JP2006092879A - X-ray tube - Google Patents

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雅敬 植木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray tube capable of improving manufacturability and miniaturizable. <P>SOLUTION: A vacuum capacitor 8 in a vacuum envelope 2 is serially connected between a filament 6 and a focusing electrode 7. Metallic coating layers 14 having a low work function are formed on the inside surfaces of a pair of parallel flat plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8. A bias voltage applied to the focusing electrode 7 is generated by charge left in the vacuum capacitor 8 in dropping the voltage of the filament 6. A laser beam is radiated from an optical fiber 15 to the inside surfaces of the parallel flat plates 11 and 12 in turning off the bias voltage. The vacuum capacitor 8 is discharged by using photoelectrons generated by a photoelectric effect to control the potential of the focusing electrode 7. This X-ray tube 1 capable of generating a pulse-shaped X-ray while cutting off a soft X-ray wave tail can be realized. The X-ray tube 1 can be reduced in cost and size. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、陰極から放出された電子の陽極への入射によってX線を発生させるX線管に関する。   The present invention relates to an X-ray tube that generates X-rays when electrons emitted from a cathode enter an anode.

従来、この種の格子制御型のX線管は、主として医療用レントゲン装置に用いられるものであって、陽極と陰極とが収容された真空容器を備えている。この真空容器内には、陰極から放出された電子を制御する制御格子が配設されている。この制御格子にバイアス電圧を印加してパルス状のX線発生を制御するための格子制御専用の電源が、真空容器の外側あるいは内側に設けられている。ところが、この格子制御型のX線管では、格子制御のための電源が大型となってしまうから、大型化および製造コストの上昇などの原因となってしまっている。   Conventionally, this type of lattice-controlled X-ray tube is mainly used in a medical X-ray apparatus, and includes a vacuum container in which an anode and a cathode are accommodated. A control grid for controlling electrons emitted from the cathode is disposed in the vacuum vessel. A power source dedicated to lattice control for controlling the generation of pulsed X-rays by applying a bias voltage to the control lattice is provided outside or inside the vacuum vessel. However, in this lattice control type X-ray tube, since the power source for lattice control becomes large, it causes the increase in size and the manufacturing cost.

また、医療用のX線管として、循環器の治療や診断用に多用されている3焦点を有するX線管の場合には、フィラメント電流を供給するコモン電極と格子電極とを合わせると、5本の陰極側高電圧導入端子がX線管容器に必要となる構成が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平7−240296号公報(第3−4頁、図1)
Further, in the case of an X-ray tube having three focal points that is frequently used for medical treatment and diagnosis as a medical X-ray tube, when a common electrode for supplying a filament current and a lattice electrode are combined, 5 There is known a configuration in which the cathode side high-voltage introduction terminal is required for the X-ray tube container (for example, see Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 7-240296 (page 3-4, FIG. 1)

しかしながら、3焦点を有するX線管用として、一般的に広く用いられている4ピンの導入端子を持つ陰極用高圧ケーブルでは、2口の高圧ケーブルとソケットとが必要となりX線管容器の大型化を招いている。さらに、2本のカソード高圧ケーブルが障害となり、X線管を支持するアームにX線管を搭載する作業が容易ではなかったり、このアーム中を配線する高圧ケーブルの容積が邪魔になってアームのデザインに制約が発生したりするから、このX線装置全体の製造性の向上が容易ではないという問題を有している。   However, a high voltage cable for a cathode having a 4-pin lead terminal generally used for an X-ray tube having three focal points requires two high voltage cables and a socket, and the X-ray tube container is enlarged. Is invited. In addition, the two cathode high-voltage cables become an obstacle, and it is not easy to mount the X-ray tube on the arm that supports the X-ray tube, or the volume of the high-voltage cable that runs through this arm is obstructive. Since restrictions are imposed on the design, there is a problem that it is not easy to improve the manufacturability of the entire X-ray apparatus.

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、製造性を向上でき小型化が可能なX線管を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide an X-ray tube capable of improving manufacturability and miniaturizing.

本発明は、容器と、電子を放出する陰極と、前記容器内に設けられ前記陰極から放出される電子の入射にてX線を発生する陽極と、前記陰極から前記陽極に向けて放出される電子を制御する制御電極とを具備するX線管において、一方が前記陰極に電気的に接続され他方が前記制御電極に電気的に接続されたコンデンサと、このコンデンサの電荷を制御する電荷制御手段とを具備したものである。   The present invention includes a container, a cathode that emits electrons, an anode that is provided in the container and generates X-rays upon incidence of electrons emitted from the cathode, and is emitted from the cathode toward the anode. An X-ray tube comprising a control electrode for controlling electrons, a capacitor having one electrically connected to the cathode and the other electrically connected to the control electrode, and charge control means for controlling the charge of the capacitor Are provided.

