JP4828895B2 - Voltage application method for X-ray tube apparatus and X-ray tube apparatus - Google Patents
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本発明は、陰極から陽極への電子の入射にて陽極からX線が放出されるX線管装置の電圧印加方法およびX線管装置に関する。 The present invention relates to a voltage application method for an X-ray tube apparatus and an X-ray tube apparatus in which X-rays are emitted from an anode by the incidence of electrons from the cathode to the anode.
従来、X線管装置は、動作時に、陰極アッセンブリ体と陽極ターゲットとの間に印加された高電圧によって、陰極アッセンブリ体から放出された熱電子が加速されて陽極ターゲットの焦点面に衝突して、この焦点面からX線が発生する。このとき、この陽極ターゲットに衝突した熱電子は、陽極ターゲットの衝突時に熱とX線とに変換されるが、実際はすべて熱やX線に変換されず、電子の散乱を繰り返す。この散乱による反跳電子の方向や強度は、印加電圧や焦点近傍の電界によって変化するが、あらゆる方向に入射電子の約40%以上は反跳する。そして、この反跳電子は、陽極ターゲットの焦点面以外の部位に帰還するもの、真空外囲器に突入するものなど様々であり、これら反跳電子によって発生する焦点外X線は、陽極ターゲットの焦点面から発生するX線に対してノイズ成分となる。また、この反跳電子によって発生する熱も、陽極ターゲットなどの温度を上昇させる要因となっている。 Conventionally, in operation, the X-ray tube apparatus is accelerated by the high voltage applied between the cathode assembly and the anode target, and the thermal electrons emitted from the cathode assembly are collided with the focal plane of the anode target. X-rays are generated from this focal plane. At this time, the thermoelectrons that have collided with the anode target are converted into heat and X-rays when the anode target collides, but in reality they are not all converted into heat or X-rays, and the electrons are repeatedly scattered. The direction and intensity of recoil electrons due to this scattering vary depending on the applied voltage and the electric field near the focal point, but about 40% or more of the incident electrons recoil in all directions. The recoil electrons are various such as those returning to a part other than the focal plane of the anode target and those entering the vacuum envelope. The out-of-focus X-rays generated by the recoil electrons are It becomes a noise component for X-rays generated from the focal plane. The heat generated by the recoil electrons is also a factor that raises the temperature of the anode target and the like.
そこで、これら反跳電子をできるだけ陽極ターゲットに帰還させずに捕獲させる構造を有する回転陽極X線管を用いたX線管装置が提案されている。この回転陽極X線管を用いたX線管装置では、陰極アッセンブリ体と陽極ターゲットとの間に、陽極ターゲットで反跳した反跳電子を捕獲する反跳電子トラップとしての反跳電子捕獲構造体が設けられている。この反跳電子捕獲構造体は、陰極アッセンブリ体から放出される電子の軌道を取り囲むように円筒状に形成されている。さらに、この反跳電子捕獲構造体での反跳電子による発熱が膨大で、この発熱の冷却のために冷却媒体を通す液路が設けられ、この冷却媒体の液路は真空外囲器の外側へと延長されて熱交換器へと連結された構成が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 In view of this, an X-ray tube apparatus using a rotating anode X-ray tube having a structure that captures these recoil electrons without returning them to the anode target as much as possible has been proposed. In this X-ray tube apparatus using a rotating anode X-ray tube, a recoil electron capture structure as a recoil electron trap that captures recoil electrons recoiled by the anode target between the cathode assembly and the anode target. Is provided. The recoil electron capturing structure is formed in a cylindrical shape so as to surround the trajectory of electrons emitted from the cathode assembly. Furthermore, the heat generated by the recoil electrons in the recoil electron capturing structure is enormous, and a liquid path for passing a cooling medium is provided for cooling the heat generation, and the liquid path for the cooling medium is provided outside the vacuum envelope. There is known a configuration that is extended to a heat exchanger and connected to a heat exchanger (for example, see Patent Document 1).
この反跳電子捕獲構造体を用いた場合の電圧印加方法は、反跳電子捕獲構造体を陽極ターゲットと同電位とする陽極接地型か、または反跳電子捕獲構造体を陰極電位と陽極電位の中間電位とする中性点接地型とされ、これら陽極接地型または中性点接地型ともそれぞれに対応して固定設定された電圧が印加される。 The voltage application method when this recoil electron capture structure is used is a grounded anode type in which the recoil electron capture structure has the same potential as the anode target, or the recoil electron capture structure has a cathode potential and an anode potential. A neutral point grounding type is used as an intermediate potential, and a fixedly set voltage is applied to each of these anode grounding type and neutral point grounding type.
