KR20140043671A - X선관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평형관 타입의 X선관에 있어서 시간 경과에 따른 X선 강도의 변동을 방지한다.
X선관(1)은, 창부(3)를 갖는 X선 불투과성의 기판(4)과, 창부를 폐지하는 X선 투과창(8)과, 기판의 내면으로부터 창부에 설치한 X선 타겟(9)과, 기판의 내면에 취부된 내부가 고진공인 용기부(5)와, 용기 내부에 설치한 음극(11)과, 제1제어전극(12)과, 제2제어전극(14)을 가진다. 기판의 내면에는 창부를 둘러싸고 차폐전극(20)이 설치된다. 전자는 X선 타겟에 충돌하여 X선을 발생시킨다. 차폐전극 사이의 X선 타겟으로 반사한 전자는 차폐전극으로 흡취되고, 용기부의 내면에는 대전하지 않는다. 음극의 전자 방출은 반사 전자로부터 영향을 받지 않고, 타겟 전류의 변동은 작고, 거의 일정 강도의 X선을 방사할 수 있다.

Description

X선관{X-ray tube}

본 발명은 고진공상태로 된 패키지 내부에서 전자원으로부터 전자를 방출시켜서 X선 타겟에 충돌시키고, X선 타겟으로부터 방출된 X선을 패키지의 X선 투과창으로부터 외부로 방사하는 X선관에 관한 것이고, 특히 X선 타겟에서 반사한 전자가 패키지 내에서 산란하는 것에 기인하여 동작 특성이 불안정화 하는 것을 방지한 X선관에 관한 것이다.

하기 특허문헌 1에는, 공기에 X선를 조사하여 이온 가스를 생성하기 위한 X선 발생 장치가 개시되어 있다. 이 X선 발생 장치에 이용되는 X선관은, 원주형상의 패키지(밸브)를 본체로 하고 있고, 패키지 내에 있어서, 필라멘트로부터 방출된 전자는, 포커스에 의해 집속되어, X선 타겟에 충돌하여 X선을 발생시키고, 이 X선은 출력창(X선 투과창)을 투과하여 패키지 외부로 출사된다.

도 4는, 상술한 특허문헌 1의 X선관과 마찬가지로, 유리제의 원주형상의 패키지(100)를 본체로 하는 이른바 환형관으로 불리는 타입의 X선관의 단면도이다. 이 원주형상의 패키지(100)는 그 한 단면에 있는 원형 개구가 베릴륨의 막으로 이루어지는 X선 투과창(101)에서 폐지되어 있고, 내부가 고진공상태로 유지되고 있다. 패키지(100)의 내부에 있어서, X선 투과창(101)의 내면에는 X선 타겟(102)이 설치되어 있다. 또한, 패키지(100)의 타단면측에는, 전자원인 캐소드(103)와 제어 전극(104)이 설치되어 있다. 그리고, 캐소드(103)로부터 방출된 전자는 제어 전극(104)에서 가속되고, 집속되어 X선 타겟(102)에 충돌하고, X선 투과창(101)으로부터 패키지(100)의 밖으로 X선을 방사하도록 이루어져 있다. 또한 도 4중, X선 투과창(101)으로부터 패키지(100)의 밖으로 방사되는 X선을 모식적으로 부호 X로 나타내는 동시에, X선 투과창(101)에 있어서의 X선 방사의 중심을 부호 P로 나타냈다.

JP 2005-116534 A

그러나, 도 4에 나타낸 종래의 X선관에서는, 캐소드(103)로부터의 전자선이 빔형상으로 짜여져 있고, X선 타겟(102)에 충돌한 위치를 중심으로 하여 X선이 방사형상으로 넓어지는 점형상의 X선 조사이며(도 4에 있어서 부호 P로 나타내는 점이 중심), X선은 X선 투과창(101)으로부터 나온 후는 원추형상으로 넓어지기 때문에(도 4에 있어서 부호 X로 나타냄), 조사 대상물의 크기에 대해 유효한 조사영역이 좁다는 문제가 있었다. 따라서 이렇게 조사영역이 좁은 환형관의 X선관을 이용해 넓은 범위에 X선을 조사하기 위해서는, 다수의 X선관을 이용하고, 이들을 나란히 사용할 필요가 있으며, 설비비용과 유지관리 면에서의 부담이 컸다.

