TW201605294A - 陽極、以及ｘ射線產生管、ｘ射線產生設備與使用其的放射線攝影系統 - Google Patents

陽極、以及ｘ射線產生管、ｘ射線產生設備與使用其的放射線攝影系統 Download PDF

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Abstract

接合材料(8)的厚度在正交於管狀陽極構件(6)的中央軸線(P)的徑向方向上變化，接合材料(8)被使用來在沿著中央軸線(P)的方向上接合用於支撐靶層(9)的穿透基板(7)以及管狀陽極構件(6)。因此，接合材料(8)的周邊拉伸應力被緩解的區域被形成在沿著中央軸線(P)的方向上，以防止裂痕在接合材料(8)中發展。

Description

陽極、以及X射線產生管、X射線產生設備與使用其的放射線攝影系統
本發明關於被使用在X射線產生管中且包括穿透靶之陽極，且還關於包括該陽極的X射線產生管、包括該X射線產生管的X射線產生設備、以及包括該X射線產生設備的放射線攝影系統。
已知包括穿透靶的穿透型X射線產生管。穿透靶使用從其相對於電子束進入靶的側的一側發射的X射線。穿透型X射線產生管可包括作為X射線產生管的端窗(end window)的靶。這種穿透型X射線產生管所具有的有利的特徵為，放射角度可變得更寬、散熱效能可變得更高、且X射線產生設備可被小型化。在這種穿透型X射線產生管中的靶經由接合材料(例如，形成在靶的周緣上的銀硬焊材料)被氣密地接合到管狀陽極構件。
在專利文獻1中，揭露了一種包括管狀陽極 構件的穿透型X射線產生管，管狀陽極構件具有帶分配(distribution)的開口直徑，且藉由管狀陽極構件來保持穿透靶。
在這種包括穿透靶作為端窗的X射線產生管中，當X射線操作被反覆進行時，有時候無法得到所欲的管電流，且因此其難以確保必要的X射線輸出。已要求可得到穩定的X射線輸出的穿透型X射線產生管。
[引例列表]
[專利文獻]
專利文獻1：日本公開第2013-51153號專利申請案。
然而，在X射線產生管中，其X射線發射操作及停止被重複進行。在此X射線產生管的操作-停止(operation-stoppage)的循環中，在穿透基板和接合材料之間造成熱收縮量(heat shrinkage amount)的差異。因此，周邊拉伸應力沿著穿透基板的周緣作用在與穿透基板接觸的接合材料上。存在有拉伸應力超過接合材料的拉伸應力的情形，裂痕在接合材料中發展，且在X射線產生管中造成真空洩漏(vacuum leakage)。
本發明的目的在於，在包括透過接合材料接合在一起的穿透靶和管狀陽極構件的陽極中，抑制伴隨著 X射線產生管的操作-停止的循環之真空洩漏的發生。本發明的另一目的在於提供一種X射線產生管，其包括高度可靠的陽極且可得到穩定的X射線輸出，以及在於提供一種X射線產生設備以及放射線攝影系統，其均為高度可靠的。
根據本發明的第一態樣，提供一種陽極，包括：穿透靶(transmission target)，包括：靶層，用於經由電子束的照射產生X射線；及穿透基板，用於支撐靶層，且供由靶層產生的X射線穿透；以及管狀陽極構件，用於將穿透基板支撐在其管內周緣，其中，穿透基板的側表面及管狀陽極構件的管內周緣藉由接合材料被接合在一起，並且其中，接合材料具有一厚度，其在沿著管狀陽極構件的管軸線的方向上變化。
根據本發明的第二態樣，提供一種X射線產生管，包括：管狀的絕緣管；陰極，安裝在絕緣管的一端；陽極，安裝在絕緣管的另一端；以及電子放射源，佈置在絕緣管中且連接到陰極， 陽極為本發明之第一態樣的陽極。
根據本發明的第三態樣，提供一種X射線產生設備，包括：本發明之第二態樣的X射線產生管；以及驅動電路，用於將管電壓(tube voltage)施加到X射線產生管的陰極及陽極。
根據本發明的第四態樣，提供一種放射線攝影系統，包括：本發明之第三態樣的X射線產生設備；X射線偵測裝置，用於偵測從X射線產生設備發出且通過主體的X射線；以及系統控制裝置，用於整體地控制X射線產生設備及X射線偵測裝置。
