JP2013033681A - 放射線発生装置及びそれを用いた放射線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化、外囲器と放射線発生管との間の耐電圧の向上、放射線の減衰量の低減を実現した放射線発生装置及びそれを用いた放射線撮影装置を提供する。
【解決手段】放射線を透過する第一の窓２７を有する外囲器１２と、外囲器１２内に収納され、第一の窓２７と対向する位置に放射線を透過する第二の窓１９を有する放射線発生管１４と、外囲器１２の内壁と放射線発生管１４との間に充填された絶縁性流体１３と、を備える放射線発生装置であって、第一の窓２７及びその周縁部と第二の窓１９及びその周縁部との間に、複数枚の絶縁性板材が隙間を空けて並んで配置され、絶縁性板材間の隙間は、第一の窓２７と第二の窓１９との間の耐電圧が、複数枚の絶縁性板材に換えて各絶縁性板材の厚さの合計と同じ厚さを持った絶縁性板材を配置した場合に比べて大きくなる隙間であることを特徴とする放射線発生装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線発生装置及び放射線撮影装置に関し、特に絶縁性流体を充填した外囲器内に放射線発生管を備える放射線発生装置及びそれを用いた放射線撮影装置に関する。

電子源から放出された電子をターゲットに照射することにより放射線を発生させる放射線発生装置として、密閉された内部に電子源とターゲットを配置した放射線発生管を、外囲器内に収納した放射線発生装置が知られている。放射線発生管内に配置される電子源としては、従来からフィラメント等の熱電子源が用いられている。熱電子源には、ブラウン管用の電子源として用いられる含浸型熱陰極電子放出素子等のように小型のものもある。熱電子源を用いた放射線発生管では、高温に加熱した熱電子源から放出された熱電子の電子束の一部を、ウエネルト電極、引出し電極、加速電極及びレンズ電極を通して高エネルギーに加速する。それと同時に電子束を所望の形状に成形した後、成形された電子束をタングステン等の金属で構成されたターゲットに照射して放射線を発生させる。

ところで、放射線撮影に好適な放射線を発生させるためには、放射線発生管内の陰極である電子源とターゲットとの間に４０ｋＶ〜１５０ｋＶという高電圧を印加し、電子束を高エネルギーに加速してターゲットに照射する必要がある。また、一般に外囲器は金属材料で形成され、電位が０Ｖに規定される。このため、電子源とターゲットとの間、及び放射線発生管と外囲器との間には数十ｋＶ以上の高電位差が生じることとなる。よって、長時間安定して放射線を発生させるためには、放射線発生装置がこのような高電圧において耐電圧性（耐圧性）を有することが求められる。

特許文献１には、特に回転陽極Ｘ線管と外囲器との間で放電が発生するのを防ぐ目的で、回転陽極Ｘ線管と外囲器の内壁との間に冷却絶縁油を充填し耐電圧性を確保する技術が開示されている。具体的には外囲器を回転陽極Ｘ線管の軸方向に３分割し、外囲器中央部で回転陽極Ｘ線管を支持し、陽極側と陰極側をそれぞれカップ状支持部材で支持する構成をとっている。回転陽極Ｘ線管とカップ状支持部材との間によどみなく冷却絶縁油を流動させることで回転陽極Ｘ線管の表面に付着するスラッジを防止し、回転陽極Ｘ線管と外囲器との間の放電を低減している。

特開昭６１−０６６３９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、回転陽極Ｘ線管と外囲器との間の距離によっては冷却絶縁油を流動させるための流出入口や回転陽極Ｘ線管のＸ線放出口を通して回転陽極Ｘ線管と外囲器との間で放電が発生しＸ線管が破損するおそれがあった。そして、放電によりＸ線管が破損すると、長時間安定してＸ線を発生させることができないという問題があった。

この問題の対策として、回転陽極Ｘ線管と外囲器の内壁との間の冷却絶縁油層を十分厚くする方法が考えられる。しかし、冷却絶縁油等の絶縁性液体の耐電圧性能は、他の絶縁部材のそれに比べて電極形状、電極表面性状、温度、不純物、対流等の影響を受けやすい。このため、駆動中２００℃以上の高温になる回転陽極Ｘ線管と、外囲器の内壁との間の冷却絶縁油層の厚さの設定は放電を防ぐために十分に安全率を加える必要がある。その結果、外囲器が大きくなり、Ｘ線発生装置が大型化・高重量化していた。また、冷却絶縁油層を厚くすると冷却絶縁油層を通過する際のＸ線の減衰量が大きくなる。よって、Ｘ線撮影に必要なＸ線量を放出するためには、その減衰量を補うためにより高電圧、高電流、長時間駆動する必要があり、電力効率の低いＸ線発生装置となっていた。特に可般型Ｘ線発生装置等で電力効率の低さが問題となっていた。

