JP3869319B2 - X-ray tube target and method of manufacturing the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,ランタノイドの特性X線を発生させるためのX線管のターゲット(対陰極または陽極とも言う。)に関し,また,その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線透過装置やX線干渉計において,使用するX線の波長(すなわち,X線のエネルギー)を特定の数値範囲にした方が好ましい場合がある。この場合,放射光をX線源として用いる場合は,十分な強度で任意の波長のX線を取り出すことができるので,所望の波長を使うことが可能である。しかし,実験室等において,X線管を用いて実用的な強度でX線を取り出そうとすると,X線管のターゲットの材質によって定まる特性X線しか使えず,その波長が限定されてしまう。所望の波長のX線を使いたい場合には,そのような特性X線を有するターゲット材質を選択する必要がある。
【0003】
医療用や生物(例えば,化石など)用のX線透過装置やX線干渉計においては,X線のエネルギーとして25〜50keVの範囲のものを使うと,明瞭な画像が得られる場合がある。X線管を用いて,このようなエネルギー範囲のX線を実用的な強度で得るのは難しい。例えば,ターゲット材料として銅を用いた場合,その特性X線(Kα線)のエネルギーは8.0keVである。特性X線のエネルギーはターゲット材料の原子番号に依存し,原子番号が大きくなれば,特性X線のエネルギーは大きくなる。そこで,銅の特性X線よりも大きなエネルギーのX線を取り出そうとすると,銅よりも原子番号が大きいターゲット材料を使う必要がある。よく使われるものの例を挙げると,モリブデンの特性X線のエネルギーは17.5keV,銀は22.2keV,タングステンは59.0keVである。このように,普通に使われているターゲット材料の特性X線は,上述の25〜50keVの範囲よりも小さいか,大きいか,のどちらかである。ランタノイドは原子番号57〜71の元素であり,これらの元素の特性X線(Kα線)のエネルギーは33.4〜54.1keVの範囲内にある。したがって,ライタノイドをX線管のターゲット材料として用いることができれば,25〜50keVの範囲のエネルギーのX線を実験室レベルで得ることができる。
【0004】
希土類元素をターゲット材料として用いることは知られており,次の公知例がある。特開2001−202910号公報は,希土類ターゲットを使ったX線管を開示している。このX線管は,希土類元素の特性X線を発生させるためのものであり,具体的には,ガドリニウム(Gd)またはジスプロシウム(Dy)の表面層を中間層(TiまたはMo)を介して陽極体(CuまたはAg)上に形成している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように,希土類元素をそのままターゲット材料として用いるものは存在してはいるが,ランタノイドをそのままターゲット材料として用いて実用上十分なX線強度を得ることは困難である。ランタノイドは,例えば銅に比べて,熱伝導率が非常に小さく,かつ,融点もそれほど高くないので,ランタノイドに電子線が当たると,そこで発生した熱がうまく逃げずに,電子線照射領域が溶解してしまう。したがって,X線管に十分な負荷をかける(十分な電力を投入する)ことができない。上述の特開2001−202910号公報に開示されたX線管も,十分な強度のX線を取り出すのは難しいと考えられる。
【0006】
ランタノイドをホウ化物にすると,融点が非常に高くなり,かつ,熱伝導率も単体のものよりは良好になるので,ホウ化物にした方がターゲットの材質に適していると考えられる。ホウ化物にすることで許容負荷は3倍程度に増加する。ランタノイドのホウ化物をターゲット材料として使うことも知られており,次の公知例がある。米国特許第3934164号明細書は,X線画像診断装置のX線管に関して,希土類元素のホウ化物からなるターゲットを開示している。これにより,希土類元素の特性X線を発生させている。具体的には,棒状の六ホウ化セリウム(CeB6)のチップを陽極ディスクの溝に埋め込んで,このチップを隣り合わせて多数並べることで,ターゲットとしている。また,上述の特開2001−202910号公報でも,六ホウ化ランタン(LaB6)を2次X線ターゲットの材質として使うことに言及している。
【0007】
