JP5183115B2 - X-ray generator - Google Patents
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Description
本発明は、加速器内で円形の軌道を描きながら周回する電子により、X線を発生させるX線発生装置に関するものである。 The present invention relates to an X-ray generator that generates X-rays by electrons that circulate while drawing a circular orbit in an accelerator.
円形加速器を利用した従来のX線発生装置として、ベータトロン加速原理による加速装置(ベータトロン加速装置と略称する)を利用したものがある。例えば、非特許文献1に開示されている。ベータトロン加速装置を使用したX線発生装置を評価する重要な性能の一つに、発生できるX線強度があり、高いほど望ましい。ベータトロン加速装置の大きさを同じと仮定した場合に、X線強度を決定するパラメータとしては、電子銃からのビーム発生量、加速器へのビーム入射効率、加速器におけるビーム生存率、ターゲットに照射されX線を発生する電子ビームの割合であるビーム利用効率、発生したX線を外部に取り出して利用する割合であるX線取出効率がある。中でも電子銃からのビーム発生量と加速器へのビーム入射効率はその他の効率に係らずX線発生量のベースを決めるパラメータであり最も重要である。
As a conventional X-ray generator using a circular accelerator, there is an apparatus using an accelerator based on the principle of betatron acceleration (abbreviated as betatron accelerator). For example, it is disclosed in Non-Patent
従来のベータトロン加速装置における電子銃は、非特許文献1にあるようにKerst型電子銃が用いられている。これは、高温加熱のためのフィラメントを兼ねたカソードと、カソードの直近に設置されたグリッド電極と、最外に設置されカソードからの電子ビームを加速するアノード電極から構成されている。
As the electron gun in the conventional betatron accelerator, a Kerst type electron gun is used as described in Non-Patent
電子銃からのビーム発生量はカソード面積を同じとすれば、高温であるほど多くなる。これに対して、従来装置の電子銃では、X線強度を安定させるためにビーム電流を一定に保つ必要があり、グリッド電極によりビーム電流を制限する構成となっている。この構成では、取り出されるビーム電流値はグリッドを設けない場合に比べて少なくなる方向に制御されるので、二極管の場合に比較して電子銃からのビーム電流が小さくなるという問題がある。
また、その他の例として、特許文献1に示されるような電子銃も提案されているが、これも、上記文献と同様、ビーム電流安定化のためにグリッドを用いており、二極管の場合に比較して電子銃からのビーム電流が小さくなるという問題がある。
If the cathode area is the same, the amount of beam generated from the electron gun increases as the temperature increases. On the other hand, in the electron gun of the conventional apparatus, it is necessary to keep the beam current constant in order to stabilize the X-ray intensity, and the beam current is limited by the grid electrode. In this configuration, the beam current value to be taken out is controlled in a direction to be smaller than that in the case where no grid is provided, so that there is a problem that the beam current from the electron gun is smaller than in the case of the bipolar tube.
As another example, an electron gun as shown in
電子銃からのビームを加速器に入射させると、ビームは概ね円軌道で周回し加速されていくが、このとき周回ビームが電子銃を構成する構造体、特に、アノードに衝突してしまうことで入射損失となる。実際は、1周回後のビーム軌道が出来るだけ内側軌道をとりアノードに衝突しないよう磁場を制御しているが、電子銃構造においてもカソードとアノードの距離を出来るだけ接近させる設計にしなければならない。 When the beam from the electron gun is incident on the accelerator, the beam circulates in a generally circular orbit and is accelerated. At this time, the orbiting beam is incident on the structure constituting the electron gun, particularly the anode. Loss. In reality, the magnetic field is controlled so that the beam trajectory after one lap takes the inner trajectory as much as possible and does not collide with the anode.
