WO2013018712A1 - ステレオｘ線発生装置 - Google Patents

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義久 石黒
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Definitions

  • the present invention relates to an X-ray generator that generates an X-ray by applying an electron beam to a target, and more particularly to a stereo X-ray generator that includes two anodes (targets) for one cathode (emitter).
  • An X-ray generator incorporated in a non-destructive inspection apparatus has a tripolar structure in which an electron source (emitter), a target, and a grid electrode (intermediate electrode) are arranged in one glass tube. Then, a voltage is applied between the electron source and the grid electrode to generate electrons, and an electron generated by applying a voltage between the grid electrode and the target collides with the target.
  • Patent Document 1 discloses an X-ray generator for taking a stereo image.
  • the apparatus disclosed in Patent Document 1 includes an X-ray tube for a left image and an X-ray tube for a right image in order to capture a stereoscopic image of the subject, and alternately turns each X-ray tube to the subject. Irradiate X-ray so that the fluoroscopic image obtained with one X-ray tube can be observed with the right eye of the observer, and the fluoroscopic image obtained with the other X-ray tube can be observed with the left eye of the observer Yes.
  • interval of a pair of X-ray tube is made variable so that the imaging
  • the variable mechanism include a rack and pinion mechanism and a ball screw mechanism.
  • Patent Document 2 arranges a plurality of cathodes and a disk-shaped anode in one vacuum tube.
  • An anode is composed of a plurality of segments, and an apparatus for extracting X-rays having different intensities for each segment by applying an electron beam emitted from a cathode to a segment of a rotating anode is disclosed.
  • an X-ray tube for the left image and an X-ray tube for the right image are required, the distance between the X-ray tube and the subject, and the X-ray tube and X-ray detection. If only the distance to the instrument is changed, the end portion of the subject is applied to the unstable end portion of the X-ray irradiation region, so the distance between the left and right X-ray tubes needs to be changed.
  • the rotating anode is composed of a plurality of segments
  • the X-ray generator disclosed in Patent Document 2 is substantially equivalent to a plurality of anodes arranged in one tube.
  • a cathode is also arranged corresponding to each segment, a plurality of cathodes are also arranged. There is no disclosure about making the distance between the two anodes variable.
  • a stereo X-ray generator includes one cathode functioning as an emitter and two anodes functioning as targets arranged in one straight tube vacuum vessel, A cold cathode and one at the center of the container, and each of the anodes is disposed at both ends of the container, and each of the anodes disposed at both ends of the container
  • the space between the cathode and the cathode is configured to be close to or away from each other along the axis of the container.
  • the approach / separation means along this axis is not limited to one.
  • a cold cathode that does not use external heating energy to emit electrons is used.
  • the cold cathode is preferably formed by forming a carbon film such as carbon nanotubes, graphene or carbon nanowalls and special-shaped nanocarbon structures on the electron emission surface.
  • X-rays can be generated from two locations separated by one X-ray generation tube, and the interval between the X-ray generation sources can be changed. .
  • the interval between the X-ray generation sources can be changed instantaneously, it is excellent in taking a stereoscopic image of the subject and enlarging the stereoscopic image.
  • FIG. 1 is an overall view of an imaging apparatus to which a stereo X-ray generator according to the present invention is applied.
  • a stereo X-ray generator 1 according to the present invention is disposed above a table T on which a subject M is placed.
  • An X-ray detector F that detects X-rays transmitted below T is arranged.
