JP2017054679A - 固定陽極型ｘ線管装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトかつ高いＸ線強度を有する固定陽極型Ｘ線管装置を提供する。【解決手段】真空外囲器と、前記真空外囲器の内部に配置され負の高電圧が印加され電子を放出する陰極と、前記電子が入射してＸ線を放出する焦点が形成されるターゲット面を前記真空外囲器の内部に有する接地された陽極ターゲットと、第１方向に前記陰極から前記陽極ターゲットに向かう電子の軌道と前記ターゲット面とを取り囲み開口部が形成された陽極フードと、前記開口部を閉塞し前記焦点から放出される前記Ｘ線を透過させるＸ線窓と、を有する前記陽極ターゲットと同電位の陽極筒と、前記真空外囲器の外側に配置され前記ターゲット面を含む空間に磁場を発生させて前記第１方向から第２方向へと連続的に前記電子の軌道を偏向させる磁気偏向部と、を備え、前記焦点が形成される位置の前記ターゲット面に接する平面を第１平面、とすると、前記第２方向が前記第１平面から内側に成す角度は、０°より大きく４０°以下である、固定陽極型Ｘ線管装置。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、固定陽極型Ｘ線管装置に関する。

固定陽極型Ｘ線管装置は、固定陽極型Ｘ線管を備えている。固定陽極型Ｘ線管は、回転陽極型Ｘ線管と比べて小型で操作性が良いという利点を活かして、可搬型の小型Ｘ線管装置や工業用の非破壊検査装置などに用いられている。

固定陽極型Ｘ線管装置では、陰極から放射された電子は、陰極と陽極ターゲットとの間の電位勾配により加速、集束され、電子ビームとなる。電子ビームは、典型的には１００〜３５０ｋｅＶのエネルギを持って、陽極ターゲットのターゲット面に衝突してＸ線発生源となる焦点を形成する。電子ビームは、陽極ターゲットのターゲット面に略垂直（９０°±２０°）に衝突する。焦点に高いエネルギを持った電子ビームが衝突すると、電子ビームは、ターゲット材により急速に減速され、Ｘ線を放出する。Ｘ線に変換される割合は、陽極ターゲットに衝突する電子の運動エネルギの中の１％以下である。残りの電子の運動エネルギは熱に変換される。

このような従来Ｘ線管に比べてＸ線強度を増大させる改良Ｘ線管が開示されている（特許文献４乃至８）。この改良Ｘ線管は、陽極接地管であり、従来Ｘ線管よりもターゲット面に対して浅い角度で電子ビームを入射させて焦点を形成する。これにより、Ｘ線窓から放出されるＸ線強度を増大させている。電子ビーム強度を同一とし、陰極と陽極ターゲット間の電位勾配を１００〜１５０ｋＶとした条件において、改良Ｘ線管は、従来Ｘ線管に比べてＸ線強度を最大で１．５倍に増大させることができることが示されている。

実公平１−４５０８２号公報 特開平３−１４９７４０号公報 特開２０１４−２２１８５号公報 米国特許第３７１９８４６号明細書 米国特許第４６０７３８０号明細書 米国特許第５１２８９７７号明細書 米国特許第５８２８７２７号明細書 米国特許第７０６８７４９号明細書

しかしながら、改良Ｘ線管において、Ｘ線窓の電位は、陽極ターゲットと同電位である。焦点からＸ線窓方向に飛び出した反跳電子は、Ｘ線窓を直撃する。このため、改良Ｘ線管は、Ｘ線窓の温度上昇を低減させることが困難である。反跳電子は、焦点からＸ線窓に向かう方向で多くなるような角度分布をもって飛び出すものである。従って、改良Ｘ線管において、反跳電子がＸ線窓を直撃することによるＸ線窓の温度上昇は、従来Ｘ線管に比べてより深刻であると予想される。
以上のことから、改良Ｘ線管は、Ｘ線強度の増大に限界が生じてしまう恐れがある。また、ターゲット面に対して浅い角度で電子ビームを入射させて焦点を形成させるための電子光学系は、Ｘ線の放射方向に沿った方向の寸法を増大させてしまう恐れがある。

本実施形態は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、コンパクトかつ高いＸ線強度を有する固定陽極型Ｘ線管装置を提供することにある。