在根據本發明的陽極中，將靶的穿透基板與管狀陽極構件接合的接合材料具有區域，在該區域中，在X射線產生管的操作-停止之循環中所造成的在周緣方向上的壓縮應力被緩解，且裂痕的發展被抑制。因此，在使用陽極的X射線產生管中，歸因於用於發射X射線的驅動的真空洩漏的發生被抑制，且提供了高度可靠的X射線產生管。此外，提供了高度可靠的X射線產生設備以及高度可靠的放射線攝影系統，X射線產生設備以及放射線攝影系統的每一者均使用上述的X射線產生管。
從以下參照附圖對例示性實施例的描述，本發明的更多特徵將變得清楚。
1‧‧‧陽極
2‧‧‧陰極
3‧‧‧絕緣管
4‧‧‧陽極板
5‧‧‧電子放射源
5a‧‧‧電子發射源
6‧‧‧管狀陽極構件
6a‧‧‧管狀陽極構件的內周表面
7‧‧‧穿透基板
7a‧‧‧穿透基板的側表面
7b‧‧‧穿透基板的支撐表面
8‧‧‧接合材料
9‧‧‧靶層
10‧‧‧穿透靶
11‧‧‧電子束
12‧‧‧X射線
21,22,23‧‧‧拉伸應力
25‧‧‧平面
31‧‧‧變形
32a,32b‧‧‧端
33‧‧‧區域
34,34a,34b‧‧‧箭頭
35,35a,35b‧‧‧箭頭
36‧‧‧區域
41‧‧‧環形突出部
41a‧‧‧軸承表面
43‧‧‧區域
44,44a,44b‧‧‧箭頭
101‧‧‧X射線產生設備
102‧‧‧X射線產生管
103‧‧‧驅動電路
109‧‧‧絕緣流體
120‧‧‧容器
121‧‧‧X射線穿透窗
202‧‧‧系統控制裝置
203‧‧‧顯示裝置
204‧‧‧主體
205‧‧‧信號處理部分
206‧‧‧X射線偵測裝置
P‧‧‧中央軸線
[圖1A]圖1A為用於示意性地顯示根據本發明的實施例之X射線產生管的結構之截面圖。
[圖1B]圖1B為圖1A所顯示的X射線產生管的陽極之部分放大截面圖。
[圖2A]圖2A為用於顯示在根據本發明的實施例之陽極中的接合材料中所造成的壓縮應力的部分平面圖。
[圖2B]圖2B為沿著根據本發明的實施例之陽極中的管狀陽極構件的中央軸線之部分截面圖，且為圖1B的放大圖。
[圖2C]圖2C為沿著根據本發明的實施例之陽極中的管狀陽極構件的中央軸線所取之部分截面圖，且為圖1B的放大圖。
[圖3A]圖3A為用於顯示根據本發明的陽極之接合材料中的變形的大小之接合材料的截面圖，且為沿著管狀陽極構件的中央軸線所取之截面圖。
[圖3B]圖3B為用於顯示在接合材料中所造成的壓縮應力之緩解區域的截面圖，且為沿著管狀陽極構件的中央軸線所取之截面圖。
[圖4]圖4為用於示意性地顯示根據本發明的另一實 施例之陽極的壓縮應力之結構與緩解效果之截面圖，且為沿著管狀陽極構件的中央軸線所取之截面圖。
[圖5]圖5為用於示意性地顯示根據本發明的又一實施例之陽極的壓縮應力之結構與緩解效果之截面圖，且為沿著管狀陽極構件的中央軸線所取之截面圖。
[圖6]圖6為用於示意性地顯示根據本發明的實施例之X射線產生設備的結構之截面圖。
[圖7]圖7為用於示意性地顯示根據本發明的實施例之放射線攝影系統的結構之方塊圖。
以下，參照附圖說明本發明的實施例，但本發明不限於這些實施例。注意，在本領域中的習知或公眾所周知的技術為可被應用到在此本文中未具體顯示或說明的部分。
<X射線產生管>
圖1A為用於示意性地顯示根據本發明的實施例之X射線產生管的結構之截面圖。如圖1A所示，本發明的X射線產生管102包括管狀的絕緣管3、安裝在絕緣管3的一端之陰極2、安裝在絕緣管3的另一端之陽極1、以及佈置在絕緣管中且連接到陰極2的電子放射源5。
電子放射源5包括電子發射源5a。陽極1在相對於電子發射源5a的位置處包括靶10。根據本發明， 靶10為穿透靶，其包括用於經由入射電子束11的照射產生X射線的靶層9、以及供在靶層9產生的X射線穿透的穿透基板7。陽極1還包括管狀陽極構件6，其為管狀的且將靶10的穿透基板7支撐在其管內周緣上。在此情況下，管狀陽極構件6經由陽極板4被安裝到絕緣管3的另一端。管狀陽極構件6和穿透基板7經由接合材料8被相互接合。
在此結構中，當管電壓被施加於陰極2和陽極1之間時，電子束11從電子發射源5a被發射，且電子束11進入靶層9以產生X射線12。
要注意的是，包含在電子束11中的電子藉由電子放射源5和靶10之間的電場被加速為具有用於產生X射線12所需的入射能量(incident energy)。藉由以從下面所描述的驅動電路所輸出的管電壓Va將電子放射源5定義在陰極電位以及將靶10定義在陽極電位，加速電場被形成在X射線產生管102中的完全封閉的空間中。
