JPS60500884A - 放射線ソ−ス - Google Patents
放射線ソ−スInfo
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- JPS60500884A JPS60500884A JP59500781A JP50078184A JPS60500884A JP S60500884 A JPS60500884 A JP S60500884A JP 59500781 A JP59500781 A JP 59500781A JP 50078184 A JP50078184 A JP 50078184A JP S60500884 A JPS60500884 A JP S60500884A
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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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】
放射線ソース
技術分野
本発明は、放射線の発生に関する。本明細書において、放射線とは光子(例えば
X線及び光)並びに電子を含む。特に有用な用途において、本発明は新規のX線
発生装置を提供する。
背景技術
最も普通の用途におけるX線ソース(又は、X線源)には2種類のものがある。
すなわち、放射性同位体ソース及びX線管である。
放射性同位体X線ソースは、X線及び(又は)低エネルギーがンマ放射線を放出
(又は、エミッション)する、少量のカプセル化された放射性材料から成る。放
射性同位体X線ソースの中には高エネルギー放射線を放出するものも存在する。
使用する放射性材料の量は、ミクロダラムの部分から数グラムにまたがる。前記
ソースは簡単な構造で、コンパクトであり、それを操作するだめの外部電力供給
を必要としない。それらの放射線出力は高度に安定であるが、活性同位体の半減
期に従って、公知速度で一定期間に亘って壊変する。前記ソースを実験室内で及
び工業的に通常の条件下で使用する場合の安全性を確保するには、前記のカプセ
ル′化で一般に充分であるO
放射性同位体X線ソース中で使用する同位体は、高エネルギーガンマ線を実質的
に含まない低エネルギーガンマ線及び(又は)X線を放出する放射性同位体約1
2個の中から選択する。従って、前記ソース用の放射線エネルギーの選択は制限
されている。
放射線の出力は、ソース中の質量とカプセル化された材料の単位質量当りの活性
とによって決定される。
しかしながら、実用上は前記の量の両者ともに上限がちり、従って放射性ソース
から利用できる最大出力も制限される。
放射性同位体X線ソースは一般に高価であり、少数のメーカーだけが生産してい
るに過ぎない。
X線管は、本質的には、電子ソース(すなわちカソード)とターゲ゛ット(すな
わちアノード)とを含む排気した密閉容器である。前記ターゲットは、電子ソー
スとタークゞノドとの間に与えた電位差の結果として、電子がターゲットを衝撃
した際に、X線を放出する。電子は通常、熱電子放出により発生し、カソードは
白熱フィラメントである。しかしながら、低電子電流が受け入れられる場合、又
は高電子電流の1つ又は若干の短期バーストで充分な場合(例えばフラッジ−X
線管において)の用途に対してはコールドカソード(又は、電界放出カソードと
も称する)が使用される。
X線管からの放射線出力は、各要素例えば電子電流、カソードとアノードとの間
の電位差、及びターゲット材料の原子番号によって決定される。放出した放射線
のエネルギースペクトルも前記要素によって制御される。一般に、X線管の出力
は、放射性同位体ソースから利用できる出力よりも非常に高く(数桁以上に及ぶ
)、そして放出した放射線のエネルギースペクトルは広い範囲内で制御すること
ができる。
しかしながら、X線管は通常嵩ぼる装置であり、最も小型の管であっても直径5
0〜100咽及び長さ約200調を有している。前記の管は外部電力供給を必要
とし、そしてフィラメント及びターケゝットによって発生する熱を除くために冷
却する必要がある。
X線管に関する他の問題点は、比較的短期間の使用の後で、熱によってもたらさ
れる若干の原因、例えばターケ゛ノドからのガス発生又はフィラメント材料の蒸
発若しくは断線(又は、バーンアウト)によって、前記管の機能が往々にして停
止する点である。
コールドカソードX線管は熱による損傷にはあいにくいが、その電界放出カソー
ドの鋭い端部の鈍化、浸侵又は他の変化によって、出力の急速な低下を往往にし
て示す。
旦ヱLとl丞
本発明の目的の1つは、長期間に亘って安定な出力を有し、比較的低コストで製
造することができ、信頼性がちってしかも丈夫な放射線ソースを提供することに
ある。
前記の目的は、粒子状基板上への金属蒸気の堆積(又は、蒸着)に使用していた
ことのある型の粉末分散における、従来は気付いていなかった性質を利用するこ
とによって達成する。前記の分散の例は、オーストラリア特許出願第69790
/81号明細書に記載されている。前記の分散は、真空室内で一般に平坦で水平
に取付けたアノード上に粉末を置き、そして同じく真空室内で、前記粉末の上に
取付けたカソードとアノードとの間に高電圧を与えることによって達成される。
前記の粉末は、アノードとカソードとの間で即座に懸濁状態になる。前記の懸濁
した粒子を被覆するためには、代表的には電子衝撃による加熱によって、真空室
内に高温蒸気を発生させる。
粉末の金属被覆に関する実験的作業において、本発明者は、粉末に被覆を与えて
