JP2015523685A - Ｘ線源、その使用およびｘ線生成方法 - Google Patents

Abstract

本発明の対象は、Ｘ線源である。このＸ線源内では、殊に単色Ｘ線が生成される。さらに本発明は、Ｘ線の生成方法並びに物体の透視検査のためのＸ線源の使用に関する。本発明では、ケーシング（１９）内に金属フィルムがターゲット（１１）として設けられており、このターゲットに電子ビーム（１３）が照射される。これによって、ターゲットは励起されて単色Ｘ線（１８）を送出する。ここで、このターゲット（１１）は次のように変化する。すなわち、単色Ｘ線の生成のための特定の使用が可能でなくなるように変化する。従って、有利には、電子ビーム用の生成装置（２６）は方向転換可能であり、ターゲットもロール（２８、２９）を介して巻かれる。

Description

本発明は、ケーシングを有するＸ線源に関する。このケーシング内にはターゲットが設けられており、このターゲットは、電子ビームの衝突を受けて、Ｘ線を送出する。さらに本発明は、Ｘ線の生成方法に関する。この方法では、Ｘ線源のケーシング内で、ターゲットに電子ビームが照射される。最後に、本発明は、単色Ｘ線を送出するＸ線源の使用にも関する。

冒頭に記載した様式のＸ線源、その使用およびＸ線生成方法は、例えば、ＵＳ２００８／０１４４７７４Ａ１号に記載されている。これに従えば、Ｘ線源は例えば、ケーシング内に複数の電極を配置することによって実現される。電子ビームは、このケーシング内で、０Ｖのポテンシャルを有している電極によって生成される。この電極に対向して、アノードが配置されており、このアノードは、電子ビーム用のターゲットとして使用される。このアノードは、１００ｋＶのポテンシャルを有している。アノードの後ろに、さらに、コレクタが設けられている。このコレクタのポテンシャルは１００ｋＶである。電子ビームがアノードに衝突すると、Ｘ線が放射される。このＸ線は適切な窓（Ｘ線を通す）を通じて、ケーシングから取り出され、使用される。

ターゲットとして用いられるアノードは、薄肉の構築物として構成される。例えば、これは、ホウ素から成るベースプレートを有し得る。このベースプレートは、１０〜２００μｍの間の厚さを有する。この上には、０．１〜５μｍの層厚を有する、ターゲットとして用いられる薄い層のタングステンが被着される。しかし、この極めて薄いタングステン層は電子ビームによって、高い負荷にさらされる。

本発明の課題は、冒頭に記載したＸ線源を次のように改善することである。すなわち、ターゲットを取り替えることなく、Ｘ線源の比較的長い動作持続時間が可能になるように改善することである。さらに、本発明の課題は、上述したＸ線源の動作方法を提供することである。最後に、本発明の課題は、このようなＸ線源に対する使用を見出すことである。

本発明の課題は、冒頭に記載したＸ線源によって本発明に相応して、次のことによって解決される。すなわち、ターゲット材料として金属フィルムが設けられ、電子ビームとターゲットとが相対的に動くことによって解決される。電子ビーム生成器および／または金属フィルムが動くことによって、電子ビームが常にターゲットの同じ箇所に当たって、ここの箇所にのみ熱的な負荷がかかることがなくなる。むしろ、電子ビームによって生成される活性領域がターゲット上で移動し、これによって、局部的な熱による過負荷を回避することができる。さらに、電子ビームを常に、所望量のＸ線の生成が保証されなくなるほどその不可侵性が妨害されることのないターゲット材料に向けることも可能である。（電子ビームとターゲットとの間の相対運動を生じさせる形態に関しては以降に記載される）。

全体として、本発明の措置によって、Ｘ線源の可動期間をより長くできる。なぜなら、ターゲットと電子ビームとの間の可能な相対運動によって、いわゆる、予備分を使い果たさないターゲット材料が、Ｘ線源のケーシング内に保たれる。従ってターゲットの交換の頻度がより少なくなり、これによって、ターゲットを交換することのない確実な可動が、長期間にわたって可能になる。これによって有利には、Ｘ線源の可動がより経済的にもなる。

本発明の有利な構成では、金属フィルムは一種類の軽金属または複数の種類の軽金属、殊にアルミニウムから成る。軽金属とは、本発明では、その密度が５ｇ／ｃｍ^３を下回る金属およびその合金のことである。詳細には、この定義は、以下の軽金属に当てはまる：全てのアルカリ金属、ラジウム以外の全てのアルカリ土類金属、スカンジウム、イットリウム、チタンおよびアルミニウムである。他の、金属フィルムの形成に有利な材料群は、タングステン、モリブデンおよびランタノイドのグループである。詳細にはこれは、元素ランタンであり、周期表においてランタンに続く１４個の元素である。

