KR20240028342A - X선 발생 장치 - Google Patents

Abstract

케이스와, 상기 케이스 내에서 전자를 출사하는 전자 출사부를 가지는 전자총과, 상기 케이스 내에서 상기 전자의 입사에 의해 X선을 발생시키는 타겟과, 상기 케이스의 개구를 봉지하고 있고, 상기 X선을 투과시키는 창부재와, 상기 전자 출사부와 상기 타겟과의 사이에 관전압을 인가하는 관전압 인가부와, 상기 전자 출사부와 상기 타겟과의 사이에 자장을 형성하는 것에 의해 상기 전자를 편향하기 위한 자장 형성부를 구비하고, 상기 타겟의 두께는 분포를 가지고 있고, 상기 타겟은, 상기 관전압이 상대적으로 높을 때보다 상기 관전압이 상대적으로 낮을 때에 상기 전자가 상기 타겟의 두께에 있어서 상대적으로 얇은 부분에 입사하도록 배치되어 있는, X선 발생 장치.

Description

X선 발생 장치

본 개시는, X선 발생 장치에 관한 것이다.

특허 문헌 1에는, 투과형 X선관 장치가 기재되어 있다. 이 장치는, X선관을 구성하는 진공 외위기(vacuum envelope)와, 진공 외위기의 일방의 단부에 설치된 X선 투과창과, X선 투과창의 진공 측에 설치된 X선 타겟을 형성하는 금속 박막과, X선 타겟을 조사하는 전자빔을 발생하는 전자총을 구비하고 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특개 2001-126650호 공보

상기 특허 문헌 1에 기재된 장치에서는, 금속 박막의 막두께가 장소에 의해 서로 다르고, 또한, 전자빔을 편향하는 편향 전극이 설치되고 있다. 편향 전극은, 타겟과 집속 전극과의 사이에, 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 전극판으로 구성되어 있다. 이것에 의해, 이 장치에서는, 전자총으로부터 발생하는 전자빔의 가속 전압의 변화에 따라, 편향 전극에 인가하는 편향 전압을 변화시켜, 전자빔을 타겟의 적절한 막두께의 장소에 입사시키는 것을 도모하고 있다.

이와 같이, 상기 기술 분야에 있어서는, 전자빔을, 그 가속 전압에 따라 타겟의 적절한 두께의 위치에 입사시키는 요구가 있다. 그러나, 특허 문헌 1에 기재된 장치에서는, 그 요구에 대해서, 전자빔의 가속 전압의 제어에 더불어, 그 가속 전압에 대응하도록 편향 전압도 조정할 필요가 있어, 전체의 제어가 복잡화된다.

그래서, 본 개시는, 제어의 복잡화를 피하면서, 전자빔을 타겟의 적절한 위치에 입사시킬 수 있는 X선 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시에 따른 X선 발생 장치는, 케이스와, 케이스 내에서 전자를 출사하는 전자 출사부를 가지는 전자총과, 케이스 내에서 전자의 입사에 의해 X선을 발생시키는 타겟과, 케이스의 개구를 봉지하고 있고, X선을 투과시키는 창부재와, 전자 출사부와 타겟과의 사이에 관전압을 인가하는 관전압 인가부와, 전자 출사부와 타겟과의 사이에 자장을 형성하는 것에 의해 전자를 편향하기 위한 자장 형성부를 구비하고, 타겟의 두께는 분포를 가지고 있고, 타겟은, 관전압이 상대적으로 높을 때보다 관전압이 상대적으로 낮을 때에 전자가 상기 타겟의 두께에 있어서 상대적으로 얇은 부분에 입사하도록 배치되어 있다.

이 장치에서는, 관전압 인가부에 의해서, 전자총의 전자 출사부와 타겟과의 사이에 관전압이 인가됨과 동시에, 자장 형성부에 의해서, 전자 출사부와 타겟과의 사이에 자장이 형성되고 있다. 따라서, 자장 형성부에 의해 형성된 자장이(예를 들면 시간적으로) 일정해도, 관전압을 원하는 값으로 조정하는 것에 의해 전자의 가속도가 변화하여 전자의 속도가 변화하면, 로렌츠력에 의한 전자의 원운동의 반경이 변화한다. 이 때문에, 자장에 의한 전자의 편향량도 자동적으로 변화한다. 예를 들면, 관전압이 상대적으로 높게 되어 전자가 고속으로 이동하는 경우에는, 로렌츠력에 의한 전자의 원운동의 반경이 커져, 결과적으로, 전자의 편향량이 작아진다. 한편, 관전압이 상대적으로 낮게 되어 전자가 저속으로 이동하는 경우에는, 로렌츠력에 의한 전자의 원운동의 반경이 작아져, 결과적으로, 전자의 편향량이 커진다. 이와 같이, 이 장치에서는, 자장 발생부에 의한 자장의 형성(크기)을 제어하지 않고, 소망한 관전압에 대응하도록 자동적으로 전자의 편향량도 조정된다. 따라서, 두께의 분포를 가지는 타겟이, 관전압이 상대적으로 높을 때보다 관전압이 상대적으로 낮을 때에 전자가 상기 타겟의 상대적으로 얇은 부분에 입사하도록 배치됨으로써, 제어의 복잡화를 피하면서(자동적으로), 전자를 타겟의 적절한 위치에 입사시킬 수 있다.