いた際に使用していた装置の近くで、意外にも、X線が時折検出されることを発
見した。粉末の分散化技術は公知のものであるが、分散した粉末からX線又は他
の放射線が放出されることを観察したとする開示は科学文献中に未だ存在しない
。従って、本発明者は、高温蒸気の発生がX線又は他の放射線の発生にとって先
行条件として欠くことのできないものではないことを確立した。すなわち、分散
が起こっている圧力が充分に低い場合には、電極間において粉末を分散すると放
射線が放出されることを確立した。このことは、この種の装置が、高温蒸気の発
生を伴わずに、実用的な放射線ソースの基礎を形成することができるという認識
に導く。
従って、本発明の1つの観点によれば、放射線ソースは、
a)一方の電極を他方の電極の上方に位置させて排気可能な室内に取付けた少な
くとも2個の電極と、b)粉末用の最小分散場を生成する電位差の値よりも前記
電極間の電位差の方が小さい場合に前記電極の下方のものの上に担持される導電
体材料又は半導体材料の少なくとも1種の一定量の粉末と、C)電極間領域から
前記室の外側への放射線透過を許容する手段と
を含んで成り、これによって、前記室を圧力約1O−5Torr又はそれ以下に
排気しそして前記電極間の前記電位差が前記粉末用の最小分散場を生成する値を
越える値を有する場合に、少なくとも若干の前記粉末を前記電極間で分散させて
前記室内に放射線を発生させ、放射線透過を許容する前記手段を通して前記放射
線を透過させる。
従来において、粒子状材料の分散を発生させた場合には、前記2種の電極のうち
の下方のものは通常アノードであった。しかしながら本発明においては、下方電
極がアノードである必要はない。
下方電極は実質的に平坦な上部表面を有していることができるか、又は中低そり
(若しくは、皿状)で浅い凹面を備えていることもできる。
下方電極に対抗する上方電極の表面は、任意の適当な形状のものであることがで
きる。例えば、その表面は平坦面であるか、又は複数の鋭い突起を有する面であ
ることができる。
本発明のある用途においては、電極を両方とも1つのシリンダー(これは、少な
くとも部分的には放射線透明性であるものとする)内に取付け、両電極を実質的
にシリンダー全体に亘、って伸ばし、前記室内で分散された粉末の横方向運動を
、シリング−の作用によって強制する。
新規の放射線ソースの基本的概念及びその作用の理論的説明(これは本明細書で
後述する)が明らかになれば、以下のような所望放射線の特別のソースの製造が
可能になる。
a)制動放射線ソース(「白」放射線ソース):電極間電圧が粉末材料の固有X
線を生成するには不充分であること、又は粉末組成物が低エネルギーの固有X線
(これはソース密閉容器によって透過されない)だけを生成するものであること
のいずれかを保証することによって製造する。
b)固有X線ソース:電極間の電位差が、粉末材料の固有X線を、制動放射線の
他に、生成するのに充分なものであることを保証することてよって製造する。
C)光ソース二発生したX線によって、真空室の内部若しくは外部にあるリン光
物質例えば硫化亜鉛を照射させるか、又は電極間に雲を形成する粉末内に粒子状
の「カソード発光性」リン光物質を含ませることによって製造する。
d)電子ソース=X線及び(又は)光だけをもたらす相互作用以外の相互作用を
、放出電子と分散粉末粒子との間に提供することによって製造する。
この中に含まれるものとして、粉末材料の一定の性質の変性をもたらす相互作用
を挙げることができる。
本発明の前記及びその他の観点は、添付図面を参照して、本発明の詳細な説明す
る以下の記載から更に明確になるものと考える。
8
置訓コと東岸」口区酉
第1図は、本発明を説明するために使用した実験的X線ソースの説明図である。
第2図は、粉末、カソード及び(又は)放射線窓を変更することのできる、X線
及び(又は)光の脱着自在のソースの断面図である。
第3図は、粉末及びカソードの変更を容易にするソースの断面図である。
第4図は、第2図の放射線ソースの変形を示す。
第5図は、本発明に従って製造したソースによって発生した放射線を使用して流
体材料(例えば、ガス、エーロゾル、又は分散した固体)を照射する装置を示す
ものである。
具体C1″″@様の至明
第1図に(部分的に模式的に)示す装置は、第一義的には粉末被覆実験に使用す
るために設計したものであるが、本発明を説明するために使用した。前記装置は
、シリカがラス管(12)内に支持された一対の電極(10)(11)から成る
。電極と前記ガラス管とは、ガラス製密閉容器(13)内に納められている。真
空ポンプ系をこのガラス製密閉容器(13)と接続し、真空ポンプで連続的にポ
ンプ処理することによって密閉容器(13)内の圧力を約10−”Torr又は
それ以下に維持する。各電極(10)(11)は直径約80圏の円形のアルミニ
ウム円板である。これらの電極を、対抗面を平行にして、一方を他方の上方に取
付ける。下方円板(10)は管(12)内に緊密にはまり、粉末(]、 4 )
C代表的には、平均直径約1100Iiを有するニッケル粒子100.9〕の
ベッドを支持するのに使用する。この際、粉末の上側表面と上方電極(11)の
上側表面との間に、少なくとも25謹の隙間を設ける。下方電極(1,O)は微
細なステンレススチールメソシュ(15)を含んでおり、これによって管(]2
)内における電極(11)の下方領域の排気が可能となる。管(12)を4個の
小ブロック(18)上に取付け、ガラス製密閉容器(13)の内部全体を真空ポ
ンプによって排気できることを保証する。メツシー(15)は充分微細であり、
