JP2017139238A - Transmission type target, method of manufacturing transmission type target, radiation generating tube, radiation generating device with radiation generating tube, and radiographic device with the radiation generating device - Google Patents

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塚本 健夫
Takeo Tsukamoto
健夫 塚本
孝夫 小倉
Takao Ogura
孝夫 小倉
山田 修嗣
Nobutsugu Yamada
修嗣 山田
洋一 五十嵐
Yoichi Igarashi
洋一 五十嵐
靖浩 伊藤
Yasuhiro Ito
靖浩 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transmission type target that suppresses composition variation accompanying an operation history of the transmission type target and suppresses radiation output variation over a long period of time in a transmission type target with diamond base material as transmission type base material.SOLUTION: A transmission type target includes: a target layer containing metal carbide in which X ray occurs by irradiation of an electron; and diamond base material that supports the target layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、医療機器、非破壊検査装置等に適用可能な波長範囲1pm〜10nmに属するX線を放出する放射線発生装置に関する。特にターゲット層と、かかるターゲット層を支持するダイアモンド基材とを備える透過型ターゲットに関する。さらに、本発明は、該透過型ターゲットを備える放射線発生管に関し、さらには、該放射線発生管を備えた放射線発生装置に関し、さらには、該放射線発生装置を備えた放射線撮影装置に関する。   The present invention relates to a radiation generation apparatus that emits X-rays belonging to a wavelength range of 1 pm to 10 nm that can be applied to medical devices, non-destructive inspection apparatuses, and the like. In particular, the present invention relates to a transmission target including a target layer and a diamond base material that supports the target layer. Furthermore, the present invention relates to a radiation generating tube including the transmission target, further to a radiation generating device including the radiation generating tube, and further to a radiation imaging apparatus including the radiation generating device.

在宅医療体制の整備、救急医療の処置範囲拡大等の社会的な情勢の変化により、可搬性を備えた小型軽量な医療モダリティのニーズが高まってきている。近年、このようなニーズに応えるように、医療分野における分析診断技術の発展と相まって、様々な医療モダリティが開発されてきている。放射線発生装置を備えた放射線撮影装置は、従来、その装置規模から、病院、医療検査機関等に固定設置されるものが主流であった。固定設置された医療モダリティは、作動期間とメンテナンスを含む休止期間とを定期的に設定して利用する形態が従来とられていた。   Due to changes in social conditions such as the improvement of home medical care systems and the expansion of emergency medical treatment, there is an increasing need for portable, compact and lightweight medical modalities. In recent years, various medical modalities have been developed to meet such needs, coupled with the development of analytical and diagnostic techniques in the medical field. Conventionally, a radiographic apparatus equipped with a radiation generation apparatus has been mainly installed in a hospital, a medical examination institution, or the like because of the scale of the apparatus. Conventionally, a medical modality that is fixedly installed is configured to regularly set and use an operation period and a rest period including maintenance.

このような放射線発生装置を備えた放射線撮影装置においても、耐久性を高め、省メンテナンス化が図られることにより、装置の稼働率を向上させ、在宅医療または、災害や事故等の救急医療に適用可能な医療モダリティとすることが求められている。   Even in a radiography apparatus equipped with such a radiation generator, it is possible to improve the operating rate of the apparatus by improving durability and reducing maintenance, and can be applied to home medical care or emergency medical care such as disasters and accidents. There is a need for a possible medical modality.

放射線発生装置の耐久性を決定する主たる要因の一つとして、X線等の放射線の発生源となるターゲットの耐久性が挙げられる。ターゲットは一般に積層構造をとるが、ターゲットの層間の「密着性」を長期間確保することが、ターゲットの耐久性を向上させる上で重要であることは、公知であった。   One of the main factors that determine the durability of a radiation generator is the durability of a target that is a source of radiation such as X-rays. The target generally has a laminated structure, but it has been known that securing “adhesion” between layers of the target for a long period of time is important for improving the durability of the target.

電子線をターゲットに照射して放射線を発生させる放射線発生装置において、ターゲットにおける「放射線発生効率」は1%未満であるため、ターゲットに投入されたエネルギーのほとんどが熱に変換される。ターゲットで発生した熱のターゲット外部への「放熱」が不十分な場合は、ターゲットを構成する材料の変性や、層構成間に生じる応力に起因した膜剥がれ等の「密着性」の問題が生じる場合があった。   In a radiation generation apparatus that generates radiation by irradiating a target with an electron beam, the “radiation generation efficiency” of the target is less than 1%, so that most of the energy input to the target is converted into heat. If the heat generated by the target is not sufficiently "radiated" to the outside of the target, there will be problems of "adhesion" such as modification of the material that constitutes the target and film peeling due to stress generated between the layer structures. There was a case.

「放射線発生効率」を高効率化する方法として、ターゲットを、重金属を含有する薄膜形態としたターゲット層と、放射線を透過するとともにターゲット層を支持する基材とから構成された透過型ターゲットとすることは公知である。特許文献1には、従来の回転陽極型の反射型ターゲットに対して、「放射線発生効率」を1.5倍以上増大させた回転陽極型の透過型ターゲットが開示されている。   As a method for improving the "radiation generation efficiency", the target is a transmission target composed of a target layer in the form of a thin film containing heavy metal and a base material that transmits radiation and supports the target layer. This is well known. Patent Document 1 discloses a rotating anode transmission type target in which the “radiation generation efficiency” is increased by 1.5 times or more compared to a conventional rotating anode reflection type target.

ターゲットから外部への「放熱」を促進する方法として、透過型ターゲットのターゲット層を支持する基材に、ダイアモンドを適用することが公知である。特許文献2には、タングステンからなるターゲット層を支持する基材としてダイアモンドを使用することにより、放熱性を高め、微小焦点化を実現することが開示されている。ダイアモンドは、高い耐熱性と、高い熱伝導性を備えているとともに、高い放射線透過性を備えているため、透過型ターゲットの支持基材としては、好適な材料である。本願発明の透過型ターゲットにおいても、ターゲット層を支持する基材としてダイアモンドを適用した構成を採用している。   As a method for promoting “heat dissipation” from the target to the outside, it is known to apply diamond to a base material that supports a target layer of a transmission target. Patent Document 2 discloses that diamond is used as a base material for supporting a target layer made of tungsten, thereby improving heat dissipation and realizing a fine focus. Diamond has a high heat resistance, a high thermal conductivity, and a high radiation transmittance, and therefore is a suitable material for the support substrate of the transmission target. The transmission target of the present invention also employs a configuration in which diamond is applied as a base material that supports the target layer.

特表2009−545840号公報JP-T 2009-545840 特表2003−505845号公報Special table 2003-505845 gazette 米国特許7359487号明細書US Pat. No. 7,359,487

“Carbon self−diffusion in tungsten carbide”Buhsmer,C.P.,Crayton,P.H.J.Mater.Sci.1971 vol.6 page.981−988“Carbon self-diffusion in tungsten carbide”, Buhsmer, C .; P. Crayton, P .; H. J. et al. Mater. Sci. 1971 vol. 6 page. 981-988

特許文献2には、材料非開示の密着促進層を、ターゲット層とダイアモンド基材との間に配置して、ターゲット層とダイアモンド基材との密着性を向上することが開示されている。しかしながら、特許文献2に開示のような、密着促進層を備えた透過型ターゲットを適用した放射線発生装置において、駆動履歴に依存して、放射線放出特性が変動する場合があった。本発明者等の鋭意なる検討の結果、かかる放射線発生装置の放射線出力変動は、透過型ターゲットのターゲット層の組成の変化に由来するものであることが判った。より具体的には、ターゲット層を支持するダイアモンド基材由来の炭素が、ターゲット層中に拡散することで、ターゲット層の組成変化をもたらすことが、放射射線出力変動の原因となっていることを、本発明者等は見出した。   Patent Document 2 discloses that a non-disclosure adhesion promoting layer is disposed between a target layer and a diamond base material to improve the adhesion between the target layer and the diamond base material. However, in the radiation generating apparatus to which the transmission type target provided with the adhesion promoting layer as disclosed in Patent Document 2 is applied, the radiation emission characteristics may vary depending on the driving history. As a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that the radiation output fluctuation of such a radiation generating device is derived from a change in the composition of the target layer of the transmission target. More specifically, the fact that the carbon derived from the diamond base material that supports the target layer diffuses into the target layer and causes a change in the composition of the target layer is a cause of the radiation output fluctuation. The present inventors have found out.

次に、本発明者等は、ターゲット層の組成変化を、炭素の輸送問題として拡散方程式を用いて解析した、その解析結果について説明する。   Next, the present inventors will explain the analysis results obtained by analyzing the composition change of the target layer using a diffusion equation as a carbon transport problem.

まず、計算モデルについて説明する。計算モデルは、ダイアモンド基材51上に純金属のタングステンからなるターゲット層52が形成された積層ターゲット90とした。この概略断面図を、図8(b)に示す。また、図8(c)は、図8(b)のダイアモンド基材51とターゲット層52との界面57からターゲット層52の上面58までの範囲54を切り出した部分拡大図であって、ダイアモンド基材51由来の炭素の到達位置56と、炭素の拡散距離Ld(t)とを示している。計算に当たって、駆動条件は、100秒経過毎に0.1秒間の曝射する1/1000の平均デューティ比のパルス駆動とし、入射電子の電流密度を制御することにより、典型的なターゲットの平均動作温度として、800℃、1000℃と設定した。   First, the calculation model will be described. The calculation model was a laminated target 90 in which a target layer 52 made of pure metal tungsten was formed on a diamond substrate 51. This schematic cross-sectional view is shown in FIG. FIG. 8C is a partially enlarged view in which a range 54 from the interface 57 between the diamond substrate 51 and the target layer 52 to the upper surface 58 of the target layer 52 in FIG. 8B is cut out. The arrival position 56 of carbon derived from the material 51 and the carbon diffusion distance Ld (t) are shown. In the calculation, the drive condition is a pulse drive with an average duty ratio of 1/1000 that is exposed for 0.1 second every 100 seconds, and the average operation of a typical target is controlled by controlling the current density of incident electrons. The temperature was set to 800 ° C. and 1000 ° C.

この結果得られた、透過型ターゲット90のターゲット層52中の炭素の拡散距離Ldの駆動時間依存性を、図8(a)に示す。図8(a)のグラフの縦軸は、ターゲット層52中に拡散した炭素の拡散距離Ldを、ターゲット層52とダイアモンド基材51との界面を基準として示したものである。また、図8(a)のグラフの横軸は、駆動時間(hour)と、累積の駆動回数(count)をそれぞれ、第一の横軸、第二の横軸として示したものである。   FIG. 8A shows the driving time dependence of the carbon diffusion distance Ld in the target layer 52 of the transmission target 90 obtained as a result. The vertical axis of the graph of FIG. 8A indicates the diffusion distance Ld of carbon diffused in the target layer 52 with reference to the interface between the target layer 52 and the diamond substrate 51. In addition, the horizontal axis of the graph of FIG. 8A shows the drive time (hour) and the cumulative drive count (count) as the first horizontal axis and the second horizontal axis, respectively.

図8(a)の2本のプロットは、下から順に、800℃(破線)、1000℃(点線)の温度条件に対応している。いずれのプロットも、駆動時間tに対して0.5乗で増大しており、駆動時間の経過とともに、界面57からターゲット層52の上面58に向かって炭素が拡散していくことが読み取れる。   The two plots in FIG. 8A correspond to temperature conditions of 800 ° C. (dashed line) and 1000 ° C. (dotted line) in order from the bottom. Both plots increase by 0.5 power with respect to the driving time t, and it can be seen that carbon diffuses from the interface 57 toward the upper surface 58 of the target layer 52 as the driving time elapses.