본 개시에 따른 X선 발생 장치에서는, 타겟의 두께는, 중앙부로부터 주연부를 향해서 얇아지도록 되고 있고, 타겟은, 관전압이 상대적으로 낮아지는 것에 따라 주연부 측에 전자가 입사하도록 배치되어 있어도 무방하다. 이 경우, 타겟의 두께가 상기와 같은 분포를 가지도록 타겟을 형성하는 것이 용이해진다.

본 개시에 따른 X선 발생 장치에서는, 자장 형성부는, 영구자석을 포함해도 무방하다. 이와 같이, 이 장치에서는, 영구자석에 의해 일정한 자장이 형성되고 있으면 좋게, 제어의 복잡화를 확실히 피할 수 있다.

본 개시에 따른 X선 발생 장치에서는, 창부재는, 케이스의 내부와는 반대측의 제1 표면과, 케이스의 내부측의 제2 표면을 갖고, 타겟은, 제2 표면에 형성되고 있어도 무방하다. 이 경우, 이른바 투과형의 X선 발생 장치가 구성된다.

본 개시에 따른 X선 발생 장치에서는, 타겟은, 전자총 및 창부재의 양쪽 모두와 대향하도록 경사한 상태로, 지지를 받고 있어도 무방하다. 이 경우, 이른바 반사형의 X선 발생 장치가 구성된다.

본 개시에 의하면, 제어의 복잡화를 피하면서, 전자빔을 타겟의 적절한 위치에 입사시킬 수 있는 X선 발생 장치를 제공할 수 있다.

[도 1] 일실시 형태의 X선 발생 장치의 블록도이다.
[도 2] 도 1에 나타내는 X선관의 단면도이다.
[도 3] 전자빔과 타겟과의 관계를 설명하기 위한 개략도이다.
[도 4] 도 2의 일부를 확대해 나타내는 모식적인 측면도이다.
[도 5] 변형예의 X선관의 단면도이다.
[도 6] 도 5의 일부를 확대해 나타내는 모식적인 측면도이다.

이하, 일실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도에 있어서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 교부하고, 중복하는 설명을 생략한다.

[X선 발생 장치의 구성]

도 1에 도시한 바와 같이, X선 발생 장치(10)는, X선관(1)과, 전원부(11)를 구비하고 있다. X선관(1) 및 전원부(11)는, 금속에 의해 형성된 케이스(도시 생략) 내에 지지되고 있다. 일례로서, X선관(1)은, 소초점의 X선원이며, X선 발생 장치(10)는, 검사 대상의 내부 구조를 확대해 관찰하기 위한 X선 비파괴 검사에 이용되는 장치이다.

도 2에 도시한 바와 같이, X선관(1)은, 케이스(2)와, 전자총(3)과, 타겟(4)과, 창부재(5)를 구비하고 있다. X선관(1)은, 이하에 기술한 바와 같이, 부품의 교환 등이 불필요한 밀봉 투과형 X선관으로서 구성되어 있다.

케이스(2)는, 헤드(21)와, 밸브(22)를 가지고 있다. 헤드(21)는, 금속에 의해 유저통형으로 형성되고 있다. 밸브(22)는, 유리 등의 절연 재료에 의해 유저통형으로 형성되고 있다. 밸브(22)의 개구부(22a)는, 헤드(21)의 개구부(21a)에 기밀하게 접합되고 있다. X선관(1)에서는, 케이스(2)의 중심선이 관축(A)이 되고 있다. 헤드(21)의 저벽부(21b)에는, 개구(23)가 형성되고 있다. 개구(23)는, 관축(A) 상에 위치하고 있다. 개구(23)는, 관축(A)에 평행한 방향에서 보았을 경우에, 예를 들면, 관축(A)을 중심선으로 하는 원형 모양을 나타내고 있다.

