JP2013519195A5 - Ｘ線電子ビーム発生器 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線電子ビーム発生器（x-ray generation device）に関する。

Zhou氏等が開示する技術では、先ず、強酸でカーボンナノチューブを浄化し、カーボンナノチューブを0.5μｍより短くし、単壁（single-wall）を呈する形式にする必要がある。その後、該カーボンナノチューブを基板上に沈積する。その利点は、カーボンナノチューブが接着剤で該基板上に固定する必要がないことにある。10 mA/cm²の電流密度を発生する為、Zhou氏等が開示する技術では、2.4 V/μm〜5 V/μmの開始電界を必要とする。より高い電流密度（例えば、100 mA/cm²）を得ようとする時、電界は、4 V/μm〜7 V/μmまで増大させる必要がある。

Zhou氏等は、その電界放射陰極（陰極中にカーボンナノチューブを利用）が必要とする開始電界は、現有の電界放射陰極（それは、50 V/μm〜100 V/μmの開始電界を必要とし、MO又はシリコンの尖端を有する）が必要とする開始電界より遥かに低いと述べている。グラファイト粉末材質を利用した電界放射陰極は、10 V/μm〜20 V/μmの開始電界を必要とし、これは、Zhou氏等の技術に及ばない。ナノミクロンの金剛石の電界放射陰極では、開始電界を3-5V/μmまで低減しているが、その電流密度が30 mA/cm²より高い時は、不安定である。

上記のように、開始電界が比較的低いＸ線電子ビーム発生器及びその陰極が期待されている。カーボンナノチューブは、より良好な性能及び効率を達成することができるが、Zhou氏等が提供する技術は、非常に複雑である。従って、依然として、Ｘ線電子ビーム発生器及びその陰極を製造することに用いる、より簡単な方法が必要とされている。

本発明の目的は、Ｘ線電子ビーム発生器を提供することであり、該Ｘ線電子ビーム発生器は、
基台及び側壁を有し、前記側壁が前記基台を囲んでおり、前記基台及び前記側壁が凹溝を規定する容器と、等間隔に並べて前記凹溝内の基台上に安置された直径０．１ｍｍ〜３ｍｍの複数の金属ストリップとを含む陰極であって、前記金属ストリップはそれぞれ炭素膜層を有し、前記炭素膜層は多重壁（multiple-walls）状である陰極と、
陽極ターゲットと、
順に前記陰極及び前記陽極ターゲットが配置されており、前記陽極ターゲットが前記金属ストリップに向けられているガラス容器であって、前記ガラス容器を真空に吸引するためのバルブと、Ｘ線を出射するためのウィンドウとを有するガラス容器と、
を含むＸ線電子ビーム発生器であって、
前記金属ストリップから成長した炭素膜層が多重壁（multiple-walls）状を呈することにより、前記Ｘ線電子ビーム発生器は、前記陽極ターゲットと陰極の間にゲート電極が存在しない条件において、０．３Ｖ／μｍ以下の開始電界で１ｍＡ/ｃｍ ^２ の電流密度を発生させることができる特性を有する。

本発明の更にもう１つの目的は、Ｘ線電子ビーム発生器を提供することであり、該Ｘ線電子ビーム発生器は、
基台及び側壁を有し、前記側壁が前記基台を囲んでおり、前記基台及び前記側壁が深さ５ｍｍ〜１０ｍｍの凹溝を規定する容器と、等間隔に並べて前記凹溝内の基台上に安置された直径０．１ｍｍ〜３ｍｍの複数の金属ストリップとを含む陰極であって、前記金属ストリップはそれぞれ炭素膜層を有する陰極と、
陽極ターゲットと、
順に前記陰極及び前記陽極ターゲットが配置されており、前記陽極ターゲットは前記金属ストリップに向けられているガラス容器であって、前記ガラス容器を真空に吸引するためのバルブと、Ｘ線を出射するためのウィンドウとを有するガラス容器と、
を含むＸ線電子ビーム発生器であって、
前記金属ストリップから成長した炭素膜層が多重壁状を呈し、前記炭素膜層が内層及び放射層を含むことにより、前記Ｘ線電子ビーム発生器が０．７ｃｍ〜６ｃｍの距離を有する場合に、前記Ｘ線電子ビーム発生器の動作電圧が１２ｋｅＶ〜１３ｋｅＶであり、陽極ターゲットと陰極の間にゲート電極が存在しない条件において、０．３Ｖ／μｍ以下の開始電界で１ｍＡ/ｃｍ ^２ の電流密度を発生させることができる特性を有する。

各該金属ユニットを化学気相成長法により炭素膜層に成長させることにより、本発明のＸ線電子ビーム発生器及びその陰極の開始電界及び動作電圧は、従来技術より優れている。特に、炭素膜層が直接、該等金属ユニット上に成長され、多重壁の形式になる時、本発明のＸ線電子ビーム発生器及びその陰極は、良好な性能を有することができる。

