JP2004079304A

JP2004079304A - Ｘ線管

Info

Publication number: JP2004079304A
Application number: JP2002236547A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Inazuru; 稲鶴　務
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2002-08-14
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-14
Also published as: JP3950389B2

Abstract

【課題】ターゲット及び偏向コイルを好適に冷却することが可能なＸ線管を提供する。
【解決手段】偏向コイル２６と真空外囲器２０との間に介在すると共に、偏向コイル２６及びターゲット部材３０と熱的に接続された冷却部材４０を備える。冷却部材４０が冷却されることにより、ターゲット部材３０及び偏向コイル２６が冷却されるので、ターゲット部材３０に電子線が入射されてもターゲット部材３０を所定の低温に維持できターゲット部材３０の損傷が低減される一方、偏向コイル２６を所定の低温に維持でき偏向コイル２６の特性が変化しにくくされる。さらに、冷却部材４０が偏向コイル２６と真空外囲器２０との間に介在し、偏向コイル２６と真空外囲器２０とが熱的に遮断されているので、偏向コイル２６で発生する熱が真空外囲器２０にほとんど伝達されず、Ｘ線管１０の劣化や特性の変動も低減される。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターゲットの一方の面に電子線が入射されターゲットの他方の面からＸ線が放射されるＸ線管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空外囲器内で電子線をターゲットの一方の面に入射させ、ターゲットの他方の面から放射されるＸ線を出射窓を介して外部に出射させる、いわゆる、透過型のＸ線管が知られている。
【０００３】
このような透過型のＸ線管においては、電子線の入射によりターゲットが加熱され、ターゲットが高温になるとターゲットの損傷が促進される。このため、ターゲットの損傷を抑制すべくターゲットを冷却する必要があり、例えば、特開平４−２６２３４８号公報には、水冷管を備えた冷却部材でターゲットを冷却するＸ線管が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような透過型のＸ線管においては、ターゲットに入射される電子線を偏向すべく真空外囲器を外側から取り囲むような電磁コイル等の偏向コイルを備える場合がある。ところが、このような偏向コイルは駆動時に発熱するため、温度の変化に伴って偏向特性が変化してしまう。このため、ターゲット及び偏向コイルを冷却可能な手段が求められていた。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ターゲット及び偏向コイルを好適に冷却することが可能なＸ線管を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＸ線管は、外囲器内で電子線をターゲットの一方の面に入射させ、ターゲットの他方の面から放射されるＸ線を外囲器に設けられた出射窓を介して外囲器の外に出射させるＸ線管において、外囲器の外に配設されターゲットに入射する電子線を偏向させる偏向コイルと、偏向コイルと外囲器との間に介在すると共に偏向コイル及びターゲットと熱的に接続された冷却部材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明のＸ線管によれば、冷却部材が冷却されることにより、冷却部材と熱的に接続されたターゲット及び偏向コイルが冷却される。このため、ターゲットに電子線が入射され発熱してもターゲットを所定の低温に維持できターゲットの損傷が低減されると共に、偏向コイルがその使用により発熱しても偏向コイルを所定の低温に維持でき偏向コイルの特性が変化しにくくされて電子線の偏向量を高精度に制御できる。さらに、冷却部材が偏向コイルと外囲器との間に介在し、偏向コイルと外囲器とが熱的に遮断されているので、偏向コイルで発生する熱が外囲器にほとんど伝達されず、Ｘ線管の劣化や特性の変動も低減される。
【０００８】
ここで、ターゲットは出射窓の内側の面に形成され、冷却部材は出射窓を介してターゲットと熱的に接続されることが好ましい。
【０００９】