炭素の拡散距離Ldの試算にあたっては、拡散係数のアレニウス則D(T)=D0×exp(‐Qx/RT)と、拡散距離の定常解Ld(t)=2×(D(T)×t)0.5とに対して、非特許文献1に記載の拡散定数D0(m/sec)、拡散係数の活性化エネルギーQx(kJ/mol)を代入して求めた。但し、Tは、熱力学的温度(K)、tは駆動時間(sec)、Rは気体定数(kJ/K/mol)である。 In the trial calculation of the diffusion distance Ld of carbon, the Arrhenius rule D (T) = D0 × exp (−Qx / RT) of the diffusion coefficient and the steady solution Ld (t) = 2 × (D (T) × t of the diffusion distance It was obtained by substituting the diffusion constant D0 (m 2 / sec) described in Non-Patent Document 1 and the activation energy Qx (kJ / mol) of the diffusion coefficient for 0.5 . Where T is a thermodynamic temperature (K), t is a driving time (sec), and R is a gas constant (kJ / K / mol).

非特許文献1には、炭化タングステン中の炭素の拡散現象の実測データに基づいて得られた、拡散定数D0(m/sec)および、拡散係数の活性化エネルギーQx(kJ/mol)について、それぞれ具体的に開示されている。D(T)、Ld(t)各々の代数的記述により、800℃以上1000℃以下の動作温度における、炭素の拡散距離Ldは、図8(a)の2本のプロットの間に位置することは明らかである。 Non-Patent Document 1 describes the diffusion constant D0 (m 2 / sec) and the activation energy Qx (kJ / mol) of the diffusion coefficient obtained based on the measured data of the diffusion phenomenon of carbon in tungsten carbide. Each is specifically disclosed. According to the algebraic description of each of D (T) and Ld (t), the carbon diffusion distance Ld at an operating temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower is located between the two plots in FIG. Is clear.

次に、積層ターゲットが備えるターゲット層の層厚について説明する。反射型ターゲットのターゲット層の層厚は、1μm以上1mm以下の範囲を選択することが一般的である。反射型ターゲットのターゲット層の層厚の下限は、管電圧とターゲット層の層密度とから規定される電子侵入深さDpを考慮して決定される。また、反射型ターゲットのターゲット層の層厚の上限は、層厚方向および層面方向の熱伝達を考慮して決定される。   Next, the layer thickness of the target layer included in the stacked target will be described. In general, the thickness of the target layer of the reflective target is selected in the range of 1 μm to 1 mm. The lower limit of the target layer thickness of the reflective target is determined in consideration of the electron penetration depth Dp defined by the tube voltage and the layer density of the target layer. Further, the upper limit of the layer thickness of the target layer of the reflective target is determined in consideration of heat transfer in the layer thickness direction and the layer surface direction.

一方、透過型ターゲットの層厚は、1μm以上15μm以下の範囲を選択することが可能である。一般的には、1μm以上9μm以下の範囲透過型ターゲットの層厚の下限は、反射型ターゲットと同じ理由により決定される。一方、透過型ターゲットの層厚の上限は、熱伝達性に加えて、ターゲット層の放射線減衰率を考慮して決定され、反射型ターゲットのターゲット層の層厚より低層厚の範囲に制限される。   On the other hand, the layer thickness of the transmission target can be selected in the range of 1 μm or more and 15 μm or less. In general, the lower limit of the layer thickness of the transmissive target in the range of 1 μm to 9 μm is determined for the same reason as that of the reflective target. On the other hand, the upper limit of the layer thickness of the transmission target is determined in consideration of the radiation attenuation rate of the target layer in addition to the heat transfer property, and is limited to a range lower than the layer thickness of the target layer of the reflection target. .

図8(a)のグラフからは、800℃〜1000℃の動作温度で、累計104回の曝射駆動させた場合には、炭素の拡散距離Ldは、7.9μm〜10.8μmとなることが読み取れる。   From the graph of FIG. 8A, the carbon diffusion distance Ld is 7.9 μm to 10.8 μm when the exposure driving is performed 104 times in total at an operating temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. Can be read.

反射型ターゲットにおいては、例えば、100μm厚のターゲット層52を備えることにより、図8(d)に示すように、電子入射面58側より89.2μm〜92.1μm厚の範囲には炭素が到達しない距離Lrを、ターゲット層52の放射線放出面側(=電子入射面58側)に確保することが可能となる。この89.2μm〜92.1μmの距離Lrは、タングステンに対する100keVの入射電子の電子侵入深さDpである6μm〜7μm厚に対して充分大である。放射線発生に寄与するターゲット層52内の「放射線放出深さ」は、「電子侵入深さDp」よりさらに制限された距離であることは明らかであるので、反射型ターゲットにおいては、炭素の拡散の影響を受けない「放射線放出深さ」を、ターゲット層52内に確保することが可能となる。   In the reflection type target, for example, by providing the target layer 52 having a thickness of 100 μm, as shown in FIG. 8D, carbon reaches the range of 89.2 μm to 92.1 μm from the electron incident surface 58 side. It is possible to ensure the distance Lr not to be performed on the radiation emitting surface side (= electron incident surface 58 side) of the target layer 52. This distance Lr of 89.2 μm to 92.1 μm is sufficiently larger than the thickness of 6 μm to 7 μm, which is the electron penetration depth Dp of 100 keV incident electrons with respect to tungsten. Since it is clear that the “radiation emission depth” in the target layer 52 that contributes to the generation of radiation is a distance more limited than the “electron penetration depth Dp”, in the reflective target, the diffusion of carbon A “radiation emission depth” that is not affected can be secured in the target layer 52.

一方、透過型ターゲットにおいては、透過型ターゲットが、8μmの厚のターゲット層52を備えたとしても、図8(e)に示すように、電子入射面58側からの「電子侵入深さDp」の範囲には、炭素が到達してしまう。より具体的には、ターゲット層52が14μm厚より低層厚である場合には、電子入射面58側からの「電子侵入深さDp」の範囲には、炭素が到達してしまう。このことは、放射線発生装置の駆動により、ターゲット層52の組成が変化することを意味する。   On the other hand, in the transmissive target, even if the transmissive target includes the target layer 52 having a thickness of 8 μm, as shown in FIG. 8E, the “electron penetration depth Dp” from the electron incident surface 58 side. Carbon reaches the range of. More specifically, when the target layer 52 has a thickness lower than 14 μm, carbon reaches the range of the “electron penetration depth Dp” from the electron incident surface 58 side. This means that the composition of the target layer 52 is changed by driving the radiation generator.

さらに、透過型ターゲットにおいて、ターゲット層52の支持基材51側から放出される放射線を利用する形態であるので、利用可能な放射線の前方への(すなわち、ターゲット層52支持面とは反対側面方向への)透過確率が大の領域は、電子侵入深さDpの深部側に対応する。この点においても、透過型ターゲットは、反射型ターゲットより、その放射線出力動作において炭素拡散の影響を受けやすい形態と言える。   Furthermore, in the transmission type target, since the radiation emitted from the support base 51 side of the target layer 52 is used, the available radiation forward (that is, the side surface direction opposite to the support surface of the target layer 52) A region having a high transmission probability corresponds to the deep side of the electron penetration depth Dp. Also in this respect, it can be said that the transmission type target is more susceptible to the influence of carbon diffusion in the radiation output operation than the reflection type target.

以上、述べた通り、支持基材であるダイアモンド由来の炭素拡散と、ターゲット層自体の放射線減衰率とが、ターゲット層の層厚の決定において相反するという「透過型ターゲット固有」の課題があった。   As described above, there is a problem inherent to the transmission type in which the carbon diffusion derived from the diamond that is the support base material and the radiation attenuation rate of the target layer itself conflict in determining the layer thickness of the target layer. .

なお、炭素の供給源がダイアモンド基材である積層構造を計算モデルとして説明したが、ダイアモンド基材とターゲット層との間に、金属の炭化物がサンドイッチされた状態でも、同様の課題が生じる。   In addition, although the laminated structure in which the carbon supply source is a diamond base material has been described as a calculation model, the same problem occurs even when a metal carbide is sandwiched between the diamond base material and the target layer.

そこで、本発明は、ダイアモンド基材を透過基材として備えた透過型ターゲットにおいて、「放射線発生効率」、「放熱性」が良好であるメリットを維持した上で、さらに、ターゲット層の駆動履歴に伴う組成変動を抑制した信頼性の高い透過型ターゲットを提供することを目的とする。さらに、本発明は、放射線出力の駆動時間履歴に伴う変動を抑制した信頼性の高い放射線発生装置、及び、放射線撮影装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention maintains a merit that “radiation generation efficiency” and “heat dissipation” are good in a transmission type target including a diamond base material as a transmission base material, and further, in the drive history of the target layer. An object of the present invention is to provide a highly reliable transmission target in which the accompanying composition fluctuation is suppressed. Furthermore, an object of the present invention is to provide a highly reliable radiation generating apparatus and a radiation imaging apparatus in which fluctuations associated with a driving time history of radiation output are suppressed.

本発明の第一は、電子の照射によりX線を発生する金属炭化物を含有するターゲット層と、前記ターゲット層を支持するダイアモンド基材と、を備えることを特徴とする透過型ターゲットを含む。   A first aspect of the present invention includes a transmission type target comprising: a target layer containing a metal carbide that generates X-rays upon electron irradiation; and a diamond base material that supports the target layer.

また、本発明の第二は、電子の照射によりX線を発生する金属炭化物を含有するターゲット層と、前記ターゲット層を支持するダイアモンド基材と、を備えたX線発生ターゲットであって、前記金属炭化物はX線が発生する領域に位置していることを特徴とする透過型ターゲットを含む。   The second aspect of the present invention is an X-ray generation target comprising a target layer containing a metal carbide that generates X-rays upon electron irradiation, and a diamond substrate that supports the target layer, The metal carbide includes a transmission target characterized by being located in a region where X-rays are generated.

さらに、また、本発明の第三は、金属炭化物層をターゲット層として備える透過型ターゲットの製造方法であって、ダイアモンド基材を準備する工程と、
前記ダイアモンド基材の一方の面に、モリブデン、タンタル、タングステンのうちの少なくとも1種から選択された金属からなる金属層を成膜する成膜工程と、
前記金属層を備えたダイアモンド基材を加熱させ、前記ダイアモンド基材から前記金属層に炭素を拡散させるとともに、前記金属の炭化物を含有する金属炭化物層を形成しターゲット層とする炭化工程と、を備えることを特徴とする透過型ターゲットの製造方法を含む。
Furthermore, the third of the present invention is a method for manufacturing a transmission target comprising a metal carbide layer as a target layer, the step of preparing a diamond substrate,
A film forming step of forming a metal layer made of a metal selected from at least one of molybdenum, tantalum, and tungsten on one surface of the diamond substrate;
A step of heating a diamond base material provided with the metal layer, diffusing carbon from the diamond base material to the metal layer, and forming a metal carbide layer containing the metal carbide to form a target layer; and The manufacturing method of the transmission type target characterized by providing is included.

さらに、また、本発明の第四は、金属炭化物層をターゲット層として備える透過型ターゲットの製造方法であって、ダイアモンド基材を準備する工程と、
前記ダイアモンド基材の一方の面にモリブデン、タンタル、タングステンのうちの少なくとも1種選択された金属と炭素とからなる金属炭化物層を成膜しターゲット層とする成膜工程と、を備えることを特徴とする透過型ターゲットの製造方法を含む。
Furthermore, a fourth aspect of the present invention is a method for manufacturing a transmission target comprising a metal carbide layer as a target layer, the step of preparing a diamond substrate,
Forming a metal carbide layer made of at least one selected from molybdenum, tantalum, and tungsten and carbon and forming a target layer on one surface of the diamond base material. And a manufacturing method of the transmission type target.

本発明の透過型ターゲットは、高温となる動作履歴を受けた場合においても、ダイアモンド基材由来の炭素のターゲット層への拡散を抑制し、ターゲット層の組成変動が抑制される。この結果、ターゲット層から放射される放射線の出力または線質の変動を抑制することが可能となる。さらに、本発明の透過型ターゲットを備えた放射線発生管、該放射線発生管を備えた放射線発生装置、ならびに放射線撮影装置とすることにより、それぞれの、耐久性に係る信頼性を向上させることが可能となる。   The transmission type target of the present invention suppresses the diffusion of carbon derived from the diamond base material into the target layer even when it receives an operation history at a high temperature, thereby suppressing the composition variation of the target layer. As a result, it is possible to suppress variations in the output or radiation quality of the radiation emitted from the target layer. Furthermore, the reliability relating to the durability can be improved by using the radiation generating tube including the transmission target of the present invention, the radiation generating device including the radiation generating tube, and the radiation imaging apparatus. It becomes.