  • the stereo X-ray generator 1 has two X-ray generation sources S1 and S2 that are spaced apart from each other on the left and right, and a diaphragm plate P that limits the irradiation width of the X-rays generated from these X-ray generation sources S1 and S2. Is disposed immediately below the stereo X-ray generator 1.
  • the X-ray generation source S1 is an X-ray generation source for the right image
  • the X-ray generation source S2 is an X-ray generation source for the left image.
  • a stereoscopic image is recognized by simultaneously viewing the right image with the right eye and the left image with the left eye.
  • the distance D1 between the stereo X-ray generator 1 and the subject M and the distance D2 between the stereo X-ray generator 1 and the X-ray detector F are changed.
  • the distance D3 between the two X-ray generation sources S1 and S2 is changed in accordance with the change of D1 or D2. To do.
  • the main body of the stereo X-ray generator 1 is made of an insulating material such as ceramic or glass, has a straight tube shape, and the inside is in a vacuum state.
  • the central portion of the main body of the stereo X-ray generator 1 is a large-diameter portion 1a, and a cathode 2 is disposed in the large-diameter portion 1a.
  • the cathode 2 has recesses 3 formed on two opposing surfaces of a block-shaped metal base.
  • a carbon film is formed on the surface of the recesses 3 and this surface serves as an electron emission surface.
  • the carbon film is formed by CVD of carbon nanotubes, graphene, carbon nanowalls, special-shaped nanocarbon structures, and the like.
  • both ends of the main body are small-diameter portions 1b, and an anode 4 made of tungsten or molybdenum is disposed in the small-diameter portion 1b.
  • the anode 4 has an inclined tip at which the electron beam strikes, the rear end protrudes outward from the opening formed in the tube 1, and a bellows 5 is provided between the rear end and the opening to maintain the vacuum state in the tube 1.
  • the anode 4 can be moved in the axial direction.
  • the tip surface of the anode 4 corresponds to the X-ray generation sources S1 and S2.
  • An intermediate electrode 6 (ground electrode) is provided at the boundary between the large diameter portion 1a and the small diameter portion 1b of the tube 1. Electrons are emitted from the cathode 2 by applying a voltage between the cathode 2 and the intermediate electrode 6. Further, by applying a voltage between the intermediate electrode 6 and the anode 4, the emitted electrons are converged by the ground electrode aperture and accelerated to collide with the target anode 4 to generate X-rays.
  • An electromagnet 7 is arranged further outside the rear end of the anode 4.
  • the electromagnet 7 is attached to the tip of the insulator.
  • a magnetic body 8 is attached to the rear part of the anode 4, and solenoids 9 are arranged outside both ends of the main body.
  • solenoids 9 are arranged outside both ends of the main body.
  • the distance between the left and right anodes 4 and 4 (the distance D3 between the X-ray generation sources S1 and S2 is not changed without moving the anode 4 forward or backward by devising the tip shape of the anode 4. ) Is variable. That is, the first inclined surface 4a and the second inclined surface 4b having the same inclination angle but different axial positions are formed at the tip of the anode 4 out of phase. Then, the distance D3 between the X-ray generation sources is changed by changing the first inclined surface 4a and the second inclined surface 4b by rotating the anode 4 around the axis by 180 °.
  • the above shows one embodiment of the present invention, and means for moving the anode back and forth or rotating it is not limited to the above, but is arbitrary.
  • the shape of the main body of the stereo X-ray generator 1 is also arbitrary. For example, it may be advantageous to assemble the tube by dividing it into two or three.
  • the X-ray generator according to the present invention can be used as a portable nondestructive inspection device or a portable X-ray generator for fluorescent X-rays.
  • SYMBOLS 1 Main body of stereo X-ray generator 1, 1a ... Large diameter part of main body, 1b ... Small diameter part of main body, 2 ... Cathode, 3 ... Recessed part, 4 ... Anode, 4a ... 1st inclined surface, 4b ... 2nd 5 ... Bellows, 6 ... Intermediate electrode, 7 ... Electromagnet, 8 ... Magnetic body, 9 ... Solenoid.

