JP2014072157A - 放射線発生管 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲットに生じた微小損傷を感度よく検出する手段を備えた放射線発生管を提供する。
【解決手段】電子放出源（電子銃２０）から放出された電子２２を受容するターゲット１５と、ターゲット１５を支持する支持基板１３と、ターゲット１５と支持基板１３の間に設けられる半導体層１４と、半導体層１４に電気接続される電極と、前記電極に電気接続される電圧印加手段（第二電源３２）及び電荷量測定手段（電流計３３）と、を有し、ターゲット１５が電子２２を受容することによって放射線が発生することを特徴とする、放射線発生管１。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線発生管に関する。

一般に、放射線を発生させるために用いられる放射線発生管は、電子を放出するための電子放出源と、タングステン等の金属で構成され電子放出源から放出された電子を捕捉するターゲットと、を有する部材である。電子放出源から放出される電子は、放射線発生管内の電圧を高くすることにより加速され、上記ターゲットに衝突する。ここで電子が上記ターゲットに衝突する際に、ターゲットからＸ線等の放射線が発生する。しかしこの放射線発生管を用いた放射線の発生効率は極めて悪く、一般に消費電力の９９％程度はターゲットにおいて熱になる。ここでターゲットにて発生した熱は、ターゲット自体を高温にさせるため、ターゲットの熱損傷が起きる。ここで熱損傷としては、ターゲットを構成する材料の再結晶化、ターゲットのクラック、剥離等の態様がある。いずれの態様にしてもターゲットを構成する材料の結晶が一部脱離したり結晶構造が変化したりして線量線質の変化や放電等の問題を引き起こす。

ところで上述したターゲットの特性の変化を精密に分析する方法がいくつか提案されている。例えば、特許文献１にて提案された漏れ電流を測定する方法や、特許文献２にて提案された線量及び曝射条件からターゲットの温度や熱損傷を予測する方法が提案されている。上述したように放射線の線量線質の変化や放電等の問題は、ターゲットの特性が変化することによって生じているので、ターゲットの特性の変化を分析すれば、結果として、放射線の線量線質の変化を抑制することにつながる。

米国公開特許第２００７／０２４８２１４号明細書 特開２００６−１００１７４号公報

しかし、特許文献１にて提案された方法では、ターゲットに生じ得る小さな欠陥やクラック等の微小損傷を検出するのは容易ではない。なぜならば、微小損傷が生じたことによる電流変動は、一般に出力される漏れ電流に対して十分小さいからである。同様の理由で特許文献２にて提案された方法においても、微小損傷を検出するのは難しい。

ところでターゲットに生じ得る小さな欠陥やクラック等の微小損傷は、ターゲットの大規模な熱損傷の起点となることが多く、この微小損傷の発生はターゲットの熱損傷の予兆とも言える重要な現象である。しかし従来では、この微小損傷の発生を検出できないが故に放射線発生管を駆動させた際に突然大規模な熱損傷が発生して、Ｘ線等の放射線を発生させる放射線発生システムの利用を休止せざるを得なくなることが多々あった。従って、放射線発生管を安定して利用できるようにするために、ターゲットに生じた微小損傷を感度よく検出する手法が求められていた。

本発明は、上述した課題を解決するためになされるものであり、その目的は、ターゲットに生じた微小損傷を感度よく検出する手段を備えた放射線発生管を提供することにある。

本発明の放射線発生管は、電子放出源から放出された電子を受容するターゲットと、
前記ターゲットを支持する支持基板と、
前記ターゲットと前記支持基板の間に設けられる半導体層と、
前記半導体層に電気接続される電極と、
前記電極に電気接続される電圧印加手段及び電荷量測定手段と、を有し、
前記ターゲットが前記電子を受容することによって放射線が発生することを特徴とする。

本発明によれば、ターゲットに生じた微小損傷を感度よく検出する手段を備えた放射線発生管を提供することができる。

即ち、本発明に係る放射線発生管は、ターゲットと支持基板との間に半導体層が設けられており、電子発生源から発せられた電子はこの半導体層に入射される。ここでターゲットに微小なりとも欠陥が生じていた場合では、入射電子１個に対して多数の電子正孔対が生成される。本発明に係る放射線発生ユニットは、この電子正孔対を検出する手段を備えているため、高感度に漏れ電流を検出することができる。従って、ターゲットの大規模な損傷の発生の予兆である微小損傷を感度よく検出することができる。従って、安定して利用可能な放射線発生管を実現できる。

