JP2002289125A - 液体金属ターゲットを有するｘ線源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、液体金属ターゲットと、電子源と
を有し、その連続的な仕事量の能力を増加することが可
能であるＸ線源を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、液体金属ターゲットと、液体
金属ターゲットが動作時には中を流れるダクトセクショ
ン（５１）の窓（２３）に電子ビームを放射する電子源
（３）とが設けられるＸ線源に関する。Ｘ線源は、ダク
トセクションが、窓を含み、中を液体金属ターゲットが
流れる第１のダクトセグメント（１０、２０）と、中を
冷媒が流れ、電子ビームが第１のダクトセグメントに作
用する領域を冷却するよう第１のダクトセグメントに接
続される第２のダクトセグメント（３０、４０）によっ
て形成されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体金属ターゲッ
トと、液体金属ターゲットが動作時には中を流れるダク
トセクションの窓ニ電子ビームを放射する電子源とを含
むＸ線源と、そのようなＸ線源が設けられるＸ線装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】このような種類のＸ線源は、ＤＥ１９８
２１９３９．３から公知である。液体金属ターゲットに
入射するよう電子源からの電子によって横切られる窓
は、その後、ターゲットの乱流によって冷却される。こ
のような種類の冷却は、Ｘ線源の連続的な仕事量の能力
（loadability）をかなり高める。しかし、仕事量の能
力の更なる増加は、窓、及び、窓を取り囲むＸ線源の領
域、即ち、窓フレームは、比較的高い熱応力の影響を受
けやすいという事実によって阻止される。このような応
力の起源は、特に、高エネルギーの電子の直接入射、及
び、窓の下における熱い液体金属の流れによる熱の発生
にある。更に、少量のエネルギー損のみを示す散乱した
電子も、熱の発生に寄与する。

【０００３】これは特に、窓と窓フレームとの間の接続
は、用いられる接合技術（例えば、はんだ付け、接着）
に依存する限定された最大温度にのみ耐え得るので重要
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、上
述されたような種類の液体金属ターゲットと、電子源と
を有し、その連続的な仕事量の能力を更に増加すること
が可能であるＸ線源を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的は、上述される
ようなＸ線源によって達成され、これは、請求項１に開
示されるように、ダクトセクションは、窓を含み、その
中を液体金属ターゲットが流れる第１のダクトセグメン
トと、その中を冷媒が流れ、電子ビームが第１のダクト
セグメントに作用する領域が冷却されるよう第１のダク
トセグメントに接続される第２のダクトセグメントとに
よって形成されることを特徴とする。

【０００６】この解決策の特定の利点は、増加された熱
の放散によって、更にＸ線源の仕事量の能力の更なる増
加を可能にするという事実にあり、これは、例えば、高
い走査率を有するＣＴ装置といった高いＸ線量が短時間
に発生されなければならない適用において、特に言え
る。

【０００７】従属項は、本発明の有利な更なる実施例に
関連する。

【０００８】請求項２乃至５は、様々な方法によって熱
の放散の更なる改善を実現する処置を開示する。請求項
６及び７に開示される実施例では、ダクトセクション
は、一方で所与の空間開口角で伝搬するＸ線ビームが妨
害されず、他方で冷却による影響を許容する必要がない
よう有利に構成される。

【０００９】本発明の更なる詳細、特徴、及び利点は、
添付図面と供に与えられる好適な実施例の以下の説明か
ら明らかになろう。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、Ｘ線源を概略的に示し、
電子によって照射されるターゲットは、Ｘ線源の動作状
態では液体である金属によって形成される。動作状態で
は、電子ビーム４を放射する陰極３の形式である電子源
は、管エンベロープ１内の真空空間内に配置される。電
子ビーム４は、ダクトシステム５０のダクトセクション
５１に向けられ、本質的に電子を透過させる窓２２、３
４を介し、ダクトシステム５０内を流れる液体金属ター
ゲットに入射し、それにより、Ｘ線が発生される。ポン
プ５２は、熱交換器５３も通過するダクトシステム５０
内で液体金属を循環させ、それにより、発生した熱が、
冷却回路を介し液体金属から放散されることが可能とな
る。

【００１１】図２及び３に、ダクトシステム５０のダク
トセクション５１の詳細を示す平面図を示す。

【００１２】図２に示されるように、ダクトセクション
５１は、４つの要素１０、２０、３０、及び４０からな
り、それらは、（ａ）乃至（ｄ）の順序で示され、この
順序で互いに重ねられる。つまり、図２（ａ）の第１の
要素１０の上には、図２（ｂ）の第２の要素２０が配置
され、その上には図２（ｃ）の第３の要素３０が、そし
て最後にその上には図２（ｄ）に示される第４の要素４
０が配置されることを意味する。要素は、図２に示され
るような向きで互いに取り付けられる。電子ビームは最
初に、図平面に対し垂直な方向で、上方から第４の要素
４０に入り、続いて、第３の要素及び第２の要素を横断
し、最終的に第１の要素１０に入る。