例えば、陽極と陰極との間に120kVの電圧が印加されるとした場合、陽極接地型では、反跳電子捕獲構造体を含む陽極ターゲットが接地電位の0V、陰極アッセンブリ体が−120kVとなるように印加され、また、中性点接地では、反跳電子捕獲構造体を含む真空外囲器が接地電位の0V、陽極ターゲットが+60kV、陰極アッセンブリ体が−60kVとなり、常に接地電位が陽極電圧と陰極管電圧との中性点となるように印加される。
上述したように、反跳電子捕獲構造体を用いたX線管装置では、陽極接地型または中性点接地型のそれぞれに対応して固定設定された電圧が印加される。 As described above, in the X-ray tube apparatus using the recoil electron capture structure, a fixed voltage is applied to each of the anode grounded type and the neutral point grounded type.
陽極接地型の場合、反跳電子の捕獲量が多く、陽極ターゲットへ多くの入力を入れることができるという利点がある一方、反跳電子の大半が反跳電子捕獲構造体や近傍の真空外囲器に突入するため、反跳電子捕獲構造体などでの発熱量が膨大なものとなり、高い冷却能力を必要とする問題がある。特に、回転陽極X線管を用いたX線管装置では、高い冷却能力をもってしても、回転する大きな陽極ターゲットに対して固定された反跳電子捕獲構造体には入力限界があり、むしろこの反跳電子捕獲構造体への熱入力の限界がX線管装置の入力仕様を決定している場合が多くなっている。つまり、せっかくの大容量の陽極ターゲットの性能を使い切らないで入力限界となっていることになる。また、陽極接地型の場合、電子が反跳電子捕獲構造体に囲まれたエリアを通って陽極ターゲットに衝突する軌道となるため、電子が反収束され、小さい焦点を形成しにくく、解像度が低下する問題点もある。 The grounded anode type has the advantage that a large amount of recoil electrons are captured and a large amount of input can be input to the anode target. On the other hand, most of the recoil electrons are in the recoil electron capture structure and the surrounding vacuum enclosure. Since it enters the chamber, the amount of heat generated by the recoil electron capture structure and the like becomes enormous, and there is a problem that a high cooling capacity is required. In particular, in an X-ray tube apparatus using a rotating anode X-ray tube, even if it has a high cooling capacity, the recoil electron capture structure fixed to a large rotating anode target has an input limit. In many cases, the limit of heat input to the recoil electron capture structure determines the input specifications of the X-ray tube apparatus. That is, the input limit is reached without fully using the performance of the large capacity anode target. In the case of the grounded anode type, the electrons collide with the anode target through the area surrounded by the recoil electron capturing structure, so that the electrons are anti-converged, making it difficult to form a small focal point, and the resolution is lowered. There are also problems.
また、中性点接地型の場合、陽極接地型に比べて反跳電子捕獲構造体や近傍の真空外囲器に突入してくる反跳電子量が少なくなるため、反跳電子捕獲構造体の発熱量が減り、反跳電子捕獲構造体の冷却能力を低減できる一方、陽極ターゲットでの発熱量と焦点外X線とが増加する問題点がある。 In addition, in the case of the neutral grounding type, the amount of recoil electrons that enter the recoil electron capturing structure and the nearby vacuum envelope is smaller than that of the grounded anode type. While the amount of heat generation is reduced and the cooling capacity of the recoil electron capture structure can be reduced, there is a problem that the amount of heat generated at the anode target and out-of-focus X-rays increase.
このように、反跳電子捕獲構造体を用いたX線管装置では、陽極接地型および中性点接地型のどちらにしても利点、問題点があり、反跳電子捕獲量や焦点寸法などを適切に対応させるのが困難であった。 As described above, the X-ray tube apparatus using the recoil electron capture structure has advantages and problems in both the anode grounded type and the neutral point grounded type. It was difficult to respond appropriately.
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、反跳電子捕獲量や焦点寸法などを任意に可変設定できるX線管装置の電圧印加方法およびX線管装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such points, and an object thereof is to provide an X-ray tube apparatus voltage application method and an X-ray tube apparatus capable of arbitrarily variably setting the recoil electron capture amount, the focal size, and the like. To do.
本発明は、電子を放出する陰極と、この陰極に対向して陰極から放出された電子の入射によってX線を放出する陽極と、前記陰極から放出されて前記陽極で跳ね返った反跳電子を捕獲する反跳電子捕獲構造体とを備えたX線管装置の電圧印加方法であって、前記陰極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差と前記陽極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差との割合を可変するとともに、可変される電位差の割合に応じて前記反跳電子捕獲構造体を冷却する冷却能力を可変するものである。 The present invention captures a cathode that emits electrons, an anode that emits X-rays upon incidence of electrons emitted from the cathode opposite to the cathode, and recoil electrons that are emitted from the cathode and bounced off at the anode. A voltage application method for an X-ray tube apparatus comprising a recoil electron capture structure, wherein the potential difference between the cathode and the recoil electron capture structure is between the anode and the recoil electron capture structure. And the cooling capacity for cooling the recoil electron trapping structure is varied according to the variable potential difference ratio .
