JP2020181832A - 電子誘導及び受取素子 - Google Patents
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Abstract
Description
従来のアノードのようにディスクの形状にする代わりに、アンテナ素子は、例示的な一実施形態では薄いブレードの形状にされる。より多くの例示的な実施形態が以下で与えられる。
アンテナ素子は、多様な金属、合金、化合物、複合材、好ましくは、高導電性、高熱伝導性、高融点、機械加工性、成形性を有するもので作製可能である。
ベースと接触しているアンテナ素子の面は、ベースと同じ物質、又はベースとアンテナ素子との間の中間の物質の薄層でコーティング可能であり、アンテナ素子とベースとの間の熱親和性及び/又は電気親和性を向上させる。
アンテナは、通常の固定アノードX線管や回転アノードX線管と同じカソードカップに対する空間的関係性で構成される。
本開示の例示的実施形態は上記電子アンテナを備えるX線デバイスを対象としている。
上記電子アンテナの機構や技術の使用は、より単純でより経済的な方法で、より小型のマイクロ焦点又はナノ焦点管を可能にする。また、上記電子アンテナの使用は、このタイプのマイクロ焦点管を、従来はマクロ焦点管が支配的であった応用において使用することも可能にする。
一部の例示的実施形態は、セキュリティX線スキャン装置における上述のX線発生デバイスの使用を対象としている。
例示的実施形態をより良く説明するために、まず課題を認識して検討する。図1Aは、従来のX線管を示す。図1AのX線管は、ホットフィラメントカソード0110と、Cuシリンダ0130に埋め込まれたWディスクアノード0120とを備える真空ガラス管0100を特徴としている。アノード0120の面は、所定の傾斜角度又はアノード角度でカソード0110と向き合っている。電源0140によって与えられる電流は、フィラメントカソード0110を通過して、フィラメント0110の温度をそのフィラメントから電子のビーム0150を放出するレベルに上昇させる。次いで、ビーム0150中の電子は、電源0160によって与えられる電位差によってアノード0120に向けて加速される。結果としてのX線ビーム0170は窓0180を介してデバイスの外に向けられる。カソードとアノードとの間の電圧が、X線ビームのエネルギーを決定するが、マイクロ焦点ではない。典型的な「二重バナナ」形状の集束スポットが0190で示されている。
本開示の例示的実施形態は、電子誘導及び受取素子、つまり、アンテナ素子及びアンテナベースを備える電子アンテナを対象としていて、通信用の信号としてではなくて、電磁放射用の刺激として電子を受けるように構成される。更に、例示的実施形態は、上記電子アンテナを備えるX線管を対象としている。
図2は、本開示の一部の例示的実施形態に係る薄いブレードの形状にされた電子アンテナ素子0200の模式的例を、電子を受けるためのその素子の上面又は上端0210と共に示す。0220はアンテナ素子の二つの面を指称し、θは傾斜角度又はアノード角度を示し、tはブレードの厚さを示し、Lは上面の長さを示す。上面の最大長さは10mmであり、10mmからナノメートルまでと様々であり得る。アノード角度θは、数度、例えば5度から45度までの間で様々であり得る。ブレードの断面の寸法及び傾斜角度θが、X線ビームの集束スポットの寸法を定め、ブレードの幅が集束スポットの幅を限定し、集束スポットの長さがl=Lsinθで限定されるようにする。孔0230は、アンテナベースに対して素子を位置決め及び固定するためのものである。アンテナ素子のL及びtは、X線集束スポットのサイズの要求に合うように多様なサイズにされ得る。好ましい範囲は、(L=10mm,t=0.1mm)から、半径10nmのディスクまでである。しかしながら、高パワー応用では、集束スポットの面積は8×8mm2もの大きさとなり得る。
アンテナベースは、多様な金属、合金、化合物又は複合材、好ましくは、高導電性、高熱伝導性、高融点、機械加工性や成形性を有するもので作製される。好ましい実施形態では、その物質として、Cu、Mo、BN、Al2O3が挙げられるがこれらに限定されない。
ベースと接触しているアンテナ素子の面を、ベースと同じ物質、又はベースとアンテナ素子との間の中間の物質の薄層でコーティングして、アンテナ素子とベースとの間の熱親和性及び/又は電気親和性を向上させることができる。その層は、10μmから50nmまでの間の厚さを有し得る。
本アンテナは、通常の固定アノードX線管や回転アノードX線管と同じカソードカップに対する空間的関係で構成される。
本開示の例示的実施形態は、上記電子アンテナを備えるX線デバイスを対象としている。前半の図面のものと変わりがない後半の図面におけるX線デバイスの特徴には同じ番号が付されている。
電子アンテナの概念及びそのX線管再設計における使用は、液体ジェットアノード法や従来のカソードとアノードとの間の電磁レンズを用いる方法よりも単純で経済的な方法で、より小型のマイクロ焦点又はナノ焦点X線管を可能にする。後者では、集束スポットサイズをナノメートル範囲に集束させることができるが、集束スポットのドリフトが顕著なものになり得て、その要因は特にレンズとカソードとアノードに印加される電圧の不安定である(2015年1月のX‐RAY WorX社のニュースレター)。上記電子アンテナの使用は、ドリフトの無い集束スポットをミリメートルからナノメートルスケールの範囲内のサイズで提供することを可能にする。固体アンテナベースに機械的に固定されていて動かない電子アンテナによって集束スポットサイズが決定されることによって、ドリフトの無い集束スポットが保証される。また、アンテナ素子の形状及びアンテナベースに対する大きな接触面積が、優れた熱管理解決策を提供する。また、上記電子アンテナの使用は、その結果のマイクロ焦点管を、従来はマクロ焦点管が支配的であった応用において使用することも可能にする。