上述の問題は特許文献１に記載のような反射型の放射線発生装置に限った問題ではなく、透過型の放射線発生装置においても同様の問題があった。よって、反射型・透過型のいずれにおいても、放射線発生管と外囲器との間の距離をできるだけ短くして装置を小型化し、放射線発生管と外囲器との間で放電しにくいように耐電圧も確保し、かつ放射線の減衰量も低減することが求められる。本発明者らは絶縁性流体を充填した外囲器内に放射線発生管を備える構成において、放射線発生管に設けた放射線透過窓と、外囲器に設けた放射線取出窓との間に絶縁部材を配置することが、放射線発生管と外囲器との間の耐電圧の向上に有効であることを見出した。

そこで、本発明は、絶縁性流体を充填した外囲器内に放射線発生管を備える構成において、装置の小型化、外囲器と放射線発生管との間の耐電圧の向上、放射線の減衰量の低減を実現した放射線発生装置及びそれを用いた放射線撮影装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、放射線を透過する第一の窓を有する外囲器と、
前記外囲器内に収納され、前記第一の窓と対向する位置に放射線を透過する第二の窓を有する放射線発生管と、
前記外囲器の内壁と前記放射線発生管との間に充填された絶縁性流体と、
を備える放射線発生装置であって、
前記第一の窓及びその周縁部と前記第二の窓及びその周縁部との間に、複数枚の絶縁性板材が隙間を空けて並んで配置され、
前記絶縁性板材間の隙間は、前記第一の窓と前記第二の窓との間の耐電圧が、前記複数枚の絶縁性板材に換えて前記各絶縁性板材の厚さの合計と同じ厚さを持った絶縁性板材を配置した場合に比べて大きくなる隙間であることを特徴とする放射線発生装置を提供するものである。

本発明によれば、内部に絶縁性流体を充填した外囲器が有する第一の窓と、外囲器内に配置された放射線発生管が有する第二の窓と、を対向配置し、第一の窓及びその周縁部と第二の窓及びその周縁部との間に複数枚の絶縁性板材を、隙間を空けて並べて配置する。更に、絶縁性板材間の隙間は、第一の窓と第二の窓との間の耐電圧が、複数枚の絶縁性板材に換えて各絶縁性板材の厚さの合計と同じ厚さを持った絶縁性板材を配置した場合に比べて大きくなる隙間とする。このため、各絶縁性板材の厚さの合計と同じ厚さを持った絶縁性板材を配置した場合よりも第一の窓と第二の窓との間の耐電圧が向上する。これにより、複数枚の絶縁性板材の厚さを薄くしても耐電圧を確保できるため放射線減衰量を低減でき、絶縁性板材間における絶縁性流体の層の厚さも安全率分薄くできるため装置を小型化できる。

第１の実施形態の放射線発生装置の断面模式図である。 第１の実施形態の放射線発生装置に用いられる絶縁性板材の厚さとその耐電圧の関係を示す図である。 第２の実施形態の放射線発生装置の断面模式図である。 第２の実施形態の放射線発生装置に用いられる絶縁性板材の厚さとその耐電圧の関係を示す図である。 第３の実施形態の放射線発生装置の断面模式図である。 第４の実施形態の放射線発生装置の断面模式図である。 本発明の放射線発生装置を用いた放射線撮影装置の構成図である。

以下、本発明の放射線発生装置及び放射線撮影装置を具体的な実施形態で説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は本実施形態の放射線発生装置１１の断面模式図である。

本実施形態の放射線発生装置（透過型放射線源）１１は、外囲器１２、絶縁性流体１３、放射線発生管１４、電子源１５、第１制御電極１６、第２制御電極１７、透過型ターゲット１８、ターゲット基板１９、遮蔽部材２０を有している。更に本実施形態の放射線発生装置１１は、カソード支持部材２２、保持部材２５、電源回路２６、第一の窓２７、絶縁性板材２８、２９、３０を有している。

外囲器１２は、放射線発生管１４等の部材を収納するための容器である。外囲器１２内には絶縁性流体１３が充填されている。絶縁性流体１３が充填された外囲器内には、外囲器１２の内壁に固定された保持部材２５によって胴部を保持された筒形の放射線発生管１４が収納されており、絶縁性流体１３は放射線発生管１４の周囲を循環可能になっている。外囲器１２の材料としては鉄、ステンレス、鉛、真鍮、銅等の金属が使用可能である。外囲器１２内への絶縁性流体１３の注入は、外囲器１２の一部に絶縁性流体１３の注入口（不図示）を設けることにより、その注入口から行うことができる。また、駆動中の放射線発生装置１１で絶縁性流体１３の温度が上昇し膨張したときに外囲器１２内の圧力が上昇するのを避けるため、必要に応じて外囲器１２の一部に弾性部材を用いた圧力調整口（不図示）を設置する。

絶縁性流体１３は、電気絶縁性が高く、冷却能力の高いものが良い。絶縁性の液体でも良いし、絶縁性の気体でも良い。また、ターゲット１８が発熱により高温になりその熱が絶縁性流体１３に伝わるため、熱による変質の少ないものが好ましい。例えば電気絶縁油、フッ素系の絶縁性気体等が使用可能である。気体を用いた方が液体を用いるよりも装置を軽くすることができる。