本発明の放射線発生管における第一の実施形態を示す模式図である。 電子正孔対検出電極の配置態様の例を示す断面模式図である。 半導体層にて発生する電子正孔対の発生原理を示す断面模式図であり、（ａ）は、ターゲットに微小欠損が存在しない場合を示す図であり、（ｂ）は、ターゲットに微小欠損が存在する場合を示す図である。 放射線源の駆動時間に対する半導体層に発生する電子正孔対の量を示す図である。 本発明の放射線発生管における第二の実施形態を示す模式図である。 本発明に係る放射線撮影システムの一例を説明する図である。 実施例３にて作製した放射線発生管を示す模式図である。 実施例４にて作製した放射線発生管を示す模式図である。

本発明の放射線発生管は、ターゲットと、支持基板と、半導体層と、電極と、電圧印加手段及び電荷量測定手段と、を有している。本発明において、ターゲットは、電子放出源から放出された電子を受容する部材である。本発明において、支持基板は、上記ターゲットを支持する部材である。本発明において、半導体層は、上記ターゲットと上記支持基板との間に設けられる部材である。本発明において、電極は、上記半導体層に電気接続される部材である。本発明において、電圧印加手段及び電荷量測定手段は、上記電極に電気接続される手段である。また本発明の放射線発生管は、上記ターゲットが電子放出源から放出された電子を受容することによって放射線が発生する。

以下、図面を適宜参照しながら本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。尚、以下の説明に記載されずまた図面において図示されていない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知技術を適用することができる。

図１は、本発明の放射線発生管における第一の実施形態を示す断面模式図である。図１の放射線発生管１は、筒状部材１１と、排熱部材１２と、支持基板１３と、で構成される真空容器１０と、この真空容器１０内に収納され電子放出源となる電子銃２０と、を有する。また図１の放射線発生管１は、支持基板１３の電子銃２０に対向する面上に、半導体層１４と、ターゲット１５と、がこの順に設けられている。つまり、図１の放射線発生ユニット１において、半導体層１４は、支持基板１３とターゲットとの間に設けられている部材である。さらに図１の放射線発生管１は、真空容器１０の内部を真空に保った状態で使用されている。

図１の放射線発生管１において、ターゲット１５及び電子銃２０は、それぞれ第一電源３１に電気接続されている。具体的には、第一電源３１の陽極側はターゲット１５に電気接続され、第一電源３１の陰極側は電子銃２０に電気接続されている。尚、ターゲット１５及び電子銃２０は、いずれも真空容器１０内に収納される態様で設けられる部材である。このため、ターゲット１５及び電子銃２０をそれぞれ第一電源３１と電気接続する際には、例えば、筒状部材１１の所定の領域に、電気接続のための配線を通過させるための貫通孔を二箇所設ける。尚、上述したように、真空容器１０の内部を真空に保った状態にする必要があるため、上記貫通孔を設けた場所にそれぞれフィードスルー２１を設ける必要がある。

図１の放射線発生管１において、支持基板１３及びターゲット１５は、それぞれ電子正孔対引き出し電源かつ電圧印加手段である第二電源３２に電気接続されている。具体的には、第二電源３２の陽極側はターゲット１５に電気接続され、第二電源３２の陰極側は電荷量測定手段である電流計３３を介して支持基板１３に電気接続されている。

第二電源３２として、例えば、定電圧源が使用できる。電流計３３（電荷量測定手段）としては、通常の電流計を用いてもよいが、電流計の代わりに、コンデンサ等を用いた積算方式の電荷量測定系を採用してもよい。

第二電源３２と支持基板１３及びターゲット１５との電気接続の際に使用される電極及び配線の配置態様については、半導体層１４に電圧を印加したときに電子正孔対を引き出せる構成であれば特に限定されない。ここで支持基板１３が導電性の材料からなる基板である場合では、図１に示すように支持基板１３自体を電極として使用して支持基板１３上に配線を施してもよい。また排熱部材１２が導電性であり少なくとも一部が半導体層１４と接している場合は、排熱部材１２を電極として使用して排熱部材１２上に配線を施してもよい。また、ターゲット１５等の部材を電極として用いず新たに電極を設けてもよい。新たに電極を設ける場合、電極となる部材としては、タングステン、モリブデン等の一般的に使用され、かつ高融点の電極材料が望ましい。

