JP2006100079A - X-ray tube - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、陰極からの電子の入射にて陽極からＸ線が放出されるＸ線管に関する。 The present invention relates to an X-ray tube in which X-rays are emitted from an anode when electrons are incident from a cathode.
従来、この種の回転陽極Ｘ線管は、Ｘ線管の動作時に、陰極アッセンブリ体と陽極ターゲットとの間に印加された高電圧によって、陰極アッセンブリ体から放出された熱電子が加速されて陽極ターゲットの焦点面に衝突して、この焦点面からＸ線が発生する。このとき、この陽極ターゲットに衝突した熱電子は、陽極ターゲットの衝突時に熱とＸ線とに変換されるが、実際はすべて熱やＸ線に変換されず、電子の散乱を繰り返す。この散乱による反跳電子の方向や強度は、印加電圧や焦点近傍の電界によって変化するが、あらゆる方向に入射電子の約４０％以上は反跳する。そして、この反跳電子は、陽極ターゲットの衝突面に再び帰還するものや、この焦点面以外の陽極ターゲットに帰還するもの、真空外囲器に突入するものなど様々であり、これら反跳電子によって発生するＸ線は、陽極ターゲットの焦点面から発生するＸ線に対してノイズ成分となる。また、この反跳電子によって発生する熱も、陽極ターゲットなどの温度を上昇させる要因となっている。 Conventionally, this type of rotating anode X-ray tube has been developed by accelerating the thermoelectrons emitted from the cathode assembly by the high voltage applied between the cathode assembly and the anode target during operation of the X-ray tube. It collides with the focal plane of the target and X-rays are generated from this focal plane. At this time, the thermoelectrons that have collided with the anode target are converted into heat and X-rays when the anode target collides, but in reality they are not all converted into heat or X-rays, and the electrons are repeatedly scattered. The direction and intensity of recoil electrons due to this scattering vary depending on the applied voltage and the electric field near the focal point, but about 40% or more of the incident electrons recoil in all directions. The recoil electrons are various, such as those that return to the collision surface of the anode target, those that return to the anode target other than the focal plane, and those that enter the vacuum envelope. The generated X-ray becomes a noise component with respect to the X-ray generated from the focal plane of the anode target. The heat generated by the recoil electrons is also a factor that raises the temperature of the anode target and the like.
そこで、これら反跳電子をできるだけ陽極ターゲットに帰還させずに捕獲させる構造を有する回転陽極Ｘ線管が提案されている。この回転陽極Ｘ線管では、陰極アッセンブリ体と陽極ターゲットの間に、陽極ターゲットで反跳した反跳電子を捕獲する反跳電子トラップとしての反跳電子捕獲構造体が設けられている。この反跳電子捕獲構造体は、陰極アッセンブリ体から放出される電子の軌道を取り囲むように円筒状に形成されている。さらに、この反跳電子捕獲構造体には、陽極ターゲットでの反跳電子による発熱が膨大で、この発熱の冷却のために冷却媒体を通すための液路が設けられている。この冷媒媒体の液路は、真空外囲器の外側へと延長されて熱交換器へと連結された構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
上述したように、上記回転陽極型Ｘ線管では、陰極アッセンブリ体から放出された電子が、加速されて陽極ターゲットの焦点面に衝突した際に、真空容器内に表面吸着ガスが発生してしまう。また、この陽極ターゲットの焦点面にて反跳した反跳電子によって、反跳電子捕獲構造体や、真空外囲器、焦点面以外のターゲットなどから表面吸着ガスが発生してしまう。さらに、Ｘ線の放出が継続されて、陽極ターゲットの温度上昇が進むにつれて、この陽極ターゲットの焦点面や、この焦点面以外の陽極ターゲット、反跳電子捕獲構造体、真空外囲器などから内部吸蔵ガスが放出される。 As described above, in the rotary anode X-ray tube, when the electrons emitted from the cathode assembly are accelerated and collide with the focal plane of the anode target, a surface adsorption gas is generated in the vacuum vessel. . Further, the recoil electrons recoiled at the focal plane of the anode target generate surface adsorbed gas from the recoil electron capturing structure, the vacuum envelope, the target other than the focal plane, and the like. Furthermore, as the X-ray emission continues and the temperature of the anode target rises, the inside of the anode target focal plane, the anode target other than this focal plane, the recoil electron capture structure, the vacuum envelope, etc. Occluded gas is released.
そして、Ｘ線の放出を停止させた場合には、電子衝突がなくなるが、陽極ターゲットや真空外囲器がまだ高温のまま維持されており、徐々に輻射や伝熱冷却によって冷却される。このとき、Ｘ線の放出によって急速に加熱された反跳電子捕獲構造体も同様に、Ｘ線の放出の停止と同時に急激に冷却媒体の温度まで温度低下される。このため、この反跳電子捕獲構造体においても、Ｘ線の放出にて発生したガスが表面に吸着してしまう。そして、この吸着したガスは。次のＸ線の放出の際に離脱吸着を繰り返してしまう。したがって、この反跳電子捕獲構造体では、Ｘ線の放出と同時に急激なガスを放出させてしまう場合が多く、Ｘ線放出の初期の状態で反跳電子捕獲構造体の近傍で放電が発生しまう可能性あるという問題を有している。 When the emission of X-rays is stopped, the electron collision disappears, but the anode target and the vacuum envelope are still maintained at a high temperature and gradually cooled by radiation and heat transfer cooling. At this time, the recoil electron capture structure rapidly heated by the X-ray emission is also rapidly lowered to the temperature of the cooling medium simultaneously with the stop of the X-ray emission. For this reason, also in this recoil electron capture structure, the gas generated by the emission of X-rays is adsorbed on the surface. And this adsorbed gas. In the next X-ray emission, the separation adsorption is repeated. Therefore, in this recoil electron capture structure, a rapid gas is often released simultaneously with the emission of X-rays, and a discharge is generated in the vicinity of the recoil electron capture structure in the initial state of X-ray emission. It has the problem that it is possible.