放射線発生管１４は、筒形の形状をしており、筒形の両端がそれぞれ塞がれ内部が密閉された真空容器である。筒形の胴部内には電子源１５が配置され、電子源１５に対向する筒形の一端には、ターゲット１８が備えられている。電子源１５から放出された電子はターゲット１８に照射され、ターゲット１８で放射線が発生し、発生した放射線はターゲット基板１９、第一の窓２７を通って外囲器１２の外部に放出される。本実施形態の放射線発生管１４は円筒形の一端を、ターゲット１８、ターゲット基板１９及び遮蔽部材２０からなるアノード２１で塞ぎ、円筒形の他端を、電子源１５等を支持するカソード支持部材２２で塞いだ構成としているが、この構成に限定されない。放射線発生管１４の形状は角筒形等でも良い。また、内部の真空度を、一般的に電子源１５が駆動できる１×１０^-4Ｐａ以下に保つため、放射線発生管１４内には、駆動中の放射線発生管１４で放出されるガスを吸収するバリウムゲッタ、ＮＥＧ、小型イオンポンプ（不図示）等を配置しても良い。放射線発生管１４の材料としては電気絶縁性が高く、高真空維持が可能であり、かつ耐熱性の高いものが好ましい。例えばアルミナ、ガラス等が使用可能である。電子源１５としてはフィラメント、含浸型カソード、電界放出型素子等が使用可能である。

ターゲット１８は、電子源１５に対向してターゲット基板１９の電子源側の面に配置されている。ターゲット１８の材料としてはタングステン、モリブデン、銅等の金属が使用可能である。

ターゲット基板１９は、ターゲット１８を支持する部材であり、かつターゲット１８で発生した放射線を透過させ放射線発生管１４の外部に放出する窓である。また、ターゲット基板１９は、ターゲット１８から発生し不要な方向に放射される放射線を吸収する機能と、ターゲット基板１９の熱拡散板の機能を持つ、筒形の遮蔽部材２０に銀ろう付け等で接合されている。遮蔽部材２０の形状は円筒形でも良いし、角筒形等でも良い。電子源１５から放出された電子は遮蔽部材２０の電子源１５に近い開口部を通ってターゲット１８に照射され、ターゲット１８で放射線が発生し全方向に放射線が放射される。ターゲット基板１９を透過した放射線は遮蔽部材２０の電子源１５から遠い開口部を通った後、第一の窓２７から外囲器１２の外部に放出される。図１では遮蔽部材２０の電子源１５から遠い開口部が、ターゲット基板１９よりも外方に位置している。この構成にするとターゲット１８から外方に向かって放射された放射線のうち、不要な放射線を遮蔽部材２０の内壁で遮蔽できる点でより好ましい。本実施形態ではターゲット基板１９が、筒形の遮蔽部材２０に接合された構成をとるため、放射線発生時にターゲット１８で発生した熱はターゲット基板１９、遮蔽部材２０に伝わり、その後絶縁性流体１３、放射線発生管１４に伝わる。尚、ターゲット基板１９は必ずしも設けなくても良い。ターゲット基板１９を設けない場合には、ターゲット１８を筒形の遮蔽部材２０に銀ろう付け等で接合し、ターゲット１８が、放射線を放射線発生管１４の外部に放出する窓となる。この場合、ターゲット１８で発生した熱は絶縁性流体１３、遮蔽部材２０に伝わり、その後放射線発生管１４に伝わる。ターゲット基板１９の材料としては熱伝導率が高く、放射線吸収能力の低いものが良い。例えばＳｉＣ、ダイヤモンド、カーボン、薄膜無酸素銅、ベリリウム等が使用可能である。以下、ターゲット基板１９を「第二の窓１９」ということとする。遮蔽部材２０の材料としては放射線吸収能力の高いものが良い。例えばタングステン、モリブデン、無酸素銅、鉛、タンタル等の金属が使用可能である。

第二の窓１９から放出された放射線２４は絶縁性流体１３の中を通過し、外囲器１２の放射線放出部分に設けられた、第一の窓２７から、外囲器１２の外部に放出される。第一の窓２７は第二の窓１９と対向しており、３枚の絶縁性板材２８、２９、３０が第一の窓２７及びその周縁部と第二の窓１９及びその周縁部との間に隙間を空けて並んで配置されている。隙間にも外囲器１２の内壁と放射線発生管１４との間に充填された絶縁性流体１３が充填されている。このため、放射線２４は絶縁性板材２８、２９、３０を通過し、第一の窓２７から外囲器１２の外部に放出される。絶縁性板材２８、２９、３０にそれぞれ絶縁性流体１３を循環させるための孔を設け、隙間の絶縁性流体１３を循環させても良い。第一の窓２７の材料としてはアクリルやポリカーボネイト、アルミ等の比較的放射線減衰量の少ない材料が良い。これは、外囲器１２から、より強い放射線２４を放出できるようにするためである。