전자총(3)은, 케이스(2) 내에서 전자빔(B)을 출사한다. 전자총(3)은, 히터(31)와, 캐소드(32)와, 제1 그리드 전극(33)과, 제2 그리드 전극(34)을 가지고 있다. 히터(31), 캐소드(32), 제1 그리드 전극(33) 및 제2 그리드 전극(34)은, 밸브(22)의 저벽부(22b)측으로부터 이 순서로 관축(A) 상에 배치되어 있다. 일례로서, 전자총(3)의 축선(A3)(도 4 참조)은, 이 관축(A)과 일치하고 있다. 또한, 전자총(3)의 축선(A3)이란, 예를 들면, 전자총(3)의 중심축(예를 들면 캐소드(32), 제1 그리드 전극(33), 및, 제2 그리드 전극(34)의 중심축)으로서 규정되어도 무방하고, 전자빔(B)이 후술하듯이 편향 되지 않는 경우의 전자빔(B)의 궤도로서 규정되어도 무방하다. 히터(31)는, 필라멘트에 의해 구성되어 있고, 통전에 의해 발열한다. 캐소드(32)는, 히터(31)에 의해 가열되어 전자를 방출한다. 즉, 캐소드(32)는, 케이스(2) 내에서 전자를 출사하는 전자 출사부이다.

제1 그리드 전극(33)은, 통 형상으로 형성되고 있고, 캐소드(32)로부터 방출되는 전자의 양을 조정한다. 또, 제1 그리드 전극(33)은, 캐소드(32)로부터 출사된 전자를 인출하기 위한 인출 전극이기도 하다. 제1 그리드 전극(33)에 인가되는 전압(인출 전압)에 따라 전자의 초속이 규정된다. 제2 그리드 전극(34)은, 통 형상으로 형성되고 있고, 제1 그리드 전극(33)을 통과한 전자를 타겟(4)에 집속시킨다. 히터(31), 캐소드(32), 제1 그리드 전극(33) 및 제2 그리드 전극(34)의 각각은, 밸브(22)의 저벽부(22b)를 관통하고 있는 복수의 리드 핀(35)의 각각 전기적 또한 물리적으로 접속되고 있다. 리드 핀(35)의 각각은, X선 발생 장치(10)의 전원부(11)에 전기적으로 접속된다.

창부재(5)는, 케이스(2)의 개구(23)를 봉지하고 있다. 창부재(5)는, X선 투과성이 높은 재료, 예를 들면, 다이아몬드나 베릴륨 등에 의해 판 모양으로 형성되고 있다. 창부재(5)는, 예를 들면, 관축(A)을 중심선으로 하는 원판상을 나타내고 있다. 창부재(5)는, 제1 표면(51) 및 제2 표면(52)을 가지고 있다. 제1 표면(51)은, 케이스(2)의 내부와는 반대측의 표면이며, 제2 표면(52)은, 케이스(2)의 내부측의 표면이다. 제1 표면(51) 및 제2 표면(52)의 각각은, 예를 들면, 관축(A)에 수직인 평탄면이다. 타겟(4)은, 창부재(5)의 제2 표면(52)에 형성되고 있다. 타겟(4)은, 예를 들면, 텅스텐에 의해 막 형태로 형성되고 있다. 타겟(4)은, 케이스(2) 내에서 전자빔(B)의 입사에 의해 X선(R)을 발생시킨다. 본 실시 형태에서는, 타겟(4)에서 발생한 X선(R)은, 타겟(4) 및 창부재(5)를 투과하여 외부로 출사된다.

창부재(5)는, 케이스(2)에서의 개구(23)의 주위의 부착면(24)에 장착되고 있다. 부착면(24)은, 예를 들면, 관축(A)에 수직인 평탄면이며, 헤드(21)에 형성되고 있다. 창부재(5)는, 로우재(brazing filler metal) 등의 접합 부재(도시하지 않음)를 통해 부착면(24)에 기밀하게 접합될 수 있다. X선관(1)에서는, 타겟(4)이 헤드(21)에 전기적으로 접속되고 있고, 타겟(4) 및 창부재(5)가 헤드(21)에 열적으로 접속되고 있다. 일례로서, 타겟(4)은, 헤드(21)를 통해 접지 전위가 된다. 이것에 의해, 전자총(3)의 캐소드(32)와 타겟(4)과의 사이에 관전압이 인가된다.

관전압은, 캐소드(32)로부터 출사되어 타겟(4)으로 향하는 전자의 가속도를 규정한다. X선 발생 장치(10)에서는, 전원부(11)가 리드 핀(35)을 통해 캐소드(32)에 음의 전압을 공급 함과 동시에, 타겟(4)(어노드)를 접지 전위로 하는 것에 의해서, 캐소드(32)와 타겟(4)과의 사이에 관전압이 인가되게 된다. 이와 같이, 전원부(11)는, 캐소드(32) 및 타겟(4)로 협동해 관전압을 인가하는 관전압 인가부를 구성한다. 한편, 전원부(11)는, 인출 전극으로서의 제1 그리드 전극(33)에도 접속되고 있고, 제1 그리드 전극(33)에 인출 전압을 인가한다. 따라서, 전원부(11)는, 인출 전압 인가부를 구성한다. 또한, 일례로서, 전자빔(B)의 입사에 의해 타겟(4)에서 발생한 열은, 직접, 또는 창부재(5)를 통해 헤드(21)로 전해지고, 한층 더 헤드(21)로부터 방열부(도시 생략)로 빠져나간다. 본 실시 형태에서는, 케이스(2), 타겟(4) 및 창부재(5)에 의해서, 케이스(2)의 내부의 공간이 고진공도로 유지되고 있다.