本実施形態によれば、
真空外囲器と、前記真空外囲器の内部に配置され負の高電圧が印加され電子を放出する陰極と、前記電子が入射してＸ線を放出する焦点が形成されるターゲット面を前記真空外囲器の内部に有する接地された陽極ターゲットと、第１方向に前記陰極から前記陽極ターゲットに向かう電子の軌道と前記ターゲット面とを取り囲み開口部が形成された陽極フードと、前記開口部を閉塞し前記焦点から放出される前記Ｘ線を透過させるＸ線窓と、を有する前記陽極ターゲットと同電位の陽極筒と、前記真空外囲器の外側に配置され前記ターゲット面を含む空間に磁場を発生させて前記第１方向から第２方向へと連続的に前記電子の軌道を偏向させる磁気偏向部と、を備え、前記焦点が形成される位置の前記ターゲット面に接する平面を第１平面、とすると、前記第２方向が前記第１平面から内側に成す角度は、０°より大きく４０°以下である、固定陽極型Ｘ線管装置が提供される。

図１は、本実施形態における固定陽極型Ｘ線管装置のＸ−Ｙ断面を示す図である。 図２は、固定陽極型Ｘ線管のＸ−Ｙ断面を示す図である。 図３は、陽極構体のＸ−Ｙ断面を示す図である。 図４は、第１平面、第２平面、及び第３平面を示す図である。 図５は、固定陽極型Ｘ線管のＸ−Ｚ断面を示す図である。 図６は、本実施形態における固定陽極型Ｘ線管装置の変形例を示すＸ−Ｙ断面図である。 図７は、固定陽極型Ｘ線管装置の従来例を示すＸ−Ｙ断面図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、本実施形態における固定陽極型Ｘ線管装置のＸ−Ｙ断面を示す図である。なお、Ｘ−Ｙ断面とは、方向Ｘ及び方向Ｙを含むＸ−Ｙ平面に平行な断面を指すものである。方向Ｘは、上方から下方へ向かう方向である。方向Ｙは、方向Ｘと交差する方向であり、方向Ｚは、方向Ｘ及び方向Ｙと交差する方向である。図示した例においては、方向Ｘ、方向Ｙ、及び方向Ｚは、互いに直交している。

固定陽極型Ｘ線管装置９９は、固定陽極型Ｘ線管１００、磁気偏向部１０１、タンク１０２、高電圧発生器１０３、電気絶縁用流体１０４、Ｘ線放射口１０５、エアファン１０６、リング状ハンドル１０７、リング状ベース１０８、及び隔壁１０９を備えている。

固定陽極型Ｘ線管１００は、真空外囲器５０、陰極フィラメント６、陰極カップ７、陽極ターゲット１０などを備えている。真空外囲器５０は、例えば、絶縁筒５、陰極構体１、陽極構体２、及びフランジ１２で構成されている。陰極フィラメント６は、陰極構体１に備えられ、真空外囲器５０の内部に配置されている。陽極ターゲット１０は、陽極構体２に備えられ、真空外囲器５０の内部に配置されている。絶縁筒５及び陰極構体１は、タンク１０２の内部に配置されている。円盤状のフランジ１２の内径には、陽極構体２が挿通され、固定されている。また、フランジ１２の下側の面にタンク１０２の内面が固定されている。すなわち、真空外囲器５０は、フランジ１２及びＯ−リング１２ｂを介して、タンク１０２に固定されている。なお、陽極構体２は、タンク１０２の下方へ延出している。

磁気偏向部１０１は、真空外囲器５０の外側に配置され、真空外囲器５０の内部に磁場を発生させる。このとき、磁場は、陰極フィラメント６と陽極ターゲット１０との間で、陽極ターゲット１０に近接して形成されている。図示した例では、磁気偏向部１０１は、陽極構体２に対向し、タンク１０２の下側に配置されている。磁気偏向部１０１の位置調整や交換の容易性の観点から、磁気偏向部１０１は、固定陽極型Ｘ線管１００の外側に配置されていることが望ましく、タンク１０２の外側に配置されていることが望ましい。

タンク１０２は、胴部１０２ａ、上部１０２ｂ、及び下部１０２ｃを備えている。胴部１０２ａは、筒状に形成されており、胴部１０２ａの内部空洞は、方向Ｘに延在している。上方に位置する胴部１０２ａの開口端は、上部１０２ｂによって密閉されており、下方に位置する胴部１０２ａの開口端は、下部１０２ｃによって密閉されている。上部１０２ｂは、例えばろう接や溶接によって、胴部１０２ａに気密に固定されている。下部１０２ｃも、胴部１０２ａに気密に固定されている。下部１０２ｃは、例えば中央に開口部を有しており、この開口部を貫通する様に固定陽極型Ｘ線管１００が配置されている。下部１０２ｃの開口部には、フランジ１２がＯ−リング１２ｂを介して気密に固定されている。フランジ１２の内径には、陽極構体２が気密に固定されている。このため、タンク１０２の内部は、密閉状態を維持することができる。