図１の放射線発生ユニット１は、電子銃２０から放出された電子２２（加速電子）がターゲット１５に衝突する際に放射線が発生する。図１の放射線発生ユニット１において、ターゲット１５から生じた放射線は、半導体層１４、支持基板１３の順に通過してユニット外へ放出する。つまり、図１の放射線発生ユニット１は、支持基板１３から放射線を透過させる透過型の放射線発生管である。

次に、図１の放射線発生ユニット１の構成部材について説明する。

筒状部材１１は、真空容器１０の構成部材として十分な強度を有していればその構成材料は限定されず、具体的には、ガラス、プラスチック、セラミックス等が挙げられる。

排熱部材１２は、熱容量の大きな金属を構成材料として用いるのが好ましい。具体的な構成材料としては、銅、タングステン、モリブデン、鉄等の金属材料、これら金属材料を複数種組み合わせた合金等が好適に用いられる。また排熱部材１２に、水冷装置等の冷却部材（不図示）をさらに設けて冷却効率を高めてもよい。本発明においては、半導体層１４を排熱部材１２に接触させる態様で設けていなければ排熱部材１２の配置態様は特に限定されない。

図１の放射線発生ユニット１において、支持基板１３は、少なくともＸ線等の放射線を透過する機能を有する材料から選択する必要があるが、さらに伝熱性や耐環境性を有する材料を選択するのが好ましい。支持基板１３の構成材料として、ベリリウム、ダイヤモンド、シリコンカーバイド等が挙げられる。

図１の放射線発生ユニット１において、支持基板１３は、排熱部材１２に接するように設けられている。

尚、本発明は、反射型の放射線発生管においても適用可能である。係る場合には、支持基板１３の構成材料は、Ｘ線等の放射線を透過する機能を有する材料である必要はなく、タングステン、モリブデン等の融点が高い金属材料やこの金属材料を複数種類組み合わせた合金を用いてもよい。

図１の放射線発生ユニット１は、支持基板１３及び排熱部材１２を、それぞれ真空容器１０を構成する一部材とし、支持基板１３をＸ線等の放射線の取り出し窓として利用している実施形態であるが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、支持基板１３及び排熱部材１２のいずれかを真空容器１０の内部に収納して真空容器１０を筒状部材１１のみとする構成としてよい。また支持基板１３又は排熱部材１２を真空容器１０内に収納して残りの部材を筒状部材１１と共に真空容器１０の外壁の一部をなす態様としてもよい。

図１の放射線発生ユニット１において、半導体層１４は、ターゲット１５における微小欠損の有無を検知するセンサーとして機能する。仮にターゲット１５における微小欠損が存在する場合、電子銃２０から発生する電子２２は、当該微小欠損をすり抜けて半導体層１４に到達する。ここで電子２２が半導体層１４を構成する半導体に衝突すると、電子正孔対が発生するため、この電子正孔対を検知することでターゲット１５に微小欠損が存在するか否かがわかる。尚、電子正孔対の発生の原理については後述するが、本発明において、半導体層１４は、電極又は電極に相当する部材に電気接続されている。

図２は、電子正孔対検出電極の配置態様の例を示す断面模式図である。電子正孔対検出電極２３が半導体層１４に接するように設けられていれば、電子正孔対検出電極２３と半導体層１４との電気接続は確保される。電子正孔対検出電極２３の配置態様については特に制限はなく、図２（ａ）に示されるように半導体層１４の側面にて半導体層１４に接するように設けてもよいし、図２（ｂ）に示されるように半導体層１４の表面にて半導体層１４に接するように設けてもよい。ただし図２の電子正孔対検出電極２３は、必ずしも設ける必然性はない。図１のように半導体層１４がターゲット１５に接触している場合では、後述するようにターゲット１５は導体からなる部材であるので、ターゲット１５を半導体層１４に電気接続する電極に相当する部材とすることができる。また図１の放射線発生管１のように、半導体層１４が支持基板１３及び排熱部材１２と接している場合、支持基板１３又は排熱部材１２の構成材料が導体であれば、該当する部材を半導体層１４に電気接続する電極に相当する部材とすることができる。

図１の放射線発生ユニット１において、半導体層１４の構成材料としては、耐熱性、耐環境性を有する材料を選択するのがよい。具体的には、ダイヤモンド、シリコンカーバイド等が好適に選択される。図１の放射線発生ユニット１のように、ターゲット１５から生じた放射線が、半導体層１４、支持基板１３を順次通過する透過型の放射線源の一部材として半導体層１４を用いる場合、放射線透過能の高い材料を半導体層１４の構成材料として用いるのが好ましい。具体的には、半導体層１４として、原子番号が１５以下の材料を主とする真正（ノンドープ）半導体層を用いるのが好ましい。

