JP4281928B2 - Ｘ線管 - Google Patents

Description

本発明は、陽極の一方の側に電子を入射させることによりＸ線を生じるこの陽極であって、これらの入射電子がこの陽極上に所定のフォーカルスポットを形成するようにした当該陽極と、前記陽極の他方の側の表面を冷却液により冷却する手段であって、互いに同心的となるように配置された供給管及び排出管により、この冷却液を冷却すべき前記表面に供給及びこの表面から排出するようにし、この冷却液は前記供給管の端部における放出開口を介して、冷却すべき前記表面に供給し、この放出開口の形状は前記フォーカルスポットの形状に適応するようにした当該手段と、同心的な２つの前記管のうちの内側管の端部に且つ外側管内に配置された散布部材であって、この散布部材は冷却すべき前記表面に面する表面を有し、この散布部材に前記放出開口が設けられており、この散布部材の前記表面が前記外側管と相俟って帰路開口を画成している当該散布部材とを有しているＸ線管に関するものである。
この種類のＸ線管は英国特許第776,208号明細書から既知である。
概して、Ｘ線は、電子を高電圧により加速させ、Ｘ線管中の陽極に入射させることによりＸ線管中で発生される。入射電子は陽極上でスポットを形成し、このスポットがフォーカルスポットと称されている。電子を入射させるエネルギーは比較的高い為、陽極は加熱され、従って、冷却させる必要がある。この目的のためには、一般に、陽極の裏側（すなわち、電子が入射される側とは反対側）に沿って冷却水を流すことが知られている。前記英国特許明細書に開示されているＸ線管におけるフォーカルスポットは方形である。改善された放熱を達成するために、このＸ線管に一組の出口孔が設けられ、これら出口孔が相俟って放出（放水）開口を構成している。すなわち、これら出口孔は、冷却すべき表面に流れる冷却水の流れの分布の形状も方形となり、その寸法がフォーカルスポットの形状とほぼ同じとなるように、設けられている。従って、この既知のＸ線管の放出開口の形状はフォーカルスポットの形状に適合する。
回折又はＸ線蛍光のためのＸ線管のような、解析目的のＸ線管におけるフォーカルスポットに所定の形状を与えることがしばしば望まれている。陽極はしばしば、特にＸ線蛍光のためのＸ線管の場合に、Ｘ線管の出口窓の付近に配置されている。すなわち、このような配置を可能にするために、電子放出用のフィラメントが陽極に隣接して且つこの陽極を囲んで配置され、それにもかかわらず、電子が陽極の放出面上に入射されるようにこれら電子を偏向させる手段が設けられている。従って、このようなＸ線管はしばしば環状のフォーカルスポットを有する。冷却水を供給（給水）及び排出（排水）する通常の方法、すなわち同心的に配置した供給（給水）管及び排出（排水）管を用いた方法をこのようなＸ線管に対し用いることができる。この場合、冷却水は、冷却すべき表面に沿って、特にフォーカルスポットの熱分布に沿って流される。しかし、実際には、陽極の冷却程度がＸ線管により生じうる最大のＸ線出力を限定する要因となる為、可能な限り大きな冷却能力が必要となる。上述したことは、冷却システムの寸法、従って、Ｘ線管全体の寸法を大きくすることにより達成しうること明らかであるが、このような寸法の増大は価格及び使用の容易性の点で不所望なことである。
本発明の目的は、Ｘ線管自体の寸法を増大させる必要なく、冷却能力を著しく高めた前述した種類のＸ線管を提供せんとするにある。
この目的のために、本発明によるＸ線管は、前記散布部材が、前記放出開口と前記供給管との間の連結部を構成する第１ダクトが設けられた素子を有し、前記放出開口は環状をしており、前記散布部材の前記表面に、前記放出開口の内側に位置する排出開口が設けられ、この排出開口は、前記散布部材の前記素子中の第２ダクトを介してこの素子の外側面と連通していることを特徴とする。
本発明は、壁部（すなわち、この場合、冷却すべき表面）に沿う流れの場合に、多かれ少なかれ必ず静止した境界層が存在するという事実の認識を基に成したものである。可能な限り高い冷却能力を達成するためには、この境界層をできるだけ薄くする必要があり、又は可能ならばこれを分散させる必要もある。このことは、冷却すべき表面に平行な“熱点”に沿って冷却水を流すことによっては全く或いは適切には達成しえない。本発明による工程では、冷却水を、冷却すべき表面に対しほぼ垂直に向かう噴流として到達するようにする。冷却水は互いに反対の２方向（すなわち、放出開口内の排出開口の方向と、散布部材が外側管と相俟って画成する帰路開口の方向と）に別れて流れる為、到達させる冷却水の噴流は冷却すべき表面に当った際に急激に引き離され（分流され）、境界層はあたかも“こじあけられる”。この現象は“噴流衝突冷却”として知られている。これにより冷却能力が著しく増大する。
本発明によるＸ線管の例では、前記第１ダクトと前記放出開口との間に貯蔵所（貯水所）を設ける。この工程によれば、冷却水を到達させる速度を貯蔵所内で一様にし、これにより、放出をより一層均一にし、従って、冷却をより一層均一にする。
本発明によるＸ線管の他の例では、前記放出開口と前記供給管との間の連結部を構成する複数のダクトを設け、これらダクトはＸ線管の軸線を囲んで対称的に配置されているようにする。Ｘ線管には、前記放出開口と前記素子の前記外側面との間の連結部を構成する複数のダクトを設け、これらダクトはＸ線管の軸線を囲んで対称的に配置されているようにすることもできる。これらの工程により、放出及び冷却をもより一層均一にする。
以下に、本発明を図面につき詳細に説明する。各図間で対応する素子には同じ符号を付してある。
