JP5225881B2

JP5225881B2 - Ｘ線管およびｘ線管冷却システム

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Publication number: JP5225881B2
Application number: JP2009025951A
Authority: JP
Inventors: リーウォーバートンドン; ダブリュ．デイビスジェイソン; シー．アンドルーズグレゴリー; エス．ジョナティスマーク
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2029-02-06
Also published as: JP2009187947A

Description

本発明は、Ｘ線管を冷却するシステムと方法に関する。

Ｘ線管は、一般的にＸ線管の真空封入体に形成されたＸ線透過窓を用いる。Ｘ線透過窓は、Ｘ線管内で生成されたＸ線をハウジングから放出させると共に、対象標的内に放出させる。窓は、一般的に取付構造内に据えられ、Ｘ線管の側面または末端に位置する。窓は、Ｘ線管の真空封入体の真空を、Ｘ線管の外側に認められる正常な大気圧からか、またはＸ線管が浸漬される液体冷却剤の圧力から隔離する。

窓の厚さは、特定のＸ線管適用に依存して変更するが、窓は一般的に非常に薄い。特に厚さが薄い窓は、Ｘ線管の作動中に窓材によって吸収されるＸ線量を最小限にするため、概ね望まれる。

米国特許第６，５１９，３１８号明細書米国特許第５，５１１，１０４号明細書米国特許第６，００５，９１８号明細書米国特許第６，２１５，８５２号明細書米国特許第６，２６３，０４６号明細書米国特許第６，４３８，２０８号明細書米国特許第６，４５７，８５９号明細書米国特許第６，５２９，５７９号明細書米国特許第６，５９４，３４１号明細書米国特許第６，７１４，６２６号明細書米国特許第７，０４２，９８１号明細書米国特許第７，２６０，１８１号明細書

より薄い窓が望まれるが、薄い窓は、通常はＸ線管の作動中に変形応力を受ける。最新の高性能Ｘ線システム用のＸ線管では、開発の主要課題の一つは、生成された高熱に適応する設計特性を提供することである。Ｘ線を生成するため、比較的多量の電気エネルギーをＸ線管に移動させなければならない。電気エネルギーの大多数が熱に変換されるため、Ｘ線管に移動したごく僅かの電気エネルギーだけがＸ線に変換される。過剰の熱がＸ線管で生成される場合、温度は臨界値を超えて上昇する虞があり、Ｘ線管の窓は、熱によって誘発された変形応力を受け得る。そのような熱誘発性変形応力は、窓の表面にわたって不均一に分布するため、窓にクラックが生じる虞がある。窓と取付構造の間に、液漏れが生じる虞もある。

窓の一部分のうち、比較的高熱のためにＸ線管作動中に変形することが多い部分は、取付構造に結合される部分である。窓の変形によって、窓のクラッキングが生じる虞や、Ｘ線管ハウジングから真空の間接的損失が生じる虞があり、その結果、Ｘ線管の作動寿命が制限される虞がある。

窓にクラックが生じる虞が高まることに加えて、Ｘ線管作動中に生成された熱によって
、Ｘ線管が浸漬された第２液体冷却剤が沸騰する虞や、窓に直接接触する第１液体冷却剤が沸騰する虞がある。これら液体冷却剤の沸騰は、Ｘ線が対象標的までの過程で沸騰液体を通過する場合に、Ｘ線の有害な減衰を引き起こす虞がある。Ｘ線のこの有害な減衰は、得られる標的のＸ線画像において欠陥を引き起こす虞がある。前記欠陥によって、たとえばＸ線放射される患部の誤診が生じる虞がある。

全般的に本発明の実施形態例は、Ｘ線管を冷却するシステムと方法に関する。本明細書において開示される実施例は、Ｘ線管作動中に生じる熱の消散を助け得るため、Ｘ線管の様々な要素に及ぼす冷却効果を備え、それによって熱誘発性変形応力を減らすことが可能である。他の利点もまた、実現化可能である。たとえば開示実施形態は、Ｘ線管が配置される第２液体冷却剤の沸騰を軽減するのに役立ち、そしてＸ線管の要素に直接接触する第１液体冷却剤の沸騰を軽減するのに役立つことが可能であり、それによって液体冷却剤を通過するＸ線の減衰を減らす。

一実施形態において、Ｘ線管は、ハウジング、ハウジングに取付けられる窓枠、および窓枠に取付けられる窓を含む。ハウジングは、電子が陰極から陽極まで通過できる間隙である電子間隙を含む。ハウジングは、第１入口ポートと第１出口ポートも含む。窓枠は、Ｘ線が通過できる開口であるＸ線開口を区画形成する。窓はＸ線開口を覆う。ハウジングと窓枠は、ハウジングによって少なくとも部分的に区画形成される第１液路か、またはハウジングと窓枠によって協同して区画形成される第２液路の何れかを通って、第１液体冷却剤が第１入口ポートから第１出口ポートに流れることができるように構成される。第２液路は、Ｘ線開口の少なくとも一部分の周囲に配置される。