また、本発明のX線管装置は、電子を放出する陰極と、この陰極に対向して陰極から放出された電子の入射によってX線を放出する陽極と、前記陰極から放出されて前記陽極で跳ね返った反跳電子を捕獲する反跳電子捕獲構造体と、前記陰極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差と前記陽極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差との割合を可変する電源制御装置と、前記反跳電子捕獲構造体を冷却するとともに、前記電源制御装置によって可変される電位差の割合に応じて冷却能力を可変する冷却手段とを具備しているものである。 Further, the X-ray tube device of the present invention includes a cathode that emits electrons, an anode that emits X-rays by incidence of electrons emitted from the cathode so as to face the cathode, and an anode that emits electrons from the cathode and The ratio of the recoil electron capture structure that captures the recoiled electrons bounced back and the potential difference between the cathode and the recoil electron capture structure and the potential difference between the anode and the recoil electron capture structure is variable. And a cooling means for cooling the recoil electron capturing structure and for changing the cooling capacity in accordance with the potential difference variable by the power supply control device .
そして、電源制御装置により電圧を印加することにより、陰極から放出された電子が陽極に入射し、陽極からX線が放出される。陽極に入射する電子の一部が反跳し、この反跳電子が反跳電子捕獲構造体に捕獲される。電源制御装置により、曝射条件に合わせて、陰極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差と陽極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差との割合が可変される。例えば、反跳電子捕獲量を多くする場合には、陰極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差が陽極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差より大きくなるように可変され、また、電子の焦点寸法を小さくする場合には、陰極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差が陽極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差より小さくなるように可変される。 Then, when a voltage is applied by the power supply control device, electrons emitted from the cathode enter the anode, and X-rays are emitted from the anode. Some of the electrons incident on the anode recoil, and the recoil electrons are captured by the recoil electron capturing structure. The ratio between the potential difference between the cathode and the recoil electron capture structure and the potential difference between the anode and the recoil electron capture structure is varied by the power supply control device in accordance with the exposure conditions. For example, when the amount of recoil electron capture is increased, the potential difference between the cathode and the recoil electron capture structure is varied to be larger than the potential difference between the anode and the recoil electron capture structure, When the electron focal size is reduced, the potential difference between the cathode and the recoil electron capture structure is varied so as to be smaller than the potential difference between the anode and the recoil electron capture structure.
