JP2018170091A - Ｘ線管装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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とにより従来に比べて焦点の熱負荷の低減を図るとともに、同時に低消費電力化を図ることができるＸ線管装置を提供する。【解決手段】Ｘ線管装置１０は、Ｘ線管３０と、第１磁気偏向部１１０と、を備える。Ｘ線管３０は、陰極３６と、ターゲット面３５ｂを有する陽極ターゲット３５と、反跳電子コレクタ３８と、真空外囲器３１と、を具備する。反跳電子コレクタ３８は、陽極ターゲット３５に印加される電圧よりも低い電圧が印加される複数のコレクタ電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃを有し、複数のコレクタ電極により反跳電子の少なくとも一部を減速させかつ捕集する。第１磁気偏向部は、第１磁場Ｈ１を陽極ターゲット３５の表面の近傍の空間につくる。第１方向ｄ１、第２方向ｄ２及び第３方向ｄ３は、第１平面Ｓ１に沿った方向である。角度αは、１０°以上２０°以下である。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線管装置に関する。

Ｘ線管装置は、Ｘ線管を備えている。Ｘ線管は、陽極ターゲットに電子ビームを衝突しＸ線を発生する構成である。Ｘ線管装置は、医療用の診断装置あるいは工業用の非破壊検査装置や材料分析装置など、多くの用途に利用されている。

Ｘ線管では、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され、集束され、電子ビームとなる。電子ビームは、典型的には５０〜５００ｋｅＶ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、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。特許文献６の表を参照すると、焦点温度を同一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、Ｘ線管電圧である５０ｋＶ、１５０ｋＶ、３００ｋＶ、５００ｋＶのそれぞれに対応して、最大で１．４倍、１．６倍、２．０倍、２．４倍に増大させることができることが示されている。

また、特許文献６の表を参照すると、Ｘ線出力を同一とする条件においては、改良Ｘ線管は、従来Ｘ線管に比べて焦点の熱負荷を、Ｘ線管電圧である５０ｋＶ、１５０ｋＶ、３００ｋＶ、５００ｋＶのそれぞれに対応して、最大で０．７１倍、０．６３倍、０．５０倍、０．４２倍に減少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６４２１４２２号明細書

MODERN DIAGNOSTIC X-RAY SOURCES:Rolf Behling, 2016 CRC Press

本実施形態は、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とにより従来に比べて焦点の熱負荷の低減を図るとともに、同時に低消費電力化を図ることができるＸ線管装置を提供する。

一実施形態に係るＸ線管装置は、
第１方向に電子ビームを放出する電子放出源を有し負の高電圧が印加される陰極と、第２方向から前記電子ビームが入射されることにより反跳電子が多く散乱する側となる第３方向に利用Ｘ線束を放出する焦点が形成されるターゲット面を有し接地され若しくは正の高電圧が印加される陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットに印加される電圧よりも低い電圧が印加される複数のコレクタ電極を有し前記複数のコレクタ電極により前記反跳電子の少なくとも一部を減速させかつ捕集する反跳電子コレクタと、前記陰極と前記陽極ターゲットと前記反跳電子コレクタとを収容し前記利用Ｘ線束を透過させるＸ線放射窓を有し内部が真空状態である真空外囲器と、を具備したＸ線管と、
前記真空外囲器の外側に配置され、前記焦点から前記Ｘ線放射窓側に向かって放出される前記反跳電子を偏向させて前記反跳電子を前記反跳電子コレクタに入射させる第１磁場を前記陽極ターゲットの表面の近傍の空間につくる第１磁気偏向部と、を備え、
前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向は、第１平面に沿った方向であり、
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第２平面から前記第２方向がなす角度は、１０°以上２０°以下である。

図１は、第１の実施形態の実施例１に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。 図２は、上記第１の実施形態の実施例２に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。 図３は、上記第１の実施形態の実施例３に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。 図４は、上記第１の実施形態の実施例４に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。 図５は、上記第１の実施形態の実施例５に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。 図６は、上記第１の実施形態の実施例６に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。 図７は、上記第１の実施形態の実施例７に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。 図８は、上記第１の実施形態の実施例８に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。 図９は、上記第１の実施形態の各種平面、各種方向などを説明するための斜視図である。 図１０は、上記第１の実施形態を説明するための図であり、反跳電子の放出数の角度分布をグラフで示す図である。 図１１は、上記第１の実施形態を説明するための他の図であり、ターゲット面で吸収されるエネルギの、ターゲット面に対する電子ビームの入射角の依存性を示す図である。 図１２は、上記実施例１乃至４及び６乃至８のＸ線管装置において、上方に偏向された反跳電子（反跳電子コレクタに入射する５９％の反跳電子）のエネルギ分布を示す曲線グラフであり、上記５９％の反跳電子の総運動エネルギの実質５５％が回生されることを説明するための図である。 図１３は、上記実施例２乃至４及び６乃至８のＸ線管装置において、上方よりも入射電子側に逸れた方向に偏向された反跳電子（残りの４１％の反跳電子）のエネルギ分布を示す曲線グラフであり、上記４１％の反跳電子の総運動エネルギの実質３１％が回生されることを説明するための図である。 図１４は、上記実施例５のＸ線管装置において、上方に偏向された反跳電子（反跳電子コレクタに入射する５９％の反跳電子）のエネルギ分布を示す曲線グラフであり、上記５９％の反跳電子の総運動エネルギの実質６２％が回生されることを説明するための図である。 図１５は、上記実施例５のＸ線管装置において、上方よりも入射電子側に逸れた方向に偏向された反跳電子（残りの４１％の反跳電子）のエネルギ分布を示す曲線グラフであり、上記４１％の反跳電子の総運動エネルギの実質２６％が回生されることを説明するための図である。 図１６は、第２の実施形態に係るＸ線管装置を示す断面図である。 図１７は、図１６に示したＸ線管を示す断面図である。 図１８は、図１６に示したＸ線管を示す他の断面図である。 図１９は、第３の実施形態に係るＸ線管装置のＸ線管を示す断面図である。 図２０は、第４の実施形態に係るＸ線管装置のＸ線管を示す断面図である。 図２１は、第５の実施形態に係るＸ線管装置のＸ線管を示す断面図である。 図２２は、比較例１のＸ線管装置のＸ線管を示す断面図である。

始めに、本発明の実施形態の基本構想について説明する。
特許文献６（米国特許第５１２８９７７号明細書）の表に記載されているように、焦点温度を同一とした条件において、改良Ｘ線管のＸ線管電流を、比較例のＸ線管のＸ線管電流の２倍に増大させる必要がある。この場合、消費電力は増大する。なお、上記改良Ｘ線管は、ターゲット面に浅い角度で電子ビームを入射させて焦点を形成するＸ線管である。上記比較例のＸ線管は、ターゲット面に略垂直に電子ビームを入射させて焦点を形成するＸ線管である。上記Ｘ線管電流は、陽極ターゲットに入射する電子ビームの電流であり、以下、管電流と称する。

また、特許文献６の表に記載されているように、Ｘ線出力を同一とする条件において、上記比較例のＸ線管の管電流に対する上記改良Ｘ線管の管電流の比率ｉを、Ｘ線管電圧５０ｋＶ、１５０ｋＶに対応して、それぞれ１．４２、１．２６とする必要があり、やはり消費電力は増加傾向を示すことになる。ここで、上記Ｘ線管電圧は、Ｘ線管の陽極ターゲットと陰極との間に加えられる電位差であり、以下、管電圧と称する。上記比率ｉは、管電圧が３００ｋＶ、５００ｋＶに対しては、それずれ１．００、０．８２である。上記の場合、消費電力は減少傾向を示すが、その効果は限定的である。

上記のことから、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Ｘ線管装置においても、低消費電力化を図ることのできる技術が求められている。
そこで、本発明の実施形態においては、消費電力が増大する問題を解決することにより、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とができ、上記比較例のＸ線管を備えるＸ線管装置に比べて消費電力を低減できるＸ線管装置を得ることができるものである。次に、上記問題を解決するための手段及び手法について説明する。

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、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、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様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

又、上述した特許文献６の表に基づく比率ｉの数値は、後述する角度αが１０°である改良Ｘ線管を仮定している。一方、特許文献８の図３によれば、改良Ｘ線管は、αの値が１０°≦α≦２０°の範囲でほぼ同一のＸ線出力増大効果が得られることが示されている。このことは、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た場合、管電流値とＸ線出力値の関係は１０°≦α≦２０°の範囲ではほとんど変わらないことを示唆している。そこで、以下では上述した特許文献６の表に基づく比率ｉの数値は、αが１０°≦α≦２０°の範囲で同一であるものと仮定する。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係るＸ線管装置について詳細に説明する。第１の実施形態では、Ｘ線管装置の基本的な概念を説明する。また、第１の実施形態では、実施例１乃至実施例８のＸ線管装置を例に説明する。

（実施例１）
まず、実施例１に係るＸ線管装置について説明する。図１は、実施例１に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。
図１に示すように、Ｘ線管装置１０は、Ｘ線管３０と、高電圧電源１６と、磁気偏向部１１０と、偏向電源１１５とを備えている。実施例１のＸ線管３０は、陽極接地方式のＸ線管である。Ｘ線管３０は、陽極ターゲット３５と、陰極３６と、反跳電子コレクタ（反跳電子コレクタユニット）３８と、集束電極３７と、真空外囲器３１とを備えている。

陰極３６は、電子放出源３６ａと、集束電極（集束カップ）３６ｂとを有している。電子放出源３６ａは、第１方向ｄ１に電子ビームを放出する。実施例１において、第１方向ｄ１はＺ方向と平行である。電子放出源３６ａは、平板状又はコイル状のフィラメント等で形成されている熱電子放出源である。集束電極３６ｂは、環状に形成され、電子放出源３６ａから陽極ターゲット３５に向かう電子の軌道を囲んでいる。集束電極３６ｂは電子ビームを集束し、電子ビーム（電子の分布形状）を整形（適正化）する。