本発明の透過型ターゲットの基本的な構成例(a)と、動作状態(b)を示す概略断面図Schematic sectional view showing a basic configuration example (a) and an operating state (b) of a transmission type target of the present invention 本発明の透過型ターゲットを備えた放射線発生管の構成例を示す概略断面図Schematic sectional view showing a configuration example of a radiation generating tube provided with a transmission type target of the present invention 本発明の放射線発生管を備えた放射線発生装置、放射線撮影装置の構成図Configuration diagram of radiation generating apparatus and radiation imaging apparatus including the radiation generating tube of the present invention 本発明の透過型ターゲットの製造方法の例(a)〜(c)Examples (a) to (c) of a method for producing a transmission type target of the present invention 本発明の透過型ターゲットの層構成の変形例を備えた実施形態を示す説明図Explanatory drawing which shows embodiment provided with the modification of the layer structure of the transmission type target of this invention 実施例1に記載の透過型ターゲットのターゲット層が示すX線回折チャート(上側プロット)と、参考例の金属層が示すX線回折チャート(下側プロット)X-ray diffraction chart (upper plot) shown by the target layer of the transmission target described in Example 1, and X-ray diffraction chart (lower plot) shown by the metal layer of the reference example 実施例1および2に記載の放射線発生装置の放射線出力の安定性評価系の説明図Explanatory drawing of the stability evaluation system of the radiation output of the radiation generator of Example 1 and 2 (a)炭素のタングステン内の拡散距離の駆動時間依存性、(b)(a)の計算モデル、(c)(b)の部分拡大図、(d)反射型ターゲットの炭素拡散距離の影響を示す説明図、(e)透過型ターゲットと炭素拡散距離の影響を示す説明図(A) Dependence of drive time on diffusion distance of carbon in tungsten, (b) Calculation model of (a), (c) Partial enlarged view of (b), (d) Influence of carbon diffusion distance of reflective target Explanatory drawing showing, (e) Explanatory drawing showing the influence of transmission type target and carbon diffusion distance

以下図面を参照して、本発明のターゲット構造体、及びそれを備える放射線発生装置並びに放射線撮影装置について好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但し、下記実施形態に記載されている構成の材質、寸法、形状、相対配置等は、特に記載がない限り、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。   Exemplary embodiments of a target structure of the present invention, a radiation generation apparatus including the target structure, and a radiation imaging apparatus will be described below in detail with reference to the drawings. However, the materials, dimensions, shapes, relative arrangements, and the like of the configurations described in the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified.

まず、図2を用いて、本発明の透過型ターゲットを適用可能な、放射線発生管の基本的な構成例について説明する。   First, a basic configuration example of a radiation generating tube to which the transmission target of the present invention can be applied will be described with reference to FIG.

本実施形態において、放射線発生管1は、ターゲット層42とダイアモンド基材41とを備える透過型ターゲット9と、ターゲット層42と離間するとともに対向するように電子放出部2を有した電子放出源3と、その内部空間13が減圧された外囲器6とを備えている。少なくとも電子放出部2と、ターゲット層42とは、内部空間13に収納されるか、または、内部空間13を臨むように外囲器6の内面に配置されるとともに、互いに対向して配置される。   In the present embodiment, the radiation generating tube 1 includes a transmission type target 9 including a target layer 42 and a diamond base material 41, and an electron emission source 3 having an electron emission unit 2 so as to be separated from and opposed to the target layer 42. And the envelope 6 whose internal space 13 is decompressed. At least the electron emission part 2 and the target layer 42 are accommodated in the internal space 13 or are disposed on the inner surface of the envelope 6 so as to face the internal space 13 and are opposed to each other. .

電子放出源3は、外囲器6の外部に配置される不図示の駆動回路と電気的に接続される。電子放出源3は、かかる駆動回路との電気的な接続のための電流導入端子4を備える形態とすることが可能である。   The electron emission source 3 is electrically connected to a drive circuit (not shown) disposed outside the envelope 6. The electron emission source 3 can be configured to include a current introduction terminal 4 for electrical connection with such a drive circuit.

また、電子放出源3は、不図示の導電性の材料からなる陰極部材と接続される。電子放出源3と陰極部材とから構成された構造をまとめたものが、本実施形態における放射線発生管1の陰極となる。陰極は、陰極電位に電位規定される。また、陰極部材は、外囲器6の内部に配置されても良いし、外囲器6の部分を構成する構造部材としても良い。   The electron emission source 3 is connected to a cathode member made of a conductive material (not shown). A structure composed of the electron emission source 3 and the cathode member is a cathode of the radiation generating tube 1 in the present embodiment. The cathode is regulated to the cathode potential. The cathode member may be disposed inside the envelope 6 or may be a structural member that constitutes a portion of the envelope 6.

電子放出源3は、不図示の駆動回路により電気的に、その電子放出量を制御可能であれば良く、どのような形態の電子放出素子を電子放出部2として備えることも可能である。電子放出部2としては、Spindt型、SCE型、MIM型、CNT型等の冷陰極型電子放出素子を適用することも、フィラメント型、含侵型の熱陰極型電子放出素子を適用することも可能である。また、電子放出源3は、不図示の集束グリッドを備えることが可能である。   The electron emission source 3 only needs to be capable of electrically controlling the amount of electron emission by a drive circuit (not shown), and any type of electron emission element can be provided as the electron emission unit 2. As the electron emission part 2, a cold cathode type electron emission element such as Spindt type, SCE type, MIM type, CNT type, or a hot cathode type electron emission element of filament type or impregnation type may be applied. Is possible. The electron emission source 3 can include a focusing grid (not shown).

透過型ターゲット9は、外囲器6の外部に配置される不図示の陽極電位規定手段に電気的に接続される。本実施形態においては、透過型ターゲット9と陽極部材とから構成された構造をまとめたものが、放射線発生管1の陽極となる。   The transmission type target 9 is electrically connected to an anode potential defining means (not shown) disposed outside the envelope 6. In the present embodiment, the structure composed of the transmission target 9 and the anode member is the anode of the radiation generating tube 1.

また、陽極部材は、陰極部材と同様にして、外囲器6の内部に配置されても良いし、外囲器6の部分を構成する構造部材としても良い。   Further, the anode member may be disposed inside the envelope 6 in the same manner as the cathode member, or may be a structural member constituting a portion of the envelope 6.

外囲器6は、その内部空間13を真空減圧された真空容器として、放射線発生管1を構成する。外囲器6は、真空容器の外部と内部との差圧に耐えて構造を維持するための耐大気圧強度と、所定の真空度を維持するための気密性が備わった部材から構成されることが好ましい。   The envelope 6 constitutes the radiation generating tube 1 using the internal space 13 as a vacuum container whose vacuum is reduced. The envelope 6 is composed of a member having an atmospheric pressure strength for withstanding a differential pressure between the outside and the inside of the vacuum vessel and maintaining a structure, and an airtightness for maintaining a predetermined degree of vacuum. It is preferable.

内部空間13の真空度は、電子放出源3の種類に応じて適宜選択することが可能であるが、1×10−4Pa〜1×10−8Paの範囲が、電子放出源3の高寿命化の観点から好ましい。電子放出源3の種類、または、必要とする真空度に応じて、外囲器6の内部または、内部空間に連通する空間に、不図示のゲッタを配置する形態とすることが可能である。 The degree of vacuum of the internal space 13 can be appropriately selected according to the type of the electron emission source 3, but the range of 1 × 10 −4 Pa to 1 × 10 −8 Pa is high in the electron emission source 3. It is preferable from the viewpoint of lifetime. Depending on the type of the electron emission source 3 or the required degree of vacuum, a getter (not shown) can be arranged in the envelope 6 or in a space communicating with the internal space.

また、外囲器6は、電子放出部2とターゲット層42との間隔を規定する目的から、電子放出源3および、透過型ターゲット9が、それぞれ外囲器6に接続される実施形態とすることも可能である。本実施形態においては、外囲器6は、電子放出部2とターゲット層42との間に印加される高電圧を絶縁するための電気的絶縁性を備えた管状部材を備えることが望ましい。かかる管状部材は、セラミック、ガラス等の無機酸化物、無機窒化物または、無機硼化物等の絶縁性材料で構成することが可能である。   The envelope 6 is an embodiment in which the electron emission source 3 and the transmission target 9 are connected to the envelope 6 for the purpose of defining the distance between the electron emission portion 2 and the target layer 42. It is also possible. In the present embodiment, the envelope 6 desirably includes a tubular member having electrical insulation for insulating a high voltage applied between the electron emission unit 2 and the target layer 42. Such a tubular member can be made of an insulating material such as an inorganic oxide such as ceramic or glass, an inorganic nitride, or an inorganic boride.

なお、陰極部材および陽極部材は、電位規定機能のために導電性材料から構成され、金属材料が適用可能である。また、陰極部材および陽極部材は、放射線発生管1の動作温度に鑑みた耐熱性の観点または、前述の絶縁性の管状部材との線膨張係数整合の観点から、金属材料を選択することが好ましく、例えば、コバール(KOVAR、CRS HOLDINGS,INC.米国商標、Ni‐Co−Fe系合金)、モネル(Special Metals Corporation、HUNTINGTON ALLOYS CORPORATIONの共有米国商標、Ni−Cu−Fe系合金)、ステンレス等の金属材料を用いることが可能である。   The cathode member and the anode member are made of a conductive material for the potential regulating function, and a metal material can be applied. In addition, it is preferable to select a metal material for the cathode member and the anode member from the viewpoint of heat resistance in view of the operating temperature of the radiation generating tube 1 or matching of the linear expansion coefficient with the insulating tubular member described above. For example, Kovar (KOVAR, CRS HOLDINGS, INC. US trademark, Ni-Co-Fe alloy), Monel (Special Metals Corporation, HUNTINGTON ALLOYS CORPORATION, Ni-Cu-Fe alloy), stainless steel, etc. Metal materials can be used.

さらに、放射線発生管1は、図2に示すように、透過型ターゲット9から発生される放射線の放出方向を制限する遮蔽体7を備える形態とする、すなわち、放射線の発生源近傍に遮蔽体7を集約して配置した形態とすることにより、軽量な放射線発生装置を提供することが可能となる。遮蔽体7は、透過型ターゲット9に対して電子放出源3側に配置された後方遮蔽体40と、透過型ターゲット9に対して電子放出源3側とは反対外に位置する前方遮蔽体46とから構成することが可能である。   Further, as shown in FIG. 2, the radiation generating tube 1 is configured to include a shield 7 that limits the emission direction of the radiation generated from the transmission target 9, that is, the shield 7 in the vicinity of the radiation generation source. It is possible to provide a light radiation generating device by adopting a form in which they are arranged in an integrated manner. The shield 7 includes a rear shield 40 disposed on the electron emission source 3 side with respect to the transmission target 9, and a front shield 46 positioned on the opposite side to the electron emission source 3 side with respect to the transmission target 9. Can be configured.

次に、本発明の透過型ターゲットを備えた放射線発生装置について、図3を用いて説明する。   Next, the radiation generator provided with the transmission type target of the present invention will be described with reference to FIG.

図3に示すように、放射線発生装置20は、放射線発生管1と電気的に接続された駆動回路15と、放射線発生管1を備えている。本実施形態においては、駆動回路15は、放射線発生管1の陽極と陰極とを電位規定する陽極電位規定手段と陰極電位規定手段と、電子放出源3から放出され電子線5の放出電子量を制御する電子銃駆動回路と、を備えている。さらに、放射線発生装置20は、放射線発生管1と、駆動回路15とを、その内部空間43に収納する収納容器16を備えた形態とすることが可能である。   As shown in FIG. 3, the radiation generation apparatus 20 includes a drive circuit 15 electrically connected to the radiation generation tube 1 and the radiation generation tube 1. In the present embodiment, the drive circuit 15 determines the amount of electrons emitted from the electron beam 5 emitted from the electron emission source 3 and the anode potential regulating means and cathode potential regulating means for regulating the anode and cathode of the radiation generating tube 1. An electron gun drive circuit to be controlled. Furthermore, the radiation generation apparatus 20 can be configured to include a storage container 16 that stores the radiation generation tube 1 and the drive circuit 15 in the internal space 43 thereof.

