WO2002080631A1

WO2002080631A1 - Generateur de rayons y

Info

Publication number: WO2002080631A1
Application number: PCT/JP2002/003091
Authority: WO
Inventors: Tsutomu Nakamura; Masayoshi Ishikawa
Original assignee: Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2002-10-10
Also published as: JP2002299098A; JP4889871B2; EP1381256A4; EP1381256A1; CN1265681C; TW544708B; KR20030085073A; KR100916404B1; US20040109537A1; US7133495B2; CN1500368A

Description

糸田

X線発生装置

技術分野

本発明は、 X線を発生させる X線発生装置に関する。

背景技術

かかる X線発生装置としては、例えば特開平 7— 2 9 5 3 2号公報に開示されたものがある。この X線発生装置は、熱電子を放出する力ソード部と、力ソード部から放出された熱電子を制御するダリッド電極と、熱電子が衝突することで X 線を発生するターゲットと、これら力ソード部及びダリッド電極に印加する電圧を制御する電圧制御装置とを備えている。力ソード部は、多孔質タングステンに B a Oなどの易電子放射物質が含浸されたカソードと、このカソードを加熱して熱電子を放出させるためのヒータとを備えている。

発明の開示

上記した従来の X線発生装置では、図 8 A〜 8 Eに示すように、 X線発生装置のメイン電源（図中、駆動 S Wと示す）をオンにすることで、電圧制御装置によつてカソード部、すなわちカソードを加熱するためのヒータに所定の電圧が印加されると共に、熱電子がターゲットに到達しないようなカツトオフ電圧がダリッド電極に印加される。このように予めヒータに所定の電圧を印加すること（すなわち、ヒータの予熱）は、 X線出射のオン信号が入力されたと同時に所望の安定した X線を出射するために重要である。しかる後、 X線出射のスィッチ（図中、 X線 S Wと示す）により X線出射のオン信号が入力されると、ターゲットに衝突する熱電子の量が所定値となるような動作電圧がダリッド電極に印加され、これにより熱電子がターゲットに衝突して X線が発生する。

従来の X線発生装置では、 X線出射のオン信号が入力されると同時に所望の安定した X線を出射するために、力ソード部のヒータには熱電子の放出に必要な電圧が常に印加されていた。ところで、 X線発生装置では、使用条件によってはメイン電源がオン状態で X線出射がオフの状態である待機時間、すなわちヒータの予熱状態が圧倒的に長い状態となることがあった。この待機時間中にも力ソード部のヒータには熱電子の放出に必要な電圧が印加されているので、 X線を出射しなくとも力ソードは消耗することになる。このように、使用条件によっては X線管の非効率な運転が行われることになり、その結果、力ソードの寿命が短くなつて、ひいては X線管の寿命が短くなるという問題があった。

そこで本発明は、使用条件によらないで X線管を効率的に運転することにより、より長期にわたってしかも安定的に X線を得ることが可能な X線発生装置を提供することを目的とする。

本発明に係る X線発生装置は、（1 ) 熱電子を放出する力ソード部、力ソード部から放出された熱電子を制御するグリッド電極、及び熱電子が衝突することにより X線を発生させるターゲットを有する X線管と、（2 ) 力ソード部及びダリッド電極に印加する電圧を制御する電圧制御装置と、（3 ) X線発生装置のオン - オフ及び X線出射のオン ·オフを操作するスィツチと、を備え、電圧制御装置は、スィツチを介する X線発生装置のオン信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、力ソード部に正の待機電圧 v_fl を印加すると共に、力ソード部から放出された熱電子がターゲットに到達しないような負のカツトオフ電圧 v_clをダリッド電極に印加し、スィツチを介する X線発生装置のオン信号と X線出射のオン信号とに基づいて、カソード部に待機電圧 v_flよりも高いカソード動作電圧 v_f2を印加すると共に、力ソード部から放出された熱電子がターゲットに到達するようなカットォフ電圧 V_clよりも高いダリッド動作電圧 V_c2をダリッド電極に印加する、ことを特徴とする。

この X線発生装置では、 X線発生装置のスィツチがオンで X線出射のスィツチがオフの状態では、 X線出射のスィツチがオンのときに印加されるカソード動作電圧 V_f2よりも低い待機電圧 V_flが力ソード部に印加される。よって、 X線発生装置のスィツチがオンの状態でカソード部に常にカソード動作電圧 V_f2が印加される従来の X線発生装置と比べて、カソード部が消耗するまでの期間が長くなり、しかも X線出射のスィツチをオンにしたと同時に所望の安定した X線を出射することができる。このように、この X線発生装置によれば、使用条件によらないで X線管を効率的に運転することにより、より長期にわたって安定的に X線を得ることが可能となる。

また本発明に係る X線発生装置は、（1 ) 熱電子を放出する力ソード部、カソード部から放出された熱電子を制御するグリッド電極、及び熱電子が衝突することにより X線を発生させるターゲットを有する X線管と、（2 ) 力ソード部及びグリッド電極に印加する電圧を制御する電圧制御装置と、（3 ) X線発生装置のオン 'オフ、力ソード部のオン 'オフ、及び X線出射のオン 'オフを操作するスイッチと、を備え、電圧制御装置は、スィッチを介する X線発生装置のオン信号とカソード部のオフ信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部に正の待機電圧 v_fl を印加すると共に、力ソード部から放出された熱電子がターゲットに到達しないような負のカツトオフ電圧 v_clをグリツド電極に印加し、スィッチを介する X線発生装置のオン信号とカソード部のオン信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部に待機電圧 v_flよりも高いカソ一ド動作電圧 v_f2を印加すると共に、グリッド電極にカットオフ電圧 V_clを印加し、スィッチを介する X 線発生装置のオン信号と力ソード部のオン信号と X線出射のオン信号とに基づいて、力ソード部に力ソード動作電圧 v_f2を印加すると共に、力ソード部から放出された熱電子が前記ターゲットに到達するようなカツトオフ電圧 V_clよりも高いダリッド動作電圧 V_c2をグリッド電極に印加する、ことを特徴とする。