そして、電荷制御手段によりコンデンサの電荷の制御をすることにより、このコンデンサに光電子が発生し、この光電子がコンデンサを介して制御電極に供給される。この結果、制御電極と陰極との電位が等しくなり、この制御電極の電位が安定し、陰極から陽極に向けて電子が放出されてX線が発生する。次に、X線の放出を停止させるため高圧電源からの高圧印加を停止すると電荷の放出により陰極の電位が低下し、この陰極の電位の低下に伴って電荷制御手段によるコンデンサの電荷の制御を停止させることにより、このコンデンサに電荷が蓄えられたままの状態となる。そして、陰極の電位の低下によって、コンデンサに電位差が生じてしまうから、制御電極の陰極に対する電圧がマイナス状態となっていく。よって、陰極からの電子の放出が制御電極の電界によって抑制されて遮断状態となる。したがって、この制御電極に電圧を印加させる電源などを設けることなく、電荷制御手段によるコンデンサの電荷の制御にて制御電極と陰極との間の電圧のオフ制御ができるから、製造性を向上できるとともに、構成が簡略となるので、小型化が可能となる。   Then, by controlling the charge of the capacitor by the charge control means, photoelectrons are generated in the capacitor, and the photoelectrons are supplied to the control electrode through the capacitor. As a result, the potentials of the control electrode and the cathode become equal, the potential of the control electrode becomes stable, electrons are emitted from the cathode toward the anode, and X-rays are generated. Next, when the application of high voltage from the high voltage power supply is stopped in order to stop the emission of X-rays, the potential of the cathode is lowered due to the discharge of the charge. By stopping, the capacitor remains in a state where charges are stored. Since the potential difference is generated in the capacitor due to the decrease in the potential of the cathode, the voltage of the control electrode with respect to the cathode becomes negative. Therefore, the emission of electrons from the cathode is suppressed by the electric field of the control electrode, and a cut-off state is established. Therefore, the voltage between the control electrode and the cathode can be controlled off by controlling the charge of the capacitor by the charge control means without providing a power source for applying a voltage to the control electrode, thereby improving productivity. Since the configuration is simplified, the size can be reduced.

本発明によれば、電荷制御手段によるコンデンサの電荷の制御により、制御電極と陰極との電位が等しくなり制御電極の電位が安定する。また、陰極の電位の低下に伴って電荷制御手段によるコンデンサの電荷の制御を停止させることにより、このコンデンサに電位差が生じ、陰極からの電子の放出が制御電極の電界によって抑制されて遮断状態となる。このため、容器内に制御電極に電圧を印加させる電源などを設けることなく、電荷制御手段によるコンデンサの電荷の制御にて制御電極と陰極との間の電圧のオフ制御ができるから、製造性を向上でき、構成が簡略となるので、小型化できる。   According to the present invention, by controlling the charge of the capacitor by the charge control means, the potentials of the control electrode and the cathode become equal, and the potential of the control electrode is stabilized. Further, by stopping the charge control of the capacitor by the charge control means as the cathode potential decreases, a potential difference is generated in the capacitor, and the emission of electrons from the cathode is suppressed by the electric field of the control electrode, and the blocking state is established. Become. For this reason, it is possible to control the voltage between the control electrode and the cathode by controlling the charge of the capacitor by the charge control means without providing a power source for applying a voltage to the control electrode in the container. Since it can improve and a structure becomes simple, it can reduce in size.

以下、本発明のX線管の第1の実施の形態の構成を図面を参照して説明する。   The configuration of the first embodiment of the X-ray tube of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1において、1はX線管で、このX線管1は、主として医療用のレントゲン装置などに用いられる格子制御型のグリッド制御X線管である。そして、このX線管1は、内部が高真空な状態に保たれた真空容器としての管球である真空外囲器2を備えている。この真空外囲器2は、内部を真空保持する。さらに、この真空外囲器2の一側面には、外部から真空外囲器2内へと通電させる一対の真空導入端子3,4が設けられている。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an X-ray tube. The X-ray tube 1 is a grid control type X-ray tube mainly used in a medical X-ray apparatus or the like. And this X-ray tube 1 is equipped with the vacuum envelope 2 which is a tube as a vacuum vessel with the inside maintained in a high vacuum state. The vacuum envelope 2 holds the inside in a vacuum. Furthermore, a pair of vacuum introduction terminals 3 and 4 are provided on one side surface of the vacuum envelope 2 to energize the vacuum envelope 2 from the outside.

そして、この真空外囲器2内には、電子としての熱電子の入射にてX線を発生させるアノードとしての陽極5が設けられて収容されている。この陽極5は、真空外囲器2中であるとともに、一対の真空導入端子3,4が設けられている真空外囲器2の一側面の反対側に位置する他側に収容されている。さらに、この陽極5には、図示しない4ピンの高圧ケーブルが電気的に接続されており、この高圧ケーブルから高電圧が印加されるように構成されている。   And in this vacuum envelope 2, the anode 5 as an anode which produces | generates an X-ray by the incidence | injection of the thermoelectron as an electron is provided and accommodated. The anode 5 is housed in the vacuum envelope 2 and on the other side located on the opposite side of one side surface of the vacuum envelope 2 where the pair of vacuum introduction terminals 3 and 4 are provided. Further, a 4-pin high voltage cable (not shown) is electrically connected to the anode 5, and a high voltage is applied from the high voltage cable.