陰極３６には、負の高電圧が印加される。電子ビームを整形するため、集束電極３６ｂには電子放出源３６ａに印加される電圧を基準として＋１０ｋＶ以下の電圧が電源Ｅ１によりさらに印加されている。集束電極３６ｂに与える電圧値を変更可能であるとより好ましい。上記電圧値の変更により、電子ビームの形状を変更させ、後述する焦点Ｆのサイズを調整することができる。電子放出源３６ａは陰極３６に印加される電圧Ｖｃが印加され、電源Ｅ２により電流が供給されて加熱される。

陽極ターゲット３５は、この陽極ターゲットの外面の一部に設けられたターゲット面３５ｂを有している。ターゲット面３５ｂは、第１方向ｄ１に垂直ではなく、後述するＸ線放射窓３３と対向する方向に傾斜している。ターゲット面３５ｂには、第２方向ｄ２から電子ビームが入射されることにより、反跳電子が多く散乱する側となる第３方向ｄ３に利用Ｘ線束を放出する焦点Ｆが形成される。実施例１において、第３方向ｄ３はＸ方向に平行である。なお、第３方向ｄ３は、Ｘ線の進行方向に平行な方向であり、利用Ｘ線束の中心を通る。そして、第１方向ｄ１、第２方向ｄ２及び第３方向ｄ３は、第１平面Ｓ１に沿った方向である。
また、実施例１において、焦点Ｆ及び電子放出源３６ａは、第１平面Ｓ１に平行な方向を長手方向とする矩形もしくは長円形状である。ここで、上記長円は、角丸長方形であり、同一の長さを持つ平行な一対の線と、同一の半径を持つ一対の半円と、を有している。

ターゲット面３５ｂは平面である。陽極ターゲット３５は、モリブデンなどの金属で形成されている。ターゲット面３５ｂは、タングステンやタングステン合金など陽極ターゲット３５より融点の高い金属で形成されている。陽極ターゲット３５は、接地（接地電位に設定）され若しくは正の高電圧が印加される。実施例１において、陽極ターゲット３５は接地されている。

真空外囲器３１は、陽極ターゲット３５、陰極３６、集束電極３７及び反跳電子コレクタ３８を収容している。真空外囲器３１は、真空容器３２、及びＸ線放射窓３３を有している。真空外囲器３１の内部は真空状態である。真空外囲器３１の内部に後述する磁場Ｈ１，Ｈ２の作用を許可するため、真空容器３２（真空外囲器３１）は、銅、ステンレス、アルミニウム等の非磁性の金属、及びガラス、セラミクス等の絶縁物で形成されている。実施例１において、真空容器３２は銅で形成されている。真空容器３２は側壁３２ａを有している。

Ｘ線放射窓３３は、側壁３２ａの開口部に気密に設けられている。Ｘ線放射窓３３は利用Ｘ線束を透過させるものである。この実施形態において、Ｘ線放射窓３３は、ベリリウムで形成されている。Ｘ線放射窓３３のＸ線透過方向の厚みは、例えば０．１乃至３ｍｍである。その他、Ｘ線放射窓３３は、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、ガラス、セラミクスのうちの何れか１つを主成分として形成することも可能である。上記のように、Ｘ線放射窓３３を形成する材料は、ベリリウムより安価な材料に代替可能である。

磁気偏向部１１０は、真空外囲器３１の外側に配置されている。実施例１では、第１磁気偏向部及び第２磁気偏向部は、共用されている。言い換えると、実施例１の磁気偏向部１１０は、第１磁気偏向部及び第２磁気偏向部として機能している。但し、実施例１と異なり、第１磁気偏向部及び第２磁気偏向部は、互いに独立して設けられていてもよい。

磁気偏向部（第１磁気偏向部）１１０は、焦点ＦからＸ線放射窓３３に向かって放出される反跳電子を偏向させ反跳電子を反跳電子コレクタ３８に入射させる磁場（第１磁場）Ｈ１を陽極ターゲット３５の表面の近傍の空間につくる。実施例１では、磁気偏向部（第１磁気偏向部）１１０は、焦点ＦからＸ線放射窓３３側に向かって放出される反跳電子を第１方向ｄ１と反対方向（Ｚ方向）に偏向させて反跳電子コレクタ３８に入射させる。
第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２が下方を示すようにＸ線放射窓３３側から磁場Ｈ１に視点をおいた場合を仮定すると、磁気偏向部（第１磁気偏向部）１１０は、第１平面Ｓ１に垂直な左向きの磁場Ｈ１を反跳電子に作用させる。

磁気偏向部（第２磁気偏向部）１１０は、陰極３６から陽極ターゲット３５に向かう電子ビームを偏向させ上記電子ビームの進行方向を第１方向ｄ１から第２方向ｄ２に連続的に変化させる磁場（第２磁場）Ｈ２を陽極ターゲット３５の表面の近傍の空間につくる。実施例１において、第１方向ｄ１は、陽極ターゲット３５に向かう方向であり、第３方向ｄ３に垂直な方向である。
第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２が下方を示すようにＸ線放射窓３３側から磁場Ｈ２に視点をおいた場合を仮定すると、磁気偏向部（第２磁気偏向部）１１０は、第１平面Ｓ１に垂直な左向きの磁場Ｈ２を電子ビームに作用させる。
実施例１において、磁場Ｈ１及び磁場Ｈ２の向きは第５方向ｄ５（Ｙ方向に平行な方向）であり、第５方向ｄ５は第１方向ｄ１及び第３方向ｄ３とそれぞれ直交する方向である。

磁気偏向部１１０は、図示しない２個の磁極と、磁極を接続したヨーク１１２と、ヨーク１１２に巻かれたコイル１１３とを有している。実施例１において、磁気偏向部１１０は、電磁石を利用しているが、これに限定されるものではなく永久磁石を利用するものであってもよい。
偏向電源１１５は、磁気偏向部１１０のコイル１１３に電流を供給するものである。磁気偏向部１１０及び偏向電源１１５は、偏向磁場発生ユニットを形成している。

磁気偏向部１１０は、磁場Ｈ２により電子ビームに作用するローレンツ力を利用するものである。電子ビームは磁場Ｈ２の影響を常に受けるため、電子ビームの進行方向は第１方向ｄ１から第２方向ｄ２に連続的に変化し、電子ビームをターゲット面３５ｂに対して浅い角度で入射させることができる。電子ビームの軌道は、サイクロイド曲線もしくは円軌道となる。実施例１では、電子ビームの軌道はほぼ円軌道である。なお、一様な電界空間または無電界空間で一様な磁界がある場合に、電子ビームの軌道がサイクロイド曲線または円軌道となることは、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、ターゲット面３５ｂへの電子ビームの入射角（第２方向ｄ２の向き）は、磁場Ｈ２の大きさを調整することにより、目的とする角度（向き）に設定可能である。

ここで、焦点Ｆが形成される位置のターゲット面３５ｂに接する平面を第２平面Ｓ２とする。第２平面Ｓ２から第２方向ｄ２がなす角度をαとする。第２平面Ｓ２から第３方向ｄ３がなす角度をβとする。
角度αは、１０°以上２０°以下である（１０°≦α≦２０°）。なお、実施例１おいて、角度αは、第１方向ｄ１の向き及び磁場Ｈ２の大きさに依存している。角度βは、特に限定されるものではないが、例えば、０°より大きく２０°以下である（０°＜β≦２０°）。実施例１において、角度αは１０°〜２０°であり、角度βは１０°である。
角度αは、磁場Ｈ２の大きさを予め調整することにより、目的とする値に設定可能である。電子ビームの入射位置や入射角の組立上の誤差は、磁気偏向部１１０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。

高電圧電源１６は、陰極３６と陽極ターゲット３５との間に高電圧を供給するためのものである。実施例１において、高電圧電源１６は、直列に接続された４個の電源１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを有し、陰極３６のみに高電圧（負の高電圧）である電圧Ｖｃを供給する。
Ｘ線管３０の陰極３６及び陽極ターゲット３５間に、管電圧Ｖが印加されている。陽極ターゲット３５の電位をＶＡ、陰極３６の電位をＶＣとすると、管電圧Ｖは、ＶＡ−ＶＣである。管電圧Ｖは、５０ｋＶ乃至５００ｋＶである。言い換えると、陰極３６に印加される負の高電圧は、陽極ターゲット３５に印加される電圧を基準として−５０乃至−５００ｋＶの範囲内である。
実施例１において、陽極ターゲット３５は接地されているため、陰極３６に印加される電圧Ｖｃは、−５０乃至−５００ｋＶの範囲内である。

反跳電子コレクタ３８は、陽極ターゲットに印加される電圧よりも負の電圧が印加される複数のコレクタ電極を有している。実施例１の反跳電子コレクタ３８は、３個のコレクタ電極３８ａ，３８ｂ、３８ｃを有している。複数のコレクタ電極３８ａ，３８ｂ、３８ｃは、互いに電気的に絶縁されている。実施例１のコレクタ電極３８ａ，３８ｂ、３８ｃは、真空容器３２の内部に収容されているが、これに限らず、真空容器３２とともに真空外囲器３１を形成してもよい。反跳電子コレクタ３８は、複数のコレクタ電極３８ａ，３８ｂ、３８ｃにより反跳電子の少なくとも一部を減速させかつ捕集するように構成されている。

コレクタ電極３８ａは、陽極ターゲット３５とコレクタ電極３８ｂとの間に位置し、電源１６ａの負極に接続され、電圧Ｖ１が印加される。コレクタ電極３８ｂは、コレクタ電極３８ａとコレクタ電極３８ｃとの間に位置し、電源１６ｂの負極に接続され、電圧Ｖ１より負の電圧Ｖ２が印加される。コレクタ電極３８ｃは、コレクタ電極３８ａ及びコレクタ電極３８ｂより陽極ターゲット３５から離れて位置し、電源１６ｃの負極に接続され、電圧Ｖ２より負の電圧Ｖ３が印加される。