別の実施形態において、Ｘ線管は、ハウジング、ハウジングに取付けられる窓枠、および窓枠に取付けられる窓を含む。ハウジングは、第１入口ポートと第１出口ポートを含む。窓枠は、Ｘ線が通過できるＸ線開口を区画形成する。窓はＸ線開口を覆う。Ｘ線管は、ハウジングによって少なくとも部分的に区画形成される第１分割液路、第３分割液路、および第４分割液路と、ハウジングと窓枠によって協同して区画形成される第２分割液路とを含む。第２分割液路は、Ｘ線開口の少なくとも一部分の周囲に配置される。第１液体冷却剤のうちの第１部分は、第３分割液路を通って流れることなく、第１分割液路、第２分割液路、および第４分割液路によって区画形成される第１液路を通って第１入口ポートから第１出口ポートに流通可能である。第１液体冷却剤のうちの第２部分は、第２分割液路を通って流れることなく、第１分割液路、第３分割液路、および第４分割液路によって区画形成される第２液路を通って第１入口ポートから第１出口ポートに流通可能である。

更に別の実施形態においてＸ線管は、缶、缶に取付けられる液体マニホルド、缶に取付けられるシールド構造、缶に取付けられる窓枠、および窓枠に取付けられる窓を含む。液体マニホルドは、第１入口ポートと第１出口ポートを区画形成する。シールド構造は、電子が電子源から標的陽極まで通過できるようにする間隙である電子間隙を区画形成する。窓枠は、Ｘ線が通過できるＸ線開口を区画形成する。窓は、窓枠によって区画形成されるＸ線開口を覆う。Ｘ線管は、第１分割液路、第２分割液路、第３分割液路、および第４分割液路も含む。第１分割液路は、液体マニホルド、缶、およびシールド構造によって、協同して区画形成される。第２分割液路は、缶と窓枠によって協同して区画形成され、窓枠のＸ線開口の少なくとも一部分の周囲に配置される。第３分割液路は、缶とシールド構造によって協同して区画形成される。第４分割液路は、缶、シールド構造、および液体マニホルドによって協同して区画形成される。第１液体冷却剤のうちの第１部分は、第３分割液路を通って流れることなく、第１分割液路、第２分割液路、および第４分割液路によって区画形成される第１液路を通って第１入口ポートから第１出口ポートに流通可能である。第１液体冷却剤のうちの第２部分は、第２分割液路を通って流れることなく、第１分割
液路、第３分割液路、および第４分割液路によって区画形成される第２液路を通って第１入口ポートから第１出口ポートに流通可能である。

本発明の実施形態例のこれらの特徴と他の特徴は、以下の説明と添付の請求項から完全に明白になるだろう。

Ｘ線管、貯蔵器、および冷却装置を含むＸ線管冷却システムの平面図。窓枠と窓を備える図１のＸ線管の斜視図。図２ＡのＸ線管の部分側断面図。図２ＡのＸ線管の部分斜視図。図２ＡのＸ線管の断面斜視図。図２ＡのＸ線管の別の断面斜視図。図２ＡのＸ線管の窓枠の底面斜視図。第１液体冷却剤が、図２ＡのＸ線管を流通可能な第１液路と第２液路の流路図。図２Ｆの窓枠の平面図。図２Ｆの窓枠の底面図。図３Ｂの窓枠の側断面図。図２Ａの窓の平面図。図３Ａの窓枠に取付けた、図３Ｄの窓の平面図。図３Ｅの窓と窓枠の側断面図。

本発明の実施形態例の上記の特徴と他の特徴を更に明らかにするため、添付図面において開示される具体的な実施形態を参照することによって、これらの実施例のより具体的な説明を提供する。当然のことながら、これらの図面は、本発明の実施形態を示すにすぎないため、その範囲の限定とみなすべきではない。また当然のことながら、図面は、本発明の実施形態の線図と略図であるが、本発明を制限するものではないし、それらの図面は必ずしも縮尺通りに描かれていない。本発明の実施形態を開示し、添付図面を使用することによって、更に具体的と詳細に説明する。

概して本発明の実施形態は、Ｘ線管冷却システムを対象とする。本明細書において開示されるＸ線管冷却システムは、Ｘ線管の作動中に生じる熱を消散させるべく用いることが可能である。従って、Ｘ線管の冷却要素に及ぼす熱誘発性変形応力を減らすと共に、Ｘ線管が浸漬される第２液体冷却剤と、Ｘ線管の冷却要素に直接接触する第１液体冷却剤の沸騰を減らし、それによってこれら液体冷却剤を通過するＸ線の減衰を減らす。

（Ｘ線管冷却システムの実施例）
まず図１を参照すると、Ｘ線管冷却システム１００の実施例が開示されている。Ｘ線管冷却システム１００は、全般的にＸ線管１０２、貯蔵器１０４、および冷却装置１０６それぞれの実施例を含む。

全般的に、Ｘ線管１０２は、缶１０８によって構成されるハウジング、缶１０８に取付けられる液体マニホルド１１０、缶１０８に取付けられるシールド構造１１２、および缶１０８に取付けられる陰極シリンダ１１４を含む。液体マニホルド１１０は、第１入口ポート１１６と第１出口ポート１１８を含む。シールド構造１１２は、「大表面積Ｘ線管シールド構造」と題された特許文献１に開示されるシールド構造（１０８）と形態と機能において類似している。特許文献１の開示物は、本明細書において参照によって全体が盛込まれている。Ｘ線管１０２は、缶１０８に取付けられる窓枠２００と、窓枠２００に取付
けられる窓２５０も含む。