また、この真空外囲器2内には、陽極5から絶縁されてカソードの電子放出源となる陰極構造体としての熱電子放出用のフィラメント6が設けられて収容されている。さらに、この真空外囲器2内には、制御格子を兼ねた制御電極としての収束電極7が設けられて収容されて配置されている。この収束電極7は、フィラメント6から放出された熱電子を電界にて収束させる。すなわち、この収束電極7は、フィラメント6に対して離間されて配設されており、このフィラメント6に対して電気的に絶縁されている。   The vacuum envelope 2 is provided with a filament 6 for thermionic emission as a cathode structure that is insulated from the anode 5 and serves as an electron emission source of the cathode. Further, the vacuum envelope 2 is provided with a focusing electrode 7 serving as a control electrode that also serves as a control grid. The converging electrode 7 converges the thermoelectrons emitted from the filament 6 by an electric field. That is, the focusing electrode 7 is disposed so as to be separated from the filament 6 and is electrically insulated from the filament 6.

ここで、このフィラメント6の両側のそれぞれは、真空導入端子3,4に電気的に接続されている。そして、このフィラメント6は、陽極5に対向して熱電子を放出できる位置に設けられている。さらに、このフィラメント6は、図示しない陰極高圧電源に電気的に接続され、この陰極高圧電源にて通電されて高温となると熱電子を放出する。そして、この熱電子は、収束電極7にて収束されながら、陽極5とフィラメント6との間に外部の図示しない電源にて印加された高電圧のバイアス電圧による電界によって加速されて陽極5に向かい、この陽極5を衝撃するときの制動輻射によってX線が発生する。言い換えると、フィラメント6から放出された熱電子を、外部の電源から陽極5とフィラメント6との間に印加させた高電圧によって加速させて、陽極5に衝突させて、この熱電子の陽極5への衝撃によってX線が発生する。   Here, each side of the filament 6 is electrically connected to the vacuum introduction terminals 3 and 4. The filament 6 is provided at a position where the thermoelectrons can be emitted facing the anode 5. Further, the filament 6 is electrically connected to a cathode high-voltage power source (not shown), and emits thermoelectrons when energized by the cathode high-voltage power source and reaches a high temperature. The thermoelectrons are accelerated by an electric field generated by a high bias voltage applied by an external power source (not shown) between the anode 5 and the filament 6 while being converged by the focusing electrode 7, and are directed toward the anode 5. X-rays are generated by braking radiation when the anode 5 is impacted. In other words, the thermoelectrons emitted from the filament 6 are accelerated by a high voltage applied between the anode 5 and the filament 6 from an external power source, collide with the anode 5, and enter the anode 5 of the thermoelectrons. X-rays are generated by the impact.

さらに、真空外囲器2内には、真空コンデンサ8が収容されて設置されている。この真空コンデンサ8は、収束電極7とフィラメント6との間に電気的に直列に接続されている。そして、この真空コンデンサ8は、一対の導体としての電極である平行平板11,12を真空中で空間を保って配置することによって構成されている。言い換えると、これら一対の平行平板11,12は、間隙を設けて向かい合わされて配置されている。すなわち、これら一対の平行平板11,12は、真空ギャップ(Gap)を持たせて向かい合わされている。そして、この真空コンデンサ8は、一対の平行平板11,12間に発生する静電容量を介してフィラメント6と収束電極7とを電気的に結合させている。   Further, a vacuum capacitor 8 is accommodated and installed in the vacuum envelope 2. The vacuum capacitor 8 is electrically connected in series between the focusing electrode 7 and the filament 6. The vacuum capacitor 8 is configured by arranging parallel plates 11 and 12 as electrodes as a pair of conductors while maintaining a space in a vacuum. In other words, the pair of parallel flat plates 11 and 12 are arranged to face each other with a gap. That is, the pair of parallel plates 11 and 12 face each other with a vacuum gap (Gap). In this vacuum capacitor 8, the filament 6 and the focusing electrode 7 are electrically coupled via a capacitance generated between the pair of parallel plates 11 and 12.

また、この真空コンデンサ8の一方の平行平板11は、収束電源側電極であって、収束電極7に電気的に接続されている。このため、この収束電極7は、フィラメント6の電位に対して電気的に浮いた状態となっている。また、この真空コンデンサ8の他方の平行平板12は、フィラメント側電極であって、フィラメント6の一方の電極であるコモン電極13に電気的に接続されている。   One parallel plate 11 of the vacuum capacitor 8 is a converging power supply side electrode and is electrically connected to the converging electrode 7. For this reason, the converging electrode 7 is in an electrically floating state with respect to the potential of the filament 6. The other parallel plate 12 of the vacuum capacitor 8 is a filament side electrode and is electrically connected to the common electrode 13 which is one electrode of the filament 6.

そして、この真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12は、所定の間隙を介して互いに向かい合った側面である表面としての内側面が平行となるように配設されている。さらに、この真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12それぞれの内側面には、仕事関数が低く光電子放出係数の高い金属、例えばセシウム(Cs)などのアルカリ金属などがコーティングされて高光電子放出係数層としての被覆層14が設けられている。   The pair of parallel flat plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8 are arranged such that inner surfaces as surfaces that face each other with a predetermined gap therebetween are parallel to each other. Further, the inner surface of each of the pair of parallel plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8 is coated with a metal having a low work function and a high photoemission coefficient, for example, an alkali metal such as cesium (Cs). A coating layer 14 is provided as a layer.

