JPS6333261B2 - - Google Patents

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JPS6333261B2
JPS6333261B2 JP54094899A JP9489979A JPS6333261B2 JP S6333261 B2 JPS6333261 B2 JP S6333261B2 JP 54094899 A JP54094899 A JP 54094899A JP 9489979 A JP9489979 A JP 9489979A JP S6333261 B2 JPS6333261 B2 JP S6333261B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron beam
target
anticathode
electron
anode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP54094899A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5619855A (en
Inventor
Shiro Sato
Junichi Senkawa
Fuminori Shiga
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Hoso Kyokai NHK filed Critical Nippon Hoso Kyokai NHK
Priority to JP9489979A priority Critical patent/JPS5619855A/en
Publication of JPS5619855A publication Critical patent/JPS5619855A/en
Publication of JPS6333261B2 publication Critical patent/JPS6333261B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、電子ビームをターゲツトに衝撃させ
てX線を発生させるX線発生装置に関するもので
ある。 通常、X線は、金属ターゲツトに電子ビームを
衝撃させることにより発生させる。この電子ビー
ムの99%は熱エネルギーに変換されるので、強い
電子ビームで照射する必要があるが、その場合に
はターゲツトが溶融し破損してしまう。そこで、
従来は円筒型の対陰極を水冷しながら回転させる
ように構成し、この対陰極に対向して電子銃を設
け、強力な電子ビームを円筒型の対陰極の周辺に
設けたターゲツトに照射してX線を発生させる回
転対陰極X線発生装置が用いられている。しか
し、電子ビームが強力(1A程度)になると、X
線管内残留ガスは電子ビームにより電離される確
率が高くなり、発生したイオン、電子がさらに残
留ガスを電離し放電を起こさせるおそれがある。
このため、従来のX線発生装置には、その安定な
運転を望めない欠点があり、X線管内の真空度を
向上させることで上述の欠点の解決を図つてき
た。 本発明の目的は、高真空化により安定な運転を
はかるという従来の考え方を踏襲せずに、低真空
度でも放電を起こすことなく安定に高出力X線を
発生することのできるX線発生装置を提供するこ
とにある。 かかる目的を達成するために、本発明では、電
子ビームをターゲツトに衝撃させてX線を発生さ
せるX線発生装置において、電子ビームの加速部
と、加速部により加速された電子ビームの衝撃を
受けてX線を発生するターゲツトと、電子ビーム
の加速部とターゲツトとの間に設けられ、加速部
により加速された電子ビームを集束するための電
子ビーム収束部とを有し、電子ビーム収束部のタ
ーゲツトと対向する位置には収束された電子ビー
ムを通過させる小孔が設けられており、かつター
ゲツトから電子ビームの衝撃により発生する物質
が電子ビームの加速部へ流入することを阻止する
ための複数個の排気製置を具えたことを特徴とす
る。 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。 まず、X線管内を高真空に排気しても、安定な
運転ができない理由を考察する。 回転対陰極の周辺に設けたターゲツトの表面は
一回転の間に冷却されて電子ビームの照射を受け
るので、冷却中に吸着されたガスが電子ビーム照
射で放出されることになる。すなわち、ターゲツ
ト表面は一回転の間に充分冷却される必要がある
ので、冷却されたターゲツト表面は管内残留ガス
を吸着して電子ビーム照射部に運び込む作用をし
ている。しかも、金属ターゲツトを照射した電子
の20〜40%は反跳電子となつて管内に飛散し、管
壁を加熱することを考えれば、電子ビーム照射部
を高真空に保持することはきわめて困難であり、
またそれが達成されるには長時間のエージングが
必要である。これに対して、本発明は、比較的低
い真空度でも安定に運転できるよう、対陰極部と
電子ビーム加速部とを分離し、その間に電子ビー
ム集束用レンズとオリフイス(小孔)とを設け、
加速部のみ高真空に保つよう構成したものであ
る。 第1図に本発明X線発生装置の一実施例を示
す。ここで、1は電子銃、2は陽極であり、両者
により電子ビーム加速部3を構成する。電子銃1
により発生した電子は、陽極2との間に印加され
た電圧により加速され、陽極2にあけた陽極孔4
を通つて例えば長さ1.5mのダクト5内に射出さ
れる。この射出された電子ビームは電子レンズ系
6−1,6−2および6−3による集束作用を受
けながらダクト5内を進行する。レンズ系6−1
〜6−3を出た電子ビームは小孔(オリフイス)
7を通過して対陰極8に設けられたターゲツト9
に照射される。ここで、この小孔7の大きさを電
子ビームの拡がりの大きさと同程度に絞り、さら
にこの小孔7の前後を油拡散ポンプ10,11に
よつて排気し、ビームの照射によつてターゲツト
9に発生したガスが電子ビーム加速部3に流入し
ないように構成している。一方、電子ビーム加速
部3はダクト5と陽極孔4のみによつて通じてお
り、ほとんど独立に油拡散ポンプ12によつて排
気され、常に高真空に保たれている。すなわち、
12は電子ビーム加速部3の排気用油拡散ポンプ
である。 なお、焦点輝度が高いが出力が小さい微小焦点
X線発生装置にあつては、対陰極8と電子銃1と
の間に電子レンズを配置して、電子ビームを対陰
極8上に集束させるものが市販されているが、こ
の場合の電子レンズは電子ビームの集束のために
使用されるもので、従つて小孔は設けていない。
これに対して、本発明においては、電子レンズ系
6−1〜6−3は電子銃1とターゲツト9との間
の距離を大きくとるために用いられる。 次に本発明によるX線発生装置に使用する対陰
極について説明する。 前に述べたようにターゲツトに電子ビームを衝
撃させて強力なX線を発生させるにはより強い電