本発明によれば、陰極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差と陽極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差との割合を可変できるため、曝射条件に合わせて、反跳電子捕獲量や焦点寸法などを任意に可変設定できる。 According to the present invention, since the ratio between the potential difference between the cathode and the recoil electron capture structure and the potential difference between the anode and the recoil electron capture structure can be varied, the recoil can be adjusted according to the exposure conditions. The amount of electron capture and focus size can be variably set.
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1において、1は回転陽極X線管を用いたX線管装置で、このX線管装置1は、内部が中空で絶縁油などで満たされた球管としてのハウジング2を備えている。このハウジング2は、X線遮蔽のために設けられている。このハウジング2内には、内部を真空保持する容器としての真空外囲器3が収容されて設置されている。この真空外囲器3は、絶縁体あるいは一部金属を含んだ絶縁体にて構成された管球である。この真空外囲器3の軸方向の一端側には、拡径された円筒状の拡径部4が設けられている。この拡径部4の外周部には、真空外囲器3内で発生されたX線Lを外部へと放出させるX線出力窓5が設けられている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an X-ray tube device using a rotating anode X-ray tube. The X-ray tube device 1 includes a housing 2 as a spherical tube that is hollow inside and filled with insulating oil or the like. The housing 2 is provided for X-ray shielding. In the housing 2, a
真空外囲器3の軸方向の他端側には、絶縁体である細長円筒状の縮径部6が同心状に一体的に設けられている。この縮径部6の一端側が拡径部4の他端側に対して同心状に貫通して連続され、この縮径部6の他端面が閉塞されている。
On the other end side of the
真空外囲器3の拡径部4の一端側には、この拡径部4内に貫通して開口した円筒状の陰極収容部7が設けられている。この陰極収容部7は、拡径部4の周縁部に設けられており、ハウジング2の一端側に向けて貫通されている。この陰極収容部7内には、電子としての熱電子eを放出するエミッタ源11を備えた電子銃としての陰極アッセンブリ体である陰極12が絶縁体13を介して同心状に取り付けられている。この絶縁体13は、例えばアルミナセラミックにて構成されていて、真空外囲器3に対して陰極12を支持してこの陰極12を電気的に絶縁させる陰極支持体である。
On one end side of the enlarged
また、真空外囲器3の拡径部4内には、陽極としての回転陽極構体である回転台形状の陽極ターゲット14が回転可能に配設されている。この陽極ターゲット14は、陰極12に対して離間対向した状態で、陰極12から絶縁体13を介して電気的に絶縁され、真空外囲器3の周方向に向けて回転可能に設置されている。この陽極ターゲット14の陰極12に対向した側である一端側の外周縁には、この陽極ターゲット14の外径方向に向けて他端側にテーパ状に傾斜した傾斜面部15が形成されている。この傾斜面部15には、熱電子eの照射によってX線を放出する焦点面16が設けられている。
Further, in the enlarged
焦点面16は、陽極ターゲット14の周方向に沿った円盤状に形成された軌道面である。具体的に、この焦点面16は、陰極12から放出された熱電子eの衝撃による制動輻射にて発生するX線Lが、真空外囲器3の拡径部4のX線出力窓5から外部へと放出されるように構成されている。これら陰極12および陽極ターゲット14は、これら陰極12と陽極ターゲット14との間に高電圧が印加されて、この陰極12から放出された熱電子eを加速し、回転している陽極ターゲット14の焦点面16に熱電子eを衝撃させてX線Lが発生するように構成されている。
The
陽極ターゲット14は、固定用ナット21によって細長円筒状の回転体としての回転部材22の軸方向の一端側に同軸状に固定されて支持されている。この回転部材22には他端側に向けて開口する開口部23が形成されている。この開口部23内の内周面には、図示しない螺旋溝が形成されてラジアル軸受面とされている。回転部材22は、この回転部材22の他端側が真空外囲器3の縮径部6内に配置されている。
The
また、回転部材22の開口部23内には、細長円柱状の固定軸24の軸方向の一端側が回転可能に挿入されている。この固定軸24は、細長円筒状の軸受部25を備え、この軸受部25が回転部材22の開口部23内に回転可能に挿入されており、この回転部材22を周方向に向けて回転可能に支持する。軸受部25の外周面には、回転部材22の開口部23内の内周面との間ですべり軸受を構成するためのラジアル軸受面が形成されている。この軸受部25の他端側には、この軸受部25の外径寸法より小さい外径寸法の固定部26が同心状に設けられている。この固定部26は、真空外囲器3の縮径部6の一端面から外側へと突出して、この真空外囲器3に固定されている。
Further, one end side of the elongated columnar fixed
これら固定軸24と回転部材22とによって回転機構27が構成されている。この回転機構27は、回転部材22を介して陽極ターゲット14を回転可能にする液体金属潤滑を用いた滑り軸受構体である。この回転機構27の回転部材22の開口部23のラジアル軸受面と固定軸24の軸受部25のラジアル軸受面との間には、金属潤滑剤としての活性な液体金属28が介在されている。
The fixed
真空外囲器3の縮径部6の外側には、駆動手段としての誘導電磁コイルである円筒状のステータ29が設置されている。このステータ29は、ハウジング2内に収容されている。
A