この X線発生装置では、 X線発生装置のスィツチがオンでカソード部のスィッチがオフの状態では、カソード部のスィツチがオンのときに印加されるカソード動作電圧 V_f2よりも低い待機電圧 V_flが力ソード部に印加される。よって、 X線発生装置のスィツチがオンの状態で力ソード部に常に力ソード動作電圧 V_f2が印加される従来の X線発生装置と比べて、カソード部が消耗するまでの期間が長くなり、しかも X線出射のスィツチをオンにしたと同時に所望の安定した X線を出射することができる。このように、使用条件によらないで X線管を効率的に運転することにより、より長期にわたってしかも安定的に X線を得ることが可能となる。特に、この X線発生装置では、力ソード部のオン 'オフを操作するスィッチにより、カソード部に印加する電圧を待機電圧 V_flとカソード動作電圧 V_f2との間で自由に操作できるようになつている。よって、 X線の出射を開始する前に力ソード部のスィツチをオンにし、力ソード部に印加する電圧を待機電圧 v_flからカソード動作電圧 v_f2に切り替えておくことで、 X線出射のスィツチのオンにより X線の出射に瞬時に対応して、 X線出射の初期状態からより安定した特性の X線を出射することが可能となる。

また本発明に係る X線発生装置は、（1 ) 熱電子を放出する力ソード部、カソード部から放出された熱電子を制御するダリッド電極、及び熱電子が衝突することにより X線を発生させるターゲットを有する X線管と、（2 ) 力ソード部及びグリッド電極に印加する電圧を制御する電圧制御装置と、（3 ) X線発生装置のオン ·オフ、力ソード部のオン■オフ、及び X線出射のオン ·オフを操作するスイッチと、を備え、電圧制御装置は、スィッチを介する X線発生装置のオン信号とカソード部のオフ信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部へ電圧を印加しないと共に、グリッド電極へ電圧を印加せず、スィッチを介する X線発生装置のオン信号とカソード部のオン信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、力ソード部へ正の待機電圧 V_fl を印加すると共に、ダリッド電極に力ソード部から放出された熱電子がターゲットに到達しないような負のカツトオフ電圧 V_clを印加し、スィツチを介する X線発生装置のオン信号とカソード部のオン信号と X 線出射のオン信号とに基づいて、カソード部へ待機電圧 V_flよりも高いカソード動作電圧 v_f2を印加すると共に、力ソード部から放出された熱電子がターゲットに到達するような力ットオフ電圧 V_clよりも高いダリッド動作電圧 V_c2をダリッド電極に印加する、ことを特徴とする。この X線発生装置では、 X線発生装置のスィッチがオンで、力ソード部のスィツチがオフのときはカソード部に電圧が印加されず、 X線発生装置のスィツチがオンで、カソード部のスィツチがオンで、 X線出射のスィツチがオフの状態では、

X線出射のスィツチがオンのときに印加される力ソード動作電圧 v_f2よりも低い待機電圧 V_flが力ソード部に印加される。よって、 X線発生装置のスィッチがォンの状態でカソード部に常にカソード動作電圧 V_f2が印加される従来の X線発生装置と比べて、力ソード部が消耗するまでの期間が長くなり、しかも X線出射のスィツチをオンにしたと同時に所望の安定した X線を出射することができる。このように、使用条件によらないで X線管を効率的に運転することにより、より長期にわたってしかも安定的に X線を得ることが可能となる。特に、本実施形態に係る X線発生装置は、力ソード部のオン ·オフを操作するスィッチにより、力ソード部に印加する電圧を電圧印加停止と待機電圧 v_flとの間で自由に操作できるようになっている。よって、 X線発生装置のスィツチがオンの状態であっても、力ソード部への電圧印加を停止することが可能となり、カソード部が短期間で消耗することがより一層抑制され、 X線管をより効率的に運転することにより、より長期にわたって安定的に X線を得ることが可能となる。

本発明に係る X線発生装置では、電圧制御装置は、力ソード部への待機電圧 V _fl の印加時間が連続して所定の時間以上継続したとき、力ソード部のオン ·オフを制御するスィツチをオフにして、カソード部への電圧の印加を停止することを特徴としてもょレ、。このようにすれば、カソード部のスィツチを消し忘れたとき、力ソード部への電圧の印加が自動的に停止されることにより、カソード部が短期間で消耗することが更に抑制され、 X線管を更に効率的に運転することにより、更に長期にわたって安定的に X線を得ることが可能となる。

本発明に係る X線発生装置では、力ソード部は、力ソードと力ソードを加熱するためのヒータとを有する傍熱タイプのカソード部であることを特徴としてもよい。このようにすれば、ヒータに印加する電圧を制御することにより力ソードが消耗するまでの期間が長くなる。

本発明に係る X線発生装置では、力ソード部は、フィラメントを有する直熱タイブの力ソード部であることを特徴としてもよい。このようにすれば、フィラメントに印加する電圧を制御することによりフィラメントが消耗するまでの期間が長くなる。