根據本發明之X射線產生管102的主幹藉由絕緣管3而形成，絕緣管3被形成用於被定義在陰極電位的電子放射源5和被定義在陽極電位的靶10之間的電絕緣目的。絕緣管3由絕緣材料所形成，例如，玻璃材料或陶瓷材料。絕緣管3亦可具有定義出電子放射源5和靶層9之間的距離的作用。
在X射線產生管102中的空間被減壓，使得電子放射源5作用。較佳的是，X射線產生管102的內部 具有10-8Pa或更多且10-4Pa或更少的真空度，並且，從電子放射源5的壽命的觀點來看，更佳的是，真空度為10-8Pa或更多且10-6Pa或更少。較佳的是，作為真空容器，X射線產生管102具有用於維持對抗大氣壓力的這種真空度以及耐久性的密封性。X射線產生管102的內部可藉由，在使用真空泵(未示)經由排出管(未示)產生真空之後將排出管密封，而被減壓。此外，為了維持真空度的目的，可在X射線產生管102中佈置收氣劑(getter)(未示)。
電子放射源5被佈置成為相對於靶10的靶層9。作為電子放射源5，例如，可使用鎢絲(tungsten filament)、像是浸漬陰極的熱陰極、或像是奈米碳管(carbon nanotube)的冷陰極。為了控制波束直徑、電子流密度、及電子束11的開/關的目的，電子放射源5可包括柵電極以及靜電透鏡電極(未示)。
<陽極>
圖1B為圖1A所顯示的陽極1之部分放大截面圖。陽極1為根據本發明的實施例的陽極。在根據本發明的陽極中，靶10藉由透過接合材料8將作為靶10的支撐構件的管狀陽極構件6的管內周緣接合到被包含在靶10中的穿透基板7的側表面而被支撐。
根據本發明的靶10為包括穿透基板7和靶層9的穿透靶。靶層9藉由與管電壓Va一起適當地選擇被包含在靶層中的材料以及其厚度而被形成，以作為用於發 射必要種類的射線之X射線產生源。作為靶層的材料可包含，例如，具有40或更多的原子序(atomic number)之金屬材料(像是鉬、鉭、鎢等)。靶層9可藉由任意的膜形成方法，例如，氣相沉積或濺鍍，而被形成在穿透基板7上。
穿透基板7由供透射高程度的X射線且為高度耐火的材料所形成，例如，鈹、天然金剛石或人造金剛石。在這些材料中，由高溫高壓合成法或化學氣相沉積所形成的人造金剛石從散熱性、再現性、均勻性、成本等的觀點來看為較佳的。穿透基板7不僅作用為用於使在靶層9產生的X射線穿透到X射線產生管102外的穿透窗，且亦作用為與其他構件一起形成真空容器的構件。
較佳的是，穿透基板7為具有2mm或更多且10mm或更少的直徑之圓盤形狀。在穿透基板7上，靶層9被形成，必要的對焦直徑(focus diameter)可被形成在靶層9上。此外，在穿透基板7為長方體的情況下，上述的直徑之範圍可以用長方體的表面之較短側的長度和較長側的長度來替換。此外，更佳的是，穿透基板7的厚度為0.3mm或更多且4.0mm或更少。藉此，對抗大氣壓力的耐久性被維持，且仍可確保X射線12的穿透率。
管狀陽極構件6不僅具有定義靶層9的陽極電位的功能，且還具有支撐靶10的功能。管狀陽極構件6經由電極(未示)電性連接到靶10。此外，管狀陽極構件6及靶10的穿透基板7經由接合材料8被接合在一起。
部件藉由接合材料8被接合在一起，接合材料8為，例如，像是銀硬焊材料、金硬焊材料或銅硬焊材料的各種類型的硬焊材料、焊料等。在這些材料中，銀硬焊材料為較佳的，其使得硬焊能夠在相對低的硬焊溫度，即使若真空容器被以高溫燒製，此相對低的硬焊溫度對於防止再熔解為足夠高的。
此外，藉由以具有高比重(specific gravity)的材料來形成，管狀陽極構件6可具有阻擋X射線的功能。從縮減管狀陽極構件6的觀點來看，較佳的是，形成管狀陽極構件6的材料具有大的衰減係數(attenuation coefficient)μ/ρ[m2/kg]及密度[kg/m3]，使得其乘積為大的。此外，從進一步縮減的觀點來看，較佳的是，根據從靶層9所產生的X射線12的種類，適當地選擇具有特定吸收邊源能量的金屬元素來作為形成管狀陽極構件6的材料。管狀陽極構件6可由銅、銀、鉬、鉭、鎢等的一者或至少兩者的合金所形成，且可包含與被包含在靶層9中的靶金屬相同的金屬元素。