子ビームを照射せねばならない。しかし、この電
子の99%は熱エネルギーに変換されるので、従来
は、ターゲツトの温度が上昇して溶融しないよう
に、円筒型回転対陰極をその空胴部に冷却水を流
しながら回転させ、その溶融破損を防ぐ方法がと
られている。従来の回転対陰極は例えば第2図に
示すように構成されており、冷却水は回転対陰極
13内に設けられた冷却水仕切り板14によつて
ターゲツト15に矢印で示すように流入するよう
になつている。この場合、仕切り板14を固定し
て回転しないものと、回転対陰極13と共に回転
させるものとの二種類がある。前者では冷却水流
量が充分確保できるが、回転対陰極13には水の
抵抗が加わり、その回転駆動には強力な電動機を
必要とする。これに対して後者では回転対陰極1
3の回転が容易に行なえるが、冷却水の圧力を非
常に大きくしなければならない欠点がある。その
原因は後述するように、冷却水が回転対陰極13
の回転にひきずられて回転を起こし、その遠心力
が流れを阻んでいるためと考えられる。本発明に
おいては、冷却水が回転対陰極13と共に回転
し、冷却水に遠心力が負荷されるのを防止するよ
うに以下のように回転対陰極を構成する。 まず、本発明における冷却効果を高めた回転対
陰極の原理を第3図に基づいて説明する。回転対
陰極中心部から放出される冷却水を回転すること
なく円周部に直進させるとき、回転する仕切り板
14上を第3図に示すような渦巻曲線の軌跡をえ
がいて進行することになる。必要な冷却水量をW
cm2/secとすると、中心部から円周部に向かう冷
却水の速度は中心からの距離rの関数となり、 V=W/2πrd (1) で与えられる。ここで、dは仕切り板14と回転
ターゲツト側板15Aとの間隔である(第2図参
照)。角速度ωで回転する仕切り板14上の渦巻
曲線を極座標(r、θ)で表わせば、冷却水を円
周部へ直進させる条件は、 dr=Vdt=Vdθ/ω=W/2πrd dθ/ω となり、これより渦巻曲線は、 で表わされる。すなわち、(2)式で与えられる冷却
水のガイドを仕切り板14上に設ければよい。仕
切り板14の裏面には、同様に水が円周部から中
心部に直進するように、逆向きで、同じ形をした
渦巻状ガイドを設ける。 第4図は本発明X線発生装置における回転対陰
極の構成の一例を示し、ここで回転対陰極13の
外周に設けたターゲツト15に帯状の電子線16
を照射し、X線17を発生させる。冷却水仕切り
板14上には冷却水ガイド18,18′を突設し、
この仕切り板14を対陰極13と一体に回転させ
る。19は冷却水復路で、冷却水は図示矢印の方
向に流れる。ここで、冷却水仕切り板14上のガ
イド18,18′は第5図に示すように形成する。
すなわち、第3図に示すような渦巻状のガイドを
仕切り板14上に設けるのは製造上難しいので、
本例では直線状ガイド18を渦巻曲線の接線方向
に配設する。このようなガイド18は水かきの作
用をするが、単なるポンプ作用をするものではな
い。ガイド18は冷却水の回転を防止する働きを
するものである。すなわち、ポンプ作用を行なわ
せるためには、ガイド18と直径方向とのなす角
を45゜程度にすることが望ましいが、この実施
例では回転速度に比例して角度を大きくとる。
実験の結果、上式(2)に従つて回転速度と共に角度
を大きくする必要があり、たとえば直径40cmの
回転対陰極では、d=10mmの場合に1000rpmで
=45゜、2000rpmで=90゜にする必要があること
が判明した。 さらに本発明によるX線発生装置についてさら
に詳細に説明する。 まず、電子ビーム加速部3は第6図に示すよう
に電子銃1と陽極2から構成され、さらに電子銃
1を取り巻くウエーネルト20(電子線収束用の
円筒電極;静電型電子レンズの一種であり、通常
は熱陰極を囲んで配置し、熱陰極に対し負または
正の適当な電圧を加えて用いられる。)と陽極2
は、電子銃1から発生した熱電子をできるだけ収
束して陽極孔4を通過させるようにするために、
第6図示のように同心扇型に形成するのが好適で
ある。 陽極孔4は射出される電子ビーム源の大きさに
合わせて例えば7×25cm2とした。この場合にも若
干の電子が陽極孔4周辺に衝突するので、陽極2
を銅で形成し、しかも陽極2にパイプ22を経て
冷却水を循環させて陽極2の水冷を行うのが好適
である。 一方、電子ビームの光軸をその子午面(光軸に
直交する面)内で移動させる必要があるので、陽
極2と電子銃1は同軸一体となし、真空容器の外
側から操作できるようにする。 第7図は第6図示の電子銃1と陽極2の斜視図
を示し、ここで、電子銃1のフイラメントの形状
は第7図に示されているようにらせん状で寸法は
第1表により製作した。
The present invention relates to an X-ray generator that generates X-rays by impacting a target with an electron beam. Typically, X-rays are generated by bombarding a metal target with an electron beam. Since 99% of this electron beam is converted into thermal energy, it is necessary to irradiate it with a strong electron beam, but in that case the target will melt and be damaged. Therefore,
Conventionally, a cylindrical anticathode was configured to be rotated while being cooled with water, and an electron gun was installed opposite the anticathode to irradiate a powerful electron beam to a target placed around the cylindrical anticathode. A rotating anticathode X-ray generator is used to generate X-rays. However, when the electron beam becomes powerful (about 1A),
There is a high probability that the residual gas in the tube will be ionized by the electron beam, and the generated ions and electrons may further ionize the residual gas, causing a discharge.