図面の簡単な説明

図 1は、実施形態に係る X線発生装置の構成を模式的に示す図である。

図 2は、エンドウィンドウタイプの X線管の構造を示す断面図である。

図 3は、電子銃の構造を示す断面図である。

図 4A、図 4B、図 4C、図 4D、図 4Eは、第 1の実施形態に係る X線発生装置の動作を説明するための図である。

図 5A、図 5 B、図 5 C、図 5D、図 5 E、図 5 Fは、第 2の実施形態に係る X線発生装置の動作を説明するための図である。

図 6A、図 6B、図 6 C、図 6D、図 6 E、図 6 Fは、第 3の実施形態に係る

X線発生装置の動作を説明するための図である。

図 7A、図 7B、図 7 C、図 7D、図 7E、図 7 Fは、第 3の実施形態に係る X線発生装置の変形例の動作を説明するための図である。

図 8A、図 8 B、図 8 C、図 8D、図 8 Eは、従来の X線発生装置の動作を説明するための図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る X線発生装置の好適な実施形態について説明する。なお、図面において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

ここで、以下に説明する第 1〜3の実施形態に係る X線発生装置は、基本構成が同一であるため、 X線発生装置の基本構成について最初にまとめて説明する。図 1は、第 1〜 3の実施形態に係る X線発生装置の構成を模式的に示す図である。図 1に示すように、 X線発生装置 1は X線を発生する X線管ュ-ット 1 0と、この X線管ュニット 1 0を制御する制御ュニット 3 0とを備えている。

X線管ユニット 1 0は、 X線管 1 1を有している。 X線管 1 1は、エンドウインドウタイプとサイドウインドウタイプのいずれも用いることが可能であるが、本実施形態ではェンドウインドウタイプの X線管 1 1について説明する。

図 2に示すように、 X線管 1 1はマイクロフォーカス X線管であり、金属製の外囲器 1 2とガラス製の外囲器 1 3とを組み合わせて構成されている。外囲器 1 2の一端にはセラミック製のステム 1 4がはめ込まれており、ステム 1 4には後述するダリッド電極 1 5や力ソード部 1 6に電圧を供給するための複数のピン 1 7が揷通されている。また、この外囲器 1 2の側面にはベリリゥム製の X線出射窓 1 8が形成されている。

外囲器 1 2， 1 3の内部には、外囲器 1 2側に電子銃 2 0が配置され、外囲器 1 3側に無酸素銅などからなるターゲット基体 2 1が配置されている。電子銃 2 0は、力ソード部 1 6、グリッド電極 1 5、及びフォーカス電極 1 9を有している。また、ターゲット基体 2 1の先端には、タングステンのターゲット 2 2が銀で口ゥ付けされている。

ターゲット 2 2は、熱電子がターゲット 2 2に向かう軌道に垂直な面に対して 2 5度傾けて配置されている。このように、ターゲット 2 2が傾けられて配置されているため、発生した X線の多くが X線出射窓 1 8から外部に出射される。図 3は、電子銃 2 0の構造を示す断面図である。図 3に示すように、力ソード部 1 6、グリツド電極 1 5、及びフォーカス電極 1 9は、アルミナ又はサフアイャの支柱 2 3に取り付けられている。ダリッド電極 1 5とフォーカス電極 1 9の材質は、耐熱性及び放熱性に優れたモリブデンを使用することができる。ダリッド電極 1 5とフォーカス電極 1 9の支柱 2 3への接着は、非結晶性ガラスまたは銀 2 4によるロウ付けにより行われている。力ソード部 1 6は、ヒータ 2 5と力ソード 2 6とを含み、ヒータ 2 5の熱によりカソード 2 6を加熱する傍熱タイプである。なお、力ソード部 1 6はフィラメントを有し、このフィラメントに電圧を印加することで熱電子が放出される直熱タイプであってもよい。本実施形態では、傍熱タイプの力ソード部 1 6について説明する。

力ソード 2 6は含浸型力ソードが用いられている。含浸型力ソードは多孔質タングステンに B a O， C a O , A 1 ₂0₃などの易電子放射物質を含浸させたものであり、その電子放斜面が O s (オスミウム）， I r (イリジウム）， O s /R u (ルテニウム）などで被覆されている。この被覆により、動作温度が低減され力ソード 2 6の長寿命化が図られる。

外囲器 1 2は、ニッケル'銅合金により形成されている。ニッケル■銅合金は、熱伝導性、加工性（特に溶接性）に優れ、ガス放出の少ない金属である。このように、外囲器 1 2は熱伝導性の高い合金により形成されるため、 X線管 1 1の内部で発生する熱を効率よく外部に運び去ることができ、熱によるダメージを軽減して X線管 1 1の寿命を延ばすことができる。

また外囲器 1 2は導電性を有し、常にグランド電位に維持されている。フォーカス電極 1 9はこの外囲器 1 2と接続されているため、フォーカス電極 1 9も常にグランド電位に維持される。これにより、ターゲット 2 2の電位が変化しても、フォーカス電極 1 9の周囲に形成される電子レンズの形状は常に一定となり、安定した微小 X線焦点を保つことができる。さらに、グランド電位に維持された外囲器 1 2によって、電子銃 1 0及びターゲット 2 2が囲まれているため、外部の影響により外囲器 1 2内部の電界分布の乱れが抑制されている。