ここで、本実施形態の放射線発生装置に用いられる絶縁性板材の厚さとその耐電圧についての試験結果である図２を用いて、絶縁性板材の厚さとその耐電圧の関係について説明する。

図２からわかるように、絶縁性板材の厚さが増加すれば、その耐電圧もまた増加するが、絶縁性板材の厚さとその耐電圧の間には必ずしも正比例関係があるわけではない。図２を本実施形態の放射線発生装置における絶縁性板材２８、２９、３０にあてはめて更に詳しく説明する。絶縁性板材２８、２９、３０の厚さをＴ１とすると、そのときの耐電圧はＶ１となる。ここで、厚さＴ１の３倍の厚さをＴ０とすると、そのときの耐電圧はＶ０となり、耐電圧Ｖ１を３倍した値は、耐電圧Ｖ０よりも大きいことがわかる。即ち、絶縁性板材２８、２９、３０の各耐電圧の合計は、絶縁性板材２８、２９、３０の各厚さを合計した厚さの絶縁性板材の耐電圧よりも大きい。よって、本実施形態のように絶縁性板材２８、２９、３０が隙間を空けて並んで配置された場合の方が、絶縁性板材２８、２９、３０の合計の厚さを有する絶縁性板材が配置された場合よりも、第一の窓２７と第二の窓１９との間の耐電圧が大きくなる。尚、配置される絶縁性板材の合計の厚さが同じで隙間の有無が異なる上記各々の場合において、外囲器１２の内壁と放射線発生管１４との間に充填する絶縁性流体は同じとし、第一の窓２７及びその周縁部と第二の窓１９及びその周縁部との間の距離も同じとする。また、上述のように第一の窓２７と第二の窓１９との間の耐電圧を向上させるためには、絶縁性板材２８、２９、３０が隙間を空けて並んで配置された場合に、各絶縁性板材が耐電圧性能を保持する必要がある。

以下、複数枚の絶縁性板材間の隙間がどれだけあれば個々の絶縁性板材としての耐電圧性能を保持できるかについて説明する。例えば、絶縁性板材２８、２９を隙間なく密接して配置した場合、絶縁性板材の耐電圧は、絶縁性板材２８、２９の合計の厚さを有する絶縁性板材の耐電圧となる。ここで、隙間がどれだけあれば個々の絶縁性板材としての耐電圧性能を保持するかは、一般的に絶縁性板材と絶縁性板材の隙間にある部材の電子侵入長ｄ₀よりも長い隙間があれば良いことがわかっている。これは、隙間にある部材の電子侵入長ｄ₀よりも長い隙間があれば、隙間にある部材を電子が突き抜けることができないため、高電位側にある絶縁性板材は耐電圧性能を保持することができるからである。電子侵入長ｄ₀は、隙間にかかる電位差ΔＶ［ｋＶ］、隙間にある部材の密度ρ［ｇ／ｃｍ³］を用いて下記式で表わされる。

電子侵入長ｄ₀［μｍ］＝５．２×１０^-6×２．３×ΔＶ^1.8／ρ
ここで、隙間に絶縁性流体である電気絶縁油（ρ＝０．８８［ｇ／ｃｍ³］）を充填した場合において、隙間にかかる電位差ΔＶと電子侵入長ｄ₀との関係を上記式より算出し、その算出結果を表１に示す。

隙間を１μｍにした場合、その隙間にかかる電位差が３ｋｖ以下であれば、電子侵入長ｄ₀が１μｍを超えることはない。隙間を１０μｍにした場合、その隙間にかかる電位差が１０ｋｖ以下であれば、電子侵入長ｄ₀が１０μｍを超えることはない。隙間を１００μｍにした場合、その隙間にかかる電位差が３５ｋｖ以下であれば、電子侵入長ｄ₀が１００μｍを超えることはない。このことから、本実施形態において、絶縁性板材が耐電圧性能を保持するには、隙間にかかる電位差ΔＶを考慮して隙間の距離を決めれば良いことがわかる。例えば、後述する中点接地型の電源方式を採用した放射線発生装置１１における第一の窓２７と第二の窓１９との間の電位差が約６０ｋｖの場合を考える。この場合、絶縁性板材を板厚１ｍｍで耐電圧２２ｋｖのポリイミド板３枚構成で配置すれば、絶縁性板材３枚で耐電圧６６ｋｖを保持することができる。この構成にすると、仮に絶縁性板材１枚が絶縁破壊され短絡状態であったとしても絶縁性板材と絶縁性板材の隙間にかかる電位差は５０ｋｖ以上かかることはない。そのため、表１より隙間の距離を１５６μｍ以上とれば良いことがわかる。尚、このときの、隙間に充填された電気絶縁油の耐電圧については安全率を高めるための要素として考えるに留めた。また、絶縁性板材と絶縁性板材の隙間にある部材は、上述した電気絶縁油に限定されるわけではない。