また、真空外囲器3の陰極収容部7の拡径部4側である一端側の開口内縁には、この陰極収容部7の周方向に沿って内側に向けて突出したトラップ部としてのすり鉢円筒状の反跳電子捕獲構造体31が設けられている。この反跳電子捕獲構造体31は、陰極12から放出され陽極ターゲット14にて跳ね返った反跳電子を捕獲するものであり、陰極12から発生して放出された熱電子eが陽極ターゲット14の焦点面16へと移動する際の電子軌跡を取り囲むように配置されている。
In addition, a mortar serving as a trap portion projecting inward along the circumferential direction of the
この反跳電子捕獲構造体31の陰極12側に向いた一側面には、陰極収容部7の中心軸方向に向けてこの陰極収容部7の他端側に傾斜したテーパ状の傾斜面32が設けられている。さらに、この反跳電子捕獲構造体31の陽極ターゲット14側に向いた他側面には、真空外囲器3の拡径部4の他端側の内側面に対して面一な平坦面33が形成されている。そして、この反跳電子捕獲構造体31は、傾斜面32および平坦面33のそれぞれにて反跳電子を捕獲する。
On one side surface of the recoil
この反跳電子捕獲構造体31の内部には、この反跳電子捕獲構造体31の周方向に向けて貫通した液路34が形成されている。この液路34には、ハウジング2の外側に設置されている冷却手段としてのクーラ装置35に冷却管路36を介して接続されている。クーラ装置35は、このクーラ装置35にて冷却された冷媒としての冷却媒体Cを、冷却管路36を介して反跳電子捕獲構造体31の液路34に循環させて、この反跳電子捕獲構造体31と、真空外囲器3の陽極ターゲット14の回転中心に対向する部分とのそれぞれを冷却する。
Inside the recoil
そして、反跳電子捕獲構造体31は、真空外囲器3と同電位とされ、陽極ターゲット14とは絶縁体である縮径部6を介して電気的に絶縁されているとともに、陰極12とは絶縁体13を介して電気的に絶縁されている。陰極12および陽極ターゲット14には、電源制御装置41からプラス、マイナスの電圧が印加され、これら電圧の値が電源制御装置41で制御される。図1に示す構造では、反跳電子捕獲構造体31を含む真空外囲器3が常に接地電位(0V)に固定され、陰極12および陽極ターゲット14の印加電圧のみが可変される。
The recoil
ところで、このX線管装置1を用いたX線撮影装置による通常撮影にはその撮影部位や方法によって適正なX線質が必要となるため、陽極−陰極間電圧はある程度必然的に決定されてしまう。そのため、電源制御装置41は、陽極−陰極間電圧を可変するのではなく、曝射条件に応じて、反跳電子捕獲構造体31を含む真空外囲器3との電位差を陰極12および陽極ターゲット14でそれぞれ可変する。つまり、電源制御装置41は、陰極12と陽極ターゲット14との間の電位差は一定としたまま(変化させず)、曝射条件に応じて、陰極12と反跳電子捕獲構造体31との間の電位差と、陽極ターゲット14と反跳電子捕獲構造体31との間の電位差との割合を可変する。なお、曝射条件とは、陽極ターゲット14や反跳電子捕獲構造体31での発熱量の制限、X線管装置1の使用条件、被写体の撮影部位などの各種の条件が含まれるものとする。
By the way, since proper X-ray quality is required for normal imaging by the X-ray imaging apparatus using the X-ray tube apparatus 1 depending on the imaging region and method, the anode-cathode voltage is inevitably determined to some extent. End up. Therefore, the power
例えば、撮影に必要な陽極−陰極間電圧が120kVである場合、図2に示す陽極接地型のように、陽極ターゲット14を0kV、反跳電子捕獲構造体31を0kV、陰極12を−120kVとしたり、または、図2に示す中性点接地型のように、陽極ターゲット14を+60kV、反跳電子捕獲構造31を0kV、陰極12を−60kVとしたり、または、図2に示す陰極接地型のように、陽極ターゲット14を+120kV、反跳電子捕獲構造体31を0kV、陰極12を0kVとする。このような電位差の割合の可変は、連続的に可変させてもよいし、予め設定された電圧幅で段階的に可変させてもよい。そして、具体的に、例えば、反跳電子の捕獲量を多くする曝射条件の場合には、陰極12と反跳電子捕獲構造体31との間の電位差が陽極ターゲット14と反跳電子捕獲構造体31との間の電位差より大きくなるように可変し、また、焦点を小さくする曝射条件の場合には、陰極12と反跳電子捕獲構造体31との間の電位差が陽極ターゲット14と反跳電子捕獲構造体31との間の電位差より小さくなるように可変する。
For example, when the anode-cathode voltage required for imaging is 120 kV, the
電源制御装置41は、図示しない記憶部および制御部を備えており、予め設定された曝射条件に応じた電位差の割合を記憶部に記憶し、制御部により曝射条件に応じた電位差の割合を記憶部の記憶内容から選択して設定する。曝射条件と電位差の割合の組み合わせは、予め実験などでデータベース化しておくことにより選択できる。
The power
また、クーラ装置35は、図示しない冷却制御手段を備えており、この冷却制御手段により、電源制御装置41によって可変される電位差の割合に応じて冷却能力を可変する機能を有している。例えば、電位差の割合によって反跳電子捕獲構造体31での反跳電子の捕獲量が多く、反跳電子捕獲構造体31の発熱量が多くなる場合には冷却能力を高め、逆に、反跳電子捕獲構造体31での反跳電子の捕獲量が少なく、反跳電子捕獲構造体31での発熱量が少なくなる場合には冷却能力を低くする。
In addition, the cooler device 35 includes a cooling control unit (not shown), and has a function of varying the cooling capacity according to the ratio of the potential difference varied by the power
次に、本実施の形態のX線管装置1の作用について説明する。 Next, the operation of the X-ray tube apparatus 1 of the present embodiment will be described.