集束電極３７は、陰極３６と陽極ターゲット３５との間に位置し、かつ、コレクタ電極３８ａと陽極ターゲット３５との間に位置している。実施例１の集束電極３７は、真空容器３２の内部に収容されているが、これに限らず、真空容器３２とともに真空外囲器３１を形成してもよい。集束電極３７は、真空容器３２とともに接地されている。
集束電極３７は、陰極３６から陽極ターゲット３５に向かう電子ビームが通過する貫通孔を有している。上記貫通孔は、円形であり、集束電極３７の第１筒部の内部に形成されている。第１筒部は、電子ビームの軌道を取囲み、テーパ筒形状を有し、陰極３６に向かって凸となる。第１筒部は、陽極ターゲット３５から陰極３６に向かって内径が次第に小さくなる筒状に形成されている。第１筒部において、陽極ターゲット３５側の開口面積は、陰極３６側の開口面積より大きい。集束電極３７の第１筒部は、電子ビームを集束するように構成されている。なお、実施例１において、集束電極３７の第１筒部は、陽極ターゲット３５から陰極３６に向かう反跳電子を捕捉するようにも構成されている。

さらに、集束電極３７は、陽極ターゲット３５からコレクタ電極３８ａ，３８ｂ、３８ｃに向かう反跳電子が通過する他の貫通孔を有している。上記他の貫通孔は、円形であり、集束電極３７の第２筒部の内部に形成されている。同様に、コレクタ電極３８ａ，３８ｂは、それぞれ陽極ターゲット３５からコレクタ電極３８ｃに向かう反跳電子が通過する貫通孔を有している。各貫通孔は、円形であり、コレクタ電極３８ａ，３８ｂの筒部の内部に形成されている。反跳電子が通過する集束電極３７及びコレクタ電極３８ａ，３８ｂの各筒部は、陽極ターゲット３５からコレクタ電極３８ｃに向かう反跳電子の軌道を取囲み、テーパ筒形状を有し、陽極ターゲット３５に向かって凸となる。上記各筒部において、コレクタ電極３８ｃ側の開口面積は、陽極ターゲット３５側の開口面積より大きい。

上述したように構成されたＸ線管３０では、例えば、陰極３６に−５０ｋＶか−５０ｋＶより負の電圧Ｖｃを印加する。陽極ターゲット３５、集束電極３７及び真空外囲器３１は接地されている。陰極３６の電子放出源３６ａには加熱するための電流が与えられる。

これにより陰極３６から放出される電子ビームは、磁気偏向部１１０により連続的に偏向され、陽極ターゲット３５のターゲット面３５ｂに入射される。そして、ターゲット面３５ｂに形成される焦点ＦからＸ線が放射され、Ｘ線はＸ線放射窓３３を透過して外部へ放射される。焦点Ｆから放出される反跳電子は、磁気偏向部１１０により偏向され、反跳電子コレクタ３８で捕集される。

（実施例２）
次に、実施例２に係るＸ線管装置について説明する。図２は、実施例２に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。実施例２では、上記実施例１に係るＸ線管装置との相違点について説明する。

図２に示すように、集束電極３７とコレクタ電極３８ａとは、一体に形成されている。言い換えると、集束電極３７とコレクタ電極３８ａとは、単個の電極を共用している。高電圧電源１６は、直列に接続された４個の電源１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを有している。コレクタ電極３８ａ（集束電極３７）は、電源１６ａの負極に接続され、電圧Ｖ１が印加される。

（実施例３）
次に、実施例３に係るＸ線管装置について説明する。図３は、実施例３に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。実施例３では、上記実施例１に係るＸ線管装置との相違点について説明する。

図３に示すように、Ｘ線管装置１０は、集束電極３７無しに形成されている。陰極３６は、引出電極３６ｃをさらに備えている。引出電極３６ｃには電圧が電源Ｅ３によりさらに印加されている。引出電極３６ｃは、電子放出源３６ａに電界を作用させることができる。実施例３では、電子ビームの軌道はサイクロイド曲線である。

実施例３では、電子放出源３６ａにコールドエミッタを使用している。比較例のＸ線管でコールドエミッタを電子放出源として使用すると、焦点近傍で発生した正イオンが電界の作用でコールドエミッタを衝撃してコールドエミッタが劣化又は破壊する恐れがあった。これに対し、実施例３のＸ線管３０では、コールドエミッタと焦点Ｆとは互いにＸ方向にずれて配置されている。このため、実施例３では、焦点Ｆ近傍で正イオンが発生した場合でも、正イオンがコールドエミッタを衝撃する恐れがない。電子放出源３６ａとしてフィラメントを使用する場合に比べて、フィラメント加熱に要する電力が不要となるメリットを有する。このため、実施例３のＸ線管装置１０は、電源Ｅ２無しに形成されている。
実施例３の高電圧電源１６は、上記実施例１及び実施例２と同様に、直列に接続された４個の電源１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを有している。

（実施例４）
次に、実施例４に係るＸ線管装置について説明する。図４は、実施例４に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。実施例４では、上記実施例１に係るＸ線管装置との相違点について説明する。

図４に示すように、Ｘ線管装置１０は、集束電極３７無しに形成されている。第１方向ｄ１は第２方向ｄ２と平行であり、第１方向ｄ１の向きは第２方向ｄ２の向きと同一である。第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２が上記の関係になるように、陰極３６が構成され、配置されている。電子ビームの軌道は直線である。このため、実施例４の磁気偏向部１１０は、第１磁気偏向部として機能しているが、第２磁気偏向部として機能していない。

Ｘ線管装置１０は、集束筒３４を有している。集束筒３４は、陽極ターゲット３５に取り付けられ、金属で形成され、陽極ターゲット３５と同電位となる。集束筒３４の中心軸は、電子ビームの軌道と一致している。陰極３６の陰極カップを集束筒３４と同軸的に配置し、上記陰極カップを集束筒３４の入り口に対向させている。これにより、電子放出源３６ａから放射された電子ビームは集束筒により加速及び集束されて、ターゲット面３５ｂに対して浅い角度αで入射させることができる。
実施例４の高電圧電源１６は、上記実施例２などと同様に、直列に接続された４個の電源１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを有している。

（実施例５）
次に、実施例５に係るＸ線管装置について説明する。図５は、実施例５に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。
図５に示すように、実施例５に係るＸ線管装置１０は、中性点接地方式のＸ線管３０を有している以外、上記実施例１と同様に構成されている。Ｘ線管装置１０は、高電圧電源１５をさらに備えている。実施例５において、高電圧電源１５は、陽極ターゲット３５に高電圧（正の高電圧）である電圧Ｖａを供給する。

集束電極３７はコレクタ電極の一つを構成しており、印加される電圧Ｖ１は接地電位である。コレクタ電極３８ａは、電源１６ａの負極に接続され、電圧Ｖ１より負の電圧Ｖ２が印加される。コレクタ電極３８ｂは、電源１６ｂの負極に接続され、電圧Ｖ２より負の電圧Ｖ３が印加される。コレクタ電極３８ｃは、電源１６ｃの負極に接続され、電圧Ｖ３より負の電圧Ｖ４が印加される。Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ４である。なお、管電圧Ｖは、５０ｋＶ乃至５００ｋＶである。

（実施例６）
次に、実施例６に係るＸ線管装置について説明する。図６は、実施例６に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。
図６に示すように、実施例６に係るＸ線管装置１０は、中性点接地方式のＸ線管３０を有している以外、上記実施例２と同様に構成されている。

（実施例７）
次に、実施例７に係るＸ線管装置について説明する。図７は、実施例７に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。
図７に示すように、実施例７に係るＸ線管装置１０は、中性点接地方式のＸ線管３０を有している以外、上記実施例３と同様に構成されている。

（実施例８）
次に、実施例８に係るＸ線管装置について説明する。図８は、実施例８に係るＸ線管装置を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。
図８に示すように、実施例８に係るＸ線管装置１０は、中性点接地方式のＸ線管３０を有している以外、上記実施例４と同様に構成されている。

次に、第１の実施形態において、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とにより従来に比べて焦点の熱負荷の低減を図るとともに、同時に低消費電力化を図ることができるＸ線管装置１０を得るための要件１、要件２及び要件３について説明する。

（要件１）
要件１は、大まかに、ターゲット面３５ｂに浅い角度で電子ビームを入射することである。図９は、上記第１の実施形態の各種平面、各種方向などを説明するための斜視図である。
図９に示すように、第４方向ｄ４は、焦点Ｆを通りターゲット面３５ｂの上方を向き第２平面Ｓ２に垂直な方向である。第２方向ｄ２及び第４方向ｄ４に沿った仮想上の平面を第１仮想平面Ｐ１とする。第３方向ｄ３及び第４方向ｄ４に沿った仮想上の平面を第２仮想平面Ｐ２とする。第１仮想平面Ｐ１と第２仮想平面Ｐ２とがなす角度を角度γとする。

本実施形態において、第１方向ｄ１は、第１仮想平面Ｐ１上の方向である。角度γは１８０°（＝０°）である。第１仮想平面Ｐ１及び第２仮想平面Ｐ２は、同一の第１平面Ｓ１上にある。第１方向ｄ１、第２方向ｄ２及び第３方向ｄ３は、同一の第１平面Ｓ１上の互いに異なる方向である。上述したように、第１の実施形態では、１０°≦α≦２０°であり、０°＜β≦２０°である。

反跳電子の飛散方向の分布は、入射する電子ビームがターゲット面３５ｂで正反射する方向に最も多くなる。その詳細を図１０に示す。なお、図１０は、非特許文献１（MODERN DIAGNOSTIC X-RAY SOURCES:Rolf Behling, 2016 CRC Press）に示されている。
図１０に示すように、impact angle が８０°（α＝２０°）であるグラフで示される面積（上記グラフの下方の総面積）のうち、Take-off angleが４５°以上９０°以下の範囲の面積Ａ１を右下がりの斜線で示し、Take-off angleが４５°未満の範囲の面積Ａ２を右上がりの斜線で示している。

ここで、
Ａ１／（Ａ１＋Ａ２）＝ｐ＝０．５９であり、
Ａ２／（Ａ１＋Ａ２）＝０．４１である。

ターゲット面３５ｂに同一量の電子ビームを入射した場合、１０°≦α≦２０°である第１の実施形態に係るＸ線管装置１０における反跳電子の放出総数は、α＝９０°〜８０°である比較例のＸ線管装置における反跳電子の放出総数よりも増加する。
また、Take-off angleが４５°から９０°の、言い換えるとターゲット面３５ｂからの仰角が４５°から０°の狭い前方域に含まれる反跳電子の放出数の割合ｐは、比較例の１４％から５９％へと増加する。なお、上記１４％は角度αが９０°〜８０°である場合の値であり、上記５９％は角度αが２０°である場合の値である。