絶縁性板材２８、２９、３０の材料としては電気絶縁性が高く、放射線減衰量の少ない材料が良い。例えばポリイミド、セラミックス、エポキシ樹脂又はガラス等が良い。第一の窓２７と第二の窓１９との間の耐電圧性の確保の観点からすると、絶縁性板材２８、２９、３０は厚さ０．０１ｍｍ〜６ｍｍであるのが好ましい。本実施形態では絶縁性板材２８、２９、３０をポリイミド板とし、各厚さ１ｍｍとすることができる。この場合、各厚さを合計した厚さの絶縁性板材の耐電圧に比べて耐電圧が約１０ｋｖ向上できる。但し、絶縁性板材の材料はこれに限定されるわけではなく、第一の窓２７と第二の窓１９との間の距離、外囲器１２の内壁と放射線発生管１４との間に充填されている絶縁性流体１３の耐電圧等によって、適宜選定する。また、絶縁性板材の材料として絶縁性流体１３よりも電気絶縁性が高い材料を用いても良いし、絶縁性流体１３と同じ又はそれよりも高い放射線透過率を有する材料を用いても良い。

保持部材２５は、放射線発生管１４の胴部を保持するためのものである。図１では放射線発生管１４が胴部の二箇所で保持部材２５によって保持されているが、放射線発生管１４は少なくとも胴部の一箇所以上で保持部材２５によって保持されていれば良い。保持部材２５の材料としては、例えば鉄、ステンレス、真鍮、銅等の導電性部材や、エンジニアリングプラスチック、セラミック等の絶縁性を有する部材が使用可能である。

第１制御電極１６は、電子源１５で発生した電子を引き出すためのものであり、第２制御電極１７は、ターゲット１８における電子の焦点径を制御するためのものである。本実施形態のように第１制御電極１６と第２制御電極１７を設けた場合、第１制御電極１６によって形成される電界により電子源１５から放出された電子束２３は、第２制御電極１７の電位制御により集束される。ターゲット１８の電位は電子源１５に対して正電位となっているため、第２制御電極１７を通過した電子束２３は、ターゲット１８に引き寄せられてターゲット１８に衝突し、放射線２４を発生する。電子束２３のＯＮ／ＯＦＦ制御は、第１制御電極１６の電圧で制御する。第１制御電極１６の材料としてはステンレス、モリブデン、鉄等が使用可能である。

電源回路２６は、放射線発生管１４に接続され（配線不図示）、電子源１５、第１制御電極１６、第２制御電極１７及びターゲット１８に電気を供給するためのものであり、本実施形態では外囲器１２内に配置しているが、外囲器１２の外に配置しても良い。

人体等の放射線撮影を行う場合、ターゲット１８は電子源１５の電位に対して電位が＋３０ｋＶ〜１５０ｋＶ程度高くなっている。この電位差はターゲット１８から発生する放射線が人体を透過し、有効に撮影に寄与するために必要な加速電位差である。人体の放射線撮影を行う際には通常Ｘ線が使用されるが、本発明はＸ線以外の放射線にも適用可能である。

本実施形態の放射線発生装置１１は、ターゲット１８と電子源１５との電位差Ｖを２０ｋＶ〜１６０ｋＶとし、ターゲット１８に＋Ｖ／２、電子源１５に−Ｖ／２の電位を与え、保持部材２５で接地した、中点接地型の電源方式を採用している。これは、絶縁性流体１３の絶縁破壊距離から考えて、一般的に外囲器１２が小型化できるからである。また、本実施形態は中点接地型でなくても良いが、中点接地型にするとグランドに対するターゲット１８の電圧及び電子源１５の電圧の絶対値を小さくすることができるため、陽極接地型等と比べて電源回路２６を小規模にできる点でより好ましい。中点で接地しなくても、例えば放射線発生管１４の両端から離れた位置に保持部材２５を配置し、その位置で接地した場合でも陽極接地型等と比べると電源回路２６を小規模にできる。

上記構成の放射線発生装置１１を電位差Ｖで駆動すると、ターゲット１８、第二の窓１９及び遮蔽部材２０の電位は＋Ｖ／２となる。これに対向する第一の窓２７、外囲器１２は接地電位であるため、この間に＋Ｖ／２の電位差が生じる。これは１０ｋＶ〜８０ｋＶという大変高い電位差である。装置の小型化の観点からすると、第一の窓２７及びその周縁部と第二の窓１９及びその周縁部との距離をできるだけ短くするのが良いが、この距離を短くすると放電し易くなる。また、＋Ｖ／２の電位差で生じる電界は、ターゲット１８、第二の窓１９及び遮蔽部材２０の形状により、電界集中する可能性があるため、ターゲット１８の近傍は放電し易い部位となる。更に、放射線発生管１４ではターゲット１８を備える一端での発熱が大きい。即ちターゲット１８で発生した熱が第二の窓１９、遮蔽部材２０へと伝わるためアノード２１での発熱が大きい。例えば放射線発生装置１１を１５０Ｗ程度の出力で駆動した場合、遮蔽部材２０表面の最高温度は２００℃以上になると推定される。よって、絶縁性液体のような、温度の影響で耐電圧性が低下する絶縁物では、ターゲット１８の近傍は一層放電し易い部位となる。