For this reason, conventional X-ray generators have the drawback that stable operation cannot be expected, and attempts have been made to solve the above-mentioned drawbacks by improving the degree of vacuum within the X-ray tube. The purpose of the present invention is to create an X-ray generator capable of stably generating high-output X-rays without causing discharge even at low degrees of vacuum, without following the conventional idea of achieving stable operation by increasing the vacuum. Our goal is to provide the following. In order to achieve such an object, the present invention provides an X-ray generator that generates X-rays by impacting an electron beam on a target, including an electron beam accelerating section and an electron beam receiving the impact accelerated by the accelerating section. The electron beam focusing section is provided between the electron beam accelerating section and the target and converging the electron beam accelerated by the accelerating section. A small hole is provided at a position facing the target to allow the focused electron beam to pass through, and a plurality of holes are provided to prevent substances generated by the impact of the electron beam from flowing from the target into the electron beam acceleration section. It is characterized by being equipped with an exhaust system. The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. First, we will consider why stable operation cannot be achieved even if the inside of the X-ray tube is evacuated to a high vacuum. Since the surface of the target provided around the rotating anticathode is cooled during one rotation and irradiated with the electron beam, gases adsorbed during cooling are released by the electron beam irradiation. That is, since the target surface needs to be sufficiently cooled during one rotation, the cooled target surface has the function of adsorbing the residual gas in the tube and transporting it to the electron beam irradiation section. Furthermore, considering that 20 to 40% of the electrons that irradiate the metal target become recoil electrons that scatter inside the tube and heat the tube wall, it is extremely difficult to maintain the electron beam irradiation section in a high vacuum. can be,
Moreover, long-term aging is required to achieve this. In contrast, in the present invention, the anticathode section and the electron beam acceleration section are separated, and an electron beam focusing lens and an orifice (small hole) are provided between them, so that stable operation can be achieved even at a relatively low degree of vacuum. ,
The structure is such that only the acceleration section is kept in a high vacuum. FIG. 1 shows an embodiment of the X-ray generator of the present invention. Here, 1 is an electron gun and 2 is an anode, and both constitute an electron beam accelerating section 3. electron gun 1
The generated electrons are accelerated by the voltage applied between the anode 2 and the anode hole 4 formed in the anode 2.
