JPH05502330A

JPH05502330A - Ｘ線管

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Publication number: JPH05502330A
Application number: JP3515642A
Authority: JP
Inventors: ダノス、マイケル
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1991-08-22
Publication date: 1993-04-22
Also published as: DE69125591T2; EP0497964A1; US5128977A; EP0497964A4; EP0497964B1; ATE151568T1; DE69125591D1; WO1992003837A1; CA2067339A1

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】ＸＩＩ管発明の背景この発明は、Ｘ線管に関し、特に、高いエネルギ出力および貰い負荷率により、特定の放射角範囲にわたりＸ線を発生するための方法およびＸ線管の構造に関する。

Ｘ線管からの最大ＸＩＩエネルギ出力は、放射線システムの動作およびメインテナンスにおける重要なパラメータである。物体を検査するのに必要な時間は、Ｘ線エネルギ出力に逆比例する。さらに、Ｘ線管のある特定のＸ線エネルギ出力に関して、Ｘ線管の寿命は、その最大エネルギ定格が大きくなるのに応じて長くなる。従って、現在利用可能なものより高い最大Ｘ線エネルギ出力値を有するＸ線管を使用する効果は、検査時開を短くでき、放射線システムで検査される患者または物体についての検査処理量を増加できること、さらに、Ｘ線管の長い寿命によりメインテナンスコストおよび動作コストを減少できることである。

現在使用されているＸ線管において、高エネルギ電子のビームは、ターゲツト面に対する入射角が７０度〜９０度（最も一般的には８０度）となるよう、約８０〜９０度でＸ線発生ターゲットに導かれる。

発明の詳細な説明ある特定のターゲット加熱量、焦点寸法、キロ電圧、および、ターゲツト面における約１０度（今日のＸ線管に使用されている角度）のＸ線放射立体角に関ｌ− で、ターゲｙ　ｈ面に対する入射電子ビーム角か約８０度（今日のＸ線管に使用されている角度）から約１０度に減少するのに応じて、Ｘ線放出エネルギか最大値に増加する、ということかこの発明により分かった。１０度での放出エネルギと８０度での放出エネルギとの比率により与えられるこのエネルギ増加率は、５０キＯ：ｆ′：′ルトでの１４倍から５００キロボルトでの２．４倍というように、キロ電圧とともに増加する。さらに、制動放射スペクトルの」１限に近い高エネルギ領域における相対的なＸ線強度か、入射電子ビーム角が８０度である場合に比べて、１０度である場合の方がより太きなるよう、入射電子ビーム角度か８０度から１０度に減少するのに応して、Ｘ線の連続スペクトルがより強くなる、ということか分かった。さらに、今日のＸ線管において使用されているのと同じ焦点寸法およびＸ線放射角について、最大のＸ線放出エネルギを発生するＸ線管の全体的な構造および電子銃の設計か提供される。

特に、本発明はＸ線の放射角ｅを電子の入射角αと関連つけるものであり、両者はターゲット上の特定の加熱量に対して最大のＸ線放出エネルギーを発生するためのターゲット表面と関連がある。上記放射角θと入射角αとが共に約１０度± ３度である場合に、上記の効果か達成される、ということが分かった。

ウィンドウ上における散乱電子の影響を考慮しなければならない。前記ウィンドウがターゲットから散乱した最高強度の電子と一直線上にある場合、高集中度の散乱電子かウィンドウに打ち当りこれを破壊することかある。

この問題点に対しては、いくつかの解決法がある。例えば、前記ウィンドウを散乱電子ビームのラインからはずれる位置に置くこと、電子をウィンドウへの進行路から偏向させること、または、前記１０度のＸ線放射角での最大散乱電子強度を回避し、しかも、略同等のＸ線放射エネルギを発生する、好ましくは１０度以上の方位角に前記ウィンドウを位置させること、などである。

電子ビームターゲットとウィンドウとの距離が磁石および電子吸収器を収容するのに十分なものである場合、電子は、磁石により所望の光子路の外に偏向されてもよい。これか不可能である場合、ウィンドウを、電子ビームの一直線上ではない方位角（角度φ）で配置する。電子の集中度は、５度〜１０度ズレな角度、すなわち、φ＝１０度で極端に低下する。

ウィンドウに最大集中度の電子が打ち当るのを回避するために採用される方法に関わらず、例えば銅などの適当な材料からなる電子捕獲トラップが、これらの電子の相当量を吸収するために採用される。さもなければ、電子は、ターゲットに反射され、１０％以上の熱上昇をもたらすこととなる。この発明において、前記電子捕獲トラップはゼロアルベド電子捕獲器と呼ばれ、該捕獲は、陽極と同一のまたはそれより幾分正方向の電位において、銅または低インピーダンス材料からなる鋸歯形状により、行われると自称している。