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、Ｘ線放出時の反跳電子捕獲構造体の近傍での放電を抑制できるＸ線管を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a point, and it aims at providing the X-ray tube which can suppress the discharge in the vicinity of the recoil-electron capture structure at the time of X-ray emission.
本発明は、容器と、電子を放出する陰極と、この陰極に離間対向して前記容器内に設けられ前記陰極から放出された電子の入射によってＸ線を放出する陽極と、前記陰極から放出されて前記陽極にて跳ね返った電子を捕獲する反跳電子捕獲構造体と、この反跳電子捕獲構造体の冷却を制御する冷却制御手段とを具備し、
前記陽極からのＸ線の放出を停止させた後に前記陽極からの熱にて前記容器の温度より温度が高くなる反跳電子捕獲構造体とし、かつ冷却制御手段にて前記陽極からＸ線を放出させている間に前記反跳電子捕獲構造体を冷却し、この陽極からのＸ線の放出条件に連動して前記反跳電子捕獲構造体の冷却を制御したり、この反跳電子捕獲構造体を加熱する加熱制御手段を具備したりするものである。
The present invention includes a container, a cathode that emits electrons, an anode that is provided in the container so as to be opposed to the cathode, and that emits X-rays upon incidence of electrons emitted from the cathode. A recoil electron capture structure that captures the electrons bounced off by the anode, and cooling control means for controlling cooling of the recoil electron capture structure,
After stopping emission of X-rays from the anode, a recoil electron capture structure whose temperature is higher than the temperature of the container by heat from the anode is emitted, and X-rays are emitted from the anode by cooling control means The recoil electron capture structure is cooled during the operation, and the cooling of the recoil electron capture structure is controlled in conjunction with the X-ray emission condition from the anode. Or a heating control means for heating.
そして、陰極から電子を放出させて陽極からＸ線を放出させている間は、冷却制御手段にて反跳電子捕獲構造体を冷却する。この後、陽極からのＸ線の放出条件に連動して反跳電子捕獲構造体の冷却を冷却制御手段にて制御したりする。さらに、陽極からのＸ線の放出を停止させた後には、陽極からの熱や加熱制御手段による反跳電子捕獲構造体の加熱によって反跳電子捕獲構造体の温度が容器の温度よりも高くなる。このため、Ｘ線放出時に仮に容器内にガスが発生した場合であっても、このガスが反跳電子捕獲構造体に付着しにくくなる。したがって、この反跳電子捕獲構造体にガスが吸着することによって生じる、Ｘ線放出時の反跳電子捕獲構造体の近傍での放電が抑制される。 While the electrons are emitted from the cathode and the X-rays are emitted from the anode, the recoil electron capturing structure is cooled by the cooling control means. Thereafter, the cooling of the recoil electron capturing structure is controlled by the cooling control means in conjunction with the X-ray emission condition from the anode. Further, after the emission of X-rays from the anode is stopped, the temperature of the recoil electron capturing structure becomes higher than the temperature of the container due to heat from the anode or heating of the recoil electron capturing structure by the heating control means. . For this reason, even if a gas is generated in the container at the time of X-ray emission, the gas hardly adheres to the recoil electron capturing structure. Therefore, the discharge in the vicinity of the recoil electron capture structure at the time of X-ray emission caused by the adsorption of gas to the recoil electron capture structure is suppressed.
本発明によれば、陽極からのＸ線の放出を停止させた後には、陽極からの熱や加熱制御手段による反跳電子捕獲構造体の加熱によって反跳電子捕獲構造体の温度が容器の温度よりも高くなるから、Ｘ線放出時に仮に容器内にガスが発生しても、このガスが反跳電子捕獲構造体に付着しにくくなるため、この反跳電子捕獲構造体にガスが吸着することによって生じる、Ｘ線放出時の反跳電子捕獲構造体の近傍での放電を抑制できる。 According to the present invention, after stopping the emission of X-rays from the anode, the temperature of the recoil electron capture structure is changed to the temperature of the container by heat from the anode or heating of the recoil electron capture structure by the heating control means. Therefore, even if a gas is generated in the container when X-rays are emitted, the gas is less likely to adhere to the recoil electron capture structure, so that the gas is adsorbed to the recoil electron capture structure. It is possible to suppress discharge in the vicinity of the recoil electron capturing structure at the time of X-ray emission.
以下、本発明のＸ線管の第１の実施の形態の構成を説明する。 Hereinafter, the configuration of the first embodiment of the X-ray tube of the present invention will be described.