The liquid is injected into a duct 5 having a length of, for example, 1.5 m. The emitted electron beam travels through the duct 5 while being focused by the electron lens systems 6-1, 6-2, and 6-3. Lens system 6-1
~The electron beam exiting from 6-3 is a small hole (orifice)
7 and a target 9 provided on the anticathode 8.
is irradiated. Here, the size of this small hole 7 is narrowed down to the same size as the spread of the electron beam, and the front and back of this small hole 7 are evacuated by oil diffusion pumps 10 and 11, and the target is irradiated with the beam. The configuration is such that the gas generated at 9 does not flow into the electron beam accelerating section 3. On the other hand, the electron beam accelerator 3 is communicated only through the duct 5 and the anode hole 4, is almost independently evacuated by the oil diffusion pump 12, and is always maintained at a high vacuum. That is,
12 is an oil diffusion pump for exhausting the electron beam accelerator 3. In addition, in the case of a microfocus X-ray generator with high focal brightness but low output, an electron lens is arranged between the anticathode 8 and the electron gun 1 to focus the electron beam on the anticathode 8. is commercially available, but the electron lens in this case is used to focus the electron beam, and therefore does not have a small hole.
In contrast, in the present invention, the electron lens systems 6-1 to 6-3 are used to increase the distance between the electron gun 1 and the target 9. Next, the anticathode used in the X-ray generator according to the present invention will be explained. As mentioned above, in order to impact a target with an electron beam and generate powerful X-rays, it is necessary to irradiate the target with a stronger electron beam. However, 99% of these electrons are converted into thermal energy, so conventionally, to prevent the target from rising in temperature and melting, a cylindrical rotating anticathode was rotated with cooling water flowing through its cavity. Measures are being taken to prevent melt damage. A conventional rotating anode cathode is constructed as shown in FIG. 2, for example, and the cooling water flows into the target 15 as shown by the arrow through a cooling water partition plate 14 provided inside the rotating anode cathode 13. It's getting old. In this case, there are two types: one in which the partition plate 14 is fixed and does not rotate, and one in which it rotates together with the rotating anode cathode 13. In the former case, a sufficient flow rate of cooling water can be ensured, but water resistance is added to the rotating anticathode 13, and a powerful electric motor is required to drive the rotating anode. On the other hand, in the latter case, the rotating anode cathode 1
3 can be easily rotated, but the disadvantage is that the pressure of the cooling water must be extremely high. The reason for this, as will be explained later, is that the cooling water
It is thought that this is because the centrifugal force of the centrifugal force is blocking the flow. In the present invention, the rotating anode cathode is configured as follows so that the cooling water rotates together with the rotating anode cathode 13 and prevents centrifugal force from being applied to the cooling water. First, the principle of the rotating anticathode with enhanced cooling effect in the present invention will be explained based on FIG. When the cooling water discharged from the center of the rotating anode cathode is made to travel straight to the circumference without rotating, it travels on the rotating partition plate 14 tracing a spiral curve trajectory as shown in FIG. 3. . The required amount of cooling water is W
Assuming cm 2 /sec, the velocity of the cooling water going from the center to the circumference is a function of the distance r from the center, and is given by V=W/2πrd (1). Here, d is the distance between the partition plate 14 and the rotating target side plate 15A (see FIG. 2). If the spiral curve on the partition plate 14 rotating at an angular velocity ω is expressed in polar coordinates (r, θ), the conditions for making the cooling water go straight to the circumference are dr=Vdt=Vdθ/ω=W/2πrd dθ/ω. , from this the spiral curve is It is expressed as That is, it is sufficient to provide a cooling water guide given by equation (2) on the partition plate 14. On the back side of the partition plate 14, a spiral guide with the same shape and in the opposite direction is provided so that water can similarly flow straight from the circumference to the center. FIG. 4 shows an example of the configuration of a rotating anode in the X-ray generator of the present invention, in which a band-shaped electron beam 16 is attached to a target 15 provided on the outer periphery of the rotating anode 13.
is irradiated to generate X-rays 17. Cooling water guides 18, 18' are provided protrudingly on the cooling water partition plate 14,
This partition plate 14 is rotated together with the anticathode 13. 19 is a cooling water return path, and the cooling water flows in the direction of the illustrated arrow. Here, the guides 18, 18' on the cooling water partition plate 14 are formed as shown in FIG.
