JP2004220975A - X-ray tube - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターゲットに電子を衝突させてX線を放出するX線管に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、X線管は、フィラメントから電子ビームを放出し、この放出された電子を陽極であるターゲットに衝突させてX線を発生させている。また、フィラメントおよびターゲット間にターゲットと同電位の電極を配設する。そして、ターゲットおよび前記電極の間を電磁界のない空間にし、フィラメントから放出された電子ビームがターゲットに衝突し99%以上が熱になり一部にX線が発生する。
また、このように電子ビームがターゲットに衝突する際にはイオンも発生するが、このイオンは電磁界のない空間に発生しているため、わずかなイオンのみしかフィラメントに到達しないようになりフィラメントがイオンによる衝撃により劣化しないようにしている(たとえば特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−287855号(第4頁、図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように、フィラメントから放出された電子ビームの99%以上は熱に変換されるため、使用するX線量の増加に伴いターゲットの温度が上昇する。そして、ターゲットからは局所的にターゲット内に吸蔵されたガスが温度上昇により放出され、この放出されたガスに電子ビームが衝突して電離が起こり放電が生ずるおそれがある。
【0005】
なお、ターゲットから放出されるガスはターゲットの鍛造工程で吸蔵された主にアルゴン(Ar)ガスなどの雰囲気ガスで、このガスはX線管の排気工程やエージング工程で除去できるものではない。
【0006】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、放電発生確率を小さくしたX線管を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部が真空の真空外囲器と、この真空外囲器内に電子を放出するフィラメントと、前記真空外囲器内に設けられ前記フィラメントからの電子が衝突してX線を放出するターゲットと、前記フィラメントおよびターゲット間に位置し前記ターゲットより50V以上電位が高くターゲットから放出されるガスによる放電を防止する高電位電極とを具備したもので、高電位電極の電位をターゲットの電位より50V以上高くすることにより、ターゲットから発生したガスは電子が衝突して電離してイオンとなり、このイオンは高電位電極の電位により減速電界を受けるためにターゲットに押し戻されるのでイオンにより放電が生ずることを防止する。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のX線管の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【0009】
図1に示すように、1はたとえば医療装置などに用いられるX線管で、このX線管1はガラスを封着し両端が閉塞された内部が真空の円筒状の真空外囲器2を有している。また、真空外囲器2の一端側には、フィラメント3が中心から変位した位置に配設され、他端には回転陽極のターゲット4が配設され、このターゲット4はこのターゲット4を回転させる回転子5により回転自在に回転される。
なお、このターゲット4は、たとえばアルゴン(Ar)ガス雰囲気中で鍛造したタングステン(W)あるいはモリブデン(Mo)またはこれらの合金で断面ほぼ傘状に形成され、このターゲット4の表面は中央から下方に向けて傾斜する截頭円錐状のターゲット面6が形成され、このターゲット面6はフィラメント3に対向している。
【0010】
また、フィラメント3およびターゲット4間には、50V以上300V以下、好ましくは100V以下の電圧が印加されターゲット4より50V以上300V以下、好ましくは100V以下電位が高い高電位電極11が配設され、この高電位電極11のフィラメント3およびターゲット面6との間の面は、ターゲット面6と平行な傾斜面12が形成され、ターゲット面6と高電位電極11の傾斜面12とが平行で位置に関わらず等間隔で電界が等しくなるように設定され、フィラメント3からの電子ビームが通過する部分には電子ビーム通過用の開口部14が形成されている。
【0011】
さらに、この高電位電極11とターゲット4との間には、ターゲット4と同電位の同電位電極15が配設され、この同電位電極15の高電位電極11の傾斜面12の部分は、高電位電極11およびターゲット面6と平行な傾斜面16が形成され、ターゲット面6および高電位電極11の傾斜面12と同電位電極15の傾斜面16とが平行で位置に関わらず等間隔で電界が等しくなるように設定され、フィラメント3からの電子ビームが通過する部分には電子ビーム通過用の開口部17が形成されている。
【0012】
次に、上記実施の形態の動作について説明する。
【0013】
まず、回転子5によりターゲット4を回転させ、回転しているターゲット面6にフィラメント3より電子ビームbを照射し、X線を発生させる。なお、この際、電子ビームbのエネルギの内99%以上が熱になるため、X線を爆射中のターゲット4の温度は1000℃ないし1500℃程度になる。また、ターゲット4の温度が上昇したとえば1500℃となると、ターゲット4の鍛造など製造の際に吸蔵された雰囲気ガスのアルゴンガス蒸気などのガスが放出される。
【0014】