電子銃、陽極およびゼロアルベド電子捕獲器の上述の設計および構造は、静止型または回転型陽極を使用し、２０〜５００キロボルトで動作するあらゆる種類のＸ線管に使用してもよい。最大Ｘ線エネルギ出力を得るための最適な管構成を決定するのに必要なデータは、タングステンターゲットにおける電子エネルギアルベドの詳細なモンテカルロ計算から得られる。これらの計算は、ある特定の入射電子エネルギに関する、電子散乱、浸透、および、ターゲットにおけるエネルギ損失、ならびに、エネルギの量的特徴および付随するＸ線の角度分布についての詳細な計算を含むものである。

発明の目的この発明の目的は、ある特定の管電圧において、Ｘ線放射ターゲットにおけるある特定の加熱量で、Ｘ線管から最大のＸ線放射エネルギを発生するための方法および構造を提供することである。

この発明の他の目的は、ターゲットにおけるある特定の加熱量で、最大のＸ線放射エネルギを発生するための、Ｘ線管の構造を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、５０〜５００キロボルトで動作可能なＸ線管について、最大のＸ線放射エネルギを発生するための、最適なＸ線管の構造を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、５０キロボルト、１５０キロボルトおよび３００キロボルトで動作する今日の通常のＸ線管のエネルギに比べ、それぞれ、１．４倍、１．６倍および２，０倍のＸＩｌ放射力を有する、密封された回転型陽極管を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、散乱電子によるＸ線ウィンドウの損傷を防止することである。

この発明のさらに他の目的は、新規のゼロアルベド電子捕獲器を導入することにより、陽極の加熱を防止し、または、散乱反射電子による非集中放射を最少化することである。

この発明のさらに他の目的は、フィルタを使用しない場合、標準的なＸ線管により発生されるスペクトルに比へて、高エネルギ領域における強度がより高いＸ線スペクトルを発生することである。

図面の簡単な説明図１は、ターゲツト面、入射電子ビームのベクトル、および、ターゲツト面に対するＸ線放射進行路を示す図。

図２は、ターゲツト面に対する電子ビーム角の関数としての、電子蓄積エネルギに対するＸ線放射エネルギの比率を示す図。

図３は、ターゲツト面に対する電子ビーム角αの関数としての、電子蓄積エネルギに対して５〜１０度のＸ線放射角での単位立体角当りのＸ線放射エネルギの比率を示す図。

図４は、ターゲツト面に対する電子ビーム角αの関数としての、入射電子ビームエネルギに対する電子蓄積エネルギを示す図。

図５は、管電圧の関数としての、従来技術の管により発生されるエネルギに対する、本発明の管により発生されるＸ線エネルギの比率を示す図。

図６は、標準的な管および本発明の管について、光子エネルギの関数としての、約１ｏ度でターゲットから放射される光子数分布を示す図。

図７は、この発明に従って設計されたＸ線管の断面図。

図８は、角度φの関数としての反射電子エネルギの分布を示す図。

図９Ａは、散乱電子を偏向する磁石、および、散乱電子を吸収するシールドの使用を示す図。

図９Ｂは、図９へのシールドの詳細を示す図。

図１０は、回転型陽極を使用するために修正されたこの発明の管を示す図。

図１１は、この発明のＸ線管において１５０ｋＶで使用される陰極および集束電極アセンブリの寸法を示す図。

発明の詳細な説明図１には、入射電子ビーム、Ｘ線放射ターゲットおよび放射Ｘ線の間の関係が示されている。

電子ビームは、タングステンターゲットのｘ−ｙ面に入射される。αはターゲツト面に対する電子運動量ベクトルｐの入射角（傾斜角ともいう）。入射面は２つのベクトルｐ１Ｚによって定義される。ここで、２はターゲツト面に対して垂直のベクトルである。Ｘ線放射角θは、光子運動量ベクトルにとターゲツト面との間の角度として定義され、放射面は、２つのベクトルに、ｚにより定義される。

さらに、計算には、第３のパラメータ、すなわち、図１に示すように、入射面と放射面との間の方位角φが含まれる。より詳しくは、前記角度φは、ＸＹ面におけるｐおよびｋの射影間の角度であると考えることができる。