高電圧発生器１０３は、タンク１０２の内部に配置されている。高電圧発生器１０３は高電圧ケーブル４０を介して、陰極構体１の充電露出部に接続され、陰極構体１に負の高電圧を印加する。このとき、陰極構体１に印加される負の高電圧は、例えば−１５０乃至−３５０ｋＶである。固定陽極型Ｘ線管装置９９がＸ線を出力している間、陰極フィラメント６と陽極ターゲット１０との間には、管電流が流れる。この管電流は、真空外囲器５０中の真空を介した伝導であるために低電流であり、例えば、管電流の値は、３ｍＡである。タンク１０２の内部には、電気絶縁用流体１０４が、タンク１０２の外側の雰囲気圧以上の圧力で封入されており、固定陽極型Ｘ線管１００及び高電圧発生器１０３を囲んでいる。電気絶縁用流体１０４は、六フッ化硫黄などの大気よりも電気絶縁性の高いガスで形成されており、高電圧発生器１０３をタンク１０２から電気的に絶縁している。また、電気絶縁用流体１０４は、固定陽極型Ｘ線管１００及び高電圧発生器１０３を冷却する機能も有している。

Ｘ線放射口１０５は、タンク１０２の下方に配置され、方向Ｙで陽極構体２と対向している。Ｘ線窓１１ｂを通して固定陽極型Ｘ線管１００から放射されるＸ線は、Ｘ線放射口１０５を通して固定陽極型Ｘ線管装置９９から放射される。

リング状ハンドル１０７は、タンク１０２の上方に配置され、タンク１０２の上部１０２ｂに接続している。リング状ハンドル１０７は、把持部１０７ａと、把持部１０７ａからタンク１０２へ延出する支柱１０７ｂと、を備えている。固定陽極型Ｘ線管装置９９は、可搬性を有しており、運搬時には把持部１０７ａを把持して移動させることができる。リング状ベース１０８は、タンク１０２の下方に配置され、タンク１０２の下部１０２ｃに接続している。リング状ベース１０８は、土台部１０８ａと、土台部１０８ａからタンク１０２へ延出する支柱１０８ｂとを備えている。例えば、固定陽極型Ｘ線管装置９９は、土台部１０８ａを足にして設置場所に設置される。これにより、固定陽極型Ｘ線管装置９９は、Ｘ線の放射位置を固定することができる。複数の支柱１０７ｂは、互いに間隔を空けて配置されている。複数の支柱１０８ｂも、互いに間隔を空けて配置されている。

隔壁１０９は、リング状ベース１０８の内側に配置され、陽極構体２を囲んでいる。図示した例において、隔壁１０９は、隔壁１０９とタンク１０２の間、及び土台部１０８ａ側に複数の間隙を有している。隔壁１０９の内側には、エアファン１０６が配置されている。エアファン１０６は、隔壁１０９の内側に気流１１０を形成し陽極構体２を冷却するガス冷却装置である。後述するが、陽極構体２を冷却する冷却装置は、ガス冷却装置に限定されるものではなく、例えば、液体冷却装置であってもよく、ペルチェ冷却装置などであってもよい。

図２は、固定陽極型Ｘ線管のＸ−Ｙ断面を示す図である。
絶縁筒５は、絶縁材料によって、筒状に形成されている。絶縁筒５の内部空洞は、方向Ｘに延在している。絶縁筒５を形成する絶縁材料は、例えば、アルミナ等のセラミックである。陰極構体１と陽極構体２とは、絶縁筒５を介して所定の間隔で対向配置されている。陰極構体１は、絶縁筒５の上側に位置する一端５ａに固定されている。陽極構体２は、絶縁筒５の一端５ａの下側に位置する他端５ｂに固定され、絶縁筒５の外側に延出している。陰極構体１は、封止金属リング３を介して、絶縁筒５に固定されている。陽極構体２は、封止金属リング４を介して、絶縁筒５に固定されている。例えば、封止金属リング３及び４は、コバールで形成されており、陰極構体１側の封止金属リング３は、コロナリングの機能を有している。このとき、陰極構体１は、陰極フィラメント６、陰極カップ７、カバー８を備えている。陽極構体２は、陽極ターゲット１０、陽極筒１１、フランジ１２、コロナリング１９を備えている。

絶縁筒５の外周には、陰極構体１と陽極構体２との沿面距離を長くするため、陽極構体２側の他端５ｂ付近を除いて複数のヒダ１３が形成されている。絶縁筒５の外周は、他端５ｂにおいて、環状のメタライズ面１４及び環状凹部１５を備えている。メタライズ面１４は、環状凹部１５より絶縁筒５の端部の近くに位置している。環状凹部１５がある部分における絶縁筒５の外径は、ヒダ１３がある部分における絶縁筒５の外径より小さい。メタライズ面１４は、方向Ｘに延在している。メタライズ面１４に、断面Ｕ字形状の封止金属リング４の直線部４ａが接合されている。絶縁筒５の外周面は、環状凹部１５ａによって、封止金属リング４の湾曲部４ｂから離れる形状に構成されている。