さらに、真空外囲器2内には、この真空外囲器2内へと光を導く光ファイバ15が導入されて設置されている。この光ファイバ15は、真空コンデンサ8の電荷を制御する電荷制御手段としての光照射手段に備えられている。そして、この光ファイバ15の基端は、真空外囲器2の外部に設置された図示しない半導体レーザ光源に接続されている。また、この光ファイバ15の先端は、真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12の互いに向かい合う内側面に対向して配設されており、これら一対の平行平板11,12のうち、収束電極7に電気的に接続されている側の平行平板11の内側面にレーザ光が照射できるように配置されている。すなわち、この光ファイバ15は、収束電極7に電気的に接続されている側の平行平板11の内側面に向けてレーザ光を照射させる。言い換えると、この光ファイバ15は、真空外囲器2の外部から、この真空外囲器2内に導入した光を、真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12間に照射可能な位置に配設されている。   Further, an optical fiber 15 for introducing light into the vacuum envelope 2 is introduced and installed in the vacuum envelope 2. This optical fiber 15 is provided in a light irradiation means as a charge control means for controlling the charge of the vacuum capacitor 8. The proximal end of the optical fiber 15 is connected to a semiconductor laser light source (not shown) installed outside the vacuum envelope 2. The tip of the optical fiber 15 is disposed to face the inner surfaces of the pair of parallel plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8 facing each other. Are arranged so that the inner surface of the parallel plate 11 on the side electrically connected to the laser beam can be irradiated. That is, the optical fiber 15 irradiates the laser beam toward the inner surface of the parallel plate 11 on the side electrically connected to the focusing electrode 7. In other words, the optical fiber 15 is arranged at a position where the light introduced into the vacuum envelope 2 from the outside of the vacuum envelope 2 can be irradiated between the pair of parallel plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8. It is installed.

また、真空外囲器2内には、遮蔽手段としての遮蔽板であるX線遮蔽カバー16が設置されている。このX線遮蔽カバー16は、ガス放出の少ない原子番号の大きな遮蔽用金属、例えばタングステン(W)やモリブデン(Mo)などにて構成されている。さらに、このX線遮蔽カバー16は、真空外囲器2内において真空コンデンサ8および光ファイバ15を囲っている。すなわち、このX線遮蔽カバー16は、真空外囲器2内で発生する直接X線や散乱X線や焦点外X線など真空コンデンサ8や光ファイバ15に当たらないように構成されている。言い換えると、このX線遮蔽カバー16は、真空外囲器2内で発生するX線の照射によって光ファイバ15が色中心による着色で劣化したり、X線による光電効果で真空コンデンサ8の誤動作が発生したりすることを防止する。さらに、このX線遮蔽カバー16は、光制御によってパルス状のX線発生動作ができるように構成されている。   In the vacuum envelope 2, an X-ray shielding cover 16 is installed as a shielding plate as a shielding means. The X-ray shielding cover 16 is made of a shielding metal having a large atomic number that emits less gas, such as tungsten (W) or molybdenum (Mo). Further, the X-ray shielding cover 16 surrounds the vacuum capacitor 8 and the optical fiber 15 in the vacuum envelope 2. That is, the X-ray shielding cover 16 is configured so as not to hit the vacuum capacitor 8 or the optical fiber 15 such as direct X-rays, scattered X-rays, and out-of-focus X-rays generated in the vacuum envelope 2. In other words, in this X-ray shielding cover 16, the optical fiber 15 is deteriorated due to coloring by the color center due to irradiation of X-rays generated in the vacuum envelope 2, or malfunction of the vacuum capacitor 8 is caused by photoelectric effect due to X-rays. To prevent it from occurring. Further, the X-ray shielding cover 16 is configured to perform a pulsed X-ray generation operation by light control.

次に、上記第1の実施の形態のX線管の作用について説明する。   Next, the operation of the X-ray tube of the first embodiment will be described.

まず、陰極高圧電源にてフィラメント6を通電させて、このフィラメント6が高温になると、このフィラメント6から熱電子が放出される。   First, when the filament 6 is energized by a cathode high voltage power source and the filament 6 becomes high temperature, thermoelectrons are emitted from the filament 6.

そして、この熱電子は、収束電極7にて収束されながら、陽極5とフィラメント6との間に外部の電源から印加された高電圧によって形成されるバイアス電界によって加速されて、陽極5へと向けられて、この陽極5に衝突する。   The thermoelectrons are accelerated by a bias electric field formed by a high voltage applied from an external power source between the anode 5 and the filament 6 while being converged by the focusing electrode 7, and directed toward the anode 5. And collides with the anode 5.

このとき、この熱電子が陽極5に衝突する時の衝撃による制動輻射によって、この陽極5からX線が発生する。   At this time, X-rays are generated from the anode 5 by bremsstrahlung due to impact when the thermoelectrons collide with the anode 5.

次いで、X線を曝射する場合の動作について説明する。   Next, an operation when X-rays are exposed will be described.