角度αが９０°〜８０°である場合と角度αが２０°以下である場合との比較では、上記割合ｐの値はより高くなると予想されるが、具体的な計算データはない。このため、本願発明の実施形態の効果を過小評価することになるが、上記割合ｐの値として、以下、５９％を流用する。

ターゲット面３５ｂに同一量の電子ビームを入射した場合、電子ビームが入射した時点でターゲット面３５ｂに吸収されるエネルギの割合Ｅ_Ｄ／Ｅ_Ｔ＝ｅは、図１１に示したグラフから求めることができる。ここで、Ｅ_Ｄは陽極ターゲット３５に吸収されるエネルギであり、Ｅ_Ｔは陽極ターゲット３５に入射する電子ビームのエネルギである。なお、図１１に示したグラフは、上記特許文献６の図４に示されている。図１１から分かるように、上記割合Ｅ_Ｄ／Ｅ_Ｔは、α＝１０°の場合、比較例の６０％から実質３０％へと減少し、α＝２０°の場合、比較例の６０％から実質３８％へと減少する。なお、要件１における数値は、以降も適宜、使用される。
上述したことから、要件１を満たすことにより、ターゲット面３５ｂで吸収されるエネルギを減少させることができ、Ｘ線放射窓３３側に向かう反跳電子の放出数を増加させることができる。

（要件２）
要件２は、大まかに、Ｘ線放射窓３３側に向かう反跳電子を磁場Ｈ１で偏向させることである。
ターゲット面３５ｂからの仰角が４５°から０°の狭い前方域に放出された反跳電子の束は、磁場Ｈ１により、上方（すなわちＺ方向側）に偏向させることができる。ターゲット面３５ｂから放出される反跳電子のうち５９％もの多くの反跳電子を上方に偏向させることができる。反跳電子を反跳電子コレクタ３８に入射させることにより、反跳電子のエネルギの一部を回生することができる。

ターゲット面３５ｂから放出される反跳電子のうち、残りの４１％の反跳電子はターゲット面３５ｂからの仰角が４５°から１８０°の後方域に放出されるものであり、上方よりも入射電子側に逸れた方向に偏向される。そのため、４１％の反跳電子は、反跳電子コレクタ３８に入射しない。なお、要件２における数値は、以降も適宜、使用される。
上述したことから、要件２を満たすことにより、反跳電子のエネルギの一部を回生することができる。

（要件３）
要件３は、大まかに、Ｘ線管３０に反跳電子コレクタ３８を設置することである。
以下、実施例１〜４および実施例６〜８の場合を例として説明する。

上方に偏向された５９％の反跳電子が、複数のコレクタ電極３８ａ，３８ｂ、３８ｃを有する反跳電子コレクタ３８に入射することにより、反跳電子のエネルギの一部を回生することが可能となる。コレクタ電極３８ａ，３８ｂ、３８ｃは、Ｚ方向に互いに近接して並べられ、互いに平行となるように配置されている。コレクタ電極３８ａ，３８ｂの筒部は、同軸的に設けられている。反跳電子は、コレクタ電極３８ａ，３８ｂの筒部の内部を進行することが可能となる。実施例１及び５では、反跳電子は、さらに、集束電極３７の第２筒部の内部を進行することが可能となる。

陽極ターゲット３５から最も遠い位置のコレクタ電極３８ｃは、板形状を有し、貫通孔を有していない。コレクタ電極３８ｃは、真空外囲器３１への反跳電子の衝突を抑制する機能も有している。上記のように、反跳電子コレクタ３８には、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が印加される。Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３である。上記した形状のコレクタ電極３８ａ，３８ｂは、Ｚ方向に進行する反跳電子を集束させるように上記反跳電子に電界を作用させる。一方、コレクタ電極３８ａ，３８ｂは、Ｚ方向と反対方向に進行する反跳電子（跳ね返される電子）を発散させるように上記反跳電子に電界を作用させる。反跳電子コレクタ３８の作用は下記の通りであるが、実施例５の場合は集束電極３７もコレクタ電極の一つである。

次に、上記実施例１を例に、反跳電子コレクタ３８の作用について、図１を参照しながら説明する。
反跳電子がコレクタ電極３８ａに入射する際、反跳電子は電圧Ｖ１により減速される。減速された反跳電子のうちでエネルギがＶ１よりも小さい反跳電子は、コレクタ電極３８ａの入り口で速度が負となり、コレクタ電極３８ａを通過することができず、押し返される。このような反跳電子は、接地電位である陽極ターゲット３５又は接地電位である集束電極３７に衝突して熱に変換される。一方、速度が正の反跳電子は、コレクタ電極３８ａを通過してコレクタ電極３８ｂに入射する。

コレクタ電極３８ａを通過した反跳電子がコレクタ電極３８ｂに入射する際、反跳電子は電圧Ｖ２により減速される。減速された反跳電子のうちでエネルギがＶ２よりも小さい反跳電子は、コレクタ電極３８ｂの入り口で速度が負となり、コレクタ電極３８ｂを通過することができず、押し返される。このような反跳電子は、コレクタ電極３８ａで捕集され、熱に変換される。一方、速度が正の反跳電子は、コレクタ電極３８ｂを通過してコレクタ電極３８ｃに入射する。

コレクタ電極３８ｂを通過した反跳電子がコレクタ電極３８ｃに入射する際、反跳電子は電圧Ｖ３により減速される。減速された反跳電子のうちでエネルギがＶ３よりも小さい反跳電子は、コレクタ電極３８ｃの手前で速度が負となり、コレクタ電極３８ｃに入射することができず、押し返される。このような反跳電子は、コレクタ電極３８ｂで捕集され、熱に変換される。一方、速度が正の反跳電子は、コレクタ電極３８ｃに入射し、熱に変換される。

上記のように、反跳電子は、そのエネルギに依存して反跳電子コレクタ３８により分類され、減速または捕集される。反跳電子コレクタ３８により減速されたエネルギ分だけ電源１６が与える電力が少なくなる。そのため、通常、電力（またはエネルギ）が回生された、あるいは電源１６に電力（またはエネルギ）が返されたと表現することができる。なお、回生されなかった残りのエネルギを有する反跳電子は、陽極ターゲット３５及び集束電極３７に衝突したり、コレクタ電極３８ａ，３８ｂで捕集されたり、コレクタ電極３８ｃに入射したりして、残りのエネルギは熱に変換される。
上述したことから、上記要件２の場合と同様、要件３を満たすことにより、反跳電子のエネルギの一部を回生することができる。

（上記実施例１の省エネ効果）
次に、上記実施例１のＸ線管装置１０の省エネ効果について説明する。まず、上記実施例１のＸ線管装置１０の消費電力と、比較例のＸ線管装置の消費電力と、を対比する。上記比較例のＸ線管装置は、角度αが８０°〜９０°であり、ターゲット面３５ｂから放出される反跳電子のエネルギの一部を回生するように構成されていない。言い換えると、上記比較例のＸ線管装置は、反跳電子コレクタ３８及び磁気偏向部１１０無しに形成されている。なお、ここでは、上記実施例１の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖｃの関係を次のように仮定する。

Ｖ１／Ｖｃ＝６０％
Ｖ２／Ｖｃ＝８０％
Ｖ３／Ｖｃ＝９５％
なお、上記電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖｃの関係は、上記実施例２乃至４の場合においても同様である。

ここで、図１２を参照する。図１２は、上記実施例１乃至４及び６乃至８のＸ線管装置１０において、上方に偏向された反跳電子（反跳電子コレクタ３８に入射する５９％の反跳電子）のエネルギ分布を示す曲線グラフであり、上記５９％の反跳電子の総運動エネルギの実質５５％が回生されることを説明するための図である。なお、図１２の曲線グラフは、上記非特許文献１に示されている。

図１２に示すように、ハッチングが記載された領域の総面積と、曲線グラフで示される総面積（上記曲線グラフの下方の総面積）と、の比（面積比）ｑは、実質５５％であった。なお、図中、コレクタ電極３８ａで回生されるエネルギを表す領域には右上がりに延びたハッチングを記載し、コレクタ電極３８ｂで回生されるエネルギを表す領域には左右に延びたハッチングを記載し、コレクタ電極３８ｃで回生されるエネルギを表す領域には右下がりに延びたハッチングを記載している。
上方よりも入射電子側に逸れた方向に偏向された４１％の反跳電子は、接地電位の集束電極３７に入射してそのほとんどが熱に変換される。言い換えると、実施例１において、上記４１％の反跳電子のエネルギは、回生されない。

上述したことから、実施例１のＸ線管装置１０が出力するＸ線強度と、上記比較例のＸ線管装置が出力するＸ線強度と、が同一であると仮定し、上記比較例のＸ線管装置の消費電力を１．００とすると、実施例１のＸ線管装置１０の消費電力Ｐ１は、次のように見積もられる。
Ｐ１＝ｉ×｛ｅ＋（１−ｅ）×［（１−ｐ）＋ｐ×（１−ｑ）］｝
ここで、上記消費電力Ｐ１を算出するため、上記比率ｉ、上記割合Ｅ_Ｄ／Ｅ_Ｔ＝ｅ、上記割合ｐ、及び上記比（面積比）ｑを導入する。なお、消費電力Ｐ１は規格化された値であり、消費電力Ｐ１が1.00未満となれば省エネ効果が得られるものである。

まず、角度αが１０°である場合に注目する。
・角度α＝１０°であり、管電圧＝５０ｋＶである場合：
Ｐ１＝1.42×｛0.30＋（1−0.30）×［（1−0.59）＋0.59×（１−0.55）］｝
＝1.10
・角度α＝１０°であり、管電圧＝１５０ｋＶである場合：
Ｐ１＝1.26×｛0.30＋（1−0.30）×［（1−0.59）＋0.59×（１−0.55）］｝
＝0.97
・角度α＝１０°であり、管電圧＝３００ｋＶである場合：
Ｐ１＝1.00×｛0.30＋（1−0.30）×［（1−0.59）＋0.59×（１−0.55）］｝
＝0.77
・角度α＝１０°であり、管電圧＝５００ｋＶである場合：
Ｐ１＝0.82×｛0.30＋（1−0.30）×［（1−0.59）＋0.59×（１−0.55）］｝
＝0.63