図１の放射線発生ユニット１において、半導体層１４を設ける領域は、好ましくは、電子２２の照射領域以上である。ここで電子２２の照射領域は、一般にはターゲット１５を設ける領域と同じか小さいので、言い換えると、半導体層１４を設ける領域は、ターゲット１５を設ける領域かこれよりも大きい領域にするのが好ましい。

ターゲット１５の構成材料としては、電子銃２０から照射された電子を受け取り放射線を発生させる金属材料、例えば、タングステン、モリブデン、ロジウム等の金属単体、これら金属単体を複数種類含む合金等が挙げられる。尚、図１に図示されていないが、ターゲット１５には排熱部材をさらに設けてもよい。ここでターゲット１５及び支持基板１３が共に排熱部材を備え、各々を半導体層の電極として独立に用いる場合には、ターゲット１５が有する排熱部材と支持基板１３が有する排熱部材をそれぞれ別部材とし、両部材を電気的に絶縁させるのが好ましい。

電子銃２０としては、フィラメント、含浸型カソード等の熱電子源、カーボンナノチューブ等の冷陰極電子源等が挙げられる。尚、図１に図示されていないが、電子２２の移動の制御を目的として、電子銃２０とターゲット１５との間に、引き出し電極、電子レンズ、グリッド等の電子２２を加速させるための制御部を設けてもよい。

次に、半導体層１４にて発生する電子正孔対の発生原理について説明する。図３は、半導体層１４にて発生する電子正孔対の発生原理を示す断面模式図であり、（ａ）は、ターゲット１５に微小欠損が存在しない場合を示す図であり、（ｂ）は、ターゲットに微小欠損が存在する場合を示す図である。また図４は、放射線源の駆動時間に対する半導体層に発生する電子正孔対の量を示す図である。

図１の放射線発生管１において、電子銃２０にて発生し、上述した加速電子制御部によって加速された電子２２がターゲット１５に衝突することで放射線（不図示）が発生する。放射線発生管の通算駆動時間が短い状態、所謂初期状態の場合、ターゲット１５には微小欠損を含めた欠陥はほとんど存在しないため、電子銃２０から発生した電子２２は、そのほとんどがターゲット１５に衝突する。ここでターゲット１５に衝突した電子のほとんどは、ターゲット１５内にて放射線や熱を発生させることでエネルギーを失い、ターゲット１５内を流れた後、加速電源（第一電源３１）に流れて行く。ただし、ターゲット１５にて衝突した電子２２の一部は、ターゲット１５を通過して半導体層１４に到達する。半導体層１４に到達した電子は、半導体層１４の構成材料となる化合物との相互作用（電子２２が有するエネルギーの半導体層１４への供与）を起こす。この相互作用により、半導体層１４内に、１個の正孔３４と１個の電子３５とからなる１組の電子正孔対３６が生成される（図３（ａ））。ここで半導体層１４内にて発生する電子正孔対３６の発生量は、半導体層１４に到達した電子２２のエネルギー量に依存する。例えば、半導体層１４の構成材料としてダイヤモンドを選択した場合、電子正孔対３６を発生させるために要するエネルギーは１３ｅＶ程度である。このため、１３ｋｅＶのエネルギーが付加された電子２２（加速電子）が到達した場合に電子正孔対３６が発生する。具体的には、加速電子（電子２２）１個あたり約１０００対の電子正孔対３６が生成されることになる。ここで支持部材１３及びターゲット１５が導体である場合、図１や図３に示されるように、半導体層１４に接する支持部材１３及びターゲット１５に電圧を印加すると、支持部材１３及びターゲット１５に接する半導体層１４に電圧を印加していることとなる。このように半導体層１４に電圧を印加すると、電子正孔対を構成する正孔３４は負極側に、電子３５は正極側に集められる。そして真空容器１０の外部に電流計３３等の通過する電荷量を測定可能な検出器を接続しておけば、発生した電子正孔対３６の量、つまり増幅された漏れ電流の量が検出できる。ただし初期状態における電子正孔対３６の生成量は、図４に示されるように、ターゲット１５に欠陥が生じた状態と比較して微々たるものである。