第１実施例のＸ線電子ビーム発生器の立体図 第１実施例のＸ線電子ビーム発生器の陰極の断面図 炭素膜層の電子顕微鏡におけるイメージを示す図 第１実施例のＸ線電子ビーム発生器の開始電界及び電流密度の図 第１実施例のＸ線電子ビーム発生器の動作電圧のシミュレーション結果 第２実施例の陰極を示す図 第３実施例のＸ線電子ビーム発生器の立体図 第３実施例のＸ線電子ビーム発生器の陰極の断面図 第４実施例のＸ線電子ビーム発生器の立体図 第５実施例のＸ線電子ビーム発生器の立体図

図１Ｄは、Ｘ線電子ビーム発生器１の開始電界及び電流密度を例示する図である。Ｘ線電子ビーム発生器１の開始電界が0.1 V/μm〜0.3 V/μmの間に介する時、各該金属ユニット１１７の電流密度が1 mA/cm²である。従来技術のＸ線電子ビーム発生器が少なくとも2 V/μmの開始電界を必要とするので、本発明のＸ線電子ビーム発生器の開始電界は、従来技術よりも優れている。Ｘ線電子ビーム発生器１に印加する電界が該開始電界より高い時、電子ビーム放射体は、Ｘ線を発生することができる。該Ｘ線が集光素子１３を経て集光後、陽極ターゲット１５により反射される。

各該金属ユニットが化学気相成長法により炭素膜層に成長される場合、Ｘ線電子ビーム発生器１の開始電界及び動作電圧が従来技術より優れている。特に、該炭素膜層が直接、金属ユニット１１７上に成長し、且つ多重壁の形式である時、Ｘ線電子ビーム発生器１は、より優れた性能を具えることができる。

上記のように、本発明のＸ線電子ビーム発生器及びその陰極の開始電界及び動作電圧は、現有技術より優れている。該より優れた性能は、電子ビーム放射体の各該金属ユニットが化学気相成長法により炭素膜層に成長されることによるものである。特に、該炭素膜層が該金属ユニット上に直接成長し、且つ多重壁の形式である時、本発明のＸ線電子ビーム発生器及びその陰極は、より優れた性能を有することができる。

Claims (5)

1. 基台及び側壁を有し、前記側壁が前記基台を囲んでおり、前記基台及び前記側壁が凹溝を規定する容器と、等間隔に並べて前記凹溝内の基台上に安置された直径０．１ｍｍ〜３ｍｍの複数の金属ストリップとを含む陰極であって、前記金属ストリップはそれぞれ炭素膜層を有し、前記炭素膜層は多重壁（multiple-walls）状である陰極と、
   陽極ターゲットと、
   順に前記陰極及び前記陽極ターゲットが配置されており、前記陽極ターゲットが前記金属ストリップに向けられているガラス容器であって、前記ガラス容器を真空に吸引するためのバルブと、Ｘ線を出射するためのウィンドウとを有するガラス容器と、
   を含むＸ線電子ビーム発生器であって、
   前記金属ストリップから成長した炭素膜層が多重壁（multiple-walls）状を呈することにより、前記Ｘ線電子ビーム発生器は、前記陽極ターゲットと陰極の間にゲート電極が存在しない条件において、０．３Ｖ／μｍ以下の開始電界で１ｍＡ/ｃｍ ^２ の電流密度を発生させることができる特性を有する、
   Ｘ線電子ビーム発生器。
2. 前記容器の上端面及び前記側壁の内側箇所に切り口が形成されており、前記切り口はＸ線を集光するために用いられる請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
3. 前記金属ストリップの材質は、ニッケル、タングステン及びコバルトのいずれか一つである請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
4. 基台及び側壁を有し、前記側壁が前記基台を囲んでおり、前記基台及び前記側壁が深さ５ｍｍ〜１０ｍｍの凹溝を規定する容器と、等間隔に並べて前記凹溝内の基台上に安置された直径０．１ｍｍ〜３ｍｍの複数の金属ストリップとを含む陰極であって、前記金属ストリップはそれぞれ炭素膜層を有する陰極と、
   陽極ターゲットと、
   順に前記陰極及び前記陽極ターゲットが配置されており、前記陽極ターゲットは前記金属ストリップに向けられているガラス容器であって、前記ガラス容器を真空に吸引するためのバルブと、Ｘ線を出射するためのウィンドウとを有するガラス容器と、
   を含むＸ線電子ビーム発生器であって、
   前記金属ストリップから成長した炭素膜層が多重壁状を呈し、前記炭素膜層が内層及び放射層を含むことにより、前記Ｘ線電子ビーム発生器が０．７ｃｍ〜６ｃｍの距離を有する場合に、前記Ｘ線電子ビーム発生器の動作電圧が１２ｋｅＶ〜１３ｋｅＶであり、陽極ターゲットと陰極の間にゲート電極が存在しない条件において、０．３Ｖ／μｍ以下の開始電界で１ｍＡ/ｃｍ ^２ の電流密度を発生させることができる特性を有する、
   Ｘ線電子ビーム発生器。
5. 前記容器の上端面及び前記側壁の内側箇所に切り口が形成されており、前記切り口はＸ線を集光するために用いられる請求項４に記載のＸ線電子ビーム発生器。

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