薄い金属フィルムの使用はさらに、次のような利点を有している。すなわち、電子ビームによってターゲットを励起することによって、有利には、単色Ｘ線が生成される、という利点を有している。これは１つの波長のみを有しているＸ線であり、例えば単色Ｘ線によってＸ線画像をより鮮明に結像することができる、という利点がある。従って、本発明の択一的な解決策は、この単色Ｘ線を物体の透視検査に使用する、ということでもある。ここでこれは次のように実現されなければならない。すなわち、使用されている単色Ｘ線の波長において、画像上で、物体のコントラストが出現するように実現されなければならない。物体とは技術的な構築物（技術的な物体または無生物体）のことであり、これは例えば、空気の影響に関して検査されなければならない部品接合部のことである。別の可能性は、人間または動物の体のＸ線画像撮影である。

本発明の有利な構成では、アノードはテープの形態で構成されている。このテープは第１のロールから繰り出され、第２のロールに巻き取り可能である。アノードのテープ状の構成は、次のような大きい利点を有する。すなわち、簡単な操作ステップによって、アノードの電子ビームの通過を実現することができる、という利点である。これによって、ターゲットと電子ビームとの間の上述した相対運動が生じる。特に有利には、このテープは、Ｘ線源にロールの形態で供給され、使用されたテープは、相応のロールに巻き取られる。従って、テープを、Ｘ線源の動作中に、ケーシング内に安全に保管し、電子ビームに供給することが容易に可能である。さらに、これが使い果たされた場合には、ロールを取り出すことによってテープをより簡単に交換することができる。特に有利には、この目的のために、第１のロールと第２のロールをケーシングの真空室内に収容することができる。真空室とは、本発明では、ケーシング内の特別な、閉じられた空間のことであり、これは一方では、ケーシング内部に対して、テープ状のターゲット材料用の入り口を有している。さらに、外部へ向けた、閉鎖可能なロック開口部があり、この開口部を、使用されたロールが通される。ロール交換を、使用されているロックされた真空室のみに大気を入れることによって行うことができる。従って、ケーシングの残りのケーシング空間は真空状態のままである。さらに、Ｘ線の生成が有利には、真空ケーシング内で行われる、ということに留意されたい。少なくとも第２のロールは有利には、機械的にも、駆動部と結合されているべきである。この駆動部は有利には、ケーシングの外側に固定されている。ケーシング外への固定は、有利には、次の利点を有している。すなわち、駆動部がより容易にメンテナンス可能である、という利点を有している。なぜなら、駆動部は容易にアクセス可能であり、メンテナンス作業には、ケーシング空間に大気を入れる必要はないからである。

電子ビームとターゲット材料との間の相対運動を保証する別の方法は、電子ビーム生成装置を方向転換可能に構成することである。生成装置の向きを変えることによって、電子ビームもターゲット材料上で移動し、これによって、ターゲット材料全体の均一な負荷が実現される。当然ながら、方向転換可能な生成装置を、回転機構と組み合わせることもできる。回転機構は電子ビームをテープ上で巻き取り方向に動かすことができ、生成装置は、殊にテープの運動方向に対して垂直に方向転換可能である。これは、このテープが全幅においても利用可能であることを保証する。これによって、ターゲット材料の最適な利用が可能になる。

有利には、金属フィルムは、０．１μｍ〜０．５μｍの厚さ、有利には０．５μｍの厚さを伴って作成される。提示された厚さは技術的な妥協点であり、この厚さは一方では、ターゲットと成る金属フィルムが、例えばロール上で操作可能であるために充分に頑強でなければならない、ということに影響される。さらに、ターゲット材料は、電子ビームにある程度の耐性も示さなければならない。とりわけ、比較的厚いターゲット材料によって、熱分散もより良好になる。他方で、単色Ｘ線を生成するために、ターゲットはできるだけ薄肉に構成されていなければならない。

さらなる詳細を以降で、図面に基づいて記載する。同じまたは相応する部材には、個々の図面においてそれぞれ、同じ参照番号が付けられており、個々の図面の間の差がどのようなものであるのかに関してのみ、繰り返し説明される。

単色Ｘ線の生成の概略図 本発明のＸ線源の実施例の概略図

図１では、ターゲット１１として、金属フィルム１２（部分的に示されている）が設けられている。電子ビーム１３の電子１４が、ターゲット材料（例えばアルミニウム）の原子１５に衝突する。原子１５のＫ殻１６も示されている。ここで、電子ビームが作用して、Ｋ殻１６の電子１７のうちの１つが励起され、別の殻に上げられる。この電子が跳んで戻ると、単色Ｘ線１８が送出される。