이상과 같이 구성된 X선 발생 장치(10)에서는, 타겟(4)의 전위를 기준으로서 음의 전압이 전원부(11)에 의해 전자총(3)에 인가된다. 일례로서, 전원부(11)는, 타겟(4)이 접지 전위로 되는 상태에서, 음의 고전압(예를 들면, -10 kV~-500 kV)을, 각 리드 핀(35)을 통해 전자총(3)의 각부에 인가한다. 전자총(3)으로부터 출사된 전자빔(B)은, 관축(A)을 따라 타겟(4)상에 집속된다. 타겟(4)에서의 전자빔(B)의 조사 영역에서 발생한 X선(R)은, 상기 조사 영역을 초점으로서 타겟(4) 및 창부재(5)를 투과하여 외부로 출사된다.

여기서, X선관(1)은, 편향부(6)를 구비하고 있다. 편향부(6)는, 영구자석(61)을 갖는다. 영구자석(61)은, 예를 들면 페라이트 자석, 네오디뮴 자석, 사마륨 코발트 자석, 아르니코 자석 등으로 구성된다.

영구자석(61)은, 케이스(2)의 외부에 배치되어 있고, 예를 들면 도시하지 않는 고정부를 통해, 헤드(21)의 플랜지부에 고정되고 있다. 이것에 의해, 영구자석(61)이 케이스(2)의 외부에 장착된다. 특히, 영구자석(61)은, 관축(A)에 교차하는 방향에서 보아 캐소드(32)와 타겟(4)과의 사이에 배치되어 있다. 이 결과, 캐소드(32)와 타겟(4)과의 사이에, 적어도 전자의 진행 방향에 대해서 수직인 성분을 포함한 자장이 형성되게 된다. 이와 같이, 영구자석(61)은, 캐소드(32)와 타겟(4)과의 사이에 자장을 형성하는 것에 의해 전자를 편향하기 위한 자장 형성부로서 기능한다.

이러한 편향부(6)는, 영구자석(61)이 형성하는 자장에 의해 전자빔(B)을 편향시켜, 상기 전자빔(B)의 타겟(4)으로의 입사 위치를 변화시킨다. 편향부(6)는, 캐소드(32)로부터 출사된 전자빔(B)이 타겟(4)으로 진행하는 경로에 수직인 방향(지름 방향)에서 보았을 경우에, 상기 경로와 겹치는 부분을 포함할 수 있다. 이것에 의해, 전자빔(B)에 영구자석(61)이 형성하는 자장으로부터 매우 적합하게 힘을 작용시킬 수 있다. 이 예에서는, 지름 방향에서 보았을 경우에, 편향부(6)의 전체가 전자빔(B)의 경로에 포함되도록 배치되어 있다. 또한, 편향부(6)는, 전자빔(B)을 편향시키는 자장을 형성할 수 있으면 좋고, 지름 방향에서 보았을 경우에, 전자빔(B)의 경로와 겹치는 부분을 포함하도록 배치하는데 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 2에 있어서, 관축(A)에 따른 방향에 있어서, X선(R)의 출사 방향을 상측, 그 반대측을 하측으로 했을 경우, 편향부(6)는, 밸브(22)의 저벽부(22b)보다 하측에 배치해도 무방하다. 편향부(6)는, 관축(A) 주위에 회전 가능하게 되어 있어도 무방하다. 이 경우, 편향부(6)를 회전시킴으로써 타겟(4)으로의 전자빔(B)의 입사 위치의 위치를 조정하는 것이 가능해진다.

[타겟의 구성]

계속해서, 타겟의 구성에 대해 설명할 때, 전자빔과 타겟과의 관계에 대해 설명한다. X선 발생 장치에서는, 관전압에 따라 발생하는 X선의 에너지가 다르기 때문에, 예를 들면 40 kV~130 kV라고 하는 범위에서 관전압을 변화시키는 경우가 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 상대적으로 높은 관전압으로 가속되었을 경우의 전자빔(B1)의 타겟(4A)으로의 침입 깊이는, 상대적으로 낮은 관전압으로 가속되었을 경우의 전자빔(B2)에 비해 깊어진다.