これに対して従来装置の電子銃では、アノードとカソードの間にグリッドがあり、グリッドの電位はアノードとカソード間電位差に比較すると、カソード電位に近い値に設定される。従って、グリッドとアノードの間が高電位差となるため、グリッドとアノード間の距離を十分にとる必要がある。これに、グリッドとカソード間の距離が加算されるので、二極管の場合に比較して、カソードとアノード間が広くなって入射ビームがアノードで損失となる割合が多くなる結果、入射効率が低くなるという問題がある。このように、従来のX線発生装置では、電子銃のビーム性能を最大限利用することができなかったので、発生できるX線量が少ないという問題があった。 On the other hand, in the conventional electron gun, there is a grid between the anode and the cathode, and the potential of the grid is set to a value close to the cathode potential as compared with the potential difference between the anode and the cathode. Therefore, since a high potential difference is generated between the grid and the anode, it is necessary to provide a sufficient distance between the grid and the anode. Since the distance between the grid and the cathode is added to this, the incidence efficiency becomes lower as a result of the larger ratio between the cathode and the anode and the loss of the incident beam at the anode than in the case of the bipolar tube. There is a problem. Thus, in the conventional X-ray generator, since the beam performance of the electron gun could not be utilized to the maximum, there was a problem that the generated X-ray dose was small.
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、X線強度安定性において、高強度のX線を発生するX線発生装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain an X-ray generator that generates high-intensity X-rays in X-ray intensity stability.
本発明に係わるX線発生装置は、電子ビームを発生させる電子銃及び電子銃電源と、電子ビームの周回軌道を真空に保持する真空チャンバーと、励磁コイルにより電子ビームに作用する磁場を発生させる電磁石と、前記励磁コイルを駆動する電磁石電源と、電子ビームの周回軌道上に設置され衝突してくる電子ビームとの相互作用によりX線を発生するターゲットとを備えるX線発生装置において、前記電子銃及び前記電子銃電源は、電子を放出するカソードと、前記カソードに対して高電位で電子を加速するアノードと、前記アノードに電圧を印加する電源と、前記カソードから熱電子を放出させるカソード加熱手段とを含む二極管であり、前記電子銃から出射される電子ビーム電流又は、電子ビームにより発生したX線の強度を測定し測定値を得るモニターと、前記モニターで測定した測定値に基づいて前記電子銃電源を制御するコントローラとを備え、前記コントローラにより、発生する電子ビームの単位時間あたりの平均電流を制御して、X線強度を一定にするようにしたものである。 An X-ray generator according to the present invention includes an electron gun and an electron gun power source for generating an electron beam, a vacuum chamber for holding a circular orbit of the electron beam in a vacuum, and an electromagnet for generating a magnetic field acting on the electron beam by an exciting coil. An X-ray generator comprising: an electromagnet power source that drives the exciting coil; and a target that generates an X-ray by interaction with an electron beam that is installed on a circular orbit of the electron beam and collides with the electron gun. And the electron gun power source includes: a cathode that emits electrons; an anode that accelerates electrons at a high potential with respect to the cathode; a power source that applies a voltage to the anode; and a cathode heating unit that emits thermal electrons from the cathode. The electron beam current emitted from the electron gun or the intensity of X-rays generated by the electron beam is measured and measured. A monitor for obtaining a value, and a controller for controlling the electron gun power source based on the measurement value measured by the monitor, and controlling the average current per unit time of the generated electron beam by the controller, The strength is made constant.
また、本発明に係わるX線発生装置は、電子ビームを発生させる電子銃及び電子銃電源と、電子ビームの周回軌道を真空に保持する真空チャンバーと、励磁コイルにより電子ビームに作用する磁場を発生させる電磁石と、前記励磁コイルを駆動する電磁石電源と、
電子ビームの周回軌道上に設置され衝突してくる電子ビームとの相互作用によりX線を発生するターゲットとを備えるX線発生装置において、前記電子銃及び前記電子銃電源は、電子を放出するカソードと、前記カソードに対して高電位で電子を加速するアノードと、前記アノードに電圧を印加する電源と、前記カソードから熱電子を放出させるカソード加熱手段とを含む二極管であり、前記電子銃から出射される電子ビームにより発生したX線の単位時間当たりの平均強度を測定し測定値を得るモニターと、前記モニターで測定した測定値に基づいてX線発生時間を制御して所定のX線強度を得るようにしたものである。
Further, the X-ray generator according to the present invention generates an electron gun and an electron gun power source for generating an electron beam, a vacuum chamber for holding a circular orbit of the electron beam in a vacuum, and a magnetic field acting on the electron beam by an exciting coil. An electromagnet to be driven, an electromagnet power source for driving the exciting coil,
An X-ray generator comprising: a target installed on a circular orbit of an electron beam and generating an X-ray by interaction with the colliding electron beam, wherein the electron gun and the electron gun power source are cathodes that emit electrons And an anode for accelerating electrons at a high potential with respect to the cathode, a power source for applying a voltage to the anode, and cathode heating means for emitting thermoelectrons from the cathode, and emitting from the electron gun. A monitor that measures the average intensity per unit time of X-rays generated by the electron beam to be measured and obtains a measurement value, and controls the X-ray generation time based on the measurement value measured by the monitor to obtain a predetermined X-ray intensity It ’s what you get.