粉末粒子(14)はそれを通過しない。
ガラス製密閉容器(13)は直径約300mmの円形の水平断面形状を有し、各
端部を金属板で密閉する。電極(10)が接続する下方金属板(17)は、通常
、アースする。続いて、電極(11)に接続する上方板(16)に−25kVの
電圧を与えると、アノード(10)と電極(11)との間に、粉末(14)の粒
子の一部分の活発な静電分散体又は雲が、残り0
れている〕上に形成される。
電極(10)と(11)との間で粉末粒子の分散を起こすのに加えて、板(16
)(17)間に高電位差を与えると分散した粒子雲からX線が発生する。
このX線は、管(12)及び密閉容器(13)の壁(合計厚さ10 mm )を
通過した後でも検出するのに充分な強さをもつ。
観察されたX線(これは、シリカがラス及びガラス壁疋よって減衰されるにまか
せたものである)について行なった測定から、密閉容器(13)内のX線の強さ
について推定を行なった。便宜上、前記の強さを「当量活性」に換算して表現し
た。これは、管(12)内の「粉末ソース」からの測定放射線の平均エネルギー
と−同じエネルギーを有する放射線を放出する放射線同位体の一点ソースの活性
(キーーリ一単位)である。前記の「粉末ソース」は、入力電力1ワット当り5
.5〜842キユーリーの速度のX線放出で、内輪に見積もっても、40〜60
キユーリーの範囲の当量活性を有するものと推定される。
前記したとおり、前記の推定は控え目なものである。なぜなら、密閉容器(12
)(13,)に使用するガラスの性質により、約20 keV以下の放射線は測
定できないからである。従って、「粉末ソース」のX線出力を推定する際には、
密閉容器(12)(13)のガラスによって実際上吸収された、20kev未満
のエネルギーを有するX線の寄与は無視した。このことが、板(16)(17)
に与えた電圧の約2/3にピークを有する制動放射線の寄与の大部分を無視する
こと、及び約7.5 keVのニッケルに一アルファX線も無視することを意味
していることは当業者に理解されるものと考える。当業者は以下の点にも気付く
ものと考える。すなわち、Machlett Labs Incが1974年に
出版した「EC−5eries berylliumwindow X−ray
tubes technical data Jに記載の型の小型標準X線管
であってタングステンのフィラメント及びターケ゛ットを有するX線管が、入力
電力1ワット当りX線約17キユーリーまでを通常発生できること、及びこれは
、タングステンフィラメントと銅ターゲツトとを有するミニチュアX線管例えば
狙二匹竺ユL計胚LM旦LbN15巻、266頁(1972)中のJ、M、 J
aklevic等の「Small X−RayTubes for Energ
y−Dispersive AnalysisJと題する論文に記載のX線管の
出力に匹敵するものであることである。単独の釘型カソードを有する電界放出X
線管例えばAdvances in X−Ray Ana’1ysis % 1
5巻、285頁(1972)中のJ、H,Mc Creary等「Th、eUs
e of Field−Emission Tubes in X−Ray A
nalysisJと題する論文に記載のX線管は、入力電力1ワット当り約8キ
ユーリーの速度で生成した、約6キユーリーの最大当量出力を有する。
従って、第1図の装置は、密閉容器(13)を有効に遮断して放射線の無制御下
の放出を防ぐとともに、管(12)内で発生する放射線を通過させることのでき
る窓少なくとも1個を備えている限り、潜在的に非常に有用なX線ソースである
。
本発明者は、分散した粉末からのX線放出についての理論的説明を提唱している
。単純化した形においては、静電的に分散した又は浮遊した粉末粒子からのX線
放出を説明するために提案した機構は以下のとおりである。
アノード(10)とカソード(11)との間に充分に高い電位傾度を与えると、
粒子が粉末ペッドを離れてカソード(11)へ向かって移動する際に、電気分散
(又は、エレクトロ・ディスパージョン)を発生する。カソード(11)におい
て前記粒子は衝突時に放電しその符号は逆になる。こうして負に帯電した粒子は
、次に、アノード(11)K位置するベッドの非分散の残りの部分に戻り、そこ
で放電して正電荷を与えられる。カソード(10)が充分に高い電圧に保たれて
いる場合には、粒子とカソードとが衝突する前に、正に荷電した粒子が近すいて
くるカソードの領域から電子の電界放出を起こすのに充分高い電位傾度を、カソ
ードのすぐ近くの正に荷電した粒子が生成する。
放出電子の中には雲の中の粒子と相互作用を起こすものがあり、制動放射線を生
成するが、又はカソード電圧が適当である場合には、粒子材料の固有X線と制動
放射線との両方を生成する。他の放出電子は雲の中の粒子によって散乱され、こ
れら電子のあるものは種々の相互作用を受け、そして他のものは雲から脱出する
。
カソードに近ずきそして(又は)カソードを衝撃してX線放出の原因となる粒子
から、正イオンを遊離することもでき、そして、前記正イオンは、分散した粉末
雲中の粒子と相互作用を起こすこともできる。
粉末粒子との相互作用はすべて熱を発生し、従って、分散した粒子の温度を上昇
させる。しかしながら、加熱された粒子は、カソードに及びアノード(10)上
の粉末粒子の塊(これは粒子がカソードとの衝突後て塊状粉末に戻ったとき)に
、発生した熱の大部分を引き渡す。
板(16)及び(17)の間〔従って、電極(11)及び(10)の間〕に高電