まず、X線管装置1の動作時には、陰極12から放出された熱電子eが、この陰極12と陽極ターゲット14との間に印加された高電圧によって加速されてから、この陽極ターゲット14の焦点面16に衝突して、この焦点面16からX線Lが発生する。
First, during operation of the X-ray tube apparatus 1, the thermoelectrons e emitted from the
このとき、この熱電子eの焦点面16への衝突時の衝突エネルギによる、この焦点面16での局部的な発熱を緩和させるために、ステータ29から回転磁界を回転部材22に作用させて、この回転部材22を回転させて陽極ターゲット14を回転させる。
At this time, in order to relieve local heat generation at the
陽極ターゲット14の焦点面16から放出されたX線Lは、真空外囲器3の拡径部4のX線出力窓5から外部へと照射されてから、人体などの非照射物を透過し、図示しないフィルムまたは検出器に取り出される。
The X-ray L emitted from the
また、この陽極ターゲット14の焦点面16に衝突した熱電子eは、この焦点面16で熱とX線Lとに変換されるが、実際は、この焦点面16にてすべての変換が起こらず、熱電子eが跳ね返されて反跳電子r(図3など参照)として散乱する。この陽極ターゲット14の焦点面16にて跳ね返った反跳電子rを反跳電子捕獲構造体31に捕獲する。
Further, the thermoelectrons e colliding with the
また、X線管装置1の動作時には、クーラ装置35により、このクーラ装置35にて冷却された冷却媒体Cを反跳電子捕獲構造体31の液路34に循環させ、反跳電子捕獲構造体31と、真空外囲器3の陽極ターゲット14の回転中心に対向する部分とのそれぞれを冷却する。
During operation of the X-ray tube apparatus 1, the cooling medium C cooled by the cooler apparatus 35 is circulated through the
次に、電源制御装置41により、陰極12と陽極ターゲット14との間の電位差は一定として、陰極12と反跳電子捕獲構造体31との間の電位差と、陽極ターゲット14と反跳電子捕獲構造体31との間の電位差との割合を可変させた場合の反跳電子rの量と焦点サイズの変化について、図2〜図5を参照して説明する。
Next, with the power
図2は、陽極−陰極間電圧が120kVのとき、陽極ターゲット14、反跳電子捕獲構造体31、陰極12での電圧配分の一例として、陽極接地型、中性点接地型、陰極接地型の3パターンを示す。図3、図4、図5は、陽極接地型、中性点接地型、陰極接地型の3パターンにそれぞれ対応する模式図を示す。
FIG. 2 shows an example of voltage distribution at the
図3は、陽極ターゲット14を0kV、反跳電子捕獲構造体31を0kV、陰極12を−120kVとした陽極接地型の場合を示す。
FIG. 3 shows an anode ground type case in which the
この陽極接地型の場合、陽極ターゲット14と反跳電子捕獲構造体31とが同電位となるため、陽極ターゲット14で反跳した後のエネルギが比較的低い反跳電子rも簡単に反跳電子捕獲構造体31に捕獲できるため、この反跳電子捕獲構造体31で捕獲できる反跳電子rの捕獲量は最大となる。そのため、陽極ターゲット14の焦点面以外の部位に帰還する反跳電子rや、真空外囲器3に突入する反跳電子rが減少し、これら反跳電子rによって発生する焦点外X線が減少する。したがって、陽極ターゲット14の焦点面16から発生するX線Lに対するノイズ成分を低減できる。
In the case of this grounded anode type, the
同時に、反跳電子捕獲構造体31での発熱量も最大となる。この反跳電子捕獲構造体31での発熱量は、構造や印加電圧にもよるが、陰極12から陽極ターゲット14に入力した総エネルギに対して、約30〜40%のエネルギがとなる。つまり、陽極ターゲット14での発熱量は、陰極12から陽極ターゲット14に入力した総エネルギに対して、約60〜70%のエネルギとなる。
At the same time, the amount of heat generated by the recoil
この反跳電子捕獲構造体31での膨大な発熱量に対応してクーラ装置35の冷却能力を高め、反跳電子捕獲構造体31の内部を冷却冷媒により例えば沸騰伝熱冷却のような冷却方式により冷却する。
Corresponding to the enormous amount of heat generated in the recoil
陰極12から陽極ターゲット14に向かう熱電子eのビームが陽極ターゲット14と同電位の反跳電子捕獲構造体31により広がり、焦点が広くなる。この熱電子eのビームの広がりは反跳電子捕獲構造体31の開口が狭いほど顕著となる。
A beam of thermoelectrons e traveling from the
また、図4は、陽極ターゲット14を+60kV、反跳電子捕獲構造31を0kV、陰極12を−60kVとした中性点接地型の場合を示す。
FIG. 4 shows a neutral point grounding type in which the
この中性点接地型の場合、陽極ターゲット14と反跳電子捕獲構造体31との間には電位差があるため、陽極ターゲット14で反跳した反跳電子rはその電位差をさかのぼって反跳電子捕獲構造体31に突入しなければいけないため、到達できるエネルギをもった反跳電子rが限られてくる。そのため、図3に示す陽極接地型の場合に比べて、反跳電子捕獲構造体31での反跳電子rの捕獲量は少なくなり、反跳電子rによって発生する焦点外X線が増すが、反跳電子捕獲構造体31での発熱量が少なくなる。
In this neutral point grounding type, since there is a potential difference between the
この反跳電子捕獲構造体31での発熱量は、構造や印加電圧にもよるが、陰極12から陽極ターゲット14に入力した総エネルギに対して、約8〜16%のエネルギとなる。つまり、陽極ターゲット14での発熱量は、陰極12から陽極ターゲット14に入力した総エネルギに対して、約84〜92%のエネルギとなる。
The amount of heat generated by the recoil
この場合も、この反跳電子捕獲構造体31の冷却は必要となるが、図3に示す陽極接地型に比べて、クーラ装置35の冷却能力は低くて済む。
In this case as well, the recoil
陰極12から陽極ターゲット14に向かう熱電子eのビームは、反跳電子捕獲構造体31の影響を比較的受けにくくなるので、焦点の広がりも少なくなる。
The beam of thermoelectrons e traveling from the
また、図5は、陽極ターゲット14を+120kV、反跳電子捕獲構造体31を0kV、陰極12を0kVとした陰極接地型の場合を示す。
FIG. 5 shows a case of a grounded cathode type in which the
この陰極接地型の場合、陽極ターゲット14で反跳した反跳電子rは、電位的に反跳電子捕獲構造体31へと突入することはできない。そのため、反跳電子捕獲構造体31での発熱は陽極ターゲット14からの輻射熱や陰極フィラメント11からの輻射熱などのみであり、わずかであり、クーラ装置35による冷却の必要がないか、クーラ装置35の冷却能力は低くて済む。ただし、反跳電子rはすべて陽極ターゲット14へ帰還するため、陽極ターゲット14での発熱は最大となる。
In the case of the grounded cathode type, recoil electrons r recoiled at the
陰極12から陽極ターゲット14に向かう熱電子eのビームは、反跳電子捕獲構造体31が収束電極の一部となるため、収束する方向であり、小さな焦点を形成しやすく、撮影画像の解像度を高めることができる。
The thermoelectron e beam traveling from the
これら図3、図4および図5に示す印加電圧は代表例であり、実際には任意の印加電圧は選択可能である。 The applied voltages shown in FIG. 3, FIG. 4, and FIG. 5 are representative examples, and an arbitrary applied voltage can actually be selected.