本発明のX線発生装置によれば、電子銃として、カソードとアノードを有し、カソードから放出される電流をコントロールするグリッド電極を含んでいない二極管を使用して、電子ビーム電流の増大と電子ビーム入射効率の増大を実現するとともに、二極管の欠点である電子ビーム電流値の不安定に対しては、電子ビーム電流又は、電子ビームにより発生したX線の強度を測定し測定値を得るモニターを設け、この測定値が一定になるように、発生する電子ビームの単位時間あたりの平均電流を制御して、X線強度を安定化させて、高強度のX線を発生するX線発生装置を得ることができる。 According to the X-ray generator of the present invention, an electron gun having a cathode and an anode and using a bipolar tube that does not include a grid electrode for controlling the current emitted from the cathode is used. In addition to realizing an increase in beam incidence efficiency, a monitor that measures the electron beam current or the intensity of X-rays generated by the electron beam and obtains a measurement value against the instability of the electron beam current value, which is a drawback of the diode. provided, so that the measured value is constant, by controlling the average current per unit of generated electron beam time, the X-ray intensity is stabilized, the X-ray generator for generating X-rays of high intensity Can be obtained .
また、本発明のX線発生装置によれば、電子銃として、カソードとアノードを有し、カソードから放出される電流をコントロールするグリッド電極を含んでいない二極管を使用して、電子ビーム電流の増大と電子ビーム入射効率の増大を実現するとともに、二極管の欠点である電子ビーム電流値の不安定に対しては、前記電子銃から出射される電子ビームにより発生したX線の単位時間当たりの平均強度を測定し測定値を得、測定した測定値に基づいてX線発生時間を制御して所定のX線強度を得ることができ、X線強度を安定化させて、高強度のX線を発生するX線発生装置を得ることができる。 In addition, according to the X-ray generator of the present invention, an electron beam current can be increased by using, as an electron gun, a bipolar tube that has a cathode and an anode and does not include a grid electrode that controls the current emitted from the cathode. The average intensity per unit time of X-rays generated by the electron beam emitted from the electron gun is reduced against the instability of the electron beam current value, which is a drawback of the bipolar tube. Can be measured to obtain a measured value, and based on the measured value, the X-ray generation time can be controlled to obtain a predetermined X-ray intensity, and the X-ray intensity can be stabilized to generate high-intensity X-rays. An X-ray generator can be obtained .