図２には、本発明のＸ線源の構造が示されている。Ｘ線源自身は、窓２２を備えた、真空化可能なケーシング１９内に収容されている。電子ビーム１３は、ケーシング１９内に入る。これに続いて、電子ビームはターゲット１１に衝突する。ここでこのターゲットは、薄いので、電子ビームのエネルギーをほとんど吸収しない。しかし、エネルギーの一部は、原子１５の励起によって（図１を参照）、上述したように、単色Ｘ線１８に変換される。これは、窓２２を通ってこのケーシングから出る。電子ビーム１３内の電子１４を充分に加速するために、いわゆる電子銃が設けられる。この電子銃はカソード２３を有しており、これは、電界が存在する場合に、電子を送出する。これらの電子はレンズ２４によって収束される。電界は次のことによって形成される。すなわちターゲットがアノードとして接続されていることによって形成される。このアノードは、１００〜３００ｋＶのポテンシャルで動かされる。ここで付加的に、ターゲットの後方に、４０〜１２０ｋＶのポテンシャルを有するコレクタ２７が設けられる。このコレクタは、ターゲット１１をほぼ完全に通過した電子ビームを静電気によって制動し、この電子ビームから運動エネルギーを取り込む。制動された低エネルギーの電子はコレクタによって吸収され、電流として排出される。

ケーシング内にはさらに、第１のロール２８と第２のロール２９とが設けられている。第１のロール２８には、テープ３０の形態で存在するターゲットが巻かれており、詳細には示されていない様式で、アクチュエータＭ２（ケーシング外に、それ自体公知の様式で、ロール２９を回転させる駆動シャフト上に載置されている）によって駆動される。ここで、ターゲット１１は、ロール２８から繰り出され、ロール２９に巻き取られる。ロール２８と２９の交換を容易にするために、一点鎖線で示された真空室３１が設けられている。従って、ケーシングの残りの空間はロール２８、２９の交換時に、大気を入れずに済む。ロール２８、２９は、示されているふた３２を通じて取り出される。

電子銃も、シャフト３３上に、方向転換可能に支承されている。駆動は、モータＭ１を介して行われる。シャフト３３は、図平面に対して平行に、収容部３４内に位置する。従って、電子銃の方向転換によって、電子ビーム１３を、テープ３０の全幅にわたってパニングさせることができる。ロール２８、２９の駆動によって、電子ビームは、テープ３０の長手方向においても、ターゲット上の衝突箇所を変えることができる。

Claims (11)

1. ケーシング（１９）を有するＸ線源であって、
   当該ケーシング（１９）内には、電子ビーム（１３）の衝突によってＸ線を送出することができるターゲット（１１）が設けられている、Ｘ線源において、
   ターゲット材料として金属フィルム（１２）が設けられており、
   前記電子ビーム（１３）と前記ターゲットは相対的に動く、
   ことを特徴とするＸ線源。
2. 前記金属フィルムは一種類または複数の種類の軽金属、殊にアルミニウムから成る、請求項１記載のＸ線源。
3. 前記金属フィルムは
   ランタノイド、
   タングステン、
   モリブデン、または、
   ランタノイド、タングステンおよびモリブデンのうちの少なくとも２つから成る合金から成る、請求項１記載のＸ線源。
4. 前記アノードはテープ（３０）の形状で形成されており、当該テープは第１のロール（２８）から繰り出され、第２のロール（２９）に巻き取り可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載のＸ線源。
5. 前記第１のロール（２８）と前記第２のロール（２９）とは、前記ケーシング（１９）の真空室（３１）内に収容されている、請求項４記載のＸ線源。
6. 前記第２のロールは、前記ケーシングの外側に固定されている駆動部と機械的に結合されている、請求項４または５記載のＸ線源。
7. 前記電子ビーム（１３）の生成装置（２３、２４、２６）は方向転換可能に構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のＸ線源。
8. 前記金属フィルム（１２）は、０．１μｍ〜０．５μｍの厚さ、有利には０．５μｍの厚さで形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のＸ線源。
9. Ｘ線の生成方法であって、
   Ｘ線源のケーシング（１９）内で、ターゲット（１１）に電子ビーム（１３）を照射して、Ｘ線を送出する、生成方法において、
   ターゲット材料として金属フィルム（１２）を使用し、
   前記電子ビーム（１３）と前記ターゲットとを相対的に動かす、
   ことを特徴とする、Ｘ線の生成方法。
10. 前記ターゲットを用いて、単色Ｘ線を生成する、請求項９記載の方法。
11. 請求項１から８までのいずれか１項に記載された、単色Ｘ線を送出するＸ線源の、物体の透視検査のための使用であって、
    前記物体は、使用されているＸ線の波長において、判別可能なコントラストを形成する、
    ことを特徴とする使用。

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