また X線管ュニット 1 0は、ダリッド電極 1 5、ターゲット 2 2、及びカソード部 1 6に印加する電圧を発生する電圧発生回路 2 7を有している。ここで本明細書において「力ソード部に印加する電圧」とは、上記した傍熱タイプのカソード部 1 6についてはヒータ 2 5に印加する電圧のことを指し、直熱タイプのカソード部 1 6についてはフィラメントに印加する電圧のことを指す。この電圧発生回路 2 7は、グリッド電極 1 5、ターゲット 2 2、及び力ソード部 1 6について共通のものとして図示するが、これらグリッド電極 1 5、ターゲット 2 2、及びカソード部 1 6は電圧発生回路をそれぞれ有していてもよい。

この X線管ュニット 1 0では、カソ一ド部 1 6のヒータ 2 5に電圧が印加されて発熱することにより力ソード 2 6が加熱されると、一定の温度で力ソード 2 6 の表面から熱電子が放出される。放出された熱電子は、グリッド電極 1 5により加速され、フォーカス電極 1 9により集束されて、ターゲット 2 2に衝突する。衝突により、熱電子は X線と熱に変換され、発生した X線は X線出射窓 1 8から外部に出射する。また発生した熱は熱伝導性の高いターゲット基体 2 1を通って外部に放出される。

制御ュ-ット 3 0は、図 1に示すように、操作部 3 1と制御部 3 2とを有している。操作部 3 1には、 X線発生装置 1自体のオン 'オフを操作するスィッチ 3 3と、 X線出射のオン 'オフを操作するスィッチ 3 4が設けられている。第 2及び第 3の実施形態に係る X線発生装置 1では、操作部 3 1には更に力ソード部 1 6のオン ·オフを操作するスィツチ 3 5が設けられている。

制御部 3 2には、電圧発生回路 2 7を制御するためのプログラムが記憶されたメモリ 3 6と、 X線発生装置 1 0全体の動作をつかさどる演算手段としての C P U 3 7が設けられている。なお、この制御部 3 2と電圧発生回路 2 7とにより本実施形態に係る電圧制御装置が構成される。

上記のような基本構成を有する X線発生装置 1において、第 1〜3の実施形態では制御部 3 2の構成がそれぞれ相違する。よって、以下に説明する各実施形態においては、主に制御部 3 2の相違点について詳述する。

(第 1の実施形態）

第 1の実施形態に係る X線発生装置 1では、制御ュニット 3 0の制御部 3 2のメモリ 3 7,には、 X線管ユニット 1 0の電圧発生回路 2 7を以下のように制御するためのプログラムが記憶されている。すなわち、図 4 A、図 4 B、図 4 C、図 4 D、図 4 Eに示すように、 X線発生装置 1のスィッチ（図中、駆動 S Wと示す） 3 3がオフにされているとき（X線出射のスィッチ 3 4は必然的にオフである）、グリッド電極 1 5及び力ソード部 1 6のヒータ 2 5のいずれにも電圧を印加しなレ、。そして、 X線発生装置 1のスイッチ 3 3がオンにされ、 X線出射のスィッチ（図中、 X線 S Wと示す） 3 4がオフにされているとき、 X線発生装置 1のオン信号と、 X線出射のオフ信号とに基づいて、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に正の待機電圧 V_fl を印加すると共に、カソード部 1 6のカソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達しないような負のカツトオフ電圧 V_clをダリッド電極 1 5に印加する。

また、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3がオンにされ、 X線出射のスィッチ 3 4 がオンにされているとき、 X線発生装置 1のオン信号と X線出射のオン信号とに基づいて、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に待機電圧 V_flよりも高い力ソード動作電圧 V_f2を印加すると共に、カソード部 1 6のカソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達するような、カツトオフ電圧 V_clよりも高いダリッド動作電圧 V_c2をグリッド電極 1 5に印加する。

かかる構成を有する本実施形態に係る X線発生装置 1を動作させるためには、図 4 Aに示すように、まず X線発生装置 1のスィツチ 3 3をオンにする。すると、図 4 Dに示すように、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に 3ボルト程度の正の待機電圧 V_flが印加される。これにより力ソード 2 6が暖められ、 X線出射にすばやく対応できるよう待機状態に入る。この待機電圧 V_fl は可能な限り小さいと好ましレ、。これと同時に、図 4 Cに示すように、力ソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達しないような— 2 0 0ボルト程度の負のカツトオフ電圧 V _clがダリッド電極 1 5に印加される。これにより、待機状態において力ソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達することが抑制される。

そして、 X線の出射を開始したいときは、図 4 Bに示すように、 X線出射のスイッチ 3 4をオンにする。すると、図 4 Dに示すように、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に待機電圧 V_flよりも高い 6 . 3ボルト程度の力ソード動作電圧 V_f2 が印加される。これにより力ソード 2 6が高温に熱せられ、力ソード 2 6から多くの熱電子が放出される。これと同時に、図 4 Cに示すように、力ソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達するようなカツトオフ電圧 V_clよりも高ぃグリツド動作電圧 V_c2がグリッド電極 1 5に印加される。このグリツド動作電圧 V_c2は、力ソード 2 6から放出されてターゲット 2 2に衝突する熱電子の量が所定値となるように調整される。これにより、力ソード 2 6から放出された熱電子がダリッド電極 1 5により加速され、集束電極 1 9により集束されてターゲット 2 2に衝突する。そして、生成された X線は、 X線出射窓 1 9から外部に出射される（図 4 E ) 。

X線の出射を停止するときは、図 4 Bに示すように、 X線出射のスィッチ 3 4 をオフにする。すると、図 4 Dに示すように、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に待機電圧 V_flが印加されると共にカツトオフ電圧 V_clがダリッド電極 1 5に印加され、再び待機状態に入る。