図１は、本発明によるＸ線管を示す。このＸ線管はエンベロープ２により封止されており、このエンベロープ内に陽極４が収容されている。陽極４には、フィラメントワイヤ６と制御電極８とより成る陰極装置から生じる電子が衝突する。フィラメントワイヤ６から放出される電子は、電子ビーム１０で示すように制御電極８により陽極４上に向けられる。この目的のために、フィラメント６は制御電極８に対し適切な電位に調整される。制御電極８は、ガラス又はセラミック材料より成る絶縁体１４を介して陽極管１６に連結された支持体１２の一部を構成する。陽極管１６は図示していない方法で高電圧源に接続されており、この陽極管１６内に矢印で示すように、陽極を冷却する冷却水を給水したり排水したりするのにも用いられる。支持体１２及び絶縁体１４を囲むスペース１８には、絶縁油が充填されている。フィラメントワイヤ６は端子２０を介してフィラメント電流を受ける。これらの端子を介して、フィラメントを制御電極８に対して正しい電位に調整することもできる。
陽極４は，電子を捕捉することによりＸ線を生じ、このＸ線はＸ線ビーム２２の形態でＸ線透過窓２４を介してＸ線管から放出される。このＸ線管は、陽極４ができるだけＸ線窓２４に近付くように配置された、いはゆる端窓型のものである。この目的のために、フィラメントワイヤ６は陽極４を囲んで配置され、フィラメントワイヤ６から生じる電子が制御電極８により陽極表面に向けて偏向されるようになっている。この形態の電子衝撃の結果として、陽極の表面上に環状（リング状）のフォーカルスポットが形成される。
陽極管１６は、この中に位置し且つこれと同心的に配置された内側管２８と相俟って、矢印で示すように陽極を冷却する冷却水を給水及び排水する給水及び排水管の同心システムを構成している。内側管２８の端部には、外側管１６内に位置し且つ冷却すべき陽極表面に面する表面３２を有する散布（散水）部材３０が設けられている。この散布部材の表面３２は外側管１６の内側面と相俟って、冷却水の帰路開口を画成する。冷却水は、表面３２の中央に設けた開口（図１には図示せず）と、散布部材３０の素子中のダクトと、排水窓３４とを介しても外側管１６に流れ戻り、この外側管１６内で冷却水のこの部分が、表面３２と外側管１６の内側面とで画成された帰路開口を通って流れ戻る冷却水と一緒になる。
図２は、陽極を冷却するための散布部材３０をより一層詳細に示す斜視図である。散布部材は、複数の給水及び排水ダクトが内部に設けられた素子３７より成る。散布部材は、下側の開口（図２に図示せず）を介して内側管（給水管）２８に連結されている。この開口からは、ダクト３８（図２には完全には示されていない）が散布部材の素子の上側における貯水所４４まで延在している。このダクトの開口は図２では部分的に見うる。貯水所４４は、一部を切欠して図２に示す蓋４６により被覆されている。この蓋４６には、0.1mm〜１mm程度の幅を有する細いスリット３６が設けられている。このスリットは冷却水に対する放水開口として作用する。この放水開口３６の形状及び寸法は環状のフォーカルスポットの形状及び寸法に一致させる。放水開口が設けられた表面３２と陽極表面との間の距離は０〜１mm程度とする。
内側管２８、ダクト３８及び貯水所４４を介して供給される冷却水は、放水開口を介して散布部材から、冷却すべき陽極表面に衝突する。環状の噴流は、冷却すべき表面に衝突した際に２つの副流に分割され、一方の副流は素子３７の外側面４２に沿って排水される。この分割の結果、衝突する冷却水の噴流は、冷却すべき表面上での衝突時に急激に引き離される（分流される）。従って、静止した境界層の所望の分散が達成される。他方の副流は、（環状の）放水開口３６内に位置するとともに散布部材の素子内のダクト５２（図２には図示されていない）及びこの素子の外側面における関連の排水窓３４を介してこの外側面と連通している排水開口４０を経て排水される。従って、これら２つの副流は再び一緒になり、戻りの冷却水は外側管（排水管）１６を介して排水される。貯水所４４が存在するため、速度及び圧力の等化が、供給される冷却水で生じ、陽極への冷却水の衝突が均一となる。
図３は、図２に示す陽極冷却用の散布部材を示す断面図である。この散布部材は下側の開口４８を介して内側管２８（給水管）（図２には図示せず）に連結されている。冷却すべき陽極の表面には既知のように、隆起部５０が設けられ、冷却すべき表面積を増大させるとともにこの表面に亙って冷却水に完全な乱流を生ぜしめるようにしてある。貯水所４４は蓋４６により閉じられるものであり、この蓋は突起部により貯水所４４の壁部に連結されている。図２につき前述したように、環状の放水開口３６から生じる水は隆起部が設けられた陽極表面上に衝突し、２つの副流に分割される。散布部材の表面３２と隆起部の先端との間の距離は０〜１mmである。
開口４８から貯水所４４の底部へは２つのダクト３８が延在している。図３は、この図面の平面よりも上に位置する１つのダクトのみを示している。双方のダクト３８は６角形の断面を有し、その境界線を図３に３８-ａ〜３８-ｆで示してある。この断面は必ずしも６角形とする必要はなく、平滑な境界を有する断面とすることもできる。この図３には、ダクトの最下側の境界線３８-ｇも示してある。従って、この図３では、ダクトは底部のない平坦なカップの形状をしている。このダクトは、ほぼバナナ形状の開口を介して貯水所４４の底部内に拡開している。更に、排水開口４０からは２つの水路５２がこれらのダクト３８間で関連の排水窓３４まで延在しており、これら窓の平面は図３の図面の平面に対し垂直となっている。
【図面の簡単な説明】
図１は、陽極を本発明によって冷却する、解析目的のための端窓型のＸ線管を示す断面図であり、
図２は、図１に示す陽極冷却用散布部材を示す斜視図であり、
図３は、図２に示す陽極冷却用散布部材を示す断面図である。