貯蔵器１０４は、Ｘ線管１０２が貯蔵器１０４内に設置されるようにＸ線管１０２を包囲する側壁１２０を含む。側壁１２０はまた、Ｘ線管１０２を包囲する第２液体冷却剤１２２を保持すべく、Ｘ線管１０２の陰極シリンダ１１４と協同する。第２液体冷却剤１２２は、Ｘ線管１０２の作動中に生じる熱を消散させるため、貯蔵器１０４の内外へ循環可能である（図示略）。一実施形態において、第２液体冷却剤１２２は、誘電性液体冷却剤であることが可能である。誘電性液体は、限定されないが、フッ化炭素またはシリコン系油、または脱イオン水を含む。更に、側壁１２０は、第２入口ポート１２４と第２出口ポート１２６を区画形成し、その特徴は、冷却装置１０６と併せて以下で考察される。

冷却装置１０６は、第３出口ポート１２８と第３入口ポート１３０を含む。冷却装置１０６は、第３入口ポート１３０で受容した第１液体冷却剤（図示略。第１液体冷却剤は、第２液体冷却剤１２２から隔離されている）を冷却すると共に、冷却した第１液体冷却剤を第３出口ポート１２８に循環させるように構成される。

次にＸ線管冷却システム１００の作動を、図１と併せて開示する。Ｘ線管１０２は、貯蔵器１０４の内部に設置され、冷却装置１０６は、貯蔵器１０４の外部に設置される。Ｘ線管１０２、貯蔵器１０４、および冷却装置１０６は、全て一連の第３ホース１３２、第１ホース１３４、第２ホース１３６、および第４ホース１３８を介して相互連結される。特に、冷却装置１０６の第３出口ポート１２８は、貯蔵器１０４の第２入口ポート１２４に、第３ホース１３２を介して連結される。第２入口ポート１２４は、Ｘ線管１０２の第１入口ポート１１６に、第１ホース１３４を介して連結される。Ｘ線管１０２の第１出口ポート１１８は、貯蔵器１０４の第２出口ポート１２６に、第２ホース１３６を介して連結される。第２出口ポート１２６は、冷却装置１０６の第３入口ポート１３０に、第４ホース１３８を介して連結される。

別の実施形態において、可能であれば他のホース（図示略）に組合わせた第１ホース１３４は、第１液体冷却剤が第１入口ポート１１６に入る前において、第１液体冷却剤が第２入口ポート１２４を通過した後、第１液体冷却剤がＸ線管１０２の別の部分を通って循環できるようにし得る。同様に可能であれば他のホース（図示略）に組合わせた第２ホース１３６は、第１液体冷却剤が第２出口ポート１２６を通過し終わる前、第１液体冷却剤が第１出口ポート１１８を出た後、第１液体冷却剤がＸ線管１０２の更に別の部分を通って循環できるようにし得る。たとえばＸ線管１０２の第１出口ポート１１８は、第１液体冷却剤がＸ線管１０２の別の部分を通って循環でき、第１予備出口ポート１１９（図２Ｂを参照）からＸ線管１０２を出られるようにするため、別のホース（図示略）を介して第１予備入口ポート１１７（図２Ａを参照）に連結され得る。第２ホース１３６は、この実施例において第１液体冷却剤が冷却装置１０６に還流できるようにすべく、第１予備出口ポート１１９と第２出口ポート１２６の間を連結可能である。

従って、第１ホース１３４，第２ホース１３６，第３ホース１３２，および第４ホース１３８は、貯蔵器１０４によって保持される第２液体冷却剤１２２と混合することなく、冷却装置１０６とＸ線管１０２の間を第１液体冷却剤が循環できるようにする。従って、第１ホース１３４，第２ホース１３６，第３ホース１３２，および第４ホース１３８を通って循環する第１液体冷却剤と、貯蔵器１０４内の第２液体冷却剤１２２は、互いに異なる種類の液体冷却剤であり得る。たとえば第１ホース１３４，第２ホース１３６，第３ホース１３２，および第４ホース１３８を通って循環する第１液体冷却剤は、非誘電性液体冷却剤であることが可能であり、第２液体冷却剤１２２は、誘電性冷却剤であることが可能である。この実施形態において、非誘電性液体冷却剤は、Ｘ線管１０２の電気感受性部分から電気絶縁されているため、非誘電性液体を用い得る。別の実施例において、第１ホ
ース１３４，第２ホース１３６，第３ホース１３２，および第４ホース１３８を通って循環する第１液体冷却剤と、第２液体冷却剤１２２の両方は、誘電性冷却剤であることが可能であるが、互いに異なる種類の誘電性冷却剤であり得る。非誘電性液体の例には、限定されないが、水、プロピレングリコール、またはそれらの幾つかの組合せが含まれる。誘電性液体の例には、限定されないが、フッ化炭素、シリコン系油、または脱イオン水が含まれる。一実施形態において、第１ホース１３４，第２ホース１３６，第３ホース１３２，および第４ホース１３８は、約２０６．８４ｋＰａ（３０ｐｓｉ）のホース圧を維持できるゴムホースであり得るが、他のホース圧を維持できる他の材料のホースを用いることができる。たとえば第３ホース１３２と第１ホース１３４は、約１５５．１３ｋＰａ（２２．５ｐｓｉ）のホース圧を維持でき得るし、第２ホース１３６と第４ホース１３８は、約１１３．７６ｋＰａ（１６．５ｐｓｉ）のホース圧を維持でき得る。一実施形態において、第１ホース１３４，第２ホース１３６，第３ホース１３２，および第４ホース１３８は、ホース・クランプを用いて対応ポートに取付けられ得るが、任意の他の適切なデバイスまたは取付方法を用いることが可能である。