圧を与えている際のいがなるときにおいても、多くの粉末粒子がカソード(11
)の近くに存在する。従って、多くの電圧傾4
度が確立され、電極(11)はあたかもそれが差動する多数の電界放出カソード
であるかのように作用する。
分散した粒子の雲の中に生成する放射線光子はすべての方向に実質的に均一に放
出する。このことは、多数の光子が雲中の粒子との1回又は数回の連続的な衝突
を経験し、エネルギーを失ないそして各衝突の後で方向を変える一方で、衝突す
ることなく雲から脱出する光子も存在することを意味している。従って、前記の
雲は、自己吸収性光子ソースの特別の場合である。
雲の中から脱出する光子の中には、管(12)を構成する原子と前記のように衝
突するものもあり、前記管(12)は減衰材として作用する。管(12)を透過
した光子は、続いて、密閉容器(13)を構成する原子と上記のように衝突する
か、又は密閉容器(13)を通して透過する。従って、密閉容器(13)も更に
減衰材として作用する。
管(12)と密閉容器(13)とによる自己吸収及び減衰の組合せ効果の1つは
、粒子雲内に生成した放射線の強さの減少である。前記の強さの減少の程度は、
元の光子エネルギー、雲の組成及び嵩密度、並びに管(12)及び密閉容器(1
3)の組成及び厚みに依存する。
上方電極(11)がアノードであり、下方電極(10)がカソードである場合の
X線放出に対する理論的な説明は、前記の説明と同様であって変形したものとな
る。下方電極が上方電極に関して負の電位を有する場合には、粒子雲となる粒子
(14)は負に荷電する。これらの粒子は、雲の中にあるときは、上方電極に向
かって移動し、その電極と衝突し、そしてその負電荷を失なって正電荷を得る。
次に、その粒子は下方電極上の粒子塊に移動して戻り、更に電荷を逆にし、そし
て再び粒子雲の一部分となる。
上方電極(10)が充分に高い正電圧に維持されている場合には、衝突の前に、
粒子から電子の電界放出を起こすのに充分高い電圧傾度を、その電極に近ずく負
電荷粒子が生成する。これらの放出電子の中には上方電極(11)と相互作用し
て放射線を発生するものがあり、その中の少なくとも1部分は管(12)及び密
閉容器(13)から脱出する。
アノードとしての上方電極(11)についての実験が示すところによれば、前記
装置を通る電流に有意の増加がちり、このことは前記配列を有する電極によりX
線の強さにおいて相当する増加のあることを示すものである。観察されるX線強
さの前記のすべての増加は、下方電極(10)がアノードである場合の電子放出
カソードの比較的平坦な表面よりも、16
大きく曲がった表面を有する小粒子の一層大きな電子放出能力に基づくものであ
ろう。
本発明の放射線ソースの作用を促進し、そして、ソースの所望出力を制御し、修
正しそして改良するために、単独で又は種々の組合せで行なう多数のアプローチ
が可能である。これには以下のものが含まれる。
a)永久的知シールしたユニットとして、放射線ソースを製造すること。
b)必要により、粉末及び(又は)電極を変更することができるように、脱着自
在のアセンブリとして、放射線ソースを製造すること。
C)発生した放射線の最大透過を保証するように選択した位置の放射線窓1個又
はそれ以上(適当な場合には、1個又は各電極中の窓を含む)を設けること。
d)窓を透過する放射線の強さ及び(又は)エネルギーを制御するようにした性
質を有する薄い放射線窓1個又はそれ以上を設けること。
e)外側のガラス製密閉容器の実質的に水平な周囲に細長く伸びた窓を設けて、
粉末ソースから実質的にすべての方向に放射線の水平放出を許容すること。
f)事情により、上方電極の形状、寸法、表面組成及び(又は)他の表面の性質
を変性して、カソードにより又はアノードに近ずく粒子てより放出される電子電
流を制御すること。
g)カソードである場合の上方電極を加熱する手段を設けて、電子の電界放出を
増大すること。
h)アノードとカソードとの間の電位差を調整(DC高電圧へのA Cリプルの
適用を含む)して、放射線出力において制御した変動を行なうこと。
i)使用する粉末の組成及び(又は)粒子寸法、形状、嵩密度及び表面特性を変
化させて、上方電極がカソードである場合のソースによって放出される放射線の
性質を制御すること。
J)管(12)内で粉末混合物を使用して、上方電極がカソードである場合の放
出放射線の性質の範囲を拡大すること。
k) X線又は電子によって照射した場合に他の形の放射線を生成する材料例え
ば光を生成するリン光物質を設けること(これによって、X線に代えて又はX線
に加えて、X線発生の目で見える表示又は光のいずれかを提供する)。
1)分散した粒子及び(又は)電子の路程(又は、・ぐス)及び運動(又は、モ
ーション)を制限する補助電極又は他の手段を設けること。
m)アノード及びカソードの大きさを変化させること、及び(又は)、管(12
)、密閉容器(13)放射線窓、粉末粒子及び(又は)電極を構成している材料
を変化させること。
上記のリストは、すべての事項を挙げたものではない。
上記変形の若干のもの−については、第2図、第3図、第4図及び第5図に示す
。
第2図に示す装置は第1図の装置を改良した形のものであり、その装置からより
多くの放射線を放出させることのできる窓を含んでいる。前記装置は、所望の排
気された密閉容器の一部分を形成するのに適した、電気絶縁性の、剛性の、そし
て開放端部を有するシリンダー(21)から成る。前記シリンダー(21)は、
便利には、シリカから(例えば、管の形で)構成することができる。前記シリン
ダー(21)を、アースした金属製ベース(22)にはめ込み、0字リング(2
