JP3754361B2 - 液体金属ターゲットを有するｘ線源 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体金属ターゲットと、液体金属ターゲットが動作時には中を流れるダクトセクションの窓ニ電子ビームを放射する電子源とを含むＸ線源と、そのようなＸ線源が設けられるＸ線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような種類のＸ線源は、ＤＥ１９８２１９３９．３から公知である。液体金属ターゲットに入射するよう電子源からの電子によって横切られる窓は、その後、ターゲットの乱流によって冷却される。このような種類の冷却は、Ｘ線源の連続的な仕事量の能力（loadability）をかなり高める。しかし、仕事量の能力の更なる増加は、窓、及び、窓を取り囲むＸ線源の領域、即ち、窓フレームは、比較的高い熱応力の影響を受けやすいという事実によって阻止される。このような応力の起源は、特に、高エネルギーの電子の直接入射、及び、窓の下における熱い液体金属の流れによる熱の発生にある。更に、少量のエネルギー損のみを示す散乱した電子も、熱の発生に寄与する。
【０００３】
これは特に、窓と窓フレームとの間の接続は、用いられる接合技術（例えば、はんだ付け、接着）に依存する限定された最大温度にのみ耐え得るので重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、上述されたような種類の液体金属ターゲットと、電子源とを有し、その連続的な仕事量の能力を更に増加することが可能であるＸ線源を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、上述されるようなＸ線源によって達成され、これは、請求項１に開示されるように、ダクトセクションは、窓を含み、その中を液体金属ターゲットが流れる第１のダクトセグメントと、その中を冷媒が流れ、電子ビームが第１のダクトセグメントに作用する領域が冷却されるよう第１のダクトセグメントに接続される第２のダクトセグメントとによって形成されることを特徴とする。
【０００６】
この解決策の特定の利点は、増加された熱の放散によって、更にＸ線源の仕事量の能力の更なる増加を可能にするという事実にあり、これは、例えば、高い走査率を有するＣＴ装置といった高いＸ線量が短時間に発生されなければならない適用において、特に言える。
【０００７】
従属項は、本発明の有利な更なる実施例に関連する。
【０００８】
請求項２乃至５は、様々な方法によって熱の放散の更なる改善を実現する処置を開示する。請求項６及び７に開示される実施例では、ダクトセクションは、一方で所与の空間開口角で伝搬するＸ線ビームが妨害されず、他方で冷却による影響を許容する必要がないよう有利に構成される。
【０００９】
本発明の更なる詳細、特徴、及び利点は、添付図面と供に与えられる好適な実施例の以下の説明から明らかになろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、Ｘ線源を概略的に示し、電子によって照射されるターゲットは、Ｘ線源の動作状態では液体である金属によって形成される。動作状態では、電子ビーム４を放射する陰極３の形式である電子源は、管エンベロープ１内の真空空間内に配置される。電子ビーム４は、ダクトシステム５０のダクトセクション５１に向けられ、本質的に電子を透過させる窓２２、３４を介し、ダクトシステム５０内を流れる液体金属ターゲットに入射し、それにより、Ｘ線が発生される。ポンプ５２は、熱交換器５３も通過するダクトシステム５０内で液体金属を循環させ、それにより、発生した熱が、冷却回路を介し液体金属から放散されることが可能となる。
【００１１】
図２及び３に、ダクトシステム５０のダクトセクション５１の詳細を示す平面図を示す。
【００１２】