따라서, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 타겟(4A)이 비교적 두꺼운 경우에는, 고관전압시의 전자빔(B1)은, 타겟(4A)과 지지체(5A)(여기에서는 창부재(5)에 상당한다)와의 경계 부근(타겟(4A)의 최심부)에 이르도록 타겟(4A)에 침입한다. 즉, 타겟(4A)의 두께에 대해서 침수 깊이가 적절해진다. 즉, 타겟(4A)에서 발생한 X선이, 지지체(5A)에 도달하기까지 통과할 필요가 있는 타겟(4A)의 두께가 작기 때문에, 타겟(4A)에 의한 자기 흡수에 의한 X선 출력의 저하는 억제된다. 한편, 저관전압시의 전자빔(B2)은, 그 침입 깊이가 타겟(4A)의 표면 부근에 머물러, 타겟(4A)에서 발생한 X선이, 지지체(5A)에 도달하기까지 통과할 필요가 있는 타겟(4A)의 두께가 크기 때문에, 타겟(4A)에 의한 자기 흡수에 의해 X선 출력이 저하할 우려가 있다.

게다가, 전자빔(B)의 에너지는 대부분이 열로 변환되기 때문에, 타겟(4A)에 축열되었을 경우, 타겟(4A)이 열손상할 우려가 있다. 그 때문에, 전자빔(B1)과 같이, 타겟(4A)과 지지체(5A)와의 경계 부근에 이르도록 타겟(4A)에 침입함으로써, 발생한 열을 지지체(5A)에게 전하기 쉬워져, 타겟(4A)이 열손상하는 것을 억제할 수 있다. 한편, 저관전압시의 전자빔(B2)은, 그 침입 깊이가 타겟(4A)의 표면 부근에 머무르기 때문에, 발생한 열을 지지체(5A)에게 전하기 어렵고, 타겟(4A)이 열손상해 버릴 우려가 있다. 이와 같이, 타겟(4A)이 비교적 두꺼운 경우에는, 고관전압시의 전자빔(B1)에는 바람직하지만, 저관전압시의 전자빔(B2)에는 바람직하지 않다고 말할 수 있다. 또한, 타겟(4A) 내부에서 발생한 열을 효율적으로 빠져나가기 위해서는, 지지체(5A)는 열전도율이 좋은 재료, 예를 들면 다이아몬드에 의해 형성될 수 있다.

또, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 타겟(4B)이 비교적 얇은 경우에는, 저관전압시의 전자빔(B2)이여도, 타겟(4B)과 지지체(5A)와의 경계 부근(타겟(4A)의 최심부)에 이르도록 타겟(4B)에 침입한다. 즉, 타겟(4B)의 두께에 대해서 침입 깊이가 적절해진다. 한편, 고관전압시의 전자빔(B1)은, 타겟(4B)를 관통해 버리기 때문에, 도 3의 (a)의 경우와 비교하여 X선 출력이 저하한다.

이것에 대해서, 도 3의 (c)와 같이, 타겟(4C)의 두께를 불균일하게 구성하는 것을 생각할 수 있다. 즉, 타겟(4C)의 두께에 분포를 일으키게 하는 것을 생각할 수 있다. 이것에 의해, 고관전압시의 전자빔(B1)을, 타겟(4C)의 상대적으로 두꺼운 위치에 입사시키고, 저관전압시의 전자빔(B2)을, 타겟(4C)의 상대적으로 얇은 위치에 입사시키도록 하면, 어느 전자빔에 있어서도, 타겟(4C)과 지지체(5A)와의 경계 부근에 이르도록 타겟(4C)에 침입시킬 수 있다. 따라서, 광범위의 관전압에 있어서 X선 출력의 저하를 억제 가능하게 됨과 동시에, 타겟(4C)이 열손상하는 것을 억제할 수 있다.

그래서, 도 4에 도시한 바와 같이, X선 발생 장치(10)에서는, 타겟(4)의 두께(T4)가 소정의 분포를 가지도록 구성되어 있다. 즉, 타겟(4)의 두께(T4)는, 전자총(3)의 중심선인 축선(A3)(관축(A))에 교차하는 면내의 위치에 따라 변화하도록, 분포를 가지고 있다. 분포의 실시예는 임의이지만, 도시의 예에서는, 타겟(4)의 두께(T4)가, 축선(A3)에 교차하는 방향에서 보아, 중앙부(4a)로부터 주연부(4b)를 향해서 얇아지도록 되고 있다.

그리고, X선 발생 장치(10)에서는, 타겟(4)의 전자빔(B1, B2)의 입사 위치와의 관계가 적절이 되도록 배치되어 있다. 즉, 타겟(4)은, 고관전압시의 전자빔(B1)이 타겟(4)의 상대적으로 두꺼운 부분에 입사하도록, 또한, 저관전압시의 전자빔(B2)이 타겟(4)의 상대적으로 두꺼운 부분에 입사하도록 배치되어 있다. 환언하면, X선 발생 장치(10)에서는, 타겟(4)은, 관전압이 상대적으로 높을 때보다 관전압이 상대적으로 낮을 때에 전자(전자빔(B))가 타겟(4)의 두께에 있어서 상대적으로 얇은 부분에 입사하도록 배치되어 있다. 또한, 도 4에서는, 전자총(3)의 제1 그리드 전극(33) 및 제2 그리드 전극(34)을 포함해 각부가 생략 되어서 나타나고 있다.