図１において、１は回転陽極型Ｘ線管で、この回転陽極型Ｘ線管１はすべり軸受構造を有している。そして、この回転陽極型Ｘ線管１は、内部が中空で絶縁油などで満たされた球管としてのハウジング２を備えている。このハウジング２は、Ｘ線遮蔽のために設けられている。そして、このハウジング２内には、内部を真空保持する真空管としての真空容器である真空外囲器３が収容されて設置されている。この真空外囲器３は、絶縁体あるいは一部金属を含んだ絶縁体にて構成された管球である。そして、この真空外囲器３の長手方向の一端側には、拡径された円筒状の拡径部４が設けられている。この拡径部４の外周部には、真空外囲器３内で発生されたＸ線Ｌを外部へと放出させる窓部としてのＸ線出力窓５が設けられている。
In FIG. 1, 1 is a rotary anode type X-ray tube, and this rotary anode type X-ray tube 1 has a sliding bearing structure. The rotary anode X-ray tube 1 includes a
ここで、この真空外囲器３の拡径部４の軸方向の一端側には、細長円筒状の縮径部６が同心状に一体的に設けられている。この縮径部６は、拡径部４の外径寸法よりも小さな外径寸法を有しているとともに、この拡径部４の内径寸法より小さな内径寸法を有している。さらに、この縮径部６は、この縮径部６の軸方向の一端面が閉塞されており、この縮径部６の軸方向の他端側が拡径部４に対して同心状に貫通して連続されている。
Here, an elongated cylindrical reduced
また、真空外囲器３の拡径部４の他端側には、この拡径部４内に貫通して開口した円筒状の陰極収容部７が設けられている。この陰極収容部７は、拡径部４の他端側の他側面の周縁に設けられており、ハウジング２の一端側に向けて貫通している。また、この陰極収容部７は、真空外囲器３の軸方向に沿った軸方向を有しており、この真空外囲器３の拡径部４の外周面に対して外周面が偏心された状態で取り付けられている。そして、この陰極収容部７内には、熱電子を放出するエミッタ源11を備えた陰極アッセンブリ体としての電子銃12が絶縁体13を介して同心状に取り付けられている。ここで、この絶縁体13は、真空外囲器３に対して電子銃12を支持して、この電子銃12を電気的に絶縁させる陰極支持体である。また、この絶縁体13は、例えばアルミナセラミックにて構成されている。
Further, on the other end side of the enlarged
さらに、真空外囲器３の拡径部４には、回転陽極構体としての回転台形状の陽極ターゲット14が回転可能に配設されている。この陽極ターゲット14は、電子銃12に対して離間対向した状態で、この電子銃12から絶縁体13を介して電気的に絶縁されている。また、この陽極ターゲット14は、真空外囲器３の周方向に向けて回転可能に設置されている。ここで、この陽極ターゲット14の電子銃12に対向した側である他端側の外周縁には、この陽極ターゲット14の径方向に向けて一端側にテーパ状に傾斜した傾斜面部15が形成されている。この傾斜面部15は、陽極ターゲット14の周方向に沿って形成されている。そして、この傾斜面部15には、熱電子ｅの照射によってＸ線を放出する電子衝撃面としての焦点面であるターゲット層16が設けられている。
Further, a rotary
そして、このターゲット層16は、陽極ターゲット14の周方向に沿った円盤状に形成された軌道面である。具体的に、このターゲット層16は、電子銃12から放出された熱電子ｅの衝撃による制動輻射にて発生するＸ線Ｌが、真空外囲器３の拡径部４のＸ線出力窓５から外部へと放出されるように構成されている。ここで、これら電子銃12および陽極ターゲット14は、これら電子銃12と陽極ターゲット14との間に高電圧が印加されて、この電子銃12から放出された熱電子ｅを加速し、回転している陽極ターゲット14のターゲット層16に熱電子ｅを衝撃させてＸ線Ｌが発生するように構成されている。
The
さらに、陽極ターゲット14は、固定用ナット21によって細長円筒状の回転体としての回転部材22の長手方向の他端側に同軸状に固定されて支持されている。この回転部材22は、陽極ターゲット14が位置する側の反対側である長手方向の一端側に向けて開口した開口部23を有する有底円筒状に形成されている。そして、この開口部23内の内周面には、図示しない螺旋溝が形成されてラジアル軸受面とされている。さらに、回転部材22は、この回転部材22の一端側が真空外囲器３の縮径部６内に配置されている。
Further, the
さらに、この回転部材22の開口部23内には、固定体としての固定部材である細長円柱状の固定軸24の長手方向の一端側が回転可能に挿入されている。この固定軸24は、陽極ターゲット14および回転部材22のそれぞれを回転可能に保持している。すなわち、この固定軸24は、回転部材22を介して陽極ターゲット14を周方向に向けて回転可能に支持している。そして、この固定軸24は、細長円筒状の軸受部25を備えている。この軸受部25は、回転部材22の開口部23内に回転可能に挿入されており、この回転部材22を周方向に向けて回転可能に支持する。
Furthermore, one end side in the longitudinal direction of an elongated cylindrical fixed
ここで、この軸受部25の外周面には、回転部材22の開口部23内の内周面との間ですべり軸受を構成するためのラジアル軸受面が形成されている。さらに、この軸受部25の他端側には、この軸受部25の外径寸法より小さい外径寸法の固定部26が同心状に設けられている。この固定部26は、真空外囲器３の縮径部６の一端面から外側へと突出して、この真空外囲器３に固定されている。
Here, on the outer peripheral surface of the bearing
このとき、これら固定軸24と回転部材22とによって軸受機構としての回転機構27が構成されている。この回転機構27は、回転部材22を介して陽極ターゲット14を回転可能にする液体金属潤滑を用いた滑り軸受構体である。さらに、この回転機構27の回転部材22の開口部23のラジアル軸受面と固定軸24の軸受部25のラジアル軸受面との間には、金属潤滑剤としての活性な液体金属28が介在されている。
At this time, the fixed
さらに、真空外囲器３の縮径部６の外側には、駆動手段としての誘導電磁コイルである円筒状のステータ29が設置されている。このステータ29は、このステータ29への電圧の印加によって誘導電磁界を形成させて、この誘導電磁界を回転磁界として回転部材22を回転駆動させる磁界形成手段としての誘導電動機である。そして、このステータ29は、ハウジング２内に収容されている。
Further, on the outside of the reduced
一方、真空外囲器３の陰極収容部７の拡径部４側である一端側の開口内縁には、この陰極収容部７の周方向に沿って内側に向けて突出した電子捕獲部としての反跳電子捕獲構造体であるすり鉢円筒状のトラップ部31が設けられている。特に、このトラップ部31は、鮮明で高出力なＸ線放出のために設けられており、比較的熱伝導に優れた金属材料にて構成されている。また、このトラップ部31は、陽極ターゲット14と同電位あるいは、電子銃12の電位と陽極ターゲット14の電位との間の中間電位となるように設定されている。さらに、このトラップ部31は、電子銃12から放出され陽極ターゲット14にて跳ね返った反跳電子を捕獲する反跳電子捕獲構造体である。すなわち、このトラップ部31は、反跳電子を陽極ターゲット14に帰環させずに捕獲させる。よって、このトラップ部31は、電子銃12から発生して放出された熱電子ｅが陽極ターゲット14のターゲット層16へと移動する際の電子軌跡を取り囲むように配置されている。