まず、陰極高圧電源からのフィラメント6へのX線曝射のための管電圧印加によって、このフィラメント6の電位Vcが、陰極高圧電源からの陰極電位に伴って上昇する。   First, by applying a tube voltage for X-ray exposure to the filament 6 from the cathode high voltage power source, the potential Vc of the filament 6 rises with the cathode potential from the cathode high voltage power source.

このとき、収束電極7が真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12によって電位的に浮いている。このため、この収束電極7の電位Vgが、フィラメント6の電位上昇に追従して上昇しない。   At this time, the focusing electrode 7 is floated in potential by the pair of parallel plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8. For this reason, the potential Vg of the converging electrode 7 does not increase following the potential increase of the filament 6.

そこで、図2に示すように、真空外囲器2の外部から内部へと導入させた光ファイバ15によって、真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12の互いに向かい合う内側面にレーザ光Lを照射する。   Therefore, as shown in FIG. 2, the laser beam L is irradiated to the mutually facing inner surfaces of the pair of parallel plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8 by the optical fiber 15 introduced from the outside to the inside of the vacuum envelope 2. To do.

このとき、これら一対の平行平板11,12の内側面には、仕事関数の低い材質がコーティングされて被覆層14が形成されている。このため、図3に示すように、この被覆層14へのレーザ光Lの照射によって光電子eが発生する。   At this time, the inner surface of the pair of parallel flat plates 11 and 12 is coated with a material having a low work function to form a coating layer 14. Therefore, as shown in FIG. 3, photoelectrons e are generated by irradiating the coating layer 14 with the laser light L.

そして、図4に示すように、フィラメント6に電気的に接続されたフィラメント6側の平行平板12から放出された光電子eが、これら一対の平行平板11,12間の真空ギャップを介して、収束電極7に電気的に接続されている収束電極7側の平行平板11に供給される。   Then, as shown in FIG. 4, the photoelectrons e emitted from the parallel plate 12 on the filament 6 side electrically connected to the filament 6 converge through a vacuum gap between the pair of parallel plates 11 and 12. It is supplied to the parallel plate 11 on the side of the focusing electrode 7 that is electrically connected to the electrode 7.

この結果、図5に示すように、真空コンデンサ8のフィラメント6側の平行平板12の電位Vcと、この真空コンデンサ8の収束電極7側の平行平板11の電位Vgとが等しくなる。したがって、この収束電極7に電荷がディスチャージされ、この収束電極7の電位が安定し、フィラメント6から陽極5に向けて熱電子が放出されてX線が発生する。   As a result, as shown in FIG. 5, the potential Vc of the parallel plate 12 on the filament 6 side of the vacuum capacitor 8 is equal to the potential Vg of the parallel plate 11 on the focusing electrode 7 side of the vacuum capacitor 8. Therefore, electric charges are discharged to the focusing electrode 7, the electric potential of the focusing electrode 7 is stabilized, and thermoelectrons are emitted from the filament 6 toward the anode 5 to generate X-rays.

次いで、X線を収束電極7にて遮断する場合の動作について説明する。   Next, the operation when X-rays are blocked by the focusing electrode 7 will be described.

まず、X線の発生を停止するために、陰極高圧電源からの高圧印加の出力を停止させると、フィラメント6の陰極電位の低下が始まる。これに伴って、真空コンデンサ8のフィラメント6側の平行平板12の電位Vcが低下する。   First, when the high voltage application output from the cathode high voltage power supply is stopped to stop the generation of X-rays, the cathode potential of the filament 6 starts to decrease. Along with this, the potential Vc of the parallel plate 12 on the filament 6 side of the vacuum capacitor 8 decreases.

このとき、図6に示すように、陰極高圧電源からの出力の停止に同期させて、光ファイバ15からのレーザ光Lの供給を停止させると、真空コンデンサ8の収束電極7側の平行平板11が、この真空コンデンサ8の空隙によって電気的に絶縁されているため、陽極5に高圧を印加した時の電荷が取り残されて、この電荷を蓄えたままの状態となる。   At this time, as shown in FIG. 6, when the supply of the laser light L from the optical fiber 15 is stopped in synchronization with the stop of the output from the cathode high voltage power source, the parallel plate 11 on the converging electrode 7 side of the vacuum capacitor 8 is stopped. However, since it is electrically insulated by the gap of the vacuum capacitor 8, the charge when a high voltage is applied to the anode 5 is left behind, and this charge remains stored.

そして、図7に示すように、フィラメント6の電位Vcがアース電位へと低下するため、これら収束電極7の電位Vgとフィラメント6の電位Vcとの間に電位差が生じる。   Then, as shown in FIG. 7, the potential Vc of the filament 6 is lowered to the ground potential, so that a potential difference is generated between the potential Vg of the focusing electrode 7 and the potential Vc of the filament 6.

すなわち、図8および図9に示すように、真空コンデンサ8のフィラメント6に対する収束電極7の電圧がマイナスの状態になっていく。したがって、この収束電極7には逆バイアス電圧が印加されることとなる。   That is, as shown in FIGS. 8 and 9, the voltage of the focusing electrode 7 with respect to the filament 6 of the vacuum capacitor 8 becomes negative. Accordingly, a reverse bias voltage is applied to the convergence electrode 7.