3)又は適当なセメント又は他のシールを使用する−ことにより、真空気密性に
接合する。粉末(24)を装入した後で、金属製プラグ(25)Kよってシリン
ダー(21)を密閉する。前記金属製プラグ(25)は、〔a〕真空気密性シー
ルを与える0字リング(26)と〔b〕真空ポンプに接続するためのサイドアー
ム(27)とを伴ってはめ込まれる。アースした高電圧DC電源(30)の負端
子へ前記プラグ(25)を接続することにより、プラグ(25)7)下側表面を
カソードとして作用させることができる。
カソードの下方の粒子雲((おいて、シリンダー(21)内に発生するX線の透
過を可能にする(そして増加する)ため((、シリンダー(21)に放射線窓(
28)を設ける。窓(28)は、シリンダー壁の開口部から成り、これは排気後
の圧力低下に耐えることができ、そして優れた放射線透過性を有する材料の薄ホ
イルによって覆われている。1つの適当なホイルは、厚さ0.25+mnのベリ
リウム金属ホイルである。代表的ては、シ゛リング−(21)における直径10
w+mの孔の上に直径15咽のホイル片を接着(又は、セメンティング)するこ
とによって放射線窓を設ける。しかしながら、他の形状及び寸法でも実施可能で
ある(前記接着は、真空気密性接合を提供することができることが必要である)
。
分散させることのできる適当なカソード発光性粉末を装入する場合には、第2図
に示すアセンブリは光ソースとして作用し、そしてシリンダー(21)が光に対
して透明な材料から製造されている場合には、放射線窓は必要ではない。
リン光物質を照射した場合に発生する光に対して透明な材料によってシリンダー
(21)が製造されている場合には、リン光物質(29)C例えば、適当な物理
的形状の活性化した硫化亜鉛〕をシリンダー(21)内に取付けることにより、
X線生成についで目で見える表示を得ることができる。
第3図に示す装置は、第2図の装置を簡単てした形のものであり、分散性粉末と
カソードとの迅速な変更−Q ”T能にするものである。その放射線ソースは、
E i 〃望の形状のガラス製容器(31)例えばシリンダー型又:ま長方形型
のトラフから成り、その下方端部は密閉されており、そしてその上方開口端部の
周囲には7ランノ(32)を備えている。フランジ(32)の上側表面は研磨1
面である。容器(31)は、サイドアーム(33)C真空ポンプ接続用〕と1個
又はそれ以上の開口部(34)とを備えている。
放射線窓(35)を、前記と同様にして、各開口部(34)上に接着する。容器
(31)の底部に位置し、そしてそのベースを覆っている金属板(36)を、真
空気密性フィードスルー(37)を介してアース電位に接続する。
f−スした電極(36)は、容器のガラス底部に施こす導電性フィルムをアース
電位に接続することによって、そのフィルムと置き換えることができる。
容器(31)Kは、通常、一定量の分散性粉末(38)を装填し、カソード(3
9)によって密閉する。カソード(39)とフランジ(32)の上側研磨面との
良好なシールは、フランジ(32)に隣接するカソード(39)の表面を研磨し
、そして両接触研磨面に適当な高真空グリース〔例えば、アビニシン(Apie
zon )、タイプ(Type ) T〕を施こすことによって得る。上記の技
術パテより、サイドアーム(33)を介して真空を与えた場合て、真空気密性接
合の形成が保証される。サイドアーム(33)を介!、て容器(3])内へ空気
を入れて真空を解除し、そしてカソード(39)を取り除いた後で、粉末(38
)の量及び種類を変更するのは簡単である。
開口部(34)とサイドアーム(33)とを妨害せず、そして容器(31)の真
空気密性密閉を行なうことを保証する研磨面を有している限り、任意の材料及び
任意のデザインに製造したカソードによって、元のカソード(39)を置き換え
ることができる。
第4図に示す装置は、第2図の放射線ソースの変形である。変形の1つは、電極
の一方に放射線窓を設けたことである。他の変形は、ソースを排気する場合には
真空ポンプと接続することができ、そしてIンプ処理が完了した場合にはピンチ
シールすることのできる管を設けたことである。
第4図の装置は、溶融アルミナ製(しかしながら、アルミナに代えて、他の任意
の適当なセラミック材2
料を使用することができる)の絶縁シリンダー(41)から成り、前記シリンダ
ーに対して、ステンレススチール[コノフラット(Conflat ) J (
商品名〕製真空フランジ(42)及び(43)が結合(braze)している。
下方フランジ(42)・;’i、薄いベリリウム製放射線窓(45)を担持する
別のフランジ(44)とマツチしている。放射線窓(45)は、真空結合した真
空気密性円周接合部r46)によってフランジ(44)に取付ける。第4のフラ
ンジ(48)とフランツ(43)とを?ルト締めして、フランジ(43)及び(
48)間に真空気密接合部を形成する前に、粉末(47)をシリンダ−(41)
内へ装入jる。
シリンダー(41)の内部との接続を提供する長さの、酸素を含まない銅製管(
49)をフランジ(48)に溶接し、続いてフランジ(43)と(48)とをビ
ルト締めする。装置を組立てた後で、管(49)を、油を含まない真空ポンプ系
(40)と接続し、シリンダー(41)を排気する。
組立てた装置のがス抜きを容易にするために、粉末の分散を起こすのには充分に
高いが有意の内部放電を生成しない電圧(代表的((は、5〜7.5kVの範囲
)を、フランジ(、i 4 )及び(49)間に与え、そして装置を約300℃
に加熱することができる。