作動時、比較的低温の第１液体冷却剤は、第３ホース１３２と第１ホース１３４を通って冷却装置１０６からＸ線管１０２に流通可能である。次に第１液体冷却剤は、Ｘ線管１０２を通って循環するが、第１液体冷却剤の温度は、Ｘ線管１０２によって生じた熱が第１液体冷却剤に移動するため上昇する。比較的高温の第１液体冷却剤は、次に第２ホース１３６と第４ホース１３８を通って冷却装置１０６に還流できるが、第１液体冷却剤の温度は、Ｘ線管冷却システム１００を通る再循環に備えていったん低下する。貯蔵器１０４の外部に冷却装置１０６を設置するため、貯蔵器１０４内部に別の冷却装置を必要とすることなく、比較的冷たい第１液体冷却剤がＸ線管１０２内に循環でき、比較的暖かい第１液体冷却剤がＸ線管１０２から外に循環できる。なお、Ｘ線管１０２または貯蔵器１０４の何れかに冷却装置を取付けて貯蔵器１０４の内部に収容すると、Ｘ線管冷却システム１００の経費と複雑性が増す虞がある。

（Ｘ線管）
次に図２Ａと図２Ｂを一緒に参照すると、Ｘ線管１０２の更に別の特徴が開示されている。缶１０８、シールド構造１１２、陰極シリンダ１１４、窓枠２００、および窓２５０は、協同することによって、陰極１４４と回転陽極１４６を包囲する真空封入体１４２のうちの少なくとも一部分を区画形成する。Ｘ線管１０２の作動前に真空封入体１４２は、真空を生み出すべく排気される。Ｘ線管１０２の作動中、陰極１４４から放出された電子は、回転陽極１４６に衝突する。回転陽極１４６に衝突することによって、電子のうちの一部は、窓２５０に向かって方向付けられるＸ線に変換される。窓２５０は、Ｘ線透過性材料で作られているため、これらのＸ線は、窓２５０を通って真空封入体１４２から逃げることができ、対象標的（図示略）に衝突することによって、Ｘ線画像（図示略）を生成可能である。従って、窓２５０は、Ｘ線管１０２が浸漬されている第２液体冷却剤１２２（図１参照）由来の圧力から、Ｘ線管１０２の真空封入体１４２の真空をシールする。しかも窓２５０は、回転陽極１４６によって生じたＸ線がＸ線管１０２を出て、第２液体冷却剤１２２を通過し、側壁１２０における対応窓（図示略）を通って貯蔵器１０４から出て行けるようにする。

Ｘ線管１０２は、回転陽極Ｘ線管として示されるが、本明細書において開示されるＸ線管冷却システム１００の実施形態は、Ｘ線透過性窓を用いる任意の様式のＸ線管に適用可能である。従って、本明細書において開示されるＸ線管冷却システム１００は、別のたとえば固定陽極Ｘ線管に適用可能である。

次に図２Ｃ〜図２Ｇを参照すると、Ｘ線管１０２の作動に関する更に別の特徴が開示される。図２Ｃと図２Ｄにおいて開示されるように、Ｘ線管１０２の作動中、第１液体冷却
剤（図示略）が液体マニホルド１１０の第１入口ポート１１６を通って受容される場合に、第１液体冷却剤は、まず液体マニホルド１１０、缶１０８、およびシールド構造１１２によって協同的に区画形成される第１分割液路１４８内に流れる。第１分割液路１４８は、全般的にシールド構造１１２の周囲に放射状に延びる。次に図２Ｄ〜図２Ｆを参照すると、第１分割液路１４８から第１液体冷却剤は、缶１０８と窓枠２００によって協同的に区画形成される第２分割液路１５０内か、缶１０８とシールド構造１１２によって協同的に区画形成される第３分割液路１５２内の何れかに流込むことが可能である。

図２Ｆにおいて開示されるように、窓枠２００は、Ｘ線が通過できる開口としてのＸ線開口２０２を区画形成する。図２Ｄ〜図２Ｆにおいて開示されるように、第２分割液路１５０は、Ｘ線開口２０２の少なくとも一部分の周囲に配置される。特に、第２分割液路１５０は、入口１５４と出口１５６を含む。図２Ｅにおいて開示されるように、第１液体冷却剤は、缶１０８、シールド構造１１２、および液体マニホルド１１０によって協同的に区画形成される第４分割液路１５８内に、第２分割液路１５０または第３分割液路１５２の何れかを通って流込むことが可能である。次に第１液体冷却剤は、第１出口ポート１１８を通ってＸ線管１０２から出て行くことが可能である。