また、絶縁筒５の陰極構体１側の一端５ａにも環状のメタライズ面１６が形成されている。メタライズ面１６は、円盤状に形成されている。このメタライズ面１６に、断面Ｕ字形状の封止金属リング３の直線部３ａが接合されている。絶縁筒５の外周は、陰極構体１側の一端５ａに段部１５ｂを備えている為、封止金属リング３の湾曲部３ｂから下方に離れる形状に構成されている。

以上、説明した構造により、絶縁筒５と封止金属リング４との接合部、及び絶縁筒５と封止金属リング３との接合部には、陽極筒１１および陰極構体１の間にできる高電圧がほとんど及ばない。従って、陰極構体１と陽極ターゲット１０との間に１００〜３５０ｋＶという高電圧を印加した場合でも、ろう接部からのコロナ放電を抑制することができる。なお、メタライズ面１４と直線部４ａとの接合、及びメタライズ面１６と直線部３ａとの接合は、気密であれば特に限定されるものではなく、例えばろう接によって接合されている。

封止金属リング３の直線部３ａとは反対側の直線部には、カバー８がビス１７により取付けられている。カバー８には、支持リング１８により陰極カップ７が支持されている。支持リング１８は、封止金属リング３の内側に配置されている。封止金属リング３はカバー８と気密に接合されているため、陰極構体１は、絶縁筒５と気密に接合されている。陰極カップ７は、絶縁筒５の一端５ａに方向Ｘに挿通され、絶縁筒５の内部空洞へ延出している。陰極カップ７の形状は、下方に開口部を有するカップ状である。陰極フィラメント６は、陰極カップ７の内部に配置され、陽極ターゲット１０と方向Ｘで対向している。陰極フィラメント６は、例えばタングステンなどの、高融点かつ高抵抗の金属で形成されている。

封止金属リング４の直線部４ａとは反対側の直線部には、フランジ１２が固定されている。フランジ１２は、封止金属リング４を介して絶縁筒５と気密に接合している。なお、絶縁筒５は、フランジ１２の上側の面に固定されている。フランジ１２の下側の面には、Ｏ−リング溝１２ａが形成されている。陽極筒１１は、フランジ１２の内径に気密に接合されている。陽極筒１１は、上部陽極フード１１ａ、下部陽極フード１１ｅ、及びＸ線窓１１ｂ等を有し、筒状に形成されている。陽極フードを構成する上部陽極フード１１ａ及び下部陽極フード１１ｅは、図示した例では個別に形成され互いに固定されている。ただし、陽極フードは、図示した例に限定されるものではなく、連続に形成された１つの部材で構成されていてもよい。上部陽極フード１１ａは、フランジ１２に接合し、絶縁筒５の内部へ延出している。下部陽極フード１１ｅは、上部陽極フード１１ａの下に接合され、下方に延出している。Ｘ線窓１１ｂは、下部陽極フード１１ｅの側面に形成された開口部を閉塞している。コロナリング１９は、金属によって筒状に形成され、絶縁筒５と上部陽極フード１１ａとの間に同軸的に配置されている。コロナリング１９は、フランジ１２と電気的に接続し、陽極筒１１と同電位である。陽極ターゲット１０は、下部陽極フード１１ｅの内部に配置され、陽極筒１１の内部空間を密封している。なお、陽極筒１１は、陽極ターゲット１０に電気的に接続され、陽極ターゲット１０と同電位である。以上の様に気密に形成された真空外囲器５０の内部空間は、減圧されており、真空状態となっている。

陽極ターゲット１０は、例えば、方向Ｘで陰極フィラメント６及び陰極カップ７と対向している。フランジ１２がタンク１０２に電気的に接続されているため、陽極構体２に備えられた陽極ターゲット１０は、フランジ１２を介して電気的に接地されている。また、陰極構体１は、高電圧発生器１０３によって負の高電圧が印加されるため、陰極フィラメント６及び陰極カップ７と、陽極ターゲット１０との間に電位勾配が形成される。陰極フィラメント６から放出された電子は、陰極フィラメント６及び陰極カップ７と、陽極ターゲット１０との間の電位勾配によって、陽極ターゲット１０の方向へ加速され、電子ビーム２２を形成する。すなわち、電子ビーム２２は、陰極フィラメント６から陽極ターゲット１０へ向かう第１方向Ｄ１に出射される。ターゲット面９は、第１方向Ｄ１と交差する方向で下部陽極フード１１ｅに取り囲まれている。また、上部陽極フード１１ａは、第１方向Ｄ１の電子ビーム２２の軌道を取り囲んでいる。陰極フィラメント６の近傍には、電子ビーム２２を集束させる集束装置が配置されていてもよい。このような集束装置は、例えば、陰極カップ７に相当する集束電極であり、電場によって電子ビーム２２の断面形状を変化させる。