粉末(47)の分散化は若干の粉末を管(49)内に入れ、真空ポンプへ運んで
しまう結果になり得るので、前記の方法でガス抜きを容易にする場合には、内部
傾斜じゃま板(49B)少なくとも1個を取付はり短カいステンレススチール管
(49A)を、管(49)と真空ポンプ(40)との間に挿入することが有利で
ある。じゃま板(49B )はがス流の管(49A、 )の通過は許すが、すべ
ての粒子の管(4,9A )への通過を防ぐ。
がス抜きが終了した後で、管〔49〕は、フランジ(48)との接続点の近くで
ピンチシールすることができる。ピンチシールてよって真空気密耐溶接が得られ
、これによって装置を真空ポンプから取りはずして放射線生成に使用することが
できる。
フランジ(44)と窓(45)とが装置の頂上にくるまで、第4図の装置を回転
させ、その装置を上記の方法で放射線ソースとして使用する〔すなわち、7ラン
ノ(44)及び(48)間に高電位差を与える〕場合には、窓(45)のすぐ下
の正の粉末粒子によって発生するX線光子の大部分が窓(45)から透過される
。
フランジ(42)と(44)と〔従って窓(45)と〕から成る電極をアノード
として使用し、この複合電極がX線ターゲ゛ットとなる場合には、窓(45)2
4
は適当なX線ターケ゛ソト要素をその内部表面上に担持していることが必要であ
る。この状況下で、ベリリウム製窓(45)は、「トランスミッション・ターケ
゛ット」になる。前記の窓は、窓(45)の形成前に、2〜3μmのターグツト
要素を薄いベリリウムホイル上に堆積することによって調製することができる。
前記のべIJ IJウムは窓に必要な機械的強度を与え、真空気密接合部(46
)が形成されるのを可能疋する。ベリリウムホイル上に堆積する薄フィルムが良
好なコールド電子エミッタである場合には、被覆した窓(45)を、粉末粒子が
正である場合のコールドカソードとして使用することもできる。
第5図は、本発明による放射線ソースをどのように使用して、電気分散させるこ
とのできる流体又は粉末(例えば電気分散セルとして照射され使用される粉末)
を照射するための有効で経済的な装置を提供することができるのかを示すもので
ある。
第5図に示す装置は、金属製端部(52)及び(53)によって密閉した絶縁性
シリンダー(51)から成る。シリンダー(51)は薄金属ホイル(56)によ
ってコンノクートメント(°54)と(55)とに分割されており、前記ホイル
(56)は、シリンダー(51)を横切って伸びている金属グリッド、メツシー
又は有孔板(57)の一方の側面上に担持されている。下方コンパートメント(
54)は、若干の導電性粉末(58)を含んでおり、コンバートメン)(54)
の壁に接合するアーム(59)と真空ポンプとを接続することによって排気する
。上方コンパートメント(55)は流体入口(59A)及び流体出口(59B)
を備えている。入口(59A)及び出口(59B)は、上方コン・り一トメント
(55)内の圧力を排気又は減圧するのに使用することができる。
ホイル(56)は外部端子(6G)と接続している。
電極(52)及び〔端子(60)を介して〕ホイル(56)の間に充分な電位差
を与えると、前記したとおり、粉末(58)はコン・ぐ−トメント(54)内に
分散した雲を形成し、X線を発生する。X線は、ホイル(56)を通って上方コ
ン・り一トメント(55)中へ透過する。続いて、コン・ヤートメント(55)
中ば存在するすべての材料は、コンパートメント(54)中で発生したX線によ
って照射される。コン・ヤートメント(54)内の電極(53)の近くに取付け
た放射線検出器(63)’によって、コンパートメント(55)中に入ってくる
放射線をモニターすることができる。
第5図の態様を使用する例として、少量の粉末(62)を上方コン・ぐ−トメン
ト(55)中に置くことができる。次に、上方コンパートメント(55)6
を排気し、ホイル(56)と電極(53)間に適当な電位差を与えると、続いて
、粉末(62)がコンノクートメント(55)内で雲として分散される(X線を
発生する必要はない)。次に、コンパートメント(55)内の粒子の分散具を、
コンパートメント(54)内で発生するX線によって照射する。
鎮5図に示す装置は特に有用である。なぜなら、前記装置は放射線ソースと照射
される材料とを相互に調整することができ、従って、試料り最適照射の条件、す
なわち最少のソース/試料間隔を満足するからである。
本発明のすべての用途においては、放射線ソースの操作上に若干の制限がある。
この制限としては、粉末が分散する装置内の圧力及び粉末の材料が含まれる。
第1図の管(12)内の圧力は、所望の放射線を生成するのに適したDC電圧差
を上方及び下方電極間に確立した場合に、アノード(10)上の粉末−粒子の静
電分散を達成し維持するものであることが必要である。前記圧力は、所望の放射
線を生成するのに充分な低さであることも必要である。これは、前記圧力が、満
足に維持すべき静電分散にとって及び生成すべき放射線にとって、約1O−5T
orr又はそれ以下である必要があることを意味している。少ない真空度におい
て粉末分散が失敗する理由は、この圧力範囲ておいてがス内でコロナ放電の傾向
が増加することに基づいているものと考えられる。コロナ放電はガス分子からイ
オンを生成し、これらのイオンはアノードとカソードとの間に確立した静電界を
充分に短絡することができる。
低圧技術の当業者には理解できるとおり、密閉容器内で維持することのできる減
圧は、大部分は、排気した容器の及び容器内の全成分のガス抜きの程度に依存す