또 X선을 광범위하게 조사하기 위해서는, 예를 들면 대상물로부터 멀리하여 X선을 조사하는 것도 생각할 수 있으나, 조사 대상물에 원하는 X선을 조사하려면, X선 조사 강도를 강하게 할 필요가 있다. 아울러 불필요한 곳까지 X선을 조사하게 되고, X선 누설의 문제가 생겨 버린다.

그런데, 본원 발명의 발명자 등은, 이런 종래의 환형관 타입의 X선관의 문제점을 해결하기 위해, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같은 평형관 타입의 X선관을 발명했다. 이 X선관은, 유리제의 1장 배면판(61)과 4장의 측면판(62)을 상자형으로 조립하여 이루어지는 용기부(51)와, 해당 용기부(51)의 개방측 주연부에 X선의 투과성의 금속으로 이루어지는 기판(53)에 의해서 구성된 상자형의 패키지(55)를 본체로 하고 있다. 해당 패키지(55)의 X선 방사 측이 되는 기판(53)에는 가는 슬릿 형상의 개구부(52)(예를 들면 폭 2㎜정도)가 형성되어 있고, 이 개구부(52)에는 기판(53)의 외측으로부터 티타늄박으로 이루어지는 X선 투과창(54)이 취부되어 있다.

패키지(55)의 내부는 고진공상태로 유지되어 있다. 패키지(55)내에 있어서, 기판(53)의 개구부(52)에 나타내고 있는 X선 투과창(54)에는 텅스텐 등의 X선 타겟(56)이 마련되어 있다. 또한, 패키지(55)의 내부에는, X선 투과창(54)과 반대측의 내면인 배면기판(61)의 내면에는 배면전극(57)이 설치되고, 그 하방에는 필라멘트 형상의 캐소드(58)과 캐소드(58)으로부터 전자를 인출하는 제1제어전극(59)과 제1제어전극(59)이 인출한 전자를 가속하는 제2제어 전극(60)이 순차적으로 배치되어 설치되어 있다.

이 X선관에 따르면, 제1제어전극(59)에 의해서 음극(58)으로부터 인출한 전자는 제2제어전극(60)에 의해 가속화되고, X선 타겟(56)과 충돌하여 X선을 발생시킨다. 그리고 전자의 충돌에 의해 X선 타겟(56)으로부터 발생한 X선은, X선 투과창(54)을 투과하여 패키지(55)의 밖으로 방사된다.

X선은 기판(53)의 개구부(52)에서 규제된 X선 투과창(54)으로부터 방사되기 때문에, 개구부(52)의 가늘고 긴 슬릿 형상의 치수를 원하는 사이즈로 설정하면, X선이 방사되는 영역을 실질적으로 선형상으로서 X선 투과창(54)의 슬릿 폭으로 X선이 넓어지게 할 수 있다. 이로 인해, 대상물의 크기에 대응하여 유효한 넓이의 조사영역을 비교적 높은 자유도로 용이하게 설정할 수 있고, 조사영역이 좁은 환형관 X선관에는 없는 효과를 얻을 수 있다. 그리고, 개구부(52)의 치수형상을 원하는 사이즈의 직사각형 홈형상 등으로 형성하면, X선 투과창(54)에 있어서 X선이 방사되는 영역은 원형의 X선 투과창에 비해 비교적 용이하게 외형으로부터 판단할 수 있기 때문에, X선을 정해진 위치에 정밀하게 이끄는 경로 설정하기가 비교적 용이하다는 이점도 있다.

본원 발명자 등은, 도 5 및 도 6에 나타낸 평형관 타입의 X선관을 개발하는 과정에 있어서, X선관으로부터 방사되는 X선의 강도가 변동하는 현상을 발견했다. 이는 X선관을 구동하여 X선을 방사시키면, 방사되는 X선의 강도가 사용 시간의 증대에 따라 감소해 가지만, 어느 정도의 시간을 넘으면 다시 강해져 오는 현상이다. 본원 발명자 등은 이 현상에 대해서 예의 연구한 결과, 이 미지의 현상의 상세 및 원인 등에 대해 다음과 같은 지견을 얻기에 이르렀다.

