JPH03102888A

JPH03102888A - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JPH03102888A
Application number: JP23989589A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Uchida; 裕内田; Tsutomu Sumino; 努角野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-09-18
Filing date: 1989-09-18
Publication date: 1991-04-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、例えばＣＯ２レーザの予備電離に使用される
Ｘ線発生装置に関する。

（従来の技術）一般的にＣＯ２レーザにおける予備電離には、装置が簡
単である紫外光が多く用いられているが、高気圧のガス
媒質中では紫外光の透過距離が短いため、予（ＫＭ　Ｍ
　Ｍ　Ｍ子の空間分布が不均一になりゃすい。これに対
しＸ線は、物質に対する透過力が大きいため、これを用
いて予ｆｉ電離を行うと、レーザ媒質中での減衰がほと
んどないので放電体積をほぼ均一に電離することができ
る。こうした特性をもつＸ線をＣＯ２レーザの予備電離
に使用するには例えば第３図に一部が示されるＸ線発生
装置１が使用される。こうしたＸ線発生装置１は図示し
ないガスレーザ管に沿って対峙されたＸ線管２を備えて
おり、ほぼ矩形状に構成されている。

このＸ線管２内の上部には冷陰極３を備えている。

この冷陰極３は放電を発生する下端がエッジをもつ刃先
形状になっている。また、上記Ｘ線管２の下部にはプレ
ート状の陽極４が設けられている。

この陽極４の下部に対応するＸ線管２の下壁面には透過
口５が開口されており、この透過口５にはアルミプレー
ト６が神着されている。

そして、作動時には上記冷陰極３の刃先より陽極４に向
けて電子を照射し、この照射された電子エネルギの一部
はＸ線に変換される。このＸ線が上記透過窓５を通過し
て外部の例えばＣＯ２レーザの予備電離部分に照射され
るようになっている。

こうした形式のＸ線発生装置１からの電子放出は電場の
みによるため、強い電場を得るため電極形状の鋭い角を
もつものとなる。しかし、動作回数の増大にともない電
極は消耗し、角は鈍くなる。

従って動作回数の増加に伴い電場の強度は次第に弱まり
、管電流の減少、Ｘ線出力の低下をきたす。

このような理由で寿命が短いという欠点をもっている。

また、陰極として熱陰極を用いる場合、高い尖頭値電流
を得ることが困難であり、必然的に大きなフィラメント
を用い大きなヒーター電流が必要であり、その発熱が大
きなｆｊ［となっていた。

（発明が解決しようとする課題）冷陰極に用いたＸ線発生装置は強い電場を得るために電
極が鋭い角をもって形成されているが、動作回数の増大
にともない冷陰極の鋭い角は激しく消耗し、角は鈍くな
り電場の強度は次第に減少し、Ｘ線の出力低下の大きな
原因となるものであった。また、熱陰極を用いる場合、
尖頭値電流を得ることが難しく必然的に大きなフィラメ
ントを用い大きなヒータ電流が必要であり、その発熱量
は装置自体の実現が不可能なほど大きなものであった。

本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、冷
陰極に鋭い角を形成せずに強い電場を得ることかでき、
大きなＸ線出力を得ながら超寿命化できるＸ線発生装置
１を提供することを目的とする。

［発明の構成〕（課題を解決するための手段）本発明は、Ｘ線発生室を形威し、このＸ線発生室にスリ
ットを有する壁面を挟んで隣接する電離化室を形成し、
Ｘ線発生室の壁面にＸ線透過窓を形成し、上記Ｘ線発生
室を減圧状態に壁面に形成されたＸ線透過窓を設け、上
記電離化室内に上記スリットの近傍で第１電離化電極お
よび第２電離化電極を対峙して設け、これら第１電離化
電極と第２＠離化電極の間にガス媒質を噴出する噴出ノ
ズルを設け、噴出ノズルからガス媒質を所定周期で断続
的に噴出する噴出手段を設け、上記噴出ノズルから噴出
されたガス媒質を排気する第２減圧手段を設け、上記噴
出手段によるガス媒質の噴出に同期して上記第１電離化
電極と第２電離化電極との間に電圧を印加する電離化電
圧印加手段を設け、この電離化電圧印加手段の電圧印加
に遅延して上記電極面と上記第１電離化電極および第２
電離化電極側との間に電位差を発生する高電圧印加手段
を設けたＸ線発生装置にある。