る。本発明の場合においては、シールし容易に排気した放射線放出系の確立が、
直面すべき問題点である。この問題点はシールした系の確立を妨げるものではな
いが、300〜400m2/kgの範囲の表面積を有する微粉末のガス抜きの困
難性は、必要な真空を確立する適当な装置及び技術を採用しなければならないこ
とを意味している。
分散させることのできる粉末材料の選択は、金属、半導体(炭素を含む)及び他
の選ばれた材料に限定される。一般に、電気絶縁性材料の粉末は真空中で非分散
性である。
しかしながら、任意の電気絶縁性材料の粒子を導電性材料の薄フィルムによって
(例えば、前記オーストラリア特許出願第69790/81号明細書に記載の技
術により)被覆すると、前記粒子は真空下で分28
散性になる。
既に指摘したとおり、リン光物質(すなわち、X線又は電子によって励起された
場合に光を放出する物質)を使用する場合には、本発明は光ソースになる。分散
性粒子の形の、X線励起リン光物質、例えば活性化した硫化亜鉛粒子は、X線を
発生する分散性粒子と混合することができる。続いて、X線は、リン光物質粒子
して光を発生させる。電子励起リン光物質(例えば、分散性粒子の形の活性化し
だハロホスフェート)は、コールドカソードから発生する電界放出電子にそれを
さらしたときに、光を放出する。
排気した密閉容器の一部分又は全部を、生成する光に対して透明な材料例えばガ
ラス又はシリカから製造する必要があることは明らかである。
本発明の概念から離れない限り、本発明に他の変形を加えることは勿論可能であ
る。
産業上の適用性
本発明は、製造が簡単で並びに操作が容易及び経済的な、コストの低いX線ソー
スを提供する。前記ソースは、一定範囲の形状及び寸法で製造することができる
。前記ソースの最大出力強度は、代表的な市販の放射性同位体X線ソースの最大
出力強度よりも実質的に高く、そして通常の100ワツトX線管の出力以上であ
る。前記ソースは非常に広範な放射線エネルギーの選択を提供する。なぜなら、
通常のソースと異なり、前記ソースは多数の異なるX線ターケゝット要素及び材
料を単独で又は多様な組合せのいずれかで使用することができるからである。前
記ソースは、狭い、又は広い、又は広くて直線的な放射線ビームを放出するよう
に作ることもできる。
本発明を利用することのできる用途は、前記のソース面が開発されているものに
依存する。例えば、X線ソースとして、本発明は、それに匹敵する出力の通常の
X線ソースを使用したすべての産業上の用途に関して使用することができる。そ
れらの中には、ラジオケゞ−ジング(radiogauging )及び数種の
型のX線分析(XRFを含む)が含まれる。実際、本発明は、通常のX線ソース
ではそのコストが高すぎるか又は不適当な出力を有する用途(例えば、必要とす
るX線の強さが、放射性同位体ソースから得ることのできるものよりも大きくそ
してX線管の通常の出力よりも小さい用途)において使用することができる。
放射線出力と粉末材料との間に密接な関係があるので、本発明を使用して、粉末
パッチ試料の組成の点検(放出されるX線のエネルギースペクトルを観察するこ
とによる)、又はリン光物質の組成の点検(粉末に含まれる試料の光出力中の変
化を観察する国際調査報告
ANNEX TOTHE INTERNATIONAL 5EARCH、REP
−CRT ON第1頁の続き
0発 明 者 ニューマン、ジエラルド ラオ@出願 人 ユニサーチ リミテ
イド
オーストラリア国、ニュー サウス ウエールズ 2072.ゴートン、リッジ
ストリート 50
Claims (1)
- 1.8)一方の電極を他方の電極の上方に位置させて排気可能な室内に取付けた 少なくとも2個の電極(10)(11)と、 b)粉末(14)用の最小分散場を生成する電位差の値よりも・前記電極間の電 位差の方が小さい場合に前記電極の下方のものの上に担持される、導電体材料又 は半導体材料の少なくとも1種の一定量の粉末(14)と、 C)電極間領域から前記室の外側への放射線透過を許容する手段(13)と を含んで成り、これによって、前記室を圧力約1O−5Torr又はそれ以下に 排気しそして前記電極(10)(11)間の前記電位差が前記粉末(14)用の 最小分散場を生成する値を越える値を有する場合に、少なくとも若干の前記粉末 を前記電極間で分散させて前記室内に放射線を発生させ、放射線透過を許容する 前記手段(13)を通して前記放射線を透過させる、放射線ソース。 2、下方電極(10)が実質的に平坦な上側表面を有している請求の範囲第1項 記載の放射線ソース。 3、下方電極(10)が皿状の上側表面を有している請求の範囲第1項記載の放 射線ソース。 4、前記電極(10)(11)が、前記室内に位置するシリンダー(12)中に 取付けてあり、並びに前記室及び前記シリンダー(13)の内部を排気して約1 O−5Torr又はそれ以下の圧力としそして前記電極(10)(11)間に電 位差を与えて下方電極(10)上に担持されている粉末(14)の少なくとも若 干部分を前記電極間空間に分散させた場合に粉末(14)によって生成する放射 線に対して、前記シリンダー(12)の少なくとも1部分が透明である、請求の 範囲第1項、第2項又は第3項記載の放射線ソース。 5、前記室が、開口頂上部とガラスペースとを有するガラス製容器(31)であ り、前記上方電極が、前記容器(31)の頂上部(32)を密閉するようにした 金属板(39)から成り、そして前記下方電極(36)が、前記容器のベースに 隣接して被覆する金属板である請求の範囲第1項記載の放射線ソース。 