WO2021199563A1 - X線発生装置 - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to an X-ray generator.
- a conventional X-ray generator for example, there is an X-ray interference imaging system described in Patent Document 1.
- This conventional X-ray generator has a target portion configured by embedding a plurality of metals such as tungsten in a diamond substrate.
- the electron beam emitted from the electron gun is incident on the target portion at a constant inclination angle.
- the X-ray emission window is arranged parallel to the target portion, and the X-ray generated in the target portion is emitted in the vertical direction from the target portion in the X-ray emission window.
- the X-ray generator When the X-ray generator is combined with an image pickup device such as an image tube, in order to secure sufficient contrast of the captured image of the object on the image tube or the like, X-rays are emitted in the vertical direction from the target portion in the X-ray emission window. It is preferable to emit the light.
- the magnification of the X-ray image of the object obtained by the image tube or the like is the X-ray focus and the imaging with respect to the distance (FOD: Focus to Object Distance) between the X-ray focus (X-ray generation position) and the object. It is determined by the ratio of the distance (FID: Focus to Image Distance) from the position. Therefore, it is preferable that the X-ray generator has a smaller FOD.
- Patent Document 1 In the configuration of Patent Document 1 described above, in order to emit X-rays in the vertical direction from the target portion in the X-ray emission window and obtain a smaller FOD, the X-ray emission window and the target portion in which the electron gun is arranged are used. It is necessary to narrow the space between them. In this case, the arrangement relationship between the electron gun and the target portion changes, and the electron beam is incident at an angle closer to parallel to the target portion. However, when the incident angle of the electron beam with respect to the target portion approaches parallel, it is conceivable that the electron beam does not enter the inside of the target portion and is easily reflected on the surface of the target portion.
- the present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to provide an X-ray generator capable of obtaining sufficient X-ray generation efficiency while obtaining desired contrast and FOD.
- the X-ray generator includes an electron gun portion that emits an electron beam and a target arranged so that a plurality of long targets that generate X-rays due to the incident of the electron beam are parallel to each other.
- a target a housing portion for accommodating an electron gun portion and a target portion, and an X-ray emission window portion provided in the housing portion for emitting X-rays generated in the target portion to the outside of the housing portion.
- the target is arranged so as to face the electron gun portion at a predetermined inclination angle with respect to the emission axis of the electron beam
- the X-ray emission window portion is a position capable of transmitting X-rays generated in a direction perpendicular to the target portion. It is arranged so as to face the target portion at a predetermined inclination angle.
- an X-ray emission window portion is provided at a position where X-rays generated in a direction perpendicular to the target portion can be transmitted, and at that position, the X-ray emission window portion is predetermined with respect to the target portion. They are arranged so as to face each other with an inclination angle. Due to such an arrangement of the X-ray emission window portion, in this X-ray generator, the X-ray emission window portion generates X-rays in the direction perpendicular to the target portion without making the incident angle of the electron beam with respect to the target close to parallel. Can be taken out from. Therefore, it is possible to obtain sufficient X-ray generation efficiency while obtaining desired contrast and FOD.
- the X-ray generator includes a target portion support portion that supports the target portion so that the target faces the electron gun portion at a predetermined inclination angle with respect to the emission axis of the electron beam, and at least a part of the target portion supports the target portion. It may be supported while being embedded in the portion. In this case, the heat generated in the target portion due to the incident of the electron beam can be efficiently transferred to the target portion support portion. Therefore, the consumption of the target can be suppressed.
- At least a part of the target may be in contact with the target portion support portion.
- the heat generated by the target due to the incident electron beam can be directly transferred to the target portion support portion. Therefore, the consumption of the target can be further suppressed.
- the housing portion has a support portion accommodating portion for accommodating the target portion support portion, and the support portion accommodating portion includes an aperture portion for introducing an electron beam from the electron gun portion toward the target portion and a target portion support portion. It may have a window portion holding portion that surrounds and holds the X-ray emitting window portion.
- the window portion holding portion may include a fixed portion to which the X-ray emitting window portion is fixed and a convex portion protruding from the inside to the outside of the housing so as to surround the fixed portion.
- reflected electrons for example, electrons caused by electron beams reflected by the target portion or the like
- the heat is generated in the convex portion having a large heat capacity.
- the thickness of the aperture portion may be larger than the thickness of the fixed portion. In this case, the heat capacity of the aperture portion can be increased. Therefore, for example, among the electron beams from the electron gun, the influence of heat due to the electrons incident on the aperture portion can be suppressed.