On the other hand, an opening inner edge on one end side of the
さらに、このトラップ部31の電子銃12側に向いた他側面には、陰極収容部７の中心軸方向に向けてこの陰極収容部７の一端側に傾斜したテーパ状の傾斜面32が設けられている。さらに、このトラップ部31の陽極ターゲット14側に向いた一側面には、真空外囲器３の拡径部４の他端側の内側面に対して面一な平坦面33が形成されている。そして、このトラップ部31は、傾斜面32および平坦面33のそれぞれにて反跳電子を捕獲する。
Further, on the other side surface of the
ここで、このトラップ部31の内部には、このトラップ部31の周方向に向けて貫通した液路34が形成されている。この液路34は、真空を長期維持可能な最短肉厚を隔ててトラップ部31内に設けられている。そして、この液路34には、ハウジング２の外側に設置されている冷却制御手段としての熱交換器であるクーラ装置35に一端が接続された冷却管路36の他端が接続されている。この冷却管路36は、真空外囲器３の他端側の略中央部から、この真空外囲器３の他側面部内へと挿入されてトラップ部31の液路34に接続されている。
Here, a
すなわち、クーラ装置35は、このクーラ装置35にて冷却された冷媒としての冷却媒体Ｃを、冷却管路36を介してトラップ部31の液路34に循環させて、このトラップ部31と、真空外囲器３の陽極ターゲット14の回転中心に対向する部分とのそれぞれを冷却する。さらに、このクーラ装置35は、動作時の陽極ターゲット14からのＸ線Ｌの放出による発熱や、この陽極ターゲット14の回転によって生じるステータ29および回転機構27からの発熱による温度上昇を防止させる。すなわち、このクーラ装置35は、陽極ターゲット14で発熱した熱の伝熱による冷却経路が、トラップ部31を含んだ真空外囲器３を通ってハウジング２の外側へと冷却される熱設計構造となるように構成されている。
That is, the
このとき、このクーラ装置35は図示しない制御手段を備えており、この制御手段はＸ線の放出条件としての曝射条件と連動させて、冷却媒体Ｃの流量を変動制御する。具体的に、このクーラ装置35は、陽極ターゲット14のターゲット層16からＸ線Ｌを放出させている間に冷却媒体Ｃを冷却しつつ循環させてトラップ部31を冷却する。また、このクーラ装置35は、陽極ターゲット14のターゲット層16からのＸ線Ｌの曝射条件に連動してトラップ部31の冷却を制御する。具体的に、このクーラ装置35は、陽極ターゲット14からのＸ線曝射停止前に冷却媒体Ｃの流量を減少させたり、このＸ線曝射停止時以前に冷却媒体Ｃの供給をすでに停止させたりして、このＸ線曝射停止時以降のトラップ部31の温度を上昇させる。
At this time, the
さらに、真空外囲器３の陰極収容部７の一端側の外側面には、この陰極収容部７に設けられているトラップ部31を加熱して、このトラップ部31の温度を、このトラップ部31以外の真空外囲器３の温度よりも高くする加熱制御手段としての通電式の発熱体であるヒータ41が取り付けられている。このヒータ41は、約数ｋＷレベルの出力を有する電熱ヒータである。そして、このヒータ41は、真空外囲器３の少なくともトラップ部31の近傍を取り囲むように設けられている。すなわち、このヒータ41は、ハウジング２外部から真空外囲器３のトラップ部31を加熱できるように構成されている。具体的に、このヒータ41は、陰極収容部７の一端側の外周面を周方向に亘って覆っているとともに、真空外囲器３の拡径部４の他端側の中央部をも覆っている。
Furthermore, the
ここで、このヒータ41は図示しない制御手段を備えており、この制御手段はハウジング２の外側に設置されている。また、この制御手段は、クーラ装置35によるトラップ部31への冷却媒体Ｃの供給流量と連動してヒータ41への電力供給を制御する。具体的に、このヒータ41は、陽極ターゲット14のターゲット層16からのＸ線Ｌの放出の停止、すなわちクーラ装置35によるトラップ部31の冷却の停止とともに、このトラップ部31の加熱を開始させて、このトラップ部31の温度を、このトラップ部31以外の真空外囲器３の温度よりも高くする。言い換えると、このヒータ41は、陽極ターゲット14のターゲット層16からのＸ線Ｌの曝射条件に連動してトラップ部31を加熱して、陽極ターゲット14のからのＸ線曝射を停止させた後のトラップ部31の温度を真空外囲器３の温度よりも高くする。
Here, the heater 41 includes control means (not shown), and this control means is installed outside the
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、回転陽極型Ｘ線管１の動作時には、電子銃12から放出された熱電子ｅが、この電子銃12と陽極ターゲット14との間に印加された高電圧によって加速されてから、この陽極ターゲット14のターゲット層16に衝突して、このターゲット層16からＸ線Ｌが発生する。
First, during the operation of the rotary anode X-ray tube 1, the thermoelectrons e emitted from the
このとき、この熱電子ｅのターゲット層16への衝突時の衝突エネルギによる、このターゲット層16での局部的な発熱を緩和させるために、ステータ29から回転磁界を回転部材22に作用させて、この回転部材22を回転させて陽極ターゲット14を回転させる。
At this time, in order to reduce local heat generation in the
この後、陽極ターゲット14のターゲット層16から放出されたＸ線Ｌは、真空外囲器３の拡径部４のＸ線出力窓５から外部へと照射されてから、人体などの非照射物を透過し、図示しないフィルムまたは検出器に取り出される。
Thereafter, the X-ray L emitted from the
ここで、この陽極ターゲット14のターゲット層16に衝突した熱電子ｅは、このターゲット層16で熱とＸ線Ｌとに変換されるが、実際は、このターゲット層16にてすべての変換が起こらず、熱電子ｅが跳ね返されて反跳電子として散乱してしまい、この反跳電子の散乱が繰り返されてしまう。
Here, the thermoelectrons e colliding with the
そして、この散乱による反跳電子の方向や強度は、電子銃12と陽極ターゲット14との間の印加電圧や、この陽極ターゲット14のターゲット層16近傍での電界によって異なるが、これら反跳電子は、ターゲット層16へ入射する熱電子ｅの約４０％以上があらゆる方向に向けて反跳する。
The direction and intensity of the recoil electrons due to this scattering vary depending on the voltage applied between the