이상과 같이 두께의 분포를 가지는 타겟(4)은, 예를 들면 다음과 같이 제조하는 것이 가능하다. 즉, 지지체(여기에서는 창부재(5))에 대해서 성막에 의해 타겟(4)을 형성할 때에, 타겟(4)의 주연부에 대응하는 마스크를 이용한다. 지지체에서의 마스크에 중복 하는 부분은, 증착원에서 보아 전망이 나쁘기 때문에 성막을 방해할 수 있고, 마스크에 중복 하지 않는 중앙 부분보다 얇게 성막 된다. 이것에 의해, 중앙부에서 두껍게 주연부에서 얇아지도록 타겟(4)이 제조될 수 있다. 중앙부와 주연부와의 두께의 차이(어스펙트비)는, 마스크를 두는 위치나 마스크의 판두께 등에서 컨트롤 할 수 있다.

[작용 및 효과]

X선 발생 장치(10)에서는, 관전압 인가부(전원부(11))에 의해서, 전자총(3)의 캐소드(32)와 타겟(4)과의 사이에 관전압이 인가됨과 동시에, 편향부(6)의 영구자석(61)에 의해서, 캐소드(32)와 타겟(4)과의 사이에 자장이 형성되고 있다. 따라서, 관전압을 원하는 값으로 조정하는 것에 의해 전자의 가속도가 변화하여 전자의 속도가 변화하면, 로렌츠력에 의한 전자의 원운동의 반경이 변화하고, 자장에 의한 전자의 편향량도 자동적으로 변화한다.

예를 들면, 관전압이 상대적으로 높게 되어 전자가 고속으로 이동하는 경우에는, 로렌츠력에 의한 전자의 원운동의 반경이 커져, 결과적으로, 전자의 편향량이 작아진다. 한편, 관전압이 상대적으로 낮게 되어 전자가 저속으로 이동하는 경우에는, 로렌츠력에 의한 전자의 원운동의 반경이 작아져, 결과적으로, 전자의 편향량이 커진다. 이와 같이, X선 발생 장치(10), 영구자석(61)에 의한 자장의 형성(크기)을 제어하지 않고, 소망한 관전압에 대응하도록 자동적으로 전자의 편향량도 조정된다. 따라서, 두께의 분포를 가지는 타겟(4)이, 관전압이 상대적으로 높을 때보다 관전압이 상대적으로 낮을 때에 전자가 타겟의 두께가 상대적으로 얇은 부분에 입사하도록 배치됨으로써, 제어의 복잡화를 피하면서(자동적으로), 전자를 타겟(4)의 적절한 위치에 입사시킬 수 있다.

또한, 전자의 입사 위치에서의 타겟(4)의 두께(T4)의 최적치의 일례로서는, 관전압이 40 kV정도인 경우에는 2 μm정도이며, 관전압이 130 kV정도인 경우에는 10 μm정도이다. 따라서, 타겟(4)은, 두께(T4)가 2 μm에서 10 μm의 범위에서 분포하도록 형성될 수 있다.

또, X선 발생 장치(10)에서는, 타겟(4)의 두께(T4)는, 중앙부(4a)로부터 주연부(4b)를 향해서 얇아지도록 되고 있고, 또한, 타겟(4)은, 관전압이 상대적으로 낮아지는 것에 따라 주연부(4b)측에 전자가 입사하도록 배치되어 있다. 이 때문에, 타겟(4)의 두께(T4)가 상기와 같은 분포를 가지도록 타겟(4)을 형성하는 것이 용이해진다.

또, X선 발생 장치(10)에서는, 자장 형성부로서 캐소드(32)와 타겟(4)과의 사이에 있어서 케이스(2)에 장착된 영구자석(61)을 포함하고 있다. 이 때문에, X선 발생 장치(10)에서는, 영구자석(61)에 의해 일정한 자장이 형성되고 있으면 좋고, 제어의 복잡화를 확실히 피할 수 있다.

또, X선 발생 장치(10)에서는, 창부재(5)는, 케이스(2)의 내부와는 반대측의 제1 표면(51)과, 케이스(2)의 내부측의 제2 표면(52)을 갖고, 타겟(4)은, 제2 표면(52)에 형성되고 있다. 이것에 의해, 이른바 투과형의 X선 발생 장치(10)이 구성된다.