図１の放射線発生管１は、使用を続けると、使用した分だけターゲット１５に負荷がかかる。この負荷が一定量を超えるとターゲット１５の特定の場所に微小ながら欠損が生じる。図３（ｂ）に示すように、ターゲット１５に欠損１５ａが生じていたり、一部が薄膜化したりした場合には、その部分（欠損部分、薄膜化部分）に到達した電子２２は、ターゲット１５に衝突して消費されることなく（又は少ない消費量で）半導体層１４に到達する。そうすると、半導体層１４に到達した時点で電子２２が有するエネルギー量はターゲットに衝突したときと比較して大きくなるので、半導体層１４において電子正孔対の発生量が増加する。つまり半導体層１４にて発生する漏れ電流量が増加する。このため、この漏れ電流量の変化を電子正孔対３６の量として検出することにより、より微小な漏れ電流の変化を検出することが可能となるため、これを利用してより微小な欠損の検出が可能になる。

従って、微小欠損が発生した場合、図４に示されるように、電子正孔対３６の発生量は初期状態と比較して格段に多くなる。そしてこの微小欠損が生じている状態で放射線源を使用し続けると、ターゲット１５に生じている欠損がさらに拡大しついには大規模な損傷が発生する（図４）。ターゲット１５に大規模な損傷が生じていると、半導体層１４に到達する電子２２の量が多くなると共に、この電子２２が有するエネルギーも平均的に大きくなる。そうすると、半導体層１４にて発生する電子正孔対３６の発生量は、欠損が微小のときと比較して格段に多くなる。

以上を考慮すると、初期状態から微小欠損発生状態への変化を電子正孔対３６の発生量の変化から検出し、管交換等の措置を施せば、大規模損傷を回避することができる。

図５は、本発明の放射線発生ユニットにおける第二の実施形態を示す模式図である。図２の放射線発生ユニット２は、筒状部材１１からなる真空容器１０内に、排熱部材１２と、支持基板１３と、半導体層１４と、ターゲット１５と、からなる複合部材１６と、電子銃２０と、が設けられている。図５の放射線発生ユニット２は、電子銃２０から発生した電子２２がターゲット１５に衝突し、この衝突の際に放射線が発生することについては、図１の放射線発生ユニット１と共通する。一方で、図５の放射線発生ユニット２は、ターゲット１５から発生する放射線を、電子２２の照射側から取り出すという点で図１の放射線発生ユニット１と相違する。図５の放射線発生ユニット２において、取り出された放射線は、筒状部材１１の所定の領域に設けられ放射線を透過する材料からなる放射線透過窓１７から放射線発生管２の外部へ放出される。

図６は、本発明に係る放射線撮影システムの一例を説明する図である。

図６の放射線撮影システム５において、本発明の放射線発生管１は、駆動回路（不図示）と共に、放射線発生ユニット４０に収納されている。また放射線発生ユニット４０は、所定の位置に放射線の放出窓４１が設けられ、この放出窓４１部分に設けられた可動絞りユニット４２と共に放射線発生装置４３を構成している。可動絞りユニット４２は、放射線発生ユニット４０から照射される放射線の照射野の広さを調整する機能を有する。また、可動絞りユニット４２として、放射線の照射野を可視光により模擬表示できる機能が付加されたものを用いることもできる。

システム制御装置５１は、放射線発生装置４３と、検出器５３と信号処理部５４とからなる放射線検出装置５２と、を連携制御する。駆動回路（不図示）は、システム制御装置５１による制御の下に、放射線発生管である放射線発生ユニット４０に各種の制御信号を出力する。この制御信号により、放射線発生装置４３から放出される放射線の放出状態が制御される。放射線発生装置４３から放出された放射線は、被検体６０を透過して検出器５３で検出される。検出器５３は、検出した放射線を画像信号に変換して信号処理部５４に出力する。信号処理部５４は、システム制御装置５１による制御の下に、画像信号に所定の信号処理を施し、処理された画像信号をシステム制御装置５１に出力する。システム制御装置５１は、処理された画像信号に基づいて、表示装置５５に画像を表示させるための表示信号を表示装置５５に出力する。表示装置５５は、表示信号に基づく画像を、被検体６０の撮影画像としてスクリーンに表示する。放射線の代表例はＸ線であり、本発明の放射線発生管１を備えた放射線発生ユニット４０と放射線撮影システム５は、Ｘ線発生ユニットとＸ線撮影システムとして利用することができる。Ｘ線撮影システムは、工業製品の非破壊検査や人体や動物の病理診断に用いることができる。