【００１３】尚、電子ビームは、図２の左から右に延在
する線状の焦点（ストリップ焦点）を形成すると考えら
れる。このような種類のストリップ焦点は、例えば、１
ミリメートル×７ミリメートルの寸法を有し、出力密度
を一定に保ちながら、照射される表面領域を増加するよ
う一般的にＸ線源に使用される。

【００１４】図２（ａ）に示される第１の要素１０は、
例えば、１００ミリメートルの長さ、２５ミリメートル
の幅、及び１０ミリメートルの奥行きを有する、例え
ば、スチール又はモリブデンといった固体の金属の本体
から形成される。この金属本体の中には、組立てられた
ダクトセクションの動作状態において、Ｘ線が発生され
る液体金属ターゲットが矢印Ｐ１によって示される方向
に流れる第１のダクト１１が設けられる。第１のダクト
の奥行きは一定ではないが、中心領域１２においては、
小さくなる。ダクトの奥行きは、電子ビームが入る中心
領域の辺りにおいて最も小さくなり、例えば、この領域
において、約２００ミクロンメートルまでなる。

【００１５】図２（ｂ）に示される第２の要素２０は、
約１ミリメートルの厚さを有し、そうでない場合は、第
１の要素１０と同一の外部寸法を有する。中心領域２１
内には、電子ビーム用の本質的に矩形である第１のスリ
ット２３が中に設けられる本質的に円形のインサート２
２が設けられる。このスリットの長手方向は、液体金属
ターゲットの流れの方向に対し垂直に延在し、それによ
り、最適な熱の放散が達成される。

【００１６】第１のスリット２３はその下側において
（図示されるように）、約１ミクロンメートルの厚さを
有するダイアモンド層によってシールされる。この層
は、接合、接着、又は他の方法によってインサート２２
に取り付けられる。従って、第１のスリットは、電子を
透過させるダイアモンド窓２３を形成する。

【００１７】第２の要素２０は、その中を液体金属ター
ゲットが流れることが可能となる第１の防水ダクトセグ
メント１０、２０が形成されるようネジ又は他の固定手
段（図示せず）によって第１の要素１０に取り付けられ
る。中心領域１２におけるダクト１１の奥行きは小さい
ので、この領域において、特に、ダイアモンド窓におい
てターゲットの流れは加速され、それにより乱流が形成
される。発生する乱流は、液体を特に徹底的に且つ迅速
に混ぜ合わせるので、熱エネルギーの、窓からの特に効
率のよい放散を与える。これは、特に、ダイアモンド
窓、及び、そのインサート２２との接続における温度が
重要な領域において有利である。

【００１８】第１のダクトセグメント１０、２０は、熱
交換器５３（図１参照）を通り延在する１次液体金属回
路の一部を形成する。

【００１９】更に、冷媒を導き、第１のダクトセグメン
ト１０、２０の上に、図２（ｃ）及び（ｄ）に示される
ように、略９０度の角度で取り付けられ、従って、第１
のスリット２３の上で、その長手方向において延在する
第２のダクトセグメント３０、４０が設けられる。

【００２０】第２のダクトセグメントは、図２（ｃ）に
示されるように、例えば、スチール又はモリブデンとい
った金属の本体からなり、中心領域３３を含む第３の要
素３０を含む。中心領域３３には、本質的には矩形であ
る第２のスリット３４ａが設けられ、これは、第２の要
素２０内の第１のスリット２３と連続となるよう方向付
けられ、且つ、形成される。金属本体内には、第２のス
リット３４ａの長手方向に延在し、互いに平行であり、
中心領域３３の外側にある凹部にされた２つのダクト３
１、３２がある。中心領域３３において、ダクト３１、
３２は、第２のスリット４３ａの一端の位置で互いから
分岐し始め、中心領域から外れて、即ち、スリット３４
ａの他端の位置で再び互いに平行となるよう延在し始め
る。従って、ダクト３１、３２は、第１のスリット３４
ａが位置する中心領域３３内において、本質的に円弧状
にされる表面３５を囲む。