[변형예]

본 개시는, 상기 실시 형태로 한정되지 않는다. X선관(1) 및 X선 발생 장치(10)는, 밀봉 반사형으로서 구성되어 있어도 무방하다. 도 5에 도시한 바와 같이, 밀봉 반사형의 X선관(1)은, 전자총(3)이 헤드(21) 측방의 수용부(7) 내에 배치되어 있는 점, 및 타겟(4)이 창부재(5)는 아니고 지지 부재(8)에 의해 지지를 받고 있는 점에서, 상기 밀봉 투과형의 X선관(1)과 주로 다르다. 수용부(7)는, 측관(71)과, 스템(stem)(72)을 가지고 있다. 측관(71)은, 측관(71)의 일방의 개구부(71a)가 헤드(21)의 내부에 임하도록 헤드(21)의 측벽부에 접합되고 있다. 스템(72)은, 측관(71)의 타방의 개구(71b)를 봉지하고 있다.

히터(31), 캐소드(32), 제1 그리드 전극(33) 및 제2 그리드 전극(34)은, 스템(72)측으로부터 이 순서로 측관(71) 내에 배치되어 있다. 복수의 리드 핀(35)은, 스템(72)을 관통하고 있다. 지지 부재(8)는, 밸브(22)의 저벽부(22b)를 관통하고 있다. 타겟(4)은, 관축(A) 상에 있어서 전자총(3) 및 창부재(5)의 양쪽 모두와 대향하도록 경사한 상태로, 지지 부재(8)의 선단부(81)에 고정되고 있다.

이 예에서는, 편향부(6)는, 수용부(7)의 측관(71)에 대해서 설치되고 있다. 이것에 의해, 영구자석(61)이, 보관 유지 부재(62)에 의해 캐소드(32)와 타겟(4)과의 사이에 배치된다. 이 결과, 캐소드(32)와 타겟(4)과의 사이에, 적어도 전자의 진행 방향에 대해서 수직인 성분을 포함한 자장이 형성되게 된다. 이와 같이, 여기에서도, 영구자석(61)은, 캐소드(32)와 타겟(4)과의 사이에 자장을 형성하는 것에 의해 전자를 편향하기 위한 자장 형성부로서 기능한다.

보다 구체적으로는, 도 6에 도시한 바와 같이, 영구자석(61)은, 수용부(7)의 측관(71)의 외측에서 배치되어 있다. 따라서, 캐소드(32)로부터 출사된 전자는, 적어도 측관(71)내에서, 영구자석(61)이 형성하는 자장보다 힘을 받아 편향 된다. 또한, 도 6에서는, 전자총(3)의 제1 그리드 전극(33) 및 제2 그리드 전극(34)을 포함해 각부가 생략 되어서 나타나고 있다.

또, 타겟(4)은, 상기 실시 형태와 같게, 두께(T4)에 분포를 가지고 있고, 또한, 관전압이 상대적으로 높을 때보다 관전압이 상대적으로 낮을 때에 전자(전자빔(B))가 상대적으로 얇은 부분에 입사하도록 배치되어 있다.

이상과 같이 구성된 밀봉 반사형의 X선관(1)을 구비하는 X선 발생 장치(10)에서는, 일례로서, 헤드(21) 및 측관(71)이 접지 전위로 되는 상태에서, 지지 부재(8)를 통해 양의 전압이 전원부(11)에 의해 타겟(4)에 인가되고, 복수의 리드 핀(35)을 통해 음의 전압이 전원부(11)에 의해 전자총(3)의 각부에 인가된다. 전자총(3)으로부터 출사된 전자빔(B)은, 관축(A)에 수직인 방향에 따라서 타겟(4)상에 집속된다. 타겟(4)에서의 전자빔(B)의 조사 영역에서 발생한 X선(R)은, 상기 조사 영역을 초점으로서 창부재(5)를 투과하여 외부로 출사된다. 그리고, 타겟(4)에 입사한 전자에 의해 X선이 발생하는 경우, 그 입사에너지의 대부분은 열로 변환되기 때문에, 타겟(4)에 축열되는 경우는, 타겟(4)이 열손상할 우려가 있다. 그 방열 대책으로서 지지 부재(8)에는 열전도율이 좋은 재료, 예를 들면 구리 등을 이용함과 동시에, 지지체(5A)에도 열전도율이 높은 재료, 예를 들면 다이아몬드 등을 이용하고 있다. 그리고, 타겟(4) 내부에서 발생한 열을 효율적으로 지지체(5A)로부터 지지 부재(8)에게 전하기 위해서는, 전자빔(B)이, 타겟(4A)과 지지체(5A)와의 경계 부근에 이르도록 타겟(4A)에 침입함으로써, 발생한 열을 지지체(5A)에게 전하기 쉬워져, 타겟(4A)이 열손상하는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 전자빔(B1)이 깊게까지 침입하는 고관전압시에는 타겟(4)이 두꺼운 부위에, 전자빔(B2)이 얕은 위치까지 밖에 침입하지 않는 저관전압시에는 타겟(4)이 얇은 부위에 전자빔(B)을 입사하도록 제어함으로써, 전자빔(B)을 타겟(4)의 적절한 위치에 입사시켜, 타겟(4)의 열손상을 억제할 수 있다.