タングステンターゲットにおけるＸ線の発生、ならびに、該ターゲットにおけるＸ線および電子の浸透および拡散は、電子−光子伝達コードＥＴＲＡＮを使用して、モンテカルロ法によって計算される。光子の伝達に関して、このコードＥＴＲＡＮは、すべての連続的な光子散乱がサンプルされる従来通りのモンテカルロモデルを使用する。電子伝達に関して、このコードＥＴＲＡＮは、圧縮酔歩モデルに基づくものである［　Ｂ、Ａｌｄｅｒ、　Ｓ、ＦｅｒｎｂａｃｈおよびＭ、　Ｒｏｔｅｎｂｅｒｇの編集による’　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｐｈｙｓｉｃｓ＋（−ニーヨークのＡｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ　１９６３年）の第１巻において、Ｍ、Ｊ、Ｂｅｒｇｅｒにより発表された論文″Ｍｏｎｔｅ　Ｃａｒｌｏ　Ｃａ１ｃｕｌａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎａｎｄ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｆａｓｔ　Ｃｈａｒｇｅｄ　Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ”　］　。前記論文において、連続した短い進行路セグメントにおける電子の角度偏向およびエネルギ損失は、多重散乱ストラグリング理論によって与えられる適切な分布状態からすツブルされる。前記ＥＴＲＡＮコードの概説は、Ｔ　ｈ　Ｏ［ＯａｓＭ、　Ｊｅｎｋｉｎｓ、Ｗ、Ｒ，Ｎｅ１ｓｏｎおよびＡ、Ｒｉｎｄｉの編集による“Ｍｏｎｔｅ　Ｃａｒｌｏ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ　ａｎｄ　Ｐｈｏｔｏｎｓ−（−ニューヨークのＰｌｅｎｕｍ　Ｐｒｅｓｓ　１９８８年）の１５３〜１８１べ一ノにおいてＳ、Ｍ、５ｅｌｔｚｅｒにより発表された−　Ａｎ　ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　ＥＴＲＡＮ　Ｍｏｎｔｅ　Ｃａｒｌｏ　Ｍｅｔｈｏｄｓ”に見られる。さらに、ＥＴＲＡＭの信頼性および可能性は、同書の１８３〜２１９ページにおいてＭ　、　Ｊ　、　Ｂｅｒｇｅｒにより発表されたＥｔｒａｎ−Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｂｅｎｃｈｍａｒｋｓ”　、および、同書の２６３〜２８４ページにおいてＪ、Ｈａｌｂｌｅｉｂにより発表されたＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＴＳ　Ｃｏｄｅｓ″に記載されており、これらの論文においては、Ｅ　Ｔ　ＲＡ　Ｍからモンテカルロモデルを借用するが、より複雑な電子発生源・ターゲット構造を取り扱う一連の伝達プログラムか記載されている。ＥＴＲＡＮに使用されるＸ線発生断面は、“Ｎｕｃｌ、１ｎｓｔ、ｒ、Ｍｅｔ、ｈ、”の８１２の９５　（１９８５年）においてＳ、Ｍ、５ｅｌｔｚｅｒおよびＭ　、　Ｊ　、　Ｂｅｒｇｅｒにより発表された一Ｂｒｅｍｓｓｔｒａｈｌｕｎｇ　５ｐｅｃｔｒａ　ｆｒｏｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈ　５ｃｒｅｅｎｅｄ　Ａｔｏｍｉｃ　Ｎｕｃｌｅｉ　ａｎｄ　０ｒｂｉｔａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ”　、ならびに、“へｔｏｍ、ａｎｄ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｄａ？、ａ　Ｔａｂｌｅｓ”の３５の３４５において（１９８６年）　＋Ｂｒｅｍｓｓｔｒａｈｌｕｎｇ　Ｅｎｅｒｇｙ　５ｐｅｃｔｒａ　ｆｒｏｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ　ｗｉｔｈ　Ｋｉｎｅｔｉｃ　Ｅｎｅｒｇｙ　１ｋｅＶ−１００ＧｅＶ　Ｉｎｃｉｄｅｎｔ　ｏｎ　５ｃｒｅｅｎｅｄ　Ｎｕｃｌｅｉ　ａｎｄ　０ｒｂｉｔａｌ　Ｅｌｅｃｔ、ｒｏｎｓ　ｏｆ　Ｎｅｕｔｒａｌ　Ａｔｏｍｓ　ｗｉｔｈ　Ｚ　＝　１−１００”に九己載されている。さらに、光子の散乱および吸収断面は、”Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　５ｔａｎｄａｒｄｓ　Ｒｅｐｏｒｔ　ＮＢＳＩＲ８７−３５９７“　（１９８７年）において、Ｍ、Ｊ、ＢｅｒｇｅｒおよびＪ、Ｈ，）ｔｕｂｂｅｌｌにより発表された”ＸＣ０Ｍ：　Ｐｈｏｔｏｎ　Ｃｒｏｓｓ　５ｅｃｔｉｏｎｓｏｎ　ａ　Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ”に記載されている。原子および原子電子の場において電子が減速されるときに発生するＸ線に加えて、前記の計算は、タングステンのに殻から電子が発せられるときに発生する固有Ｘ線をも考慮する。Ｉ５殻およびその他の殻からの固有Ｘ線は、無視される。