そして、この電圧が、格子遮断電圧(Vcが1kV以上3kV以下程度低下した電圧)を超えた時点で、フィラメント6からの熱電子放出が収束電極7からの電界によって抑制されて遮断状態となり、図示しない高圧ケーブルの浮遊容量の電荷放出が停止し、この浮遊容量による軟X線波尾がカットオフされて遮断される。   When this voltage exceeds the lattice cutoff voltage (the voltage at which Vc is reduced by about 1 kV or more and 3 kV or less), thermionic emission from the filament 6 is suppressed by the electric field from the focusing electrode 7 and enters a cutoff state. The charge discharge of the stray capacitance of the high voltage cable that is not performed is stopped, and the soft X-ray wave tail due to this stray capacitance is cut off and cut off.

この結果、電源オン/オフに同期して光ファイバ15からレーザ光をパルス状に真空コンデンサ8に照射することによって、軟X線波尾の遮断を繰り返しながらパルス状のX線のオン/オフ制御が可能となる。   As a result, by irradiating the vacuum condenser 8 with a laser beam from the optical fiber 15 in a pulsed manner in synchronization with the power on / off, the pulsed X-ray on / off control is repeated while repeatedly blocking the soft X-ray wave tail. Is possible.

上述したように、上記第1の実施の形態によれば、収束電極7を陽極5から絶縁させるとともに、この真空外囲器2内に真空コンデンサ8を内蔵させて、この真空コンデンサ8をフィラメント6と収束電極7との間に直列に接続させる。さらに、この真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12の真空ギャップ間にレーザ光Lを照射させる光ファイバ15を真空外囲器2内へと導入させるとともに、この真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12の内側面に仕事関数の低い金属をコーティングして被覆層14を形成させる。   As described above, according to the first embodiment, the focusing electrode 7 is insulated from the anode 5, the vacuum capacitor 8 is built in the vacuum envelope 2, and the vacuum capacitor 8 is connected to the filament 6. And the focusing electrode 7 are connected in series. Further, an optical fiber 15 for irradiating the laser beam L between the pair of parallel plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8 is introduced into the vacuum envelope 2 and the pair of parallel plates of the vacuum capacitor 8 is introduced. A coating layer 14 is formed by coating the inner surfaces of 11 and 12 with a metal having a low work function.

そして、収束電極7に印加するバイアス電圧をフィラメント6の電圧の低下時に真空コンデンサ8に取り残される電荷によって発生させる。さらに、このバイアス電圧をオフする場合に、真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12間である真空ギャップ間に光ファイバ15からレーザ光を照射して、光電効果によって発生する光電子eを利用して真空コンデンサ8を放電させて、収束電極7の電位を制御する。   Then, the bias voltage applied to the focusing electrode 7 is generated by the charge left in the vacuum capacitor 8 when the voltage of the filament 6 decreases. Further, when this bias voltage is turned off, laser light is irradiated from the optical fiber 15 between the vacuum gap between the pair of parallel plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8 to use photoelectrons e generated by the photoelectric effect. Then, the vacuum capacitor 8 is discharged to control the potential of the focusing electrode 7.

この結果、この光ファイバ15と、陽極5に電気的に接続されている4ピンの高圧ケーブル1本とによる制御によって、軟X線波尾を遮断しながらパルス状のX線が発生可能な3焦点を有するグリッド制御方式のX線管1を実現できる。したがって、このX線管1を駆動させる図示しないシステム側に制御用の電源を設ける必要がなくなるとともに、レーザ光Lを使用してバイアス電圧のオフ制御が可能となる。   As a result, pulse X-rays can be generated while blocking the soft X-ray wave tail by controlling the optical fiber 15 and one 4-pin high-voltage cable electrically connected to the anode 5. A grid control type X-ray tube 1 having a focal point can be realized. Therefore, it is not necessary to provide a control power source on the system side (not shown) for driving the X-ray tube 1, and the bias voltage can be turned off using the laser light L.

このため、図示しないX線管容器のカソード側の高圧ケーブルが1本になることによって、このX線管容器の構成が簡略になるから、このX線管容器の小型化が可能となる。さらに、このX線管容器を支持する図示しないアームの、高圧ケーブルの通線に必要なスペースを減少できるから、このアームも小型化できるとともに、このアームにX線管1を搭載させる作業が容易となり、このアーム中を配線する高圧ケーブルの容積が邪魔にならなくなるので、このアームのデザインの制約が少なくなる。よって、X線管1のコストダウンおよび小型化が可能となり、デザイン上の制約を少なくできる。すなわち、このX線管1の製造性を向上できつつ、小型化できる。   For this reason, since the configuration of the X-ray tube container is simplified by using one high-voltage cable on the cathode side of the X-ray tube container (not shown), the X-ray tube container can be downsized. Furthermore, since the space required for the passage of the high voltage cable of the arm (not shown) that supports the X-ray tube container can be reduced, the arm can be reduced in size and the work of mounting the X-ray tube 1 on the arm is easy. Therefore, the volume of the high-voltage cable that runs through the arm does not get in the way, and the design restrictions of the arm are reduced. Therefore, the cost and size of the X-ray tube 1 can be reduced, and design restrictions can be reduced. That is, it is possible to reduce the size while improving the manufacturability of the X-ray tube 1.