収納容器16は、その内部空間43に、シリコーンオイル、パーフルオロオイル等の不図示の絶縁性液体14を充填した形態とすることが可能であり、このような形態とすることにより、放射線発生装置20の放熱性および、耐圧性を向上することが可能となる。   The storage container 16 can have a form in which the internal space 43 is filled with an insulating liquid 14 (not shown) such as silicone oil or perfluoro oil. By adopting such a form, the radiation generator can be formed. Thus, it is possible to improve the heat dissipation performance and the pressure resistance.

また、収納容器16は、透過型ターゲット9と対向する側に透過窓17を設けることにより、放射線発生装置20外部への効率的な放射線の放出が可能となる。   Further, the storage container 16 is provided with a transmission window 17 on the side facing the transmission target 9, so that the radiation can be efficiently emitted to the outside of the radiation generator 20.

陽極電位規定手段は、陰極に対して数十kV〜200kV程度の正の加速電圧Vaを出力する電圧源を適用可能である。   As the anode potential regulating means, a voltage source that outputs a positive acceleration voltage Va of about several tens of kV to 200 kV with respect to the cathode can be applied.

陽極電位規定手段の陽極側出力電位は、被験者と陽極部材との接触の有無や距離等に応じて選択することが可能であり、具体的には、接地電位(陽極接地)、+1/2×Va(中点接地)、または、+Va(陰極接地)等とすることが可能である。   The anode-side output potential of the anode potential regulating means can be selected according to the presence or absence of contact between the subject and the anode member, the distance, and the like. Specifically, the ground potential (anode ground), + 1/2 × Va (middle point grounding), + Va (cathode grounding), or the like can be used.

次に、本発明の放射線発生装置を備えた放射線撮影装置について、図3を用いて説明する。   Next, a radiographic apparatus equipped with the radiation generating apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.

図3に示すように、本発明の放射線撮影装置60は、放射線発生装置20から放出され、被検体25を透過した放射線を検出する放射線検出器47と、を備えている。放射線撮装置60は、放射線発生装置20が備える駆動回路15を制御するとともに、放射線検出器47からの放射線画像を受信する制御ユニット50を、さらに備えた実施形態とすることも可能である。   As shown in FIG. 3, the radiation imaging apparatus 60 of the present invention includes a radiation detector 47 that detects radiation emitted from the radiation generation apparatus 20 and transmitted through the subject 25. The radiation imaging apparatus 60 may be configured to further include a control unit 50 that controls the drive circuit 15 included in the radiation generation apparatus 20 and receives a radiation image from the radiation detector 47.

制御ユニット50は、さらに、放射線検出器47を制御する機能、操作者に対して放射線撮影画像を表示する機能、操作者の操作入力を受ける機能、緊急停止指令に基づき放射線発生装置を停止する機能等の、少なくともいずれかを備えた形態とする事も可能である。   The control unit 50 further has a function of controlling the radiation detector 47, a function of displaying a radiographic image to the operator, a function of receiving an operation input from the operator, and a function of stopping the radiation generator based on an emergency stop command. It is also possible to adopt a form including at least one of the above.

次に、本発明の特徴である透過型ターゲットの構造について、図1(a)、(b)の各図を用いて説明する。   Next, the structure of the transmission target, which is a feature of the present invention, will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b).

透過型ターゲット9は、ターゲット金属を含有するターゲット層42と、ターゲット層42を支持するダイアモンド基材41とを備える。   The transmissive target 9 includes a target layer 42 containing a target metal and a diamond base material 41 that supports the target layer 42.

ターゲット層42は、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)の群から少なく1種選択されたターゲット金属の金属炭化物を、その層厚方向に分布して、含有していることを特徴としている。第1の特徴は、ターゲット層42において、「炭化物として」ターゲット層42中に炭素が含有されていること」、第2の特徴は、金属炭化物に含まれる炭素が、「ターゲット層42の層厚方向に一様に」含有されていることである。   The target layer 42 contains a metal carbide of a target metal selected from at least one selected from the group of molybdenum (Mo), tantalum (Ta), and tungsten (W), distributed in the layer thickness direction. It is a feature. The first feature is that carbon is contained in the target layer 42 “as carbide” in the target layer 42, and the second feature is that the carbon contained in the metal carbide is “the layer thickness of the target layer 42. It is contained uniformly in the direction.

第1の特徴である「ターゲット層42が炭化物として炭素を含有する」ことの技術的意義について、以下に詳述する。   The technical significance of “the target layer 42 contains carbon as a carbide” as the first feature will be described in detail below.

ダイアモンドは、強固なsp3結合および高い秩序を有する構造に由来した特異な特性を備えている。ダイアモンドが有する特異な特性のうち、高い耐熱性(融点1600℃以上)、高い熱伝導性(600〜2000W/m/K)、高い放射線透過性(軽元素、原子番号6)は、透過型ターゲットの支持基材として、特に優れた特長である。一方で、ダイアモンドは、溶融金属との濡れ性が低く、また、固体金属との線膨張係数に不整合があることから判るように、ターゲット金属との親和性が低い。ターゲット層42とダイアモンド基材41との密着性を確保することが、透過型ターゲット9の信頼性を向上するための課題であった。ターゲット層42が含有する炭素が、ターゲット層42とダイアモンド基材41との界面において、橋渡しの役割を担うことが期待される。   Diamond has unique properties derived from structures with strong sp3 bonds and high order. Among the unique properties of diamond, high heat resistance (melting point 1600 ° C. or higher), high thermal conductivity (600 to 2000 W / m / K), high radiation transparency (light element, atomic number 6) are transmissive targets This is a particularly excellent feature as a supporting substrate. On the other hand, diamond has low wettability with the molten metal and low affinity with the target metal as can be seen from the mismatch in the linear expansion coefficient with the solid metal. Ensuring the adhesion between the target layer 42 and the diamond base material 41 was an issue for improving the reliability of the transmission target 9. The carbon contained in the target layer 42 is expected to play a bridging role at the interface between the target layer 42 and the diamond base material 41.

しかしながら、ダイアモンド以外の炭素同素体や炭化水素としての炭素化合物は、熱的に不安定であるため、ターゲット層42とダイアモンド基材41との密着性の役割を、透過型ターゲット9の動作温度において、持続的かつ安定して果たすことが難しい。   However, since carbon allotropes other than diamond and carbon compounds as hydrocarbons are thermally unstable, the role of adhesion between the target layer 42 and the diamond substrate 41 is determined at the operating temperature of the transmission target 9. Difficult to achieve sustainably and stably.

本発明のターゲット層42に含有されるモリブデン、タンタル、タングステンは、炭化物の標準生成自由エネルギーが負を呈する金属であり、それらの金属炭化物は熱的に安定である。炭化モリブデン、炭化タンタル、炭化タングステンは、それぞれ、高い融点(MoC:2692℃、TaC:3880℃、WC:2870℃)を有している。炭化モリブデン、炭化タンタル、炭化タングステンの少なくともいずれかからターゲット層42を構成することは、高い耐熱性を備えた透過型ターゲット9の実現に寄与する。 Molybdenum, tantalum, and tungsten contained in the target layer 42 of the present invention are metals in which the standard free energy of formation of carbides is negative, and these metal carbides are thermally stable. Molybdenum carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide each have a high melting point (Mo 2 C: 2692 ° C., TaC: 3880 ° C., WC: 2870 ° C.). Constructing the target layer 42 from at least one of molybdenum carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide contributes to the realization of the transmission target 9 having high heat resistance.

さらに、ターゲット層42が金属炭化物として炭素を含有することは、前述の金属炭化物は、結晶構造をとるので、格子密度由来の所定の空間密度で炭素原子が分布していることを意味する。かかるターゲット層42中に、所定の空間密度で炭素が含有されることにより、ターゲット層42とダイアモンド基材41との界面は、炭素―炭素の原子間結合に由来した強固な積層界面を形成することが可能となる。   Furthermore, the fact that the target layer 42 contains carbon as a metal carbide means that the above-described metal carbide has a crystal structure, and therefore carbon atoms are distributed at a predetermined spatial density derived from the lattice density. When the target layer 42 contains carbon at a predetermined spatial density, the interface between the target layer 42 and the diamond base material 41 forms a strong laminated interface derived from the carbon-carbon interatomic bond. It becomes possible.

次に、第2の特徴である「ターゲット層42の層厚方向に炭素が金属炭化物として一様に含有」されることの技術的意義について、以下に詳述する。   Next, the technical significance of the second feature “carbon is uniformly contained as a metal carbide in the thickness direction of the target layer 42” will be described in detail below.

第2の特徴を備えることにより、放射線発生管1の動作時に、透過型ターゲット9が高温環境下におかれた場合においても、「ダイアモンド基材41からターゲット層42への炭素拡散」と、「ターゲット層42中の炭素拡散」とを抑制する作用を有し、ターゲット層42の組成変動を抑制する効果を発現する。   By providing the second feature, even when the transmission target 9 is placed in a high temperature environment during the operation of the radiation generating tube 1, “carbon diffusion from the diamond base material 41 to the target layer 42”, “ It has the effect of suppressing “carbon diffusion in the target layer 42” and exhibits the effect of suppressing the composition variation of the target layer 42.

すなわち、第2の特徴により、透過型ターゲット9の放射線出力動作に先だって、予め、ターゲット層42の層厚方向に炭素が金属炭化物として一様に含有させることにより、ダイアモンド基材41とターゲット層42との「層間における炭素の濃度勾配を抑制」する作用が発現され、「ダイアモンド基材41からターゲット層42への炭素拡散」を抑制する効果をもたらす。   That is, according to the second feature, prior to the radiation output operation of the transmissive target 9, carbon is uniformly contained in the thickness direction of the target layer 42 in advance as a metal carbide, whereby the diamond base material 41 and the target layer 42. The effect of “suppressing the concentration gradient of carbon between layers” is exhibited, and the effect of suppressing “carbon diffusion from the diamond base material 41 to the target layer 42” is brought about.

また、第2の特徴により、透過型ターゲット9が放射線出力動作に先だって、予め、ターゲット層42の層厚方向に炭素を金属炭化物として含有させておくことにより、ターゲット層42の「層内の炭素の濃度勾配を抑制」する作用が発現され、「ターゲット層42中の炭素拡散」を抑制する効果をもたらす。   Further, according to the second feature, prior to the radiation output operation, the transmissive target 9 contains carbon as a metal carbide in the layer thickness direction of the target layer 42 in advance, so that “the carbon in the layer” The effect of “suppressing the concentration gradient” is expressed, and the effect of suppressing “carbon diffusion in the target layer 42” is brought about.

以上のように、第1と第2の特徴を備えたターゲット層42とすることにより、ターゲット層42の組成を安定化させる効果をもたらす。透過型ターゲット42を備えた放射線発生管1、放射線発生装置20の出力動作を長期間に渡って安定化することが可能となる。この技術的意義は、ターゲット層42の層厚を炭素の拡散長Ldに比較して、十分大な層厚をとることが難しい透過型ターゲット9において、極めて重要な意味を有する。   As described above, the target layer 42 having the first and second characteristics provides the effect of stabilizing the composition of the target layer 42. It is possible to stabilize the output operation of the radiation generating tube 1 and the radiation generating apparatus 20 provided with the transmission target 42 for a long period of time. This technical significance is extremely important in the transmission type target 9 in which it is difficult to obtain a sufficiently large layer thickness compared to the carbon diffusion length Ld.

