口からは、ダクト38(図2には完全には示されてい ない)が散布部材の素子の上側における貯水所44まで延在している。このダク トの開口は図2では部分的に見うる。貯水所44は、一部を切欠して図2に示す 蓋46により被覆されている。この蓋46には、0.1mm〜1mm程度の幅を有する細 いスリット36が設けられている。このスリットは冷却水に対する放水開口と して作用する。この放水開口36の形状及び寸法は環状のフォーカルスポットの 形状及び寸法に一致させる。放水開口が設けられた表面32と陽極表面との間の 距離は0〜1mm程度とする。 内側管28、ダクト38及び貯水所44を介して供給される冷却水は、放水開 口を介して散布部材から、冷却すべき陽極表面に衝突する。環状の噴流は、冷却 すべき表面に衝突した際に2つの副流に分割され、一方の副流は素子37の外側 面42に沿って排水される。この分割の結果、衝突する冷却水の噴流は、冷却す べき表面上での衝突時に急激に引き離される(分流される)。従って、静止した境 界層の所望の分散が達成される。他方の副流は、(環状の)放水開口36内に位置 するとともに散布部材の素子内のダクト52(図2には図示されていない)及び この素子の外側面における関連の排水窓34を介してこの外側面と連通している 排水開口40を経て排水される。従って、これら2つの副流は再び一緒になり、 戻りの冷却水は外側管(排水管)16を介して排水される。貯水所44が存在す るため、速度及び圧力の等化が、供給される冷却水で生じ、陽極への冷却水の衝 突が均一となる。 図3は、図2に示す陽極冷却用の散布部材を示す断面図である。この散布部材 は下側の開口48を介して内側管28(給水管)(図2には図示せず)に連結され ている。冷却すべき陽極の表面には既知のように、隆起部50が設けられ、冷却 すべき表面積を増大させるとともにこの表面に亙って冷却水に完全な乱流を生ぜ しめるようにしてある。貯水所44は蓋46により閉じられるものであり、この 蓋は突起部により貯水所44の壁部に連結されている。図2につき前述したよう に、環状の放水開口36から生じる水は隆起部が設けられた陽極表面上に衝突し 、2つの副流に分割される。散布部材の表面32と隆起部の先端との間の距離は 0〜1mmである。 開口48から貯水所44の底部へは2つのダクト38が延在している。図3は 、この図面の平面よりも上に位置する1つのダクトのみを示している。双方のダ クト38は6角形の断面を有し、その境界線を図3に38-a〜38-fで示して ある。この断面は必ずしも6角形とする必要はなく、平滑な境界を有する断面と することもできる。この図3には、ダクトの最下側の境界線38-gも示してあ る。従って、この図3では、ダクトは底部のない平坦なカップの形状をしている 。このダクトは、ほぼバナナ形状の開口を介して貯水所44の底部内に拡開して いる。更に、排水開口40からは2つの水路52がこれらのダクト38間で関連 の排水窓34まで延在しており、これら窓の平面は図3の図面の平面に対し垂直 となっている。
【手続補正書】 【提出日】平成11年7月22日(1999.7.22) 【補正内容】 【図1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クレッセンス アルフォンシウス ディン フナ オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン 6 (72)発明者 ストルク ヨハン ウィレム オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン 6

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.陽極の一方の側に電子を入射させることによりX線を生じるこの陽極であっ て、これらの入射電子がこの陽極上に所定のフォーカルスポットを形成するよ うにした当該陽極と、 前記陽極の他方の側の表面を冷却液により冷却する手段であって、互いに同 心的となるように配置された供給管及び排出管により、この冷却液を冷却すべ き前記表面に供給及びこの表面から排出するようにし、この冷却液は前記供給 管の端部における放出開口を介して、冷却すべき前記表面に供給し、この放出 開口の形状は前記フォーカルスポットの形状に適応するようにした当該手段と 、 同心的な2つの前記管のうちの内側管の端部に且つ外側管内に配置された散 布部材であって、この散布部材は冷却すべき前記表面に面する表面を有し、こ の散布部材に前記放出開口が設けられており、この散布部材の前記表面が前記 外側管と相俟って帰路開口を画成している当該散布部材と を有しているX線管において、 前記散布部材が、前記放出開口と前記供給管との間の連結部を構成する第1 ダクトが設けられた素子を有し、 前記散布部材の前記表面に、前記放出開口の内部に位置する排出開口が設け られ、この排出開口は、前記散布部材の前記素子中の第2ダクトを介してこの 素子の外側面と連通していることを特徴とするX線管。 2.請求の範囲1に記載のX線管において、前記第1ダクトと前記放出開口との 間に冷却液貯蔵所が設けられていることを特徴とするX線管。 3.請求の範囲1又は2に記載のX線管において、前記放出開口と前記供給管と の間の連結部を構成する複数のダクトが設けられ、これらダクトはX線管の軸 線を囲んで対称的に配置されていることを特徴とするX線管。 4.請求の範囲1又は2に記載のX線管において、前記放出開口と前記素子の前 記外側面との間の連結部を構成する複数のダクトが設けられ、これらダクトは X線管の軸線を囲んで対称的に配置されていることを特徴とするX線管。
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