JP2002367549A - Ｘ線管ターゲット - Google Patents

Ｘ線管ターゲット

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JP2002367549A JP2001176616A JP2001176616A JP2002367549A JP 2002367549 A JP2002367549 A JP 2002367549A JP 2001176616 A JP2001176616 A JP 2001176616A JP 2001176616 A JP2001176616 A JP 2001176616A JP 2002367549 A JP2002367549 A JP 2002367549A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面金属の厚みをより薄くして、基材である
銅により熱伝導を高め、冷却効果を向上させるととも
に、効率よくＸ線を取り出すことができるＸ線管ターゲ
ットを提供する。 【解決手段】 内部に真空室を形成する装置本体と熱電
子を放出する電子銃と回転対陰極とを備えたＸ線発生装
置におけるＸ線管ターゲットにおいて、傾斜を有する台
形形状をなし、基材２として銅を用い、この銅の表面を
他の金属からなる被覆金属膜３で被覆し、この被覆金属
膜３の厚さをサブミクロンオーダーとなし、電子ビーム
の入射角が４７°で、かつ、Ｘ線の取り出し角を４５°
に設定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線発生装置に係
り、開放型Ｘ線発生装置に用いられる回転対陰極（又は
回転陽極）Ｘ線管のターゲット（対陰極）構造に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線管はＸ線回折装置やＸ線医療診断装
置等のＸ線発生源として必須のものであり、電子銃に対
向してターゲットを配置し、電子銃から出射された電子
をターゲットの表面に衝突させて、ターゲットの表面か
らＸ線を発生させる構造になっている。代表的なＸ線管
では、電子ビームによる焦点スポットに発生する熱を分
散させる目的で、ターゲットを回転させる回転対陰極構
造が取られている。
【０００３】ターゲットの表面部は銅、タングステン、
クロム、コバルトなどの各種の金属が用いられている。
この材料に応じて、発生するＸ線の波長等の特性が異な
る。ターゲットは高温になるため、ターゲットには冷却
機構が備えられている。
【０００４】また、ターゲットは熱伝導の良好な銅に各
種金属を被覆している。表面部材は通常、銅のディスク
に各種金属をメッキ等で処理を施したり、各種金属をは
め込み等で作製するため、数ｍｍの厚さを有している。
【０００５】電子ビームの照射により、被照射スポット
は高温になる。これを避けるため、ターゲットを冷却す
ると同時に、６０００から１００００ｒｐｍで高速回転
させる。これにより表面部の温度は約１０００℃以下に
抑えられる。
【０００６】回転対陰極型Ｘ線管は長年、基本的な構造
は変わっていないが、応用面が広くなり、より大きな強
度のＸ線、実験室でのより小型の装置が求められてい
る。
【０００７】一方、Ｘ線はディスクに垂直に電子ビーム
が当てられている。すなわち、金属面に対して９０°に
入射している。取り出し角は面に対して３から１２°、
通常６°近辺で用いられている。
【０００８】先行している関連特許出願では、ターゲッ
トとしては特開平９−１６１６７３号、特開平１１−２
１３８８０号、熱対策としては特開平１０−２３３１６
０号、特開２０００−３４０１４８号、管球構造とし
て、斜めターゲット形状を有する特開平９−６９３９６
号などが挙げられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のＸ線管ターゲットでは、表面金属の膜厚が経験
的に１００μｍになっていることを見直した。一方、Ｘ
線はディスクに垂直に電子ビームが当てられている金属
面に対して９０°に入射している。取り出し角は面に対
して３から１２°、通常６°近辺で用いられている。こ
の値も経験的であり、見直すことにより、効率よくＸ線
を取り出す方法を検討した。
【００１０】その結果、本発明は、上記状況に鑑みて、
表面金属の厚みをより薄くして、基材である銅により熱
伝導を高め、冷却効果を向上させるとともに、効率よく
Ｘ線を取り出すことができるＸ線管ターゲットを提供す
ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕内部に真空室を形成する装置本体と熱電子を放出
する電子銃と回転対陰極とを備えたＸ線発生装置におけ
るＸ線管ターゲットにおいて、（ａ）傾斜を有する台形
形状をなし、（ｂ）基材として銅を用い、その銅の表面
を他の金属からなる被覆金属膜で被覆し、この被覆金属
膜の厚さをサブミクロンオーダーとなし、（ｃ）電子ビ
ームの入射角が１０°から５０°で、かつ、Ｘ線の取り
出し角が４０°から９０°の範囲にあることを特徴とす
る。
【００１２】〔２〕上記〔１〕記載のＸ線管ターゲット
において、前記被覆金属膜の厚さが、０．１μｍから
０．７μｍであることを特徴とする。
【００１３】〔３〕上記〔１〕記載のＸ線管ターゲット
において、前記電子ビームの加速度電圧が３０ｋＶにお
いて、前記被覆金属膜の厚さが、略０．３μｍであるこ
とを特徴とする。
【００１４】〔４〕上記〔１〕記載のＸ線管ターゲット
において、前記電子ビームの加速度電圧が４０ｋＶにお
いて、前記被覆金属膜の厚さが、略０．５μｍであるこ
とを特徴とする。
【００１５】〔５〕上記〔１〕記載のＸ線管ターゲット
において、前記電子ビームの加速度電圧が５０ｋＶにお
いて、前記被覆金属膜の厚さが、略０．７μｍであるこ
とを特徴とする。
【００１６】〔６〕上記〔１〕記載のＸ線管ターゲット
において、前記被覆金属がタングステン（Ｗ）、クロミ
ウム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバル
ト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍ
ｇ）、金（Ａｕ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、レニウム（Ｒｅ）のうち、少なくとも１種からな
ることを特徴とする。
【００１７】上記したように、被覆金属の厚さは、好ま
しくは０．１μｍから０．７μｍである。それは、０．
１μｍ以下になると、不要な下地からのＸ線が出ること
になり、不具合なためである。
【００１８】また、照射された電子ビームがそのエネル
ギー損失量の７０％から９０％を基材金属（例えば、
銅）内でなされるようにする。従来は、被覆金属が１μ
ｍの厚さであり、電子ビームのエネルギーはすべて被覆
金属内で消滅している。冷却効率が比較的悪い被覆金属
を最小限の厚さとし、冷却効率の良い銅をぎりぎりまで
広げる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
【００２０】図１は本発明の第１実施例を示すＸ線管タ
ーゲットの構成断面図である。
【００２１】この図において、１は円錐台形Ｘ線管ター
ゲット、２はそのＸ線管ターゲット１の内部に形成され
る基材（材質は銅）、３はその基材を被覆している金属
被覆膜（材質はＷ）、４はＸ線管ターゲットの回転中心
軸、５は金属被覆膜の表面に対する垂直線（法線）、６
は入射電子ビーム、７は取り出されるＸ線、α1 は入射
角（入射電子ビームが照射される面の法線５と入射電子
ビーム６とのなす角）、θ1 は取り出し角〔入射電子ビ
ーム６が照射される面（金属被覆膜面）と取り出しＸ線
７のなす角度〕である。ここでは、α1 は４７°、θ1
は４５°、金属被覆膜３の膜厚を１μｍ以下にすること
により、実用的に優れたものを得ることができる。
【００２２】図２は従来のＸ線管ターゲットと本発明の
第１実施例におけるＸ線管ターゲットとのＸ線スペクト
ル特性図であり、縦軸に強さ／電子、横軸にエネルギー
（ｋｅＶ）を示している。なお、従来のＸ線管ターゲッ
トの入射角αは９０°、取り出し角は１０°である。ま
た、図２における、ａは本発明のＸ線管ターゲットとの
Ｘ線スペクトル特性、ｂは従来例を示している。
【００２３】この図から明らかなように、本発明の第１
実施例におけるＸ線管ターゲットのＸ線スペクトル特性
が優れていることが分かる。
【００２４】また、入射電子ビームの加速電圧によって
金属被覆膜の厚さは最適なものを選定するのが望まし
い。
【００２５】以下、その点について詳細に説明する。
【００２６】図３は従来のＸ線管ターゲットと本発明の
第１実施例におけるＸ線管ターゲットの入射電子ビーム
の加速電圧３０ｋＶでのＸ線強度及び冷却効率の金属被
覆膜の厚さ依存特性図であり、横軸にＷ被覆膜の厚さ
（μｍ）、左側の縦軸にＸ線強度（任意単位）、右側の