従って、本実施形態では、図１のように、第一の窓２７及びその周縁部と第二の窓１９及びその周縁部との間に、３枚の絶縁性板材２８、２９、３０を、隙間を空けて並べて配置した。絶縁性板材を用いるため、温度等の影響を受けにくくなり、第一の窓２７と第二の窓１９との間の耐電圧が、絶縁性板材を用いない場合よりも向上する。一般に、電気絶縁油のような絶縁性液体は高い電気絶縁性と耐電圧性を有するが、絶縁性液体中に含まれている、あるいは経時劣化により生じる不純物、水分、気泡などにより、耐電圧性が低下する場合がある。そのため絶縁性板材を設けることにより、より確実に高耐電圧性を維持することができる。更に、絶縁性板材間の隙間は、第一の窓２７と第二の窓１９との間の耐電圧が、３枚の絶縁性板材に換えて各絶縁性板材の厚さの合計と同じ厚さを持った絶縁性板材を配置した場合に比べて大きくなる隙間とした。このため、絶縁性板材２８、２９、３０の厚さの合計と同じ厚さを持った絶縁性板材を配置した場合よりも第一の窓２７と第二の窓１９との間の耐電圧が向上する。よって、第一の窓２７及びその周縁部と第二の窓１９及びその周縁部との距離を短くして装置を小型化しても耐電圧を確保できる。

また、絶縁性板材３枚の合計の耐電圧と等しい１枚の絶縁性板材の板厚は、絶縁性板材３枚の合計の板厚に比べて厚い。そのため、前記１枚の絶縁性板材の放射線減衰量は、絶縁性板材３枚による放射線減衰量に比べて大きい。よって、絶縁性板材３枚構成で配置することと、第一の窓２７及びその周縁部と第二の窓１９及びその周縁部との距離を少なくとも前記１枚の絶縁性板材の板厚から絶縁性板材３枚の合計の板厚の差分だけ短くすることで、放射線減衰量を低減できる。更に、絶縁性板材間における絶縁性流体１３の層の厚さを、安全率分薄くすることができるため、外囲器１２を小型軽量化できる。

以上より、本実施形態によれば、上記構成をとるため、装置の小型化、外囲器１２と放射線発生管１４との間の耐電圧の向上、放射線の減衰量の低減を実現できる。これにより、長時間安定して放射線を発生可能な信頼性の高い放射線発生装置を実現できる。

尚、図１では、絶縁性板材２８、２９、３０により外囲器１２内を第一の窓２７側と第二の窓１９側に完全に仕切っているが、このような配置に限定されない。アノード２１における第一の窓２７に最も近い端面と、第一の窓２７及びその周縁部との間で特に放電が発生し易いため、絶縁性板材２８、２９、３０はアノード２１における第一の窓２７に最も近い端面に対向する領域に配置されていれば良い。

また、図１では、絶縁性板材２８が第二の窓１９及びその周縁部とは間隔を置いて配置され、絶縁性板材３０が第一の窓２７及びその周縁部とは間隔を置いて配置されているが、このような配置に限定されない。絶縁性板材２８が第二の窓１９及びその周縁部に接していても良いし、絶縁性板材３０が第一の窓２７及びその周縁部に接していても良い。

更に、アノード２１の形状は図１の形状に限定されるわけではない。図１のように遮蔽部材２０の端面の一部が第二の窓１９よりも第一の窓２７側に突出していなくても良い。例えば遮蔽部材２０の端面と第二の窓１９の第一の窓２７側の面が面一になっている場合でも本発明を適用することができる。

〔第２の実施形態〕
図３は本実施形態の放射線発生装置１１の断面模式図である。

本実施形態の放射線発生装置（透過型放射線源）１１は、図３のように、絶縁性流体１３で充填された外囲器１２において第一の窓２７と第二の窓１９との間に厚さの異なる２枚の絶縁性板材２８、３１を配置している点が第１の実施形態と異なる。この点を除いては、第１の実施形態と同じであるため、絶縁性板材２８、３１以外の各部材の説明、及び放射線発生装置１１の構成についての説明は省略する。

本実施形態においては、２枚の絶縁性板材２８、３１が第一の窓２７及びその周縁部と第二の窓１９及びその周縁部との間に隙間を空けて並んで配置されている。隙間にも外囲器１２の内壁と放射線発生管１４との間に充填された絶縁性流体１３が充填されている。このため、放射線２４は絶縁性板材２８、３１を通過し、第一の窓２７から外囲器１２の外部に放出される。絶縁性板材２８、３１にそれぞれ絶縁性流体１３を循環させるための孔を設け、隙間の絶縁性流体１３を循環させても良い。