도 7은, 본원 발명자 등이 제안하고 있는 평형관 타입의 X선관의 단면도이다. 기본적인 구조는 도 5 및 도 6에 나타낸 평형관 타입의 X선관과 마찬가지이고, 도 7중에 도 5 및 도 6과 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다. 이 X선관에서는, 캐소드(58)으로부터 방출된 전자가 X선 타겟(56)에 충돌하면, X선 타겟(56)으로부터 X선이 방출되고, 이것이 X선 투과창(54)으로부터 바깥쪽으로 향하여 방사되지만, 본원 발명자 등의 연구에 따르면, 이때 X선 타겟(56)에 충돌한 전자가 반사하여 패키지(55)내에서 제2제어전극(60)의 측을 향하여 반사하는 현상이 발생하고 있는 것으로 판명되었다. 도 7중에는 X선 타겟(56)에 충돌하여 반사하고, 패키지(55)의 내면에 도달하는 전자의 궤적을 나타냈다. 이는, 본원 발명의 발명자 등에 의한 연구에 의해 얻어진 성과로서, 유한 요소 법을 이용해 패키지(55)내에 있어서의 전계를 해석함으로써, X선 타겟(56)에 충돌하여 반사된 전자의 궤도를 시뮬레이션한 것이다.

나아가, 본원 발명자 등은, X선관으로부터 방사되는 X선의 강도에 대응하는 X선 타겟 전류 상대 값의 시간적 변동을 상세히 조사했는데, 도 8과 같은 결과를 얻었다. 이 예에 따르면 X선관의 당초의 전류값을 100％로서 연속 구동한 경우, 구동 시간이 약 100시간이 될 때까지 전류치가 감소해 가고(전류 열화), 구동 시간이 약 100시간에서 전류값은 당초 약 60％까지 저하한다. 그 후, 전류값은 증대로 돌아서고, 약 2000시간 후에는 100％를 회복한다(전류 상승). X선관으로부터 방사되는 X선 강도도, 이 X선 타겟 전류의 시간적인 변동에 대응하여 변동한다.

본원 발명자 등은, X선 강도에 대응하는 X선 타겟 전류 상대 값의 시간적 변동의 원인을, 도 7에 나타내는 바와 같은 반사 전자의 거동에 구하고, 그리고 예의 연구한 결과 다음과 같은 이해를 얻기에 이르렀다.

도 9는, X선관의 구동시 발생하는 상기 전류 열화의 원인을 설명하는 도면이다. 도면 중, 전자는 둥근원의 e-로 나타내고, 그 이동을 화살표로 나타냈다. X선 타겟(56)에 충돌하여 반사된 전자는, 패키지(55)의 내면에 다시 충돌하고, 반사함으로써, X선 투과창(54)이 있는 기판(53)과 반대측의 내면(배면전극(57)이 있는 배면기판(61))에 대전한다. 여기서 도 9에 있어서 배면기판(61)의 대전 상태를 먼저 나타낸 둥근원의 e-과 구별하여 나타내기 위해 둥근원의 -로 나타냈다. 또한, X선 타겟(56)에 충돌하여 반사된 전자는 패키지(55)의 내면에 충돌함으로써 패키지(55)의 유리판으로부터 2차 전자를 방출시키고, 이 2차 전자가 배면기판(61)에 대전한다. 이렇게 하여, 배면기판(61)에 대전하는 반사 전자 및 2차 전자가 늘어 감으로써 서서히 캐소드(58)로부터 전자가 방출되기 어려워져 가며, 그 결과 X선 타겟 전류가 구동 시간의 경과와 함께 감소해 가는 전류 열화가 발생한다고 생각된다.