次に、どういった基準で印加電圧を選択するかを、図6を参照して説明する。 Next, the criteria for selecting the applied voltage will be described with reference to FIG.
図6には、横軸に、陽極−反跳電子捕獲構造体間電圧つまり陽極ターゲット14の印加電圧と、陰極−反跳電子捕獲構造体電圧つまり陰極12の印加電圧とを示し、また、縦軸に、陰極12から陽極ターゲット14に入力した総エネルギに対する陽極ターゲット14および反跳電子捕獲構造体31(近傍の真空外囲器3も含む)での発熱量の割合と、熱電子eのビームの焦点寸法の相対値を中性点接地型の場合を1として示している。
In FIG. 6, the horizontal axis shows the voltage between the anode and recoil electron capture structure, that is, the voltage applied to the
仮に、陽極ターゲット14は48kWの発熱量を30秒まで連続使用可能とし、また、反跳電子捕獲構造体31は16kWの熱量まで使用可能な構造であるとする。この場合、反跳電子捕獲構造体31は、内部を強制冷却しているため、5〜7秒で飽和温度に達するので、16kWの連続使用が可能であるとする。
Assume that the
この場合、印加電圧A点では、総入力=陽極ターゲット14の発熱量なので、陽極ターゲット14の最大許容発熱量48kW−30秒をオーバーしてしまう。そのため、入力仕様は48kW−30秒が最大となる。これが、陽極ターゲット14の入力限界制限である。
In this case, since the total input = the amount of heat generated by the
逆に、印加電圧B点では、陽極ターゲット14で70%の発熱量になるため、48/0.7=68.57であり、約68.6kW−30秒まで見かけ上入力できることになるが、このとき、反跳電子捕獲構造体31は30%の発熱量となるため、約20.6kWの発熱量となる。これでは反跳電子捕獲構造体31の最大許容発熱量16kWをオーバーしてしまうので使用できない。そのため、16kW=30%となる総入力16/0.3=53.3であり、約53kWが最大ということになってしまい、印加電圧B点では53kW−30秒が最大入力仕様値となる。これが、反跳電子捕獲構造体31の入力限界制限である。
Conversely, at the applied voltage point B, the amount of heat generated by the
さらに、印加電圧C点では、陽極ターゲット14で75%の発熱量、反跳電子捕獲構造体31で25%の発熱量となる。この場合、陽極ターゲット14側では48/0.75=64であり、64kWまで見かけ上入力可能であり、反跳電子捕獲構造体31側では16/0.25=64であり、同じく64kWまでの管球総入力に耐えられることになる。この場合は、双方の限界値が一致しているため、この64kWが最大入力仕様となる。つまり、印加電圧C点の印加電圧配分おいて、入力仕様が最大となる。
Furthermore, at the applied voltage C point, the
ただし、同じ焦点を使用した場合、印加電圧A点→C点→B点の順で焦点が大きくなってしまうため、最大入力ぎりぎりまで使用しないような条件では、むしろ解像度が高い焦点が小さくなる電圧印加の組み合わせが選択される場合もあるので、曝射条件に合わせて適切な印加電圧配分つまり電位差の割合が選択されることが望ましい。その組み合わせは、予め実験などでデータベース化しておくことで電源制御装置41にて自動選択させることが可能となる。
However, when the same focal point is used, the focal point increases in the order of applied voltage A point → C point → B point. Therefore, under the condition that the maximum input is not used, the voltage with which the focal point with high resolution is rather small is used. Since a combination of applications may be selected, it is desirable that an appropriate applied voltage distribution, that is, a potential difference ratio is selected in accordance with the exposure conditions. The combination can be automatically selected by the power
このように、電源制御装置41により、陰極12と陽極ターゲット14との間の電位差は一定として、陰極12と反跳電子捕獲構造体31との間の電位差と陽極ターゲット14と反跳電子捕獲構造体31との間の電位差との割合を可変できるため、反跳電子捕獲量や焦点寸法などを任意に可変設定できる。
Thus, the power
また、電源制御装置41により、予め設定された曝射条件に応じた電位差の割合を記憶しているため、この記憶内容から曝射条件に応じた電位差の割合を自動選択し、適切に設定できる。
Further, since the power
また、クーラ装置35では、電源制御装置41によって可変される電位差の割合に応じて冷却能力を可変するため、反跳電子捕獲構造体31の温度管理を適切にできる。
Further, in the cooler device 35, the cooling capacity is varied according to the ratio of the potential difference varied by the power
なお、前記実施の形態では、電源制御装置41による電位差の割合の制御を、回転陽極X線管に適用した場合について説明したが、陽極が回転しない固定陽極X線管を用いたX線管装置についても同様に適用できる。
In the above embodiment, the case where the control of the ratio of the potential difference by the power
1 X線管装置
12 陰極
14 陽極としての陽極ターゲット
31 反跳電子捕獲構造体
35 冷却手段としてのクーラ装置
41 電源制御装置
e 電子としての熱電子
L X線
r 反跳電子
1 X-ray tube device
12 Cathode
14 Anode target as anode
31 Recoil electron capture structure
35 Cooler device as a cooling means
41 Power supply control device e Thermoelectron as electron L X-ray r Recoil electron
Claims (6)