尚、図６の放射線撮影システム５では、放射線発生管１の構成部材である電流計３３がシステム制御装置５１に接続されている。このため、電流計３３から出力される電気信号をシステム制御装置５１が受け取ることが可能となり、システム制御装置５１にて電流計３３に関する情報を得ることができる。例えば、ターゲット１５に微小なりとも欠陥が生じると、電流計３３に流れる電流が上昇し、この電流の上昇に伴って電流計３３から出力された電気信号は、システム制御装置５１が受け取ることになる。そして、特定の装置（例えば、表示装置５５）にて上記電気信号をアウトプットすることで、放射線発生管１を放射線発生装置４３から取り外さなくてもターゲット１５の状態を把握することができる。

以下、実施例により本発明の放射線発生管について詳細に説明する。ただし、以下に説明する実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、相対配置、工程の順序等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲を限定させるものではない。

図１の放射線発生ユニット１を用いた実施例を以下に説明する。

本実施例においては、排熱部材１２として銅を使用し、支持基板１３としてベリリウムからなる基板を使用し、半導体層１４としてダイヤモンド膜を使用し、ターゲット１５としてタングステンを、それぞれ使用した。本実施例において、半導体層１４としてダイヤモンドが用いられているが、ダイヤモンド自体は耐熱性が高いため、パワーが大きい放射線発生ユニットを作製する際には好ましい。

本実施例では、排熱部材１２、支持基板１３、半導体層１４及びターゲット１５からなる複合部材は、以下に説明する方法により作製した。まずスパッタリング法を用いて、半導体層１４（φ２ｍｍ、厚さ：５００μｍ）を構成するダイヤモンド上にタングステンを成膜してターゲット１５を形成した。このときターゲット１５の大きさはφ１ｍｍであり、厚さは１０μｍであった。次に、金属はんだを用いて、半導体層１４と支持基板１３（φ５ｍｍ、厚さ：２ｍｍ）との間を接着した後、金属はんだを用いて、支持基板１３と排熱部材１２との間を接着した。尚、半導体層１４を、ターゲット１５と同等以上の大きさで作製すると、ターゲット１５の欠損をもれなく検出することができるため好ましい。

また、ターゲット１５の形成方法は、上述したスパッタリング法に限定されず、蒸着法等の一般的な薄膜成膜法を用いて形成してもよい。また金属加工によりターゲット１５になる板状部材を形成して半導体層１４上にこの板状部材を接着してもよい。このとき接着の具体的な方法としては、上述した金属はんだが挙げられるが、溶接、接合等の一般的な接着方法も利用することができる。

電子銃２０は、酸化物カソードを用いた。この電子銃２０は、加熱手段（不図示）によってカソードを加熱することで電子を放出する。

本実施例では、上記複合部材を作製した後、真空容器１０内の所定の空間に酸化物カソード（電子銃２０）を設置し、半導体層１４等の真空容器１０内に設けられる部材について必要な電極及び配線を適宜設置した。次に、筒状部材１１と上記複合部材とを接合した後、真空容器１０の内部を真空にすることにより、図１に示される放射線発生管１を得た。

得られた放射線発生管１について、第一電源３１の電圧（電子の加速電圧）を１００ｋＶに設定し、第二電極３２の電圧（電子正孔対検出電源の電圧）を１０Ｖとした。また第二電極３２と支持基板１３との間に接続される電流計３３を電子正孔対検出器として用いた。まず電子銃２０である酸化物カソードを加熱し、電子銃２０とターゲット１５との間に１０ｍＡの電流を流したところ、焦点サイズは約１ｍｍ²になり、電流計３３は０．５ｍＡの電流を検出した。次に、酸化物カソードの加熱を一旦終了して真空容器１０内からターゲット１５を取り出してその特性を確認したところ、微小欠陥は発見されなかった。次に、ターゲット１５を再度設置して真空容器１０内を再び真空にした後、第一電源３１の電圧を１００ｋＶとし、印加する電流を１０ｍＡに設定したところ、再び電流計３３が０．５ｍＡの電流を検出した。次に、第一電源３１の電圧を１００ｋＶとし、印加する電流を２０ｍＡに設定したところ、電流計３３が１０ｍＡの電流を検出した。次に、第一電源３１の電圧を１００ｋＶとし、印加する電流を１０ｍＡに設定したところ、電流計３３が５ｍＡの電流を検出した。この後、ターゲット１５の状態を確認したところ、放射線発生管１を駆動する前には見られなかった微小欠陥が複数見つかり、その面積和は１０μｍφ相当であった。