【００２１】第４の要素４０は本質的に、第３の要素３
０と同一の外形を有し、第３の要素３０上に固定手段
（図示せず）によって取り付けられ、それにより、第２
の防水ダクトセグメント３０、４０が形成される。第４
の要素４０の中心領域４１には、第２のスリット３４ａ
の本質的に矩形の開口３４ｂが設けられる。更に、中心
領域４１の外面には、第３の要素３０の中心領域３３に
おけるダクト３１、３２によって囲まれる表面３５の形
状に対応する円弧状にされる凹部４３が形成される。凹
部は、ミリング又は他の方法によって材料を取り除くこ
とにより形成される。

【００２２】組立てられた状態においては、第２のダク
トセグメント３０、４０は、電子ビームのストリップ焦
点が位置する凹部４３の領域においては約３ミリメート
ルの厚さを有する。この領域の外側、つまり、この領域
から上流方向、下流方向、及びこの領域に対し垂直な方
向において、厚さは大きくてもよく、それにより、ダク
ト３１、３２は、広く又は深くなるよう形成されること
が可能になり、従って、冷媒（２次的な液体）の粘度に
よる流れ損が減少される。この点に関する唯一の制限
は、第２のダクトセグメントの寸法及び形状は、有用な
Ｘ線ビームを妨害するべきでないという条件によって課
される。

【００２３】第２のダクトセグメント３０、４０は、２
次液体回路の一部を形成し、第１のダクトセグメント、
特に、第１のスリット、従って、ダイアモンド窓が位置
する第１のダクトセグメントの中心領域からの熱を放散
するよう作用する。この為に、第２のダクトセグメント
３０、４０は、第１のダクトセグメント１０、２０に対
し９０度の角度で延在する。第１のダクトセグメント１
０、２０を通る１次液体金属ターゲットの好ましい流れ
の方向は、図２（ａ）中、矢印Ｐ１によって示され、第
２のダクトセグメント３０、４０を通る２次液体の好ま
しい流れの方向は、図２（ｃ）中、矢印Ｐ２によって示
される。

【００２４】この配置によって、３つの有利な効果が達
成される。一方で、１次液体金属ターゲットの実用温度
が下げられる。他方で、ダイアモンド窓とインサート２
２との間の接続の温度も下げられ、最終的には、陰極に
対し正である陽極の電位の影響下で焦点の付近に入射す
るよう１次電子ビームから散乱される２次電子の熱効果
も減少される。

【００２５】これらの効果は、第２のダクトセグメント
３０、４０の２つのダクト３１、３２が、電子ビームの
ストリップ焦点の方向、及び、スリットの両側と平行に
延在するという事実により支援される。従って、２次液
体回路内の流れは、電子が入射する領域の非常に近くで
導かれる。

【００２６】第２のダクトセグメントの中心領域３３内
におけるダクト３１、３２の分岐路と、第４の要素４０
の中心領域４１内の凹部４３は円弧状にされる事実によ
って、Ｘ線ビームは、所与の空間開口角で第２のスリッ
ト３４ａの開口３４ｂから放射しなければならないとい
う条件を満足する。通常の診断Ｘ線管においては、陽極
の平面と、陽極の平面に最も近いＸ線との間の角度は約
１２度になる。図３は、上記の関係を、第１のダクトセ
グメント及び第２のダクトセグメントから構成されるダ
クトセクション５１に対し示す。ここでも、１次液体金
属ターゲットの好適な流れの方向は、矢印Ｐ１によって
示され、２次液体の好適な流れの方向は、矢印Ｐ２によ
って示される。

【００２７】ダクト３１、３２は、第３の要素３０の中
心領域３３内において、図３に示されるように放射する
Ｘ線ビーム５０がダクトによって妨害される又は減衰さ
れることがないよう分岐する。第４の要素内の凹部４３
のプロポーショニングにおいても同様のことが言え、そ
れにより、形成されるＸ線ビームは、これらの２つの処
置が採られると、妨害されることなく円錐状に伝搬する
ことが可能である。

【００２８】図４に従う表示では、１次液体回路及び２
次液体回路は、ダクト５０（図１参照）、即ち、ポンプ
５２によって同一の液体金属で共通に給送されることが
可能であり、その場合、ダクト５０は、熱交換器５３を
経由することが好適である。

【００２９】より詳細には、このために第１のダクト分
岐片（Ｙ片）５０１が設けられ、これは、ダクト５０が
接続され、そこから１次ダクト５０２及び２次ダクト５
０３が出る。これらのダクトは、ダクトセクション５１
に給送し、第２のダクト分岐片５０４（Ｙ片）によって
再び結合されるまで続き、その後共通のダクト５０とし
て続けられる。１次ダクト５０２及び２次ダクト５０３
は、ダクトセクション５１の入口及び出口（互いに直角
に延在する）、且つ、第１のダクト分岐片５０１及び第
２のダクト分岐片５０４に接続可能であるようつながれ
る。