X線の出射を再開するときは、再び X線出射のスィッチ 3 4をオンにすることで上記したようにして X線が出射され、 X線の出射を停止するときは X線出射のスィツチ 3 4をオフにすることで上記したようにして X線の出射が停止される。そして、 X線発生装置 1の使用を終了するときは、図 4 Aに示すように、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3をオフにする。すると、図 4 C、図 4 Dに示すように、力ソード部 1 6のヒータ 2 5への電圧の印加が停止され、またグリッド電極 1 5 への電圧の印加が停止されて、 X線発生装置 1の動作が完全に停止される。

以上、本実施形態に係る X線発生装置 1では、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3 がオンで X線出射のスィツチ 3 4がオフの状態では、 X線出射のスィツチ 3 4がオンのときに印加されるカソード動作電圧 V_f2よりも低い待機電圧 V_flがカソ一ド部 1 6のヒータ 2 5に印加される。よって、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3がオンの状態でカソード部 2 6のヒータ 2 5に常にカソード動作電圧 V_f2が印加される従来の X線発生装置と比べて、力ソード部 1 6の力ソード 2 6が消耗するまでの期間が長くなる。このように、使用条件によらないで X線管 1 1を効率的に運転することにより、この X線発生装置 1ではより長期にわたってしかも安定的に X線を得ることが可能となる。

(第 2実施形態）

第 2の実施形態に係る X線発生装置 1では、制御ュニット 3 0の制御部 3 2のメモリ 3 7には、 X線管ュニット 1 0の電圧発生回路 2 7を以下のように制御するためのプログラムが記憶されている。

すなわち、図 5 A、図 5 B、図 5 C、図 5 D、図 5 E、図 5 Fに示すように、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3がオフにされているとき（X線出射のスィッチ 3

4及び力ソード部 1 6のスィッチ 3 5は必然的にオフである）、グリッド電極 1 5及び力ソード部 1 6のヒータ 2 5のいずれにも電圧を印加しない。そして、 X 線発生装置 1のスィッチ 3 3がオンにされ、力ソード部 1 6のスィッチ（図中、力ソード部 S Wと示す） 3 5がオフにされ、 X線出射のスィッチ 3 4がオフにされているとき、 X線発生装置 1のオン信号と力ソード部 1 6のオフ信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に正の待機電圧 V_fl を印加すると共に、力ソード部 1 6の力ソード 2 6から放出された熱電子がターグット 2 2に到達しないような負のカツトオフ電圧 V_clをグリッド電極 1 5に印加する。

また、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3がオンにされ、力ソード部 1 6のスイツチ 3 5がオンにされ、 X線出射のスィッチ 3 4がオフにされているとき、 X線宪生装置 1のオン信号とカソード部 1 6のオン信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に待機電圧 V_flよりも高いカソード動作電圧 V_f2を印加すると共に、ダリッド電極 1 5に上記したカツトオフ電圧 V_clを印加する。また、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3がオンにされ、力ソード部 1 6のスイツチ 3 5がオンにされ、 X線出射のスィッチ 3 4がオンにされているとき、 X線発生装置 1のオン信号とカソード部 1 6のオン信号と X線出射のオン信号とに基づいて、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に上記したカソード動作電圧 V_f2を印加すると共に、力ソード部 1 6の力ソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2 に到達するような、カツトオフ電圧 V_clよりも高いダリッド動作電圧 V_c2をダリッド電極 1 5に印加する。

かかる構成を有する本実施形態に係る X線発生装置 1を動作させるためには、図 5 Aに示すように、まず X線発生装置 1のスィツチ 3 3をオンにする。すると、図 5 Eに示すように、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に 3ボルト程度の正の待機電圧 V_fl が印加される。これにより力ソード 2 6が暖められ、 X線出射にすばやく対応できるよう待機状態に入る。この待機電圧 V_fl は可能な限り小さいと好ましレ、。これと同時に、図 5 Dに示すように、力ソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達しないような— 2 0 0ボルト程度の負のカツトオフ電圧 V _clがグリッド電極 1 5に印加される。これにより、待機状態において力ソード 2

6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達することが抑制される。

そして、 X線の出射を開始したいときは、まず図 5 Bに示すように、力ソード部 1 6のスィッチ 3 5をオンにする。すると、図 5 Eに示すように、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に 6 . 3ボルト程度の力ソード動作電圧 V_f2が印加される。これにより、待機状態にあった力ソード 2 6がヒータ 2 5により熱せられて動作状態に入り、 X線出射の信号に瞬時に対応できる状態となる。このとき、グリッド電極 1 5にはカツトオフ電圧 V_clが印加されているため、力ソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達することが抑制されている。次に、図 5 C に示すように、 X線出射のスィッチ 3 4をオンにする。すると、図 5 Dに示すように、力ソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達するような、力ットオフ電圧 V_elよりも高いダリッド動作電圧 V。₂がダリッド電極 1 5に印加される。このグリッド動作電圧 V_c2は、力ソード 2 6から放出されてターゲット 2 2に衝突する熱電子の量が所定値となるように調整される。

これにより、力ソード 2 6から放出された熱電子がグリッド電極 1 5により加速され、集束電極 1 9により集束されてターゲット 2 2に衝突する。そして、生成された X線は、 X線出射窓 1 9から外部に出射される（図 5 F ) 。

X線の出射を停止するときは、図 5 Cに示すように、 X線出射のスィッチ 3 4 をオフにする。すると、図 5 Dに示すように、上記したカットオフ電圧 V_clがグリッド電極 1 5に印加される。