各電子のモンテカルロ履歴は、電子のエネルギが１０ｋｅＶ未満になるまで、追跡される。二次Ｘ線および固有Ｘ線の光子の履歴も、１０ｋｅＶまで追跡される。初期電子エネルギおよび入射方向の各組合せに関して、１０万個の電子の履歴か追跡され、１千万個のＸ線および固有Ｘ線の履歴か追跡される。光子の自然発生率を考慮に入れるため、その結果は量率因子〔１よりかなり小さい〕により調整される。

図２において、Ｅ　、／　Ｅ　、は、５０，１００．１５０１２００．３００，４００および５００　ｋ、　ｅ　Ｖの入射電子エネルギに対する、電子ビーム角 αの関数として示されている。Ｅ８は、１０ｋｅＶ　（ｋｃ）の最小カットオフ光子エネルギを使用したある特定の入射電子ビームエネルギ（ＥＴ）に関して、ターゲノｈから発せられた光子エネルギの合計を示す。Ｅ、は、ある特定のＥ７に関してターゲットに蓄積された電子エネルギを示す。すべての例において、１０度の電子ビーム角度では、Ｅ工／Ｅｌ、かその最大値にきわめて近づく、ということか図２少ら分かる。この事実は、電子ビーム角αの関数としての、単位電子エネルギ当たりのＸ線放射エネルギの合計か、電子ビーム角αか大きくなるのに従って減少する、ということを明確に示している。最終的なＸ線管の構造を定義するのに重要なもう１つのパラメータは、□電子ビーム角αの関数としての比率Ｅｘ（θ）／Ｅ、である。Ｅ、（ｅ）は、５度の間隔にわたり均分化された角度ｅ、および、−１０度〜＋１０度の角度にわたり均分化された角度φの関数として発せられる光子エネルギの角度分布を示す。

前記エネルギは、ある特定のＴおよびαについて、各入射電子単位立体角ごとに、ｋｃからＴにわたるｋについて積分される。Ｔは入射電子の運動エネルギ、ｋは光子のエネルギ、また、ｋｃは上述の如くである。

図３に示された結果、つまり、Ｅ工（θ）／Ｅ、と電子ビーム角αとの関係は、ターゲットに蓄積した電子エネルギの単位当たりの最大Ｘ線放射エネルギか約１０度の電子ビーム角αについて発生する、ということを示す。

その結果、Ｘ線放射エネルギの単位当たりの加熱量は、α＝１０度±２度で最少となる。

上記の説明は、図４の曲線によってさらに支持される。

図４は、１００ｋｅＶおよび５００ｋｅＶの電子ビームに関して、電子ビーム角 α関数としての電子エネルギＥ。／Ｅアの単位当たりの、ターゲットに蓄積した電子エネルギを示すものである。新たに発明された管のエネルギ増加率は、ｒＥｐ＝［Ｅ、（θ−１０’　）　／　Ｅｏ］　ａ＝　１０’　（１）ｒｓ＝ｌ：Ｅｘ（θ＝１０°）／Ｅ、］　α＝８０°　（２）の式に基づいており、ここで、ｒｌ！Ｐはこの発明の管についてのエネルギ比であり、ｒ５は従来技術の管についてのエネルギ比である。この場合のエネルギ増加は、ｒ、２／「９、または、Ｐ　＝　［Ｅ、（ｅ　＝１．Ｏ’　）］　ＨＰ／　［Ｅ、（ｅ＝１０’　）コ　ｓ−（３）である。ターゲットに蓄積したエネルギ、すなわち、加熱に寄与する電子ビームエネルギは、α＝１０’である場合、αかより大きな値である場合よりかなり低いものとなる、ということか明らかである。Ｅ　Ｄ／　Ｅ　、は、１０度で約０．２９であるのに対して、８０度では０．６０である。

図Ｓにおいて、標準的な管に対するこの発明の管のＸ線エネルギ増加は、管のキロボルトの関数として示されている。その増加は、曲線から極めて明白である。

エネルギ増加は、５０キロボルトでの１．４から５５０キロボルトでの２．４に変化する。特に、１５０キロボルトではエネルギ増加が１５５である。

次に考察すべき事項は、基本的に電子蓄積エネルギＥＤに等しいターゲット加熱量である。［Ｅ工（ｅ＝　１０″）コα＝１００が　［Ｅ工（θ＝８０’）］α ＝８０°に等しくなり、Ｈ＝１／Ｐとなるよう、同一のＸ線放射工ネルギに関する、加熱量率は、Ｈ＝　［Ｅｏ］　ｚｐ／　［Ｅｏコ　ｓ　・　（４）として定義され、ここで、Ｐはエネルギ増加率である。