図２Ｇにおいて開示されるように、第１液体冷却剤は、第１入口ポート１１６から第１液路１６０と第２液路１６２のうちの１つを通って第１出口ポート１１８に流通可能である。第１液路１６０は、第１分割液路１４８、第２分割液路１５０、および第４分割液路１５８によって区画形成される。第２液路１６２は、第１分割液路１４８、第３分割液路１５２、および第４分割液路１５８によって区画形成される。つまり、第１入口ポート１１６と第１出口ポート１１８の間を流れる第１液体冷却剤のうちの一部分は、第３分割液路１５２を通って流れることなく、第１液路１６０を通って流通可能である。第１入口ポート１１６と第１出口ポート１１８の間を流れる第１液体冷却剤のうちの別の部分は、第２分割液路１５０を通って流れることなく、第２液路１６２を通って流通可能である。

幾つかの実施形態において、第１液路１６０と第２液路１６２は、第１液体冷却剤が第１入口ポート１１６から第１出口ポート１１８に流れる場合に、圧力勾配が存在するようなサイズと構成にされる。たとえば第１入口ポート１１６と第１出口ポート１１８の間の圧力勾配は、約４１．３６７ｋＰａ（６ｐｓｉ）であることが可能であるが、０ｋＰａ（０ｐｓｉ）よりも大きな他の圧力勾配を、Ｘ線管１０２の性能要件に依存して用いることが可能である。

更に幾つかの実施形態において、第１液路１６０と第２液路１６２は、第１液体冷却剤の比較的高い容量／分の流量が第１入口ポート１１６と第１出口ポート１１８の間を流れることができるサイズと構成にされることが可能である。たとえば約１５．８９９リットル（４．２ガロン）／分の第１液体冷却剤は、第１入口ポート１１６と第１出口ポート１１８の間を流れることができるが、他の流量の第１液体冷却剤を、Ｘ線管１０２の性能要件に依存して用いることが可能である。

しかも実施形態によっては、第１液路１６０と第２液路１６２は、第１液体冷却剤が第１入口ポート１１６と第１出口ポート１１８の間を流れる場合に、約９０％〜約９８％の第１液体冷却剤が第１液路１６０を通って流れ、約２％〜約１０％の第１液体冷却剤は第２液路１６２を通って流れるようなサイズと構成にされる。たとえば約９３％〜約９８％の液体は第１液路１６０を通って流れることができ、約２％〜約７％の第１液体冷却剤は第２液路１６２を通って流通可能である。別の実施例において、約９４％〜約９７％の第１液体冷却剤は第１液路１６０を通って流れることができ、約３％〜約６％の第１液体冷却剤は第２液路１６２を通って流通可能である。更に別の実施例において、約９５．５％の第１液体冷却剤は第１液路１６０を通って流れることができ、約４．５％の第１液体冷
却剤は第２液路１６２を通って流通可能である。第１液路１６０または第２液路１６２を通って流れる第１液体冷却剤の相対的割合は、一方ではシールド構造１１２、他方では窓枠２００と窓２５０の各々の熱を消散させる必要性に依存して、Ｘ線管１０２の設計中に調整可能である。たとえばＸ線開口２０２が相対的に大きい場合、窓２５０の熱を消散させる必要性は、Ｘ線開口２０２が比較的小さな場合よりも大きくなり得る。

幾つかの実施形態において、第２分割液路１５０の入口１５４と出口１５６は、一本の分割液路において互いに近接して設置可能である。たとえば窓枠２００は、入口１５４と出口１５６が双方とも第４分割液路１５８における第１出口ポート１１８付近に設置されるように構成可能である。この実施例において、第１入口ポート１１６を通って入る第１液体冷却剤の少なくとも一部分は、第１出口ポート１１８を通って出て行く前に、第１分割液路１４８、第２分割液路１５０、第３分割液路１５２、および第４分割液路１５８の全てを通って流通可能である。（窓枠と窓の実施例）
次に図３Ａ〜図３Ｆを参照すると、窓枠２００と窓２５０の更に別の特徴が、開示される。図３Ａにおいて開示されるように、窓枠２００の外周は、全般的に長方形に形成されるが、前記外周は、別に他の様々な形状であり得る。一実施形態において、窓枠２００は、約５．２１ｍｍ（０．２０５インチ）の厚さであるが、窓枠２００は、別に約５．２１ｍｍ（０．２０５インチ）の厚さよりも大きいか、または小さくあり得る。窓枠２００は、限定されないが、銅または銅合金を含む種々の材料から形成され得る。

図３Ａにおいて開示されるように、窓枠２００は、Ｘ線開口２０２を区画形成する。Ｘ線開口２０２は、全般的にＸ線が通過できるようなサイズと構成にされる。Ｘ線開口２０２の外周は、全般的に長方形に形成されるが、外周は、別に他の種々の形状であり得る。一実施形態において、Ｘ線開口２０２は、約６８．６ｍｍ（２．７００インチ）の長さで、幅は約１８．８ｍｍ（０．７４０インチ）であるが、Ｘ線開口２０２は、別に長さが約６８．６ｍｍ（２．７００インチ）と幅が約１８．８ｍｍ（０．７４０インチ）のうちの少なくとも一方よりも大きいか小さくなり得る。窓枠２００は、下記のように窓２５０が結合可能な（図３Ｅを参照）凹部２０４も含み得る。