そして、このアルゴンガス蒸気は、電子ビームが衝突して電離が起こりイオン化してイオンiとなり放電が生じ、このイオンiの速度分布は、マクスウェルの速度分布則に従うとすると、平均速度は3055m/s、最も確からしい速度は856m/sとなり、エネルギに単位変換するとそれぞれ1.4eV、1.9eVとなる。なお、マクスウェルの速度分布は速度∞まで分布しているが、確率的には非常に小さいためアルゴンガス蒸気のエネルギは数eVないし数10eVと考えられる。
【0015】
また、アルゴンガスが電離したイオンiはフィラメント3へ加速され、アルゴンガスが多く存在するとターゲット4からフィラメント3へアルゴンガスのイオンiが大量に流れて放電に至るものの、高電位電極11の電位がターゲットより50V以上電位が高いためイオンバリアとなり、電離したアルゴンガスのイオンiは高電位電極11により減速電界を受けるためターゲット4に押し戻され、放電してしまうことを防止できる。また、アルゴンガスはエネルギが数10eV、たとえば20eVであるため、フィラメント3の電圧に関わらず、アルゴンガスをターゲット4に押し戻すには50V程度印加すれば減速効果は十分である。さらに、高電位電極11の電位がターゲット4より高い電位が300V以下、好ましくは100V以下のため、フィラメント3に対して電位がかなり小さいため、フィラメント3とターゲット4間の電界分布を乱す影響は軽微であるため、多少の電極の配置変更で容易に電子ビームの軌道を適切に修正できる。
【0016】
ところで、ターゲット4に入射した電子ビームが2次電子sを放出した場合、このターゲットより50V以上の電圧が印加された高電位電極11は2次電子sに対して加速電極となり、2次電子sは加速されて高電位電極11を加熱してしまう。反跳電子を無視した場合、2次電子sのエネルギは20eVないし30eVがほとんどであるため、高電位電極11とターゲット4との間にターゲット4と同電位の同電位電極により、電子ビームbによる電位低下、いわゆるポテンシャルウェルにより2次電子sはターゲット4に押し戻されるファラデーケージ効果のため高電位電極11に2次電子sが流れ込むことを防止できる。
【0017】
したがって、長期使用によりターゲット4から製造時に吸蔵されたアルゴンガスが放出されて電離してイオンiとなっても、高電位電極11によりイオンバリアとして放電発生確率を極めて小さく抑えられ、また、二次電子sは高電位電極11により加速されることになるものの同電位電極15により押し戻され、信頼性を高めることができる。
【0018】
また、高電位電極11も同電位電極15も、いずれもターゲット4のターゲット面6の傾斜と平行な傾斜面12および傾斜面16を有しているのでそれぞれ距離が一定になり、高電位電極11と同電位電極15およびターゲット4との間の電界が乱れることを防止できるため、電界が安定する。さらに、高電位電極11および同電位電極15にそれぞれ形成された開口部14および開口部17を透過して電子ビームbを照射するので、高電位電極11および同電位電極15自体による平面上の電界分布の一定になりやすく平面上の電界の乱れも防止できる。したがって、電界の変化により、電子ビームbに悪影響を与えることを防止できる。
【0019】
次に、他の実施の形態のX線管を図2を参照して説明する。
【0020】
この図2に示すX線管は、図1に示す実施の形態の同電位電極15をなくしたものである。
【0021】
このように、同電位電極15をなくしても、高電位電極11が2次電子sの加速電極になってしまうものの、高電位電極11がイオンバリアとしての機能することにより、簡単な構成で放電の発生を抑えることができる。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、高電位電極の電位をターゲットの電位より50V以上高くすることにより、電離したイオンは高電位電極の電位により減速電界を受け、ターゲットに押し戻されるのでイオンにより放電が生ずることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のX線管の一実施の形態を示す説明図である。
【図2】同上他の実施の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 X線管
2 真空外囲器
3 フィラメント
4 ターゲット
11 高電位電極
14 開口部
15 同電位電極
17 開口部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray tube that emits X-rays by colliding electrons with a target.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an X-ray tube emits an electron beam from a filament and collides the emitted electrons with a target serving as an anode to generate X-rays. Also, an electrode having the same potential as the target is provided between the filament and the target. Then, the space between the target and the electrode is made to be a space without an electromagnetic field, and the electron beam emitted from the filament collides with the target, and 99% or more becomes heat and X-rays are partially generated.