図２に示されるように、ダクトセクション５１は、４つの要素１０、２０、３０、及び４０からなり、それらは、（ａ）乃至（ｄ）の順序で示され、この順序で互いに重ねられる。つまり、図２（ａ）の第１の要素１０の上には、図２（ｂ）の第２の要素２０が配置され、その上には図２（ｃ）の第３の要素３０が、そして最後にその上には図２（ｄ）に示される第４の要素４０が配置されることを意味する。要素は、図２に示されるような向きで互いに取り付けられる。電子ビームは最初に、図平面に対し垂直な方向で、上方から第４の要素４０に入り、続いて、第３の要素及び第２の要素を横断し、最終的に第１の要素１０に入る。
【００１３】
尚、電子ビームは、図２の左から右に延在する線状の焦点（ストリップ焦点）を形成すると考えられる。このような種類のストリップ焦点は、例えば、１ミリメートル×７ミリメートルの寸法を有し、出力密度を一定に保ちながら、照射される表面領域を増加するよう一般的にＸ線源に使用される。
【００１４】
図２（ａ）に示される第１の要素１０は、例えば、１００ミリメートルの長さ、２５ミリメートルの幅、及び１０ミリメートルの奥行きを有する、例えば、スチール又はモリブデンといった固体の金属の本体から形成される。この金属本体の中には、組立てられたダクトセクションの動作状態において、Ｘ線が発生される液体金属ターゲットが矢印Ｐ１によって示される方向に流れる第１のダクト１１が設けられる。第１のダクトの奥行きは一定ではないが、中心領域１２においては、小さくなる。ダクトの奥行きは、電子ビームが入る中心領域の辺りにおいて最も小さくなり、例えば、この領域において、約２００ミクロンメートルまでなる。
【００１５】
図２（ｂ）に示される第２の要素２０は、約１ミリメートルの厚さを有し、そうでない場合は、第１の要素１０と同一の外部寸法を有する。中心領域２１内には、電子ビーム用の本質的に矩形である第１のスリット２３が中に設けられる本質的に円形のインサート２２が設けられる。このスリットの長手方向は、液体金属ターゲットの流れの方向に対し垂直に延在し、それにより、最適な熱の放散が達成される。
【００１６】
第１のスリット２３はその下側において（図示されるように）、約１ミクロンメートルの厚さを有するダイアモンド層によってシールされる。この層は、接合、接着、又は他の方法によってインサート２２に取り付けられる。従って、第１のスリットは、電子を透過させるダイアモンド窓２３を形成する。
【００１７】
第２の要素２０は、その中を液体金属ターゲットが流れることが可能となる第１の防水ダクトセグメント１０、２０が形成されるようネジ又は他の固定手段（図示せず）によって第１の要素１０に取り付けられる。中心領域１２におけるダクト１１の奥行きは小さいので、この領域において、特に、ダイアモンド窓においてターゲットの流れは加速され、それにより乱流が形成される。発生する乱流は、液体を特に徹底的に且つ迅速に混ぜ合わせるので、熱エネルギーの、窓からの特に効率のよい放散を与える。これは、特に、ダイアモンド窓、及び、そのインサート２２との接続における温度が重要な領域において有利である。
【００１８】
第１のダクトセグメント１０、２０は、熱交換器５３（図１参照）を通り延在する１次液体金属回路の一部を形成する。
【００１９】
更に、冷媒を導き、第１のダクトセグメント１０、２０の上に、図２（ｃ）及び（ｄ）に示されるように、略９０度の角度で取り付けられ、従って、第１のスリット２３の上で、その長手方向において延在する第２のダクトセグメント３０、４０が設けられる。
【００２０】
第２のダクトセグメントは、図２（ｃ）に示されるように、例えば、スチール又はモリブデンといった金属の本体からなり、中心領域３３を含む第３の要素３０を含む。中心領域３３には、本質的には矩形である第２のスリット３４ａが設けられ、これは、第２の要素２０内の第１のスリット２３と連続となるよう方向付けられ、且つ、形成される。金属本体内には、第２のスリット３４ａの長手方向に延在し、互いに平行であり、中心領域３３の外側にある凹部にされた２つのダクト３１、３２がある。中心領域３３において、ダクト３１、３２は、第２のスリット４３ａの一端の位置で互いから分岐し始め、中心領域から外れて、即ち、スリット３４ａの他端の位置で再び互いに平行となるよう延在し始める。従って、ダクト３１、３２は、第１のスリット３４ａが位置する中心領域３３内において、本質的に円弧状にされる表面３５を囲む。
【００２１】