図３Ｂと図３Ｃにおいて開示されるように、窓枠２００は、更に液体チャネル２０６を区画形成する。液体チャネル２０６は、全般的にＸ線開口２０２のうちの一部分の周囲に配置されるが、液体チャネル２０６は、別に図３Ｂに開示されるよりも大きいか、小さい部分のＸ線開口２０２の周囲に配置され得る。たとえば液体チャネル２０６は、別にＸ線開口２０２を完全に包囲するために、Ｘ線開口２０２周囲の至る所に配置され得る。一実施形態において、液体チャネル２０６は、幅が約４．６２ｍｍ（０．１８２インチ）であるが、液体チャネル２０６は、別に幅が約４．６２ｍｍ（０．１８２インチ）よりも大きいか、または小さくなり得る。更に本明細書において他の場所に開示されるように、液体チャネル２０６の外形、位置、サイズ、および方位は、図３Ｂと図３Ｃにおいて開示される構成から変更し得る。液体チャネル２０６は、更に本明細書において他の所に開示されるように、一または複数の更に別の液体チャネルによって達成され得る。

本明細書において他の所に開示されるように、第２分割液路１５０は、入口１５４と出口１５６、および更に別の入口と出口のうちの少なくとも一方を含む。更に入口１５４と出口１５６のうちの少なくとも一方のサイズ、場所、および方位は、図３Ｂにおいて開示されるものから変更し得る。たとえば入口１５４と出口１５６のうちの少なくとも一方は、窓枠２００によって区画形成される代わりに、窓枠２００の縁まで延び得る。入口１５４と出口１５６のうちの少なくとも一方は、更に入口１５４と出口１５６のうちの少なくとも一方が、本明細書において開示されるＸ線管冷却システム１００の要素に連結できるようにする、たとえば缶１０８などの他のＸ線管構造において区画形成される分割液路（図２Ｄと図２Ｅを参照）のような更に別の構造（図示略）を含み得る。

図３Ｄは、窓２５０の平面図である。窓２５０の外周は、全般的に長方形に形成されるが、外周は、別に他の種々の形状であり得る。一実施形態において、窓２５０は、約４．７８ｍｍ（０．１８８インチ）の厚さであるが、窓２５０は、別に約４．７８ｍｍ（０．１８８インチ）の厚さよりも大きいか、または小さくなり得る。窓２５０は、全般的にたとえば本明細書において開示されるＸ線管１０２の真空封入体１４２などの真空封入体において真空を維持することもできる任意のＸ線透過性材料から形成可能である。一実施形態において、窓２５０は、ベリリウム、チタン、ニッケル、炭素、ケイ素、またはアルミニウムのうちの少なくとも一つから形成され得る。

図３Ｅと図３Ｆは、窓枠２００に取付けられる窓２５０を開示する。図３Ｅにおいて開示されるように、窓２５０は、窓枠２００によって区画形成されるＸ線開口２０２（図３Ａを参照）を覆う。窓２５０の底面２５２（図３Ｆを参照）は、接着、ロウ着、および機械的締付けを含む様々な方法で、窓枠２００に結合可能である。

幾つかの実施形態において、窓２５０が結合される窓枠２００の部分は、窓２５０の先端が窓枠２００の上面の僅かだけ上方に延びるように、僅かに陥凹され得る（たとえば図３Ａの凹部２０４を参照）。別に窓枠２００は、窓２５０の先端が、窓枠２００の上面と同一平面であるか、あるいは窓枠２００の上面の下方に陥凹さえするように、より広範囲に陥凹され得る。

図２Ｅと図２Ｆにおいて開示されるように、第２分割液路１５０は、第１液体冷却剤が第２分割液路１５０に存在する場合に第１液体冷却剤が窓枠２００と缶１０８に直接接触するような、位置、サイズ、および構成にされる。従って、窓枠２００と缶１０８それぞれが第１液体冷却剤に直接接触することによって、Ｘ線管の作動中に生じる窓枠２００と缶１０８における熱を消散可能である。また、窓２５０が窓枠２００に結合されるという事実に基づき、第１液体冷却剤が第２分割液路１５０に存在する場合に、窓２５０は第１液体冷却剤に熱伝達する。従って、窓枠２００による窓２５０と第１液体冷却剤の間の熱伝達は、Ｘ線管１０２の作動中に生じた窓２５０における熱を消散可能である。従って、第２分割液路１５０における第１液体冷却剤は、窓枠２００、缶１０８、窓枠２００と缶１０８の間の結合、窓２５０、および窓２５０と窓枠２００の間の結合に及ぼす冷却作用を備えることが可能であり、それによって熱誘発性変形応力を減らすことが可能である。

本明細書において開示された実施形態例は、他の特殊な形態において具現化され得る。従って、本明細書において開示される実施形態例は、全ての点において制限的ではなく、単なる例示として考慮されるべきである。