しかしながら,ランタノイドをホウ化物にしても,その熱伝導率は銅よりも1桁小さく,やはり,十分なX線強度は得られない。この点については,発明者が実験によって確認したので,以下に説明する。六ホウ化ランタン(LaB6)をターゲット面に蒸着及びスパッタリングでそれぞれ成膜して,厚さ10μmの六ホウ化ランタン薄膜を得た。これに電子線を照射して負荷テストを行った。しかし,十分な強度のX線を安定して得ることができなかった。また,別の方法として,六ホウ化ランタンの焼結体(密度85%)の薄片を銅のターゲット面に接合して(ろう付けして),これに電子線を照射して負荷テストを行った。薄片の厚さを1mmから0.1mmまで順次薄くして,それぞれ負荷テストを実施したが,やはり,十分な強度のX線を安定して得ることができなかった。すなわち,管電圧・管電流が30kV−10mA程度のところで表面荒れが激しくなり,高負荷をかけることができなかった。その原因は,六ホウ化ランタンの熱伝導率が小さいために,熱の逃げがうまくいかずに,電子線照射面が荒れたり,放電が生じたりしたことによる。
【0008】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり,その目的は,十分な強度のランタノイドの特性X線を発生させることができる実用的なX線管のターゲットとその製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のX線管のターゲットは,ランタノイドのホウ化物または炭化物の焼結体に銅を溶浸させたものをX線発生材料として使うことを特徴としている。ランタノイドをホウ化物または炭化物にすることで,ランタノイド単体に比べて,融点が飛躍的に高くなるので,電子線を照射したときにX線発生材料が溶解することがなくなる。さらに,このようなホウ化物または炭化物を焼結体にして,その空隙に銅を溶浸させることで,熱伝導率を向上させることができる。これにより,X線発生材料から熱が逃げやすくなり,過熱による表面荒れや溶解を防ぐことができる。
【0010】
ランタノイドはランタン系列の元素の総称であり,原子番号57〜71の15種類の元素,すなわち,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luを指す。これらのランタノイドの特性X線(Kα線)のエネルギーは33.4〜54.1keVである。したがって,ランタノイドを含むX線発生材料から発生したX線は,このようなエネルギー範囲の特性X線を含み,例えば,医療用または生体用のX線管のターゲットとして利用できる。なお,本発明のターゲットを利用すると,電子線照射領域中にランタノイド以外の物質(ホウ素,炭素,銅)も存在し,その物質からも特性X線が発生するが,そのような特性X線はモノクロメータやフィルタを用いて取り除くことができる。
【0011】
ランタノイドのホウ化物としては次のものが知られており,原理的には,本発明においてこれらの任意のものを使うことができる。LaB4,LaB6,CeB4,CeB6,PrB4,PrB6,NdB4,NdB6,NdB66,SmB2,SmB4,SmB6,SmB66,EuB6,GdB2,GdB4,GdB6,GdB12,GdB66,TbB2,TbB4,TbB6,TbB12,TbB66,DyB2,DyB4,DyB6,DyB12,DyB66,HoB2,HoB4,HoB6,HoB12,HoB66,ErB2,ErB4,ErB12,ErB66,TmB2,TmB4,TmB12,TmB66,YbB2,YbB4,YbB6,YbB12,YbB66,LuB2,LuB4,LuB12,LuB66
【0012】
また,ランタノイドの炭化物としては次のものが知られており,原理的には,本発明においてこれらの任意のものを使うことができる。LaC2,La23,La2C,La3C,La1519,CeC2,Ce23,PrC2,Pr23,NdC2,Nd23,Sm23,EuC2,EuC6,GdC2,DyC2,HoC2,Ho23,ErC2,YbC6,LuC2
【0013】
そして,入手のし易さと取り扱いの容易性から,六ホウ化ランタン(LaB6)と六ホウ化セリウム(CeB6)が最も適している。
【0014】
ランタノイドのホウ化物または炭化物の焼結体について,その空隙に,焼結体よりも熱伝導率の高い金属を溶浸すれば,全体として熱伝導率が向上する。したがって,そのような熱伝導率を有する金属であれば,どのような金属を溶浸させてもそれなりに有効である。ただし,熱伝導率・融点・価格等を考慮すると,実用的には銅を溶浸するのが最適である。融点が低い金属であると,電子線を照射したときの熱で溶けてしまうし,融点が高すぎると,これを焼結体に溶浸させるときに相当の高温まで加熱することが必要になり,後述するカプセルの材質の選択も難しくなる。これらの点を考えても,銅は最適である。
【0015】
本発明のターゲットは次の工程を用いて製造することができる。(a)銅のブロックに空所を形成する工程。(b)ランタノイドのホウ化物または炭化物の焼結体を前記空所に配置する工程。(c)銅よりも融点の高い材料からなるカプセルの内部に前記銅のブロックを収容する工程。(d)前記カプセルを,加圧雰囲気中で銅の融点以上の温度に加熱して,前記銅のブロックを溶解することで前記焼結体に銅を溶浸させる工程。(e)銅を溶浸させた前記焼結体から薄片を切り出す工程。(f)前記薄片をX線管のターゲットに接合する工程。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1から図5までは,本発明のターゲットのひとつの実施形態を製造するための各工程を説明する図である。この実施形態は,六ホウ化ランタンの焼結体に銅を溶浸させたものをX線発生材料として使う例である。