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Abstract

　小型で取り扱いが簡単なステレオＸ線放射装置を提供することを目的とし、エミッタとして機能する１つのカソードと、ターゲットとして機能する２つのアノードが１つの直管状の真空容器内に配置したものであって、カソードは、冷陰極であって、かつ、容器の中央部に１つ配置され、各アノードは容器の両端部にそれぞれ配置されているとともに、容器の両端部に配置された各アノードとカソードとの間が、容器の軸線に沿って互いに接近又は離反可能に構成されていることを特徴とする。

Description

ステレオＸ線発生装置
　本発明は、電子線をターゲットに当ててＸ線を発生するＸ線発生装置に関し、特に１つのカソード（エミッタ）に対し２つのアノード（ターゲット）を備えたステレオＸ線発生装置に関する。
　非破壊検査装置などに組み込まれるＸ線発生装置は、１本のガラス管内に電子源（エミッタ）、ターゲット及びグリッド電極（中間電極）を配置した３極構造をしている。そして、電子源とグリッド電極との間に電圧を印加して電子を発生せしめ、またグリッド電極とターゲットとの間に電圧を印加して発生した電子をターゲットに衝突させている。
　上述した３極構造のＸ線発生装置の他に、ステレオ画像を撮影するためのＸ線発生装置が特許文献１に開示されている。
　特許文献１に開示された装置は、被検体の立体画像を撮像するため、左画像用のＸ線管と右画像用のＸ線管とを備え、それぞれのＸ線管から交互に被検体にＸ線を照射し、一方のＸ線管で得られた透視画像を観察者の右目で観察できるようにし、他方のＸ線管で得られた透視画像を観察者の左目で観察できるようにしている。
　そして、特許文献１では、透視画像の撮影拡大率を変更できるように、一対のＸ線管の間隔を可変としている。可変機構としては、ラックアンドピニオン機構及びボールネジ機構が具体的に挙げられている。
　立体画像を得る目的ではないが、特許文献２には、１つの真空管内に複数のカソードと円盤状をなすアノードを配置している。アノードは複数のセグメントから構成され、カソードから放射される電子線を、回転するアノードのセグメントに当てることで、セグメント毎に強度が異なるＸ線を取り出す装置が開示されている。
特開平９－１８７４４７号公報 米国特許第４，７１２，２２６号公報
　立体画像の拡大像を撮影する場合、単に撮影した画像を拡大しただけでは画像粒子が粗くなり画質が低下する。拡大像を得るには、Ｘ線管と被検体との距離、及びＸ線管とＸ線検出器との距離を変更する必要がある。
　一方、立体画像（ステレオ画像）を得るには、左画像用のＸ線管と右画像用のＸ線管を必要とし、Ｘ線管と被検体との距離、及びＸ線管とＸ線検出器との距離を変更しただけでは、被検体の端の部分がＸ線照射領域の不安定な端部にかかってしまうため、左右のＸ線管間の距離を変更する必要がある。
　特許文献１に開示されるステレオＸ線管装置は、２つのＸ線管を用意する必要があるため、装置全体が大型化し、部品点数も増えることになる。
　特許文献１に開示されるステレオＸ線管装置にあっては、拡大画像を撮影するため、２つのＸ線管を並列に配置し、これらをラックアンドピニオン機構やボールネジ機構を用いて互いに接近／離反することで、２つのＸ線源（焦点）の位置を可変としている。
　通常の倍率の立体画像と拡大像では、１呼吸で被検体の位置がずれたり器官の形が変化することがあるので、通常の倍率の立体画像と拡大像の撮影は１つの心拍内で行うことが好ましい。しかしながら、特許文献１に開示される装置はラックアンドピニオン機構やボールネジ機構を用いているので、バックラッシュ等に起因して応答速度が遅くなる。
　一方、特許文献２に開示されるＸ線発生装置は、回転するアノードは複数のセグメントから構成されるため、１つの管内に複数のアノードが配置されているのと実質的には同等である。しかしながら、各セグメントに対応してカソードも配置されているので、カソードも複数個配置されることになる。
　また、２つのアノード間の距離を可変とすることについては何ら開示されていない。
　上記課題を解決するため、本発明に係るステレオＸ線発生装置は、エミッタとして機能する１つのカソードと、ターゲットとして機能する２つのアノードが１つの直管状の真空容器内に配置され、前記カソードは、冷陰極であって、かつ、前記容器の中央部に１つ配置され、前記各アノードは前記容器の両端部にそれぞれ配置されているとともに、前記容器の両端部に配置された各アノードと前記カソードとの間が、前記容器の軸線に沿って互いに接近又は離反可能に構成されていることを特徴とする。
　この軸線に沿った接近・離反の手段は一つには限定されない。例えば、電磁石への通電、ソレノイドへの通電またはアノードの回転によることが考えられる。
　前記カソードとしては従来の熱フィラメントを採用すると、通電による電子発生のため、安定化するには時間を要するし、電子発生量を瞬時に変えることができない。このため、本発明にあっては、電子の放出に外部からの加熱エネルギーを用いないコールドカソード（冷陰極）を用いた。この冷陰極としては、電子放出面にはカーボンナノチューブ、グラフェンまたはカーボンナノウォール及び特殊形状ナノカーボン構造体などの炭素膜を形成したものが好ましい。