In addition, when the electron beam collides with the target in this way, ions are also generated, but since these ions are generated in a space without an electromagnetic field, only a few ions reach the filament, and the filament is It is prevented from being deteriorated by the impact of ions (for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-287855 (page 4, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, since 99% or more of the electron beam emitted from the filament is converted into heat, the temperature of the target increases as the amount of X-ray used increases. Then, the gas occluded locally in the target is released from the target due to a rise in temperature, and the released gas may collide with an electron beam to cause ionization and discharge.
[0005]
The gas released from the target is mainly an atmospheric gas such as argon (Ar) gas occluded in the target forging process, and this gas cannot be removed in the X-ray tube exhaust process or aging process.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an X-ray tube having a reduced probability of occurrence of discharge.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a vacuum envelope having a vacuum inside, a filament for emitting electrons into the vacuum envelope, and electrons from the filament provided in the vacuum envelope collide with each other to emit X-rays And a high-potential electrode located between the filament and the target and having a potential higher than the target by 50 V or more and preventing discharge by gas released from the target, wherein the potential of the high-potential electrode is set to the potential of the target. By raising the voltage by 50 V or more, the gas generated from the target collides with electrons and is ionized to become ions. The ions are pushed back to the target because they receive a decelerating electric field due to the potential of the high potential electrode, so that discharge occurs due to the ions. To prevent that.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the X-ray tube of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0009]
As shown in FIG. 1, reference numeral 1 denotes an X-ray tube used for, for example, a medical device. The X-ray tube 1 is a
The target 4 is made of, for example, tungsten (W) or molybdenum (Mo) or an alloy thereof forged in an argon (Ar) gas atmosphere, and has a substantially umbrella-shaped cross section. A frusto-conical target surface 6 is formed which is inclined towards the filament 3 and faces the filament 3.
[0010]
A high-potential electrode 11 is provided between the filament 3 and the target 4 to which a voltage of 50 V or more and 300 V or less, preferably 100 V or less is applied and the potential of which is higher than the target 4 by 50 V or more and 300 V or less, preferably 100 V or less. An
[0011]
Further, an equipotential electrode 15 having the same electric potential as the target 4 is disposed between the high electric potential electrode 11 and the target 4, and the portion of the
[0012]
Next, the operation of the above embodiment will be described.
[0013]
First, the target 4 is rotated by the rotator 5, and the rotating target surface 6 is irradiated with the electron beam b from the filament 3 to generate X-rays. At this time, since 99% or more of the energy of the electron beam b becomes heat, the temperature of the target 4 during the bombardment of X-rays becomes about 1000 ° C. to 1500 ° C. Further, when the temperature of the target 4 rises to, for example, 1500 ° C., a gas such as argon gas vapor of an atmospheric gas occluded at the time of manufacturing such as forging of the target 4 is released.