【0017】
図1は六ホウ化ランタンの焼結体を銅のブロックに挿入する状況を示す斜視図である。まず,六ホウ化ランタンの焼結体10を直径6mm,長さ12mmの円柱状に形成する。この焼結体10は,六ホウ化ランタンの粉末を密度60%に押し固めて真空中で1600℃で焼結したものである。ここで,焼結体の密度とは,六ホウ化ランタンの結晶体の密度(単位体積あたりの質量)に対する焼結体の密度を百分率で示したものである。次に,銅の円筒状のブロック12に円筒状の空所14を形成する。この空所14の内径は,焼結体10の直径よりもわずかに大きくなっている。この空所14に焼結体10を挿入して,その上に銅の栓16を詰めて蓋をする。これで,焼結体10が銅ブロック12に完全に取り囲まれた状態になる。
【0018】
図2はカプセル内に銅ブロックを収容した状態を示す正面断面図である。カプセル18はステンレス鋼でできており,これは銅よりも融点が高い。カプセル18は,円形の下板20及び上板22と,円筒状の側壁24とからなる。まず,下板20と側壁24とを,下板20の外周部21のところで溶接して,上端が開口した状態のカプセルを作る。次に,その内部に,焼結体10を内蔵している銅ブロック12を収容する。次に,上板22を,その外周部23のところで側壁24の上端に溶接する。これで,カプセル18内に銅ブロック12が密閉された状態になる。カプセル18の上板22には排気口26が設けられている。この排気口26から矢印28の方向に排気してカプセル18の内部を真空にし,焼結体10の内部の微細な空隙部分から空気を追い出す。排気が終了したら,切断箇所30で排気口26を封じ切る。これで,銅ブロック12を内蔵したカプセル18が出来上がる。
【0019】
図3は上記カプセル18をHIP(Hot Isostatic Pressing:熱間等方加圧)装置で加熱する状態を示した正面断面図である。このHIP装置の内部空間は,上蓋32と下蓋34と高圧円筒36によって取り囲まれている。高圧円筒36は冷却水37で冷却されている。下蓋34の上には処理物台38があり,その上に上述のカプセル18を載せる。カプセル18の周囲にはヒータ40と断熱層42が配置されている。上蓋32のガス出入口44からアルゴンガス45を供給して,HIP装置の内部を約900気圧に加圧する。上蓋32と下蓋34は上下からプレス・フレームで支持されていて,このような高圧に耐えるようになっている。ヒータ40を使ってカプセル18を1100℃まで加熱する。この温度ではカプセル18内の銅は完全に溶解する(銅の融点は1083℃)。そして,カプセル18には高圧が作用しているので,溶解した銅は焼結体の空隙内に押し込まれる。その後,室温まで冷却して,カプセル18をHIP装置から取り出す。
【0020】
図4は,上述のようにしてHIP装置でHIP処理されたカプセル18をその軸方向に垂直な断面で切断した断面図である。カプセル18の内部には凝固した銅44があり,その内部に,銅が溶浸された六ホウ化ランタン焼結体10がある。この焼結体10を切断線46,48で切り出して,厚さ0.1〜0.5mmの薄片にする。このように中央付近の切断線46,48で切り出してから,12mm×6mmのサイズに加工すると,その全体が「銅が溶浸された六ホウ化ランタン焼結体」からなる薄片50(図5を参照)が得られる。また,図4において円筒状の焼結体10の外周に近い切断線52,54で切り出してから,これを12mm×6mmのサイズに加工すると,図5に示すように,中央だけが「銅が溶浸された六ホウ化ランタン焼結体」56からなり,その両側が銅58からなるような薄片60が得られる。両側が銅58になっている薄片60は,全体が焼結体になっている薄片50よりも熱の逃げの点で優れている。ターゲット上の焦点サイズが例えば10mm×1mmのような場合には,中央の例えば2〜3mmの幅だけが焼結体になっているような薄片60でも,焼結体56だけに電子ビームを照射できる。
【0021】
ところで,銅を溶浸してあっても,六ホウ化ランタン焼結体は,銅ブロックよりは熱伝導性は劣るので,熱伝導の観点からは薄片50はできるだけ薄くするのが好ましい。ただし,薄片50の切り出し作業の精度やX線発生材料としての寿命を考慮すると,薄片50の厚さは0.1mm程度まで薄くするのが限度である。実用的には上述のように0.1〜0.5mm程度にするのが好ましい。これ以上厚くなると,熱の逃げがうまくいかなくて,六ホウ化ランタンの表面が荒れるなどの不都合が生じる。
【0022】