なお、本発明の第2の特徴である、ターゲット層42の層厚方向に一様に炭素が含有されることは、ターゲット層42の層厚方向の任意の領域において、炭素が金属炭化物として含有されていることを意味する。   In addition, carbon is contained uniformly in the layer thickness direction of the target layer 42, which is the second feature of the present invention, that carbon is contained as a metal carbide in an arbitrary region in the layer thickness direction of the target layer 42. Means that

従って、ターゲット層42の層厚方向に一様に炭素が含有されることは、必ずしも、ターゲット層の層厚方向において一定の炭素濃度を有する形態に限定されない。他の実施形態としては、ターゲット層42の組成変動を抑制する効果を得られる範囲で、所定の炭素濃度分布を有する形態が含まれる。具体的には、ターゲット層42の層厚方向の90%範囲において、炭素濃度の最大と最小の原子濃度比が1桁以下を満たす形態は本発明の、他の実施形態として含まれる。   Therefore, the uniform carbon content in the thickness direction of the target layer 42 is not necessarily limited to a form having a constant carbon concentration in the thickness direction of the target layer. Other embodiments include a form having a predetermined carbon concentration distribution within a range in which the effect of suppressing the composition variation of the target layer 42 can be obtained. Specifically, a form in which the maximum and minimum atomic concentration ratios of the carbon concentration satisfy one digit or less in the 90% range in the layer thickness direction of the target layer 42 is included as another embodiment of the present invention.

なお、ターゲット層42に含有されるモリブデン、タンタル、タングステンのいずれも、遷移金属に属するので、複数の炭化数を呈する炭化物結晶構造をとり得るが、いずれの金属も、1炭化物か0.5炭化物が、安定な結晶構造である。モリブデン、タンタル、タングステンは、それぞれ、六方晶の炭化二モリブデン(たんかにもりぶでん)、立方晶の炭化一タンタル(たんかいちたんたる)、六方晶の炭化一タングステン(たんかいちたんぐすてん)が熱的に最安定な構造である。   All of molybdenum, tantalum, and tungsten contained in the target layer 42 belong to a transition metal, and therefore can have a carbide crystal structure exhibiting a plurality of carbon numbers. Is a stable crystal structure. Molybdenum, tantalum, and tungsten are hexagonal di-molybdenum carbide, cubic tantalum carbide, and hexagonal tungsten carbide, respectively. Is the most thermally stable structure.

従って、モリブデンをターゲット金属として含有する場合は、ターゲット層42中の金属炭化物の濃度として、炭化二モリブデン濃度[MoC](atm%)>炭化一モリブデン濃度[MoC](atm%)であることがターゲット層の構造の変化を抑制する点で好ましい。従って、最安定構造である炭化二モリブデン(MoC)の単一層からターゲット層42を構成すれば、より一層耐熱性の良好な透過型ターゲットを提供することが可能となる。 Therefore, when molybdenum is contained as a target metal, the concentration of metal carbide in the target layer 42 is dimolybdenum carbide concentration [Mo 2 C] (atm%)> monomolybdenum carbide concentration [MoC] (atm%). This is preferable in terms of suppressing changes in the structure of the target layer. Therefore, if the target layer 42 is composed of a single layer of dimolybdenum carbide (Mo 2 C), which is the most stable structure, it is possible to provide a transmission type target with even better heat resistance.

同様にして、タンタルをターゲット金属として含有する場合は、ターゲット層42中の金属炭化物の濃度として、炭化一タンタル濃度[TaC](atm%)>炭化二タンタル濃度[TaC](atm%)であることが好ましい。従って、最安定構造である炭化一タンタル(TaC)の単一層からターゲット層42を構成すれば、より一層耐熱性の良好な透過型ターゲットを提供することが可能となる。 Similarly, when tantalum is contained as the target metal, the concentration of metal carbide in the target layer 42 is as follows: monotantalum carbide concentration [TaC] (atm%)> ditantalum carbide concentration [Ta 2 C] (atm%) It is preferable that Therefore, if the target layer 42 is formed from a single layer of tantalum carbide (TaC), which is the most stable structure, it is possible to provide a transmission type target with even better heat resistance.

さらに、同様にして、タングステンをターゲット金属として含有する場合は、ターゲット層42中の金属炭化物の濃度として、炭化一タングステン濃度[WC](atm%)>炭化二タングステン濃度[WC](atm%)であることが好ましい。従って、最安定構造である炭化一タングステン(WC)の単一層からターゲット層42を構成すれば、より一層耐熱性の良好な透過型ターゲットを提供することが可能となる。 Similarly, when tungsten is contained as the target metal, the concentration of metal carbide in the target layer 42 is as follows: monotungsten carbide concentration [WC] (atm%)> ditungsten carbide concentration [W 2 C] (atm %). Therefore, if the target layer 42 is formed from a single layer of tungsten carbide (WC), which is the most stable structure, it is possible to provide a transmission type target with even better heat resistance.

なお、ターゲット層42は、放射線発生管の管電圧Vaにより規定される電子侵入深さDpを基準として、Dpの1倍から1.5倍程度の層厚とすることにより、ダイアモンド基材41の電子損傷の抑制と、ターゲット層で発生した放射線の前方への透過性を両立することが可能となる。電子侵入深さDpの範囲は、透過型ターゲット9の発熱部となるので、このターゲット層42の表面から電子侵入深さDpまでの深さ領域に、金属炭化物が含有されていることが、ターゲット層42の耐熱性および組成変動抑制の観点から好ましい。   The target layer 42 has a layer thickness of about 1 to 1.5 times Dp with reference to the electron penetration depth Dp defined by the tube voltage Va of the radiation generating tube. It is possible to achieve both suppression of electron damage and the forward transmission of radiation generated in the target layer. Since the range of the electron penetration depth Dp is a heat generating portion of the transmission type target 9, the metal carbide is contained in the depth region from the surface of the target layer 42 to the electron penetration depth Dp. It is preferable from the viewpoint of heat resistance of the layer 42 and suppression of composition variation.

一般に、電子侵入深さDpは、入射エネルギーEp(eV)すなわち、管電圧Va(V)と、ターゲット層の密度とにより決定される。本願発明においては、1×10Vから1×10Vの範囲の入射エネルギーEp(=Va)で実測と良い一致を示す下記一般式1で電子侵入深さDp(m)を規定する。
Dp=6.67×10−10×Va1.6/ρ (式1)
In general, the electron penetration depth Dp is determined by the incident energy Ep (eV), that is, the tube voltage Va (V), and the density of the target layer. In the present invention, the electron penetration depth Dp (m) is defined by the following general formula 1 showing good agreement with the actual measurement with the incident energy Ep (= Va) in the range of 1 × 10 4 V to 1 × 10 6 V.
Dp = 6.67 × 10 −10 × Va 1.6 / ρ (Formula 1)

但し、Vaは、管電圧(V)であり、ρは、前記ターゲット層の密度(kg/m)である。また、ターゲット層の密度の同定は、秤量と層厚測長により決定しても良いが、ラザフォード後方散乱分析法(RBS法)によって決定する方法が、薄膜の密度を測定する手法として好ましい。 Where Va is the tube voltage (V), and ρ is the density of the target layer (kg / m 3 ). The identification of the density of the target layer may be determined by weighing and layer thickness measurement, but the method of determining by the Rutherford backscattering analysis method (RBS method) is preferable as a method for measuring the density of the thin film.

具体的な、ターゲット層42の層厚としては、0.1マイクロメートルから数十マイクロメートルの層厚とすることにより、さらに、応力起因の層剥離を抑制することが可能となる点で好ましい。   As a specific layer thickness of the target layer 42, a layer thickness of 0.1 to several tens of micrometers is preferable in that it is possible to further suppress delamination due to stress.

また、ターゲット層42は、ターゲット金属および他の金属をそれぞれ含有した組成とすることも可能であるが、単一のターゲット金属の炭化物からなる単一組成とすることにより、図1(b)において、放出された放射線11に含まれる特性X線のスペクトルの先鋭化を図ることができる点で好ましい。ターゲット層42に含有される金属炭化物は、結晶構造をとるので、X線回折(XRD)、透過型電子顕微鏡(TEM)の高分解能像、電子線回折(ED)等によって、純金属のモリブデン、タンタル、タングステンとは、それぞれ異なる固有の結晶構造を呈する。   In addition, the target layer 42 may have a composition containing a target metal and another metal, respectively, but by forming a single composition made of a carbide of a single target metal, in FIG. It is preferable in that the spectrum of the characteristic X-ray contained in the emitted radiation 11 can be sharpened. Since the metal carbide contained in the target layer 42 has a crystal structure, pure metal molybdenum, X-ray diffraction (XRD), high-resolution image of a transmission electron microscope (TEM), electron diffraction (ED), etc. Tantalum and tungsten have different intrinsic crystal structures.

次に、本発明の透過型ターゲットが備えるダイアモンド基材について、図1(a)、(b)を用いて説明する。   Next, the diamond base material with which the transmission type target of this invention is provided is demonstrated using Fig.1 (a), (b).

ダイアモンド基材41の基材厚は、0.1mmから10mmとすることにより、基材面方向の熱伝導性と放射線透過性とを両立することが可能となる。また、ダイアモンド基材41は、単結晶ダイアモンド、多結晶ダイアモンドのいずれもでもよいが、熱伝導性の観点からは、単結晶ダイアモンドが好ましい形態である。さらに、ダイアモンド基材41は、窒素を、2ppmから800ppmの範囲で含有していることにより耐衝撃性が向上するので、本発明の透過型ターゲット9を適用可能な放射線発生装置の可搬性を向上可能な点で好ましい形態である。   By setting the base material thickness of the diamond base material 41 to 0.1 mm to 10 mm, it is possible to achieve both thermal conductivity in the base material surface direction and radiation transparency. The diamond base material 41 may be either a single crystal diamond or a polycrystalline diamond, but from the viewpoint of thermal conductivity, the single crystal diamond is a preferred form. Furthermore, since the diamond base material 41 contains nitrogen in the range of 2 ppm to 800 ppm, the impact resistance is improved, so the portability of the radiation generating apparatus to which the transmission target 9 of the present invention can be applied is improved. It is a preferable form from the possible point.

次に、本発明の透過型ターゲット9を形成する方法について、図4の各図を用いて説明する。   Next, a method for forming the transmission type target 9 of the present invention will be described with reference to FIGS.

透過型ターゲット9の第1の形成方法は、図4(a−1)、図4(a−2)に示すように、ダイアモンド基材41上に、金属炭化物層を成膜し、ターゲット層42とする方法である。かかる金属炭化物層の成膜方法としては、化学的気相成長法(CVD法)、物理的蒸着、溶射等を含む任意の膜形成手法を採用することが可能である。透過型ターゲット9の第2の形成方法は、図4(b−1)〜図4(b−4)に示すように、ダイアモンド基材41上に、金属層43を成膜し積層体を形成した後、かかる積層体を、減圧雰囲気、脱酸素雰囲気、または、不活性ガス雰囲気下で、1000℃以上2000℃以下の温度範囲で加熱する方法である。このような金属層形成工程と炭化工程とからなる方法により、ダイアモンド基材41由来の炭素を、金属層43に拡散させるとともに、金属層43に含有される金属を炭化させることが可能となる。前述の加熱温度は、1500℃以上2000℃以下の温度範囲とすることが炭化工程の短時間化の観点でより好ましい。   As shown in FIGS. 4 (a-1) and 4 (a-2), the first method of forming the transmission target 9 is to form a metal carbide layer on the diamond base material 41, and to form the target layer 42. It is a method. As a method for forming the metal carbide layer, any film forming method including chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition, thermal spraying, and the like can be employed. As shown in FIGS. 4 (b-1) to 4 (b-4), the second method of forming the transmission target 9 is to form a laminate by forming a metal layer 43 on the diamond base material 41. Then, such a laminate is heated in a temperature range of 1000 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower in a reduced pressure atmosphere, a deoxygenated atmosphere, or an inert gas atmosphere. By such a method comprising the metal layer forming step and the carbonization step, carbon derived from the diamond base material 41 can be diffused into the metal layer 43 and the metal contained in the metal layer 43 can be carbonized. The above heating temperature is more preferably set to a temperature range of 1500 ° C. or more and 2000 ° C. or less from the viewpoint of shortening the carbonization step.