縦軸に冷却効率（任意単位）が示されている。また、グ
ラフの◆はＸ線強度を、■は冷却効率を示している。
【００２７】この図から明らかなように、Ｘ線強度及び
冷却効率を総合的に見ると、最適な金属被覆膜の厚さ
は、０．３μｍ程度であることがわかる。
【００２８】ここで、冷却効率の評価は下記の通りで
す。
【００２９】図４は本発明にかかるＸ線管ターゲットの
冷却効率の評価の説明図である。
【００３０】この図において、８は（ｄＥ／ｄＺ）Cu：
Ｃｕ基材中でのエネルギー損失、９は（ｄＥ／ｄ
Ｚ）W ：Ｗ被覆膜中でのエネルギー損失であり、発生す
る熱に比例する）であるとすると、 冷却効率＝〔（ｄＥ／ｄＺ）Cu×σCu〕／〔（ｄＥ／ｄＺ）Cu×σCu〕＋ （ｄＥ／ｄＺ）W σW …（１） ここで、σCuは銅の熱伝導度 σW はタングステンの熱伝導度であり、σCu／σW （５
７３°Ｋにおいて）≒３．８／１．５を用いている。
【００３１】上記（１）式は、Ｃｕ中でのエネルギー損
失が大きい程、冷却効果が大きい（Ｃｕは水を流して冷
却されている）。
【００３２】一方、Ｗ中でのエネルギー損失が大きい
程、冷却効果が低くなると考えて、上記（１）のような
式で冷却効率を評価することにした。
【００３３】図５は従来のＸ線管ターゲットと本発明の
第１実施例におけるＸ線管ターゲットの入射電子ビーム
の加速電圧４０ｋＶでのＸ線強度及び冷却効率の金属被
覆膜の厚さ依存特性図であり、横軸にＷ被覆膜の厚さ
（μｍ）、左側の縦軸にＸ線強度（任意単位）、右側の
縦軸に冷却効率（任意単位）が示されている。また、グ
ラフの◆はＸ線強度を、■は冷却効率を示している。
【００３４】この図から明らかなように、Ｘ線強度及び
冷却効率を総合的に見ると、最適な金属被覆膜の厚さ
は、０．５μｍ程度である。
【００３５】図６は従来のＸ線管ターゲットと本発明の
第１実施例におけるＸ線管ターゲットの入射電子ビーム
の加速電圧５０ｋＶでのＸ線強度及び冷却効率の金属被
覆膜の厚さ依存特性図であり、横軸にＷ被覆膜の厚さ
（μｍ）、左側の縦軸にＸ線強度（任意単位）、右側の
縦軸に冷却効率（任意単位）が示されている。また、グ
ラフの◆はＸ線強度を、■は冷却効率を示している。
【００３６】この図から明らかなように、Ｘ線強度及び
冷却効率を総合的に見ると、最適な金属被覆膜の厚さ
は、０．７μｍ程度であることがわかる。
【００３７】図７は本発明の第２実施例を示すＸ線管タ
ーゲットの構成断面図である。
【００３８】この図において、１１は円錐台形のＸ線管
ターゲット、１２はそのＸ線管ターゲット１１の内部に
形成される基材、１３はその基材を被覆している金属被
覆膜、１４はＸ線管ターゲットの回転中心軸、１５は金
属被覆膜の表面に対する垂直線（法線）、１６は入射電
子ビーム、１７は取り出されるＸ線、α2 は入射角（入
射電子ビーム１６が照射される面の法線１５と入射電子
ビーム１６とのなす角）、θ2 は取り出し角〔入射電子
ビーム１６が照射される面（金属被覆膜面〕と取り出し
Ｘ線１７のなす角度）である。ここでは、α2 は４７
°、θ2 は９０°、金属被覆膜１３の膜厚は１μｍ以下
にすることにより、第１実施例に比べて数％Ｘ線強度を
大きくすることができる。
【００３９】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００４０】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４１】（Ａ）表面金属（被覆金属膜）の厚みをよ
り薄くして、基材である銅により熱伝導を高め、冷却効
果を向上させるとともに、効率よくＸ線を取り出すこと
ができる。
【００４２】（Ｂ）所定の入射角度及び取り出し角度
で、表面金属（被覆金属膜）の厚さは、サブミクロンオ
ーダーであることが望ましい。例えば、入射電子ビーム
の加速電圧３０ｋＶで０．３μｍ、入射電子ビームの加
速電圧４０ｋＶで０．５μｍ、入射電子ビームの加速電
圧５０ｋＶで０．７μｍがＸ線強度及び冷却効率が最適
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すＸ線管ターゲットの
構成断面図である。
【図２】従来のＸ線管ターゲットと本発明の第１実施例
におけるＸ線管ターゲットとのＸ線スペクトル特性図で
ある。
【図３】従来のＸ線管ターゲットと本発明の第１実施例
におけるＸ線管ターゲットとの入射電子ビームの加速電
圧３０ｋＶでのＸ線強度及び冷却効率の金属被覆膜の厚
さ依存特性図である。