前記陰極と前記反跳電子捕獲構造体との間の電位差と前記陽極と前記反跳電子捕獲構造体との間の電位差との割合を可変するとともに、
可変される電位差の割合に応じて前記反跳電子捕獲構造体を冷却する冷却能力を可変する
ことを特徴とするX線管装置の電圧印加方法。 A cathode that emits electrons, an anode that emits X-rays by the incidence of electrons emitted from the cathode opposite to the cathode, and a recoil electron that captures recoil electrons emitted from the cathode and bounced off by the anode A voltage application method for an X-ray tube device comprising a capture structure,
With varying the ratio of the potential difference between the potential difference between the anode between said cathode recoil electron capturing structure and the recoil electron capturing structure,
A method of applying a voltage to an X-ray tube apparatus, wherein a cooling capacity for cooling the recoil electron capturing structure is varied in accordance with a variable potential difference ratio .
ことを特徴とする請求項1記載のX線管装置の電圧印加方法。 The potential difference between the cathode and the anode is constant, and the ratio between the potential difference between the cathode and the recoil electron capture structure and the potential difference between the anode and the recoil electron capture structure is variable. The voltage application method of the X-ray tube apparatus of Claim 1.
ことを特徴とする請求項1または2記載のX線管装置の電圧印加方法。 3. The voltage application method for an X-ray tube apparatus according to claim 1, wherein the potential difference ratio is selected from a potential difference ratio set in advance according to the exposure conditions .
この陰極に対向して陰極から放出された電子の入射によってX線を放出する陽極と、
前記陰極から放出されて前記陽極で跳ね返った反跳電子を捕獲する反跳電子捕獲構造体と、
前記陰極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差と前記陽極と反跳電子捕獲構造体との間の電位差との割合を可変する電源制御装置と、
前記反跳電子捕獲構造体を冷却するとともに、前記電源制御装置によって可変される電位差の割合に応じて冷却能力を可変する冷却手段と
を具備していることを特徴とするX線管装置。 A cathode that emits electrons;
An anode that emits X-rays upon incidence of electrons emitted from the cathode facing the cathode;
A recoil electron capture structure that captures recoil electrons emitted from the cathode and bounced off the anode;
A power control unit for varying the ratio of the potential difference between the potential difference between the anode and the recoil electron capturing structure between the cathode and the recoil electron capturing structure,
An X-ray tube apparatus comprising: a cooling unit that cools the recoil electron capturing structure and changes a cooling capacity in accordance with a potential difference variable by the power supply control device.
ことを特徴とする請求項4記載のX線管装置。 The potential difference between the cathode and the anode is constant, and the ratio between the potential difference between the cathode and the recoil electron capture structure and the potential difference between the anode and the recoil electron capture structure is variable. The X-ray tube apparatus according to claim 4, wherein the apparatus is an X-ray tube apparatus.
ことを特徴とする請求項4または5記載のX線管装置。 Power control device stores the percentage of potential difference corresponding to a preset exposure conditions, according to claim 4 or 5, wherein selecting a percentage of the potential difference corresponding to the exposure conditions from the stored contents X-ray tube device .
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