また、第1の形成方法および、第2の形成方法の変形例として、図4(c−1)〜図4(c−4)に示すように、熱物性温度が低い材料から構成される基板44上に、金属炭化物層42または金属層を形成した後に、CVD法等によりダイアモンド層41を形成した後に、基板44を選択的に除去する手法としても良い。基板44の熱物性温度は、融点または分解温度を採用し、これらが、ターゲット層42または、ダイアモンド基材41に対して、低いことで、本実施形態の透過型ターゲット形成手法を実現可能となる。   Moreover, as a modification of the first forming method and the second forming method, as shown in FIGS. 4C-1 to 4C-4, a substrate made of a material having a low thermophysical temperature. Alternatively, after the metal carbide layer 42 or the metal layer is formed on the substrate 44 and the diamond layer 41 is formed by the CVD method or the like, the substrate 44 may be selectively removed. As the thermophysical temperature of the substrate 44, a melting point or a decomposition temperature is adopted, and these are lower than the target layer 42 or the diamond base material 41, so that the transmission target forming method of the present embodiment can be realized. .

次に、図5(a)〜(c)を用いて、ターゲット層42を電位規定するための電位規定手段を備えた、本発明の透過型ターゲット9の変形例を説明する。   Next, with reference to FIGS. 5A to 5C, a modified example of the transmission target 9 of the present invention provided with a potential regulating means for regulating the potential of the target layer 42 will be described.

ターゲット層42は、電子放出部2との間で、数十kV〜200kV程度の高電圧を印加され、安定的に電位規定されることが耐電圧の観点から好ましい。図5(a)は、ダイアモンド基材41の一方の面の周縁61までの全域にターゲット層42が形成された実施形態である。本実施形態においては、不図示の陽極部材と、ターゲット層42の周縁62とが、不図示のろう材やメタライズ層を介して電気的に接続される。   The target layer 42 is preferably applied with a high voltage of about several tens of kV to 200 kV between the electron emitting portion 2 and stably regulated in terms of withstand voltage. FIG. 5A is an embodiment in which the target layer 42 is formed in the entire area up to the peripheral edge 61 of one surface of the diamond base material 41. In the present embodiment, an anode member (not shown) and the peripheral edge 62 of the target layer 42 are electrically connected via a brazing material and a metallized layer (not shown).

図5(b)は、ダイアモンド基材41の一方の面の周縁61から所定の距離離間した外周62で囲まれた範囲に、ターゲット層42が形成された実施形態である。本実施形態においては、ターゲット層42は、ろう材や、メタライズ層に加えて、環状に形成した電極45を介して、不図示の陽極部材に電気的に接続される。   FIG. 5B is an embodiment in which the target layer 42 is formed in a range surrounded by an outer periphery 62 that is separated from the peripheral edge 61 of one surface of the diamond base material 41 by a predetermined distance. In the present embodiment, the target layer 42 is electrically connected to an anode member (not shown) via an annular electrode 45 in addition to the brazing material and the metallized layer.

電極45は、ターゲット層42の下層として、ダイアモンド基材41の全面に形成されても良いし、図5(c)のように、ターゲット層42の外周62の一部において、ターゲット層42とダイアモンド基材41の周縁61とを橋渡しするように形成されも良い。   The electrode 45 may be formed on the entire surface of the diamond base material 41 as a lower layer of the target layer 42, or the target layer 42 and the diamond may be formed on a part of the outer periphery 62 of the target layer 42 as shown in FIG. It may be formed so as to bridge the peripheral edge 61 of the base material 41.

また、電極45は、ターゲット層42を電位規定するに足る導電性を有していれば、純金属だけでなく、金属窒化物、金属酸化物、金属炭化物から構成されていても良い。電極45を、ターゲット層42が含有するターゲット金属とは異なる金属元素の炭化物から構成される金属炭化物層とすることにより、ターゲット層42から電極45に炭素が拡散することを抑制し、ターゲット層42の組成変動をより一層抑制することが可能となる。   Further, the electrode 45 may be made of not only a pure metal but also a metal nitride, a metal oxide, or a metal carbide as long as the electrode 45 has sufficient conductivity to regulate the potential of the target layer 42. By making the electrode 45 a metal carbide layer composed of a carbide of a metal element different from the target metal contained in the target layer 42, carbon is prevented from diffusing from the target layer 42 to the electrode 45, and the target layer 42. It is possible to further suppress the composition variation of the.

また、本願発明の透過型ターゲットは、ターゲット層とダイアモンド基材との間に、ターゲット層とは組成の異なる他の金属炭化物層を中間層として備えた形態としても良い。   Moreover, the transmission type target of this invention is good also as a form provided with the other metal carbide layer from which a composition differs from a target layer as an intermediate | middle layer between a target layer and a diamond base material.

次に、本願発明の透過型ターゲットを備える放射線発生装置を、以下に示す手順で作成し、かかる放射線発生装置を動作させ、出力安定性を評価した。   Next, a radiation generation apparatus including the transmission target according to the present invention was prepared according to the following procedure, and the radiation generation apparatus was operated to evaluate the output stability.

(実施例1)
本実施例で作成した透過型ターゲット9の概略図を図5(a)に示す。また、本実施例で作成した透過型ターゲット9の作成手順を図4(b−1)〜図4(b−4)に示す。また、本実施例の透過型ターゲット9のターゲット層42と、透過型ターゲット9の形成過程の金属層43との、それぞれのX線回折法の測定結果を図6に示す。さらに、本実施例で作成した透過型ターゲット9を備えた放射線発生管1を図2に示し、放射線発生管1を備えた放射線発生装置20を図3に示す。
Example 1
FIG. 5A shows a schematic diagram of the transmission target 9 created in this example. Moreover, the preparation procedure of the transmissive | pervious target 9 produced in the present Example is shown in FIG.4 (b-1)-FIG.4 (b-4). In addition, FIG. 6 shows the measurement results of the X-ray diffraction method of the target layer 42 of the transmission type target 9 of this example and the metal layer 43 in the process of forming the transmission type target 9. Furthermore, the radiation generating tube 1 provided with the transmission type target 9 produced in the present embodiment is shown in FIG. 2, and the radiation generating apparatus 20 provided with the radiation generating tube 1 is shown in FIG.

まず、図4(b−1)に示すように、直径6mmで厚さ1mmの、単結晶ダイアモンドからなるダイアモンド基材41を準備し、次に、ダイアモンド基材41を、UVオゾンアッシャ装置にて、その表面の残留有機物を洗浄処理した。尚、用意した単結晶ダイアモンド基材は、窒素をダイアモンド中に50ppm含有していた。   First, as shown in FIG. 4 (b-1), a diamond base material 41 made of a single crystal diamond having a diameter of 6 mm and a thickness of 1 mm is prepared. Next, the diamond base material 41 is prepared using a UV ozone asher device. The residual organic matter on the surface was washed. The prepared single crystal diamond base material contained 50 ppm of nitrogen in the diamond.

次に、図4(b−2)に示すように、ダイアモンド基材41の一方の洗浄面に対して、キャリアガスとしてアルゴンガスを用い、スパッタターゲットとしてタングステンの焼結体を用いて、タングステンからなる金属層43を5μmの層厚となるように、スパッタ成膜した。   Next, as shown in FIG. 4 (b-2), argon gas is used as a carrier gas and tungsten sintered body is used as a sputtering target with respect to one cleaning surface of the diamond base material 41. The metal layer 43 to be formed was formed by sputtering so as to have a layer thickness of 5 μm.

この工程で得られたタングステンからなる金属層43に対して、X線回折法で層構造を評価したところ、回折角2θ=40.2度付近に純金属タングステン由来の(110)面を呈する回折ピークが認められた。このX線回折プロファイルを図6の下方に示す。   When the layer structure of the metal layer 43 made of tungsten obtained in this step was evaluated by an X-ray diffraction method, a diffraction exhibiting a (110) plane derived from pure metal tungsten at a diffraction angle of 2θ = 40.2 degrees. A peak was observed. This X-ray diffraction profile is shown in the lower part of FIG.

次に、図4(b−3)に示すように、イメージ炉内に、タングステン層43とダイアモンド基材41との積層体を搬送し真空減圧雰囲気にした。次に、イメージ炉を1600℃の温度まで加熱し、タングステン層43を炭化する処理を行い、ターゲット42を備えた透過型ターゲット9を作成した。   Next, as shown in FIG. 4 (b-3), the laminated body of the tungsten layer 43 and the diamond base material 41 was transported into the image furnace to make a vacuum reduced pressure atmosphere. Next, the image furnace was heated to a temperature of 1600 ° C., and the carbonization of the tungsten layer 43 was performed, so that the transmission target 9 including the target 42 was produced.

この工程で得られたターゲット層42に対して、X線回折分析で層構造を評価したところ、炭化一タングステン(WC)由来の複数の回折ピークが認められた。具体的には、回折角2θ=35.6度付近、および、48.3度付近に認められたメインピークとサブピークは、炭化一タングステン(WC)由来の(100)面と、(101)面とを示していた。このX線回折プロファイルを図6の上方に示す。   When the layer structure of the target layer 42 obtained in this step was evaluated by X-ray diffraction analysis, a plurality of diffraction peaks derived from monotungsten carbide (WC) were observed. Specifically, main peaks and sub-peaks observed near diffraction angle 2θ = 35.6 degrees and 48.3 degrees are (100) plane derived from tungsten carbide (WC) and (101) plane. It showed. This X-ray diffraction profile is shown in the upper part of FIG.

なお、X線回折分析に使用したX線は、銅(Cu)のKα線(8.05keV)であり、Kβ線は、ニッケル(Ni)フィルタで除去しておいた。   The X-rays used in the X-ray diffraction analysis were copper (Cu) Kα rays (8.05 keV), and the Kβ rays were removed with a nickel (Ni) filter.

図6に示すように、熱処理前のダイアモンド基材41上の金属層43は、純金属タングステンと同定され、熱処理後のダイアモンド基材上のターゲット層42は、炭化一タングステン(たんかいちたんぐすてん、WC)と同定された。なお、図6の回折ピーク強度を示す縦軸は、任意単位である。   As shown in FIG. 6, the metal layer 43 on the diamond base material 41 before the heat treatment is identified as pure metal tungsten, and the target layer 42 on the diamond base material after the heat treatment is made of tungsten carbide. , WC). In addition, the vertical axis | shaft which shows the diffraction peak intensity of FIG. 6 is an arbitrary unit.

次に、得られた透過型ターゲット9の断面を、機械研磨とFIB加工処理により、ターゲット層42およびダイアモンド基材41の界面を含むようにした断面検体S1を準備した。準備した検体S1をX線電子分光法(XPS)により、組成と結合の分布状態をマッピングしたところ、ターゲット層42の層厚に対応してタングステンが一様に存在していることが観察され、ターゲット層42とダイアモンド基材41とに対応して炭素が一様に存在していることが観察された。また、前記検体S1と同様にして、FIB加工処理する事により、透過型電子線顕微鏡(TEM)観察用の検体S2を準備した。検体S2に対して、透過型電子線顕微鏡の高分解能像観察と、電子線回折分析(ED)と電子線分光分析(EDX)を組合せて、結晶性分布と結晶方位分布と組成分布をマッピングし、評価した。この結果、ターゲット層42に対応して、六方晶の炭化一タングステンに起因する結晶構造が、電子線回折と高分解能像とで確認された。   Next, a cross-sectional specimen S1 was prepared in which the cross section of the obtained transmission target 9 includes the interface between the target layer 42 and the diamond substrate 41 by mechanical polishing and FIB processing. When the prepared specimen S1 is mapped by X-ray electron spectroscopy (XPS) to map the composition and the distribution of bonds, it is observed that tungsten exists uniformly corresponding to the layer thickness of the target layer 42, It was observed that carbon was present uniformly corresponding to the target layer 42 and the diamond base material 41. In addition, a sample S2 for observation with a transmission electron microscope (TEM) was prepared by performing FIB processing in the same manner as the sample S1. The specimen S2 is combined with high-resolution image observation of a transmission electron microscope, electron diffraction analysis (ED), and electron beam spectroscopic analysis (EDX) to map the crystallinity distribution, crystal orientation distribution, and composition distribution. ,evaluated. As a result, a crystal structure caused by hexagonal monotungsten carbide corresponding to the target layer 42 was confirmed by electron diffraction and a high resolution image.