図5はX線管のターゲット62に薄片50を接合する工程を示す斜視図である。ターゲット62の表面には深さ0.1〜0.5mm,サイズ12mm×6mmの凹所63を形成する。この中に,上述のようにして作成した薄片50を金属ろう材を用いて接合する。この薄片50がターゲット62上のX線発生材料となる。また,中央だけが焼結体となっている薄片60を接合した場合は,薄片60のうちの中央の六ホウ化ランタン焼結体56の部分がX線発生材料となる。
【0023】
図6は薄片50を接合したターゲット62を備えるX線管65のターゲット付近の断面図である。ターゲット62の内部にはセパレータ64があり,このセパレータ64によって仕切られた流路を通って冷却水66が流れ,薄片50の裏側のターゲット部分が効率的に冷却される。電子ビーム68は薄片50に当たり,そこからX線70が発生して窓72を透過してX線管65の外部に出てくる。この実施形態のターゲットを使うと,管電圧・管電流が58kV−10mAまで,安定して電力を投入することができた。取り出したX線70は,モノクロメータで分光して,十分な強度のランタンの特性X線(Kα線は33.4keVのエネルギー)を得ることができた。六ホウ化ランタンの代わりに六ホウ化セリウムを使った場合はセリウムの特性X線(エネルギーが34.7keV)が得られる。
【0024】
図6の例は固定ターゲット(静止したターゲット)の例であるが,本発明はロータターゲット(回転対陰極)にも適用できる。その場合は,電子ビームが照射される円周軌跡上に,帯状になるように,銅を溶浸させた焼結体を配置することになる。
【0025】
上述の実施例では密度60%の六ホウ化ランタン焼結体に銅を溶浸させているが,六ホウ化ラタン焼結体の密度としては60〜80%程度が好ましい。
【0026】
【発明の効果】
本発明のX線管のターゲットは,ランタノイドのホウ化物または炭化物の焼結体に銅を溶浸させたものをX線発生材料として使っているので,ランタノイドの特性X線を発生させることができて,かつ,融点が高くて,熱が逃げやすい,実用的なターゲットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】六ホウ化ランタンの焼結体を銅のブロックに挿入する状況を示す斜視図である。
【図2】カプセル内に銅ブロックを収容した状態を示す正面断面図である。
【図3】カプセルをHIP装置で加熱する状態を示した正面断面図である。
【図4】HIP装置でHIP処理されたカプセルをその軸方向に垂直な断面で切断した断面図である。
【図5】X線管のターゲットにX線発生材料を接合する工程を示す斜視図である。
【図6】X線管のターゲット付近の断面図である。
【符号の説明】
10 焼結体
12 銅のブロック
14 空所
18 カプセル
50 焼結体の薄片
62 ターゲット
63 凹所
65 X線管
68 電子ビーム
70 X線
72 窓
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray tube target (also referred to as an anti-cathode or an anode) for generating characteristic X-rays of lanthanoids, and to a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In X-ray transmission devices and X-ray interferometers, it may be preferable to set the wavelength of X-rays used (that is, X-ray energy) within a specific numerical range. In this case, when radiation light is used as an X-ray source, X-rays having an arbitrary wavelength can be extracted with sufficient intensity, so that a desired wavelength can be used. However, in an laboratory or the like, if an X-ray tube is used to extract X-rays with practical intensity, only characteristic X-rays determined by the material of the target of the X-ray tube can be used, and the wavelength is limited. In order to use X-rays having a desired wavelength, it is necessary to select a target material having such characteristic X-rays.