Claims (4)

1. 陽極の一方の側に電子（１０）を入射させることによりＸ線（２２）を生じるこの陽極（４）であって、これらの入射電子がこの陽極上に所定のフォーカルスポットを形成するようにした当該陽極（４）と、
   前記陽極の他方の側の表面を冷却液により冷却する手段であって、供給管（２８）及び排出管（１６）を前者が後者内に位置するように互いに同心的に配置することにより、この冷却液を冷却すべき前記表面に供給及びこの表面から排出するようにし、この冷却液は前記供給管の端部において放出開口（３６）を介して、冷却すべき前記表面に供給し、この放出開口の形状は前記フォーカルスポットの形状に適応するようにした当該手段と、
   前記供給管の端部に且つ前記排出管内に配置された散布部材（３０）であって、この散布部材は冷却すべき前記表面に面する表面（３２）を有し、この散布部材に前記放出開口（３６）が設けられており、この散布部材の前記表面（３２）が前記排出管（１６）と相俟って帰路開口を画成している当該散布部材（３０）と
   を有しているＸ線管において、
   前記散布部材（３０）が、前記放出開口（３６）と前記供給管（２８）との間の連結部を構成する第１ダクト（３８）が設けられた素子（３７）を有し、前記放出開口は環状をしており、
   前記散布部材の前記表面に、前記放出開口（３６）の内側に位置する排出開口（４０）が設けられ、この排出開口（４０）は、前記散布部材の前記素子中の第２ダクト（５２）を介してこの素子の外側面（４２）と連通していることを特徴とするＸ線管。
2. 請求の範囲１に記載のＸ線管において、前記第１ダクト（３８）と
   前記放出開口（３６）との間に冷却液貯蔵所（４４）が設けられていることを特徴とするＸ線管。
3. 請求の範囲１又は２に記載のＸ線管において、前記第１ダクト（３８）が複数のダクト（３８）をもって構成され、これらダクト（３８）はＸ線管の軸線を囲んで対称的に配置されていることを特徴とするＸ線管。
4. 請求の範囲１又は２に記載のＸ線管において、前記第２ダクト（５２）が複数のダクト（５２）をもって構成され、これらダクト（５２）はＸ線管の軸線を囲んで対称的に配置されていることを特徴とするＸ線管。

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