第４の要素４０は本質的に、第３の要素３０と同一の外形を有し、第３の要素３０上に固定手段（図示せず）によって取り付けられ、それにより、第２の防水ダクトセグメント３０、４０が形成される。第４の要素４０の中心領域４１には、第２のスリット３４ａの本質的に矩形の開口３４ｂが設けられる。更に、中心領域４１の外面には、第３の要素３０の中心領域３３におけるダクト３１、３２によって囲まれる表面３５の形状に対応する円弧状にされる凹部４３が形成される。凹部は、ミリング又は他の方法によって材料を取り除くことにより形成される。
【００２２】
組立てられた状態においては、第２のダクトセグメント３０、４０は、電子ビームのストリップ焦点が位置する凹部４３の領域においては約３ミリメートルの厚さを有する。この領域の外側、つまり、この領域から上流方向、下流方向、及びこの領域に対し垂直な方向において、厚さは大きくてもよく、それにより、ダクト３１、３２は、広く又は深くなるよう形成されることが可能になり、従って、冷媒（２次的な液体）の粘度による流れ損が減少される。この点に関する唯一の制限は、第２のダクトセグメントの寸法及び形状は、有用なＸ線ビームを妨害するべきでないという条件によって課される。
【００２３】
第２のダクトセグメント３０、４０は、２次液体回路の一部を形成し、第１のダクトセグメント、特に、第１のスリット、従って、ダイアモンド窓が位置する第１のダクトセグメントの中心領域からの熱を放散するよう作用する。この為に、第２のダクトセグメント３０、４０は、第１のダクトセグメント１０、２０に対し９０度の角度で延在する。第１のダクトセグメント１０、２０を通る１次液体金属ターゲットの好ましい流れの方向は、図２（ａ）中、矢印Ｐ１によって示され、第２のダクトセグメント３０、４０を通る２次液体の好ましい流れの方向は、図２（ｃ）中、矢印Ｐ２によって示される。
【００２４】
この配置によって、３つの有利な効果が達成される。一方で、１次液体金属ターゲットの実用温度が下げられる。他方で、ダイアモンド窓とインサート２２との間の接続の温度も下げられ、最終的には、陰極に対し正である陽極の電位の影響下で焦点の付近に入射するよう１次電子ビームから散乱される２次電子の熱効果も減少される。
【００２５】
これらの効果は、第２のダクトセグメント３０、４０の２つのダクト３１、３２が、電子ビームのストリップ焦点の方向、及び、スリットの両側と平行に延在するという事実により支援される。従って、２次液体回路内の流れは、電子が入射する領域の非常に近くで導かれる。
【００２６】
第２のダクトセグメントの中心領域３３内におけるダクト３１、３２の分岐路と、第４の要素４０の中心領域４１内の凹部４３は円弧状にされる事実によって、Ｘ線ビームは、所与の空間開口角で第２のスリット３４ａの開口３４ｂから放射しなければならないという条件を満足する。通常の診断Ｘ線管においては、陽極の平面と、陽極の平面に最も近いＸ線との間の角度は約１２度になる。図３は、上記の関係を、第１のダクトセグメント及び第２のダクトセグメントから構成されるダクトセクション５１に対し示す。ここでも、１次液体金属ターゲットの好適な流れの方向は、矢印Ｐ１によって示され、２次液体の好適な流れの方向は、矢印Ｐ２によって示される。
【００２７】
ダクト３１、３２は、第３の要素３０の中心領域３３内において、図３に示されるように放射するＸ線ビーム５０がダクトによって妨害される又は減衰されることがないよう分岐する。第４の要素内の凹部４３のプロポーショニングにおいても同様のことが言え、それにより、形成されるＸ線ビームは、これらの２つの処置が採られると、妨害されることなく円錐状に伝搬することが可能である。
【００２８】
図４に従う表示では、１次液体回路及び２次液体回路は、ダクト５０（図１参照）、即ち、ポンプ５２によって同一の液体金属で共通に給送されることが可能であり、その場合、ダクト５０は、熱交換器５３を経由することが好適である。
【００２９】
より詳細には、このために第１のダクト分岐片（Ｙ片）５０１が設けられ、これは、ダクト５０が接続され、そこから１次ダクト５０２及び２次ダクト５０３が出る。これらのダクトは、ダクトセクション５１に給送し、第２のダクト分岐片５０４（Ｙ片）によって再び結合されるまで続き、その後共通のダクト５０として続けられる。１次ダクト５０２及び２次ダクト５０３は、ダクトセクション５１の入口及び出口（互いに直角に延在する）、且つ、第１のダクト分岐片５０１及び第２のダクト分岐片５０４に接続可能であるようつながれる。