도 10은, X선관의 구동 시 발생하는 상기 전류 상승의 원인을 설명하는 도면이다. 도면 중, 전자는 둥근원의 e-로 나타내고, 나트륨 이온은 둥근원의 Na+로 나타내며, 이들의 이동을 화살표로 나타냈다. 상술한 바와 같이, 배면기판에 대전하는 반사 전자 및 2차 전자는 서서히 늘어가지만 곧 포화된다. 그 후는 반사 전자가 패키지(55)의 내면에 충돌하여 2차 전자를 생성했을 때에 생긴 Na⁺(나트륨 이온)의 영향이 서서히 나타난다. 즉, 이 Na⁺가 제2제어전극(60)이나 제1제어전극(59), 그리고 배면전극(57)에 부착하면, 이들의 전극의 실질적인 전위가 상승하고, 캐소드(58)로부터 전자를 인출하는 힘이 점차 강해지며, 그 결과로서 X선 타겟 전류가 구동 시간의 경과와 함께 상승해 가는 전류 상승이 발생한다고 생각된다.

본 발명은, 본원 발명자 등이 발견된 현상을 분석한 결과 얻어진 신규 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 고진공상태로 된 패키지 내부에 전자원이나 제어 전극이나 X선 타겟 등을 갖는 평형관 타입의 X선관에 있어서, 특히 시간의 경과에 따라 X선의 강도가 변동하는 현상이 발생하지 않도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.

청구항 1에 기재된 X선관은,

슬릿 형상의 창(窓)부가 형성된 X선의 불투과성의 기판과, 상기 기판의 외면측으로부터 상기 창부를 폐지하도록 마련된 X선 투과창과, 상기 기판의 내면측으로부터 상기 창부에 마련된 X선 타겟과, 상기 기판의 내면측에 취부되어 내부가 고진공상태로 된 용기부와, 상기 용기부의 내부에 설치되어 상기 X선 타겟에 전자를 공급하는 전자원과, 상기 용기부의 내부에서 상기 전자원과 상기 X선 타겟의 사이에 배치되어 상기 전자원으로부터 전자를 인출하는 제1제어전극과, 상기 용기부의 내부에서 상기 제1제어전극과 상기 X선 타겟의 사이에 배치되어 전자선의 조사범위를 규제하는 제2제어전극을 구비한 X선관에 있어서,

상기 기판의 내면에 상기 창부의 길이 방향에 따라 차폐전극을 마련한 것을 특징으로 한다.

청구항 2에 기재된 X선관은, 청구항 1에 기재의 X선관에 있어서,

상기 X선 타겟에 충돌하여 반사한 전자를 상기 용기부의 내면에 도달시키지 않고 그리고 상기 차폐전극과 전기 제2제어전극과의 사이에 방전이 발생하지 않도록,

상기 차폐전극은 상기 창부를 사이에 두고 한 쌍이 마련되어 있고,

상기 각 차폐전극과 상기 제2제어전극의 거리는, 구동 전압에 대해서, 10㎸/㎜의 한계 방전 전계를 넘지 않는 거리로 설정된 치수인 것을 특징으로 한다.

청구항 1에 기재된 X선관에 따르면, 제1제어전극의 작용에 의해 전자원으로부터 인출된 전자는, 제2제어전극에 의해서 규제된 조사범위의 X선 타겟에 충돌한다. 이에 따라 X선 타겟에서는 X선이 발생하고, 이 X선은 X선 투과창으로부터 밖으로 방출된다. 한편, X선 타겟에 충돌한 전자 중에는 반사하는 것도 있고, 그 중에는 아무런 조처를 하지 않는 경우에는 용기부의 내면 등에 도달하는 것 같은 궤적을 보여 주는 것도 있다. 그러나 이 X선관의 기판의 내면에는, 전자가 충돌하는 X선 타겟이 마련된 슬릿 형상의 창부에 따라 차폐전극이 설치되어 있기 때문에, 차폐전극 사이에서 X선 타겟으로부터 반사한 전자는, 차폐전극에 흡취되어 타겟 전류의 일부가 되고, 용기부의 내면 등에 도달하는 것은 없다. 이 때문에, 이 X선관을 연속적으로 구동하더라도 시간의 경과에 따라 전자원으로부터의 전자의 방출이 불안정화하지 않고, 상술한 전류 열화나 전류 상승은 발생하지 않는다. 즉, 시간 경과에 관계없이, 타겟 전류는 안정적으로 항상 일정, 균일한 강도의 X선을 방사할 수 있다.