管狀陽極構件6為圍繞靶層9的管狀形狀，且因此作用為前屏蔽構件，其定義出從靶層9發射的X射線12的發射角之範圍。較佳的是，管狀陽極構件6為圓柱狀。此外，管狀陽極構件6作用為後擋件，其限制從靶層9朝向電子放射源5到達的反射及反向散射(backscattered)的電子(未示)或反向散射的X射線(未示)。
[第一實施例]
說明根據本發明的第一實施例的陽極1。此情況為管狀陽極構件6為圓柱狀且靶10的穿透基板7為圓盤形狀的情況，圓盤形狀與管狀陽極構件6的內周緣在平面圖中為同心圓。如圖1B所示，在本發明的陽極中，接合材料8具有在沿著管狀陽極構件6的中央軸線P(以下稱為中央軸線P)的方向上變化的厚度。注意，在本發明中，接合材料8的厚度為接合材料8在正交於管狀陽極構件6的中央軸線P的方向上的寬度，亦即，在此情況下，接合材料8在管狀陽極構件6的徑向方向上的寬度，以及，圖1B之圖紙在橫向方向上的寬度。注意，接合材料8在以中央軸線P為中心的周緣方向上具有均勻的厚度。
此外，管狀陽極構件6經由環形的接合材料8被接合到穿透基板7。接合材料8沿著管狀陽極構件6的管軸線Q延伸，以圍繞管軸線Q。本發明的作用機制在於沿著圍繞管軸線Q之環形的接合材料8所造成的拉伸應力藉由沿著管軸線Q局部地形成壓縮應力分量而被緩解。
管狀陽極構件6的中央軸線P在此亦可被說成是管狀陽極構件6的管軸線Q的部分。因此，僅顯示管狀陽極構件6的中央軸線P，並省略管狀陽極構件6的管軸線Q的圖示。
在本發明中，為了變化接合材料8的厚度，均作用為接合表面的穿透基板7的側表面7a和管狀陽極構件6的內周表面6a中的一者被相對於中央軸線P傾 斜。圖1B為穿透基板7的側表面7a被傾斜的情況之圖示，且接合材料8的厚度沿著中央軸線P在從靶層9朝向穿透基板7的方向上減少。此外，圖1B為穿透基板7的截面面積在正交於中央軸線P的方向上沿著中央軸線P在從靶層9朝向穿透基板7的方向上增加的形式之圖示。
在本發明中，藉由在沿著中央軸線P的方向上形成接合材料8的厚度分布，當穿透基板7和管狀陽極構件6被接合在一起時、或當X射線被發射時所造成的接合材料8中的裂痕的發展被抑制。參照圖2A到圖2C、圖3A及圖3B說明此作用機制。
圖2A到圖2C為用於說明當接合材料8在高溫下被冷卻時在接合材料8中所造成的拉伸應力的示意圖。圖2A為當從圖紙的上方觀看圖1B時的部分平面圖，且圖2B和圖2C為圖1A的放大視圖。參照圖2A到圖2C，z方向為沿著中央軸線P的方向，θ方向為環形地圍繞作為中心的中央軸線P的周緣方向，且R方向為從中央軸線P徑向地延伸的徑向方向。
如圖2A所示，當熱的接合材料8的溫度下降時，由於穿透基板7和接合材料8的熱膨脹係數具有「穿透基板7<接合材料8」的關係，它們之間的差異在θ方向上造成拉伸應力21，以作用於接合材料8上。假設拉伸應力21作用在接合材料8的整個周緣上，這導致裂痕在接合材料8中發展。
如圖2B所示，同樣對於R方向，拉伸應力 22作用在接合材料8上，且變形發生在接合材料8中。穿透基板7和管狀陽極構件6具有小於接合材料8的熱膨脹係數之熱膨脹係數，且因此，接合材料8無法在R方向上收縮。據此，無法減少拉伸應力22。
此外，如圖2C所示，拉伸應力23亦作用在z方向上。然而，接合材料8在z方向上的兩端為開放的，且沒有被綁定到穿透基板7和管狀陽極構件6，且因此，接合材料8可在z方向上收縮。如圖3A所示，接合材料8以平面25為恢復平面(return plane)而被收縮，在平面25上，變形31為零。隨著離平面25的距離增加，變形31變得更大。因此，如圖3A中由32a和32b所表示的，收縮的接合材料8在z方向上的每一端為向內拉的曲面。
接合材料8在z方向上的收縮根據帕桑比(Poisson's ratio)緩解在θ方向上的拉伸應力。應力σ由楊式模量(Young's modulus)E(Pa)及接合材料8的變形因子ε的乘積表示，亦即，σ=Eε。因此，應力σ的緩解量在接合材料8沿著z方向的兩端為大的，在此處，變形為大的以緩解在θ方向上的拉伸應力。在此情況下，根據本發明，接合材料8具有在z方向上的厚度分布，且因此，由收縮所緩解的應力σ的量在z方向上變化。