【００３０】
或いは、２次液体回路は更に、液体金属ターゲットの１次回路とは別個に、及び、独立してつなげられることも可能である。この取り組み方法は、特に、例えば、特に低い粘度及び／又は高い熱伝導率を有する冷却液が使用される場合に、有用である。
【００３１】
いずれの場合においても、本発明のダクトセクション５１によって熱の放散が達成され、つまり、Ｘ線を発生させるよう電子ビームによって横断される窓からの熱の放散は、このような種類の公知の装置におけるよりもかなり効果的であり、それにより、実用温度を下げることが可能であるか、又は、当該のＸ線源における放射線強度を増加することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線源を示す図である。
【図２】本発明のダクトセクションの様々な要素を示す図である。
【図３】組立てられた状態にある本発明のダクトセクションを示す図である。
【図４】本発明のダクトセクションの給送を示す図である。
【符号の説明】
１ 管エンベロープ
３ 陰極
４ Ｘ線ビーム
１０、２０、３０、４０ ダクトセクションを構成する要素
１１ 第１のダクト
１２、２１、３３、４１ 中心領域
２２、３４ 窓、第１のスリット
３４ａ 第２のスリット
３１、３２ ダクト
５０ ダクトシステム
５１ ダクトセクション
５２ ポンプ
５３ 熱交換器

Claims (9)

1. 液体金属ターゲットと、上記液体金属ターゲットが、動作時には中を流れるダクトセクションの窓に電子ビームを放射する電子源とを含むＸ線源であって、
   上記ダクトセクションは、上記窓を含み、内部を上記液体金属ターゲットが流れる第１のダクトセグメントと、
   内部を冷媒が流れ、上記電子ビームが上記第１のダクトセグメントに作用する領域を冷却するよう上記第１のダクトセグメントに接続される第２のダクトセグメントとによって形成されることを特徴とするＸ線源。
2. 上記第１のダクトセグメント及び上記第２のダクトセグメントは、上記電子ビームが入射する方向に対し本質的に垂直に延在する平面に位置し、互いに対し約９０度の角度をなすことを特徴とする請求項１記載のＸ線源。
3. 上記第１のダクトセグメント内の上記窓は、ダイアモンド層が設けられる本質的に矩形である第１のスリットによって形成され、
   上記スリットの長手方向は、上記液体金属ターゲットの流れの方向に対し本質的に垂直に延在することを特徴とする請求項１記載のＸ線源。
4. 上記第１のダクトセグメントは、中を上記液体金属ターゲットが流れ、上記第１のスリットの領域においてくびれが設けられるダクトが設けられることを特徴とする請求項１記載のＸ線源。
5. 上記第２のダクトセグメントは、上記電子源と上記第１のダクトセグメントとの間に配置され、本質的に矩形の第２のスリットが設けられ、
   上記電子ビームは、上記第２のスリットを通り、上記第１のダクトセグメントの第１のスリットに入射することを特徴とする請求項１記載のＸ線源。
6. 上記第２のダクトセグメントは、本質的に平行に延在するが、上記第２のスリットの領域においては、上記第２のスリットが位置する本質的に円弧状にされる表面領域を囲むよう分岐する、冷媒用の２つのダクトを含むことを特徴とする請求項５記載のＸ線源。
7. 上記第２のスリットの開口は、上記第２のダクトセグメントに設けられ、本質的に円弧状にされる、上記外面上の凹部に位置することを特徴とする請求項５記載のＸ線源。
8. 上記第１のダクトセグメント及び上記第２のダクトセグメントは、上記液体金属ターゲット用の共通の回路に接続され、上記第２のダクトセグメント内の上記液体金属が上記冷媒として作用することを特徴とする請求項１記載のＸ線源。
9. 請求項１乃至８のうちいずれか一項記載のＸ線源を含むＸ線装置。

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