청구항 2에 기재된 X선관에 의하면, 차폐전극은 슬릿 형상의 창부를 사이에 두고 한 쌍이 마련되어 있고, 한 쌍의 차폐전극의 간격, 각 차폐전극의 높이, 그리고 차폐전극과 제2제어전극의 거리가 실험에 의해 정해진 적당한 값의 범위 내에 정해져 있기 때문에, 차폐전극과 제2제어전극 사이에 방전은 발생하지 않고, 차폐전극에 낀 X선 타겟에 충돌하여 반사된 전자는 용기부의 내면에 도달하지 않고 차폐전극에 도달하여 흡취된다.

도 1은, 제1실시예의 X선관에 있어서의 반사 전자의 궤적을 나타낸 단면도이다.
도 2는, 제1실시예의 변화의 X선관에 있어서의 반사 전자의 궤적을 나타낸 단면도이다.
도 3은, 제1실시예의 2종류의 X선관과, 본 발명의 발명자 등이 발명한 종래의 X선관에 있어서의 구동 시간과 X선 타겟 전류의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 종래 환관형 X선관의 단면도와, 그 X선 조사영역을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 발명의 발명자 등이 발명한 구형(舊形)의 X선관의 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 발명자 등이 발명한 구형의 X선관 정면도이다.
도 7은, 본 발명의 발명자 등이 발명한 구형의 X선관에 있어서의 반사 전자의 궤적을 나타낸 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 발명자 등이 발명한 구형의 X선관에 있어서의 구동 시간과 X선 타겟 전류의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 본 발명의 발명자 등이 발명한 구형의 X선관에 있어서의 전류 열화의 원인을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 발명자 등이 발명한 구형의 X선관에 있어서의 전류 상승의 원인을 설명하기 위한 단면도이다.

본발명의 제1실시예를 도 1 ∼ 도 3을 참조하여 설명한다. 도 1에 나타내는 X선관과 도 2에 나타내는 X선관은 동일 구조이지만, 후술하는 바와 같이 차폐전극의 사이즈가 다른 변형으로서 나타낸 것이다. 도 1 및 도 2중에는, 유한요소법을 이용한 전계 해석에 의한 시뮬레이션으로 얻은 반사 전자의 궤도가 나타나 있다. 또한 도 3은, 실시예에 있어서의 이들 2예의 X선관과, 본 발명의 발명자 등이 발명한 구형(舊型)의 X선관에 대해서 구동 시간과 X선 타겟 전류 상대 값의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 1 및 도 2에 나타내는 실시예의 X선관(1)은 평형관 타입으로서, 상자형의 패키지(2)를 본체로 하고 있다. 이 패키지(2)는, 창(窓)부(3)가 형성된 X선 불투과성의 기판(4)과, 기판(4)의 내면이 되는 측의 면에 취부된 상자형의 용기부(5)에 의해서 구성되어 있고, 그 내부는 고진공상태로 배기되고 있다. 기판(4)은, X선 불투과성의 426합금으로 만든 직사각형 판이고, 또한 용기부(5)는 소다 석회 유리로 이루어지는 배면판(6)과 측면판(7)을 조립하여 구성한 것이다. 426합금이란 42％Ni, 6％Cr, 잔여부 Fe 등의 합금이고, 소다 석회 유리와 열 팽창 계수가 거의 같다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 기판(4)의 중앙에는, X선을 외부로 조사하기 위해, 슬릿 형상의 개구인 창부(3)가 형성되어 있다. 여기에서 슬릿 형상이란, 길이 방향과 짧은 방향의 2방향을 갖는 형상 일반을 지칭하고, 구체적으로는 직사각형 형상 또는 기다란 원형 형상 등의 가늘고 긴 형상을 나타낸다. 그리고, 본 실시예에서는 가늘고 긴 직사각형 형상이다. 그리고, 기판(4)의 외면측에는 창부(3)보다 큰 티타늄박으로 이루어지는 X선 투과창(8)이 창부(3)를 폐지하여 첩부되어 있다. 또한, 패키지(2)의 내부에 있어서, 기판(4)의 창부(3)의 주위의 내면과, 창부(3)에서 보는 티타늄박의 X선 투과창(8)의 내면에는, 텅스텐의 막이 증착됨으로써, X선 타겟(9)이 형성되어 있다. X선 타겟(9)은, 전자의 충돌을 받아서 X선을 방출하는 금속이고, 몰리브덴 등의 텅스텐 이외의 금속을 사용할 수도 있다.