本開示のX線デバイスが多数の分野において使用可能であることを理解されたい。例えば、空港のセキュリティスキャンやポストターミナルで見かけられるように、X線デバイスはセキュリティスキャン装置において使用可能である。
0320、0345、0630、0730、1110、1115 アンテナベース
Claims (22)
- アンテナベースと、前記アンテナベースの上に位置するアンテナ素子とを備える電子アンテナであって、前記アンテナ素子が、前記アンテナ素子の上部近傍に電子を誘導して引き寄せるように前記アンテナベースの前面から突出している、電子アンテナ。
- 前記アンテナベースからの前記アンテナ素子の突出の高さが1μm〜5mmであり、前記アンテナ素子の上面が前記アンテナベースの軸に対して5°〜45°の傾斜角度を有する、請求項1に記載の電子アンテナ。
- ブレード、十字、正方形、長方形、線形セグメント、楕円ディスク、又は円形ディスクの形状のアンテナ素子を備える請求項1又は2に記載の電子アンテナ。
- 前記ブレードの幅、前記十字の縦幅、前記長方形の長辺、前記正方形の辺、又は線形セグメント形状が10nm〜200μmである、請求項3に記載の電子アンテナ。
- 前記円形ディスクが200μm以下の半径Rを有し、又は前記楕円ディスクが200μm以下の軌道長半径を有する、請求項3に記載の電子アンテナ。
- 前記電子アンテナが、単一又は複数のマイクロ焦点又はナノ焦点X線ビームを発生させるための真空管のアノードの代わりとして機能し、前記アンテナ素子が金属性であり、W、Rh、Mo、Cu、Co、Fe、Cr及びScのうち一種以上の金属、又は、W‐Re、W‐Mo、Mo‐Fe、Cr‐Co、Fe‐Ag及びCo‐Cu‐Feのうち一種以上の合金を備える、請求項1から5のいずれか一項に記載の電子アンテナ。
- 前記アンテナベースが、高導電性、高熱伝導性、高融点及び機械加工性を有する物質製である、請求項1から6のいずれか一項に記載の電子アンテナ。
- 前記アンテナベースが、Cu、Mo及び複合材のうち一種以上の導電性物質を備える、請求項7に記載の電子アンテナ。
- 前記アンテナベースが電気絶縁性物質を備え、複数のアンテナ素子が、多重集束スポット管を構成するように前記アンテナベースの上に位置する、請求項1から6のいずれか一項に記載の電子アンテナ。
- 前記電気絶縁性物質がBNとAl2O3とのうち一種以上である、請求項9に記載の電子アンテナ。
- 前記アンテナベースと接触している前記アンテナ素子の一つ以上の面部分が、電気メッキ又は物理気相堆積を用いて、10μm〜50nmの厚さを有する前記アンテナベースの物質と同じ又は中間の物質の層でコーティングされている、請求項1から10のいずれか一項に記載の電子アンテナ。
- 金属アンテナ素子がタングステンブレードであり、前記アンテナベースが二つの半シリンダ状銅部分を備え、前記タングステンブレードが前記二つの半シリンダ状銅部分の間に挟まれていて、前記タングステンブレードの第一ブレード端が銅シリンダの前面から突出している、請求項8に記載の電子アンテナ。
- 請求項6から12のいずれか一項に記載の電子アンテナを備えるX線発生デバイス。
- ホットフィラメントカソードを用いた単一のホットカソードマイクロ焦点又はナノ焦点管である請求項13に記載のX線発生デバイス。
- 電界放出カソードを用いた単一の電界放出カソードマイクロ焦点又はナノ焦点管で構成されている請求項13に記載のX線発生デバイス。
- 電界放出カソード及びホットフィラメントカソードを保持するカソードアセンブリを用いた二重カソードマイクロ焦点又はナノ焦点管である請求項13から15のいずれか一項に記載のX線発生デバイス。
- ゲート電極を備える電子エミッタを更に備えることによって、三極電界放出マイクロ焦点又はナノ焦点管となっている請求項16に記載のX線発生デバイス。
- 前記電界放出カソードが、ショットキー放出等の熱アシスト放出を可能にするように更に構成されている、請求項15から17のいずれか一項に記載のX線発生デバイス。
- 絶縁性アンテナベースを用いた複数の熱電子カソード又は電界放出カソードと電子アンテナ素子とを備える複数の励起源を有するマイクロ焦点又はナノ焦点管である請求項6から12のいずれか一項に記載のX線発生デバイス。
- 前記X線発生デバイスが回転アノードマイクロ焦点又はナノ焦点管であり、一つ以上のアンテナ素子が回転アンテナベースディスクに同心円状に埋め込まれている、請求項13に記載のX線発生デバイス。
- 前記X線発生デバイスが回転アノードマイクロ焦点又はナノ焦点管であり、複数のアンテナ素子が回転アンテナベースディスクに半径方向に埋め込まれている、請求項14に記載のX線発生デバイス。
- X線セキュリティスキャン装置における、コンピュータトモグラフィスキャン装置における、Cアーム型スキャン装置における、小型Cアーム型スキャン装置における、地質調査装置における、X線回折装置における、X線蛍光発光分光法における、X線非破壊検査装置における、位相コントラストイメージングにおける、又はカラーコンピュータトモグラフィスキャナにおける請求項14から21のいずれか一項に記載のX線発生デバイスの使用。
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