Claims

ハウジング、窓枠、および窓を備えるＸ線管であって、
前記ハウジングは、電子が陰極から陽極まで通過できる間隙である電子間隙を備え、前記ハウジングは第１入口ポートと第１出口ポートを区画形成し、
前記窓枠は前記ハウジングに取付けられ、前記窓枠は、Ｘ線が通過できる開口であるＸ線開口を区画形成し、
前記窓は、前記Ｘ線開口を覆うように前記窓枠に取付けられ、
前記ハウジングと前記窓枠は、第１液体冷却剤が第１液路と第２液路の両方を通過して前記第１入口ポートから前記第１出口ポートに流通するように構成され、
前記第２液路は、前記ハウジングと前記電子間隙とによって少なくとも部分的に区画形成され、前記第２液路は、前記電子間隙の周囲の少なくとも一部に配置され、
前記第１液路は、前記ハウジングと前記窓枠によって協同して区画形成され、前記Ｘ線開口を通過するＸ線が前記第１液路を通過しないように前記第１液路は前記Ｘ線開口の少なくとも一部分の周囲に配置される
ことを特徴とする、Ｘ線管。
前記窓枠は、銅を含む、
請求項１記載のＸ線管。
前記第１液路と前記第２液路は、前記第１液体冷却剤が前記第１入口ポートから前記第１出口ポートに流れる場合に、圧力勾配が存在するようなサイズと構成にされる、
請求項１記載のＸ線管冷却システム。
前記第１液路と前記第２液路は、
前記第１液体冷却剤が前記第１入口ポートと前記第１出口ポートの間を流れる場合に、
８０％〜９９％の前記第１液体冷却剤が前記第１液路を通って流れ、
１％〜２０％の前記第１液体冷却剤が前記第２液路を通って流れるようなサイズと構成にされる、
請求項１記載のＸ線管冷却システム。
請求項１記載のＸ線管を冷却するＸ線管冷却システムであって、前記Ｘ線管冷却システムは、
第２液体冷却剤を保持するように構成される貯蔵器であって、前記貯蔵器は、第２入口ポートと第２出口ポートを区画形成することと、
前記Ｘ線管は、前記貯蔵器内に設置され、前記第２液体冷却剤によって包囲されるように構成されることと、
前記第１入口ポートに前記第２入口ポートを連結する第１ホースと、
前記第１出口ポートに前記第２出口ポートを連結する第２ホースと
を備える、Ｘ線管冷却システム。
前記Ｘ線管冷却システムは更に、
前記貯蔵器の外部に設置される冷却装置であって、前記冷却装置は第３入口ポートと第３出口ポートを区画形成し、前記冷却装置は、前記第１液体冷却剤を冷却すると共に、前記第１液体冷却剤を前記第３入口ポートから前記第３出口ポートに循環させるように構成されることと、
前記第２入口ポートに前記第３出口ポートを連結する第３ホースと、
前記第２出口ポートに前記第３入口ポートを連結する第４ホースと
を備える、
請求項５記載のＸ線管冷却システム。
前記第１液路と前記第２液路は、前記第１液体冷却剤が前記第１入口ポートから前記第１出口ポートに流れる場合に、圧力勾配が存在するようなサイズと構成にされる、
請求項６記載のＸ線管冷却システム。
前記第１入口ポートと前記第１出口ポートの間の圧力勾配は、４１．３６９ｋＰａ（６ｐｓｉ）である、
請求項７記載のＸ線管冷却システム。
前記第１液路と前記第２液路は、１５．８９９リットル（４．２ガロン）／分の前記第１液体冷却剤が、前記第１入口ポートと前記第１出口ポートの間を流れることができるサイズと構成にされる、
請求項６記載のＸ線管冷却システム。
前記第１液路と前記第２液路は、前記第１液体冷却剤が前記第１入口ポートと前記第１出口ポートの間を流れる場合に、
９０％〜９８％の前記第１液体冷却剤が前記第１液路を通って流れ、
２％〜１０％の前記第１液体冷却剤は前記第２液路を通って流れるサイズと構成にされる、
請求項６記載のＸ線管冷却システム。
前記第１液体冷却剤は非誘電性液体を含み、
前記第２液体冷却剤は誘電性液体を含む、
請求項６記載のＸ線管冷却システム。
前記第１液体冷却剤は誘電性液体を含み、
前記第２液体冷却剤は誘電性液体を含む、
請求項６記載のＸ線管冷却システム。
Ｘ線管であって、前記Ｘ線管は、
第１入口ポートと第１出口ポートを区画形成するハウジングであって、前記ハウジング
は電子が陰極から陽極まで通過できる間隙である電子間隙を区画形成するシールド構造を備えることと、
前記ハウジングに取付けられる窓枠であって、前記窓枠は、Ｘ線が通過できる開口であるＸ線開口を区画形成することと、
前記Ｘ線開口を覆うように前記窓枠に取付けられる窓と、
前記ハウジングと前記シールド構造によって少なくとも部分的に協同して区画形成される第１分割液路、第３分割液路、および第４分割液路と、
前記ハウジングと前記窓枠によって協同して区画形成される第２分割液路であって、前記Ｘ線開口を通過するＸ線が前記第２分割液路を通過しないように前記第２分割液路は、前記Ｘ線開口の少なくとも一部分の周囲に配置されることと
を備え、
第１部分の第１液体冷却剤は、前記第３分割液路を通って流れることなく、前記第１分割液路、前記第２分割液路、および前記第４分割液路によって区画形成される第１液路を通って前記第１入口ポートから前記第１出口ポートに流通可能であり、