이어서, 패키지(2) 내부의 전극 구성에 대해서 설명한다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 패키지(2)의 내부에는, X선 투과창(8)과 반대 측의 용기부(5)의 내면(즉 기판(4)과 평행한 배면판(6)의 내면)에, 배면전극(10)이 설치되어 있다. 배면전극(10)의 직상(直上)에는 전자원인 선형상의 음극(11)이 장설되어 있다. 음극(11)은 텅스텐 등으로 이루어지는 와이어상의 심선(芯線)의 표면에 탄산염을 입힌 것이고, 심선을 통전 가열함으로써 열전자를 방출할 수 있다.

음극(11)의 위쪽에는, 음극(11)으로부터 전자를 인출하기 위한 제1제어전극(12)이 마련되어 있다. 제1제어전극(12)에는, 슬릿 형상의 개구부(13)가 형성되어 있고, 그 개구부(13)내에는 그물(mesh)가 설치되어 있다.

제1제어전극(12)의 위쪽에는 전자선의 조사범위를 규제하는 제2제어전극(14)이 마련되어 있다. 제2제어전극(14)은, 직사각형의 중앙판부(15)의 사방을 판체(16)에 둘러싸인 상자형의 전극 부재이고, 배면전극(10)과 음극(11)과 제1제어전극(12)을 둘러싸고 배면판(6)의 내면상에 배치되어 있다. 제2제어전극(14)의 중앙판부(15)에는, 선형상의 음극(11)과 대응하는 위치에, 슬릿 형상의 개구부(17)가 형성되어 있다. 이 개구부(17)는, 제1제어전극(12)의 개구부(13)보다 폭이 작고, 제1제어전극(12)의 개구부(13)과 마찬가지로 그물이 형성되어 있다.

상기 기판(4)의 내면에는, 기판(4)의 슬릿 형상의 창부(3)의 길이 방향을 따라 평행하게 차폐전극(20)이 입설되어 있다. 이 차폐전극(20)은, 한 쌍의 판형상의 전극 부재이고, 전기적으로는 X선 타겟(9)에 도통(導通)하고 있다. 이 한 쌍의 차폐전극(20, 20)은 제1제어전극(12)의 개구부(13)의 길이 방향 또는 제2제어전극(14)의 개구부(15)의 길이 방향에 따른 직사각형 형상이고, X선 타겟(9)이 피착되고 있는 기판(4)의 내면측으로부터 슬릿 형상의 창부(3)의 길이 방향의 가장자리부를 따라 서로 평행이 되도록 기판(4)측에 용접으로 고정되어 있다.

기판(4)과 수직인 이들 한 쌍의 차폐전극(20, 20)의 높이 방향의 치수(높이, h)는, 제2제어전극(14)과의 사이에 방전이 발생하지 않고, 또한 한 쌍의 차폐전극(20, 20)의 사이에서 X선 타겟(9)에 충돌하여 반사된 전자의 궤도를 막고, 용기부(5)의 측면판(7)에 도달시키지 않기 위해, 본원 발명자의 지견, 유한요소법을 이용한 전계 해석에 의한 전자 궤도의 시뮬레이션 및 실험 결과에 의거하여, 이하에 설명하는 바와 같이 설정되어 있다.

도 1은 차폐전극(20)의 높이(h)가 2.5㎜의 예이고, 이 때에는 차폐전극(20)과 제2제어전극(14)의 간격(D)은 3㎜로 되어 있다. 또한 도 2는 차폐전극(20)의 높이(h)가 4.0㎜의 예이고, 이 때에는 차폐전극(20)과 제2제어전극(14)의 간격(D)은 1.5㎜로 되어있다. 즉, 기판과 제2제어전극의 거리는, 5.5㎜로 설정되어 있다. 적어도 도 1의 예와 같이, h=2.5㎜이상에서 용기부(5)의 측면판(7)에 도달하는 전자가 감소하여 X선 타겟 전류의 변동이 감소하는 효과가 나타나기 시작한다. 도면에 나타나지는 않지만 h=3.5㎜에서는 용기부(5)의 측면판(7)에 도달하는 전자는 더욱 적어지게 되고, 도 2의 예와 같이 h=4.0㎜를 넘으면 반사 전자의 측면판(7)으로의 도달은 거의 없어지며, 상술한 전류 열화 및 전류 상승은 보이지 않게 된다.