なお、上記第1の実施の形態では、真空コンデンサ8に蓄えられた電荷が、フィラメント6からの熱電子の放出や、このフィラメント6の絶縁部分からのリーク電流によって徐々に放電されるから、X線を遮断する時間内に格子遮断電圧を維持するだけの容量が必要である。そして、この容量を確保するために、真空コンデンサ8を構成する一対の平行平板11,12の形状としては、直径が空隙分異なるパイプ状の電極を同心円状や多層に配置した構造などとしても良い。   In the first embodiment, since the electric charge stored in the vacuum capacitor 8 is gradually discharged by the release of thermoelectrons from the filament 6 and the leakage current from the insulating portion of the filament 6, X A capacity is needed to maintain the grid cut-off voltage within the time to cut off the line. In order to secure this capacity, the shape of the pair of parallel plates 11 and 12 constituting the vacuum capacitor 8 may be a structure in which pipe-like electrodes having different diameters are arranged concentrically or in multiple layers. .

また、X線を曝射する際の真空コンデンサ8での放電として、光電効果を用いる代わりに、真空外囲器2の外側や内側に図示しない放電ギャップスイッチを設けるとともに、真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12間にスパークギャップとしての放電ギャップを設けた電荷制御手段とすることもできる。この場合、収束電極7の電圧が規定以上に上昇した場合に放電ギャップスイッチをオンして、真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12間に電子を衝突させてスパークさせて放電させる。   In addition, instead of using the photoelectric effect as a discharge in the vacuum capacitor 8 when X-rays are exposed, a discharge gap switch (not shown) is provided outside or inside the vacuum envelope 2 and a pair of vacuum capacitors 8 is provided. A charge control means in which a discharge gap as a spark gap is provided between the parallel plates 11 and 12 can also be used. In this case, when the voltage of the focusing electrode 7 rises above a specified level, the discharge gap switch is turned on, and electrons are collided between the pair of parallel plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8 to cause a spark to discharge.

この場合、真空外囲器2内へと導入された光ファイバ15にて真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12間にレーザ光Lを照射させたが、この真空外囲器2に窓部としての図示しない光学窓を取り付けて、この光学窓を介して真空外囲器2の外部から真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12間にレーザ光Lを照射させることもできる。ここで、この光学窓は、真空外囲器2の外側から内側に向けてレーザ光Lが透過可能に構成されている。さらに、この光学窓は、真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12間へとレーザ光を照射できるように光軸が設定されている。   In this case, the laser light L was irradiated between the pair of parallel plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8 with the optical fiber 15 introduced into the vacuum envelope 2. An optical window (not shown) may be attached, and the laser beam L may be irradiated between the pair of parallel plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8 from the outside of the vacuum envelope 2 through the optical window. Here, the optical window is configured such that the laser light L can be transmitted from the outside of the vacuum envelope 2 toward the inside thereof. Further, the optical axis of the optical window is set so that laser light can be irradiated between the pair of parallel plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8.

さらに、光電効果を用いる場合でも、X線管1の動作が不安定な場合に発生する意図しないインピーダンスの急激な変化により発生するサージ電圧からフィラメント6や真空コンデンサ8を保護するため、図10に示す第2の実施の形態のように、真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12のそれぞれに、融点が高くガス放出が少ない金属、例えばタングステン(W)やモリブデン(Mo)を主成分とする金属で構成した拡大部としての球状部21を設けることもできる。   Further, even when the photoelectric effect is used, in order to protect the filament 6 and the vacuum capacitor 8 from a surge voltage generated due to a sudden change in unintended impedance that occurs when the operation of the X-ray tube 1 is unstable, FIG. As shown in the second embodiment, each of the pair of parallel plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8 is mainly composed of a metal having a high melting point and a low outgassing, such as tungsten (W) or molybdenum (Mo). A spherical portion 21 can be provided as an enlarged portion made of metal.

そして、これら球状部21は、一対の平行平板11,12それぞれの長手方向の一端部に設けられている円状の円状構造部である。また、これら球状部21は、一対の平行平板11,12の厚さ寸法より大きさ直径寸法を有する球状に形成されている。そして、これら球状部21は、これら球状部21間の間隙である放電ギャップを、一対の平行平板11,12間の間隙である真空ギャップよりも小さくさせる。   These spherical portions 21 are circular circular structure portions provided at one end in the longitudinal direction of each of the pair of parallel flat plates 11 and 12. The spherical portions 21 are formed in a spherical shape having a diameter larger than the thickness of the pair of parallel plates 11 and 12. The spherical portions 21 cause the discharge gap, which is a gap between the spherical portions 21, to be smaller than the vacuum gap, which is a gap between the pair of parallel plates 11 and 12.

すなわち、これら球状部21は、一対の平行平板11,12間の間隙より小さい間隙を介して向かい合わされて配設されている。よって、これら球状部21間の放電ギャップは、静電容量を構成する一対の平行平板11,12の真空ギャップより短い空間距離とされている。   In other words, the spherical portions 21 are arranged to face each other through a gap smaller than the gap between the pair of parallel flat plates 11 and 12. Therefore, the discharge gap between the spherical portions 21 is a spatial distance shorter than the vacuum gap of the pair of parallel plates 11 and 12 constituting the capacitance.