在z方向上的變形為零的平面25由接合材料8被綁定到穿透基板7的側表面7a和管狀陽極構件6的內周表面6a之被接合區域的長度、以及由接合材料8未被綁定的開放區域的長度來決定。具體而言，在圖2C所 示之包括中央軸線P的虛擬平面上，在z方向上的變形為零的平面25為在平面25的一側上之被接合區域的長度和開放區域的長度之間的差異與在平面25的另一側上之被接合區域的長度和開放區域的長度之間的差異相同的平面。在圖2c所示的情況下，a+c-e=b+d-f且a/b=c/d。因此，根據本發明，在接合材料8之厚度較大的側上，變形變得更大，且由收縮造成的壓縮應力σ因此變得更大，從而更加緩解θ方向上的拉伸應力。參照圖3A及圖3B，由虛線圍繞的區域33為θ方向上的拉伸應力被更加緩解的區域。
具體而言，為了緩解接合材料8的周邊拉伸應力21的目的，接合材料8具有截面形狀，以導致沿著管狀陽極構件6的管軸線的至少一方向上的壓縮應力分量(例如，具有不同於其他截面的面積之面積的截面形狀)。
注意，在沿著管狀陽極構件6的管軸線的方向上，本實施例的接合材料8的兩端面並未與另一個構件接觸、被以具有小的剛性之薄板覆蓋、或與具有大於接合材料8的熱膨脹係數之熱膨脹係數的另一個構件接觸。
在本發明中，藉由在z方向上於接合材料8中形成在θ方向上的拉伸應力被很大程度的緩解的區域，在接合材料8的該區域中之裂痕的發展可被抑制。
此外，如圖3B所示，在此情況下，作為接合表面之穿透基板7的側表面7a被傾斜，且因此，由於接合材料8去收縮的力，由箭頭34所指示之沿著正交於側 表面7a的方向之力作用於側表面7a上。力可在側表面7a中被分為由箭頭34a所指示之沿著R方向的方向，以及由箭頭34b所指示之沿著z方向的方向。由箭頭34b所指示的方向為穿透基板7具有變形的彈性之方向。因此，在由箭頭34b所指示之方向上的接合材料8的變形進一步緩解了接合材料8在θ方向上的拉伸應力。
此外，當根據本發明的陽極1被安裝到X射線產生管102時，靶層9被導向為朝向X射線產生管102的內部。X射線產生管102的內部被減壓，且其外部處於被填滿絕緣流體的狀態，如同下面所說明的。因此，X射線產生管102的外部相較於X射線產生管102的內部處於較高的壓力。故，由於X射線產生管102的內部和外部之間的壓力差，在如圖3B所示的箭頭34b所指示的方向上的力作用在穿透基板7上，且因此，進一步壓縮接合材料8的力作用。結果，接合材料8中之θ方向上的拉伸應力被進一步緩解。
根據本發明，較佳的是，在θ方向上作用在接合材料8上的拉伸應力的緩解作用在X射線產生管102的內部作用成較大的程度。因此，較佳的是，接合材料8的厚度分布被形成為使得厚度在z方向上從靶層9朝向穿透基板7減少。
如在圖1A到圖3B中所示之實施例的形式(其中，接合材料8的厚度分布被設定為使得z方向上的厚度從靶層9朝向穿透基板7減少)亦可藉由傾斜管狀陽極構 件6的內周表面6a來實施。圖4為本發明的這種實施例的截面圖。同樣在此情況下，類似於圖1A到圖3B中所示的情況，θ方向上的拉伸應力被更加緩解的區域36被形成在接合材料8中於其較大的厚度側上。同樣在此情況下，接合材料8的收縮造成由箭頭35所指示之沿著正交於管狀陽極構件6的內周表面6a之方向的力去作用在管狀陽極構件6的內周表面6a上。力的方向可被分為由箭頭35a及箭頭35b所指示的方向。然而，即使當箭頭35b的方向上的力作用在管狀陽極構件6上時，管狀陽極構件6不會在壓縮接合材料8的方向上移動，且因此，無法得到穿透基板7之如圖3B所示之去壓縮接合材料8的作用。此外，穿透基板7的側表面7a為與中央軸線P平行的，且因此，也無法得到穿透基板7因X射線產生管102的內部和外部之間的壓力差而去壓縮接合材料8的作用。
然而，在圖4所示的情況下，得到因穿透基板7與管狀陽極構件6之間的接合表面的長度差的效果。如圖4所示，在此情況下，於包括中央軸線P的虛擬平面上，穿透基板7的側表面7a的長度g小於管狀陽極構件6與接合材料8的被接合區域之長度h。在穿透基板7、管狀陽極構件6以及接合材料8的正常材料的組合中，熱膨脹係數滿足「穿透基板7<管狀陽極構件6<接合材料8」的關係，且在管狀陽極構件6的被接合區域中的熱膨脹係數之差小於在穿透基板7的被接合區域中的熱膨脹係數之差。在圖4所示的情況下，穿透基板7的被接合區域 (在此區域中，由於熱膨脹係數的差，較容易觀察到像是接合材料8的剝離或裂痕的發展的損害)短於管狀陽極構件6的被接合區域，且因此，相較於反過來的情況，較不容易觀察到接合材料8的損害。