中間の管電圧の場合の消費電力Ｐ１に関しては、内挿により求めることができる。実施例１では、２００ｋＶ乃至５００ｋＶの管電圧の範囲で、消費電力Ｐ１は９１％乃至６３％に低減できることなどが分かる。

次に、角度αが２０°である場合に注目する。
・角度α＝２０°であり、管電圧＝５０ｋＶである場合：
Ｐ１＝1.42×｛0.38＋（1−0.38）×［（1−0.59）＋0.59×（１−0.55）］｝
＝1.13
・角度α＝２０°であり、管電圧＝１５０ｋＶである場合：
Ｐ１＝1.26×｛0.38＋（1−0.38）×［（1−0.59）＋0.59×（１−0.55）］｝
＝1.01
・角度α＝２０°であり、管電圧＝３００ｋＶである場合：
Ｐ１＝1.00×｛0.38＋（1−0.38）×［（1−0.59）＋0.59×（１−0.55）］｝
＝0.80
・角度α＝２０°であり、管電圧＝５００ｋＶである場合：
Ｐ１＝0.82×｛0.38＋（1−0.38）×［（1−0.59）＋0.59×（１−0.55）］｝
＝0.66

中間の管電圧の場合の消費電力Ｐ１に関しては、内挿により求めることができる。実施例１では、２００ｋＶ乃至５００ｋＶの管電圧の範囲で、消費電力Ｐ１は９４％乃至６６％に低減できることなどが分かる。

（上記実施例２乃至４の省エネ効果）
次に、上記実施例２乃至４のＸ線管装置１０の省エネ効果について説明する。まず、上記実施例２乃至４のＸ線管装置１０の各々の消費電力と、比較例のＸ線管装置の消費電力と、を対比する。
図１２に示すように、実施例２乃至４のＸ線管装置１０においても、上方に偏向された反跳電子（反跳電子コレクタ３８に入射する５９％の反跳電子）の総運動エネルギの実質５５％は回生される。

ここで、図１３を参照する。図１３は、上記実施例２乃至４及び６乃至８のＸ線管装置１０において、上方よりも入射電子側に逸れた方向に偏向された反跳電子（残りの４１％の反跳電子）のエネルギ分布を示す曲線グラフであり、上記４１％の反跳電子の総運動エネルギの実質３１％が回生されることを説明するための図である。なお、図１３の曲線グラフは、図１２の曲線グラフと同様であり、上記非特許文献１に示されている。

図１３に示すように、ハッチングが記載された領域の面積と、曲線グラフで示される総面積（上記曲線グラフの下方の総面積）と、の比（面積比）ｒは、実質３１％であった。なお、図中、コレクタ電極３８ａで回生されるエネルギを表す領域には右上がりに延びたハッチングを記載している。このため、実施例２乃至４のＸ線管装置１０において、上記４１％の反跳電子の総運動エネルギの実質３１％は回生される。

上述したことから、実施例２乃至４のＸ線管装置１０が出力する各々のＸ線強度と、上記比較例のＸ線管装置が出力するＸ線強度と、が同一であると仮定し、上記比較例のＸ線管装置の消費電力を１．００とすると、実施例２乃至４の各々のＸ線管装置１０の消費電力Ｐ２は、次のように見積もられる。
Ｐ２＝ｉ×｛ｅ＋（１−ｅ）×［（１−ｐ）×（１−ｒ）＋ｐ×（１−ｑ）］｝
ここで、上記消費電力Ｐ２を算出するため、上記比率ｉ、上記割合Ｅ_Ｄ／Ｅ_Ｔ＝ｅ、上記割合ｐ、上記比（面積比）ｒ及び上記比（面積比）ｑを導入している。なお、消費電力Ｐ２は規格化された値であり、消費電力Ｐ２が1.00未満となれば省エネ効果が得られるものである。

まず、角度αが１０°である場合に注目する。
・角度α＝１０°であり、管電圧＝５０ｋＶである場合：
Ｐ２＝1.42×｛0.30＋(1−0.30)×［(1−0.59)×(1−0.31)＋0.59×(１−0.55)］｝
＝0.97
・角度α＝１０°であり、管電圧＝１５０ｋＶである場合：
Ｐ２＝1.26×｛0.30＋(1−0.30)×［(1−0.59)×(1−0.31)＋0.59×(１−0.55)］｝
＝0.86
・角度α＝１０°であり、管電圧＝３００ｋＶである場合：
Ｐ２＝1.00×｛0.30＋(1−0.30)×［(1−0.59)×(1−0.31)＋0.59×(１−0.55)］｝
＝0.68
・角度α＝１０°であり、管電圧＝５００ｋＶである場合：
Ｐ２＝0.82×｛0.30＋(1−0.30)×［(1−0.59)×(1−0.31)＋0.59×(１−0.55)］｝
＝0.56

中間の管電圧の場合の消費電力Ｐ２に関しては、内挿により求めることができる。実施例２乃至４では、１００ｋＶ乃至５００ｋＶの管電圧の範囲で、消費電力Ｐ２は９２％乃至５６％に低減できることなどが分かる。

次に、角度αが２０°である場合に注目する。
・角度α＝２０°であり、管電圧＝５０ｋＶである場合：
Ｐ２＝1.42×｛0.38＋(1−0.38)×［(1−0.59)×(1−0.31)＋0.59×(１−0.55)］｝
＝1.02
・角度α＝２０°であり、管電圧＝１５０ｋＶである場合：
Ｐ２＝1.26×｛0.38＋(1−0.38)×［(1−0.59)×(1−0.31)＋0.59×(１−0.55)］｝
＝0.91
・角度α＝２０°であり、管電圧＝３００ｋＶである場合：
Ｐ２＝1.00×｛0.38＋(1−0.38)×［(1−0.59)×(1−0.31)＋0.59×(１−0.55)］｝
＝0.72
・角度α＝２０°であり、管電圧＝５００ｋＶである場合：
Ｐ２＝0.82×｛0.38＋(1−0.38)×［(1−0.59)×(1−0.31)＋0.59×(１−0.55)］｝
＝0.59

中間の管電圧の場合の消費電力Ｐ２に関しては、内挿により求めることができる。実施例２乃至４では、１５０ｋＶ乃至５００ｋＶの管電圧の範囲で、消費電力Ｐ２は９１％乃至５９％に低減できることなどが分かる。

（上記実施例６乃至８の省エネ効果）
次に、上記実施例６乃至８のＸ線管装置１０の省エネ効果について説明する。ここで、上記実施例６乃至８の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖｃ，Ｖａの関係を次のように仮定する。

（Ｖ１−Ｖａ）／（Ｖｃ−Ｖａ）＝６０％
（Ｖ２−Ｖａ）／（Ｖｃ−Ｖａ）＝８０％
（Ｖ３−Ｖａ）／（Ｖｃ−Ｖａ）＝９５％
そして、実施例６乃至８のＸ線管装置１０の消費電力Ｐ３は、実施例２乃至４のＸ線管装置１０の消費電力Ｐ２と同一である。

（上記実施例５の省エネ効果）
次に、上記実施例５のＸ線管装置１０の省エネ効果について説明する。まず、上記実施例５のＸ線管装置１０の消費電力と、比較例のＸ線管装置の消費電力と、を対比する。ここで、上記実施例５の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖｃ，Ｖａの関係を次のように仮定する。

（Ｖ１−Ｖａ）／（Ｖｃ−Ｖａ）＝５０％
（Ｖ２−Ｖａ）／（Ｖｃ−Ｖａ）＝６５％
（Ｖ３−Ｖａ）／（Ｖｃ−Ｖａ）＝８０％
（Ｖ４−Ｖａ）／（Ｖｃ−Ｖａ）＝９５％

ここで、図１４を参照する。図１４は、上記実施例５のＸ線管装置１０において、上方に偏向された反跳電子（反跳電子コレクタ３８に入射する５９％の反跳電子）のエネルギ分布を示す曲線グラフであり、上記５９％の反跳電子の総運動エネルギの実質６２％が回生されることを説明するための図である。なお、図１４の曲線グラフは、上記非特許文献１に示されている。

図１４に示すように、ハッチングが記載された領域の総面積と、曲線グラフで示される総面積（上記曲線グラフの下方の総面積）と、の比（面積比）ｑは、実質６２％であった。なお、図中、集束電極３７で回生されるエネルギを表す領域には上下に延びたハッチングを記載し、コレクタ電極３８ａで回生されるエネルギを表す領域には右上がりに延びたハッチングを記載し、コレクタ電極３８ｂで回生されるエネルギを表す領域には左右に延びたハッチングを記載し、コレクタ電極３８ｃで回生されるエネルギを表す領域には右下がりに延びたハッチングを記載している。このため、実施例５のＸ線管装置１０において、上記５９％の反跳電子の総運動エネルギの実質６２％は回生される。

次に、図１５を参照する。図１５は、上記実施例５のＸ線管装置１０において、上方よりも入射電子側に逸れた方向に偏向された反跳電子（残りの４１％の反跳電子）のエネルギ分布を示す曲線グラフであり、上記４１％の反跳電子の総運動エネルギの実質２６％が回生されることを説明するための図である。なお、図１５の曲線グラフは、図１４の曲線グラフと同様であり、上記非特許文献１に示されている。

図１５に示すように、ハッチングが記載された領域の面積と、曲線グラフで示される総面積（上記曲線グラフの下方の総面積）と、の比（面積比）ｒは、実質２６％であった。なお、図中、集束電極３７で回生されるエネルギを表す領域には上下に延びたハッチングを記載している。このため、実施例５のＸ線管装置１０において、上記４１％の反跳電子の総運動エネルギの実質２６％は回生される。