図３は、陽極構体のＸ−Ｙ断面を示す図である。
陽極筒１１と陽極ターゲット１０とは、共に電気的に接地され同電位であるため、陽極筒１１及び陽極ターゲット１０に囲まれた領域は、ほとんど電界が存在しない無電界空間２４となっている。陽極ターゲット１０は、陰極フィラメント６と対向する側にターゲット面９を有している。ターゲット面９において、電子ビーム２２が入射してＸ線２９を放出する焦点２６が形成される。ターゲット面９は、真空外囲器５０の内部に位置し、無電界空間２４に面している。陽極筒１１は、反跳電子捕捉面１１ｃ及び冷却面１１ｄを有している。反跳電子捕捉面１１ｃは、陽極筒１１の内側に位置し、無電界空間２４に面している。冷却面１１ｄは、反跳電子捕捉面１１ｃに対応する陽極筒１１の外側に位置している。反跳電子捕捉面１１ｃは、ターゲット面９と共に焦点２６からＸ線窓１１ｂに向かうＸ線２９を取り囲み、ターゲット面９と対向している。

磁気偏向部１０１によって形成される磁場ＭＦは、ターゲット面９を含む無電界空間２４に発生し、ローレンツ力を利用して電子ビーム２２の進行方向を変化させる。このとき、電子ビーム２２の軌道は、第１方向Ｄ１から第２方向Ｄ２へ連続的に偏向し、電子ビーム２２は、第２方向Ｄ２でターゲット面９に入射する。電子ビーム２２は、典型的には１００〜３５０ｋｅＶのエネルギを持って、ターゲット面９に衝突する。高いエネルギを持った電子ビーム２２が陽極ターゲット１０への入射によって急速に減速されることにより、Ｘ線２９が放出される。Ｘ線窓１１ｂは、焦点２６から第３方向Ｄ３に放出されるＸ線２９を透過させる。

ターゲット面９に衝突した電子ビーム２２の一部は、焦点２６で反射されて反跳電子２８となる。反跳電子２８は、Ｘ線窓１１ｂや反跳電子捕捉面１１ｃなどの方向へ飛散する。このとき、電子ビーム２２の運動エネルギからＸ線２９に変換される割合は、例えば１％以下であり、電子ビーム２２の残りの運動エネルギの一部は反跳電子２８に移行し、さらに他の一部は陽極ターゲット１０に吸収されて熱に変換される。反跳電子２８の運動エネルギは主に陽極筒１１に吸収されて熱に変換される。電子ビーム２２がターゲット面９に浅い角度で入射するとＸ線２９の取出し効率が向上するため、ターゲット面９は、第１方向Ｄ１に垂直な方向から、Ｘ線窓１１ｂと対向する方向に傾斜している。

第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１から第３方向Ｄ３へ傾いた方向である。これによって、電子ビーム２２をターゲット面９に対して浅い角度で入射させることができる。なお、磁場ＭＦの向きは、第５方向Ｄ５である。磁場ＭＦは無電界空間２４で電子ビーム２２に作用しているため、電子ビーム２２の軌道は磁場ＭＦ中において、ほぼサイクロイド曲線となる。無電界空間で一様な磁界が有る場合に電子ビームの軌道がサイクロイド曲線となることは良く知られおり、例えば下記の文献に示されている。

基礎電子管工学（山本賢三監訳、昭和４１年廣川書店発行）
原著：Principles of Electron Tubes ( J.W.GEWARTOWSKI ,H.A.WATSON ,1965 , D.VAN NOSTRAND COMPANY,Inc.)
なお、図示した例において、第１方向Ｄ１は方向Ｘと平行な方向であり、第３方向Ｄ３は方向Ｙと平行な方向であり、第５方向Ｄ５は方向Ｚと平行な方向である。すなわち、第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１と直交する方向であり、第５方向Ｄ５は、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３と直交する方向である。

ターゲット面９への電子ビーム２２の入射角は、磁場ＭＦの大きさを予め調整することにより、目的とする角度に設定可能である。電子ビーム２２の入射位置や入射角の組立上の誤差は、磁気偏向部１０１の配置位置を微調整することにより解消することが可能である。焦点２６が形成される位置のターゲット面９に接する平面を第１平面Ｐ１とする。第１平面Ｐ１から第２方向Ｄ２が内側に成す角度を角度θ１とする。第１平面Ｐ１から第３方向Ｄ３が内側に成す角度を角度θ２とする。
角度θ１は、０°より大きく４０°以下である（０°＜θ１≦４０°）。角度θ２は、０°より大きく２０°以下である（０°＜θ２≦２０°）。なお、図示した構成例において、角度θ１は２０°であり、角度θ２は１５°である。