[0014]
This argon gas vapor is collided with an electron beam, ionized and ionized to become ions i, and discharge occurs. If the velocity distribution of the ions i follows Maxwell's velocity distribution law, the average velocity is 3055 m / s. The most probable speed is 856 m / s, and when converted to energy, they are 1.4 eV and 1.9 eV, respectively. Although the velocity distribution of Maxwell is distributed up to velocity 、, the energy of the argon gas vapor is considered to be several eV to several tens eV because the probability is very small.
[0015]
Further, the ion i ionized by the argon gas is accelerated to the filament 3, and when a large amount of the argon gas is present, a large amount of the ion i of the argon gas flows from the target 4 to the filament 3 to cause discharge. Since the potential is higher than the target by 50 V or more, it acts as an ion barrier. The ions i of the ionized argon gas receive a decelerating electric field by the high potential electrode 11 and are pushed back to the target 4 to prevent the discharge. Further, since the energy of the argon gas is several tens of eV, for example, 20 eV, regardless of the voltage of the filament 3, a deceleration effect is sufficient if about 50V is applied to push the argon gas back to the target 4. Furthermore, since the potential of the high potential electrode 11 is higher than the potential of the target 4 by 300 V or less, preferably 100 V or less, the potential of the filament 3 is considerably small, so that the effect of disturbing the electric field distribution between the filament 3 and the target 4 is minimal. Therefore, the trajectory of the electron beam can be appropriately corrected easily by slightly changing the arrangement of the electrodes.
[0016]
When the electron beam incident on the target 4 emits secondary electrons s, the high-potential electrode 11 to which a voltage of 50 V or more is applied from the target becomes an accelerating electrode for the secondary electrons s. Accelerates and heats the high potential electrode 11. When the recoil electrons are neglected, the energy of the secondary electrons s is almost 20 eV to 30 eV. Therefore, the electron beam b is applied between the high potential electrode 11 and the target 4 by the same potential electrode having the same potential as the target 4. The secondary electrons s can be prevented from flowing into the high-potential electrode 11 due to the Faraday cage effect in which the secondary electrons s are pushed back to the target 4 by a potential drop, that is, a so-called potential well.
[0017]
Therefore, even if the argon gas occluded during production is released from the target 4 due to long-term use and ionized by ionization, the high-potential electrode 11 can suppress the probability of discharge generation as an ion barrier to an extremely low level. Although the electrons s are accelerated by the high-potential electrode 11, they are pushed back by the same-potential electrode 15, thereby improving the reliability.
[0018]
Further, since both the high-potential electrode 11 and the same-potential electrode 15 have the
[0019]
Next, an X-ray tube according to another embodiment will be described with reference to FIG.
[0020]
The X-ray tube shown in FIG. 2 does not have the same potential electrode 15 of the embodiment shown in FIG.
[0021]
As described above, even if the same potential electrode 15 is eliminated, the high potential electrode 11 becomes an accelerating electrode for the secondary electrons s, but the high potential electrode 11 functions as an ion barrier, so that the discharge can be performed with a simple configuration. Can be suppressed.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, by setting the potential of the high-potential electrode higher than the potential of the target by 50 V or more, the ionized ions receive a decelerating electric field due to the potential of the high-potential electrode and are pushed back to the target. Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing one embodiment of an X-ray tube of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
この真空外囲器内に電子を放出するフィラメントと、
前記真空外囲器内に設けられ前記フィラメントからの電子が衝突してX線を放出するターゲットと、
前記フィラメントおよびターゲット間に位置し前記ターゲットより50V以上電位が高くターゲットから放出されるガスによる放電を防止する高電位電極とを具備したことを特徴とするX線管。A vacuum envelope with a vacuum inside,
A filament for emitting electrons into the vacuum envelope;
A target provided in the vacuum envelope and emitting X-rays by collision of electrons from the filament;
An X-ray tube comprising: a high-potential electrode located between the filament and the target and having a potential higher than the target by 50 V or more and preventing discharge by a gas released from the target.
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