JP4373568B2 - 放射線透過窓構体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、X線管などに使用される放射線透過窓構体に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線管や比例計数管、X線増倍管などの電子管は、管内に発生したX線などの放射線を外部に出力し、あるいは、放射線を管内に入力する構成になっている。そのため、これらの電子管では、電子管を構成する真空外囲器の一部に放射線を透過する放射線透過窓が設けられている。
【0003】
ここで、従来の放射線透過窓構体について図4を参照して説明する。符号51は真空外囲器で、真空外囲器51は、たとえば金属やガラスなどで形成された円筒状部52および円筒状部52の端部に接合されたステンレス製の接合リング53などから構成されている。接合リング53は全体が筒状に形成され、その中間に、内側に突出する突出部54が形成されている。突出部54の上面55は平坦部55aと弧状部55bとで形成され、下面56は平坦に形成されている。そして、突出部54の上面55に、X線など放射線を透過する出力窓57が接合されている。
【0004】
突出部54の上面55と出力窓57は、中間材58たとえば0.1mm程度の厚さのろう材のシートを介して、ろう付けや拡散接合などの方法で接合されている。ろう付けや拡散接合で接合した場合、出力窓57と中間材58の間に拡散層59が形成される。
【0005】
上記した構成の放射線透過窓構体は、真空外囲器51の外側が大気で、内側が真空となっている。そのため内外の圧力差で、図4に示すように出力窓57は真空側に凹んだ形で変形する。このとき、出力窓57の一部が突出部54の上面に設けられた弧状部55bの面と接触し、出力窓57の内側への曲がりを小さくさせ、接合リング53と出力窓57との接合部分の近傍に応力が集中しないようにしている。
【0006】
次に、従来の他の放射線透過窓構体について、分析用X線管を例にとり図5を参照して説明する。符号61はX線管を構成する真空外囲器で、真空外囲器61は先端の外径が徐々に細くなり、前面62は平坦に形成されている。前面62中央に開口63が設けられ、その開口63部分にX線を透過する出力窓64が設けられている。出力窓64は、X線の減衰が少ない材料たとえばベリリウム(以下Beという)が使用され、X線の減衰を少なくするために厚さは数10μm〜数100μmに設定されている。真空外囲器61と出力窓64は銀ろうなどのろう材65を用いてろう接されている。
【0007】
また、真空外囲器61内の中央に支持体66が配置され、支持体66上の出力窓64と対向する位置に陽極ターゲット67が配置されている。陽極ターゲット67の外側に収束電極68が配置され、収束電極68の外側に陰極フィラメント69が配置されている。陰極フィラメント69は、収束電極68の外周部に固定された環状の支持部材70に支持されている。陽極ターゲット67を支持する支持体66の内部空間71は、陽極部分を冷却する冷却水路になっている。また、真空外囲器61の一部に、真空外囲器61部分を冷却する冷却水路72が設けられている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
図4に示す放射線透過窓構体の場合、出力窓57に対し、X線など放射線を効率よく透過すること、および、真空外囲器51内を真空に維持できるように、真空外囲器51の内外の圧力差で破損しない機械的強度を有することが求められている。このため、出力窓57の厚さは、通常、数10μm〜100μmの範囲に設定されている。
【0009】
しかし、出力窓57と接合リング53をろう付で接合した場合、出力窓57と中間材58との間に、拡散層59が数10μm程度の厚さに形成される。拡散層59は機械的強度が弱く、出力窓57の接合部分に、真空気密を保つに十分な機械的強度をもつ厚さが確保されない場合がある。
【0010】
また、出力窓57と接合リング53を拡散接合で接合した場合は、中間材58が接合部分にある程度の厚さで残り、出力窓57に十分な厚さが確保できなくなる。また、中間材58が残ると、真空外囲器51内外の圧力差で出力窓57が内側に変形した場合に、突出部54上面の弧状部55bと出力窓57が接触しにくくなる。その結果、出力窓57の内側への曲がりが大きくなり、中間材58との接合部分の近傍に応力が集中し、出力窓57が破損し、真空外囲器51内を真空気密を維持できないことがある。
【0011】
図5の例で説明した分析用X線管では分析精度の向上が求められている。分析精度の向上にはX線強度を高める必要があり、一般に、出力窓は薄く形成される。たとえば分析用のX線にはKα線やLα線が使用される。軽元素分析などに使用されるLα線は出力窓での吸収が大きいため、出力窓はできるだけ薄くしている。その一方、真空気密を保つために機械的強度が求められており、出力窓を薄くすると、出力窓の外周部にかかる単位面積当たりの応力が強くなり、出力窓が破損することがある。