反跳電子２８の飛散方向の分布は、入射する電子ビーム２２がターゲット面９で正反射する方向に最も多くなる。このため、本構成例においてＸ線窓１１ｂに向かう反跳電子２８は図７で後述する従来例よりも多くなる。しかしながら、磁場ＭＦは、Ｘ線窓１１ｂへ向かう反跳電子２８を上方に偏向させ、反跳電子捕捉面１１ｃに衝撃させることができる。反跳電子捕捉面１１ｃは、衝撃した反跳電子２８によって加熱される。反跳電子捕捉面１１ｃで発生した熱は、上部陽極フード１１ａ中を熱伝導し、冷却面１１ｄの温度を上昇させる。

温度が上昇した冷却面１１ｄは、例えば、図１に図示した気流１１０で冷却される。すなわち、陽極フードは、エアファン１０６によって冷却される。このため、固定陽極型Ｘ線管装置９９は、反跳電子捕捉面１１ｃにおける温度上昇を低減することができ、真空外囲器５０内の真空度の低下を抑制することができる。反跳電子捕捉面１１ｃ及び冷却面１１ｄを有する上部陽極フード１１ａは、好適には、熱伝導性に優れ、かつ比較的安価な銅や銅合金で形成することができる。なお、冷却面１１ｄにおける冷却効率を向上させるため、冷却面１１ｄは、放熱フィンなどを備えていてもよい。

図４は、第１平面、第２平面、及び第３平面を示す図である。
第４方向Ｄ４は、焦点２６を通りターゲット面９の上方を向き第１平面Ｐ１に垂直な方向である。第２方向Ｄ２及び第４方向Ｄ４に沿った平面を第２平面Ｐ２とし、第３方向Ｄ３及び第４方向Ｄ４に沿った平面を第３平面Ｐ３とする。第２平面Ｐ２と第３平面Ｐ３とがなす角度を角度θ３とする。
第１方向Ｄ１は、第２平面Ｐ２上の方向である。角度θ３は、１８０°（＝０°）であり、第２平面Ｐ２と第３平面Ｐ３とは、同一平面上にある。すなわち、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３は、同一平面上の互いに異なる方向である。

図５は、固定陽極型Ｘ線管のＸ−Ｚ断面を示す図である。
本構成例において、磁気偏向部１０１は、永久磁石であり、Ｎ磁極３２、Ｓ磁極３４、及びヨーク３６を備えている。Ｎ磁極３２は、方向ＺでＳ磁極３４と対向しており、ターゲット面９は、Ｎ磁極３２とＳ磁極３４との間に位置している。ヨーク３６は、Ｎ磁極３２とＳ磁極３４とを接続している。図５の断面図を示す視点において、電子ビーム２２は、ターゲット面９に対して上方から入射している。すなわち、ここで図示するＸ−Ｚ断面は、電子ビーム２２の進行方向である第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２が下方を示すように、かつＸ線窓１１ｂ側から焦点２６に視点を置いた場合の断面である。このような視点を仮定すると、磁気偏向部１０１は、前述した第２平面Ｐ２に垂直な左向き（第５方向Ｄ５）の磁場ＭＦを発生させる。なお、磁気偏向部１０１は、永久磁石に限定されるものではなく、電磁石であってもよい。電磁石を利用した場合、磁気偏向部１０１は、磁場ＭＦの強度を容易に調整することができる。また、永久磁石と電磁石とを併用してもよい。

以上の様に、本実施形態によれば、固定陽極型Ｘ線管装置９９は、真空外囲器５０の外側に配置され、ターゲット面９を含む空間に磁場ＭＦを発生させる磁気偏向部１０１を備えている。これにより、本実施形態は、Ｘ線の放射方向に沿った方向の装置寸法を増大させることなく、ターゲット面９に対して浅い角度で電子ビーム２２を入射させることができる。すなわち、固定陽極型Ｘ線管装置９９を大型化することなくＸ線強度を増大させることができる。本構成例（θ１＝２０°、θ２＝１５°）の場合、陰極フィラメント６に印加される電圧が−１００ｋＶの場合、図７に図示する従来の固定陽極型Ｘ線管装置９９に比べてＸ線強度を約１．２倍に増大させることができる。また、陰極フィラメント６に印加される電圧が−３５０ｋＶの場合、図７に図示する従来の固定陽極型Ｘ線管装置９９に比べてＸ線強度を約２倍に増大させることができる。従来の固定陽極型Ｘ線管に対する本実施形態のＸ線強度の増大率は、陰極フィラメント６と陽極ターゲット１０間の電位差の増加に従って増大することが確認された。以上説明した様に、本実施形態は、コンパクトかつ高いＸ線強度を有する固定陽極型Ｘ線管装置を提供することができる。