또한, 본원 발명자의 지견에 따르면, 차폐전극(20)과 제2제어전극(14)과의 사이에 방전을 발생시키지 않기 위해서는, 이 X선관(1)에 있어서의 X선 타겟(9)과 제2제어전극(14)의 전위차가 수 ㎸정도인 경우에는, 차폐전극(20)과 제2제어전극(14)의 실제 간격은 도 1 및 도 2의 예와 같이 적어도 1㎜이상인 것이 바람직하다. 일반적인 진공관에 있어서는, 전극 간의 방전의 한계 전계는 10㎸/㎜으로 알려져 있기 때문에, 본 실시예에서는 안전을 보아 실시예에 있어서의 구동 전압 5㎸의 배(倍)의 전압에서도 방전이 일어나지 않는 조건으로 하여, 차폐전극(20)과 제2제어전극(14)의 간격은 1㎜로 하고 있는 이상 설치하기로 했다.

도 3은, 도 1에 나타내는 실시예의 X선관(h=2.5㎜)과, 도 2에 나타내는 실시예의 X선관(h=4.0㎜)과, 본원 발명자가 발명한 구형의 X선관(h=0㎜, 즉 차폐전극(20)이 없는 것)에 있어서의 구동 시간과 X선 타겟 전류 상대 값의 관계를 나타낸 그래프이다. 이 그래프에서 나타내는 바와 같이, 본원 발명자가 발명한 구형의 X선관(h=0㎜)에 따르면, 이미 도 8을 참조하여 설명한 대로, 시간 경과에 따라 X선 타겟 전류가 크도록 변동하고 있고, 최대 60％의 전류 열화가 보이며, 그 후 100％를 회복하는 전류 상승이 보인다. 그런데 도 1에 나타내는 실시예의 X선관(h=2.5㎜)에 따르면, 구형의 X선관에 비해, 전류 열화가 진행이 완화되고 있고, 전류 상승이 빨라지고 있다. 즉, 구형의 X선관의 X선 타겟 전류 값이 최저 약 60％에 달한 약60시간 경과 후에는 아직 80％를 유지하고 있고, 최저를 나타낸 후의 전류 상승도 구형의 X선관보다 빠르다. 나아가, 도 2에 나타내는 실시예의 X선관(h=4.0㎜)에 따르면, 구형의 X선관의 X선 타겟 전류 값이 최저 약 60％에 달한 약 60시간 경과까지는 전류 열화는 보이지 않고, 그 후 약간 열화하지만, 그 전류 열화는 최대하도 90％정도이다. 그 정도의 전류 열화가 발생하는 것은 100시간 경과 후이지만, 그 후 전류 열화 상태가 영속하지 않고, 즉시 원래의 전류값으로 회복하고 있다.

이와 같이, 본 실시예의 X선관(1)에 따르면, 제1제어전극(12)의 작용에 의해 음극(11)으로부터 인출된 전자는, 제2제어전극(14)에 의해 정해진 조사범위에 규제되어 한 쌍의 차폐전극(20, 20)사이에 있는 X선 타겟(9)에 충돌한다. 이에 따라 X선 타겟(9)부터는 X선이 발생해 이 X선은 X선 투과창(8)으로부터 밖으로 방출된다. 한편, X선 타겟(9)에 충돌한 전자 중에는 반사하는 것도 있고, 그 중에는, 아무런 조처를 하지 않는 경우에는 용기부(5)의 측면판(7) 등으로 도달하는 것과 같은 궤적을 보여주는 것도 있다. 그러나 X선관(1)의 기판(4)의 내면에는 전자가 충돌하는 X선 타겟(9)이 마련된 창부(3)을 둘러싸고 차폐전극(20)이 설치되어 있기 때문에, 차폐전극(20, 20)의 사이에서 X선 타겟(9)으로부터 반사한 전자는, 차폐전극(20)에 흡취되어 타겟 전류의 일부가 되고, 용기부(5)의 내면 등에는 도달하지 않는다. 이 때문에, 이 X선관(1)을 연속적으로 구동해도, 상술한 바와 같이 시간의 경과에 따라 음극(11)으로부터의 전자의 방출이 불안정화하지 않고, 상술한 전류 열화나 전류 상승이 발생하지 않고, 타겟 전류는 안정화하여 항상 일정한 X선을 방사할 수 있다.