X線の出射を再開するときは、再び X線出射のスィツチ 3 4をオンにすることで、上記したようにして X線が出射され、また X線の出射を停止するときは、 X 線出射のスィツチ 3 4をオフにすることで、上記したようにして X線の出射が停止される。待機状態に入るときは、図 5 Bに示すように、力ソード部 1 6のスィツチ 3 5をオフにする。

すると、図 5 D、図 5 Eに示すように、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に上記した待機電圧 V_flが印加されると共に、上記したカツトオフ電圧 V_clがダリッド電極 1 5に印加される。そして、 X線発生装置 1の使用を終了するときは、図 5 Aに示すように、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3をオフにする。すると、図 5 D、図 5 Eに示すように、力ソード部 1 6のヒータ 2 5への電圧の印加が停止され、またダリッド電極 1 5への電圧の印加が停止されて、 X線発生装置 1の動作が完全に停止される。

以上、本実施形態に係る X線発生装置 1では、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3 がオンでカソード部 1 6のスィツチ 3 5がオフの状態では、力ソード部 1 6のスィツチ 3 5がオンのときに印加されるカソ一ド動作電圧 V_f2よりも低い待機電圧 V_flがヒータ 2 5に印加される。よって、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3がオンの状態でカソード部 1 6のヒータ 2 5に常にカソード動作電圧 V_f2が印加される従来の X線発生装置と比べて、力ソード部 1 6の力ソード 2 6が消耗するまでの期間が長くなる。このように、使用条件によらないで X線管 1 1を効率的に運転することにより、この X線発生装置 1によればより長期にわたってしかも安定的に X線を得ることが可能となる。

特に、本実施形態に係る X線発生装置 1では、力ソード部 1 6のオン ·オフを操作するスィッチ 3 5により、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に印加する電圧を待機電圧 V_flとカソ一ド動作電圧 V_f2との間で自由に操作できるようになつている。よって、 X線の出射を開始する前にカソード部 1 6のスィツチ 3 5をオンにし、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に印加する電圧を待機電圧 V_flからカソード動作電圧 V_f2に切り替えておくことで、 X線出射のスィツチ 3 4のオンにより X線の出射に瞬時に対応して、 X線出射の初期状態からより安定した特性の X線を出射することが可能となる。

(第 3の実施形態）

第 3の実施形態に係る X線発生装置 1では、制御ュニット 3 0の制御部 3 2のメモリ 3 7には、 X線管ュエツト 1 0の電圧発生回路 2 7を以下のように制御するためのプログラムが記憶されている。

すなわち、図 6 A、図 6 B、図 6 C、図 6 D、図 6 E、図 6 Fに示すように、 X線発生装置 1のスィツチ 3 3がオフにされているとき（X線出射のスィツチ 3 4及び力ソード部 1 6のスィッチ 3 5は必然的にオフである）、グリッド電極 1 5及び力ソード部 1 6のヒータ 2 5のいずれにも電圧を印加しない。また、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3がオンにされ、力ソード部 1 6のスィッチ 3 5がオフにされ、 X線出射のスィッチ 3 4がオフにされているときも、 X線発生装置 1のオン信号と力ソード部 1 6のオフ信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部 1 6のヒータ 2 5へ電圧を印加しないと共に、ダリッド電極 1 5へ電圧を印加しない。

また、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3がオンにされ、力ソード部 1 6のスイツチ 3 5がオンにされ、 X線出射のスィッチ 3 4がオフにされているとき、 X線発生装置 1のオン信号と力ソード部 1 6のオン信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に正の待機電圧 V_fl を印加すると共に、グリッド電極 1 5にカソード部 1 6のカソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達しないような負のカツトオフ電圧 V_clを印加する。

また、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3がオンにされ、力ソード部 1 6のスイツチ 3 5がオンにされ、 X線出射のスィッチ 3 4がオンにされているとき、 X線発生装置 1のオン信号とカソード部 1 6のオン信号と X線出射のオン信号とに基づいて、力ソード部 1 6のヒータ 2 5へ上記した待機電圧 V_flよりも高い力ソード動作電圧 V_f2を印加すると共に、カソード部 1 6のカソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達するような、カットオフ電圧 V_clよりも高いダリッド動作電圧 V_c2をダリッド電極 1 5に印加する。

力かる構成を有する本実施形態に係る X線発生装置 1を動作させるためには、図 6 Aに示すように、まず X線発生装置 1のスィッチ 3 3をオンにする。この状態では、図 6 D，図 6 Eに示すように、グリッド電極 1 5、力ソード部 1 6のヒータ 2 6のいずれにも電圧が印加されない。

そして、 X線の出射を開始したいときは、まず図 6 Bに示すように、力ソード部 1 6のスィッチ 3 5をオンにする。すると、図 6 Eに示すように、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に 3ボルト程度の待機電圧 V_flが印加される。これにより、力ソード 2 6がヒータ 2 5により暖められ、 X線の出射にすばやく対応できる状態となる。これと同時に、図 6 Dに示すように、力ソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達しないような一 2 0 0ボルト程度の負のカツトオフ電圧 V_clがグリッド電極 1 5に印加される。これにより、力ソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達することが抑制される。

次に、図 6 Cに示すように、 X線出射のスィッチ 3 4をオンにする。すると、図 6 Eに示すように、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に 6 . 3ボルト程度のカソード動作電圧 V_f2が印加される。これにより力ソード 2 6が高温に熱せられ、カソード 2 6から多くの熱電子が放出される。これと同時に、図 6 Dに示すように、力ソード 2 6から放出された熱電子がターゲット 2 2に到達するような、カットオフ電圧 V_clよりも高いダリッド動作電圧 V_c2がダリッド電極 1 5に印加される。このグリッド動作電圧 V_c2は、カソード 2 6から放出されてタ一ゲット 2 2に衝突する熱.電子の量が所定値となるように調整される。これにより、力ソード 2 6 から放出された熱電子がダリッド電極 1 5によりカロ速され、集束電極 1 9により集束されてターゲット 2 2に衝突する。そして、生成された X線は、 X線出射窓 1 9から外部に出射される（図 6 F ) 。