【図４】本発明にかかるＸ線管ターゲットの冷却効率の
評価の説明図である。
【図５】従来のＸ線管ターゲットと本発明の第１実施例
におけるＸ線管ターゲットの入射電子ビームの加速電圧
４０ｋＶでのＸ線強度及び冷却効率の金属被覆膜の厚さ
依存特性図である。
【図６】従来のＸ線管ターゲットと本発明の第１実施例
におけるＸ線管ターゲットの入射電子ビームの加速電圧
５０ｋＶでのＸ線強度及び冷却効率の金属被覆膜の厚さ
依存特性図である。
【図７】本発明の第２実施例を示すＸ線管ターゲットの
構成断面図である。
【符号の説明】
１，１１ 円錐台形Ｘ線管ターゲット ２，１２ Ｘ線管ターゲットの内部に形成される基材
（材質は銅） ３，１３ 金属被覆膜（材質はＷ）、 ４，１４ Ｘ線管ターゲットの回転中心軸 ５，１５ 金属被覆膜の表面に対する垂直線（法線） ６，１６ 入射電子ビーム ７，１７ 取り出されるＸ線

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部に真空室を形成する装置本体と熱電
    子を放出する電子銃と回転対陰極とを備えたＸ線発生装
    置におけるＸ線管ターゲットにおいて、（ａ）傾斜を有
    する台形形状をなし、（ｂ）基材として銅を用い、該銅
    の表面を他の金属からなる被覆金属膜で被覆し、該被覆
    金属膜の厚さをサブミクロンオーダーとなし、（ｃ）電
    子ビームの入射角が１０°から５０°で、かつ、Ｘ線の
    取り出し角が４０°から９０°の範囲にあることを特徴
    とするＸ線管ターゲット。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のＸ線管ターゲットにおい
    て、前記被覆金属膜の厚さが、０．１μｍから０．７μ
    ｍであることを特徴とするＸ線管ターゲット。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のＸ線管ターゲットにおい
    て、前記電子ビームの加速度電圧が３０ｋＶにおいて、
    前記被覆金属膜の厚さが、略０．３μｍであることを特
    徴とするＸ線管ターゲット。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のＸ線管ターゲットにおい
    て、前記電子ビームの加速度電圧が４０ｋＶにおいて、
    前記被覆金属膜の厚さが、略０．５μｍであることを特
    徴とするＸ線管ターゲット。
  5. 【請求項５】 請求項１記載のＸ線管ターゲットにおい
    て、前記電子ビームの加速度電圧が５０ｋＶにおいて、
    前記被覆金属膜の厚さが、略０．７μｍであることを特
    徴とするＸ線管ターゲット。
  6. 【請求項６】 請求項１記載のＸ線管ターゲットにおい
    て、前記被覆金属膜がタングステン（Ｗ）、クロミウム
    （Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト
    （Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍ
    ｇ）、金（Ａｕ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍ
    ｏ）、レニウム（Ｒｅ）のうち、少なくとも１種からな
    ることを特徴とするＸ線管ターゲット。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013035893A1 (en) * 2011-09-08 2013-03-14 Bruce Briant Parsons High quality, low power, low x-ray dose, 2d and 3d imaging for ndt and medical uses

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WO2013035893A1 (en) * 2011-09-08 2013-03-14 Bruce Briant Parsons High quality, low power, low x-ray dose, 2d and 3d imaging for ndt and medical uses

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