−例として、１５０ｋｅＶにおいて、図５はＨ＝１／１６＝０．６３を示している。こうして、１５０ｋｅＶにおいて、この発明の管の陽極またはターゲットの加熱は、従来の管のわずか０．６３倍である。

図４より、ターゲット加熱量は、α＝１０°及びα−８０°において、それぞれ０．３１および０６２である。こうして、ターゲットにおける同一の加熱量に関して、５０ｋｅＶから５００ｋｅＶの領域にわたりＩ　Ｂｐ：２Ｉｓである。特に、この発明の管のターゲットは、同じ加熱効果に関して、標準的な管に比べて、約２倍の電子ビーム電流に順応可能である。

同一のＸ線放射エネルギを発生するのに必要な電流比を考慮した場合、Ｆｓ／Ｆｇｒ”（Ｅｙ］　ｅｐ　［ＥＴり（［ＥＤ］　ｓ／　［Ｅｏ］　ＥＰ）　＝　２　（５）であり、前述の式（１）および（２）から、ｒｓ／　ｒ！Ｐ＝　１／Ｐ＝　［Ｅｏ］　ＥＤ／　［ＥＤ］　ｓ　（６）しかるに、Ｉｉｐ、：：２１２／　ｐ　（７）ここで、１５０ＫＶにおいて、Ｐ＝１．６で、ＩＥＰ＝１３１、である。故に、α＝１００の角度で同一のＸ線放射エネルギを発生するためには、標準的な管から同一のエネルギを発生するのに必要な電流の１３倍の電流か必要である。しかし、α＝１０６の角度では、電流は陽極において角度α＝８０６と同等の熱を発生することを要求されるので、本発明のＸ線管中の電流は１．３倍に増加することがあり、しかも、標準的な管よりターゲットの加熱をかなり少なくすることかできる。または、Ｘ線放射エネルギは、ターゲットの熱を上昇させることなく、おおいに増加させることができる（　Ｉ　ＩＦ　２　Ｉ　＋）。

同一のビーム電流より励起された、１５０ｋＶでの、この発明の管の光子数分布および標準的な管の光子数分布か、直接対比して図６に示されている。このグラフは、ｋｅＶの光子エネルギに対する両前記管のＮ（ｋ、θ）を示している。Ｎ　（ｋ、θ）は、単位エネルギ間隔（平均５ｋｅＶ間隔（５０ｋ　Ｖで２Ｋｅｙ））当たりのｋ（光子エネルギ）、及び、特定のＴ及び角度αに関して入射角電子ごとの単位立体周当たりの平均５〜１０’であるθ、（及び平均−１０’〜＋１０’であるφ）、に依存して放射する光子数分布である。

上記の如く、同一の電子ビーム電流に関して、標準的な管のＮ　（ｋ、θ）はこの発明の管のＮ　（ｋ、θ）より大きい。しかし、標準的な管の電子ビーム電流の１．３倍の電流では、この発明の管のＮ　（ｋ、θ）は等しく、同等の陽極加熱では、この発明の管のＮ　（ｋ、θ）は、より高く、特に高エネルギ領域でより高い。

下記の表は、標準的な管とエネルギが増加された管との間における、各種要素の数値比較を示すものである。

増強エネルギＸ線管（ＥＰ）と標準的なＸ線管（Ｓ）と　の比較標準的なＸ線管　増強エネルギＸ線管１　構造ａ　Ｘ線放射角　９　１０°　１０’ ｂ、入射電子角　α　８０°　ｉｏ’ Ｃ方位角　φ　０°　０゜２、Ｘ線エネルギ増加率（ＥＰ管／Ｓ管）同一のターゲット加熱量ｄ、５００ｋＶ　１．０　２．４３、ターゲット加熱量比（ＥＰ管／Ｓ管）同一のＸ線放射エネルギ４　管電流比ａ、同一のターゲット加熱量　１．０　２．００ｂ、同一のＸ線放射エネルギ５０　ｋ　Ｖ　１．０　１．４２１５０　ｋ　Ｖ　１．０　１．２６３　０　０　ｋ　Ｖ　１．０　１．００５　０　０　ｋ　Ｖ　１．０　０．８２この発明に係る管は、図７に示されている。この管は、コンピュータ断層撮影システムに使用される１５０ｋＶ管である。陰極フィードスルーセラミック２は、陰極フィートスルー４を収容し、アーム８を延出した部材６を支持している。前記アーム８は、部材６から遠い方の端部に、ヒータ１２およびディスペンサ陰極１４を備えた陰極構造体１０を有する。ディスペンサ陰極１４の半径は０．２インチであり、図面は一定の比率で描かれている。セラミック支持体１６は、その一端においてアーム８に固着されており、その他端においてアーム１８を支持している。該アーム１８には、陰極１４と軸方向に一直線上に並んだ集束電極２０が支持されている。