X線の出射を停止するときは、図 6 Cに示すように、 X線出射のスィッチ 3 4 をオフにする。すると、図 6 D , 図 6 Eに示すように、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に待機電圧 V_flが印加されると共に、カツトオフ電圧 V_clがダリッド電極 1 5 に印加される。

X線の出射を再開するときは、再び X線出射のスィツチ 3 4をオンにすることで、上記したようにして X線が出射され、また X線の出射を停止するときは、 X 線出射のスィッチ 3 4をオフにすることで、上記したようにして X線の出射が停止される。待機状態に入るときは、図 6 Bに示すように、力ソード部 1 6のスィツチ 3 5をオフにする。すると、図 6 D，図 6 Eに示すように、力ソード部 1 6 のヒータ 2 5への電圧の印加が停止されると共に、グリッド電極 1 5への電圧の印加が停止される。そして、 X線発生装置 1の使用を終了するときは、図 6 Aに示すように、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3をオフにする。すると、 X線発生装置 1の動作が完全に停止される。

以上、本実施形態に係る X線発生装置 1では、 X線発生装置 1のスィクチ 3 3 がオンで、力ソード部 1 6のスィッチ 3 5がオフのときは力ソード部 1 6のヒータ 2 5に電圧が印加されず、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3がオンで、力ソード部 1 6のスィッチ 3 5がオンで、 X線出射のスィッチ 3 4がオフの状態では、 X 線出射のスィツチ 3 4がオンのときに印加されるカソード動作電圧 V_f2よりも低い待機電圧 V_flが力ソード部 1 6のヒータ 2 5に印加される。よって、 X線発生装置 1のスィツチ 3 3がオンの状態でカソード部 1 6のヒータ 2 5に常にカソード動作電圧 V_f2が印加される従来の X線発生装置と比べて、力ソード部 1 6の力ソード 2 6が消耗するまでの期間が長くなる。このように、使用条件によらないで X線管 1 1を効率的に運転することにより、より長期にわたってしかも安定的に X線を得ることが可能となる。

特に、本実施形態に係る X線発生装置 1では、力ソード部 1 6のオン■ オフを操作するスィッチ 3 5により、力ソード部 1 6のヒータ 2 5に印加する電圧を電圧印加停止と待機電圧 V_flとの間で自由に操作できるようになつている。よって、 X線発生装置 1のスィッチ 3 3がオンの状態であっても、力ソード部 1 6のヒータ 2 5への電圧印加を停止することが可能となり、力ソード 2 6が短期間で消耗することがより一層抑制され、 X線管 1 1をより効率的に運転することにより、より長期にわたって安定的に X線を得ることが可能となる。

なお、本実施形態に係る X線発生装置 1では、図 7 A、図 7 B、図 7 C、図 7 D、図 7 E、図 7 Fに示すように、力ソード部 1 6への待機電圧 V_fl の印加時間 tが連続して所定の時間 t _m以上、例えば 3 0分以上継続したとき、力ソード部 1 6のスィツチ 3 5を自動的にオフにして、力ソード部 1 6への電圧の印加を停止するように電圧発生装置 2 7を制御するためのプログラムが、制御部 3 2のメモリ 3 7に記憶されていてもよレ、。このようにすれば、力ソード部 1 6のスィッチ 3 5を消し忘れた場合でも、力ソード部 1 6への電圧の印加が自動的に停止されることにより、力ソード部 1 6の力ソード 2 6が短期間で消耗することが更に抑制され、 X線管 1 1を更に効率的に運転することにより、更により長期にわたつて安定的に X線を得ることが可能となる。

以上、説明したように、上述の X線発生装置は、力ソード部 1 6と X線発生用のターゲットとなるアノードとの間に配置された熱電子通過制御ゲートを備える X線発生装置において、熱電子通過制御ゲートが閉じた状態では力ソード部 1 6 が所定温度を維持し、しかる後、熱電子通過制御ゲートが開放する場合には、力ソード部 1 6の温度が増加するように、力ソード部 1 6の加熱を制御することを特徴とする。熱電子通過制御ゲートが開放するのと同時に力ソード部 1 6の温度が増加するようにカソード部 1 6を加熱することとしてもよいし、熱電子通過制御ゲートが開放する前に力ソード部 1 6の温度が増加するように力ソードを加熱することとしてもよい。なお、上述の熱電子通過制御ゲートは、所定の電位が与えられるグリツド電極 1 5である。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、力ソード部 1 6はヒータ 2 5と力ソード 2 6とを含み、ヒータ 2 5の熱により力ソード 2 6を加熱する傍熱タイプの X線管 1 1について説明したが、力ソード部 1 6はフィラメントを有し、このフイラメントに電圧を印加することで熱電子が放出される直熱タイプの X線管 1 1であつてもよい。直熱タイプの X線管 1 1では、力ソード部 1 6のフィラメントに印加する電圧を制御することで、フィラメントが消耗するまでの期間が長くなり、使用条件によらないで X線管 1 1を効率的に運転することで、より長期にわたつてしかも安定的に X線を得ることが可能となる。