（作　用）Ｘ線発生室内は第１減圧手段によって所定の減圧状態に
保たれ、電離化室内もまた第２減圧手段によって所定の
減圧状態に保たれる。電離化室内の噴出ノズルからは第
１電離化電極と第２電離化電極との間にガス媒質が噴射
され、電離化電圧印加手段により上記第１電離化電極と
第２電離化電極との間で放電が発生される。この放電に
よって電子が発生される。この第１電離化電極と第２電
離化電極との間での放電に遅延して高電圧印加手段が作
動し、陽極と第１電離化電極と第２電離化電極との間に
電位差を発生する。これにより上述の電子が隔壁のスリ
ットを通過してＸ線発生室内に移動し陽極面に衝突して
Ｘ線を発生し、このＸ線はＸ線透過窓を透過して外部に
出刀される。

（実施例）本発明における一実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。

図中に示されるＸ線発生装置１０は断面が長円形に形成
された筒状の発生部本体１１を備え、この発生部本体１
１には後述する制御系ｌ２が設けられている。

上記発生部本体１１は例えば筒の軸方向に沿って上下に
分割されている。これは発生部本体１１の中間部に設け
られた隔壁１３によって分離され、この隔壁１３のほぼ
中央部にはスリット１４が穿設されている。そして、上
記隔壁１３の上部にはＸ線発生室１５が形威されており
、また、隔壁１３の下部には電離化室１６が形成されて
いる。

また、上記隔壁１３に形成されたスリット１４は上記軸
方向に沿って形成されており、このスリット１４の鉛直
上方には上記Ｘ線発生室１５内の上部にあって所定角度
をなして対峙する放電面１７を有する陽極１８が設けら
れている。さらに、Ｘ線発生室１５には第１減圧手段と
しての減圧ポンプ１９が接続されて、Ｘ線発生室１５内
を例えば約１０−５Ｐａに保つようになっている。上記
陽極１８の放電面１７に所定角度をもって対峙するＸ線
発生室１５の側壁面には、Ｘ線透過窓２ｏが形成されて
いる。

一方、上記隔壁１３の下部に形成された電離化室１６に
は上記スリット１４の下部に位置してスリット１４の縁
部に沿って対峙する第１電離化電極と第２電離化電極と
が設けられている。このうち第ＩＭＭ化電極はプレート
状の電極面を有するプレート電極２１であり、第２電離
化電極はフィラメント電極２２である。そして、上記プ
レート電極２１は第１電圧印加手段の一部をなす電離化
電源２３が接続されている。

また、上記フィラメント電極２２には第１電圧印加手段
の一部をなすフィラメント用電源２４が接続されている
。そして、これらプレート電極２１とフィラメント電極
２２とが対峙した下部には複数の噴射ノズル２５のそれ
ぞれの噴射口が位置している。これらの噴射ノズル２５
は上記ｍＨ化室１６の底部を貫通して室内に延長されて
おり、基端部には間隔動作弁２６を介して電離用のガス
媒質のガスボンベ２７が接続されている。ここで、上記
複数の噴射ノズル２５はそれぞれが、上記電離化室１６
の長手方向に沿って例えば一列に配置され上記スリット
１４の下部に位置している。

さらに、上記電離化室１６には第２減圧手段としての電
離化室用減圧ボンブ２８が設けられており、この電離化
室用減圧ボンプ２８によりＭＭ化室１６内は約１０２Ｐ
ａに保たれるようになっている。また、この電離化室用
減圧ポンプ２８は後述する周期で排気動作するように構
成されている。

そして、発生部本体１１に設けられた制御系１２は以下
のように構成されている。Ｘ線発生の周波数を決定する
トリが信号発生器２つを備え、このトリが信号発生器２
つには上述した電離化電圧印加手段としての電離化電源
２３が接続されており、電離化電源２３はトリガ信号発
生器２つからの出力信号を受けて電圧印加をするように
なっている。この際電離化電源２３は上記プレート電極
２１に正極性の電圧パルスを印加するようになっている
。これに同期して、上記フィラメント用電源２４はフィ
ラメント電極２２に対して負極性の電圧パルスを印加し
て放電を発生するように制御されようになっている。な
お、上記フィラメント電極２２は隔壁１３を通じてアー
ス回路３０によりアースされている。

また、上記トリガ信号発生器２つと電離化電源２３との
間には間隔動作弁２６を作動する信号を取り出す、弁制
御回路３１が接続されており、この弁制御回路３１は間
隔動作弁２６に接続されて、ガスボンベ２７がらのガス
媒質の噴出を上．記プレート電極２１とフィラメント電
極２２との放電に同期して制御するようになっている。

これらプレート電極２１とフィラメント電極２２との間
に電圧が印加されるのに同期してガス媒質を噴出するこ
とにより、ガス媒質の雰囲気を形成し、このガス媒質を
介して放電を発生するようになっている。