これにより、Ｘ線管が小型かつ簡易な構造とされると共に、ターゲットの熱が出射窓を介して好適に冷却部材に伝達される。
【００１０】
また、出射窓の外側の面に出射窓よりも熱伝導性が高い放熱薄板を備え、放熱薄板は冷却部材と熱的に接続されることが好ましい。
【００１１】
ターゲットよりも熱伝導性が高い放熱薄板を介してターゲットや出射窓の熱が冷却部材に好適に伝達され、ターゲットの熱をより効率よく除熱することができる。
【００１２】
また、冷却部材は、冷却媒体が通過可能な流路を備えることが好ましい。これにより、冷却媒体の通過によって冷却部材を簡易かつ好適に冷却することが可能とされる。
【００１３】
また、ターゲットから発生するＸ線の状態を監視するＸ線監視手段を備え、冷却部材はさらにＸ線監視手段と熱的に接続されることが好ましい。
【００１４】
これにより、ターゲットから発生するＸ線の状態をリアルタイムに監視することが可能とされ、Ｘ線の状態に基づいて、ターゲットに入射される電子線の電圧や電流等を制御したり、電子線を偏向させて電子線の入射位置を移動させたりすること等により、ターゲットから発生するＸ線の状態を一定にすることができる。また、Ｘ線監視手段が冷却部材によって冷却されるので、Ｘ線監視手段を所定の低温に維持することができ、Ｘ線の監視の精度が向上できる。
【００１５】
また、Ｘ線監視手段は、出射窓でＸ線が出射される面よりもターゲットで電子線が入射される面側に設置されることが好ましい。
【００１６】
これにより、Ｘ線監視手段を、出射窓でＸ線が出射される面よりもＸ線出射方向側に設置する場合に比して、出射窓から被検査物等へＸ線を照射する際にＸ線監視手段が邪魔にならない。このため、出射窓と被照射物等とを近接させることが可能とされ、拡大率の大きなＸ線画像等が得られる。
【００１７】
また、Ｘ線監視手段は、さらに、冷却部材の内側に設置されることが好ましく、これにより、Ｘ線管をより小型化できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るＸ線管の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１は、第一実施形態に係るＸ線管１０を備えるＸ線発生装置１を示す概略構成図であり、図２は図１中のＸ線管１０の断面図である。本実施形態のＸ線発生装置１は、図１に示すように、主として、ターゲット部材３０へ電子線を照射してＸ線を発生させるＸ線管１０と、Ｘ線管１０に所定の電流電圧を印加して電子線を発生させるＸ線電源１２と、Ｘ線管１０を冷却すべく水等の冷却媒体をＸ線管１０に対して供給する冷却媒体供給装置１６と、Ｘ線電源１２や冷却媒体供給装置１６等と接続されＸ線管１０からのＸ線の発生等を制御するコントローラ１４と、を備えて構成されている。
【００２０】
冷却媒体供給装置１６は、冷却媒体の温度を測定する温度センサ１６ａと、温度センサ１６ａによって測定された温度に基づいて冷却媒体を所定の低温に冷却する冷却器１６ｂと、所定の低温とされた冷却媒体をＸ線管１０に対して供給し回収する循環ポンプ１６ｃと、を備えている。
【００２１】
Ｘ線管１０は、いわゆる、透過型のＸ線管であって、図２に示すように、水平方向に延在する略円筒形状をなしほぼ真空状態に封止された真空外囲器（外囲器）２０により外郭が構成されている。
【００２２】
真空外囲器２０の軸方向一端側（図２の左側）は金属材料からなる外囲器本体２１であり、一端側が閉じられた横型円筒形状とされている。一方、真空外囲器２０の軸方向他端側（図２の右側）は、ガラスやセラミクス等の絶縁体によって形成されたバルブ２２であり、他端側が閉じられた横型円筒形状とされ、外囲器本体２１と接続されている。
【００２３】
真空外囲器２０内には、真空外囲器２０の中心軸に沿って一端側に向けて電子線を出射する電子銃２３が配設され、この電子銃２３はバルブ２２の他端側に貫通固定された複数のピン２４によって支持されている。このピン２４は電子銃２３内の電極やフィラメント等（不図示）と電気的に接続されると共に、図１に示すように、Ｘ線電源１２と電気的に接続されており、電子銃２３に所定の電流電圧を供給して電子銃２３を駆動する。なお、図２に示すように、真空外囲器２０内には、電子銃２３を取り囲むように設置され電子線を収束させるフォーカス電極２５が設置されている。
【００２４】
外囲器本体２１の一端側の端部で、電子銃２３からの電子線が入射される部分には、平板状のターゲット部材３０が嵌め込まれている。
【００２５】