この後、これら反跳電子は、ターゲット層16に再び帰還するものや、このターゲット層16以外の陽極ターゲット14上に帰還するもの、真空外囲器３上に突入するものなど様々であり、これら反跳電子によって発生するＸ線Ｌは、陽極ターゲット14のターゲット層16から実際に発生されるＸ線Ｌに対してはノイズ成分となる。
Thereafter, these recoil electrons are variously returned to the
さらに、これら反跳電子によって発生する熱もまた、陽極ターゲット14などの温度を上昇させる要因となってしまう。
Furthermore, the heat generated by these recoil electrons also increases the temperature of the
次に、上記第１の実施の形態のＸ線管の制御方法について図２および図３を参照して説明する。 Next, a method for controlling the X-ray tube according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、回転陽極型Ｘ線管１を全く使用していない休止状態では、真空外囲器３のトラップ部31へのクーラ装置35からの冷却媒体Ｃの供給およびヒータ41への電源供給がない。
First, in a rest state in which the rotary anode X-ray tube 1 is not used at all, there is no supply of the cooling medium C from the
そして、この回転陽極型Ｘ線管１の図示しないシステムにＸ線曝射のための条件設定と開始信号とが入力された時点で、開始０秒から１０秒までの間であるＸ線曝射前として、クーラ装置35にて冷却媒体Ｃが冷却されて、この冷却媒体Ｃがトラップ部31へと約７．５Ｌ／ｍｉｎの流量にて供給される。
Then, when the condition setting for the X-ray exposure and the start signal are input to the system (not shown) of the rotary anode X-ray tube 1, the X-ray exposure between the
この時点で、冷却媒体Ｃの供給によってトラップ部31および陽極ターゲット14の周りの真空外囲器３のそれぞれの温度が冷却媒体Ｃの温度と同じ温度となる。このとき、陽極ターゲット14のターゲット層16は外気温度である環境温度となっている。また、真空外囲器３内で発生したガスが、この真空外囲器３内の各部品の表面に吸着されている。なお、この時点ではヒータ41への電力の供給が停止されている。
At this time, the supply of the cooling medium C causes the temperature of the
この後、開始１０秒から２６秒までの間のＸ線曝射中として、このＸ線曝射を開始させると、陽極ターゲット14のターゲット層16にて跳ね返された反跳電子によって、このターゲット層16およびトラップ部31の温度が急激に上昇する。この結果、真空外囲器３内の各部品の表面に吸着されているガスが、この真空外囲器３内に離脱される。なお、この時点ではヒータへの電力の供給が停止されている。
Thereafter, when the X-ray exposure is started during the X-ray exposure from 10 seconds to 26 seconds, the target layer is reflected by the recoil electrons bounced back by the
このとき、陽極ターゲット14の周りの真空外囲器３の温度も、陽極ターゲット14でのＸ線の輻射によって徐々に上昇する。また、クーラ装置35にて冷却媒体Ｃが約７．５Ｌ／ｍｉｎの一定の流量にてトラップ部31へと供給されて冷却されている。したがって、このトラップ部31は、数秒で冷却媒体によって飽和温度に達する。
At this time, the temperature of the
さらに、開始２６秒から３０秒までの間であるＸ線曝射後半では、予め設定されたＸ線曝射時間の終了時刻の数秒前に、クーラ装置35によるトラップ部31への冷却媒体Ｃの流量を７．５Ｌ／ｍｉｎから低減させていき、この冷却媒体Ｃの流量を最終的に０Ｌ／ｍｉｎとさせる。
Further, in the latter half of the X-ray exposure, which is between 26 seconds and 30 seconds from the start, several seconds before the end time of the preset X-ray exposure time, the cooling medium C is applied to the
これは、予め設定されたＸ線曝射条件によってプログラムされた流量変化条件を、制御手段にてクーラ装置35の出力の制御にて制御されており、このクーラ装置35に取り付けられている図示しないポンプの電圧を変動させたり、このクーラ装置35に電気的な図示しない流量可変バブル部を設けたりするなどの方法にて容易に実現される。
This is because the flow rate change condition programmed by preset X-ray exposure conditions is controlled by the control of the output of the
さらに、このＸ線曝射終了前の冷却媒体Ｃの流量低下によって、一度飽和温度となったトラップ部31の温度が再度上昇して、このトラップ部31の温度がＸ線曝射終了まで上昇し続け、Ｘ線曝射終了時にピークをむかえる。このとき、クーラ装置35による冷却が停止されているため、このトラップ部31の熱が真空外囲器３を介して外部へと徐々に伝達されて冷却される。
Further, due to the decrease in the flow rate of the cooling medium C before the end of the X-ray exposure, the temperature of the
このとき、陽極ターゲット14のターゲット層16の温度は、Ｘ線Ｌの放出によって、急激に上昇している。さらに、この陽極ターゲット14の周りの真空外囲器３もまた、この陽極ターゲット14でのＸ線Ｌの輻射によって徐々に上昇する。
At this time, the temperature of the
この後、開始３０秒から１８００秒までの間のＸ線曝射休止中では、クーラ装置35の冷却媒体Ｃの流量低下と同時に、ヒータ41に電力が供給されてオンされてトラップ部31が加熱される。このため、このトラップ部31がさらに徐冷状態となり、最終的に一定温度に保たれる。
Thereafter, during the X-ray exposure suspension from the
このとき、陽極ターゲット14のターゲット層16が、トラップ部31の徐冷の輻射によって徐々に冷却されていくとともに、この陽極ターゲット14の周りの真空外囲器３もまた、徐々に温度が低下していく。この結果、真空外囲器３内で発生したガスが、トラップ部31に局部的に集中して吸着することがなくなり、周辺の真空外囲器３を含めた低温の部分にガスが分散されて徐々に吸着される。