[0003]
In an X-ray transmission device or an X-ray interferometer for medical use or living organisms (for example, fossils), a clear image may be obtained if X-ray energy in the range of 25 to 50 keV is used. It is difficult to obtain X-rays in such an energy range with practical intensity using an X-ray tube. For example, when copper is used as the target material, the energy of the characteristic X-ray (Kα ray) is 8.0 keV. The energy of the characteristic X-ray depends on the atomic number of the target material. If the atomic number increases, the energy of the characteristic X-ray increases. Therefore, when trying to extract X-rays having energy larger than that of copper, it is necessary to use a target material having an atomic number larger than that of copper. For example, the characteristic X-ray energy of molybdenum is 17.5 keV, silver is 22.2 keV, and tungsten is 59.0 keV. As described above, the characteristic X-ray of the target material that is normally used is either smaller or larger than the above-mentioned range of 25 to 50 keV. Lanthanoids are elements having atomic numbers of 57 to 71, and the energy of characteristic X-rays (Kα rays) of these elements is in the range of 33.4 to 54.1 keV. Therefore, if a lanthanide can be used as a target material for an X-ray tube, X-rays having an energy in the range of 25 to 50 keV can be obtained at a laboratory level.
[0004]
The use of rare earth elements as a target material is known, and there are the following known examples. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-202910 discloses an X-ray tube using a rare earth target. This X-ray tube is for generating characteristic X-rays of rare earth elements. Specifically, the surface layer of gadolinium (Gd) or dysprosium (Dy) is anoded via an intermediate layer (Ti or Mo). It is formed on the body (Cu or Ag).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, there exist some that use rare earth elements as target materials as they are, but it is difficult to obtain practically sufficient X-ray intensity using lanthanoids as target materials as they are. Lanthanoids, for example, have a much lower thermal conductivity and a lower melting point than copper. For example, when an electron beam hits a lanthanoid, the generated heat does not escape well, and the electron beam irradiation region dissolves. Resulting in. Therefore, a sufficient load cannot be applied to the X-ray tube (a sufficient power can be input). The X-ray tube disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-202910 is also considered difficult to extract X-rays with sufficient intensity.
[0006]
When lanthanoids are borides, the melting point is very high and the thermal conductivity is better than that of a single substance. Therefore, borides are considered to be more suitable for the target material. By using boride, the allowable load increases about three times. It is also known to use a lanthanoid boride as a target material, and there are the following known examples. U.S. Pat. No. 3,934,164 discloses a target made of a rare earth element boride for an X-ray tube of an X-ray diagnostic imaging apparatus. Thereby, characteristic X-rays of rare earth elements are generated. Specifically, a rod-shaped cerium hexaboride (CeB 6 ) chip is embedded in the groove of the anode disk, and a large number of these chips are arranged side by side to be a target. The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-202910 also mentions that lanthanum hexaboride (LaB 6 ) is used as the material of the secondary X-ray target.
[0007]
However, even if a lanthanoid is a boride, its thermal conductivity is an order of magnitude smaller than that of copper, and a sufficient X-ray intensity cannot be obtained. This point has been confirmed by the inventors through experiments, and will be described below. Lanthanum hexaboride (LaB 6 ) was formed on the target surface by vapor deposition and sputtering to obtain a lanthanum hexaboride thin film having a thickness of 10 μm. This was irradiated with an electron beam and subjected to a load test. However, X-rays with sufficient intensity could not be obtained stably. As another method, a lanthanum hexaboride sintered compact (with a density of 85%) is bonded (brazed) to a copper target surface and irradiated with an electron beam to perform a load test. It was. The thickness of the flakes was successively reduced from 1 mm to 0.1 mm, and a load test was performed. However, X-rays with sufficient intensity could not be obtained stably. That is, when the tube voltage / tube current is about 30 kV-10 mA, the surface becomes so rough that a high load cannot be applied. The cause is that the heat conductivity of lanthanum hexaboride is small, so that the heat escape does not go well, and the electron beam irradiation surface becomes rough or discharge occurs.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a practical X-ray tube target capable of generating characteristic X-rays of lanthanoids with sufficient strength and a method for manufacturing the target. It is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The target of the X-ray tube of the present invention is characterized in that a lanthanoid boride or carbide sintered body infiltrated with copper is used as an X-ray generating material. By making the lanthanoid boride or carbide, the melting point is remarkably higher than that of the lanthanoid alone, so that the X-ray generating material does not dissolve when irradiated with an electron beam. Furthermore, heat conductivity can be improved by making such a boride or carbide into a sintered body and infiltrating copper into the voids. As a result, heat easily escapes from the X-ray generating material, and surface roughening and melting due to overheating can be prevented.