陰極１４によって発せられた電子流は、ターゲツト面２４に対して１０度の角度でタングステンターゲットまたは陽極２２に照準を合わす。ベリリウムウィンドウ２６は、５〜１５度の角度θ、つまり放射中心線１０度に沿ってターゲットから発せられるＸ線を退出させるために、前記管の側壁に形成されている。ビームの他方面における角度φは、その中心線から一１０度〜＋１０度をカバーし、これにより、好ましい大きさの立体角を提供している。

ターゲットにおける電子ビームの集束を実現する集束電極の集束効果を減少させるため、前記集束電極は、従米の管のものとは異なるものが使用されている。当初の結果は、電流の増加がビームのブルーミングを発生しないような集束が得られることを示すものである。

必要な場合、（図７に示さない）付加的な集束電極を、現在占有されていないドリフト空間に挿入可能である。

この例の場合、このような付加的な集束電極が必要ではない、ということが分かった。

上述の如く、散乱電子は、管内において重大な加熱問題を起こす可能性かある。

特に図８において、角度φの関数と（、ての散乱電子エネルギか示されている。

角度ψか１０度において、角度φか変化するのに応して陽極から反射する電子エネルギか急激に減少する、１：とか容易に理解される。このため、光子流からこれらの電子を除去するその他の手段か利用できない場合、前記ウィンド・つは、電子ビームと一直線上でない１５度〜２０度の角度に配置される。この角度は、図１において破線３３て示されている。この角度は、前記ウィンドウの幅に応して、すなわち、ウィンドウが光子流の中心線からφ＝−５度〜＋５度または一１ｏ度〜＋１０度の＋１０度または２０度の幅の光子流を受け入れるのかに応して、１５度または２０度か選択される。

前記ターゲットからウィン］・つへの距離か大きい場合、図９の構成を使用してもよい。電子ビーム４４は、タングステンターゲ７　ｈ４６に衝突する。光子と同様に散乱電子の流れは、進行路に沿ってウィンドウ５２に向けて進む。磁石４８は、陽極またはターゲット４６とウィンドウ５２との間に配置され、光子流中の電子５０を前記進行路外に偏向する。前記管に金属製の外皮が使用される場合、該外皮は電子を捕獲でき、管内の空気または水をｒ令却できる。ガラス製の外皮か使用される場合、溶解温度か十分に高いｆ！４製またはその他の高導電性材料製とすることができる電子吸収／−ルドか、光子のウィンドウへの進行路と一直線上にある開放エリアを持つシールドを構成する。このシールドは、磁石４８により偏向された電子を吸収するためたけでは！＝＜、前記進行路外にある他のすへての散乱電子を吸収するためにも使用される。前述のす口＜、これらの電子か吸収されない場合、これらの電子は、陽極に反射され、該陽極を約１０％加熱する。ガラス管か使用される場合、該ガラスは直接的な衝突により加熱されて、溶融一度に達する可能性かある。

前記シールドは、図９Ｂに示されており、陽極４６に面する歯の先鋭端部の間の角度か３０度以下である一連の鋸歯を有する。３０度以下の角度において、電子は、歯の壁に当り、歯の間で繰り返し偏向されなから歯の間の領域の底に進入する。陽極に偏向反射される電子は初期値の約７０％であるか、これか約１０％以下にまで減少される。鋸はの角度を３０度未満に小さくすることにより、反射される電子の量か減少し、これにより、ゼロアルヘトに近つくことかできる。

前記角度の値は、当業者によく知られている方法で、熱伝導率および配置を考慮して決定される。す／ｊわち、前記角度を小さくすることは、アルベドを低下させるか、熱流の進行路の長さを長くし、電子捕獲器を収容するのに必要な空間を広くする。

陽極２２は、回転型または静止型の陽極とすることかできる。図１０において、回転型の陽極２２か、その両端かヘアリング３６．３８によって支持されたシャフト３４に取り付けられている。ベアリング３６より支持されたシャフト３４の端部には、電機子４０か固着されている。該電機子４０は、真空密封された管／へウンング２８内に配設されている。該電機子４０は電機モータの一部分であり、該モータは、前記ハウジングの外部に位置し、非導電性で非磁性のハウジング２８を介して電機子４０に機械的に接続されたフィールドコイル４２を有する。