次に、得られた透過型ターゲット9を、不図示の電子銃を備えた不図示の真空チャンバーに配置し、電子放出源3から放出された集束電子ビーム5をターゲット層42に照射したところ、タングステンのKα線に由来する特性X線の放出が確認された。このとき、電子銃と透過型ターゲット9との間には100kVの電圧が印加されていた。   Next, the obtained transmission target 9 was placed in a vacuum chamber (not shown) equipped with an electron gun (not shown), and the target layer 42 was irradiated with the focused electron beam 5 emitted from the electron emission source 3. The emission of characteristic X-rays derived from tungsten Kα rays was confirmed. At this time, a voltage of 100 kV was applied between the electron gun and the transmissive target 9.

次に、本実施例で作成した透過型ターゲット9を、不図示のコバールからなる陽極部材に接続して陽極とした。次に、硼化ランラン(LaB)を電子放出部2として備えた含侵型電子銃からなる電子放出源3を、不図示のコバールからなる陰極部材と接続し陰極とした。さらに、アルミナからなる絶縁管の両開口のそれぞれに、銀ろうを用いて、陰極と陽極とをそれぞれ接続した。最後に、陽極と陰極と絶縁管に囲まれた容器の内部を、1×10−6Paまで真空排気した。このようにして、図2に示す放射線発生管1を作成した。さらに、放射線管1を用いて、図3に示す放射線発生装置20を作成し、さらにまた、放射線発生装置20の駆動安定性を評価する図7に示す評価系を準備した。 Next, the transmission type target 9 prepared in this example was connected to an anode member made of Kovar (not shown) to form an anode. Next, an electron emission source 3 composed of an impregnated electron gun provided with lanthanum boride (LaB 6 ) as the electron emission portion 2 was connected to a cathode member made of Kovar (not shown) to form a cathode. Furthermore, a silver solder was used to connect the cathode and the anode to each of both openings of the insulating tube made of alumina. Finally, the inside of the container surrounded by the anode, the cathode and the insulating tube was evacuated to 1 × 10 −6 Pa. Thus, the radiation generating tube 1 shown in FIG. 2 was created. Furthermore, using the radiation tube 1, the radiation generator 20 shown in FIG. 3 was created, and an evaluation system shown in FIG. 7 for evaluating the driving stability of the radiation generator 20 was prepared.

放射線発生装置20の駆動安定性評価における駆動条件は、電子放出部2に対して透過型ターゲット9に印加する加速電圧を+100kV、ターゲット層42に照射される電子電流密度を4mA/mm、電子照射時間と非照射時間とを交互に、それぞれ2秒、198秒のセットとして繰り返すパルス駆動とした。なお、放射線出力強度の安定性評価に際し、ターゲット層42から接地電極66に流れる電流を計測して、不図示の負帰還回路により、ターゲット層42に照射される電子電流密度を1%以内の変動値とするように制御した。さらに、放射線発生装置20の駆動評価中に、放電せずに安定的に駆動していることを、放電カウンタ67によって確認した。 Driving condition of the driving stability evaluation of the radiation generating apparatus 20, the electron emission unit transmission an acceleration voltage applied to the target 9 + 100 kV, electron current density 4mA / mm 2 which is irradiated to the target layer 42 to two, electron Pulse driving was performed by repeating irradiation time and non-irradiation time alternately as a set of 2 seconds and 198 seconds, respectively. When evaluating the stability of the radiation output intensity, the current flowing from the target layer 42 to the ground electrode 66 is measured, and the electron current density irradiated to the target layer 42 is varied within 1% by a negative feedback circuit (not shown). It was controlled to be a value. Furthermore, during the drive evaluation of the radiation generator 20, it was confirmed by the discharge counter 67 that it was stably driven without discharging.

放射線発生装置20の放射線出力強度の安定性評価は、電子放出源3を上記条件でパルス駆動し、100時間経過毎に、一旦、放射線発生装置の駆動を止めて放射線発生管1の全体が、室温と平衡温度となるまで1時間停止させて、放射線線量計26で放射線出力強度を測定した。放射線出力強度は、放射線線量計26より検出した信号強度の1秒間の平均値とした。安定性評価は、各経過時間後の放射線出力強度を、初期の放射線出力強度で規格化した変動率で評価した。これらの評価結果のうち、100時間、200時間、および、400時間経過時の変動率を表1に示す。   The stability of the radiation output intensity of the radiation generator 20 is evaluated by pulsing the electron emission source 3 under the above conditions, and once every 100 hours, the radiation generator 1 is stopped and the entire radiation generator tube 1 is The radiation output intensity was measured with the radiation dosimeter 26 after being stopped for 1 hour until the room temperature and the equilibrium temperature were reached. The radiation output intensity was the average value of the signal intensity detected by the radiation dosimeter 26 for 1 second. In the stability evaluation, the radiation output intensity after each elapsed time was evaluated by the variation rate normalized by the initial radiation output intensity. Of these evaluation results, Table 1 shows the rate of change after 100 hours, 200 hours, and 400 hours.

Figure 2017139238
Figure 2017139238

本実施例の透過型ターゲット9を備えた放射線発生装置13は、長時間の駆動履歴を経た場合においても、安定した放射線出力強度が得られることが確認された。   It was confirmed that the radiation generating apparatus 13 provided with the transmission type target 9 of the present embodiment can obtain a stable radiation output intensity even after a long driving history.

さらに、前述の駆動試験後の放射線発生管1を取り出し、透過型ターゲット9を観察したところ、ターゲット層42とダイアモンド基材41との剥離は観察されなかった。   Furthermore, when the radiation generating tube 1 after the above-described driving test was taken out and the transmission target 9 was observed, no separation between the target layer 42 and the diamond base material 41 was observed.

なお、本実施例のターゲット層42をRBS法にて、密度測定したところ、15.8×10(kg/m)であり、100keVの運動エネルギーを有する入射電子に対する侵入深さDpは、4.2×10−6(m)であった。従って、100kVの管電圧で動作する放射線発生管において、少なくともターゲット層42表面から電子侵入深さDpの範囲は、炭化一タングステン(たんかいちたんぐすてん)を主成分として含有する金属炭化物層となっていたことを確認した。 When the density of the target layer 42 of this example was measured by the RBS method, it was 15.8 × 10 3 (kg / m 3 ), and the penetration depth Dp with respect to incident electrons having a kinetic energy of 100 keV is: It was 4.2 × 10 −6 (m). Accordingly, in the radiation generating tube operating at a tube voltage of 100 kV, at least the range of the electron penetration depth Dp from the surface of the target layer 42 is a metal carbide layer containing as a main component tungsten carbide. I confirmed that it was.

(実施例2)
図4(a−1)、図4(a−2)に記載の製造方法により透過型ターゲット9を作成したこと以外は、第1の実施例と同様にして、透過型ターゲット9、放射線発生管1、放射線発生装置20を作成した。さらに、実施例1の駆動評価系を用いて、第2の実施例の駆動安定性について評価した。
(Example 2)
The transmissive target 9 and the radiation generating tube are the same as in the first embodiment except that the transmissive target 9 is prepared by the manufacturing method shown in FIGS. 4 (a-1) and 4 (a-2). 1. The radiation generator 20 was created. Furthermore, the drive stability of the second example was evaluated using the drive evaluation system of Example 1.

本実施例においては、ダイアモンド基材41上に、CVD法により、炭化一タングステン(たんかいちたんぐすてん、WC)からなるターゲット層42を6μmの厚さで作成した。本実施例で得られた透過型ターゲット9は、図5(a)の概略構成とした。   In this example, a target layer 42 made of tungsten carbide (Tanka 1 Tungsten, WC) was formed on the diamond base material 41 with a thickness of 6 μm by the CVD method. The transmission type target 9 obtained in this example has the schematic configuration shown in FIG.

形成したターゲット層42を、実施例1と同様にして、X線回折分析で層構造を評価したところ、炭化一タングステン(WC)由来の複数の回折ピークが認められた。具体的には、回折角2θ=35.6度付近、および、48.3度付近に認められたメインピークとサブピークは、炭化一タングステン(WC)由来の(100)面と、(101)面とを示していた。 また、実施例1と同様にして、断面検体S3、S4を準備し、準備した検体S3をX線電子分光法(XPS)により、組成と結合の分布状態をマッピングしたところ、ターゲット層42に対応してタングステンが観察され、ターゲット層42とダイアモンド基材41とに対応して炭素が観察された。断面検体S4に対して、実施例1と同様にして、透過型電子線顕微鏡(TEM)の高分解能像観察と、電子線回折分析(ED)と電子線分光分析(EDX)を組合せて、結晶性分布と結晶方位分布と組成分布を評価した。得られた結晶方位のマッピングをした。この結果、ターゲット層42に対応して、六方晶の炭化一タングステン結晶に起因する結晶構造が、電子線回折と高分解能像とで確認された。   When the layer structure of the formed target layer 42 was evaluated by X-ray diffraction analysis in the same manner as in Example 1, a plurality of diffraction peaks derived from monotungsten carbide (WC) were observed. Specifically, main peaks and sub-peaks observed near diffraction angle 2θ = 35.6 degrees and 48.3 degrees are (100) plane derived from tungsten carbide (WC) and (101) plane. It showed. Similarly to Example 1, cross-sectional specimens S3 and S4 were prepared, and the prepared specimen S3 was mapped with composition and bond distribution states by X-ray electron spectroscopy (XPS). Tungsten was observed, and carbon was observed corresponding to the target layer 42 and the diamond base material 41. For the cross-sectional specimen S4, in the same manner as in Example 1, a combination of high-resolution image observation with a transmission electron microscope (TEM), electron diffraction analysis (ED), and electron beam spectroscopic analysis (EDX) Sex distribution, crystal orientation distribution and composition distribution were evaluated. The obtained crystal orientation was mapped. As a result, the crystal structure resulting from the hexagonal monotungsten carbide crystal corresponding to the target layer 42 was confirmed by electron diffraction and a high resolution image.

なお、本実施例のターゲット層をRBS法にて、密度測定したところ、15.9×10(kg/m)であり、100keVの運動エネルギーを有する入射電子に対する侵入深さDpは、4.2×10−6(m)であった。従って、100kVの管電圧で動作する放射線発生管1において、少なくともターゲット層42表面から電子侵入深さDpの範囲は、炭化一タングステン(たんかいちたんぐすてん)を主成分として含有する金属炭化物層となっていたことを確認した。 When the density of the target layer of this example was measured by the RBS method, it was 15.9 × 10 3 (kg / m 3 ), and the penetration depth Dp with respect to incident electrons having kinetic energy of 100 keV was 4 It was 2 × 10 −6 (m). Accordingly, in the radiation generating tube 1 operating at a tube voltage of 100 kV, at least the range of the electron penetration depth Dp from the surface of the target layer 42 is a metal carbide layer containing tungsten carbide as the main component. I confirmed that it was.

実施例1と同様にして、放射線発生装置20の放射線出力強度の安定性評価を行った。この結果を、表2に示す。   In the same manner as in Example 1, the stability of the radiation output intensity of the radiation generator 20 was evaluated. The results are shown in Table 2.

Figure 2017139238
Figure 2017139238

本実施例の透過型ターゲット9を備えた放射線発生装置13は、長時間の駆動履歴を経た場合においても、安定した放射線出力強度が得られることが確認された。   It was confirmed that the radiation generating apparatus 13 provided with the transmission type target 9 of the present embodiment can obtain a stable radiation output intensity even after a long driving history.

さらに、前述の駆動試験後の放射線発生管1を取り出し、透過型ターゲット9を観察したところ、ターゲット層42とダイアモンド基材41との剥離は観察されなかった。   Furthermore, when the radiation generating tube 1 after the above-described driving test was taken out and the transmission target 9 was observed, no separation between the target layer 42 and the diamond base material 41 was observed.