このターゲット部材３０は、Ｘ線を透過し易くかつ所定の強度を有し出射窓として機能するターゲット基板３２上に、電子線が入射されるとＸ線を発生するターゲット薄膜（ターゲット）３４を形成させたものであり、ターゲット薄膜３４が電子銃２３に対面すると共に、ターゲット基板３２が外囲器本体２１の外に面するように外囲器本体２１の一端に嵌め込まれている。ここで、ターゲット基板３２としては、例えばベリリウム等が使用でき、ターゲット薄膜３４としては、例えばタングステン等が使用できる。
【００２６】
また、ターゲット部材３０は、図１に示すように、外囲器本体２１を介してＸ線電源１２と電気的に接続され、所定の正の電圧が印加される。
【００２７】
外囲器本体２１の周壁の外側には、図２に示すように、外囲器本体２１を軸回りに取り囲むように偏向コイル２６が配設されている。この偏向コイル２６は、電磁コイル（不図示）を有すると共に、図１に示すようにコントローラ１４と接続されている。そして、偏向コイル２６は、図２に示すように、電子銃２３とターゲット部材３０との間に電界や磁界を形成し、電子銃２３からターゲット部材３０に入射される電子線を偏向させてターゲット薄膜３４における電子線の入射位置や電子線の集束度等を変更させる。
【００２８】
そして、本実施形態のＸ線管１０においては、銅等の導電性の高い材料により形成され、外囲器本体２１を軸方向一端側から覆う冷却部材４０を備えている。
【００２９】
この冷却部材４０は、真空外囲器２０と同軸とされた円筒部４０ａと、中央に開口部４０ｃが形成され円筒部４０ａの軸方向一端側の端部に連結された円環状のつば部４０ｂと、を有している。
【００３０】
円筒部４０ａは、その周壁内側が外囲器本体２１の周壁外側に接すると共に、円筒部４０ａの周壁外側が偏向コイル２６の周壁内側に接するように外囲器本体２１と偏向コイル２６との間に介在している。
【００３１】
つば部４０ｂは、外囲器本体２１の一端側の端面に接するようにされている。また、つば部４０ｂの開口部４０ｃの開口面積は、ターゲット基板３２の面積よりもやや小さくなるようにされており、つば部４０ｂの開口部４０ｃの近傍が、ターゲット基板３２表面の周辺部と接触している。なお、ターゲット部材３０の表面の中央部分は外部に対して露出されている。
【００３２】
冷却部材４０の円筒部４０ａ内には、水等の冷却媒体が流通可能な冷媒流路（流路）４０ｅが周方向に螺旋状に形成されている。冷媒流路４０ｅの両端は、図１に示すように、各々連通管１７を介して冷却媒体供給装置１６と接続されており、冷却媒体供給装置１６からの所定の低温とされた冷却媒体は、冷却部材４０内の冷媒流路４０ｅを通過することにより冷却部材４０を冷却し、この冷却によって加熱された冷却媒体は冷却媒体供給装置１６に戻る。
【００３３】
さらに、本実施形態のＸ線管１０においては、図２に示すように、外囲器本体２１の周壁に設置され、ターゲット薄膜３４からのＸ線をＢｅ等のモニタ窓５２を介して入射しＸ線の線量を監視するＸ線モニタ（Ｘ線監視手段）５０を備えている。
【００３４】
Ｘ線モニタ５０は、冷却部材４０の円筒部４０ａの周壁内面に接するようにされると共に、ターゲット基板３２の表面よりも電子銃２３側に位置するように、外囲器本体２１の周壁に嵌め込まれている。
【００３５】
また、Ｘ線モニタ５０は、図１に示すように、コントローラ１４と接続されており、モニタ窓５２を介して検出したＸ線の線量等の状態をコントローラ１４に送信する。
【００３６】
次に、このようなＸ線管１０を有するＸ線発生装置１の動作について説明する。
【００３７】
コントローラ１４は、Ｘ線電源１２を制御し、Ｘ線管１０の電子銃２３とターゲット部材３０とに所定の電流電圧を印加させ、電子銃２３から電子線を出射させてターゲット薄膜３４に入射させる。
【００３８】
これにより、ターゲット薄膜３４からＸ線が放射され、このＸ線は、ターゲット基板３２を透過窓として透過して真空外囲器２０から外部に出射される。
【００３９】
また、コントローラ１４は、Ｘ線モニタ５０が検出するＸ線の線量等の状態をリアルタイムに監視し、ターゲット薄膜３４から発生するＸ線の線量等が一定になるようにＸ線電源１２や偏向コイル２６を制御する。
【００４０】
さらに、コントローラ１４は冷却媒体供給装置１６を制御し、所定の低温の冷却水が冷却部材４０内を流通するようにさせる。
【００４１】
このとき、ターゲット薄膜３４は、電子線の入射により加熱されるが、この熱は、ターゲット基板３２、冷却部材４０のつば部４０ｂ、冷却部材４０の円筒部４０ａを順に伝達し、冷媒流路４０ｅ内を通過する所定の低温とされた冷却媒体によって除熱されるため、ターゲット薄膜３４の温度が所定の低温に維持される。このため、ターゲット薄膜３４の劣化が低減されて、ターゲット部材３０の長寿命化が達成できる。