上述したことから、実施例５のＸ線管装置１０が出力するＸ線強度と、上記比較例のＸ線管装置が出力するＸ線強度と、が同一であると仮定し、上記比較例のＸ線管装置の消費電力を１．００とすると、実施例５のＸ線管装置１０の消費電力Ｐ４は、次のように見積もられる。
Ｐ４＝ｉ×｛ｅ＋（１−ｅ）×［（１−ｐ）×（１−ｒ）＋ｐ×（１−ｑ）］｝
ここで、上記消費電力Ｐ４を算出するため、上記比率ｉ、上記割合Ｅ_Ｄ／Ｅ_Ｔ＝ｅ、上記割合ｐ、上記比（面積比）ｒ及び上記比（面積比）ｑを導入している。なお、消費電力Ｐ４は規格化された値であり、消費電力Ｐ４が1.00未満となれば省エネ効果が得られるものである。

まず、角度αが１０°である場合に注目する。
・角度α＝１０°であり、管電圧＝５０ｋＶである場合：
Ｐ４＝1.42×｛0.30＋(1−0.30)×［(1−0.59)×(1−0.26)＋0.59×(１−0.62)］｝
＝0.95
・角度α＝１０°であり、管電圧＝１５０ｋＶである場合：
Ｐ４＝1.26×｛0.30＋(1−0.30)×［(1−0.59)×(1−0.26)＋0.59×(１−0.62)］｝
＝0.84
・角度α＝１０°であり、管電圧＝３００ｋＶである場合：
Ｐ４＝1.00×｛0.30＋(1−0.30)×［(1−0.59)×(1−0.26)＋0.59×(１−0.62)］｝
＝0.67
・角度α＝１０°であり、管電圧＝５００ｋＶである場合：
Ｐ４＝0.82×｛0.30＋(1−0.30)×［(1−0.59)×(1−0.26)＋0.59×(１−0.62)］｝
＝0.55

中間の管電圧の場合の消費電力Ｐ４に関しては、内挿により求めることができる。実施例５では、５０ｋＶ乃至５００ｋＶの管電圧の範囲で、消費電力Ｐ４は９５％乃至５５％に低減できることなどが分かる。

次に、角度αが２０°である場合に注目する。
・角度α＝２０°であり、管電圧＝５０ｋＶである場合：
Ｐ４＝1.42×｛0.38＋(1−0.38)×［(1−0.59)×(1−0.26)＋0.59×(１−0.62)］｝
＝1.00
・角度α＝２０°であり、管電圧＝１５０ｋＶである場合：
Ｐ４＝1.26×｛0.38＋(1−0.38)×［(1−0.59)×(1−0.26)＋0.59×(１−0.62)］｝
＝0.89
・角度α＝２０°であり、管電圧＝３００ｋＶである場合：
Ｐ４＝1.00×｛0.38＋(1−0.38)×［(1−0.59)×(1−0.26)＋0.59×(１−0.62)］｝
＝0.71
・角度α＝２０°であり、管電圧＝５００ｋＶである場合：
Ｐ４＝0.82×｛0.38＋(1−0.38)×［(1−0.59)×(1−0.26)＋0.59×(１−0.62)］｝
＝0.58

中間の管電圧の場合の消費電力Ｐ４に関しては、内挿により求めることができる。実施例５では、１００ｋＶ乃至５００ｋＶの管電圧の範囲で、消費電力Ｐ４は９５％乃至５８％に低減できることなどが分かる。

上記のように構成された第１の実施形態に係るＸ線管装置によれば、Ｘ線管装置１０は、Ｘ線管３０と、磁気偏向部１１０と、を備えている。Ｘ線管３０は、陽極ターゲット３５と、陰極３６と、反跳電子コレクタ３８と、真空外囲器３１とを備えている。
陰極３６は、第１方向ｄ１に電子ビームを放出する電子放出源３６ａを有し負の高電圧が印加される。
陽極ターゲット３５は、ターゲット面３５ｂを有し、接地され若しくは正の高電圧が印加される。ターゲット面３５ｂには、第２方向ｄ２から電子ビームが入射されることにより反跳電子が多く散乱する側となる第３方向ｄ３に利用Ｘ線束を放出する焦点Ｆが形成される。

反跳電子コレクタ３８は、陽極ターゲット３５に印加される電圧よりも負の電圧が印加される複数のコレクタ電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃを有し、コレクタ電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃにより反跳電子の少なくとも一部を減速させかつ捕集する。
真空外囲器３１は、陰極３６と陽極ターゲット３５と反跳電子コレクタ３８とを収容し、利用Ｘ線束を透過させるＸ線放射窓３３を有し、内部が真空状態である。

磁気偏向部１１０は、真空外囲器３１の外側に配置され、焦点ＦからＸ線放射窓３３側に向かって放出される反跳電子を偏向させて反跳電子を反跳電子コレクタ３８に入射させる磁場Ｈ１を陽極ターゲット３５の表面の近傍の空間につくる。
第１方向ｄ１、第２方向ｄ２及び第３方向ｄ３は、第１平面Ｓ１に沿った方向である。角度αは１０°以上２０°以下である。

ターゲット面３５ｂに対して比較的浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Ｆを形成することにより、Ｘ線出力を同一とする条件において、従来に比べて焦点の熱負荷を低減することができる。

反跳電子は、入射電子があたかもターゲット面３５ｂで鏡面反射する方向に最も多く散乱することから、焦点ＦからＸ線放射窓３３に向かう方向に多くなるような角度分布をもって飛び出すことになる。そこで、本実施形態において、磁気偏向部１１０による磁場Ｈ１の作用により、Ｘ線放射窓３３側に向かう反跳電子を偏向させ、反跳電子を反跳電子コレクタ３８に入射させることができる。これにより、反跳電子のエネルギの一部を回生することができ、低消費電力化に寄与することができる。

また、上記のように磁場Ｈ１を利用することにより、Ｘ線放射窓３３への反跳電子の直撃を防止することができ、Ｘ線放射窓３３の加熱を抑制することができる。即ち、Ｘ線放射窓３３の温度上昇を確実に低減することができる。そして、Ｘ線放射窓３３の破損を防止することができ、ひいては真空外囲器３１の真空破壊を防止することができる。

そして、より頻繁にＸ線を放出させたり、より長時間に亘ってＸ線を連続的に放出させたりすることが可能となる。さらに、Ｘ線放射窓３３の厚みを減少させたり、Ｘ線放射窓３３を形成する材料を、より安価なアルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、クロム鋼、鉄合金、ガラス、セラミクスのうちの何れか１つに代替したりすることが可能となる。
上記のことから、ターゲット面３５ｂに対して浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Ｆを形成することにより従来に比べて焦点の熱負荷の低減を図るとともに、同時に低消費電力化を図ることができるＸ線管装置１０を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るＸ線管装置について説明する。この実施形態において、上記第１の実施形態と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。ここで、本実施形態に係るＸ線管装置１０は、上記第１の実施形態に係るＸ線管装置の実施例１に相当する。
図１６は、第２の実施形態に係るＸ線管装置を示す断面図であり、Ｘ−Ｚ断面を示す図である。なお、Ｘ−Ｚ断面とは、Ｘ方向及びＹ方向を含むＸ−Ｙ平面に平行な断面を指すものである。第２の実施形態において、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、互いに直交している。

図１６に示すように、Ｘ線管装置１０は、Ｘ線管３０、磁気偏向部１１０、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。第２の実施形態において、Ｘ線管装置１０は固定陽極型Ｘ線管装置であり、Ｘ線管３０は固定陽極型Ｘ線管である。

Ｘ線管３０は、真空外囲器３１、陰極３６、陽極ターゲット３５、反跳電子コレクタ３８などを備えている。真空外囲器３１は、例えば、絶縁筒５、陰極構体１、陽極構体２、コレクタ電極構体３、及びフランジ１２で構成されている。電子放出源３６ａは、フィラメントであり、陰極構体１に備えられ、真空外囲器３１の内部に配置されている。陽極ターゲット３５は、陽極構体２に備えられ、真空外囲器３１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の内側には、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３１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１１０は、真空外囲器３１の外側に配置され、真空外囲器３１の内部に磁場Ｈ１，Ｈ２を発生させる。なお、磁場Ｈ１，Ｈ２は、上記実施例１と同様であり、図１に示した通りである。磁場Ｈ２は、電子放出源３６ａと陽極ターゲット３５との間で、陽極ターゲット３５に近接して形成されている。図示した例では、磁気偏向部１１０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１１０の位置調整や交換の容易性の観点から、磁気偏向部１１０は、Ｘ線管３０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、Ｚ方向に延在している。胴部１０２ａのうち、上方に位置する開口端は上部１０２ｂによって密閉され、下方に位置する開口端は下部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、この開口部を貫通するようにＸ線管３０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の内周部には、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、高電圧電源１６を有している。高電圧発生器１０３は、高電圧ケーブル４０を介し、陰極構体１及び反跳電子コレクタ３８のコレクタ電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃの各々の充電露出部に接続されている。高電圧発生器１０３は、陰極構体１に電圧Ｖｃを印加し、コレクタ電極３８ａに電圧Ｖ１を印加し、コレクタ電極３８ｂに電圧Ｖ２を印加し、コレクタ電極３８ｃに電圧Ｖ３を印加する。電圧Ｖｃは、例えば、−１５０ｋＶ乃至−５００ｋＶである。またＶ１＝０．６×Ｖｃ、Ｖ２＝０．８×Ｖｃ、及びＶ３＝０．９５×Ｖｃである。