　本発明に係るステレオＸ線発生装置によれば、１つのＸ線発生管によって離れた２か所からＸ線を発生させることができ、また当該Ｘ線の発生源の間隔を変化させることができる。
　特に、Ｘ線の発生源の間隔の変化を瞬時に行うことができるため、被検体の立体画像の撮影及び立体画像の拡大に優れている。
本発明に係るステレオＸ線発生装置を適用した撮影装置の全体図を示した図である。 本発明に係るステレオＸ線発生装置の断面図を示す図である。 別の実施例に係るステレオＸ線発生装置の要部を示す図である。 別の実施例に係るステレオＸ線発生装置の要部を示す図である。
　以下に本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るステレオＸ線発生装置を適用した撮影装置の全体図であり、被検体Ｍを載置するテーブルＴの上方に本発明に係るステレオＸ線発生装置１が配置され、テーブルＴの下方に透過したＸ線を検出するＸ線検出器Ｆが配置されている。
　また、ステレオＸ線発生装置１は左右に離間した２つのＸ線発生源Ｓ１、Ｓ２を有しており、これらＸ線発生源Ｓ１、Ｓ２から発生したＸ線の照射幅を制限する絞り板ＰがステレオＸ線発生装置１の直下に配置されている。
　前記Ｘ線発生源Ｓ１は右画像用のＸ線発生源であり、Ｘ線発生源Ｓ２は左画像用のＸ線発生源である。そして、右画像を右目で左画像を左目で同時に見ることで立体画像が認識される。
　上記の立体画像を拡大するにはステレオＸ線発生装置１と被検体Ｍの距離Ｄ１及びステレオＸ線発生装置１とＸ線検出器Ｆの距離Ｄ２を変更する。また、倍率を大きくすると被検体ＭがＸ線照射幅から外れたり外端部にかかってしまうため、Ｄ１またはＤ２の変更に合わせて、２つのＸ線発生源Ｓ１、Ｓ２間の距離Ｄ３も変更する。
　以下に２つのＸ線発生源Ｓ１、Ｓ２間の距離Ｄ３も変更可能とした本発明に係るステレオＸ線発生装置１を図２に基づいて説明する。ステレオＸ線発生装置１の本体はセラミックまたはガラスなどの絶縁性材料から構成され、直管状をなし内部は真空状態となっている。
　ステレオＸ線発生装置１の本体の中央部は大径部１ａとされ、この大径部１ａ内にカソード２が配置されている。カソード２は、ブロック状の金属ベースの対向する２面に凹部３が形成されており、この凹部３の表面に炭素膜を形成し、この面を電子放出面としている。炭素膜は、例えばカーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノウォール及び特殊形状ナノカーボン構造体等をＣＶＤによって形成したものである。
　また、本体の両端は小径部１ｂとされ、この小径部１ｂ内にタングステンまたはモリブデンからなるアノード４が配置されている。
　アノード４は電子線が当たる先端が傾斜面とされ、後端は管１に形成した開口から外側に突出し、この後端と開口との間にベローズ５を設け、管１内の真空状態を維持するとともにアノード４を軸方向に移動可能としている。アノード４の先端面は前記したＸ線発生源Ｓ１、Ｓ２に相当する。
　また、管１の大径部１ａと小径部１ｂとの境界部には中間電極６（接地電極）を設けている。
　前記カソード２と中間電極６との間に電圧を印加することでカソード２から電子が放出される。更に中間電極６と前記アノード４との間に電圧を印加することで、放出した電子が接地電極アパーチャーで収束し、加速してターゲットであるアノード４に衝突してＸ線が発生する。
　アノード４の後端よりも更に外側には電磁石７を配置している。この電磁石７は絶縁体の先端に取り付けられている。而して、電磁石７に通電すると瞬時にアノード４の後端を吸着する。即ち左右のアノード４、４は軸方向外方に移動する。その結果２つのＸ線発生源Ｓ１、Ｓ２間の距離Ｄ３が瞬時に拡大したことになる。
　図３に示す別実施例は電磁石ではなく、アノード４の後部に磁性体８を取り付け、また本体の両端の外側にソレノイド９を配置し、ソレノイド９に通電することでアノード４が軸方向に沿って進退動するようにしている。
　図４に示す別実施例はアノード４の先端形状に工夫を凝らすことで、アノード４を進退動させることなく、左右のアノード４、４間の距離（Ｘ線発生源Ｓ１、Ｓ２間の距離Ｄ３）を可変としたものである。
　即ち、アノード４の先端には傾斜角度は同じであるが、軸方向の位置がことなる第１の傾斜面４ａと第２の傾斜面４ｂが位相をずらせて形成されている。そしてアノード４を軸廻りに１８０゜回転させることで第１の傾斜面４ａと第２の傾斜面４ｂとを入れ替えることでＸ線発生源間の距離Ｄ３が変化する。
　以上は、本発明の一実施例を示したものであり、アノードを進退させる或いは回転させる手段は上記に限らず任意である。またステレオＸ線発生装置１の本体の形状も任意であり、例えば、管を２分割或いは３分割することで組み立てに有利にすることも考えられる。
　本発明に係るＸ線発生装置は、携帯型の非破壊検査装置や携帯型の蛍光Ｘ線用Ｘ線発生装置として利用することができる。
　１…ステレオＸ線発生装置１の本体、１ａ…本体の大径部、１ｂ…本体の小径部、２…カソード、３…凹部、４…アノード、４ａ…第１の傾斜面、４ｂ…第２の傾斜面、５…ベローズ、６…中間電極、７…電磁石、８…磁性体、９…ソレノイド。
 