At this time, the
そして、開始１８００秒から１８１０秒までの次のＸ線曝射直前には、ヒータ41への電力の供給が停止されると同時に、クーラ装置35からの冷却媒体Ｃの約７．５Ｌ／ｍｉｎの流量での供給によってトラップ部31が冷却されて、このトラップ部31が冷却媒体Ｃの温度と同じ温度となる。
Immediately before the next X-ray exposure from the
さらに、陽極ターゲット14のターゲット層16は、トラップ部31の冷却に伴って徐々に冷却されていくとともに、この陽極ターゲット14の周りの真空外囲器３もまた、徐々に冷却されて温度が低下していく。
Further, the
次いで、開始１８１０秒から１８２０秒までの２回目のＸ線曝射では、陽極ターゲット14のターゲット層16にて跳ね返された反跳電子によって、このターゲット層16およびトラップ部31の温度が急激に上昇する。このとき、陽極ターゲット14の周りの真空外囲器３の温度も、陽極ターゲット14でのＸ線Ｌの輻射によって徐々に上昇する。
Next, in the second X-ray irradiation from the
また、クーラ装置35にて冷却媒体Ｃが約７．５Ｌ／ｍｉｎの一定の流量にてトラップ部31へと供給されて冷却されている。したがって、このトラップ部31は、数秒で冷却媒体Ｃによって飽和温度に達する。この結果、トラップ部31からのガスの離脱が少ないので、真空外囲器３内での急激な真空度低下が生じなくなるから、このトラップ部31の近傍で放電が生じる可能性が低くなる。
Further, the cooling medium C is supplied to the
上述したように、従来のトラップ部31を有する回転陽極型Ｘ線管１では鮮明で高出力なＸ線Ｌの供給が可能であるが、この回転陽極型Ｘ線管１の陽極ターゲット14に熱電子ｅを高入力で投入する場合には、この陽極ターゲット14での反跳電子によるトラップ部31での発熱が膨大となるから、このトラップ部31を強烈にクーラ装置35にて冷却しなければならない。すなわち、Ｘ線曝射前は、クーラ装置35にてトラップ部31を常に冷却しているため、このトラップ部31が冷却媒体Ｃの温度で保たれている。この後、Ｘ線の曝射が開始したと同時に大量の反跳電子によってトラップ部31に発熱が起こり、このトラップ部31が急激な温度上昇を開始するが、このトラップ部31が比較的熱伝導に優れた金属材料で構成され、クーラ装置35での冷却媒体Ｃによる強制冷却によって、数秒で飽和温度に達する。
As described above, the conventional rotary anode X-ray tube 1 having the
ところが、陽極ターゲット14のターゲット層16にて跳ね返された反跳電子のエネルギが強烈であるため、トラップ部31が局部的に温度上昇を起こす可能性がある。そして、このトラップ部31をあまり長時間蓄熱させておくことは好ましくない。そこで、このトラップ部31内に液路34を設け、この液路34に冷却媒体Ｃをクーラ装置35にて循環させてトラップ部31を冷却させると効率が良い。この場合、一般的に５秒から１０秒程度で、トラップ部31が均衡温度に達する。
However, since the energy of recoil electrons bounced back by the
一方、回転陽極型Ｘ線管１の耐電圧劣化の現れとして放電現象がある。すなわち真空外囲器３が真空管であるので、長期的には真空外囲器３内の部品から発生するガスや、外部から拡散してくるガスなどによって、回転陽極型Ｘ線管１が少しずつ劣化して、最後には寿命となってしまう。このような長期的な現象のほかに、真空外囲器３内での一時的な局部ガスの放出などによって単発的に放電が生じてしまう場合もある。この局部ガスの放出が最も多いのが電子銃12と陽極ターゲット14と間、特に高熱となる陽極ターゲット14の近傍である。さらに、この真空外囲器３内に放出されたガスは、一般的に発生した部分の近傍の低温部に吸着され、吸着と離脱とを繰り返す。
On the other hand, a discharge phenomenon is a manifestation of the withstand voltage deterioration of the rotary anode X-ray tube 1. That is, since the
具体的には、電子銃12から放出された熱電子ｅが陽極ターゲット14のターゲット層16に衝突する際に、このターゲット層16から表面吸着ガスが発生する。また、この陽極ターゲット14のターゲット層16にて跳ね返された反跳電子によって、トラップ部31や、真空外囲器３、ターゲット層16以外の陽極ターゲット14などから表面吸着ガスが発生する。さらに、Ｘ線曝射が継続され、温度上昇が進むにつれて、ターゲット層16、陽極ターゲット14、トラップ部31および真空外囲器３などから内部吸蔵ガスが放出される。そして、Ｘ線の曝射が終了すると電子衝突が無くなるが、陽極ターゲット14や電子銃12の近傍、この陽極ターゲット14を囲む真空外囲器３などは、まだ高温のまま維持されるので、徐々に輻射や伝熱冷却によって冷却される。
Specifically, when the thermoelectrons e emitted from the
一方、Ｘ線Ｌの曝射によって、急激に加熱されたトラップ部31は、Ｘ線Ｌの曝射終了と同時に急激に冷却媒体Ｃの温度まで温度低下される。このため、Ｘ線Ｌの曝射で発生したガスのほとんどが真空外囲器３やトラップ部31の表面に吸着されてしまう。そして、この吸着したガスは、次回のＸ線Ｌの曝射によって離脱および吸着が繰り返される。すなわち、この真空外囲器３内に巨大なガス吸着体(ゲッタ)が設けられているのと同じ状況となる。このため、従来の回転陽極型Ｘ線管１では、Ｘ線曝射直後にトラップ部31から急激なガス放出を伴うことが多く、Ｘ線曝射初期に放電が発生する可能性が高い。そして、この放電は回転陽極型Ｘ線管１にとって重大な欠陥となるため、対応策としてできるだけ真空外囲器３内のガス放出を抑制するために、製造中のガス出し工程を長時間に亘って実施しなければならない。
On the other hand, the
そこで、上記第１の実施の形態のように、Ｘ線曝射の終了より前にクーラ装置35によるトラップ部31の冷却を停止させ、このＸ線曝射の終了とともにヒータ41にてトラップ部31を加熱して、Ｘ線曝射終了後のトラップ部31の温度を、このトラップ部31の外部の真空外囲器３の温度よりも高温化させる。この結果、Ｘ線曝射の際に真空外囲器３内に発生した管内吸着ガスが、トラップ部31に集中して局部的に吸着しなくなり、このガスが周辺の真空外囲器３などを含めて分散さて吸着されるから、このトラップ部31の表面に吸着されるガスが少なくなる。
Therefore, as in the first embodiment, the cooling of the
したがって、次回のＸ線曝射の際のトラップ部31からのガスの離脱を少なくできるので、真空外囲器３内での急激な真空度低下が生じにくくなる。この結果、トラップ部31にガスが大量に吸着されることによって生じる、Ｘ線曝射時のトラップ部31での大量なガス離脱による、このトラップ部31近傍での放電を抑制できる。よって、高出力が可能でより信頼性の高い回転陽極型Ｘ線管１を実現できる。
Accordingly, since the separation of the gas from the