このようにして、陽極ターゲラｌ−２２は、基本的に管の設計基準により決定されるスピードで回転される。

図１１には、この発明に使用される陰極および集束電極の寸法か示されている。

この図は、最も好ましい実施聾様要件を満たすためのものであるが、この発明者かその発明者の１人である共同出願の主題を構成（５ている。

陰極からターゲットまたは陽極までの短離は、約１０８インチである。この寸法は、１５０ｋＶについてのものであり、予備的設計のものである。

要　約　書標準的なＸ線管に比べて光子の出力を大幅に高めるためのＸ線管は、ターゲットの面に対してその中心線か５度〜１５度となるような角度で高いエネルギの光子を発生できるよう、約１０度の角度でタープ・ノド２２に集中される電子ビームの発生源１０を含む。管ウィンドウにおける散乱電子の衝突は、例えば、光子流から電子を偏向する磁石を使用する方法、または、ウィンドウを最も高い強度の散乱電子の外に配置する方法などの各種の方法により、減少される。また、散乱電子は、ウィンドつに向けられない散乱電子の大部分の進行路内に設けられた略ゼロアルベドのシールド５４によって吸収される。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．現在使用されているＸ線管と同一のＸ線放射構造およびターゲット加熱量に関して、Ｘ線管のＸ線放射力を嵩めるための方法であって、電子のビームを形成する工程と、前記電子のビームを、Ｘ線発生ターゲットのターゲット面に対して約１０°の角度で投射する工程と、前記ターゲット面において、前記電子のビームを、陽極に対して約８０°の入射電子のビームにより得られるものと同一のサイズおよび均等性を持つ焦点寸法に集束する工程と、前記ターゲット面に対して約７°〜１３°の仰角で前記ターゲットから放出される光子を利用する工程とを含む方法。
２．前記電子のビームの進行路に対して０°〜約２０°の方位角で延びる中心線を有する前記Ｘ線管用のウィンドウを設ける工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
３．光子の進行路の外に電子を偏向する工程をさらに含む請求項２に記載の方法。
４．前記電子の相当部分が前記ターゲットに散乱反射するのを防止するために、前記ターゲットによって散乱される電子を捕獲する工程をさらに含む請求項２又は３に記載の方法。
５．前記ウィンドウの一直線上から外れる電子を捕獲するためのターゲットとウィンドウの方向に関して、前記ウィンドウに対して適切な方位角で、前記Ｘ線管の壁部と前記ターゲットとの間にシールドを設ける工程をさらに含む請求項４に記載の方法。
６．前記ターゲットに対面し、鋸歯の隣接する面の間の角度が約３０°以下である一連の鋸歯によって前記シールドを形成する工程をさらに含む請求項５に記載の方法。
７．前記ターゲットから散乱する大部分の電子の散乱角より小さい角度θでウィンドウを設ける工程をさらに含み、前記再度θが、前記ターゲット面と、該ターゲット面に対して垂直な前記ウィンドウの中心との間の角度である請求項２に記載の方法。
８．光子が前記ウィンドウを貫通できるようにする開口を前記シールドに設ける工程をさらに含む請求項５に記載の方法。
９．前記ターゲットにおいて前記電子のビームを受ける領域を時々刻々変化させるために、前記ターゲットを回転させる工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
１０．電子発生源と、前記電子が衝突することにより光子を発生するための面を有するターゲットと、前記ターゲットの前記面に対して約１０°の角度で、前記電子発生源からの電子のビームを前記ターゲット上で集束させるための手段と、前記ターゲットにより放出された光子を通過させるウィンドウとを具備し、前記ウィンドウが前記ターゲットの前記面に対して約７°〜１３°の角度で設けられていることを特徴とするＸ線管。
１１．前記ウィンドウが前記電子のビームの進行路に対して０°〜２０°の方位角で延びている請求項１０に記載のＸ線管。
１２．前記方位角が、前記ウィンドウの中心の位置によって選択される前記光子の中心線を中心とした−１０°〜＋１０°の範囲内である請求項１１に記載のＸ線管。
１３．前記方位角が、前記ウィンドウの中心の位置によって選択される前記光子の中心線を中心とした−５°〜＋５°の範囲内である請求項１２に記載のＸ線管。
１４．前記ターゲットにより放出された光子の流れの外に散乱電子を偏向する手段をさらに含む請求項１０に記載のＸ線管。