Claims (10)

  1. 　エミッタとして機能する１つのカソードと、ターゲットとして機能する２つのアノードが１つの直管状の真空容器内に配置され、
    　前記カソードは、冷陰極であって、かつ、前記容器の中央部に１つ配置され、
    　前記各アノードは前記容器の両端部にそれぞれ配置されているとともに、
    　前記容器の両端部に配置された各アノードと前記カソードとの間が、前記容器の軸線に沿って互いに接近又は離反可能に構成されていることを特徴とするステレオＸ線発生装置。
  2. 　前記カソードと前記各アノードの間に、グリッド電極として機能する中間電極をそれぞれ配置したことを特徴とする、請求項１に記載のステレオＸ線発生装置。
  3. 　前記カソードが、ブロック状の金属ベースの対向する２面に凹部が形成されたものであって、該凹部の表面に炭素膜からなる電子放出面が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステレオＸ線発生装置。
  4. 　前記炭素膜が、カーボンナノチューブ、グラフェン又はカーボンナノウォール、又は特殊形状ナノカーボン構造体のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載のステレオＸ線発生装置。
  5. 　前記アノードの先端が傾斜面を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のステレオＸ線発生装置。
  6. 　前記アノードの先端が傾斜面を有していることを特徴とする請求項３に記載のステレオＸ線発生装置。
  7. 　前記各アノードの先端と反対側には磁性体が取り付けられ、前記容器の軸線に沿った前記各アノードの接近又は離反は、前記容器の両端部に設けられた電磁石又はソレノイドへの通電によって行われることを特徴とする請求項５に記載のＸ線発生装置。
  8. 　前記各アノードの先端と反対側には磁性体が取り付けられ、前記容器の軸線に沿った前記各アノードの接近又は離反は、前記容器の両端部に設けられた電磁石又はソレノイドへの通電によって行われることを特徴とする請求項６に記載のＸ線発生装置。
  9. 　前記傾斜面が、前記軸線を挟んで互いに異なる側に設けられた、傾斜角度は同じであるが軸方向の位置が異なる二つの傾斜面で構成され、
    　前記アノードを前記軸線を中心として１８０度回転させることによって、前記アノードと前記カソードとの間を接近又は離反させることを特徴とする請求項５に記載のステレオＸ線発生装置。
  10. 　前記傾斜面が、前記軸線を挟んで互いに異なる側に設けられた、傾斜角度は同じであるが軸方向の位置が異なる二つの傾斜面で構成され、
    　前記アノードを前記軸線を中心として１８０度回転させることによって、前記アノードと前記カソードとの間を接近又は離反させることを特徴とする請求項６に記載のステレオＸ線発生装置。
     
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