6、a)垂直軸を有するセラミック製又はガラス製シリンダー(21)、 b)前記シリンダーの各端部の金属製クローツヤ−(22)(25)(ここで金 属製クローツヤ−(22)(25)は前記シリンダー(21)の各端部と真空気 密性シールを形成し、これによって排気可能な室を形成しているものとする〕、 C)前記室内にある、導電体材料又は半導体材料の少なくとも一方の一定量の粉 末(24)、d)前記室の排気用手段(27)、 e)前記金属製クロージヤー(22)(25)に高電位差を与え、これによって 前記金属製クローツヤ−を上方電極及び下方電極にする手段、及びf)前記室か らの放射線透過を許容する手段(28) を含んで成る放射線ソース。 7、 前記室を排気して約1O−5Torr又はそれ以下の圧力としそして前記 電極間に電位差(これは、粉末に対して最少分散場を確立するのに必要な値より も大きい値であるものとする)を与えた場合にソースにより生成する放射線によ って、照射を行なう位置に置いたリン光物質(29)を含む請求の範囲第1項〜 第6項のいずれか一項に記載の放射線ソース。 8、 前記リン光物質(29)が前記室内に位置する請求の範囲第7項記載の放 射線ソー゛ス。 9、前記粉末がカソード発光性リン光物質少なくとも1種の粒子を含んでいる請 求の範囲第1項〜第6項のいずれか一項に記載の放射線ソース。 10、前記の放射線透過を許容する手段が前記室内の少なくとも1個の放射線窓 から成る請求の範囲第1項〜第9項のいずれか一項に記載の放射線ノース。 11、前記室が、実質的に垂直な軸を有する円筒状室前記円筒状室の周囲に伸び る、細長く実質的に水平な窓である請求の範囲第10項記載の放射線窓。 12、単一の放射線窓を前記金属製クロージヤーの一方に形成する、請求の範囲 第6項に直接的又は間接的に付随する場合の、請求の範囲第10項記載の放射線 ソース。 13、前記電極の上方のものがカソードであり、これが前記カソードを加熱して そこからの電子の電界放出を増大する手段を含んでいる請求の範囲第1項〜第1 2項のいずれか一項に記載の放射線ソース。 14、前記電極間に接続する高電圧DC供給源(3o)を含む請求の範囲第1項 〜第13項のいずれが一項に記載の放射線ノース。 15、前記の高電圧DC供給源(3o)にA CIJプル電圧を与える手段を含 む請求の範囲第14項記載の放射線ソース。 16 前記室内に補助電極を含む請求の範囲第1項〜第15項のいずれか一項に 記載の放射線ソース。 17、a) 金属グリッド、メツシュ又は有孔板(57)上に担持された薄金属 ンー) (56)によって2つのコンノモートメント(54’)(55)に分割 された絶縁性材料シリンダー(51)、 b)前記シリンダー(51)の各端部の金属製クロージヤー(52)(53)、 C)前記シリンダーの下方コンパートメント(54)を排気する手段(59)、 d)前記シリンダーの上方コンパートメント(55)用の流体の入口及び出口手 段(59A)(59B)、e)前記シリンダー(51)の下方金属製クロージヤ ー(52)上にある、前記下方コンパートメント(54)内の、導電体材料又は 半導体材料の一定量の粉末(58)、 f)前記の薄金属シー) (56)に接続する端子(60) を含んで成り、これによって、前記下方コンバートメン) (54)を排気しそ して前記薄金属ノー)(,56)と前記下方金属製クローシャー(52)との間 に高電位差を与えた場合に、前記下方コンパートメント(54)内にX線を発生 して、これを前記のグリッド、メツシュ又は有孔板(57)の隙間及び前記薄金 属ン−) (56)を通して前記上方コンバートメン) (55)へ透過させる 、放射線ソース。 18、a)金属グリッド、メツシュ又は有孔板(57)上に担持された薄金属シ ート(56)によって2つのコンノクートメント(54)(55)に分割された 絶縁性材料シリンダー(51)、 b)前記シリンダー(51)の各端部の金属製クロージヤー(52)(53)、 、 。 C)前記の上方及び下方コンパートメント(55)(54)を排気する手段(5 9)(59B)、d)前記金属シート上の前記上方コンバートメン) (55) 内の、導電体材料又は半導体材料の一定量の第1の粉末(62)、 e)前記シリンダー(51)の下方金属製クロージヤー(52)上にある、前記 下方コンバートメン) (54)内の、導電体材料又は半導体材料の一定量の第 2の粉末(58)、 f)前記の薄金属シー) (56)に接続する端子(60) を含んで成り、これによって、 1)前記上方及び下方コン・り一トメン) (55)(54)を排気し、 II)前記薄金属シー1(56)と前記金属製クロージヤー(53)の最上位と の間に第1の高電位差を与えて、前記上方コンバートメン) (55)内に前記 の第1の粉末(62)を分散させ、そして111)前記薄金属シー) (56) と前記金属製クローツヤ−(52)の下面との間に第2の高電位差を与えて、前 記下方コンバートメン) (54)内に前記の第2の粉末(58)を分散させそ して分散した第2の粉末にX線を発生させ ′ た場合に、前記下方コンバートメン)(54)中に発生するX線を、前記のグリ ッド、メツシュ又は有孔板(57)及び前記薄金属シート(56)を通して前記 上方室(55)へ透過し、これによって前方上方コン・り一トメン) (55) 内に分散した前記第1の粉末(62)を照射する、分散した粒子雲の照射用放射 線ソース。 19、前方上方コンバートメン) (55)中に放射線検出器(63)を含む請 求の範囲第17項又は第18順記載の放射線ソース。
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