以上より、本実施例の放射線発生管は、管を構成するターゲットに生じる微小欠損を精度よく検出することができた。

本実施例では、実施例１において、ターゲット１５としてタングステンを使用し、半導体層１４としてシリコンカーバイドを使用し、支持基板１３としてベリリウム製基板を使用し、排熱部材１２として銅を使用した。これを除いては、実施例１と同様の方法により、図１の放射線発生管１を得た。尚、半導体層１４の構成材料としてシリコンカーバイドを用いることで、入力パワーの大きな放射線発生装置に適用する際、費用を安価にできるため好ましい。

得られた放射線発生管について、実施例１と同様の方法により駆動させた。まず電子銃２０とターゲット１５との間に１０ｍＡの電流を流したところ、焦点サイズは約１ｍｍ²になり、電流計３３は０．５ｍＡの電流を検出した。次に、酸化物カソードの加熱を一旦終了して真空容器１０内からターゲット１５を取り出してその特性を確認したところ、微小欠陥は発見されなかった。次に、ターゲット１５を再度設置して真空容器１０内を再び真空にした後、第一電源３１の電圧を１００ｋＶとし、印加する電流を１０ｍＡに設定したところ、再び電流計３３が０．５ｍＡの電流を検出した。次に、第一電源３１の電圧を１００ｋＶとし、印加する電流を２０ｍＡに設定したところ、電流計３３が３ｍＡの電流を検出した。次に、第一電源３１の電圧を１００ｋＶとし、印加する電流を１０ｍＡに設定したところ、電流計３３が２ｍＡの電流を検出した。この後、ターゲット１５の状態を確認したところ、放射線発生管１を駆動する前には見られなかった微小欠陥が複数見つかり、その面積和は５μｍφ相当であった。

以上より、本実施例の放射線発生管は、管を構成するターゲットに生じる微小欠損を精度よく検出することができた。

本実施例では、図７に示される放射線発生管３を作製した。本実施例では、実施例１において、図１に示される排熱部材１２、支持基板１３、半導体層１４及びターゲット１５からなる複合部材に相当する部材を、以下に説明する方法により作製した。まずスパッタリング法を用いて、半導体層１４（φ５ｍｍ、厚さ：１ｍｍ）を構成するダイヤモンド上にタングステンを成膜してターゲット１５を形成した。このときターゲット１５の大きさはφ４ｍｍであり、厚さは１０μｍであった。次に、スパッタリング法を用いて、半導体層１４のターゲット１５が形成されていない面上にアルミニウムを成膜して電極層２４を形成した。このとき電極層２４の大きさはφ２ｍｍであり、厚さは５００μｍであった。次に、金属はんだを用いて、半導体層１４と排熱部材１２との間を接着した。尚、本実施例において、半導体層１４は、支持基板としての機能も兼ねている。このため、支持基板を半導体層１４とは別個に設ける必要がなく、より安価に放射線発生ユニットを作製することができる。また本実施例において、電極層２４は、電流計３３を介して第二電源３２と電気接続されている。

以上を除いては、実施例１と同様の方法により放射線発生管を作製した。

得られた放射線発生管について、実施例１と同様の方法により駆動させた。まず電子銃２０とターゲット１５との間に１０ｍＡの電流を流したところ、焦点サイズは約１ｍｍ²になり、電流計３３は０．５ｍＡの電流を検出した。次に、酸化物カソードの加熱を一旦終了して真空容器１０内からターゲット１５を取り出してその特性を確認したところ、微小欠陥は発見されなかった。次に、ターゲット１５を再度設置して真空容器１０内を再び真空にした後、第一電源３１の電圧を１００ｋＶとし、印加する電流を１０ｍＡに設定したところ、再び電流計３３が０．５ｍＡの電流を検出した。次に、第一電源３１の電圧を１００ｋＶとし、印加する電流を２０ｍＡに設定したところ、電流計３３が３ｍＡの電流を検出した。次に、第一電源３１の電圧を１００ｋＶとし、印加する電流を１０ｍＡに設定したところ、電流計３３が２ｍＡの電流を検出した。この後、ターゲット１５の状態を確認したところ、放射線発生ユニット３を駆動する前には見られなかった微小欠陥が複数見つかり、その面積和は５μｍφ相当であった。