したがって、真空コンデンサ8の一対の平行平板11,12間にある想定電圧である規定以上の電圧が発生した場合に、高融点金属にて形成された球状部21間をスパークギャップとして動作させて、これら球状部21間の放電ギャップにて放電させて真空コンデンサ8を放電させる構成とすることによって、真空コンデンサ8のより安定した動作が可能となる。このとき、これら球状部21間の放電ギャップを真空ギャップとして用いて、この真空ギャップに光ファイバ15からレーザ光Lを照射させることもできる。   Therefore, when a voltage exceeding a specified voltage, which is an assumed voltage between the pair of parallel plates 11 and 12 of the vacuum capacitor 8, is generated, the spherical portion 21 formed of a refractory metal is operated as a spark gap, By adopting a configuration in which the vacuum capacitor 8 is discharged by discharging at the discharge gap between the spherical portions 21, the vacuum capacitor 8 can be operated more stably. At this time, the discharge gap between the spherical portions 21 can be used as a vacuum gap, and the laser light L can be irradiated from the optical fiber 15 to the vacuum gap.

本発明のX線管の第1の実施の形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows 1st Embodiment of the X-ray tube of this invention. 同上X線管の曝射時にコンデンサにレーザ光を照射した状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which irradiated the laser beam to the capacitor | condenser at the time of exposure of an X-ray tube same as the above. 同上X線管のレーザ光照射時のコンデンサでの光電子の発生状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the generation state of the photoelectron in a capacitor | condenser at the time of the laser beam irradiation of a X-ray tube same as the above. 同上X線管のコンデンサでの光電子の供給状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the supply state of the photoelectron in the capacitor | condenser of an X-ray tube same as the above. 同上X線管の曝射時の陰極の電位(Vc)および制御電極の電位(Vg)の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the electric potential (Vc) of the cathode at the time of exposure of an X-ray tube same as the above, and the electric potential (Vg) of a control electrode. 同上X線管の遮断時にコンデンサへのレーザ光の照射を停止した状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which stopped irradiation of the laser beam to a capacitor | condenser at the time of interruption | blocking of an X-ray tube same as the above. 同上X線管のレーザ光停止時のコンデンサの状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the capacitor | condenser at the time of the laser beam stop of an X-ray tube same as the above. 同上X線管のコンデンサの電位Vcが低下した状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which the electric potential Vc of the capacitor | condenser of the X-ray tube same as the above fell. 同上X線管の遮断時の陰極の電位(Vc)および制御電極の電位(Vg)の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the electric potential (Vc) of the cathode at the time of interruption | blocking of an X-ray tube same as the above, and the electric potential (Vg) of a control electrode. 本発明の第2の実施の形態のX線管の一部を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a part of X-ray tube of the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 X線管
2 容器としての真空外囲器
5 陽極
6 陰極としてのフィラメント
7 制御電極としての収束電極
8 コンデンサとしての真空コンデンサ
14 高光電子放出係数層としての被覆層
15 電荷制御手段としての光ファイバ
16 遮蔽手段としてのX線遮蔽カバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 X-ray tube 2 Vacuum envelope as a container 5 Anode 6 Filament as a cathode 7 Focusing electrode as a control electrode 8 Vacuum capacitor as a capacitor
14 Covering layer as high photoemission coefficient layer
15 Optical fiber as charge control means
16 X-ray shielding cover as shielding means

Claims (4)

容器と、
電子を放出する陰極と、
前記容器内に設けられ陰極から放出される電子の入射にてX線を発生する陽極と、
前記陰極から前記陽極に向けて放出される電子を制御する制御電極と、
一方が前記陰極に電気的に接続され他方が前記制御電極に電気的に接続されたコンデンサと、
このコンデンサの電荷を制御する電荷制御手段と
を具備したことを特徴としたX線管。
A container,
A cathode that emits electrons;
An anode that is provided in the container and generates X-rays upon incidence of electrons emitted from the cathode;
A control electrode for controlling electrons emitted from the cathode toward the anode;
A capacitor having one electrically connected to the cathode and the other electrically connected to the control electrode;
An X-ray tube comprising: charge control means for controlling the charge of the capacitor.
電荷制御手段は、コンデンサに光を照射する光ファイバを有した
ことを特徴とした請求項1記載のX線管。
The X-ray tube according to claim 1, wherein the charge control means includes an optical fiber that irradiates light to the capacitor.
コンデンサを構成する互いに向かい合った電極の一側面には、光電子放出係数が高い高光電子放出係数層が設けられている
ことを特徴とした請求項1または2記載のX線管。
The X-ray tube according to claim 1, wherein a high photoelectron emission coefficient layer having a high photoelectron emission coefficient is provided on one side surface of the electrodes that constitute the capacitor and face each other.
コンデンサは、X線管内で発生するX線が当たらないように遮蔽手段にて覆われている
ことを特徴とした請求項1ないし3いずれか記載のX線管。
The X-ray tube according to any one of claims 1 to 3, wherein the capacitor is covered with shielding means so that X-rays generated in the X-ray tube do not hit.
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