【００４２】
また、偏向コイル２６が駆動されて偏向コイル２６が発熱するが、この熱は、偏向コイル２６と接触する冷却部材４０の円筒部４０ａに伝達され、冷媒流路４０ｅ内の冷却媒体によって除熱されるので、偏向コイル２６の温度が所定の低温に維持される。このため、偏向特性の変化がほとんどなくなるので、精度よく電子線の偏向を行うことが可能とされる。
【００４３】
また、偏向コイル２６と外囲器本体２１との間に冷却部材４０が介在しているので、偏向コイル２６で発生する熱が外囲器本体２１にほとんど伝わらず、外囲器本体２１が加熱されることも防止され、真空外囲器２０等の劣化も低減されている。さらに、外囲器本体２１も冷却部材４０と接触しているので、外囲器本体２１も所定の定温に維持され、真空外囲器２０の劣化がより低減されている。
【００４４】
なお、偏向コイル２６と外囲器本体２１との間に冷却部材４０を介在させず、外囲器本体２１の外周に偏向コイル２６が接するように配置して、冷却部材を単に、偏向コイル２６の周壁外面や軸方向側の端面等と、ターゲット部材３０と、に接触させるだけの構成が考えられるが、この場合、偏向コイル２６からの熱が偏向コイル２６の周壁内面を経て真空外囲器２０に伝達されるので好ましくない。
【００４５】
また、本実施形態のＸ線管１０は、Ｘ線モニタ５０を備えており、長時間の電子線の照射によるターゲット部材３０の損傷や、電流や電圧の予期しない変動等によって、ターゲット部材３０から発生するＸ線の線量等が変動しても、これを直ちに検出できる。このため、コントローラ１４によってＸ線電源１２の電流電圧を調整したり、偏向コイル２６の偏向量の調節して未損傷のターゲット薄膜３４に電子線を入射させたりすること等によって、Ｘ線の線量等をフィードバック補正することができ、ターゲット部材３０から出射されるＸ線の線量等が一定とされ、Ｘ線源として好適である。
【００４６】
また、このようなＸ線モニタ５０においては、例えば、半導体素子等を用いて線量を検出する場合等、Ｘ線モニタ５０自体の温度が変動すると検出値が大きく変動してしまい精度が悪化する場合がある。ところが、本実施形態においては、Ｘ線モニタ５０が冷却部材４０と接触していてＸ線モニタ５０自体が所定の低温に維持されるため、Ｘ線モニタ５０の検出特性の変動も低減されて、Ｘ線の線量等の状態を精度よく測定することができる。
【００４７】
さらに、このＸ線モニタ５０は、ターゲット基板３２のＸ線出射面よりも、ターゲット薄膜３４の電子線入射面側に設置されているので、このようなＸ線モニタ５０が、ターゲット基板３２から出射されるＸ線を受ける被照射物側の邪魔とならない。このため、被照射物等をターゲット基板３２に近接させることができるので、高倍率のＸ線画像等を取得することができる。また、Ｘ線モニタ５０は外囲器本体２１に嵌め込まれていて、冷却部材４０よりも内側とされているので、Ｘ線管１０のコンパクト化が実現されている。
【００４８】
次に、本発明の第二実施形態に係るＸ線管１２０について、図３を参照して説明する。本実施形態のＸ線管１２０が、第一実施形態に係るＸ線管１０と異なる点は、ターゲット部材３０に代えて、ターゲット部材３０のターゲット基板３２上にさらに放熱シート（放熱薄板）１２２を設けてなるターゲット部材１３０を備えている点であり、これに対応して放熱シート１２２の周辺部が、冷却部材４０のつば部４０ｂと接触されている。
【００４９】
この放熱シート１２２は、ターゲット基板３２よりも高熱伝導率でかつＸ線の透過率の高い軽元素材料からなるシートであり、例えば、グラファイトシート（松下電子部品株式会社製ＰＧＳグラファイトシート）等が採用できる。
【００５０】
本実施形態によれば、ターゲット薄膜３４やターゲット基板３２の面内中央部分の熱が、熱伝導率の高い放熱シート１２２によってターゲット部材１３０の周辺部へ向かって効率よく伝達されて冷却部材４０のつば部４０ｂに達するので、より効率よくターゲット薄膜３４の冷却が可能とされる。
【００５１】
なお、本発明に係るＸ線管は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形態様をとることが可能である。
【００５２】
例えば、上記実施形態においては、冷却部材４０と、偏向コイル２６やＸ線モニタ５０やターゲット部材３０，１３０とが直接接触しているがこれに限られず、他の熱伝導性の高い部材等を介して接触していてもよく、要は、偏向コイル２６やＸ線モニタ５０やターゲット部材３０，１３０において発生する熱を除熱すべくこれらが冷却部材４０と熱的に接続されていればよい。
【００５３】