根據本發明，用於得到效果之材料的組合為，將鑽石用於穿透基板7、將鎢或銅用於管狀陽極構件6、以及將硬焊材料用於接合材料8。
根據本發明，從強化X射線產生管102的可靠性的觀點，較佳的是，在較靠近X射線產生管102的內部的位置形成區域33和36，在區域33和36中，在θ方向上的接合材料8中的拉伸應力被更加地緩解。因此，較佳的是，在沿著管狀陽極構件6的中央軸線P的方向上，以及在從靶層9朝向穿透基板7的方向上，減少接合材料8的厚度。
此外，在此情況下，有鑑於製造效率和效果，接合材料8的最厚部分的厚度tmax對最薄部分的厚度tmin的比率tmax/tmin較佳為1.05或更多且1.90或更少，且更佳為1.20或更多且1.70或更少。在圖1A到圖3B所顯示的形式中，圖2C中所顯示的e及f分別為tmin及tmax。
[第二實施例]
圖5為用於示意性地顯示根據本發明的另一例示性實施例的陽極的結構之部分截面圖。在本實施例 中，穿透基板7具有用於支撐靶層9的支撐表面7b。此外，管狀陽極構件6具有用於支撐穿透基板7的管內周緣。此外，本實施例的管狀陽極構件6包括環形突出部41，環形突出部41沿著管徑向方向從管內周緣向內突出，此為本實施例的管狀陽極構件不同於參照圖1A到圖3B所說明的第一實施例的管狀陽極構件的點。環形突出部41具有相對於支撐表面7b的周緣的軸承表面41a。接合材料8從在管軸向方向中的沿著管軸線的方向在側表面7a和管內周緣6a之間的間隙延伸到在管徑向方向(區域43)中的沿著管徑向方向在支撐表面7b的周緣和軸承表面41a之間的間隙。注意，在此情況下，管狀陽極構件6為圓柱形的，且因此，環形突出部41的內直徑小於管內周緣的內直徑。
如同參照圖3A及3B所說明的，在收縮過程中接合材料8使沿著垂直於側表面7a的方向之由箭頭44所指示的力去作用在穿透基板7的傾斜的側表面7a上，且由箭頭44b所指示的力作用在穿透基板7上。注意，類似於圖3B所示的情況，箭頭44指示在水平方向上的力分量(由箭頭44a所指示)以及在垂直方向上的力分量(由箭頭44b所指示)的合力(resultant force)。當接合材料8在收縮過程中時，穿透基板7被壓向靶層9側，且穿透基板7的支撐表面7b的周緣將接合材料8壓向軸承表面41a。在此，由穿透基板7的支撐表面7b的周緣所抵壓的接合材料8使壓縮應力根據接合材料8的帕桑比去作用在θ方向 上，且因此，在θ方向上所造成的拉伸應力在區域43中被緩解。
此外，在圖5所示的情況下，亦可得到緩解歸因於參照圖3B所描述之X射線產生管102的內部和外部之間壓力上的差異而導致的在θ方向上的拉伸應力的作用。此外，類似於圖4所示的情況，當管狀陽極構件6的被接合區域之長度(h1+h2)大於穿透基板7的被接合區域之長度(g1+g2)時，且當在穿透基板7、管狀陽極構件6以及接合材料8的組合中的熱膨脹係數滿足”穿透基板7<管狀陽極構件6<接合材料8”的關係時，可減少接合材料8的損害。
在此範例中，接合材料8在θ方向上的拉伸應力於其中更為緩解的區域43被形成在更靠近X射線產生管102的內部的位置，且因此，X射線產生管102的可靠度可被進一步地強化。
同樣在此情況下，有鑑於製造效率及效果，在穿透基板7的側表面7a和管狀陽極構件6的內周表面6a彼此相對的區域內，接合材料8的最厚部分的厚度tmax對最薄部分的厚度tmin的比率tmax/tmin較佳為1.05或更多且1.90或更少，且更佳為1.20或更多且1.70或更少。
在上述的第一和第二實施例中，管狀陽極構件6被描述為在周緣方向上具有高連續性的圓柱形狀，然而，根據本發明的管狀陽極構件6不限於圓柱形狀。截面 為多邊形形狀之具有開口的形式(未示)亦落在本發明的範疇內。根據本發明，當管狀陽極構件為圓柱形時，藉由接合材料沿著管軸線方向的厚度分布來減少拉伸應力的效果可在整個周緣方向上被產生，其為較佳的。