また、この放電は上記トリが信号発生器２９によって所
定の周期で断続的に行われ、放電が終了する都度に電離
化室用減圧ポンプ２８は放電に使用されたガス媒質を排
気するようになっている。

また、上記制御系１２のトリガ信号発生器２９には遅延
回路装置３２が接続されており、この遅延回路装置３２
を通して出力された遅延信号は後述する高電圧スイッチ
３３をオン・オフ動作するようになっている。

ここで、上記高電圧スイッチ３３は上記陽極１８に接続
された第２ｍ圧印加手段としての高電圧電源３４との間
に設けられて、高電圧印加のオン・オフ制御をするよう
になっている。

以上のごとく構成されたＸ線発生装置１０はＸ線透過窓
２０が上記発生部本体１１の軸方向に沿って長い長方形
状に形成されており、例えば図示しないＣＯ２ガスレー
ザ装置の予備電離装置として使用される。

上記Ｘ線発生装置１０の作動について説明する。

まず、Ｘ線発生装置１０を起動することにより、トリガ
信号発生器２９がパルス信号を出力する。

このパルス信号を受けた電離化電源２３は上記プレート
電極２１に正極性のパルス電圧を印加する。

これとほぼ同時にフィラメント用電源２４が上記フィラ
メント電極２２に対して負極性のパルス電圧を印加する
。

一方、上記噴射ノズル２５に設けられた間隔動作弁２６
は上記弁制御回路３１により上記プレート電極２１とフ
ィラメント電極２２との電圧印加に同期して間隔動作弁
２６を解放する。これにより、上記プレート電極２１と
フィラメント電極２２との間に上記噴出ノズル２５から
ガス媒質が所定量、所定時間にわたって噴出される。

ガス媒質の噴出によって上記プレート電極２１とフィラ
メント電極２２との間に放電が発生され、この放電で複
数の電子が発生する。ここで、電離化室１６には低気圧
放電が発生しており、適度に電離された気体に満たされ
、そこには上記複数の電子が発生している。

そして、このプレート電極２１とフィラメント電極２２
との間で放電が発生した後、微小時間遅延して高電圧ス
イッチ３３が作動する。これは、トリガ信号発生器２９
からの出力信号が上記遅延回路装置３２によって微小時
間遅延して出力され、この遅延出力信号によって高電圧
スイッチ３３が作動されるためである。

そして、この高電圧スイッチ３３によりスイッチがオン
されると、高電圧電源３４から陽極１８に対して負極性
の高電圧が印加される。この陽極１８への高電圧の印加
により、電離化室１６内で発生された電子が隔壁１３の
スリット１４を通して電子ビームが上記陽極１８の放電
面１７に向けて引き出され加速して上記放電面１７に衝
突する。

これにより放電而１７からはＸＵＡが発生する。ここで
、上記電子は図面中一点鎖線の矢印方向に弓き出され加
速され、放電而１７に衝突する。そして、二点鎖線の矢
印方向にＸ線を発生する。このＸ線はＸ線透過窓２０を
透過し、外部に照射される。このＸ線は例えばＣＯ２ガ
スレーザ発振装置の予備電離に利用される。

このようにＸ線の発生がなされたとき、上記電離化室１
６内のガス媒質は電離化室用減圧ボンプ２８によって排
気され、ガス媒質の吐出前の状態となっている。

そして、再度上記トリガ信号発生器２つからの出力パル
ス信号により電離化電源２３、フィラメント用電源２４
そして間隔動作弁２６が同期作動し、低気圧放電が発生
され電離化室１６内は適度に電離した気体に満たされる
。そして、遅延回路装置３２で遅延されたパルス信号は
高電圧スイッチ３３をオン状態にして陽極１８に再度高
電圧を印加する。これにより、平坦に形成された放電面
１７に電子ビームが照射されＸ線が発生される。

上述のようなＸ線発生装置１０によれば、電流パルスの
尖頭値は電解放出型と同等の値を得ることができる。従
って得られるＸ線出力も冷陰極型のものと同等となり、
従来の熱陰極型のものの数倍以上とすることができる。

また、陽極１８の放電面１７はほぼ平坦に形成されてお
り、従来構造の冷陰極のようなエッジをもつ刃先形状で
はないので、電極の消耗が直接放電の安定に影響を与え
ることを防止でき、安定で長寿命なＸ線発生装置１０と
することができる。