Ｘ線管装置１０がＸ線を出力している間、電子放出源３６ａと陽極ターゲット３５との間には、管電流が流れる。この管電流は、真空外囲器３１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、Ｘ線管３０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、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、Ｘ線管３０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、Ｘ方向に陽極構体２と対向している。Ｘ線放射窓３３を通してＸ線管３０から放射されるＸ線は、Ｘ線放射口１０５を通してＸ線管装置１０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に接続されている。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へ延出する複数の支柱１０７ｂと、を備えている。Ｘ線管装置１０は、可搬性を有し、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に接続されている。リング状ベース１０８は、土台部１０８ａと、土台部１０８ａからタンク１０２へ延出する複数の支柱１０８ｂとを備えている。例えば、Ｘ線管装置１０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、Ｘ線管装置１０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１７は、図１６に示したＸ線管３０を示す断面図であり、Ｘ−Ｚ断面を示す図である。第２の実施形態に係るＸ線管３０は、図１に示した構成を有している。
絶縁筒５は３個の絶縁筒５Ａ，５Ｂ，５Ｃを有し、これらの絶縁筒５Ａ，５Ｂ，５Ｃは絶縁材料を利用して筒状に形成されている。絶縁筒５の内部空洞は、Ｚ方向に延在している。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５Ｃの上側に位置する一端５Ｃａに固定されている。陽極構体２は、絶縁筒５Ａの下側に位置する一端５Ａｂに固定され、絶縁筒５の外側に延出している。

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４は、コバールで形成されている。陰極構体１は、電子放出源３６ａと、集束電極（集束カップ）３６ｂとを備えている。陽極構体２は、陽極ターゲット３５、陽極室１１、及びフランジ１２を備えている。３個の絶縁筒５Ａ，５Ｂ，５Ｃの互いに対向する端面には封止金属リングＭがろう接され、これら封止金属リングＭの当接部を全周にわたって溶接することにより３個の絶縁筒５Ａ，５Ｂ，５Ｃを一体化している。

絶縁筒５Ａ，５Ｂ，５Ｃの外面には、陰極構体１から陽極構体２までの沿面距離を長くするため、上記一端５Ａｂ付近を除いて複数のヒダ１３が形成されている。陰極構体１は、絶縁筒５と気密に接合されている。集束電極３６ｂの形状は、下方に開口部を有するカップ状である。電子放出源３６ａは、集束電極３６ｂの内部に配置され、陽極ターゲット３５とＺ方向に対向している。集束電極３６ｂは、フィラメントであり、例えばタングステンなどの、高融点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４ｂ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５Ａと気密に接合されている。なお、絶縁筒５Ａは、フランジ１２の上側の面に固定されている。陽極室１１は、フランジ１２の内周部に気密に接合されている。
陽極室１１は、陽極フード１１ａ、Ｘ線放射窓３３、及びチャンバ１１ｃを有し、箱状に形成されている。Ｘ線放射窓３３は、チャンバ１１ｃの側面に形成された開口部を閉塞している。陽極ターゲット３５は、チャンバ１１ｃの内部に配置されている。なお、陽極室１１は、陽極ターゲット３５に電気的に接続され、陽極ターゲット３５と同電位である。以上のように気密に形成された真空外囲器３１の内部空間は、減圧され、真空状態となっている。

陽極ターゲット３５は、例えば、Ｚ方向に電子放出源３６ａ及び集束電極３６ｂ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３５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、図１６に示した高電圧発生器１０３によって負の高電圧が印加されるため、電子放出源３６ａ及び集束電極３６ｂを有する陰極３６と陽極ターゲット３５との間に電位勾配が形成される。電子放出源３６ａから放出された電子は、陰極３６と陽極ターゲット３５との間の電位勾配によって、陽極ターゲット３５に向かって加速され、電子ビームを形成する。すなわち、電子ビームは、電子放出源３６ａから上記第１方向ｄ１に出射される。

ターゲット面３５ｂは、第１方向ｄ１と交差する方向でチャンバ１１ｃに取り囲まれている。また、陽極フード１１ａは、第１方向ｄ１の電子ビームの軌道を取り囲んでいる。電子放出源３６ａの近傍には、電子ビーム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、集束電極３６ｂに相当するものであり、電場によって電子ビームの断面形状を変化させる。

陽極室１１と陽極ターゲット３５とは、共に電気的に接地され同電位である。そのため、陽極室１１及び陽極ターゲット３５で囲まれた領域は、ほとんど電界が存在しない無電界空間となっている。陽極ターゲット３５は、電子放出源３６ａと対向する側にターゲット面３５ｂを有している。ターゲット面３５ｂにおいて、電子ビームが入射してＸ線を放出する焦点Ｆが形成される。ターゲット面３５ｂは、真空外囲器３１の内部に位置し、無電界空間に面している。

磁気偏向部１１０は、ターゲット面３５ｂを含む無電界空間に磁場Ｈ２をつくり、ローレンツ力を利用して電子ビームの進行方向を変化させる。このとき、電子ビームの軌道は、第１方向ｄ１から上記第２方向ｄ２へ連続的に偏向し、ターゲット面３５ｂには第２方向ｄ２の電子ビームが入射する。電子ビームは、典型的には５０〜５００ｋｅＶのエネルギを持って、ターゲット面３５ｂに衝突する。高いエネルギを持った電子ビームが陽極ターゲット３５への入射によって急速に減速されることにより、Ｘ線が放出される。Ｘ線放射窓３３は、焦点Ｆから上記第３方向ｄ３に放出されるＸ線を透過させる。

図１８は、図１６に示したＸ線管３０を示す他の断面図であり、Ｙ−Ｚ断面を示す図である。
図１８に示すように、第２の実施形態において、磁気偏向部１１０は、永久磁石であり、Ｎ極である磁極１２１と、Ｓ極である磁極１２２と、ヨーク１２３とを備えている。磁極１２１は、Ｙ方向で磁極１２２と対向している。ターゲット面３５ｂは、磁極１２１と磁極１２２との間に位置している。ヨーク１２３は、磁極１２１と磁極１２２とを接続している。

図１８のＹ−Ｚ断面において、陽極ターゲット３５を下側、反跳電子コレクタ３８を上側とした場合、電子ビームは、ターゲット面３５ｂ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Ｙ−Ｚ断面は、電子ビーム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視点を置いた場合の断面であり、図１７においてＸ線放射窓３３側から焦点Ｆ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１１０は、前述した第１仮想平面Ｐ１に垂直な左向き（第５方向ｄ５）の磁場Ｈ１，Ｈ２を発生させる。なお、磁気偏向部１１０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１１０は、磁場Ｈ１，Ｈ２の強度を容易に調整することができる。また、磁気偏向部１１０に、永久磁石と電磁石とを併用してもよい。

上記のように構成された第２の実施形態に係るＸ線管装置によれば、Ｘ線管装置１０は、大まかに、上記実施例１と同様に構成され、Ｘ線管３０と、磁気偏向部１１０と、を備えている。このため、第２の実施形態に係るＸ線管装置１０は、上記実施例１のＸ線管装置と同様の効果を得ることができる。
既に説明したように、同一のＸ線出力に必要な電力は、図２２に示す比較例１のＸ線管装置の消費電力に比べて、第２の実施形態のＸ線管装置１０の消費電力を低減することが可能である。また、Ｘ線出力を同一とする条件において、第２の実施形態の焦点Ｆの温度は、上記比較例１（図２２）の焦点Ｆの温度に比べて低減することができる。

また、第２の実施形態において、磁気偏向部１１０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、電力を消費せずに磁場Ｈ１，Ｈ２をつくることができるため、Ｘ線管装置１０は、ランニングコストの上昇を抑制することができる。
Ｘ線管装置１０は、タンク１０２を備えている。タンク１０２は、少なくとも陰極３６、複数のコレクタ電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃの充電露出部、陽極ターゲット３５の充電露出部及び高電圧発生器１０３を収納している。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内に陽圧に充填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。
上記のことから、第２の実施形態においても、ターゲット面３５ｂに対して浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Ｆを形成することにより従来に比べて焦点の熱負荷の低減を図るとともに、同時に低消費電力化を図ることができるＸ線管装置１０を得ることができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るＸ線管装置について説明する。この実施形態において、上記第２の実施形態と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。ここで、本実施形態に係るＸ線管装置１０は、上記第１の実施形態に係るＸ線管装置の実施例３に相当する。図１９は、第３の実施形態に係るＸ線管装置のＸ線管を示す断面図であり、Ｘ−Ｚ断面を示す図である。

図１９に示すように、第３の実施形態において、電子放出源３６ａとしてコールドエミッタを使用している。本実施形態においても、電子放出源３６ａと焦点ＦとはＸ方向に互いにずれて配置されている。このため、第３の実施形態では、焦点Ｆ近傍で正イオンが発生した場合でも、正イオンがコールドエミッタを衝撃する恐れがない。電子放出源３６ａとしてフィラメントを使用する場合に比べて、フィラメント加熱に要する電力が不要となるメリットを有する。

陽極室１１は、陽極フード１１ａ無しに形成されている。そして、チャンバ１１ｃは、陽極ターゲット３５が固定される底壁と、磁気偏向部１１０と対向る側壁と、を有しているが、反跳電子コレクタ３８側の天井壁を有していない。

上記のように構成された第３の実施形態に係るＸ線管装置によれば、Ｘ線管装置１０は、大まかに、上記実施例３と同様に構成され、Ｘ線管３０と、磁気偏向部１１０と、を備えている。このため、第３の実施形態に係るＸ線管装置１０は、上記実施例３のＸ線管装置と同様の効果を得ることができる。また、第３の実施形態に係るＸ線管装置１０は、上記第２の実施形態のＸ線管装置と同様の効果を得ることができる。
上記のことから、第３の実施形態においても、ターゲット面３５ｂに対して浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Ｆを形成することにより従来に比べて焦点の熱負荷の低減を図るとともに、同時に低消費電力化を図ることができるＸ線管装置１０を得ることができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係るＸ線管装置について説明する。この実施形態において、上記第２の実施形態と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。ここで、本実施形態に係るＸ線管装置１０は、上記第１の実施形態に係るＸ線管装置の実施例５に相当する。図２０は、第４の実施形態に係るＸ線管装置のＸ線管を示す断面図であり、Ｘ−Ｚ断面を示す図である。

図２０に示すように、第４の実施形態のＸ線管装置１０は、中性点接地方式のＸ線管３０を有している。Ｘ線管３０は、Ｘ線透過ユニット２０を備えている。Ｘ線透過ユニット２０は、絶縁筒５、絶縁筒６などとともに真空外囲器３１を形成している。Ｘ線透過ユニット２０は、枠部材２１と、Ｘ線放射窓３３と、第１筒部２２と、第２筒部２３とを有している。枠部材２１は、Ｚ方向に延在し枠状に形成されている。絶縁筒５は枠部材２１の上側の面に固定され、絶縁筒６は枠部材２１の下側の面に固定されている。枠部材２１にはＸ方向に延在した貫通孔が形成され、上記貫通孔はＸ線放射窓３３で気密に塞がれている。