以上より、本実施例の放射線発生管は、管を構成するターゲットに生じる微小欠損を精度よく検出することができた。

本実施例では、図８に示される放射線発生管４を作製した。図８に示される放射線発生管４は、図７に示される放射線発生管３と比較してターゲット１５の設置数を複数（少なくとも２個）にしたことを除いては、図７に示される放射線発生管３と共通する。図８に示される放射線発生管４は、ターゲット１５が複数設けられているが、各ターゲット１５において構成材料や大きさについては、同じにしてもよいしそれぞれ異なるようにしてもよい。また図８に示される放射線発生管４は、ターゲット１５が複数設けられているため、ターゲット１５の個数と同じ個数の電子銃２０を設置する必要がある。

本実施例においては、ターゲット１５、半導体層１４及び電極層２４の構成材料、厚さ及び大きさを実施例３と同じ条件にした。

得られた放射線発生管について、実施例１と同様の方法により駆動させた。まず電子銃２０とターゲット１５との間に１０ｍＡの電流を流したところ、焦点サイズは約１ｍｍ²になり、電流計３３は０．５ｍＡの電流を検出した。次に、酸化物カソードの加熱を一旦終了して真空容器１０内からターゲット１５を取り出してその特性を確認したところ、微小欠陥は発見されなかった。次に、ターゲット１５を再度設置して真空容器１０内を再び真空にした後、第一電源３１の電圧を１００ｋＶとし、印加する電流を１０ｍＡに設定したところ、再び電流計３３が０．５ｍＡの電流を検出した。次に、第一電源３１の電圧を１００ｋＶとし、印加する電流を２０ｍＡに設定したところ、電流計３３が３ｍＡの電流を検出した。次に、第一電源３１の電圧を１００ｋＶとし、印加する電流を１０ｍＡに設定したところ、電流計３３が２ｍＡの電流を検出した。この後、ターゲット１５の状態を確認したところ、放射線発生管４を駆動する前には見られなかった微小欠陥が複数見つかり、その面積和は５μｍφ相当であった。

以上より、本実施例の放射線発生ユニットは、ユニットを構成するターゲットに生じる微小欠損を精度よく検出することができた。

図５に示される放射線撮影システムに基づいて本発明の放射線撮影システムの実施例について説明する。図５の放射線撮影システム５は、実施例１にて作製した放射線発生管１を備える放射線発生装置を用いた。

本実施例では、定期点検での線量測定の際に併せて、電子正孔対検出器（電流計３３）の測定値を記録しその経時変化を確認した。そして電流計３３にて検知した電流に変動が見られた時点で放射線発生管１を交換するメンテナンスを行うようルールを決めて放射線撮影システム５を稼動させた。その結果、ターゲット１５の大破壊による放射線撮影システム５の使用不能期間は発生しなくなった。

以上より、本発明の放射線撮影システムは、信頼性の高い放射線撮影装置であった。

１（２、３、４）：放射線発生管、５：放射線撮影システム、１０：真空容器、１１：筒状部材、１２：排熱部材、１３：支持基板、１４：半導体層、１５：ターゲット、１７：放射線透過窓、２０：電子銃、２１：フィードスルー、２２：電子（加速電子）、２３：電極、２４：電極層、３１：第一電源、３２：第二電源、３３：電流計、３６：電子正孔対、４０：放射線発生ユニット、４３：放射線発生装置、５１：システム制御装置、５２：放射線検出装置、５３：検出器、５４：信号処理部、５５：表示装置、６０：被検体

Claims (6)

1. 電子放出源から放出された電子を受容するターゲットと、
   前記ターゲットを支持する支持基板と、
   前記ターゲットと前記支持基板の間に設けられる半導体層と、
   前記半導体層に電気接続される電極と、
   前記電極に電気接続される電圧印加手段及び電荷量測定手段と、を有し、
   前記ターゲットが前記電子を受容することによって放射線が発生することを特徴とする、放射線発生管。
2. 前記半導体層が、ダイヤモンドからなる層であることを特徴とする、請求項１に記載の放射線発生管。
3. 前記半導体層が、シリコンカーバイドからなる層であることを特徴とする、請求項１に記載の放射線発生管。
4. 前記半導体層が、前記支持基板を兼ねることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の放射線発生管。
5. 前記半導体層を設ける領域が、前記電子の照射領域以上であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の放射線発生管。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の放射線発生管を備える放射線発生ユニットと、
   前記放射線発生ユニット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装置と、を備えることを特徴とする、放射線撮影システム。

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