【００３０】或いは、２次液体回路は更に、液体金属タ
ーゲットの１次回路とは別個に、及び、独立してつなげ
られることも可能である。この取り組み方法は、特に、
例えば、特に低い粘度及び／又は高い熱伝導率を有する
冷却液が使用される場合に、有用である。

【００３１】いずれの場合においても、本発明のダクト
セクション５１によって熱の放散が達成され、つまり、
Ｘ線を発生させるよう電子ビームによって横断される窓
からの熱の放散は、このような種類の公知の装置におけ
るよりもかなり効果的であり、それにより、実用温度を
下げることが可能であるか、又は、当該のＸ線源におけ
る放射線強度を増加することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線源を示す図である。

【図２】本発明のダクトセクションの様々な要素を示す
図である。

【図３】組立てられた状態にある本発明のダクトセクシ
ョンを示す図である。

【図４】本発明のダクトセクションの給送を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 管エンベロープ ３ 陰極 ４ Ｘ線ビーム １０、２０、３０、４０ ダクトセクションを構成する
要素 １１ 第１のダクト １２、２１、３３、４１ 中心領域 ２２、３４ 窓、第１のスリット ３４ａ 第２のスリット ３１、３２ ダクト ５０ ダクトシステム ５１ ダクトセクション ５２ ポンプ ５３ 熱交換器

フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー ハーディング ドイツ連邦共和国，22547 ハンブルク, イェフェンシュテッター シュトラーセ 170Ｄ (72)発明者 ベルント ウルマ ドイツ連邦共和国，70499 シュトゥット ガルト，シュタインレーレンヴェーク 16 (72)発明者 ベルント ダーフィット ドイツ連邦共和国，24641 ヒュットブレ ク，ドルフシュトラーセ 20 Ｆターム(参考） 4C092 AA01 AB21 AC01 BD05 BD11 BD12 BD17 BD19

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体金属ターゲットと、上記液体金属タ
   ーゲットが、動作時には中を流れるダクトセクションの
   窓に電子ビームを放射する電子源とを含むＸ線源であっ
   て、 上記ダクトセクションは、上記窓を含み、内部を上記液
   体金属ターゲットが流れる第１のダクトセグメントと、 内部を冷媒が流れ、上記電子ビームが上記第１のダクト
   セグメントに作用する領域を冷却するよう上記第１のダ
   クトセグメントに接続される第２のダクトセグメントと
   によって形成されることを特徴とするＸ線源。
2. 【請求項２】 上記第１のダクトセグメント及び上記第
   ２のダクトセグメントは、上記電子ビームが入射する方
   向に対し本質的に垂直に延在する平面に位置し、互いに
   対し約９０度の角度をなすことを特徴とする請求項１記
   載のＸ線源。
3. 【請求項３】 上記第１のダクトセグメント内の上記窓
   は、ダイアモンド層が設けられる本質的に矩形である第
   １のスリットによって形成され、 上記スリットの長手方向は、上記液体金属ターゲットの
   流れの方向に対し本質的に垂直に延在することを特徴と
   する請求項１記載のＸ線源。
4. 【請求項４】 上記第１のダクトセグメントは、中を上
   記液体金属ターゲットが流れ、上記第１のスリットの領
   域においてくびれが設けられるダクトが設けられること
   を特徴とする請求項１記載のＸ線源。
5. 【請求項５】 上記第２のダクトセグメントは、上記電
   子源と上記第１のダクトセグメントとの間に配置され、
   本質的に矩形の第２のスリットが設けられ、 上記電子ビームは、上記第２のスリットを通り、上記第
   １のダクトセグメントの第１のスリットに入射すること
   を特徴とする請求項１記載のＸ線源。
6. 【請求項６】 上記第２のダクトセグメントは、本質的
   に平行に延在するが、上記第２のスリットの領域におい
   ては、上記第２のスリットが位置する本質的に円弧状に
   される表面領域を囲むよう分岐する、冷媒用の２つのダ
   クトを含むことを特徴とする請求項５記載のＸ線源。
7. 【請求項７】 上記第２のスリットの開口は、上記第２
   のダクトセグメントに設けられ、本質的に円弧状にされ
   る、上記外面上の凹部に位置することを特徴とする請求
   項５記載のＸ線源。
8. 【請求項８】 上記第１のダクトセグメント及び上記第
   ２のダクトセグメントは、上記液体金属ターゲット用の
   共通の回路に接続され、上記第２のダクトセグメント内
   の上記液体金属が上記冷媒として作用することを特徴と
   する請求項１記載のＸ線源。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のうちいずれか一項記載
   のＸ線源を含むＸ線装置。