[0010]
Lanthanoid is a general term for elements of the lanthanum series, and 15 types of elements having atomic numbers 57 to 71, that is, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu are pointed out. The energy of characteristic X-rays (Kα rays) of these lanthanoids is 33.4 to 54.1 keV. Therefore, X-rays generated from an X-ray generating material containing a lanthanoid include characteristic X-rays in such an energy range, and can be used, for example, as a target for medical or biological X-ray tubes. When the target of the present invention is used, substances other than lanthanoids (boron, carbon, copper) are also present in the electron beam irradiation region, and characteristic X-rays are also generated from these substances. It can be removed using a monochromator or filter.
[0011]
The following are known as lanthanoid borides, and in principle, any of these can be used in the present invention. LaB 4, LaB 6, CeB 4 , CeB 6, PrB 4, PrB 6, NdB 4, NdB 6, NdB 66, SmB 2, SmB 4, SmB 6, SmB 66, EuB 6, GdB 2, GdB 4, GdB 6 , GdB 12, GdB 66, TbB 2, TbB 4, TbB 6, TbB 12, TbB 66, DyB 2, DyB 4, DyB 6, DyB 12, DyB 66, HoB 2, HoB 4, HoB 6, HoB 12, HoB 66, ErB 2, ErB 4, ErB 12, ErB 66, TmB 2, TmB 4, TmB 12, TmB 66, YbB 2, YbB 4, YbB 6, YbB 12, YbB 66, LuB 2, LuB 4, LuB 12, LuB 66 .
[0012]
Further, the following are known as lanthanoid carbides, and in principle, any of these can be used in the present invention. LaC 2 , La 2 C 3 , La 2 C, La 3 C, La 15 C 19 , CeC 2 , Ce 2 C 3 , PrC 2 , Pr 2 C 3 , NdC 2 , Nd 2 C 3 , Sm 2 C 3 , EuC 2, EuC 6, GdC 2 , DyC 2, HoC 2, Ho 2 C 3, ErC 2, YbC 6, LuC 2.
[0013]
And lanthanum hexaboride (LaB 6 ) and cerium hexaboride (CeB 6 ) are the most suitable because they are easily available and easy to handle.
[0014]
If a sintered body of a lanthanoid boride or carbide is infiltrated into the void with a metal having a higher thermal conductivity than the sintered body, the overall thermal conductivity is improved. Therefore, any metal having such a thermal conductivity is effective as it is infiltrated. However, in consideration of thermal conductivity, melting point, price, etc., it is optimal to infiltrate copper practically. If the metal has a low melting point, it will be melted by the heat when it is irradiated with an electron beam. If the melting point is too high, it will be necessary to heat the sintered body to a considerably high temperature. This makes it difficult to select the capsule material to be described later. Considering these points, copper is optimal.
[0015]
The target of the present invention can be manufactured using the following steps. (A) A step of forming a void in the copper block. (B) A step of disposing a lanthanoid boride or carbide sintered body in the space. (C) The process of accommodating the said copper block inside the capsule which consists of material with melting | fusing point higher than copper. (D) A step of infiltrating copper into the sintered body by heating the capsule to a temperature equal to or higher than the melting point of copper in a pressurized atmosphere to dissolve the copper block. (E) A step of cutting out a thin piece from the sintered body infiltrated with copper. (F) A step of bonding the thin piece to a target of an X-ray tube.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 to FIG. 5 are diagrams illustrating each process for manufacturing one embodiment of the target of the present invention. This embodiment is an example in which a lanthanum hexaboride sintered body infiltrated with copper is used as an X-ray generating material.
[0017]
FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a sintered body of lanthanum hexaboride is inserted into a copper block. First, the sintered body 10 of lanthanum hexaboride is formed in a cylindrical shape having a diameter of 6 mm and a length of 12 mm. This sintered body 10 is obtained by pressing lanthanum hexaboride powder to a density of 60% and sintering in vacuum at 1600 ° C. Here, the density of the sintered body is a percentage of the density of the sintered body relative to the density of the lanthanum hexaboride crystal (mass per unit volume). Next, a cylindrical space 14 is formed in the copper cylindrical block 12. The inner diameter of the void 14 is slightly larger than the diameter of the sintered body 10. The sintered body 10 is inserted into the void 14, and a copper plug 16 is filled on the sintered body 10 to cover it. As a result, the sintered body 10 is completely surrounded by the copper block 12.