ここで、本実施形態の放射線発生装置に用いられる絶縁性板材の厚さとその耐電圧についての試験結果である図４を用いて、絶縁性板材の厚さとその耐電圧の関係について説明する。

図４からわかるように、絶縁性板材の厚さが増加すれば、その耐電圧もまた増加するが、絶縁性板材の厚さとその耐電圧の間には必ずしも正比例関係があるわけではない。図４を本実施形態の放射線発生装置における絶縁性板材２８、３１にあてはめて更に詳しく説明する。絶縁性板材２８の厚さをＴ１とすると、そのときの耐電圧はＶ１となり、絶縁性板材３１の厚さをＴ２とすると、そのときの耐電圧はＶ２となる。ここで、厚さＴ１と厚さＴ２の合計の厚さをＴ０とすると、そのときの耐電圧はＶ０となり、耐電圧Ｖ１と耐電圧Ｖ２を合計した値は、耐電圧Ｖ０よりも大きいことがわかる。即ち、絶縁性板材２８の耐電圧と絶縁性板材３１の耐電圧の合計は、絶縁性板材２８の厚さと絶縁性板材３１の厚さを合計した厚さの絶縁性板材の耐電圧よりも大きい。よって、本実施形態のように絶縁性板材２８、３１が隙間を空けて並んで配置された場合の方が、絶縁性板材２８、３１の合計の厚さを有する絶縁性板材が配置された場合よりも、第一の窓２７と第二の窓１９との間の耐電圧が大きくなる。絶縁性板材２８と絶縁性板材３１の隙間の距離については、第１の実施形態と同様にして決定する。

絶縁性板材２８、３１の材料は、電気絶縁性が高く、放射線減衰量の少ない材料が良く、第１の実施形態で用いられる絶縁性板材と同じ材料を用いることができる。例えばポリイミド、セラミックス、エポキシ樹脂又はガラス等が良い。本実施形態では絶縁性板材２８を厚さ１ｍｍ程度のポリイミド板、絶縁性板材３１を厚さ２ｍｍ程度のポリイミド板とすることができる。

本実施形態では、図３のように、第一の窓２７及びその周縁部と第二の窓１９及びその周縁部との間に、２枚の絶縁性板材２８、３１を、隙間を空けて並べて配置した。更に、絶縁性板材間の隙間は、第一の窓２７と第二の窓１９との間の耐電圧が、２枚の絶縁性板材に換えて各絶縁性板材の厚さの合計と同じ厚さを持った絶縁性板材を配置した場合に比べて大きくなる隙間とした。このため、第１の実施形態と同様に、温度等の影響を受けにくくなり、第一の窓２７と第二の窓１９との間の耐電圧が向上する。

また、絶縁性板材２枚構成で配置することと、第一の窓２７及びその周縁部と第二の窓１９及びその周縁部との距離を少なくとも前記１枚の絶縁性板材の板厚から絶縁性板材２枚の合計の板厚の差分だけ短くすることで、放射線減衰量を低減できる。更に、絶縁性板材間における絶縁性流体１３の層の厚さを、安全率分薄くすることができるため、外囲器１２を小型軽量化できる。

以上より、本実施形態によれば、上記構成をとるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

尚、絶縁性板材２８、３１は放射線発生管１４における第一の窓２７に最も近い端面に対向する領域に配置されていれば良い。また、絶縁性板材２８は第二の窓１９及びその周縁部に接していても良いし、絶縁性板材３１は第一の窓２７及びその周縁部に接していても良い。

〔第３の実施形態〕
図５は本実施形態の放射線発生装置１１の断面模式図である。

本実施形態の放射線発生装置（透過型放射線源）１１は、図５のように、絶縁性流体１３として気体を用いた点が第１の実施形態と異なる。この点を除いては、第１の実施形態と同じであるため、絶縁性流体１３以外の各部材の説明、及び放射線発生装置１１の構成についての説明は省略する。

気体の絶縁性流体１３としては、鉱油系絶縁油に匹敵した絶縁性能を持つ、六フッ化イオウ等を用いることができる。

以上より、本実施形態によれば、上記構成をとるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。更に、絶縁性流体１３として気体を用いることで液体よりも装置の重量を軽くすることができるので、第１の実施形態よりも放射線発生装置１１を小型軽量化できる。

〔第４の実施形態〕
図６は本実施形態の放射線発生装置１１の断面模式図である。

本実施形態の放射線発生装置（反射型放射線源）５１は、図６のように、反射型の放射線発生管１４を用いている点が第１〜第３の実施形態と異なる。この点を除いては、第１の実施形態と同じであるため、反射型ターゲット５２、第二の窓５３、放射線発生管１４以外の各部材の説明は省略する。

本実施形態の放射線発生装置５１は、外囲器１２、絶縁性流体１３、放射線発生管１４、電子源１５、電源回路２６、第一の窓２７、絶縁性板材２８、２９、３０、反射型ターゲット５２、第二の窓５３を有している。