【0012】
この発明は、上記した欠点を解決し、出力窓の破損が少ない放射線透過窓構体を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、放射線を透過する出力窓の外周部が真空外囲器の前面に設けられた開口に隣接する縁部分に接合された放射線透過窓構体において、前記真空外囲器の縁部分と前記出力窓との間に、内周部が前記真空外囲器の前記開口の中まで伸び、前記真空外囲器の内側に変形した応力緩衝材が配置され、前記真空外囲器の縁部分と前記応力緩衝材および前記応力緩衝材と前記出力窓がろう付けされたことを特徴としている。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図1を参照して説明する。符号11は真空外囲器で、真空外囲器11は、金属あるいはガラスなどで形成された円筒状部12および円筒状部12の端部に接合されたステンレス製の接合リング13などから構成されている。接合リング13は全体が筒状に形成され、その中間に、内側に突出する突出部14が環状に形成されている。突出部14の上面15は外側が平坦部15aに形成され、内側の開口側に近い部分が弧状部15bに形成されている。下面16は平坦に形成されている。弧状部15bは、上面15の平坦部15aから下面16方向に断面が円弧を描くように形成されている。そして、真空外囲器11の開口部たとえば突出部上面15の平坦部15aに、真空外囲器11の開口を塞ぐように、X線など放射線を透過するBe製の出力窓17が接合されている。
【0015】
突出部上面15に出力窓17を接合する場合、たとえば接合リング13を構成する突出部上面15の平坦部15aに、中間材18たとえば銀ろうなどの金属膜を、あらかじめメッキなどによって数μm程度の厚さに形成する。その後、突出部上面15の中間材18が付着形成された領域に、出力窓17を拡散接合、たとえば接合領域に圧力を加え、中間材18が溶けない程度の温度に加熱する方法で接合する。なお、中間材18としては、上記の銀ろうに限らず、銅および銀、これら各金属の合金の少なくとも1つの金属を用いることができる。
【0016】
接合リング13と出力窓17とを拡散接合で接合した場合、出力窓17と中間材18との間に数μm程度の厚さでBeとCuの拡散層19が形成される。しかし、上記したように、あらかじめ中間材18の金属膜をめっきなどで形成し、その後、出力窓17を拡散接合する方法は、拡散層19の厚さが薄く、接合部分における出力窓17に十分の厚さが確保され、破損などの事故が防止される。また、中間材18が数μm程度と薄いため、真空外囲器11内外の圧力差で出力窓17が内側に変形した場合に、出力窓17が突出部上面15の弧状部15bと確実に接触する。したがって、出力窓17の内側への曲がりが小さくなり、出力窓17の外周部への応力集中が回避され、破損が防止される。
【0017】
なお、図1では、接合リング13と出力窓17とを拡散接合している。しかし、接合リング13と出力窓17とをろう付け、すなわち、中間材18に対する加熱温度を高くし、中間材18を溶かして接合する方法の場合でも同様な効果が得られる。
【0018】
次に、本発明の他の実施形態について図2を参照して説明する。図2では、図1に対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0019】
この実施形態は、接合リング13の材料として、Beとの真空気密接合に適するたとえば銅を使用している。この場合、接合リング13の銅と出力窓17のBeは容易に拡散する性質がある。したがって、図1の実施形態のように中間材を使用することなくなく、接合リング13と出力窓17とを拡散接合で直接接合している。接合リング13と出力窓17の接合部分には、図1の実施形態の場合と同様、CuとBeの拡散層19が形成される。
【0020】
図2の場合も、拡散層19の厚さが薄く、接合部分における出力窓17に十分の厚さが確保され、機械的強度が大きくなり、破損などの事故が防止される。また、真空外囲器11内外の圧力差で出力窓17が内側に変形した場合に、出力窓17が突出部上面15の弧状部15bと接触し、出力窓17の内側への曲がりが小さくなる。したがって、出力窓17の外周部への応力集中が回避され、破損が防止される。
【0021】
次に、本発明の他の実施形態について、分析用X線管を例にとり図3を参照して説明する。符号31はX線管を構成するたとえばステンレス製の真空外囲器で、真空外囲器31の先端は外径が徐々に細くなり、前面32は平坦に形成されている。前面32の中央に開口33が設けられ、開口33を塞ぐ形でX線を透過する出力窓34が設けられている。このとき、開口33に隣接する前面32の縁部分に厚さの薄い肉薄部35が設けられ、その肉薄部35の面に出力窓34の外周部が接合されている。
【0022】