- the support portion accommodating portion includes a heat radiating portion that is thermally coupled to the base end portion of the target portion support portion, and the thickness of the heat radiating portion is larger than at least one of the thickness of the convex portion and the aperture portion. ..
- the heat generated in the target portion is transferred to the target portion supporting portion, and the heat is transferred to the heat radiating portion having a large heat capacity, so that the heat generated in the target portion can be efficiently removed.
- a cooling portion for circulating the cooling medium may be provided in the wall portion of the support portion accommodating portion. By circulating the cooling medium through the cooling unit, the support unit accommodating unit can be efficiently cooled.
- the support portion accommodating portion includes a heat radiating portion that is thermally coupled to the base end portion of the target portion supporting portion, and the cooling portion may be arranged at least in the aperture portion and the heat radiating portion. As a result, the support accommodating portion can be efficiently cooled.
- the target placement area may be of a size that includes the incident area of the electron beam on the target portion.
- the incident region of the electron beam on the target portion deviates from the placement region of the target due to fluctuations in the incident position and size of the electron beam or movement of the target position due to thermal expansion of the target portion. Can be suppressed. Therefore, X-rays can be reliably generated.
- sufficient X-ray generation efficiency can be obtained while obtaining desired contrast and FOD.
- FIG. 3 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.
- FIG. 3 is a sectional view taken along line VV in FIG.
- FIG. 3 is a schematic which shows another example of the configuration of a target.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an X-ray generator.
- the X-ray generator 1 includes an electron gun (electron gun unit) 2 that emits an electron beam EB, and a plurality of long targets 22 (a plurality of long targets 22 that generate X-ray L due to the incident of the electron beam EB).
- the X-ray generator 1 is incorporated in the non-destructive inspection device of the object S.
- the electron gun 2 is a part that generates and emits an electron beam EB having an energy of, for example, several keV to several hundred keV.
- the electron gun 2 has a filament, a grid, internal wiring connected to the filament, and the like.
- the filament is an electron emitting member that emits an electron that becomes an electron beam EB, and is formed of, for example, a material containing tungsten as a main component.
- the grid is an electric field forming member for drawing out electrons and suppressing diffusion, and is arranged so as to cover the filament.
- the base portion 6 that holds the electron gun 2 is formed of an insulating material such as ceramic.
- a high withstand voltage type connector (not shown) for receiving a power supply voltage of about several kV to several hundred kV from the outside of the X-ray generator 1 is attached to the end of the base portion 6.
- the internal wiring connected to the filament passes through the inside of the base portion 6 and is connected to the high withstand voltage type connector.
- the filament is heated to a high temperature by receiving a current supply from an external power source, and emits electrons by applying a negative high voltage of about -several kV to -several hundred kV.
- the electrons emitted from the filament are emitted as electron beams EB from the holes formed in a part of the grid. While a negative high voltage is applied to the filament, the housing 4 and the target portion K (and the target support 3) serving as the anode have a ground potential (ground potential). Therefore, the electron beam EB emitted from the electron gun 2 is incident on the target portion K in a state of being accelerated by the potential difference between the filament and the target portion K.
- the size (beam size) of the electron beam EB at the incident position P on the target portion K, that is, the incident region ER (see FIG. 2) of the electron beam EB is, for example, about ⁇ 1 mm.
- the housing 4 has an electron gun accommodating portion 11 for accommodating the electron gun 2 and a support accommodating portion (support portion accommodating portion) 12 for accommodating the target support 3.
- the housing 4 constitutes a vacuum container having a substantially cylindrical shape as a whole by airtightly coupling the electron gun accommodating portion 11 and the support accommodating portion 12 to each other.
- the electron gun accommodating portion 11 is formed in a hollow cylindrical shape by a metal material such as stainless steel, and is arranged so as to surround the electron gun 2.
- the tip portion (exit side of the electron beam EB) of the electron gun accommodating portion 11 is airtightly coupled to the aperture portion 13 (described later) of the support accommodating portion 12.
- an opening having a circular cross section is provided at the base end portion of the electron gun accommodating portion 11, and a lid portion provided with the above-mentioned high withstand voltage type connector is airtightly coupled to the opening.
- the support accommodating portion 12 is formed of a metal material having excellent conductivity and heat transfer properties, such as copper.
- the support accommodating portion 12 is thermally coupled to the aperture portion 13 that introduces the electron beam EB from the electron gun 2 toward the target portion K and the base end portion 3a of the target support 3. It has a heat radiating portion 14 and a window holding portion (window portion holding portion) 15 that surrounds the target support 3 and holds the X-ray emitting window 5.
- the window holding portion 15 is formed in a hollow cylindrical shape, and the aperture portion 13 and the heat radiating portion 14 are formed in a disk shape.