또한, X선관(1)은, 개방 투과형 X선관 또는 개방 반사형 X선관으로서 구성되어 있어도 무방하다. 개방 투과형 또는 개방 반사형의 X선관(1)은, 케이스(2)가 개방 가능하게 구성되어 있고, 부품(예를 들면, 창부재(5), 전자총(3)의 각부)의 교환 등이 가능한 X선관이다. 개방 투과형 또는 개방 반사형의 X선관(1)을 구비하는 X선 발생 장치(10)에서는, 진공 펌프에 의해서, 케이스(2)의 내부의 공간의 진공도가 높아진다.

밀봉 투과형 또는 개방 투과형의 X선관(1)에서는, 타겟(4)은, 창부재(5)의 제2 표면(52) 중 적어도 개구(23)에 노출하는 영역으로 형성되고 있으면 무방하다. 밀봉 투과형 또는 개방 투과형의 X선관(1)에서는, 타겟(4)은, 다른 막을 통해 창부재(5)의 제2 표면(52)에 형성되고 있어도 무방하다.

또, 상기의 예에서는, 자장 형성부로서 영구자석(61)을 예시했다. 그러나, 자장 형성부로서는, 캐소드(32)와 타겟(4)과의 사이에 자장을 형성 가능한 임의의 구성(예를 들면 코일 등의 전자석)을 채용할 수 있다. 어느 구성의 자장 형성부를 채용했다고 해도, 자장의 형성(크기)을 제어하지 않고, 즉, 복잡한 제어를 피하면서, 관전압에 따라 자동적으로 전자를 타겟(4)의 적절한 위치에 입사시킬 수 있다.

또, 상기의 예에서는, 자장 형성부로서 1개의 영구자석(61)을 예시하고 있다. 그러나, 영구자석(61)의 수는 이것으로 한정되지 않고, 다수 있어도 좋고, 그 경우, 서로 대향하도록 배치되어도 무방하다.

게다가, 타겟(4)의 두께(T4)의 분포의 모양은, 상술했던 대로 임의이며, 상기의 예와 같게 중앙부(4a)로부터 주연부(4b)로 향하는 것에 따라 얇아지는 분포로 한정되지 않는다. 예를 들면, 타겟(4)의 두께(T4)의 분포는, 일방의 단부로부터 타방의 단부로 향해 단조롭게 얇아지는 분포이여도 무방하다. 이 경우에서도, 타겟(4)을, 관전압이 상대적으로 높을 때보다 관전압이 상대적으로 낮을 때에 전자(전자빔(B))가 상대적으로 얇은 부분에 입사하도록 배치하면, 같은 효과가 나타난다.

제어의 복잡화를 피하면서, 전자빔을 타겟의 적절한 위치에 입사시킬 수 있는 X선 발생 장치를 제공할 수 있다.

2…케이스, 3…전자총, 4…타겟, 5…창부재, 10…X선 발생 장치, 11…전원부(관전압 인가부), 32…캐소드(전자 출사부), 61…영구자석(자장 형성부).

Claims (5)

1. 케이스와,
   상기 케이스 내에서 전자를 출사하는 전자 출사부를 가지는 전자총과,
   상기 케이스 내에서 상기 전자의 입사에 의해 X선을 발생시키는 타겟과,
   상기 케이스의 개구를 봉지하고 있고, 상기 X선을 투과시키는 창부재와,
   상기 전자 출사부와 상기 타겟과의 사이에 관전압을 인가하는 관전압 인가부와,
   상기 전자 출사부와 상기 타겟과의 사이에 자장을 형성하는 것에 의해 상기 전자를 편향하기 위한 자장 형성부
   를 구비하고,
   상기 타겟의 두께는 분포를 가지고 있고,
   상기 타겟은, 상기 관전압이 상대적으로 높을 때보다 상기 관전압이 상대적으로 낮을 때에 상기 전자가 상기 타겟의 두께에 있어서 상대적으로 얇은 부분에 입사하도록 배치되어 있는,
   X선 발생 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 타겟의 두께는, 중앙부로부터 주연부를 향해서 얇아지도록 되고 있고,
   상기 타겟은, 상기 관전압이 상대적으로 낮아지는 것에 따라 상기 주연부 측에 상기 전자가 입사하도록 배치되어 있는,
   X선 발생 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 자장 형성부는, 영구자석을 포함하는,
   X선 발생 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 창부재는, 상기 케이스의 내부와는 반대측의 제1 표면과, 상기 케이스의 내부측의 제2 표면을 갖고,
   상기 타겟은, 상기 제2 표면에 형성되고 있는,
   X선 발생 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 타겟은, 상기 전자총 및 상기 창부재의 양쪽 모두와 대향하도록 경사한 상태로, 지지를 받고 있는,
   X선 발생 장치.

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