磁場ＭＦは、焦点２６とＸ線窓１１ｂとの間にも形成されているため、焦点２６からＸ線窓１１ｂの方向へ飛散した反跳電子２８は、反跳電子捕捉面１１ｃへ偏向される。すなわち、本実施形態によれは、反跳電子２８の衝撃によるＸ線窓１１ｂの過熱を抑制することができるため、Ｘ線窓１１ｂの破損による真空外囲器５０内の真空破壊を防ぐことができる。このため、Ｘ線窓１１ｂは、ベリリウムなどの耐熱性が高く高価な材料を用いることなく、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、クロム鋼、鉄合金など、安価な材料で形成することができる。

なお、第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１に対して垂直である。すなわち、本実施形態は、固定陽極型Ｘ線管装置９９のＸ線出力方向のサイズを長大化させることなくターゲット面９に対する電子ビーム２１の入射角θ１を浅くすることができ、Ｘ強度を増大させることができる。

本構成例において、磁気偏向部１０１は、永久磁石である。永久磁石は、メンテナンス性が良好であり、磁場ＭＦの形成に電力を消費しないので、固定陽極型Ｘ線管装置９９は、ランニングコストの上昇を抑制することができる。

固定陽極型Ｘ線管装置９９は、タンク１０２を備え、タンク１０２に陰極構体１の充電露出部及び高電圧発生器１０３を収容し、タンク１０２内に陽圧に封入された電気絶縁用流体１０４を備えている。このため、負の高電圧を生成する高電圧発生器１０３とタンク１０２との間の電気的な短絡を防止することができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

図６は、本実施形態における固定陽極型Ｘ線管装置の変形例を示すＸ−Ｙ断面図である。
本変形例は、冷却面１１ｄに近接する冷却装置１２１を備えている点で、図１に図示した構成例と相違している。冷却装置１２１は、反跳電子捕捉面１１ｃを冷却できればその種類や配置場所を限定されるものではない。冷却装置１２１は、例えば、蒸気圧縮式冷却装置や液体冷却装置やペルチェ冷却装置である。蒸気圧縮式冷却装置は、例えば、フロンなどの冷媒を、コンプレッサで液化し、冷却面１１ｄ近傍で気化させることで、気化熱により冷却を行う。液体冷却装置は、例えば水などの液体の冷媒を循環させて冷却を行う。ペルチェ冷却装置は、ペルチェ素子を利用した冷却装置である。ペルチェ素子は、電圧を印加して冷却を行う素子であるため、冷却面１１ｄへペルチェ素子から電圧が漏れない様に、例えば電気絶縁性の部材を介して冷却面１１ｄに貼り付けて用いられる。冷却装置１２１は、陽極ターゲット１０の下面などの、冷却面１１ｄ以外の陽極構体２近傍にも配置されてもよい。なお、固定陽極型Ｘ線管装置９９は、冷却装置１２１からの発熱を放散させるため、冷却装置１２１及びエアファン１０６の両方を備えていてもよい。

この様な変形例においても、上記と同様の効果を得ることができる。

図７は、固定陽極型Ｘ線管装置の従来例を示すＸ−Ｙ断面図である。
この従来例は、磁気偏向部１０１を備えておらず、電子ビーム２２の軌道が偏向されない。すなわち、陰極フィラメント６から出射した電子ビーム２２の進行方向と、ターゲット面９に入射する電子ビーム２２の進行方向とが一致している。また、Ｘ線窓１１ｂに向かう反跳電子２８は、偏向されることなく、Ｘ線窓１１ｂを衝撃する。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。たとえば、電気絶縁用流体１０４として、絶縁油などの電気絶縁性液体を使用してもよい。また、電気絶縁用流体１０４にかえて、シリコーン樹脂などからなる固体の電気絶縁材を使用してもよい。