さらに、熱陰極を用いているため比較的低管電圧で使用
ができるので寿命やＸ線発生の安定性を高めることがで
きる。

同時に印加する高電圧パルスは、その立ち上がりが冷陰
極型のものに比較して緩やかでよく、これにより管駆動
回路も安定なものを用いることが可能となった。

なお、上記電離化室１６は上部の隔壁１３にスリット１
４が形戊されており、あたかも作動排気のようになって
いる。従って、この電離化室用減圧ボンブ２８に要求さ
れる排気能力Ｖ（実効値）は約１０２Ｐａであり次式で
示される。

Ｖ≧ｐ−ζ−Ｒ−ΔＳ　−　Ｎ　（ｃ　ｃ　−　ｓ−’
）−（１）ここで、ζ：噴射ノズル２５から噴射される
ガス媒質固有の係数、Ｐ：間隔動作弁２６から噴出され
る気体の圧力。Ｒ：動作繰り返し周波数、ΔＳ：噴射ノ
ズル２５の断面積、Ｎ：全ノズル数である。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものではない
。例えば上記間隔動作弁２６を複数個用いていたが、一
つの間隔動作弁２６で高速動作が可能であれば一つの弁
でも実用できる。また、Ｘ線透過窓２０を直接レーザ発
振器の電極とすることもできる。そして、ガス媒質の噴
射位置も電離化室１６内であればよく、他の位置に設置
してもよい。

さらに、スリット１４を一つではなく複数個形成して、
それぞれよりＸ線発生室１５と電離化室１６のそれぞれ
の圧力勾配を適度に保つように構成してもよい。

［発明の効果］電離化室内で第１電離化電極と第２電離化電極とを対峙
して設け、これら第１電離化電極と第２電離化電極との
間にガス媒質を噴射しこのガス媒質を介して放電を発生
し、電子を発生させ、Ｘ線発生室内に設けられた陽極の
放電面に照射することで、Ｘ線を発行させることができ
る。陽極の放電面は電子の衝突によっても著しく消耗さ
れることがなく、従来の冷陰極型のものに比較して、電
極が長寿命であり、長朋にわたって安定したＸ線発生が
できる。そして、電流パルスの尖頭値は従来の電界放出
型と同等の値を得ることができ、従来の熱陰極型のもの
に比較して同程度の電力を使用した装置で数倍以上のＸ
線出力を得ることができ、かつ装置自体の小型化をも計
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明における一実施例であり、
第１図はＸ線発生装置の概略的構戒図、第２図はＸ線発
生装置の発生部本体に一部断面を有して示す斜視図、第
３図は従来における冷陰極型のＸ線発生装置の要部を示
す正断面図である。１０・・・Ｘ線発生装置、１３・・・隔壁、１４・・・
スリット、１５・・・Ｘ線発生室、１６・・・電離化室
、１７・・・放電面、１８・・・電極、１つ・・・減圧
ポンプ（第１減圧手段）、２０・・・Ｘｉ透過窓、２１
・・・プレート電極（第１電離化電極）、２２・・・フ
ィラメント電極（第２電離化電極）、２３・・・電離化
電源（第１電圧印加手段）、２４・・・フィランメント
用電源（第１電圧印加手段）、２５・・・噴射ノズル、
２６・・・間隔動作弁（噴射手段）、２７・・・ガスボ
ンベ（噴射手段）、２８・・・電離化室用減圧ポンプ（
第２減圧手段）、３４・・・高電圧電源（第２電圧印加
手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

Ｘ線発生室と、このＸ線発生室にスリットを有する隔壁
を挟んで隣接する電離化室と、上記Ｘ線発生室内に設け
られ上記隔壁のスリットに所定角度で対峙する放電面を
有する陽極と、上記放電面に所定角度で対峙する上記Ｘ
線発生室の壁面に形成されたＸ線透過窓と、上記Ｘ線発
生室を減圧する第１減圧手段と、上記電離化室内に収容
され上記スリットの近傍で対峙する第１電離化電極およ
び第２電離化電極と、これら第１電離化電極と第２電離
化電極の間にガス媒質を噴出する噴出ノズルと、この噴
出ノズルからガス媒質を所定周期で断続的に噴出する噴
出手段と、上記噴出ノズルから噴出されたガス媒質を排
気する第２減圧手段と、上記噴出手段によるガス媒質の
噴出に同期して上記第１電離化電極と第２電離化電極と
の間に電圧を印加する電離化電圧印加手段と、この電離
化電圧印加手段の電圧印加に遅延して上記陽極面と上記
第１電離化電極および第２電離化電極側との間に電位差
を発生する高電圧印加手段とを具備したことを特徴とす
るＸ線発生装置。