In other words, it is difficult to provide a spiral guide on the partition plate 14 as shown in FIG.
In this example, the linear guide 18 is arranged in the tangential direction of the spiral curve. Such a guide 18 acts as a web, but does not act as a mere pump. The guide 18 functions to prevent rotation of the cooling water. That is, in order to perform a pumping action, it is desirable that the angle between the guide 18 and the diametrical direction be approximately 45 degrees, but in this embodiment, the angle is increased in proportion to the rotational speed.
As a result of the experiment, it is necessary to increase the angle with the rotation speed according to the above equation (2). For example, for a rotating anode with a diameter of 40 cm, when d = 10 mm, the angle becomes = 45° at 1000 rpm and = 90° at 2000 rpm. It turned out that it was necessary. Furthermore, the X-ray generator according to the present invention will be explained in more detail. First, the electron beam accelerator 3 is composed of an electron gun 1 and an anode 2, as shown in FIG. (usually arranged around a hot cathode, and used by applying an appropriate negative or positive voltage to the hot cathode) and an anode 2.
In order to converge the thermoelectrons generated from the electron gun 1 as much as possible and allow them to pass through the anode hole 4,
It is preferable to form them in a concentric fan shape as shown in FIG. The anode hole 4 has a size of, for example, 7×25 cm 2 in accordance with the size of the emitted electron beam source. In this case as well, some electrons collide around the anode hole 4, so the anode 2
Preferably, the anode 2 is made of copper, and cooling water is circulated through the anode 2 through a pipe 22 to cool the anode 2 with water. On the other hand, since it is necessary to move the optical axis of the electron beam within its meridian plane (a plane perpendicular to the optical axis), the anode 2 and electron gun 1 are coaxially integrated so that they can be operated from outside the vacuum chamber. . FIG. 7 shows a perspective view of the electron gun 1 and anode 2 shown in FIG. 6, where the filament of the electron gun 1 has a spiral shape as shown in FIG. Manufactured.

【表】 フイラメントの飽和放出電流密度isは is=2A0T2exp(−e/kT) A0:6×105A/cm2(タングステンの電子放出定
数) k:ボルツマン定数 :4.54eV(仕事関数) T:温度 e:電子の電荷 となり、ビーム電流Iは I=is・B (B:電子放出面積) で与えられる。 第1表に示した本装置のフイラメントでは B150mm2であるから、 I=150is となる。 電子ビーム集束部は第8図に示すように電子ビ
ームのダクト5と例えば3つの電子レンズ6−
1,6−2および6−3から構成されている。こ
の電子レンズ系6−1〜6−3は、対陰極8(第
1図参照)から隔てて配置された電子ビーム加速
部3より射出された電子ビームをダクト5に衝突
させないよう安全に対陰極8まで伝搬させ、さら
に対陰極8に設けられた金属ターゲツト9上に絞
られた焦点(1×10mm2程度)を作るためのもので
ある。なお、本装置において、上述したような絞
られた焦点を作るのに適当なレンズ電流は射出さ
れる電子ビームの発散の程度により異なる。 第8図の形状および配置の電子ビーム加速部の
場合陽極電圧65kV、電子ビーム電流1Aの場合の
第1、第2および第3電子レンズ6−1,6−2
および6−3の電流を次の第2表に示す。
[Table] The saturated emission current density i s of the filament is i s = 2A 0 T 2 exp (-e/kT) A 0 : 6×10 5 A/cm 2 (electron emission constant of tungsten) k: Boltzmann constant: 4.54 eV (work function) T: temperature e: electron charge, and beam current I is given by I=i s ·B (B: electron emission area). Since the filament of this device shown in Table 1 has a B of 150 mm 2 , I = 150 i s . As shown in FIG. 8, the electron beam focusing section includes an electron beam duct 5 and, for example, three electron lenses 6-.
1, 6-2 and 6-3. The electron lens systems 6-1 to 6-3 are arranged as anticathodes to prevent the electron beam emitted from the electron beam accelerator 3, which is arranged apart from the anticathode 8 (see FIG. 1), from colliding with the duct 5. This is to propagate up to 8 and create a focused focus (approximately 1 x 10 mm 2 ) on a metal target 9 provided on the anticathode 8 . In this device, the appropriate lens current for creating the above-mentioned narrow focus differs depending on the degree of divergence of the emitted electron beam. In the case of an electron beam accelerating section having the shape and arrangement shown in Fig. 8, the first, second and third electron lenses 6-1, 6-2 in the case of an anode voltage of 65 kV and an electron beam current of 1 A.
and 6-3 are shown in Table 2 below.