<X射線產生設備>
圖6為用於示意性地顯示根據本發明的實施例之X射線產生設備的結構之截面圖。根據本發明的X射線產生設備101具有包括使用根據本發明的陽極1的X射線產生管102、以及用於將管電壓施加到X射線產生管102的陰極2和陽極1的驅動電路103的特徵。
在此情況下，X射線產生設備101在具有X射線穿透窗121的容器120中包括作為X射線源的本發明的X射線產生管102、以及用於輸出要被施加在X射線產生管102的陰極2和陽極1之間的管電壓的驅動電路103。
所期望的是，用於容納X射線產生管102及驅動電路103的容器120對於容器具有足夠的強度，且具有優異的散熱效能，並且，像是銅、鐵或不鏽鋼的金屬材料被適當地使用作為容器的材料。
在此情況下，除了佈置X射線產生管102和驅動電路103所需的空間外，在容器120中的空間被填滿絕緣流體109。可為液體或氣體的絕緣流體109具有電絕緣特性，且扮演在維持容器120的電絕緣中的角色以及作 為X射線產生管102的冷卻媒介的角色。較佳的是，當使用絕緣液體時，使用像是礦物油、矽油(silicone oil)或全氟油(perfluoro oil)的電絕緣油。
<放射線攝影系統>
圖7為用於示意性地顯示根據本發明的實施例之放射線攝影系統的結構之方塊圖。
系統控制裝置202以協調的方式控制X射線產生設備101以及其他相關的設備。驅動電路103在系統控制裝置202的控制下輸出各種類型的控制信號到X射線產生管102。從X射線產生設備101發射的X射線12的放射狀態受到控制信號的控制。從X射線產生設備101發射的X射線12通過主體204，以從而由X射線偵測裝置206進行偵測。X射線偵測裝置206將偵測到的X射線轉換成影像信號並將影像信號輸出到信號處理部分205。在系統控制裝置202的控制下，信號處理部分205對影像信號施加預定的信號處理，並將經處理的影像信號輸出到系統控制裝置202。根據經處理的影像信號，系統控制裝置202輸出顯示信號到顯示裝置203，用於在顯示裝置203上顯示影像。顯示裝置203根據顯示信號將主體204的影像顯示在螢幕上。
雖然已經參照例示性實施例描述了本發明，應當理解的是，本發明不侷限於所揭露的例示性實施例。以下申請專利範圍的範疇應被賦予最寬廣的解釋，以使其 涵蓋所有這樣的變型以及相等結構和功能。
6‧‧‧管狀陽極構件
6a‧‧‧管狀陽極構件的內周表面
7‧‧‧穿透基板
7a‧‧‧穿透基板的側表面
8‧‧‧接合材料
9‧‧‧靶層
22‧‧‧拉伸應力

Claims (19)

  1. 一種陽極，包括：穿透靶，包括：靶層，用於經由電子束的照射產生X射線；及穿透基板，用於支撐該靶層，且供由該靶層產生的該X射線穿透；以及管狀陽極構件，用於將該穿透基板支撐在其管內周緣，其中，該穿透基板的側表面及該管狀陽極構件的該管內周緣藉由接合材料被接合在一起，並且其中，該接合材料具有一厚度，該厚度在沿著該管狀陽極構件的管軸線的方向上變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的陽極，其中，該接合材料的該厚度在沿著該管狀陽極構件的該管軸線的方向上以及在從該靶層朝向該穿透基板的方向上減少。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的陽極，其中，該穿透基板包括用於支撐該靶層的支撐表面，其中，該管狀陽極構件包括環形突出部，該環形突出部從該管內周緣向內突出，用於支撐該穿透基板，該環形突出部包括相對於該支撐表面的周緣的軸承表面，並且其中，該接合材料從沿著管軸向方向在該側表面和該管內周緣之間的間隙延伸到沿著管徑向方向在該軸承表面和該支撐表面的該周緣之間的間隙。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的陽極， 其中，該接合材料的該厚度在沿著該管狀陽極構件的該管軸線的該方向上以及在從該靶層朝向該穿透基板的方向上減少，並且其中，該穿透基板正交於該管狀陽極構件的該管軸線之截面面積在沿著該管狀陽極構件的該管軸線的方向上、以及在從該靶層朝向該穿透基板的該方向上增加。