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1における電子線誘導加速器を使用したX線発生装置を示す構成図である。図2は実施の形態1におけるX線発生装置の電磁石部の構成を示す図である。X線発生装置は、図1及び図2に示すように、電子ビーム1を発生させる電子銃2及び電子銃電源3(パルス電源、ヒータ電源)と、電子ビーム1の周回軌道を真空に保つ真空チャンバー4、電子ビーム1に作用する磁場を発生させる電磁石5、電磁石5を励磁する主励磁コイル6、電磁石5を励磁して電子ビーム1の軌道を制御する制御コイル7、電磁石5のヨーク13、主励磁コイル6及ぶ制御コイル7を駆動する電磁石電源8、電子ビーム1の周回軌道上に設置され衝突してくる電子ビーム1との相互作用によりX線12を発生するターゲット9、発生したX線12の強度を測定するX線モニター10、測定したX線強度に基づいて電子銃電源3を制御するコントローラ11により構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing an X-ray generator using an electron beam induction accelerator according to
図3は実施の形態1における電子銃部の構成を示す図である。図4は実施の形態1における電子銃電源3の構成を示す図である。電子銃2及び電子銃電源3は、電子を放出する箇所に酸化物23を塗布したカソード21と、電子を加速するときはカソード21に対して高電位になるアノード22、そのアノード22に高電圧を印加する高圧電源25を有しパルス電圧を印加するパルス電源31、カソード21から熱電子放出させるためにこれを加熱するヒータ24、安定化回路14を有するヒータ電源32を含み、電子銃2はカソード21から放出される電流をコントロールする、いわゆるグリッド電極は含んでいない二極管電子銃である。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the electron gun unit in the first embodiment. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the electron
カソード21はタングステンもしくはモリブデン等の高融点金属で本体を作成し、その一部に塗布された酸化物は電子放出に適した低仕事関数の材料を使用していおり、例えば、BaO,SrOである。コントローラ(制御器)11はX線モニタ10で検出されるX線強度の入力に反比例的に変化するアナログ電圧信号もしくはデジタル信号を発生させる電子回路からなり、この信号は電子銃電源3におけるパルス電源31に入力されている。
The
図4で、15はコンデンサ、16は高電圧FETスイッチでダイオード18を有している。17は抵抗である。カソード21のヒータ24はヒータ電源32で加熱されており、カソード21から電子ビームを放出できる状態にしてある。コンデンサ15は高圧電源25で充電されており、コントローラ11の制御信号により、高電圧FETスイッチ16がTTL制御されてONされると、マイナスの高電圧がカソード21側に印加される。つまり、カソード21に対してアノード22が高電圧になり、電子ビームがアノード22側に加速されて電子ビールが出射される。コントローラ11の制御信号により、高電圧FETスイッチ16がTTL制御されてOFFされると、カソード21側の電荷は抵抗17を通って流れ、カソード21側のマイナスの高電圧は解消する。なお、カソード側21に流れる電流は、ヒータ電源32による定電流と、高圧電源25の印加時(ON時)の電流と、高圧電源25のOFF時の電流(ON時電流の逆向きの電流)であり、これらより電子ビーム電流を測定することができる。
In FIG. 4, 15 is a capacitor, 16 is a high voltage FET switch, and has a
次に動作について説明する。図5は実施の形態1における電子の軌道を説明する模式図である。X線12は、電子銃カソード21からの電子ビーム1が真空チャンバー4内を周回後、ターゲット9に衝突して発生する。電子銃2のカソード21がヒータ電源32により昇温され、熱電子のエネルギーが材料の仕事関数を越え始めると、熱電子放出が始まるが、カソード21に本体材質より低仕事関数の酸化物23を塗布しているので、酸化物23の部分からだけ熱電子が放出される。放出された熱電子は、アノードに印加されたパルス電圧により加速され、アノード22に設けた空隙を通過して電子銃2から出射され電子ビーム1となる。
Next, the operation will be described. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an electron trajectory in the first embodiment.