【表】 次に、対陰極13の具体的構造を第9図に示
す。対陰極13の回転軸31は支持板32に取り
付けられているベアリング33と管壁34のベア
リング35によつて支持されている。またオイル
シール部36によつて管内の真空が保持されてい
る。以上の回転機構で回転数約3000rpm以上を確
保できる。 次に対陰極13に設けたターゲツト15に用い
られる金属は所望するX線の波長に関連するが、
一般に、波長1Å程度のX線を得る場合にはモリ
ブデンが使用されている。モリブデンは融点が高
い(2600℃)ため負荷容量を相当大きくとること
ができ有利であるが、耐食性が悪く寿命が短いと
いう難点がある。本例装置では、ターゲツト金属
にニオブを用いて、同じ容量を負荷してもモリブ
デンの場合より強いX線を発生させるようにし
た。 照射電子1個当り発生するX線の強さNは次式
で与えられることが知られている。 N=K0(E0−Ex)1.63 K0:係数(原子番号に関連する) E0:照射電子エネルギ Ex:X線の励起電圧 モリブデンとニオブについてK0とExを比較し
た結果は次の第3表のようになる。
[Table] Next, the specific structure of the anticathode 13 is shown in FIG. The rotating shaft 31 of the anticathode 13 is supported by a bearing 33 attached to a support plate 32 and a bearing 35 on a tube wall 34. Further, the vacuum inside the tube is maintained by the oil seal portion 36. The above rotation mechanism can ensure a rotation speed of approximately 3000 rpm or more. Next, the metal used for the target 15 provided on the anticathode 13 is related to the desired wavelength of X-rays.
Generally, molybdenum is used to obtain X-rays with a wavelength of about 1 Å. Molybdenum has a high melting point (2600°C), which is advantageous because it allows a considerably large load capacity, but it has the disadvantage of poor corrosion resistance and short life. In this example device, niobium is used as the target metal to generate stronger X-rays than molybdenum even when loaded with the same capacity. It is known that the intensity N of X-rays generated per irradiated electron is given by the following equation. N=K 0 (E 0 −Ex) 1.63 K 0 : Coefficient (related to atomic number) E 0 : Irradiation electron energy Ex : X-ray excitation voltage The results of comparing K 0 and Ex for molybdenum and niobium are as follows. It will look like Table 3.

【表】 ニオブはExがモリブデンに比べてわずかに小
さいし、K0は10%程度大きい。従つて同じ負荷
容量の場合、少なくとも10%以上強いX線が得ら
れる。一方、最大負荷容量は、電子ビームの照射
によるターゲツトの表面温度の上昇がターゲツト
の金属の融点を越えないように定めねばならな
い。ターゲツトの表面温度は、 Tm−To=Wd/c 2δ/πD+(2W/π)(2δ/Dnch)1/
2
W:入射電子ビームの単位面積、単位時間当りの
エネルギ d:対陰極の厚さ c:対陰極の熱伝導率 2δ:電子ビームの幅 D:対陰極の直径 h:対陰極の熱容量 n:対陰極の単位時間あたりの回転数 で与えられる。ここで、Dを大きくすることは構
造上からも無理があるので、結局電子ビームの照
射によるターゲツト表面温度の上昇を抑えるに
は、n、c、hを大きくとることが重要である。
ニオブをモリブデンと比べてみると、熱容量はそ
れほど違わないが、ニオブの熱伝導率は第10図
に示すように温度の上昇とともに増大する。そし
て1400℃を越えるとモリブデンの熱伝導率を上回
り、従つて冷却効果が増す。これにより、ニオブ
ターゲツトはモリブデンターゲツトのそれとほぼ
同等の負荷で運転できる。さらに加えて、ニオブ
は耐食性が極めて良く水に侵食されないのでその
寿命を著しく改善することもできる。 本発明によれば、電子ビームの加速部とターゲ
ツトとの間の距離を離間させ、さらに電子ビーム
の加速部とターゲツトとの間に電子ビーム集束用
レンズと小孔を設け、さらに複数個の排気装置に
よつてターゲツト近傍を排気することにより、タ
ーゲツト上の電子ビーム照射部が低真空でも電子
ビームを加速でき、さらに電子ビーム集束用レン
ズにより電子ビームを集束できるので、大きいフ
イラメントを使用することができる。従つて、本
発明によれば、大電流の電子ビームをターゲツト
に安定に照射することができ、大出力X線源が得
られる。その結果、大電流X線発生装置の製作に
あたつて従来未解決であつた高輝度電子ビーム源
を容易に実現できる。以上の諸効果により、従来
実現が難しいと考えられていた大出力X線発生装
置〔例えば、管電圧60kV、管電流2A程度、X線
焦点サイズ(ターゲツト表面上での電子ビームの
断面)1×10mm〕を簡単に実現できる。 さらに、従来、強い電子ビームの衝撃によるタ
ーゲツトの溶融破損を防止するよう、対陰極を円
筒状となし、その円筒の空胴部に冷却水を通しな
がら高速に回転するようにした高速回転対陰極で
は、高速回転に耐える機械的強度を必要とするの
で、仕切り板を固定した方式では、回転対陰極の
両側面の間に支柱を設けることができず、機械的
強度を確保することが非常に困難である。また、
仕切り板を回転する方式では、従来、高い水圧を
必要とし、水圧に見合う機械的強度も必要とし
た。本発明X線発生装置では、対陰極の冷却にあ
たつて、仕切り板上に冷却水ガイドを突設し、流
入および流出する冷却水の水流を回転する対陰極
の回転に附随して回転させるようにすることによ
り、高い水圧を必要とせず大直径の高速回転対陰
極の製作がはじめて可能となり、以て大出力X線
発生装置が実現できた。
[Table] The Ex of niobium is slightly smaller than that of molybdenum, and the K 0 is about 10% larger. Therefore, with the same load capacity, X-rays that are at least 10% more intense can be obtained. On the other hand, the maximum load capacity must be determined so that the rise in surface temperature of the target due to electron beam irradiation does not exceed the melting point of the target metal. The surface temperature of the target is Tm−To=Wd/c 2δ/πD+(2W/π)(2δ/Dnch) 1/