- the aperture portion 13 is airtightly coupled to one end side (electron gun 2 side) of the window holding portion 15, and the heat radiating portion 14 is attached to the other end side (opposite side of the electron gun 2) of the window holding portion 15.
- the aperture portion 13 is airtightly coupled to one end side (electron gun 2 side) of the window holding portion 15, and the heat radiating portion 14 is attached to the other end side (opposite side of the electron gun 2) of the window holding portion 15.
- the aperture portion 13 has a disk shape having an outer diameter substantially the same as the outer diameter of the electron gun accommodating portion 11, for example.
- An opening (aperture) 13a having a circular cross section is provided at a substantially central portion of the aperture portion 13 so as to penetrate the aperture portion 13 in the thickness direction.
- the electron beam EB emitted from the electron gun 2 is introduced into the support accommodating portion 12 through the opening 13a.
- the heat radiating portion 14 has a disk shape having a diameter slightly smaller than that of the aperture portion 13, for example.
- a target support 3 that projects toward the aperture portion 13 and is located in the window holding portion 15 is provided on the side facing the aperture portion 13.
- the target support 3 and the heat radiating portion 14 are integrally formed, but they may be separate bodies.
- One surface side of the target support 3 has an arc shape corresponding to the inner peripheral surface 15a of the window holding portion 15, and is airtightly coupled to the inner peripheral surface 15a. As a result, the target support 3 projecting toward the aperture portion 13 is in a state of being thermally coupled to the window holding portion 15.
- a target portion K is arranged on the target support surface 16 which is the other surface side of the target support 3 so that the target 22 faces the electron gun 2 at a predetermined inclination angle ⁇ 1 with respect to the emission axis of the electron beam EB. .. More specifically, a recess is formed in the target support surface 16, and the target portion K is embedded in the recess.
- the back surface Kb and the side surface Ks (see FIG. 2) of the target portion K come into contact with the inner surface of the recess directly or via a joining member having excellent thermal conductivity, and the target support surface 16 and the target portion K on the electron incident side.
- the surface Kf is flush with the surface Kf.
- the target support surface 16 is configured to be arranged on the same plane as the surface Kf of the target portion K, and the inclination angle ⁇ 1 of the target support surface 16 with respect to the emission axis of the electron beam EB is, for example, 20 ° to It is 70 °. In the example of FIG. 1, the inclination angle ⁇ 1 is 30 °.
- the target portion K is embedded in the target support surface 16.
- the target portion K embedded in the target support surface 16 is formed by embedding the target 22 in a plurality of long groove portions 21a formed on the surface 21f of the substrate 21.
- the substrate 21 is formed in a disk shape by, for example, diamond.
- the substrate 21 connects the front surface 21f, which is an electron beam incident side surface, the back surface 21b, which is the opposite surface of the surface 21f and is a physical and thermal connection portion with the target support 3, and the front surface 21f and the back surface 21b. It also has side surfaces 21s that serve as physical and thermal connections to the target support 3.
- the plurality of groove portions 21a formed on the surface 21f of the substrate 21 have a rectangular cross section, and all of them are formed so as to extend on the surface 21f. More specifically, the groove portions 21a are formed in parallel with each other and are provided in a straight line so as to connect the side surfaces 21s of the substrates 21 at opposite positions. The end of the groove 21a reaches the side surface 21s, and both ends of the groove 21a are open ends. Therefore, when the substrate 21 has a disk shape as in the example of FIG. 2A, the lengths of the groove portions 21a on the surface 21f are different from each other. When the substrate 21 is rectangular, the lengths of the groove portions 21a on the surface 21f may be equal to each other.
- the groove 21a is formed by, for example, inductively coupled reactive ion etching (ICP-RIE: Inductive Coupled Plasma-Reactive Ion Etching).
- ICP-RIE Inductive Coupled Plasma-Reactive Ion Etching
- the diameter of the substrate 21 is ⁇ 8 mm
- the thickness of the substrate 21 is 0.5 mm.
- the pitch of the groove portions 21a (distance between the centers of adjacent groove portions) is 20 ⁇ m
- the width of the groove portions 21a is 6 ⁇ m
- the depth of the groove portions 21a is 10 ⁇ m. That is, in this example, the groove portion 21a is a groove that satisfies pitch ⁇ depth ⁇ width.
- the groove portion 21a may be a groove that satisfies the depth ⁇ pitch ⁇ width.
- tungsten is used as the constituent material of the target 22.