９９…固定陽極型Ｘ線管装置 １００…固定陽極型Ｘ線管 １０１…磁気偏向部
１０２…タンク １０３…高電圧発生器 １０４…電気絶縁用流体
１０５…Ｘ線放射口 １０６…エアファン １０７…リング状ハンドル
１０８…リング状ベース ５０…真空外囲器 １…陰極構体 ２…陽極構体
３、４…封止金属リング ５…絶縁筒 ６…陰極 ７…陰極カップ ８…カバー
９…ターゲット面 １０…陽極ターゲット １１…陽極筒 １１ａ…上部陽極フード
１１ｂ…Ｘ線窓 １１ｃ…反跳電子捕捉面 １１ｄ…冷却面 １２…フランジ
２１…無電界空間 ２２…電子ビーム ２６…焦点 ２８…反跳電子 ３２…Ｎ磁極
３４…Ｓ磁極 ３６…ヨーク ＭＦ…磁場 Ｄ１…第１方向 Ｄ２…第２方向
Ｄ３…第３方向 Ｄ４…第４方向 Ｄ５…第５方向 Ｐ１…第１平面 Ｐ２…第２平面
Ｐ３第３平面

Claims (12)

1. 真空外囲器と、
   前記真空外囲器の内部に配置され負の高電圧が印加され電子を放出する陰極と、
   前記電子が入射してＸ線を放出する焦点が形成されるターゲット面を前記真空外囲器の内部に有する接地された陽極ターゲットと、
   第１方向に前記陰極から前記陽極ターゲットに向かう前記電子の軌道と前記ターゲット面とを取り囲み開口部が形成された陽極フードと、前記開口部を閉塞し前記焦点から放出される前記Ｘ線を透過させるＸ線窓と、を有する前記陽極ターゲットと同電位の陽極筒と、
   前記真空外囲器の外側に配置され前記ターゲット面を含む空間に磁場を発生させて前記第１方向から第２方向へと連続的に前記電子の軌道を偏向させる磁気偏向部と、を備え、
   前記焦点が形成される位置の前記ターゲット面に接する平面を第１平面、とすると、
   前記第２方向が前記第１平面から内側に成す角度は、０°より大きく４０°以下である、固定陽極型Ｘ線管装置。
2. 前記焦点から前記開口部及び前記Ｘ線窓に向かう方向を第３方向、前記焦点を通り前記ターゲット面の上方を向き前記第１平面に垂直な方向を第４方向、前記第２方向及び前記第４方向に沿った平面を第２平面、とすると、
   前記第１方向は、前記第２平面上の方向であり、
   前記第３方向は、前記第１方向に対して垂直である、請求項１に記載の固定陽極型Ｘ線管装置。
3. 前記焦点から前記開口部及び前記Ｘ線窓に向かう方向を第３方向、前記焦点を通り前記ターゲット面の上方を向き前記第１平面に垂直な方向を第４方向、前記第２方向及び前記第４方向に沿った平面を第２平面、とすると、
   前記第３方向及び前記第４方向は第３平面上にあり、
   前記第２平面と前記第３平面とは、同一平面上にある、請求項１に記載の固定陽極型Ｘ線管装置。
4. 前記磁気偏向部は、前記第２平面に垂直な方向に前記磁場をつくる、請求項２又は３に記載の固定陽極型Ｘ線管装置。
5. 前記陽極筒は、前記ターゲット面とともに前記焦点から前記Ｘ線窓に向かう前記Ｘ線を取り囲み前記ターゲット面と対向した反跳電子捕捉面を有し、
   前記焦点を通り前記ターゲット面の上方を向き前記第１平面に垂直な方向を第４方向とし、前記第２方向及び前記第４方向に沿った平面を第２平面とし、前記第１方向及び前記第２方向が下方を示すように前記Ｘ線窓側から前記磁場に視点をおいた場合を仮定すると、
   前記磁気偏向部は前記第２平面に垂直な左向きの前記磁場を前記焦点から前記Ｘ線窓に向かって放出される反跳電子に作用させ、前記反跳電子は偏向され前記反跳電子捕捉面を衝撃する、請求項１に記載の固定陽極型Ｘ線管装置。
6. 前記反跳電子捕捉面を冷却するための冷却装置をさらに備える、請求項５に記載の固定陽極型Ｘ線管装置。
7. 前記冷却装置は、ガス冷却装置である、請求項６に記載の固定陽極型Ｘ線管装置。
8. 前記冷却装置は、ペルチェ冷却装置である、請求項６に記載の固定陽極型Ｘ線管装置。
9. 前記冷却装置は、液体冷却装置である、請求項６に記載の固定陽極型Ｘ線管装置。
10. 前記陰極に印加される前記負の高電圧は、−１５０乃至−３５０ｋＶの範囲内である、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固定陽極型Ｘ線管装置。
11. 前記磁気偏向部は、永久磁石である、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の固定陽極型Ｘ線管装置。
12. 前記陰極に前記負の高電圧を印加する高電圧発生器と、
    少なくとも前記陰極の充電露出部及び前記高電圧発生器を収納するタンクと、
    前記タンク内に充填された電気絶縁材と、をさらに備えている、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の固定陽極型Ｘ線管装置。

Images