さらに、長期間に亘って回転陽極型Ｘ線管１を使用しない場合には、使用前にヒータ41に電力を供給して、このヒータ41を点灯してトラップ部を加熱することによって、このトラップ部31に吸着されているガスを他の部分よりも離脱できる。したがって、次回の使用時に、回転陽極型Ｘ線管１のトラップ部31からのガスの離脱を少なくできるので、次回のＸ線曝射時のトラップ部31での大量なガス離脱による、このトラップ部31近傍での放電を抑制できる。
Further, when the rotary anode X-ray tube 1 is not used for a long period of time, power is supplied to the heater 41 before use, the heater 41 is turned on to heat the trap portion, and this trap The gas adsorbed by the
なお、上記第１の実施の形態では、トラップ部31を加熱する加熱制御手段として通電式のヒータ41を用いたが、図４に示す第２の実施の形態のように、誘導電磁波を発生させてトラップ部31を加熱する誘導電磁波発生体である誘導電磁コイル42を加熱制御手段として用いることもできる。この誘導電磁コイル42は、トラップ部31近傍の真空外囲器３の周りに配置されている。すなわち、この誘導電磁コイル42は、真空外囲器３の外側である、この真空外囲器３とハウジング２との間に設置されている。よって、この誘導電磁コイル42は、外部から真空外囲器３を加熱できるように構成されている。さらに、この誘導電磁コイル42による誘導電磁波の発生は、クーラ装置35からの冷却媒体Ｃのトラップ部31内の液路34への供給流量と連動して、回転陽極型Ｘ線管１の外部から制御される。
In the first embodiment, the energizing heater 41 is used as the heating control means for heating the
この結果、この誘導電磁コイル42から誘導電磁波を形成させることによってトラップ部31が自己発熱する。したがって、この誘導電磁コイル42によるトラップ部31の加熱を、クーラ装置35によるＸ線曝射中の冷却媒体Ｃの変動制御でのトラップ部31の冷却と連動させて合わせることにより、真空外囲器３内に発生したガスがトラップ部31に集中して吸着しなくなる。よって、上記第１の実施の形態と同様に、Ｘ線曝射時におけるトラップ部31近傍での放電発生を抑制できる。さらに、この誘導電磁コイル42を、陽極ターゲット14を回転駆動させるステータ29と連動させて制御することもできるから、この誘導電磁コイル42を制御する構成をより簡略にできる。
As a result, the
また、上記第１および第２の実施の形態では、真空外囲器３の外部からトラップ部31を加熱する構成としたが、図５および図６に示す第３の実施の形態のように、このトラップ部31自体を、陽極ターゲット14のターゲット層16からのＸ線Ｌの放出を停止させた後に、Ｘ線曝射時に陽極ターゲット14に生じて蓄えられた熱が、この陽極ターゲット14からトラップ部31へと伝わって、このトラップ部31の温度が、このトラップ部31以外の真空外囲器３の温度よりも高くなる構成することもできる。
Moreover, in the said 1st and 2nd embodiment, although it was set as the structure which heats the
この場合、回転機構27の固定軸24の長手方向の一端部が、回転部材22を貫通して真空外囲器３の一端側の内側面に一体的に連結されて、トラップ部31を加熱する加熱制御手段として構成されている。そして、この回転機構27の回転部材22は、円筒状に形成されており、この回転部材22に固定軸24が回転可能に挿通されて、この固定軸24にて回転部材22が回転可能に支持されている。すなわち、この回転機構27は、Ｘ線曝射時に陽極ターゲット14に蓄えられる発熱が、この陽極ターゲット14から回転部材22、固定軸24および真空外囲器３の一端面のそれぞれを介してトラップ部31へと伝わって、このトラップ部31が加熱されるように構成されている。
In this case, one end portion in the longitudinal direction of the fixed
さらに、真空外囲器３には、固定軸24の一端部から真空外囲器３の一端面を介してトラップ部31へと伝わる熱を、外部へと伝わるのを防止する断熱体43が取り付けられている。この断熱体43は、例えばセラミックや低熱伝導率の金属などが使用されて構成されている。この断熱体43は、真空外囲器３の固定軸24が連結されている部分よりもトラップ部31が設けられている側の反対側に設けられ、この真空外囲器３の一端面の外側から内側へと貫通して取り付けられている。すなわち、この断熱体43は、固定軸24の一端部から真空外囲器３の一端面へと伝わる熱が、この真空外囲器３の周面部へと伝わるのを防止する。
Further, the
また、この断熱体43は、クーラ装置35の冷却管路36と陰極収容部７との間の真空外囲器３の一端部の外表面からこの陰極収容部７の外周面までに亘った部分上にも設けられている。さらに、この断熱体43は、真空外囲器３の外周面の冷却管路36が設けられている側の反対側の一端側から陰極収容部７の外周面の他端側までに亘った部分上にも設けられている。ここで、この断熱体43は、トラップ部31の外周面の冷却管路36が接続されている側の反対側をも覆っている。すなわち、これら断熱体43は、固定軸24の一端部からの伝熱が真空外囲器３の一端面を介してトラップ部31へと効率良く伝わるように設けられている。したがって、これら断熱体43によって、トラップ部31での熱がクーラ装置35からの冷却媒体Ｃでしか真空外囲器３外へほとんど逃げない構成となっている。よって、これら断熱体43および回転機構27にて、トラップ部31の温度がＸ線曝射終了後に、このトラップ部31以外の部分の温度よりも高くなるように構成されている。
The
そして、Ｘ線曝射時に陽極ターゲット14で発熱した熱の逃げは、輻射による真空外囲器３への逃げと、伝熱による固定軸24を介した真空外囲器３への逃げとに分かれる。このとき、この伝熱による熱の伝熱経路は、固定軸24の近傍のトラップ部31へも含まれる。そこで、真空外囲器３に断熱体43を設け、この断熱体43によってトラップ部31での熱が、クーラ装置35による冷却媒体Ｃでしか外部へと逃げない構造とした。
The escape of heat generated by the
この結果、Ｘ線曝射が終了し、かつクーラ装置35による冷却媒体Ｃでの冷却が停止されている状態では、陽極ターゲット14からの伝熱が徐々に回転部材22、固定軸24および真空外囲器３の一端面を介してトラップ部31へと伝熱して、このトラップ部31に蓄熱される。このとき、このトラップ部は、陽極ターゲットからの輻射熱によっても加熱される。したがって、上述した第１の実施の形態ようにヒータ41にてトラップ部31を加熱した場合と同様に、図６に示すように、トラップ部31の温度がその他の真空外囲器３の温度よりも高い高温状態が持続することになる。よって、このトラップ部31での局部的な集中した急激なガス吸着を緩和できるから、上記第１の実施の形態と同様に、次回のＸ線曝射開始のトラップ部31近傍での放電を抑制できる。
As a result, in the state where the X-ray exposure is finished and the cooling with the cooling medium C by the