9 透過型ターゲット
41 ダイアモンド基材
42 ターゲット層
9 Transmission target 41 Diamond base material 42 Target layer

Claims (34)

電子の照射によりX線を発生する金属炭化物を含有するターゲット層と、前記ターゲット層を支持するダイアモンド基材と、を備えることを特徴とする透過型ターゲット。   A transmission type target comprising: a target layer containing a metal carbide that generates X-rays upon electron irradiation; and a diamond base material that supports the target layer. 前記ターゲット層は電子の照射によりX線を発生するターゲット金属を含有していることを特徴とする請求項1に記載の透過型ターゲット。   The transmission target according to claim 1, wherein the target layer contains a target metal that generates X-rays when irradiated with electrons. 前記ターゲット金属は、モリブデン、タンタル、タングステンの群から少なくとも1種選択された金属であることを特徴とする請求項2に記載の透過型ターゲット。   The transmission target according to claim 2, wherein the target metal is a metal selected from the group consisting of molybdenum, tantalum, and tungsten. 前記金属炭化物は、前記ダイアモンド基材上に位置していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。   4. The transmission type target according to claim 1, wherein the metal carbide is located on the diamond base material. 5. 前記金属炭化物は、X線が発生する領域に位置していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。   The transmission type target according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal carbide is located in a region where X-rays are generated. 前記金属炭化物は、前記ターゲット層の層厚方向に分布して含有されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。   6. The transmission type target according to claim 1, wherein the metal carbide is distributed and contained in a layer thickness direction of the target layer. 前記金属炭化物は、前記ターゲット層の層厚方向において一様に含有されていることを特徴とする請求項6に記載の透過型ターゲット。   The transmissive target according to claim 6, wherein the metal carbide is uniformly contained in a thickness direction of the target layer. 前記ターゲット層は、前記金属炭化物から構成される金属炭化物層であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。   The transmission target according to any one of claims 1 to 7, wherein the target layer is a metal carbide layer composed of the metal carbide. 前記ターゲット層は、炭化二タングステン、炭化一タングステンのそれぞれを、[WC]モル分率、[WC]モル分率、含有するとき、[WC]<[WC]であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。 When the target layer contains each of ditungsten carbide and monotungsten carbide in a [W 2 C] mole fraction and a [WC] mole fraction, [W 2 C] <[WC]. The transmission type target according to any one of claims 1 to 8. 前記ターゲット層は、炭化二モリブデン、炭化一モリブデンのそれぞれを、[MoC]モル分率、[MoC]モル分率、含有するとき、[MoC]>[MoC]であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。 When the target layer contains [Mo 2 C] mole fraction and [MoC] mole fraction, each of dimolybdenum carbide and monomolybdenum carbide, [Mo 2 C]> [MoC]. The transmission type target according to any one of claims 1 to 8. 前記ターゲット層は、炭化二タンタル、炭化一タンタルのそれぞれを、[TaC]モル分率、[TaC]モル分率、含有するとき、[TaC]<[TaC]であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。 When the target layer contains each of tantalum carbide and monotantalum carbide in a [Ta 2 C] mole fraction and a [TaC] mole fraction, [Ta 2 C] <[TaC]. The transmission type target according to any one of claims 1 to 8. 前記ターゲット層は、六方晶の炭化二モリブデン、立方晶の炭化一タンタル、六方晶の炭化一タングステンのうちの少なくともいずれかを含有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。   12. The target layer according to claim 1, wherein the target layer contains at least one of hexagonal dimolybdenum carbide, cubic crystal tantalum carbide, and hexagonal crystal tungsten carbide. The described transmission target. 前記ターゲット層の周縁が前記ダイアモンド基材の周縁より内側に位置し、前記ターゲット層の周縁から基材の周縁までを橋渡しする電極を備え、前記電極は、前記ターゲット層が含有する金属とは異なる金属の炭化物を含有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。   The periphery of the target layer is located inside the periphery of the diamond substrate, and includes an electrode that bridges from the periphery of the target layer to the periphery of the substrate, and the electrode is different from the metal contained in the target layer The transmission type target according to any one of claims 1 to 12, comprising a metal carbide. 前記ダイアモンド基材は、前記ターゲット層を直接支持することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。   The transmission target according to any one of claims 1 to 13, wherein the diamond base material directly supports the target layer. 前記ダイアモンド基材は、多結晶ダイアモンドを含有していることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。   The transmission target according to any one of claims 1 to 14, wherein the diamond base material contains polycrystalline diamond. 前記ターゲット層は、伝熱を阻害する層を介さずに前記ダイアモンド基材に積層されていることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。   The transmission target according to any one of claims 1 to 15, wherein the target layer is laminated on the diamond base material without a layer that inhibits heat transfer. 請求項1乃至16のいずれか1項の透過型ターゲットと、
前記ターゲット層と離間するとともに対向する電子放出部を備えた電子放出源と、
少なくとも前記電子放出部と前記ターゲット層とを、その内部空間またはその内面に備える外囲器と、を備えていることを特徴とするX線発生管。
The transmission type target according to any one of claims 1 to 16,
An electron emission source having an electron emission portion spaced apart from and opposed to the target layer;
An X-ray generator tube comprising: an envelope provided with at least the electron emission portion and the target layer in an internal space or an inner surface thereof.
請求項17に記載のX線発生管と、
前記ターゲット層と前記電子放出部とのそれぞれに電気的に接続され、前記ターゲット層と前記電子放出部との間に印加される管電圧を出力する駆動回路と、
を備えるX線発生装置。
An X-ray generating tube according to claim 17,
A drive circuit that is electrically connected to each of the target layer and the electron emission portion and outputs a tube voltage applied between the target layer and the electron emission portion;
An X-ray generator comprising:
前記ターゲット層の前記電子放出部と対向する面から前記ターゲット層の層厚方向において、下記一般式1で規定される電子侵入深さDp(m)の範囲において、前記ターゲット層は、前記金属炭化物から構成されていることを特徴とする請求項18に記載のX線発生装置。
Dp=6.67×10−10×Va1.6/ρ(式1)但し、Va(V)は、前記管電圧であり、ρは、前記ターゲット層の密度(kg/m)である。
In the range of the electron penetration depth Dp (m) defined by the following general formula 1 in the layer thickness direction of the target layer from the surface facing the electron emission portion of the target layer, the target layer is the metal carbide. The X-ray generator according to claim 18, comprising:
Dp = 6.67 × 10 −10 × Va 1.6 / ρ (Formula 1) where Va (V) is the tube voltage, and ρ is the density (kg / m 3 ) of the target layer. .
請求項18または19に記載のX線発生装置と、前記X線発生装置から放出され被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、を備えることを特徴とするX線撮影装置。   20. An X-ray imaging apparatus comprising: the X-ray generator according to claim 18; and an X-ray detector that detects X-rays emitted from the X-ray generator and transmitted through a subject. 電子の照射によりX線を発生する金属炭化物を含有するターゲット層と、前記ターゲット層を支持するダイアモンド基材と、を備えたX線発生ターゲットであって、前記金属炭化物はX線が発生する領域に位置していることを特徴とするX線発生ターゲット。   An X-ray generation target comprising a target layer containing a metal carbide that generates X-rays upon electron irradiation and a diamond base material that supports the target layer, wherein the metal carbide is a region where X-rays are generated An X-ray generation target characterized by being located at 前記ターゲット層は電子の照射によりX線を発生するターゲット金属を含有していることを特徴とする請求項21に記載のX線発生ターゲット。   The X-ray generation target according to claim 21, wherein the target layer contains a target metal that generates X-rays upon electron irradiation. 前記ターゲット金属は、モリブデン、タンタル、タングステンの群から少なくとも1種選択された金属であることを特徴とする請求項22に記載のX線発生ターゲット。   The X-ray generation target according to claim 22, wherein the target metal is a metal selected from the group consisting of molybdenum, tantalum, and tungsten. 前記ダイアモンド基材は、前記ターゲット層を直接支持することを特徴とする請求項21乃至23のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。   The transmission target according to any one of claims 21 to 23, wherein the diamond base material directly supports the target layer. 前記ダイアモンド基材は、多結晶ダイアモンドを含有していることを特徴とする請求項21乃至24のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。   The transmission target according to any one of claims 21 to 24, wherein the diamond base material contains polycrystalline diamond. 前記ターゲット層は、伝熱を阻害する層を介さずに前記ダイアモンド基材に積層されていることを特徴とする請求項21乃至25のいずれか1項に記載の透過型ターゲット。   The transmission target according to any one of claims 21 to 25, wherein the target layer is laminated on the diamond base material without a layer that inhibits heat transfer. 前記金属炭化物は、前記ターゲット層の層厚方向に分布して含有されていることを特徴とする請求項21乃至26いずれか1項に記載のX線発生ターゲット。   27. The X-ray generation target according to any one of claims 21 to 26, wherein the metal carbide is distributed and contained in a thickness direction of the target layer. 前記金属炭化物は、前記ターゲット層の層厚方向において一様に含有されていることを特徴とする請求項27に記載のX線発生ターゲット。   28. The X-ray generation target according to claim 27, wherein the metal carbide is uniformly contained in a layer thickness direction of the target layer. 前記ターゲット層は、炭化二タングステン、炭化一タングステンのそれぞれを、[WC]モル分率、[WC]モル分率、含有するとき、[WC]<[WC]であることを特徴とする請求項21乃至28のいずれか1項に記載のX線発生ターゲット。 When the target layer contains each of ditungsten carbide and monotungsten carbide in a [W 2 C] mole fraction and a [WC] mole fraction, [W 2 C] <[WC]. The X-ray generation target according to any one of claims 21 to 28. 前記ターゲット層は、炭化二モリブデン、炭化一モリブデンのそれぞれを、[MoC]モル分率、[MoC]モル分率、含有するとき、[MoC]>[MoC]であることを特徴とする請求項21乃至28のいずれか1項に記載のX線発生ターゲット。 When the target layer contains [Mo 2 C] mole fraction and [MoC] mole fraction, each of dimolybdenum carbide and monomolybdenum carbide, [Mo 2 C]> [MoC]. The X-ray generation target according to any one of claims 21 to 28. 前記ターゲット層は、炭化二タンタル、炭化一タンタルのそれぞれを、[TaC]モル分率、[TaC]モル分率、含有するとき、[TaC]<[TaC]であることを特徴とする請求項21乃至28のいずれか1項に記載のX線発生ターゲット。 When the target layer contains each of tantalum carbide and monotantalum carbide in a [Ta 2 C] mole fraction and a [TaC] mole fraction, [Ta 2 C] <[TaC]. The X-ray generation target according to any one of claims 21 to 28. 金属炭化物層をターゲット層として備える透過型ターゲットの製造方法であって、ダイアモンド基材を準備する工程と、
前記ダイアモンド基材の一方の面に、モリブデン、タンタル、タングステンのうちの少なくとも1種から選択された金属からなる金属層を成膜する成膜工程と、
前記金属層を備えたダイアモンド基材を加熱させ、前記ダイアモンド基材から前記金属層に炭素を拡散させるとともに、前記金属の炭化物を含有する金属炭化物層を形成しターゲット層とする炭化工程と、
を備えることを特徴とする透過型ターゲットの製造方法。
A method for producing a transmission target comprising a metal carbide layer as a target layer, the step of preparing a diamond substrate,
A film forming step of forming a metal layer made of a metal selected from at least one of molybdenum, tantalum, and tungsten on one surface of the diamond substrate;
A carbonization step of heating the diamond base material provided with the metal layer, diffusing carbon from the diamond base material to the metal layer, and forming a metal carbide layer containing a carbide of the metal as a target layer;
A method of manufacturing a transmission type target, comprising:
前記炭化工程は、不活性ガス雰囲気または、減圧された雰囲気のもとで、1000℃以上2000℃以下の温度で行われることを特徴とする請求項32に記載の透過型ターゲットの製造方法。   The said carbonization process is performed at the temperature of 1000 degreeC or more and 2000 degrees C or less under inert gas atmosphere or pressure-reduced atmosphere, The manufacturing method of the transmission type target of Claim 32 characterized by the above-mentioned. 金属炭化物層をターゲット層として備える透過型ターゲットの製造方法であって、ダイアモンド基材を準備する工程と、
前記ダイアモンド基材の一方の面にモリブデン、タンタル、タングステンのうちの少なくとも1種選択された金属と炭素とからなる金属炭化物層を成膜しターゲット層とする成膜工程と、
を備えることを特徴とする透過型ターゲットの製造方法。
A method for producing a transmission target comprising a metal carbide layer as a target layer, the step of preparing a diamond substrate,
A film forming step in which a metal carbide layer made of at least one selected from molybdenum, tantalum, and tungsten and carbon is formed on one surface of the diamond substrate to form a target layer;
A method of manufacturing a transmission type target, comprising:
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