第１筒部２２は、枠部材２１の内側に設けられ、陰極３６から陽極ターゲット３５に向かう電子ビームの軌道を取囲んでいる。第２筒部２３は、枠部材２１の内側に設けられ、陽極ターゲット３５から反跳電子コレクタ３８に向かう偏向された反跳電子の軌道を取囲んでいる。枠部材２１、第１筒部２２及び第２筒部２３は、同電位（接地電位）に設定される。本実施形態において、枠部材２１、第１筒部２２及び第２筒部２３は、同一の金属材料で一体に形成されている。

陽極ターゲット３５は、陽極支持体３９に固定されている。陽極支持体３９は、絶縁筒６の開口を通って絶縁筒６の外側に延出し、上記開口を気密に塞いでいる。陽極ターゲット３５に印加する電圧Ｖａは、陽極支持体３９などを介して高電圧発生器１０３から与えられる。図示しないが、タンク１０２は、Ｘ線管３０及び高電圧発生器１０３を囲んでいる。このため、タンク１０２は、陽極支持体３９、絶縁筒６なども内部に収容している。タンク１０２の内部には、上記電気絶縁用流体１０４が封入されている。

なお、第４の実施形態と異なり、Ｘ線管装置１０は、電圧Ｖｃ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４などを与える高電圧発生器１０３と、電圧Ｖａを与える別の高電圧発生器とを備えていてもよい。この場合、タンク１０２は、上記別の高電圧発生器も内部に収容している。又は、Ｘ線管装置１０は、絶縁筒５、高電圧発生器１０３などを内部に収容するタンク１０２と、絶縁筒６、上記別の高電圧発生器などを内部に収容する別のタンクとを備えている。

上記のように構成された第４の実施形態に係るＸ線管装置によれば、Ｘ線管装置１０は、大まかに、上記実施例５と同様に構成され、Ｘ線管３０と、磁気偏向部１１０と、を備えている。このため、第４の実施形態に係るＸ線管装置１０は、上記実施例５のＸ線管装置と同様の効果を得ることができる。また、第４の実施形態に係るＸ線管装置１０は、上記第２の実施形態のＸ線管装置と同様の効果を得ることができる。
上記のことから、第４の実施形態においても、ターゲット面３５ｂに対して浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Ｆを形成することにより従来に比べて焦点の熱負荷の低減を図るとともに、同時に低消費電力化を図ることができるＸ線管装置１０を得ることができる。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係るＸ線管装置について説明する。この実施形態において、上記第４の実施形態と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。ここで、本実施形態に係るＸ線管装置１０は、上記第１の実施形態に係るＸ線管装置の実施例７に相当する。図２１は、第５の実施形態に係るＸ線管装置のＸ線管を示す断面図であり、Ｘ−Ｚ断面を示す図である。

図２１に示すように、第５の実施形態において、Ｘ線透過ユニット２０は、枠部材２１及びＸ線放射窓３３を有し、第１筒部２２及び第２筒部２３を有していない。電子放出源３６ａとしてコールドエミッタを使用している。

上記のように構成された第５の実施形態に係るＸ線管装置によれば、Ｘ線管装置１０は、大まかに、上記実施例７と同様に構成され、Ｘ線管３０と、磁気偏向部１１０と、を備えている。このため、第５の実施形態に係るＸ線管装置１０は、上記実施例７のＸ線管装置と同様の効果を得ることができる。また、第５の実施形態に係るＸ線管装置１０は、上記第４の実施形態のＸ線管装置と同様の効果を得ることができる。
上記のことから、第５の実施形態においても、ターゲット面３５ｂに対して浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Ｆを形成することにより従来に比べて焦点の熱負荷の低減を図るとともに、同時に低消費電力化を図ることができるＸ線管装置１０を得ることができる。

（比較例１）
次に、比較例１のＸ線管装置について説明する。
図２２に示すように、比較例１のＸ線管装置１０は、磁気偏向部１１０及び反跳電子コレクタ３８無しに形成されている。電子ビームは、偏向されること無くターゲット層３５ｂに入射する。比較例１において、上記角度αは、８０°乃至９０°である。すなわち、電子放出源３６ａから出射した電子ビームの進行方向と、ターゲット面３５ｂに入射する電子ビームの進行方向とは、一致している。また、反跳電子は、陽極ターゲット３５同じ接地電位の陽極室１１を衝撃する。そのため回生される電力は全くなく、入射電子の運動エネルギは、Ｘ線に変換される分を除き、そのほとんどが熱に変換される。
上記のことから、比較例１において、焦点の熱負荷を低減させることは困難である。また、低消費電力化を図ることができるＸ線管装置１０を得ることは、困難である。

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。必要に応じて、複数の実施形態を組合せることも可能である。

例えば、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。
上述した各実施形態では、コレクタ電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃに印加する電圧を限定したが、上記電圧の値は例示であり、電圧は任意に選定することが可能である。反跳電子コレクタ３８の備えるコレクタ電極の数は、３極又は４極の場合を例示したが、２極とすることも、５極以上とすることも可能である。反跳電子コレクタ３８の極数を増やす程、反跳電子コレクタ３８による電力回生量をより増やすことが可能となる。
また、上述した各実施形態では、反電子コレクタ３８の中心軸はＺ軸に平行であるしたが、反電子コレクタ３８の中心軸は、陰極３６や真空外囲器３１と干渉し合わない範囲で、Ｚ軸に対して傾斜させても良い。

更にまた、上述した実施形態では固定陽極型のＸ線管装置について説明したが、上述した実施形態は、回転陽極型のＸ線管装置にも適用可能である。

１０…Ｘ線管装置、
１５，１６…高電圧電源、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…電源、
３０…Ｘ線管、３６…陰極、３６ａ…電子放出源、３６ｂ…集束電極、
３１…真空外囲器、３３…Ｘ線放射窓、３５…陽極ターゲット、３５ｂ…ターゲット面、
３７…集束電極、３８…反跳電子コレクタ、３８ａ，３８ｂ，３８ｃ…コレクタ電極、
１０２…タンク、１０３…高電圧発生器、１０４…電気絶縁用流体、
１１０…磁気偏向部、
Ｓ１…第１平面、Ｓ２…第２平面、Ｆ…焦点、Ｈ１，Ｈ２…磁場、Α，β…角度、
Ｖａ，Ｖｃ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４…電圧、
ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５…第１方向。

Claims (12)

1. 第１方向に電子ビームを放出する電子放出源を有し負の高電圧が印加される陰極と、第２方向から前記電子ビームが入射されることにより反跳電子が多く散乱する側となる第３方向に利用Ｘ線束を放出する焦点が形成されるターゲット面を有し接地され若しくは正の高電圧が印加される陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットに印加される電圧よりも低い電圧が印加される複数のコレクタ電極を有し前記複数のコレクタ電極により前記反跳電子の少なくとも一部を減速させかつ捕集する反跳電子コレクタと、前記陰極と前記陽極ターゲットと前記反跳電子コレクタとを収容し前記利用Ｘ線束を透過させるＸ線放射窓を有し内部が真空状態である真空外囲器と、を具備したＸ線管と、
   前記真空外囲器の外側に配置され、前記焦点から前記Ｘ線放射窓側に向かって放出される前記反跳電子を偏向させて前記反跳電子を前記反跳電子コレクタに入射させる第１磁場を前記陽極ターゲットの表面の近傍の空間につくる第１磁気偏向部と、を備え、
   前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向は、第１平面に沿った方向であり、
   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第２平面から前記第２方向がなす角度は、１０°以上２０°以下である、
   Ｘ線管装置。
2. 前記第１磁気偏向部は、前記焦点から前記Ｘ線放射窓側に向かって放出される前記反跳電子を前記第１方向と反対方向に偏向させて前記反跳電子コレクタに入射させる、
   請求項１に記載のＸ線管装置。
3. 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線放射窓側から前記第１磁場に視点をおいた場合を仮定すると、前記第１磁気偏向部は、前記第１平面に垂直な左向きの前記第１磁場を前記反跳電子に作用させる、
   請求項１に記載のＸ線管装置。
4. 前記第１方向と前記第２方向とは、同一である、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のＸ線管装置。
5. 前記真空外囲器の外側に配置され、前記電子ビームを偏向させ前記電子ビームの進行方向を前記第１方向から前記第２方向に連続的に変化させる第２磁場を前記陽極ターゲットの表面の近傍の空間につくる第２磁気偏向部をさらに備え、
   前記第１方向は、前記陽極ターゲットに向かう方向であり、前記第３方向に垂直な方向である、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のＸ線管装置。
6. 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線放射窓側から前記第２磁場に視点をおいた場合を仮定すると、前記第２磁気偏向部は、前記第１平面に垂直な左向きの前記第２磁場を前記電子ビームに作用させる、
   請求項５に記載のＸ線管装置。
7. 前記電子放出源は、コールドエミッタである、
   請求項５に記載のＸ線管装置。
8. 前記第１磁気偏向部及び前記第２磁気偏向部は、共用されている、
   請求項５に記載のＸ線管装置。
9. 前記焦点及び前記電子放出源は、前記第１平面に平行な方向を長手方向とする矩形もしくは長円形状である、
   請求項１乃至８の何れか１項に記載のＸ線管装置。
10. 前記陰極に印加される前記負の高電圧は、前記陽極ターゲットに印加される電圧を基準として−５０乃至−５００ｋＶの範囲内である、
    請求項１乃至９の何れか１項に記載のＸ線管装置。
11. 前記第１磁気偏向部は、永久磁石である、
    請求項１に記載のＸ線管装置。
12. 前記陰極、前記複数のコレクタ電極及び前記陽極ターゲットに高電圧を印加する高電圧発生器と、
    少なくとも前記陰極、前記複数のコレクタ電極の充電露出部、前記陽極ターゲット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、をさらに備える、
    請求項１乃至１１の何れか１項に記載のＸ線管装置。

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