なお、上記第３の実施の形態では、固定軸24の一端部からの伝熱が真空外囲器３の一端面を介してトラップ部31へと効率良く伝わるように、真空外囲器３やトラップ部31に断熱体43を取り付けたが、トラップ部31の温度がＸ線曝射終了後に他の部分の温度より高くなれば、これら断熱体43を設けなくてもよい。
In the third embodiment, the
さらに、上記各実施の形態におけるクーラ装置35による冷却媒体Ｃの流量変動条件は、回転陽極型Ｘ線管１の構造によって異なるため、実験にてトラップ部31の温度が上がりすぎず、また冷えすぎない条件を選択するとよい。
Furthermore, the flow rate fluctuation condition of the cooling medium C by the
１ Ｘ線管としての回転陽極型Ｘ線管
３ 容器としての真空外囲器
12 陰極としての電子銃
14 陽極としての陽極ターゲット
31 反跳電子捕獲構造体としてのトラップ部
35 冷却制御手段としてのクーラ装置
41 加熱制御手段としてのヒータ
42 加熱制御手段としての誘導電磁コイル
ｅ 電子としての熱電子
Ｌ Ｘ線
1 Rotating anode X-ray tube as an
12 Electron gun as cathode
14 Anode target as anode
31 Trapping part as recoil electron capture structure
35 Cooler device as cooling control means
41 Heater as heating control means
42 Inductive electromagnetic coil as heating control means e Thermoelectron as electron L X-ray
Claims (4)
電子を放出する陰極と、
この陰極に離間対向して前記容器内に設けられ前記陰極から放出された電子の入射によってＸ線を放出する陽極と、
前記陰極から放出されて前記陽極にて跳ね返った電子を捕獲し、この陽極からのＸ線の放出を停止させた後に前記陽極からの熱にて前記容器の温度より温度が高くなる反跳電子捕獲構造体と、
前記陽極からＸ線を放出させている間に前記反跳電子捕獲構造体を冷却し、この陽極からのＸ線の放出条件に連動して前記反跳電子捕獲構造体の冷却を制御する冷却制御手段と
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 which is provided in the container so as to be opposed to the cathode and emits X-rays by the incidence of electrons emitted from the cathode;
Recoil-electron capture that captures electrons emitted from the cathode and bounces off at the anode, and stops the emission of X-rays from the anode, and then the temperature from the anode becomes higher than the temperature of the container A structure,
Cooling control for cooling the recoil electron capture structure while emitting X-rays from the anode, and controlling the cooling of the recoil electron capture structure in conjunction with the X-ray emission condition from the anode An X-ray tube comprising:
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, further comprising heating control means for heating the recoil electron capturing structure.
電子を放出する陰極と、
この陰極に離間対向して前記容器内に設けられ前記陰極から放出された電子の入射によってＸ線を放出する陽極と、
前記陰極から放出されて前記陽極にて跳ね返った電子を捕獲する反跳電子捕獲構造体と、
この反跳電子捕獲構造体を冷却する冷却制御手段と、
前記反跳電子捕獲構造体を加熱する加熱制御手段と
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 which is provided in the container so as to be opposed to the cathode and emits X-rays by the incidence of electrons emitted from the cathode;
A recoil electron capture structure that captures electrons emitted from the cathode and bounced off the anode;
Cooling control means for cooling the recoil electron capture structure;
An X-ray tube comprising: heating control means for heating the recoil electron capturing structure.
ことを特徴とした請求項２または３記載のＸ線管。 The heating control means heats the recoil electron capture structure in conjunction with the X-ray emission condition from the anode, and stops the recoil electron capture structure temperature after stopping the X-ray emission from the anode. The X-ray tube according to claim 2 or 3, wherein the temperature is higher than the temperature of the container.
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| JP2003016981A (en) * | 2001-06-29 | 2003-01-17 | Toshiba Corp | Rotating anode type x-ray tube |
| JP2004103568A (en) * | 2002-07-18 | 2004-04-02 | Toshiba Corp | Rotating anode x-ray tube apparatus |
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