2
W: Unit area of incident electron beam, energy per unit time d: Thickness of the anticathode c: Thermal conductivity of the anticathode 2δ: Width of the electron beam D: Diameter of the anticathode h: Heat capacity of the anticathode n: It is given by the number of rotations per unit time of the anticathode. Here, it is impossible to increase D from a structural standpoint, so in order to suppress the increase in target surface temperature due to electron beam irradiation, it is important to increase n, c, and h.
Comparing niobium with molybdenum, there is not much difference in heat capacity, but the thermal conductivity of niobium increases as the temperature rises, as shown in FIG. When the temperature exceeds 1400℃, the thermal conductivity exceeds that of molybdenum, and the cooling effect increases. This allows niobium targets to be operated at approximately the same load as molybdenum targets. In addition, niobium has excellent corrosion resistance and is not eroded by water, which can significantly improve its service life. According to the present invention, the distance between the electron beam accelerating section and the target is increased, an electron beam focusing lens and a small hole are provided between the electron beam accelerating section and the target, and a plurality of exhaust holes are provided between the electron beam accelerating section and the target. By evacuating the vicinity of the target using the device, the electron beam irradiation section on the target can accelerate the electron beam even in a low vacuum, and the electron beam can be focused by the electron beam focusing lens, making it possible to use a large filament. can. Therefore, according to the present invention, a target can be stably irradiated with a large current electron beam, and a high output X-ray source can be obtained. As a result, it is possible to easily realize a high-intensity electron beam source, which has been an unsolved problem in the past, when manufacturing a large-current X-ray generator. Due to the above-mentioned effects, a high-output X-ray generator that was conventionally considered difficult to realize [for example, tube voltage of 60 kV, tube current of about 2 A, X-ray focal spot size (cross section of electron beam on target surface) of 1× 10mm] can be easily achieved. Furthermore, in order to prevent melting and damage of the target due to the impact of strong electron beams, conventional high-speed rotating anticathodes are designed to have a cylindrical shape and rotate at high speed while passing cooling water through the cylindrical cavity. In this case, mechanical strength is required to withstand high-speed rotation, so if the partition plate is fixed, it is not possible to install a support between both sides of the rotating anode, and it is extremely difficult to ensure mechanical strength. Have difficulty. Also,
Conventionally, the method of rotating partition plates required high water pressure and mechanical strength to match the water pressure. In the X-ray generator of the present invention, when cooling the anticathode, a cooling water guide is provided protrudingly on the partition plate, and the inflow and outflow cooling water flow is rotated as the anticathode rotates. By doing this, it became possible for the first time to manufacture a large-diameter, high-speed rotating anticathode without requiring high water pressure, and thus a high-output X-ray generator was realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明X線発生装置の1実施例を示す
断面図、第2図は従来のX線発生装置に使用する
回転対陰極の断面図、第3図は本発明X線発生装
置における回転対陰極の原理の説明図、第4図は