[0018]
FIG. 2 is a front sectional view showing a state in which the copper block is accommodated in the capsule. Capsule 18 is made of stainless steel, which has a higher melting point than copper. The capsule 18 includes a circular lower plate 20 and an upper plate 22 and a cylindrical side wall 24. First, the lower plate 20 and the side wall 24 are welded at the outer peripheral portion 21 of the lower plate 20 to make a capsule with the upper end opened. Next, the copper block 12 containing the sintered body 10 is accommodated therein. Next, the upper plate 22 is welded to the upper end of the side wall 24 at the outer peripheral portion 23. As a result, the copper block 12 is sealed in the capsule 18. An exhaust port 26 is provided in the upper plate 22 of the capsule 18. The inside of the capsule 18 is evacuated by exhausting from the exhaust port 26 in the direction of the arrow 28, and air is expelled from the minute voids inside the sintered body 10. When exhausting is completed, the exhaust port 26 is sealed off at the cutting point 30. This completes the capsule 18 containing the copper block 12.
[0019]
FIG. 3 is a front sectional view showing a state in which the capsule 18 is heated by a HIP (Hot Isostatic Pressing) apparatus. The internal space of the HIP device is surrounded by an upper lid 32, a lower lid 34, and a high-pressure cylinder 36. The high pressure cylinder 36 is cooled by cooling water 37. On the lower lid 34, there is a processing object table 38 on which the above-described capsule 18 is placed. A heater 40 and a heat insulating layer 42 are disposed around the capsule 18. Argon gas 45 is supplied from the gas inlet / outlet 44 of the upper lid 32 to pressurize the interior of the HIP apparatus to about 900 atm. The upper lid 32 and the lower lid 34 are supported by press frames from above and below, and can withstand such high pressure. The capsule 18 is heated to 1100 ° C. using the heater 40. At this temperature, the copper in the capsule 18 is completely dissolved (the melting point of copper is 1083 ° C.). And since the high pressure is acting on the capsule 18, the melt | dissolved copper is pushed in in the space | gap of a sintered compact. Then, it cools to room temperature and takes out the capsule 18 from a HIP apparatus.
[0020]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the capsule 18 that has been HIP processed by the HIP apparatus as described above, cut along a cross section perpendicular to the axial direction thereof. Inside the capsule 18 is solidified copper 44, and inside is a lanthanum hexaboride sintered body 10 infiltrated with copper. The sintered body 10 is cut out by cutting lines 46 and 48 to form thin pieces having a thickness of 0.1 to 0.5 mm. Thus, when it cuts out by the cutting lines 46 and 48 near the center, and it processes to the size of 12 mm x 6 mm, the whole is the thin piece 50 which consists of "the lanthanum hexaboride sintered compact in which copper was infiltrated" (FIG. 5). Is obtained). Further, in FIG. 4, after cutting along the cutting lines 52 and 54 close to the outer periphery of the cylindrical sintered body 10 and processing this into a size of 12 mm × 6 mm, as shown in FIG. A thin piece 60 composed of the infiltrated lanthanum hexaboride sintered body 56 and copper 58 on both sides is obtained. The thin piece 60 made of copper 58 on both sides is superior to the thin piece 50 made entirely of sintered body in terms of heat escape. When the focal spot size on the target is, for example, 10 mm × 1 mm, an electron beam is applied only to the sintered body 56 even in the thin piece 60 in which only the central width, for example, 2 to 3 mm is a sintered body. it can.
[0021]
By the way, even if copper is infiltrated, the lanthanum hexaboride sintered body is inferior in thermal conductivity to the copper block. Therefore, it is preferable to make the thin piece 50 as thin as possible from the viewpoint of thermal conduction. However, in consideration of the accuracy of the cutting operation of the thin piece 50 and the life as the X-ray generating material, the thickness of the thin piece 50 is limited to about 0.1 mm. Practically, it is preferably about 0.1 to 0.5 mm as described above. If it is thicker than this, the heat will not escape well and the surface of the lanthanum hexaboride will become rough.
[0022]
FIG. 5 is a perspective view showing a process of joining the thin piece 50 to the target 62 of the X-ray tube. A recess 63 having a depth of 0.1 to 0.5 mm and a size of 12 mm × 6 mm is formed on the surface of the target 62. In this, the thin piece 50 produced as mentioned above is joined using a metal brazing material. This thin piece 50 becomes the X-ray generating material on the target 62. Further, when the thin piece 60 whose center is a sintered body is joined, the central portion of the lanthanum hexaboride sintered body 56 in the thin piece 60 becomes the X-ray generating material.