１５．前記ターゲットから散乱される電子を捕獲する手段をさらに含む請求項１０又は１４に記載のＸ線管。
１６．前記捕獲する手段が前記ターゲットに対面する鋸歯を有する捕獲器からなり、前記鋸歯は、該鋸歯の隣接した面との間に３０°以下の角度を有する請求項１５に記載のＸ線管。
１７．前記捕獲器が、前記ウィンドウと一直線上の且つ、光子が前記ウィンドウの略全領域を通過できるサイズの開口を有する請求項１５又は１６に記載のＸ線管。
１８．前記ターゲットから偏向された電子によって前記ターゲットの材料が加熱されるのを防止する手段をさらに含む請求項１０に記載のＸ線管。
１９．前記防止ずる手段が、前記偏向された電子が前記ターゲットに散乱反射するのを防止する手段を含む請求項１８に記載のＸ線管。
２０．前記ウィンドウの中心が、前記電子のビームの中心線に対して１５°の角度をなしている請求項１０に記載のＸ線管。
２１．前記ウィンドウは、前記ターゲットの面に対する−１０°〜＋１０°のある特定の方位角において、前記光子の流れの中心線の１０°に対して幅を有する前記光子の流れの方位角を形成するものである請求項２０に記載のＸ線管。
２２．前記ウィンドウが、前記電子のビームの中心線に対して２０°の角度で延びている請求項１０に記載のＸ線管。
２３．前記ウィンドウが、−１０°〜＋１０°のある特定の方位角において、前記光子の流れの中心線に対して２０°の幅を有する前記光子の流れの方位角を形成するものである請求項２２に記載のＸ線管。
２４．同一のＸ線放出構造およびターゲット加熱量に関して、Ｘ線管の高エネルギ領域連続スペクトルの高エネルギ領域におけるＸ線強度が、入射電子ビーム各が８０°であるＸ線管の対応するＸ線強度より大きいように、つまり、Ｘ線放出力を高め、フィルタ処理されていないＸ線スペクトルの高エネルギ領域を高める方法であって、電子のビームを形成する工程と、前記電子のビームを、Ｘ線発生ターゲットのターゲット面に対して約１０°の角度で投射する工程と、前記ターゲット面において、前記電子ビームを、陽極に対して約８０°の入射電子ビームにより得られるものと同一のサイズおよび均等性を持つ焦点に集束する工程と、前記ターゲット面に対して約７°〜１３°の仰角で前記ターゲットから放出される光子を利用する工程とを含む方法。
２５．現在使用されているＸ線管と同一のＸ線発生構造およびターゲット加熱量に関して、Ｘ線管のＸ線放射力を高めるための方法であって、電子のビームを形成する工程と、前記電子のビームを、前記ターゲット中に蓄積される単位加熱量当たり最大のＸ線ビームエネルギを発生するためのモンテカルロ式によって決定される、ターゲット面に対する角度でＸ線発生ターゲットへ投射する工程と、前記ターゲット面において、前記電子のビームを、陽極に対して約８０°の入射電子のビームにより得られるものと同一のサイズおよび均等性を持つ焦点に集束する工程と、前記ターゲット面に対して約３°〜１３°の仰角で前記ターゲットから放出される光子を利用する工程と前記電子のビームの進行路に対して０°〜約２０°の方位角で延びる中心線を有する前記Ｘ線管用のウィンドウを設ける工程とを含む方法。
２６．現在使用されているＸ線管と同一のＸ線放射構造およびターゲット熱量に関して、Ｘ線管のＸ線放射力を高めるための方法であって、電子のビームを形成する工程と、前記電子のビームを、Ｘ線発生ターゲットのターゲット面に対して約１０°の角度で投射する工程と、前記ターゲット面において、前記電子のビームを、陽極に対して約８０°の入射電子のビームにより得られるものと同一のサイズおよび均等性を持つ焦点に集束する工程と、前記ターゲット面に対して約７°〜１３°の仰角で前記ターゲットから放出される光子を利用する工程と前記電子のビームの進行路に対して０°〜約２０°の方位角で延びる中心線を有する前記Ｘ線管用のウィンドウを設ける工程と光子の進行路の外に電子を偏向する工程と、前記電子の相当部分が前記ターゲットに散乱反射するのを防止するために、前記ターゲットによって散乱される電子を捕捉する工程を含む方法。
２７．電子発生源と、前記電子が衝突することにより光子を発生するための面を有するターゲットと、前記ターゲットの前記面に対して約１０°の角度で、前記電子発生源からの電子のビームを前記ターゲット上で集束させるための手段と、前記ターゲットにより放出された光子を通過させるため、前記ターゲットの前記面に対して約７°〜１３°の角度で投げられているウィンドウと、前記ターゲットから散乱した電子を捕獲する手段とを具備したＸ線管。