産業上の利用可能性

本発明は X線発生装置に利用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 熱電子を放出する力ソード部、前記力ソード部から放出された熱電子を制御するグリッド電極、及び熱電子が衝突することにより X線を発生させるターゲットを有する X線管と、

前記カソード部及び前記グリッド電極に印加する電圧を制御する電圧制御装置と、

当該 X線発生装置のオン ·オフ及び X線出射のオン ·オフを操作するスィツチと、を備え、

前記電圧制御装置は、

前記スィツチを介する当該 X線発生装置のオン信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、前記力ソード部に正の待機電圧 v_fl を印加すると共に、前記力ソード部から放出された熱電子が前記ターゲットに到達しないような負のカツトオフ電圧 v_clを前記グリッド電極に印加し、

前記スィツチを介する当該 X線発生装置のオン信号と X線出射のオン信号とに基づいて、前記力ソード部に前記待機電圧 V_flよりも高い力ソード動作電圧 V_f2 を印加すると共に、前記力ソード部から放出された熱電子が前記ターゲットに到達するような前記力ットオフ電圧 v_elよりも高いダリッド動作電圧 v_c2を前記グリッド電極に印加する、

ことを特徴とする X線発生装置。

2 . 熱電子を放出する力ソード部、前記力ソード部から放出された熱電子を制御するグリッド電極、及び熱電子が衝突することにより X線を発生させるターゲットを有する X線管と、

前記力ソード部及び前記ダリッド電極に印加する電圧を制御する電圧制御装置と、

当該 X線発生装置のオン ·オフ、前記力ソード部のオン ·オフ、及び X線出射のオン .オフを操作するスィッチと、を備え、前記電圧制御装置は、

前記スィツチを介する当該 X線発生装置のオン信号と前記カソード部のオフ信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、前記力ソード部に正の待機電圧 v_fl を印加すると共に、前記力ソード部から放出された熱電子が前記ターゲットに到達しないような負のカツトオフ電圧 V_clを前記ダリッド電極に印加し、

前記スィツチを介する当該 X線発生装置のオン信号と前記カソード部のオン信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、前記力ソード部に前記待機電圧 v_flよりも高い力ソード動作電圧 v_f2を印加すると共に、前記ダリッド電極に前記力ットオフ電圧 v_clを印加し、

前記スィツチを介する当該 X線発生装置のオン信号と前記カソード部のオン信号と X線出射のオン信号とに基づいて、前記カソード部に前記カソード動作電圧 ν_ί2を印加すると共に、前記力ソード部から放出された熱電子が前記ターゲットに到達するような前記カツトオフ電圧 v_clよりも高いグリッド動作電圧 v_c2を前記ダリッド電極に印加する、ことを特徴とする X線発生装置。

3 . 熱電子を放出する力ソード部、前記力ソード部から放出された熱電子を制御するダリッド電極、及び熱電子が衝突することにより X線を発生させるターゲットを有する X線管と、

前記カソード部及び前記ダリッド電極に印加する電圧を制御する電圧制御装置と、

当該 X線究生装置のオン ·オフ、前記力ソード部のオン ·オフ、及び X線出射のオン ·オフを操作するスィッチと、を備え、

前記電圧制御装置は、

前記スィツチを介する当該 X線発生装置のオン信号と前記カソード部のオフ信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、前記カソード部へ電圧を印加しないと共に、前記ダリッド電極へ電圧を印加せず、前記スィツチを介する当該 X線発生装置のオン信号と前記カソード部のオン信号と X線出射のオフ信号とに基づいて、前記力ソード部へ正の待機電圧 v_fl を印加すると共に、前記グリッド電極に前記力ソード部から放出された熱電子が前記ターゲットに到達しないような負のカツトオフ電圧 v_clを印加し、

前記スィツチを介する当該 X線発生装置のオン信号と前記カソード部のオン信号と X線出射のオン信号とに基づいて、前記力ソード部へ前記待機電圧 v_flよりも高い力ソード動作電圧 v_f2を印加すると共に、前記力ソード部から放出された熱電子が前記ターゲットに到達するような前記力ットオフ電圧 v_clよりも高いグリッド動作電圧 v_c2を前記ダリッド電極に印加する、ことを特徴とする X線発生

4 . 前記電圧制御装置は、

前記カソード部への前記待機電圧 v_fl の印加時間が連続して所定の時間以上継続したとき、該カソ一ド部のオン ·オフを制御する前記スィツチをオフにして、該カソード部への電圧の印加を停止することを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の X線発生装置。

5 . 前記力ソード部は、力ソードと該カソードを加熱するためのヒータとを有する傍熱タイプの力ソード部であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の X線発生装置。

6 . 前記力ソード部は、フィラメントを有する直熱タイプの力ソード部であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の X線発生装置。

7 . カソード部と X線発生用のターゲットとなるアノードとの間に配置された熱電子通過制御ゲートを備える X線発生装置において、

前記熱電子通過制御ゲートが閉じた状態では前記カソード部が所定温度を維持し、しかる後、前記熱電子通過制御ゲートが開放する場合には、前記力ソード部の温度が増加するように、前記カソード部の加熱を制御することを特徴とする X

8 . 前記熱電子通過制御ゲートが開放するのと同時に前記カソード部の温度が増加するように前記力ソード部を加熱することを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の X線発生装置。

9 . 前記熱電子通過制御ゲートが開放する前に前記カソード部の温度が増加するように前記カソード部を加熱することを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の X線発生装置。

1 0 . 前記熱電子通過制御ゲートは、所定の電位が与えられるグリッド電極であることを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の X線発生装置。