次に電子ビーム1は電磁石5により発生する磁場の作用により加速されると共に真空チャンバー4内を周回するが、出射直後のタイミングでは電磁石電源8により周回軌道径が小さくなるように制御して電子ビーム1がアノード22に衝突する損失を抑えるように制御する。その後、ビーム加速を継続し、所定のビームエネルギーまで加速した後、ターゲット9に衝突するタイミングで再び周回軌道径を小さくするように制御して、軌道の内側部分に設けられたターゲット9に衝突させる。この結果、ビームエネルギー及びターゲット9に衝突する電子ビーム電流量に応じた電磁波であるX線12が発生する。
Next, the
これを、真空チャンバー4に設けたX線取り出し窓から取り出して、X線撮像等に使用する。取り出されたX線の一部をX線モニター10に取り込み、X線強度の変化を測定する。この測定結果はコントローラ11に入力され、X線強度が所定の値より増大している場合には、反比例的に変化するアナログ電圧信号を発生させ、電子銃電源3のパルス電源31に対して高電圧FETスイッチ16をON・OFFし、電子ビームパルス発生周期を長くし、逆の場合は短くするフィードバック制御を行う。これにより、1回数秒のX線照射におけるX線照射量が一定に保たれ安定化される。
This is taken out from an X-ray extraction window provided in the
また、電子銃から出射される電子ビームにより発生したX線の単位時間当たりの平均強度をX線モニター10で測定し測定値を得、この測定値に基づいてコントローラ11でX線発生時間を制御して所定のX線強度を得るようにしてもよい。X線発生時間は、高電圧FETスイッチ16の所定ON・OFF制御の継続時間で制御する。
Further, the average intensity per unit time of X-rays generated by the electron beam emitted from the electron gun is measured by the X-ray monitor 10 to obtain a measurement value, and the
図6は実施の形態1における繰返し周波数fが1500Hzと1000Hzの場合のパルス列の比較を示す図である。tは時間を示す。1500Hzのほうが、単位時間当たりのパルス数が多くなり、従って、発生X線量が多くなる。これにより、発生する電子ビームの単位時間あたりの平均電流を制御してX線強度を一定にする。 FIG. 6 is a diagram showing a comparison of pulse trains when the repetition frequency f in the first embodiment is 1500 Hz and 1000 Hz. t indicates time. At 1500 Hz, the number of pulses per unit time increases, and therefore the generated X-ray dose increases. Thereby, the average current per unit time of the generated electron beam is controlled to make the X-ray intensity constant.
次にビーム電流を多く取れる理由を説明する。実施の形態1では以上のような構成と動作により、電子銃2の性能を最大限に利用することができる。電子銃カソード21から放出される電子の電流値は一般に次の式で与えられる。
J = A T2 exp(−φ/(kT))
ここで、Jは電流密度、Tは絶対温度、kはボルツマンの定数、φは仕事関数である。いま、仮にカソード材料から決まる最高温度T=1273K、
酸化物陰極の仕事関数φ=1.6[eV]、係数A=15[A/(cm2K2)]とすると、
J = 11.3[A/cm2]= 0.113[A/mm2]
と計算される。
Next, the reason why a large beam current can be obtained will be described. In the first embodiment, the performance and performance of the
J = A T 2 exp (−φ / (kT))
Here, J is the current density, T is the absolute temperature, k is the Boltzmann constant, and φ is the work function. Now, the maximum temperature T = 1273K determined by the cathode material,
When the work function of the oxide cathode is φ = 1.6 [eV] and the coefficient A = 15 [A / (cm 2 K 2 )],
J = 11.3 [A / cm 2 ] = 0.113 [A / mm 2]
Is calculated.
この温度で、この材料で得られる電流密度はこの値が上限となり、飽和電流密度と呼ばれる。これに対して、従来例にあるようなグリッドを使用して空間電荷制限領域で使用する電子銃では、電界の値によって電流量を制御するために、図11に示す領域I以上の空間電荷制限領域IIのグリッド電圧[V]を印加して使用しているので、飽和電流密度(カソード温度T1,T2の飽和電流密度、即ち陽極電流[A])より低い電流密度しか得られないが、この実施の形態の電子銃では、グリッドがなく、飽和電流密度一杯まで電流を利用でき、従来より大きい電流密度が得られる。別の観点からは、従来と同じ電流密度設定ならば、より電子銃を小型化することができる。なお、図11は従来のX線発生装置の電子銃のグリッドの動作を示す説明図である。 This value is the upper limit of the current density obtained with this material at this temperature and is called the saturation current density. On the other hand, in the electron gun used in the space charge limiting region using the grid as in the conventional example, the space charge limitation over the region I shown in FIG. 11 is controlled in order to control the amount of current by the value of the electric field. Since the grid voltage [V] of region II is applied and used, only a current density lower than the saturation current density (saturation current density of cathode temperatures T1 and T2, that is, anode current [A]) can be obtained. In the electron gun of the embodiment, there is no grid, the current can be used up to the saturation current density, and a higher current density can be obtained. From another point of view, if the current density setting is the same as the conventional one, the electron gun can be further downsized. In addition, FIG. 11 is explanatory drawing which shows operation | movement of the grid of the electron gun of the conventional X-ray generator.