[0023]
FIG. 6 is a cross-sectional view of the vicinity of the target of the X-ray tube 65 including the target 62 to which the thin piece 50 is bonded. A separator 64 is provided inside the target 62, and cooling water 66 flows through a flow path partitioned by the separator 64, so that the target portion on the back side of the thin piece 50 is efficiently cooled. The electron beam 68 hits the thin piece 50, and X-rays 70 are generated therefrom, pass through the window 72, and come out of the X-ray tube 65. By using the target of this embodiment, it was possible to stably supply power up to a tube voltage / tube current of 58 kV-10 mA. The extracted X-ray 70 was spectrally separated by a monochromator, and a characteristic X-ray of lanthanum with sufficient intensity (Kα ray is 33.4 keV energy) was obtained. When cerium hexaboride is used instead of lanthanum hexaboride, characteristic X-rays (energy is 34.7 keV) of cerium can be obtained.
[0024]
The example of FIG. 6 is an example of a fixed target (stationary target), but the present invention can also be applied to a rotor target (rotating anti-cathode). In that case, a sintered body infiltrated with copper is disposed so as to form a band on the circumferential locus irradiated with the electron beam.
[0025]
In the above-described embodiment, copper is infiltrated into a lanthanum hexaboride sintered body having a density of 60%, but the density of the rattan hexaboride sintered body is preferably about 60 to 80%.
[0026]
【The invention's effect】
The target of the X-ray tube of the present invention uses a lanthanoid boride or carbide sintered body infiltrated with copper as an X-ray generating material, and therefore can generate characteristic X-rays of lanthanoids. In addition, a practical target having a high melting point and easy heat release can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a sintered body of lanthanum hexaboride is inserted into a copper block.
FIG. 2 is a front sectional view showing a state in which a copper block is accommodated in a capsule.
FIG. 3 is a front sectional view showing a state in which the capsule is heated by the HIP device.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a capsule that has been HIP-processed by an HIP device, cut along a cross section perpendicular to the axial direction thereof.
FIG. 5 is a perspective view showing a process of joining an X-ray generating material to a target of an X-ray tube.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the vicinity of a target of an X-ray tube.
[Explanation of symbols]
10 Sintered body 12 Copper block 14 Void 18 Capsule 50 Sintered flake 62 Target 63 Recess 65 X-ray tube 68 Electron beam 70 X-ray 72 Window

Claims (4)

ランタノイドのホウ化物または炭化物の焼結体に銅を溶浸させたものをX線発生材料として使うことを特徴とするX線管のターゲット。A target for an X-ray tube, wherein a lanthanoid boride or carbide sintered body infiltrated with copper is used as an X-ray generating material. 前記焼結体が六ホウ化ランタンであることを特徴とする請求項1記載のX線管のターゲット。2. The X-ray tube target according to claim 1, wherein the sintered body is lanthanum hexaboride. 前記焼結体が六ホウ化セリウムであることを特徴とする請求項1記載のX線管のターゲット。The X-ray tube target according to claim 1, wherein the sintered body is cerium hexaboride. 次の各工程を有するX線管のターゲットの製造方法。
(a)銅のブロックに空所を形成する工程。
(b)ランタノイドのホウ化物または炭化物の焼結体を前記空所に配置する工程。
(c)銅よりも融点の高い材料からなるカプセルの内部に前記銅のブロックを収容する工程。
(d)前記カプセルを,加圧雰囲気中で銅の融点以上の温度に加熱して,前記銅のブロックを溶解することで前記焼結体に銅を溶浸させる工程。
(e)銅を溶浸させた前記焼結体から薄片を切り出す工程。
(f)前記薄片をX線管のターゲットに接合する工程。
An X-ray tube target manufacturing method comprising the following steps.
(A) A step of forming a void in the copper block.
(B) A step of disposing a lanthanoid boride or carbide sintered body in the space.
(C) The process of accommodating the said copper block inside the capsule which consists of material with melting | fusing point higher than copper.
(D) A step of infiltrating copper into the sintered body by heating the capsule to a temperature equal to or higher than the melting point of copper in a pressurized atmosphere to dissolve the copper block.
(E) A step of cutting out a thin piece from the sintered body infiltrated with copper.
(F) A step of bonding the thin piece to a target of an X-ray tube.
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