- the target 22 is embedded in the groove 21a by, for example, chemical vapor deposition (CVD). After forming the target 22 in the groove 21a by chemical vapor deposition, the target portion K is removed by removing the surplus portion of the target 22 adhering to the surface of the substrate 21 by chemical mechanical polishing (CMP) or the like. It is formed.
- CVD chemical vapor deposition
- CMP chemical mechanical polishing
- the arrangement region R of the target 22 in the target portion K is larger than the size (beam size) of the electron beam EB at the incident position P (see FIG. 1) on the target portion K, that is, the incident region ER of the electron beam EB. It's getting bigger.
- the arrangement region R of the target portion K is defined by the formation region of the groove portion 21a on the substrate 21, that is, the embedded region of the target portion 22.
- substantially the entire surface of the substrate 21 is the arrangement region R of the target portion K, and the incident region ER of the electron beam EB at the incident position P on the target portion K is about ⁇ 1 mm, whereas the target portion The arrangement area R of K is about ⁇ 7 mm.
- the target portion K is arranged on the target support surface 16 so that the electron beam EB introduced into the support accommodating portion 12 through the opening 13 a of the aperture portion 13 is located at the center of the arrangement region R of the target portion K. ing.
- the window holding portion 15 has a cylindrical shape having the same diameter as the heat radiating portion 14.
- the peripheral wall portion 17 facing the target support surface 16 has a fixed portion F to which the X-ray emitting window 5 is fixed and a housing 4 (support accommodating portion 12) so as to surround the fixed portion F.
- the X-ray emitting window 5 is formed in a rectangular plate shape having a thickness of about 0.5 mm by using an X-ray transmitting material such as beryllium.
- the fixed portion F is formed with a rectangular opening Fa having a size slightly smaller than that of the X-ray emission window 5.
- the peripheral edge portion of the X-ray emitting window 5 is airtightly joined to the edge portion of the opening Fa by brazing or the like, whereby the opening Fa is sealed by the X-ray emitting window 5. ..
- the X-ray emission window 5 fixed to the fixed portion F is at a position capable of transmitting X-rays L generated in a direction perpendicular to the target portion K (more specifically, the surface Kf), and is a position where the target portion K (more specifically, the surface Kf) can pass through. It is arranged to face the target portion K with a predetermined inclination angle ⁇ 2 with respect to the surface Kf).
- the inclination angle ⁇ 2 of the X-ray emission window 5 with respect to the target portion K is, for example, 20 ° to 70 °. In the example of FIG. 1, the inclination angle ⁇ 2 is 30 °.
- the target unit K (more specifically, It is preferable that X-rays L are generated in a direction perpendicular to the surface Kf).
- the individual targets 22 are perpendicular to the target portion K (more specifically, the surface Kf) (see FIG. 2B). It is preferable that they extend in the back surface Kb direction) and are separated from each other (with the substrate 21 sandwiched between them).
- the electron beam EB is incident on the target 22 on the target portion K with an inclination angle ⁇ 1, and the X generated at the target 22 by the incident of the electron beam EB.
- the X-rays L generated in the direction perpendicular to the target portion K (more specifically, the surface Kf) pass through the X-ray emission window 5 at an inclination angle ⁇ 3 and are taken out of the X-ray generator 1. Is done.
- the inclination angle ⁇ 3 is obtained by (90 ° ⁇ 1). In the example of FIG. 1, the inclination angle ⁇ 3 is 60 °.
- the fixed portion F is formed on the peripheral wall portion 17 of the window holding portion 15 in a state of being surrounded by the convex portion 18. That is, the thickness T2 of the convex portion 18 is sufficiently larger than the thickness T1 of the fixed portion F.
- the thickness T3 of the aperture portion 13 is also larger than the thickness T1 of the fixed portion F.
- the thickness T4 of the heat radiating portion 14 (the thickness of the portion excluding the target support 3) T4 is larger than the thickness T2 of the convex portion 18 and the thickness T3 of the aperture portion 13. ..
- a case 25 that covers the outside of the housing 4 described above is further provided.
- the case 25 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape by a conductive material such as metal.
- an opening 25a having the same shape as the plane shape of the fixing portion F is provided at a position corresponding to the fixing portion F of the X-ray emitting window 5. That is, the fixed portion F in which the X-ray emission window 5 is arranged communicates with the opening 25a of the case 25, and the X-ray L transmitted through the X-ray emission window 5 generates X-rays through the opening 25a. It is taken out of the device 1.
- An X-ray shielding member 26 is arranged on the inner surface side of the case 25 except for the position of the opening 25a.