電子銃2からの電子ビーム1を加速器に入射後、その一部がアノード22に衝突して入射損失となるが、これはカソード21とアノード22の間隔を最接近させた設計にすることにより、最小限に抑えることができる。この実施の形態では、従来装置における三極管にあるグリッド電極がないので、カソード・アノード間隔はカソード・アノード間電圧に対する放電耐電圧ぎりぎりまで接近させることができるので、従来より入射損失を低減することができ、入射効率を高めることができる。
After the
この実施の形態の二極管構造電子銃では、上記のような効果が得られるが、一方で、微妙な温度変化等の影響によりビーム電流値が変動するという問題がある。これに対して、X線発生装置の場合、最終的に必要なのは1回数秒程度の照射の間のX線照射強度の積分値、すなわちX線照射量を一定に制御すれば良いことに着目し、実施の形態1では、ビーム電流制御よりも簡便な手段として、電子ビームパルスの発生周期を制御してX線照射量を一定に制御するようにしている。 The bipolar tube structure electron gun of this embodiment can achieve the above-described effects, but has a problem that the beam current value fluctuates due to a subtle temperature change or the like. On the other hand, in the case of an X-ray generator, it is necessary to finally control the integral value of the X-ray irradiation intensity during the irradiation of about one second, that is, the X-ray irradiation amount to be controlled to be constant. In the first embodiment, as a simpler means than the beam current control, the generation period of the electron beam pulse is controlled to control the X-ray irradiation amount constant.
以上のように、この実施の形態によれば、X線照射量の安定性を維持しながら、電子銃からの電子ビーム電流を増大させ、加速器に対する電子ビーム入射効率も向上させ、発生X線量を増大させることができたので、これを医療検診や非破壊検査等に使用すれば、撮像時間を短縮することができ、患者に対する負担の軽減や、製品検査のスループットを向上できるという効果がある。 As described above, according to this embodiment, while maintaining the stability of the X-ray irradiation amount, the electron beam current from the electron gun is increased, the electron beam incident efficiency to the accelerator is improved, and the generated X-ray dose is reduced. Since it can be increased, if it is used for medical examinations, non-destructive examinations, etc., the imaging time can be shortened, and the burden on the patient can be reduced and the throughput of the product examination can be improved.
なお、実施の形態1では、カソード過熱のためにヒータ及びヒータ電源を使用しているが、カソードそのものに通電し過熱してもよい。また、カソードに対して電子衝撃を与えるなど、他の加熱手段を使用しても同様の効果が得られる。
さらに、実施の形態1では、電子ビームにより発生したX線の強度を測定し測定値を得ているが、前記電子銃から出射される電子ビーム電流を測定し測定値を得て、その測定値に基づいて電子銃電源を制御するコントローラとを備え、前記コントローラにより、発生する電子ビームの単位時間あたりの平均電流を制御して、X線強度を一定にするようにしてもよい。
In the first embodiment, the heater and the heater power source are used for cathode overheating. However, the cathode itself may be energized to be overheated. The same effect can be obtained even if other heating means such as electron impact is applied to the cathode.
Further, in the first embodiment, the measurement value is obtained by measuring the intensity of the X-rays generated by the electron beam, but the measurement value is obtained by measuring the electron beam current emitted from the electron gun. And a controller for controlling the electron gun power source based on the above, and the controller may control the average current per unit time of the generated electron beam so as to make the X-ray intensity constant.
実施の形態2.
実施の形態2のX線発生装置は、概ね実施の形態1の構成と同様であるが、コントローラ11からの信号が入力される電子銃電源3は制御用の入力信号に基づいて、発生する電子ビームパルスの周期を変化させるのではなく、パルス周期は一定で、パルス列を発生させる時間幅を変化させるものである。パルス幅は通常数マイクロ秒程度で、これを1回の照射時間が数ms〜数秒の間に、数kHzから数十kHzのパルス列として発生させている。従って、この1回の照射時間を制御することで、X線照射量を所定の値に制御することができる。図7は実施の形態2におけるパルスの繰返し周波数を1000Hzに一定とした場合に、照射時間幅wを8msと4msにしたときのパルス波形を示す図である。照射時間幅に比例して単位時間あたりのパルス数が増加し、従って、X線発生量が多くなる。
The X-ray generator of the second embodiment is substantially the same as the configuration of the first embodiment, but the electron
実施の形態2では、パルス列発生時間幅wでX線強度の安定化を図っており、つまり電子ビーム発生パルスの単位時間あたりの平均電流を制御しているので、実施の形態1のパルス周期制御に比べて回路構成が単純化し、低コスト化できるという効果がある。 In the second embodiment, the X-ray intensity is stabilized by the pulse train generation time width w, that is, the average current per unit time of the electron beam generation pulse is controlled, so that the pulse cycle control of the first embodiment is performed. Compared to the above, the circuit configuration is simplified and the cost can be reduced.