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的陽極，其中，該穿透基板、該管狀陽極構件以及該接合材料的熱膨脹係數滿足穿透基板<管狀陽極構件<接合材料的關係。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的陽極，其中，在包括該管狀陽極構件的該管軸線的虛擬平面上，該穿透基板和該接合材料之間的被接合區域的長度小於該管狀陽極構件和該接合材料之間的被接合區域的長度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的陽極，其中，該接合材料包括硬焊材料。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的陽極，其中，該穿透基板包括鑽石。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的陽極，其中，該管狀陽極構件包括鎢及銅中的一者。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的陽極，其中，該接合材料最厚的部分的厚度(tmax)對於最薄的部分的厚度(tmin)之比率(tmax/tmin)為1.05或更多且1.90或更少，該接合材料被佈置在該穿透基板的該側表面與該管狀陽極構件的該管內周緣彼此相對的區域中。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的陽極，其中，該接合材料最厚的部分的厚度(tmax)對於最薄的部分的厚度(tmin)之比率(tmax/tmin)為1.20或更多且1.70或更少，該接合材料被佈置在該穿透基板的該側表面與該管狀陽極構件的該管內周緣彼此相對的區域中。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的陽極，其中，該管狀陽極構件為圓柱狀，且該穿透基板為圓盤形狀。
  13. 一種X射線產生管，包括：管狀的絕緣管；陰極，安裝在該絕緣管的一端；陽極，安裝在該絕緣管的另一端；以及電子放射源，佈置在該絕緣管中且連接到該陰極，該陽極包括如申請專利範圍第1至12項中的任一項之陽極。
  14. 一種X射線產生設備，包括：如申請專利範圍第13項之X射線產生管；以及驅動電路，用於將管電壓施加到該X射線產生管的該陰極及該陽極。
  15. 一種放射線攝影系統，包括：如申請專利範圍第14項之X射線產生設備；X射線偵測裝置，用於偵測從該X射線產生設備發出且通過主體的X射線；以及系統控制裝置，用於整體地控制該X射線產生設備及該X射線偵測裝置。
  16. 一種陽極，包括：穿透靶，包括：靶層，用於經由電子束的照射產生X射線；及穿透基板，用於支撐該靶層，且供由該靶層產生的該X射線穿透；以及管狀陽極構件，用於將該穿透基板支撐在其管內周緣，其中，該穿透基板的側表面及該管狀陽極構件的該管內周緣藉由接合材料被接合在一起，其中，該接合材料具有截面形狀，以在沿著該管狀陽極構件的管軸線的至少一方向上造成壓縮應力分量(compressive stress component)，使得該接合材料的周邊拉伸應力(circumferential tensile stress)被緩解。
  17. 一種X射線產生管，包括：管狀的絕緣管；陰極，安裝在該絕緣管的一端；陽極，安裝在該絕緣管的另一端；以及電子放射源，佈置在該絕緣管中且連接到該陰極，該陽極包括如申請專利範圍第16項之陽極。
  18. 一種X射線產生設備，包括：如申請專利範圍第17項之X射線產生管；以及驅動電路，用於將管電壓施加到該X射線產生管的該陰極及該陽極。
  19. 一種放射線攝影系統，包括： 如申請專利範圍第18項之X射線產生設備；X射線偵測裝置，用於偵測從該X射線產生設備發出且通過主體的X射線；以及系統控制裝置，用於整體地控制該X射線產生設備及該X射線偵測裝置。
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