第２部分の第１液体冷却剤は、前記第２分割液路を通って流れることなく、前記第１分割液路、前記第３分割液路、および前記第４分割液路によって区画形成される第２液路を通って前記第１入口ポートから前記第１出口ポートに流通可能である、Ｘ線管。
請求項１３記載のＸ線管を冷却するＸ線管冷却システムであって、前記Ｘ線管冷却システムは、
第２液体冷却剤を保持するように構成される貯蔵器であって、前記貯蔵器は、第２入口ポートと第２出口ポートを区画形成することと、
前記Ｘ線管は、前記貯蔵器内に設置され、前記第２液体冷却剤によって包囲されるように構成されることと、
前記第１入口ポートに前記第２入口ポートを連結する第１ホースと、
前記第１出口ポートに前記第２出口ポートを連結する第２ホースと、
前記貯蔵器の外部に設置される冷却装置であって、前記冷却装置は第３入口ポートと第３出口ポートを区画形成し、前記冷却装置は、前記第１液体冷却剤を冷却すると共に、前記第３入口ポートから前記第３出口ポートに前記第１液体冷却剤を循環させるように構成されることと、
前記第３出口ポートを前記第２入口ポートに連結する第３ホースと、
前記第３入口ポートを前記第２出口ポートに連結する第４ホースと
を備える、Ｘ線管冷却システム。
前記第１液路と第２液路は、前記第１液体冷却剤が前記第１入口ポートから前記第１出口ポートに流れる場合に、圧力勾配が存在するようなサイズと構成にされる、
請求項１４記載のＸ線管冷却システム。
前記第１液路と前記第２液路は、
前記第１液体冷却剤が前記第１入口ポートと前記第１出口ポートの間を流れる場合に、
９３％〜９８％の前記第１液体冷却剤は前記第１液路を通って流れ、
２％〜７％の前記第１液体冷却剤は前記第２液路を通って流れるようなサイズと構成にされる、
請求項１４記載のＸ線管冷却システム。
Ｘ線管であって、前記Ｘ線管は、
缶と、
前記缶に取付けられる液体マニホルドであって、前記液体マニホルドは第１入口ポートと第１出口ポートを区画形成することと、
前記缶に取付けられるシールド構造であって、前記シールド構造は、電子が電子源から
標的陽極に向かって通過できるようにする間隙である電子間隙を区画形成することと、
前記缶に取付けられる窓枠であって、前記窓枠は、Ｘ線が通過できる開口であるＸ線開口を区画形成することと、
前記Ｘ線開口を覆うように前記窓枠に取付けられる窓と、
前記液体マニホルド、前記缶、および前記シールド構造によって協同して区画形成される第１分割液路と、
前記缶と前記窓枠によって協同して区画形成される第２分割液路であって、前記Ｘ線開口を通過するＸ線が前記第２分割液路を通過しないように前記第２分割液路は前記Ｘ線開口の少なくとも一部分の周囲に配置されることと、
前記缶と前記シールド構造によって協同して区画形成される第３分割液路と、
前記缶、前記シールド構造、および前記液体マニホルドによって協同して区画形成される第４分割液路と
を備え、
第１部分の第１液体冷却剤は、前記第３分割液路を通って流れることなく、前記第１分割液路、前記第２分割液路、および前記第４分割液路によって区画形成される第１液路を通って前記第１入口ポートから前記第１出口ポートに流通可能であり、
第２部分の前記第１液体冷却剤は、前記第２分割液路を通って流れることなく、前記第１分割液路、前記第３分割液路、および前記第４分割液路によって区画形成される第２液路を通って前記第１入口ポートから前記第１出口ポートに流通可能である、Ｘ線管。
請求項１７記載のＸ線管を冷却するＸ線管冷却システムであって、前記Ｘ線管冷却システムは、
第２液体を保持するように構成される貯蔵器であって、前記貯蔵器は第２入口ポートと第２出口ポートを区画形成することと、
前記Ｘ線管は、前記貯蔵器内に設置され、前記第２液体によって包囲されるように構成されることと、
前記第１入口ポートに前記第２入口ポートを連結する第１ホースと、
前記第１出口ポートに前記第２出口ポートを連結する第２ホースと、
前記貯蔵器の外部に設置される冷却装置であって、前記冷却装置は第３入口ポートと第３出口ポートを区画形成し、前記冷却装置は、第１液体冷却剤を冷却すると共に、前記第３入口ポートから前記第３出口ポートに前記第１液体冷却剤を循環させるように構成されることと、
前記第３出口ポートを前記第２入口ポートに連結する第３ホースと、
前記第３入口ポートを前記第２出口ポートに連結する第４ホースと
を備える、Ｘ線管冷却システム。
前記第１液路と前記第２液路は、前記第１液体冷却剤が前記第１入口ポートから前記第１出口ポートに流れる場合に、圧力勾配が存在するようなサイズと構成にされる、
請求項１８記載のＸ線管冷却システム。
前記第１液路と前記第２液路は、
前記第１液体冷却剤が前記第１入口ポートと前記第１出口ポートの間を流れる場合に、
９４％〜９７％の前記第１液体冷却剤は前記第１液路を通って流れ、
３％〜６％の前記第１液体冷却剤は前記第２液路を通って流れるようなサイズと構成にされる、
請求項１８記載のＸ線管冷却システム。