実施の形態3.
実施の形態3のX線発生装置は、概ね実施の形態2の構成と同様であるが、電子銃電源の動作が、発生する電子ビームパルスのパルス時間幅を制御している点が異なっている。X線照射量の制御は、1回の照射時間幅を制御して行う点も実施の形態2と同様である。図8は実施の形態3における照射時間幅に対応して、電子銃電圧を変化させた波形を示す図である。照射時間幅を変化させると、単位時間当たりのX線量を変化させることが出来、制御することができる。
The X-ray generator of the third embodiment is generally the same as the configuration of the second embodiment, except that the operation of the electron gun power supply controls the pulse time width of the generated electron beam pulse. . The control of the X-ray irradiation dose is the same as that of the second embodiment in that it is performed by controlling the irradiation time width of one time. FIG. 8 is a diagram showing a waveform in which the electron gun voltage is changed in accordance with the irradiation time width in the third embodiment. When the irradiation time width is changed, the X-ray dose per unit time can be changed and controlled.
実施の形態3では、モニターで測定した測定値により、発生する電子ビームの単位時間あたりの平均電流を制御して、つまり、発生する電子ビームパルスのパルス時間幅を制御してX線強度を一定にするようにしたので、より大電流の電子ビームが得られ、大強度のX線発生装置が得られるという効果がある。 In the third embodiment, the average current per unit time of the generated electron beam is controlled by the measurement value measured by the monitor, that is, the pulse time width of the generated electron beam pulse is controlled to keep the X-ray intensity constant. Therefore, there is an effect that an electron beam with a larger current can be obtained and a high-intensity X-ray generator can be obtained.
実施の形態4.
実施の形態4のX線発生装置は、概ね、実施の形態1の構成と同様であるが、カソード21本体に酸化物を塗布するのではなく、他の低仕事関数の材料23を組み込む構成としている。図9は実施の形態4における他の低仕事関数の材料を組み込んだ場合の構造の一例を示す図で、(a)はカソード21の側面図、(b)はカソード21の正面図ある。組み込む材料は、LaB6等の電子ビーム加工機等に使用されるものを使用する。動作も実施の形態1と同様であるが、実施の形態4の効果は、酸化物塗布の場合は、電子銃を一度真空中にいれてエージング等の処理を行った後は、大気中に戻しての修理、再生が出来なかったが、実の形態4では、大気中に戻して修理、再利用することが出来るので、装置のランニングコスト低減の効果がある。
The X-ray generator of the fourth embodiment is generally the same as the configuration of the first embodiment, except that an oxide is not applied to the
実施の形態5.