反射型ターゲット５２は、第二の窓５３と間隔を置いて、第二の窓５３と対向して配置されている。放射線発生管１４は、電子源１５から放出された電子束２３を反射型ターゲット５２に衝突させ、放射線２４を発生させる真空容器である。放射線２４は、放射線発生管１４の一部である、第二の窓５３を通った後、第一の窓２７から外囲器１２の外部に放出される。

本実施形態においても、３枚の絶縁性板材２８、２９、３０が第一の窓２７及びその周縁部と第二の窓１９及びその周縁部との間に隙間を空けて並んで配置されている。隙間にも外囲器１２の内壁と放射線発生管１４との間に充填された絶縁性流体１３が充填されている。絶縁性板材と絶縁性板材の隙間の距離については、第１の実施形態と同様にして決定する。このため、放射線２４は絶縁性板材２８、２９、３０を通過し、第一の窓２７から外囲器１２の外部に放出される。絶縁性板材２８、２９、３０にそれぞれ絶縁性流体１３を循環させるための孔を設け、隙間の絶縁性流体１３を循環させても良い。

以上より、本実施形態によれば、上記構成をとるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

尚、絶縁性板材２８、２９、３０は放射線発生管１４における第一の窓２７に最も近い端面に対向する領域に配置されていれば良い。また、絶縁性板材２８は第二の窓５３及びその周縁部に接していても良いし、絶縁性板材３０は第一の窓２７及びその周縁部に接していても良い。

〔第５の実施形態〕
図７を用いて本発明の放射線発生装置を用いた放射線撮影装置について説明する。図７は本実施形態の放射線撮影装置の構成図である。この放射線撮影装置は放射線発生装置１１、放射線検出器６１、放射線検出信号処理部６２、放射線撮影装置制御部６３、電子源駆動部６４、電子源ヒーター制御部６５、制御電極電圧制御部６６及びターゲット電圧制御部６７を備えている。放射線発生装置１１としては例えば第１〜第４の実施形態の放射線発生装置が好適に用いられる。

放射線検出器６１は、放射線検出信号処理部６２を介して放射線撮影装置制御部６３に接続されている。放射線撮影装置制御部６３の出力信号は、電子源駆動部６４、電子源ヒーター制御部６５、制御電極電圧制御部６６、ターゲット電圧制御部６７を介して放射線発生装置１１の各端子に接続されている。

放射線発生装置１１で放射線を発生させると、大気中に放出された放射線は、被検体（不図示）を透過して放射線検出器６１に検出され、被検体の放射線透過画像が得られる。得られた放射線透過画像は表示部（不図示）に表示させることができる。

以上より、本実施形態によれば、第１〜第４の実施形態の効果を奏する放射線発生装置を用いるため、装置の小型化、外囲器と放射線発生管との間の耐電圧の向上、放射線の減衰量の低減を実現した放射線撮影装置を実現できる。

１１：放射線発生装置（透過型放射線源）、１２：外囲器、１３：絶縁性流体、１４：放射線発生管、１５：電子源、１６：第１制御電極、１７：第２制御電極、１８：透過型ターゲット、１９：ターゲット基板（第二の窓）、２０：遮蔽部材、２１：アノード、２２：カソード支持部材、２３：電子束、２４：放射線、２５：保持部材、２６：電源回路、２７：第一の窓、２８〜３１：絶縁性板材、５１：放射線発生装置（反射型放射線源）、５２：反射型ターゲット、５３：第二の窓、６１：放射線検出器

Claims (6)

1. 放射線を透過する第一の窓を有する外囲器と、
   前記外囲器内に収納され、前記第一の窓と対向する位置に放射線を透過する第二の窓を有する放射線発生管と、
   前記外囲器の内壁と前記放射線発生管との間に充填された絶縁性流体と、
   を備える放射線発生装置であって、
   前記第一の窓及びその周縁部と前記第二の窓及びその周縁部との間に、複数枚の絶縁性板材が隙間を空けて並んで配置され、
   前記絶縁性板材間の隙間は、前記第一の窓と前記第二の窓との間の耐電圧が、前記複数枚の絶縁性板材に換えて前記各絶縁性板材の厚さの合計と同じ厚さを持った絶縁性板材を配置した場合に比べて大きくなる隙間であることを特徴とする放射線発生装置。
2. 前記外囲器の内壁と前記放射線発生管との間に充填された絶縁性流体が電気絶縁油であることを特徴とする請求項１に記載の放射線発生装置。
3. 前記絶縁性板材は０．０１ｍｍ〜６ｍｍの厚さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線発生装置。
4. 前記絶縁性板材の材料が、ポリイミド、セラミックス、エポキシ樹脂又はガラスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線発生装置。
5. 前記絶縁性板材間の隙間に電気絶縁油が充填され、
   前記絶縁性板材の材料が、ポリイミド、セラミックス、エポキシ樹脂又はガラスであることを特徴とする請求項１に記載の放射線発生装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線発生装置と、前記放射線発生装置から放出され被検体を透過した放射線を検出する放射線検出器と、を有することを特徴とする放射線撮影装置。

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