또한, 본 실시예의 X선관(1)에 의하면, 텅스텐 등의 원자 번호가 큰 원소의 증착막에 의해서 X선 타겟(9)을 구성하고 있으므로, 여기에 충돌한 전자의 다수가 반사 전자가 된다. 그러나 X선 타겟(9)을 끼워 마련된 차폐전극(20, 20)을, 기판(4)와 같은 재질의 금속으로 기판(4)과 일체로 구성했기 때문에, 반사 전자를 기판(4) 및 X선 타겟(9)과 전기적으로 일체인 차폐전극(20)에서 포착할 수 있다.

또한, 일반적으로 X선관에서는, 기판의 창부에 설치된 X선 투과창문은 강도가 약한 금속박으로 구성되어 있기 때문에, 금속박 파괴로 인해 패키지의 기밀 상태가 손상되는 사고가 발생할 수 있다. 그러나 본 실시예의 X선관(1)에 의하면, 기판(4)와 동일한 금속으로 이루어지는 차폐전극(20)을 슬릿 형상의 창부(3)에 마련된 X선 투과창(8)의 양쪽에 있어서 길이 방향을 따라 평행하게 기판(4)에 용접으로 고정했기 때문에, X선 투과창(8)의 강도가 향상하고, 기판의 비틀림이나 변형이 감소하며, 금속박의 파괴에 의한 누설 사고가 발생하기 어려워졌다.

그리고, 제1제어전극(12), 제2제어전극(14) 및 차폐전극(20)은, 소다 석회 유리제의 용기부(5)와 열 팽창 계수를 거의 동일하게 하기 위해, 기판(4)와 마찬가지로, 426합금을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 용기부(5)의 재질이 소다 석회 유리 이외의 유리판인 경우, 기판(4), 제1제어전극(12), 제2제어전극(14) 및 차폐전극(20)은, 용기부(5)의 열 팽창 계수에 거의 같아지도록 다른 재질의 금속판을 사용해도 좋다.

1 : X선관 2 : 패키지
3 : 창부 4 : 기판
5 : 용기부 8 : X선 투과창
9 : X선 타겟 11 : 전자원으로서의 음극
12 : 제1제어전극 14 : 제2제어전극
20 : 차폐전극

Claims (2)

1. 슬릿 형상의 창부가 형성된 X선 불투과성의 기판과, 상기 기판의 외측면으로부터 상기 창(窓)부를 폐지하도록 마련된 X선 투과창과, 상기 기판의 내면측으로부터 상기 창부에 마련된 X선 타겟과, 상기 기판의 내면측에 취부되어 내부가 고진공상태로 된 용기부와, 상기 용기부의 내부에 설치되어 상기 X선 타겟에 전자를 공급하는 전자원과, 상기 용기부의 내부에서 상기 전자원과 상기 X선 타겟의 사이에 배치되어 상기 전자원으로부터 전자를 인출하는 제1제어전극과, 상기 용기부의 내부에서 상기 제1제어전극과 상기 X선 타겟의 사이에 배치되어 전자선 조사범위를 규제하는 제2제어전극을 구비한 X선관에 있어서,
   상기 기판의 내면에 상기 창부의 길이 방향에 따라 차폐전극을 마련한 것을 특징으로 하는 X선관.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 X선 타겟에 충돌하여 반사한 전자를 상기 용기부의 내면에 도달시키지 않고 그리고 상기 차폐전극과 상기 제2제어전극 사이에 방전이 발생하지 않도록,
   상기 차폐전극은 상기 창부를 사이에 두고 한 쌍이 마련되어 있고,
   상기 각 차폐전극과 상기 제2제어전극의 거리는, 구동 전압에 대해서 10㎸/㎜의 한계 방전 전계를 넘지 않는 거리로 설정된 치수인 것을 특징으로 하는 X선관.

Images