実施の形態5のX線発生装置は、概ね、実施の形態1の構成と同様であるが、カソード21本体の、酸化物23塗布部もしくは低仕事関数材料23組み込み部表面の、電子ビーム取り出し位置の構造を、凹面形状としたことが特徴である。図10は実施の形態5におけるカソード構造を示す断面図である。動作もほぼ実施の形態1と同様であるが、凹面構造としたことにより、出射直後の電子ビームの軌道を収束する働きがあるので、図10に示すようにビームの発散をおさえ、真空チャンバー等に衝突する損失を低減することができる。この結果、高X線強度のX線発生装置が得られるという効果がある。
The X-ray generation apparatus of the fifth embodiment is generally the same as the configuration of the first embodiment, but the electron beam extraction position on the surface of the
1 電子ビーム 2 電子銃
3 電子銃電源 4 真空チャンバー
5 電磁石 6 主励磁コイル
7 制御コイル 8 電磁石電源
9 ターゲット 10 X線モニター
11 コントローラ 12 X線
13 ヨーク 14 安定化回路
15 コンデンサ 16 高電圧FETスイッチ
17 抵抗 18 ダイオード
21 カソード 22 アノード
23 酸化物 24 ヒータ
25 高圧電源 31 パルス電源
32 ヒータ電源
DESCRIPTION OF
Claims (7)
電子ビームの周回軌道を真空に保持する真空チャンバーと、
励磁コイルにより電子ビームに作用する磁場を発生させる電磁石と、
前記励磁コイルを駆動する電磁石電源と、
電子ビームの周回軌道上に設置され衝突してくる電子ビームとの相互作用によりX線を発生するターゲットとを備えるX線発生装置において、
前記電子銃及び前記電子銃電源は、電子を放出するカソードと、前記カソードに対して高電位で電子を加速するアノードと、前記アノードに電圧を印加する電源と、前記カソードから熱電子を放出させるカソード加熱手段とを含む二極管であり、
前記電子銃から出射される電子ビーム電流又は、電子ビームにより発生したX線の強度を測定し測定値を得るモニターと、前記モニターで測定した測定値に基づいて前記電子銃電源を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラにより、発生する電子ビームの単位時間あたりの平均電流を制御して、X線強度を一定にするようにしたX線発生装置。 An electron gun for generating an electron beam and an electron gun power source;
A vacuum chamber for holding the orbit of the electron beam in a vacuum; and
An electromagnet that generates a magnetic field acting on the electron beam by means of an exciting coil;
An electromagnet power source for driving the exciting coil;
In an X-ray generator comprising: a target installed on an orbit of an electron beam and a target that generates X-rays by interaction with the colliding electron beam
The electron gun and the electron gun power source are a cathode that emits electrons, an anode that accelerates electrons at a high potential with respect to the cathode, a power source that applies a voltage to the anode, and a thermal electron that is emitted from the cathode. A cathode tube including a cathode heating means,
A monitor that measures the electron beam current emitted from the electron gun or the intensity of X-rays generated by the electron beam to obtain a measurement value; and a controller that controls the electron gun power source based on the measurement value measured by the monitor; With
An X-ray generator that controls the average current per unit time of the generated electron beam by the controller so that the X-ray intensity is constant.
電子ビームの周回軌道を真空に保持する真空チャンバーと、
励磁コイルにより電子ビームに作用する磁場を発生させる電磁石と、
前記励磁コイルを駆動する電磁石電源と、
電子ビームの周回軌道上に設置され衝突してくる電子ビームとの相互作用によりX線を発生するターゲットとを備えるX線発生装置において、
前記電子銃及び前記電子銃電源は、電子を放出するカソードと、前記カソードに対して高電位で電子を加速するアノードと、前記アノードに電圧を印加する電源と、前記カソードから熱電子を放出させるカソード加熱手段とを含む二極管であり、
前記電子銃から出射される電子ビームにより発生したX線の単位時間当たりの平均強度を測定し測定値を得るモニターと、前記モニターで測定した測定値に基づいてX線発生時間を制御して所定のX線強度を得るようにしたX線発生装置。 An electron gun for generating an electron beam and an electron gun power source;
A vacuum chamber for holding the orbit of the electron beam in a vacuum; and
An electromagnet that generates a magnetic field acting on the electron beam by means of an exciting coil;
An electromagnet power source for driving the exciting coil;
In an X-ray generator comprising: a target installed on an orbit of an electron beam and a target that generates X-rays by interaction with the colliding electron beam
The electron gun and the electron gun power source are a cathode that emits electrons, an anode that accelerates electrons at a high potential with respect to the cathode, a power source that applies a voltage to the anode, and a thermal electron that is emitted from the cathode. A cathode tube including a cathode heating means,
A monitor that measures the average intensity per unit time of X-rays generated by the electron beam emitted from the electron gun and obtains a measurement value, and controls the X-ray generation time based on the measurement value measured by the monitor to determine a predetermined value. X-ray generator which can obtain the X-ray intensity.
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