真空外囲器31と出力窓34は、たとえば銀ろうなどのろう材36を用いてろう付けで接合されている。このとき、出力窓34と肉薄部35との間に、たとえば出力窓34と同じ材料のBe製で環状の応力緩衝部材37が配置されている。応力緩衝部材37は、外周部が出力窓34と肉薄部35に挟まれ、内周部は開口33部分の中まで伸びている。なお、図3では、真空外囲器31の内外の圧力差で出力窓34が内側に変形し、これに伴い、応力緩衝部材37も内側に変形した形で示されている。
【0023】
出力窓34には、X線の減衰が少ないBeなどの材料が使用され、透過するX線の減衰を少なくするために、厚さは100μm以下、たとえば数10μm〜100μmと薄く形成されている。
【0024】
また、真空外囲器31内の中央に支持体38が配置され、支持体38の端部には、出力窓34と対向する位置に陽極ターゲット39が支持されている。陽極ターゲット39の外側に収束電極40が配置され、収束電極40の外側に陰極フィラメント41が配置されている。陰極フィラメント41は、収束電極40の外周部に固定された環状の支持部材42に支持されている。陽極ターゲット39を支える支持体38の内部空間43は陽極部分を冷却する冷却水路になっている。また、真空外囲器31の一部に、真空外囲器31部分を冷却する冷却水路44が設けられている。
【0025】
上記した構成において、真空外囲器31の前面32に形成された肉薄部35に出力窓34を接合する場合、たとえば肉薄部34に銀ろうなどのろう材36を載せ、さらに平板状の応力緩衝材37および銀ろうなどのろう材36、出力窓34を順に重ね、これらの部分に熱を加えろう付けされる。
【0026】
上記した構成によれば、出力窓34の真空側に応力緩衝材37が配置されている。そのため、真空外囲器31の内外の圧力差で出力窓34が内側に変形した場合に、出力窓34の一部が応力緩衝材37と接触する。その結果、出力窓34の内側への大きな曲がりが抑えられ、出力窓34の外周部に加わる単位面積当たりの応力が緩和され、出力窓34の破損が防止される。
【0027】
また、上記した構成によれば、出力窓34の厚さを数10μm程度と薄くすることができ、高出力化が図れる。また、応力緩衝材37として出力窓34と同じ材料のBeを使用した場合、応力緩衝材37と出力窓34の熱膨張率が同じになり、接合部分近辺などへの局部的な応力が低下し、確実な効果が得られる。
【0028】
なお、上記の実施形態では、応力緩衝材37として出力窓34と同じ材料のBeを使用している。しかし、Beに代えて、陽極ターゲット39と同じ材料、たとえばロジウム(Rh)を用いることもできる。このように、応力緩衝材37に対し、Beや陽極ターゲット39と同じ材料を用いた場合、発生するX線の純度の低下を防止できる。
【0029】
【発明の効果】
この発明によれば、出力窓の破損が少ない放射線透過窓構体を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を説明するための断面図である。
【図2】本発明の他の実施形態を説明するための断面図である。
【図3】本発明を分析用X線管に適用した場合の他の実施形態を説明するための断面図である。
【図4】従来例を説明するための断面図である。
【図5】分析用X線管に用いられた他の従来例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
11…真空外囲器
12…円筒状部
13…接合リング
14…接合リングの突出部
15…突出部の上面
15a…突出部の上面の平坦部
15b…突出部の上面の弧状部
16…突出部の下面
17…出力窓
18…中間材
19…拡散層
Claims (4)
- 放射線を透過する出力窓の外周部が真空外囲器の前面に設けられた開口に隣接する縁部分に接合された放射線透過窓構体において、前記真空外囲器の縁部分と前記出力窓との間に、内周部が前記真空外囲器の前記開口の中まで伸び、前記真空外囲器の内側に変形した応力緩衝材が配置され、前記真空外囲器の縁部分と前記応力緩衝材および前記応力緩衝材と前記出力窓がろう付けされたことを特徴とする放射線透過窓構体。
- 放射線を透過する出力窓の外周部が真空外囲器の前面に設けられた開口に隣接する縁部分に接合された放射線透過窓構体において、前記真空外囲器の縁部分と前記出力窓との間に、内周部が前記真空外囲器の前記開口の中まで伸び、前記出力窓の変形に伴って前記真空外囲器の内側に変形した応力緩衝材が配置され、前記真空外囲器の縁部分と前記応力緩衝材および前記応力緩衝材と前記出力窓がろう付けされたことを特徴とする放射線透過窓構体。
- 応力緩衝材が、出力窓またはX線を発生するターゲットと同じ材料である請求項1または請求項2記載の放射線透過窓構体。
- 出力窓および応力緩衝材がBe製である請求項1または請求項2記載の放射線透過窓構体。
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