本発明X線発生装置における回転対陰極の1実施
例を示す断面図、第5図は本発明X線発生装置に
おける回転対陰極に設けられた冷却水仕切り板の
1実施例を示す側面図、第6図は本発明X線発生
装置における電子ビーム加速部の詳細構成例を示
す断面図、第7図は第6図示の電子銃と陽極の部
分の斜視図、第8図は本発明X線発生装置におけ
る電子レンズ系の詳細構成例を示す断面図、第9
図は本発明X線発生装置における対陰極の詳細構
成例を示す断面図、第10図はニオブおよびモリ
ブデンの温度対熱伝導度の関係を示す特性曲線図
である。 1……電子銃、2……陽極、3……電子ビーム
加速部、4……陽極孔、5……ダクト、6−1,
6−2,6−3……電子レンズ系、7……小孔、
8……対陰極、9……ターゲツト、10,11,
12……油拡散ポンプ、13……回転対陰極、1
4……仕切り板、15……ターゲツト、15A…
…ターゲツト側板、16……電子線、17……X
線、18,18′……冷却水ガイド、19……冷
却水復路、20……ウエーネルト、21……真空
容器、22……冷却水用パイプ、31……回転
軸、32……管壁、33……ベアリング、34…
…管壁、35……ベアリング、36……オイルシ
ール部。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of the X-ray generator of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a rotating anode used in a conventional X-ray generator, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a rotating anode used in the X-ray generator of the present invention. An explanatory diagram of the principle of a rotating anode cathode, FIG. 4 is a sectional view showing one embodiment of the rotating anode cathode in the X-ray generator of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing the rotating anode cathode provided in the X-ray generator of the present invention FIG. 6 is a side view showing one embodiment of the cooling water partition plate, FIG. 6 is a sectional view showing a detailed configuration example of the electron beam accelerating section in the X-ray generator of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing the electron gun and anode shown in FIG. 6. FIG. 8 is a sectional view showing a detailed configuration example of the electron lens system in the X-ray generator of the present invention; FIG. 9 is a perspective view of a portion;
The figure is a sectional view showing a detailed configuration example of an anticathode in the X-ray generator of the present invention, and FIG. 10 is a characteristic curve diagram showing the relationship between temperature and thermal conductivity of niobium and molybdenum. 1... Electron gun, 2... Anode, 3... Electron beam accelerator, 4... Anode hole, 5... Duct, 6-1,
6-2, 6-3...electronic lens system, 7...small hole,
8... Anticathode, 9... Target, 10, 11,
12...Oil diffusion pump, 13...Rotating anticathode, 1
4... Partition plate, 15... Target, 15A...
...Target side plate, 16...Electron beam, 17...X
Line, 18, 18'... Cooling water guide, 19... Cooling water return path, 20... Wehnelt, 21... Vacuum container, 22... Cooling water pipe, 31... Rotating shaft, 32... Pipe wall, 33...Bearing, 34...
...Pipe wall, 35...Bearing, 36...Oil seal section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 電子ビームをターゲツトに衝撃させてX線を
発生させるX線発生装置において、電子ビームの
加速部と、該加速部により加速された電子ビーム
の衝撃を受けてX線を発生するターゲツトと、前
記電子ビームの加速部と前記ターゲツトとの間に
設けられ、前記加速部により加速された電子ビー
ムを集束するための電子ビーム収束部とを有し、
該電子ビーム収束部の前記ターゲツトと対向する
位置には収束された電子ビームを通過させる小孔
が設けられており、かつ前記ターゲツトから電子
ビームの衝撃により発生する物質が前記電子ビー
ムの加速部へ流入することを阻止するための複数
個の排気装置を具えたことを特徴とするX線発生
装置。
1. In an X-ray generation device that generates X-rays by impacting an electron beam on a target, the an electron beam converging section provided between an electron beam accelerating section and the target and converging the electron beam accelerated by the accelerating section;
A small hole through which the focused electron beam passes is provided at a position facing the target of the electron beam converging section, and substances generated by the impact of the electron beam from the target are directed to the electron beam accelerating section. An X-ray generator characterized by comprising a plurality of exhaust devices for preventing the inflow of X-rays.
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