また、上記実施形態において、冷却部材４０は冷却媒体が通過可能な冷媒流路４０ｅを備え冷却媒体の通過によって冷却されるが、例えば、ペルチェ素子等によって電子冷却されてもよく、ファン等によって冷却されてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態において、外囲器本体２１と冷却部材４０とを別々の部材としているが、外囲器本体２１を熱伝導率の高い銅等の部材として冷却部材と一体化してもよい。
【００５５】
また、上記実施形態においては、小型かつ簡易な構造とすべくターゲット部材３０のターゲット基板３２が真空外囲器２０の出射窓とされているが、ターゲット基板３２とは別の出射窓を設けても構わない。また、ターゲット薄膜３４を出射窓としてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態においては、Ｘ線モニタ５０を出射窓としてのターゲット基板３２よりも電子銃２３側に配置しているが、Ｘ線モニタ５０が十分小さい場合等には、出射窓よりもＸ線出射方向側に配置してもよい。
【００５７】
また、上記実施形態においては、Ｘ線管１０は真空外囲器２０を備えているが、これに代えて、使用時に内部が減圧され不使用時には内部が常圧とされる開放型外囲器を備えていてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＸ線管は、偏向コイルと外囲器との間に介在すると共に、偏向コイル及びターゲットと熱的に接続された冷却部材を備える。そして、冷却部材が冷却されることにより、冷却部材と熱的に接続されたターゲット及び偏向コイルが冷却され、ターゲットに電子線が入射されてもターゲットを所定の低温に維持できターゲットの損傷が低減される一方、偏向コイルを使用しても偏向コイルを所定の低温に維持でき偏向コイルの特性が変化しにくくされて電子線の偏向量を高精度に制御できる。さらに、冷却部材が偏向コイルと外囲器との間に介在し、偏向コイルと外囲器とが熱的に遮断されているので、偏向コイルで発生する熱が外囲器にほとんど伝達されず、Ｘ線管の劣化や特性の変動も低減される。
【００５９】
これによって、ターゲット及び偏向コイルを好適に冷却することが可能なＸ線管が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態に係るＸ線管を備えるＸ線発生装置を示す概略構成図である。
【図２】図１中のＸ線管の断面図である。
【図３】第二実施形態に係るＸ線管の断面図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線発生装置、１０、１２０…Ｘ線管、２０…真空外囲器（外囲器）、２６…偏向コイル、３２…ターゲット基板（出射窓）、３４…ターゲット薄膜（ターゲット）、４０…冷却部材、４０ｅ…冷媒流路（流路）、５０…Ｘ線モニタ（Ｘ線監視手段）、１２２…放熱シート（放熱薄板）。

Claims

外囲器内で電子線をターゲットの一方の面に入射させ、前記ターゲットの他方の面から放射されるＸ線を前記外囲器に設けられた出射窓を介して前記外囲器の外に出射させるＸ線管において、
前記外囲器の外に配設され、前記ターゲットに入射する電子線を偏向させる偏向コイルと、
前記偏向コイルと前記外囲器との間に介在すると共に、前記偏向コイル及び前記ターゲットと熱的に接続された冷却部材と、
を備えることを特徴とするＸ線管。
前記ターゲットは前記出射窓の内側の面に形成され、前記冷却部材は前記出射窓を介して前記ターゲットと熱的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のＸ線管。
前記出射窓の外側の面に前記出射窓よりも熱伝導性が高い放熱薄板を備え、前記放熱薄板は前記冷却部材と熱的に接続されることを特徴とする、請求項２に記載のＸ線管。
前記冷却部材は、冷却媒体が通過可能な流路を備えることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載のＸ線管。
前記ターゲットから発生するＸ線の状態を監視するＸ線監視手段を備え、前記冷却部材はさらに前記Ｘ線監視手段と熱的に接続されることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載のＸ線管。
前記Ｘ線監視手段は、前記出射窓で前記Ｘ線が出射される面よりも前記ターゲットで前記電子線が入射される面側に設置されることを特徴とする、請求項５に記載のＸ線管。
前記Ｘ線監視手段は、さらに、前記冷却部材の内側に設置されることを特徴とする、請求項６に記載のＸ線管。