- the X-ray shielding member 26 is made of a material having a high X-ray shielding ability (for example, a heavy metal material such as lead), and is interposed between the case 25 and the housing 4. As a result, unnecessary X-ray leakage is suppressed, and the case 25 and the housing 4 are electrically connected, so that the ground potential of the X-ray generator 1 is stably secured.
- the outer diameter of the electron gun accommodating portion 11 and the outer diameter of the aperture portion 13 in the support accommodating portion 12 are larger than the outer diameter of the heat radiating portion 14 in the support accommodating portion 12 and the outer diameter of the window holding portion 15. Is also getting bigger. Therefore, in the vicinity of the opening 25a in the case 25, a step portion 25b based on the difference in outer diameter between the aperture portion 13 and the window holding portion 15 is formed.
- the convex portion 18 and the opening 25a in which the line emitting window 5 is arranged are preferably formed so as to be separated from the stepped portion 25b.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the arrangement configuration of the cooling mechanism.
- FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3
- FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG.
- the cooling mechanism 31 has a pair of connecting pipes 32 for introducing and discharging the cooling medium M, and a cooling flow path for circulating the cooling medium M in the wall portion of the support accommodating portion 12. It is composed of (cooling unit) 33.
- Each of the cooling flow paths 33 is a through hole formed inside the wall portion constituting the support accommodating portion 12, and is arranged at least in the heat radiating portion 14 and the aperture portion 13.
- the cooling flow path 33 includes a first cooling flow path 33A provided in the heat radiating portion 14, a pair of second cooling flow paths 33B provided in the window holding portion 15, and an aperture portion. It is composed of a third cooling flow path 33C provided in 13.
- the cooling medium M for example, water or ethylene glycol is used.
- the pair of connecting pipes 32 are connected to the cooling flow path 33 on the peripheral surface of the heat radiating portion 14 in the support accommodating portion 12, and are pulled out to the outside of the case 25.
- One connecting pipe 32 functions as a pipe for introducing the cooling medium M from the external circulation device into the cooling flow path 33, and the other connecting pipe 32 circulates the cooling medium M in which the cooling flow path 33 is circulated to the outside. It functions as a pipe to be carried out to the device.
- the first cooling flow path 33A has a double arc shape around the central axis of the heat radiating portion 14 when viewed from the longitudinal direction (of the X-ray generator 1) of the support accommodating portion 12. It is provided so as to be.
- One end of the double first cooling flow path 33A joins at a connection position with the second cooling flow path 33B described later and is connected to one connection pipe 32, and the double first cooling flow path 33A The other end is connected to the other connecting pipe 32 by merging at the connection position with the second cooling flow path 33B described later.
- the pair of second cooling flow paths 33B extend so as to penetrate the peripheral wall portion 17 of the window holding portion 15 in the longitudinal direction of the support accommodating portion 12.
- the pair of second cooling flow paths 33B are all provided at positions on the peripheral wall portion 17 opposite to the convex portion 18.
- One end of the second cooling flow path 33B is connected to the double first cooling flow path 33A in the vicinity of the connection position between one end of the double first cooling flow path 33A and the one connection pipe 32.
- One end of the other second cooling flow path 33B is in communication, and the other end of the double first cooling flow path 33A is in the vicinity of the connection position between the other end of the double first cooling flow path 33A and the other connection pipe 32. It communicates with the cooling flow path 33A of.
- the third cooling flow path 33C has a substantially arc shape so as to surround the opening 13a of the aperture portion 13 when viewed from the longitudinal direction of the support accommodating portion 12. It is provided in.
- One end of the third cooling flow path 33C communicates with the other end of one second cooling flow path 33B, and the other end of the third cooling flow path 33C communicates with the other end of the other second cooling flow path 33B. It communicates with the other end of.
- the cross-sectional area of the first cooling flow path 33A is changed to the third cooling flow path.
- the first cooling flow path 33A is doubly arranged to increase the total cross-sectional area of the first cooling flow path 33A.
- the configuration of the first cooling flow path 33A is not limited to this, and heat is dissipated from the single first cooling flow path 33A having a cross-sectional seat similar to the cross-sectional area of the third cooling flow path 33C. It may be configured to be provided around the central axis of the portion 14.
- the cooling medium M introduced from one connecting pipe 32 flows through the first cooling flow path 33A and is discharged from the other connecting pipe 32. Further, a part of the cooling medium M introduced from one connecting pipe 32 into the first cooling flow path 33A branches from the first cooling flow path 33A and flows through the other second cooling flow path 33B. It is introduced into the third cooling flow path 33C. The cooling medium M that has flowed through the third cooling flow path 33C flows through the other second cooling flow path 33B, returns to the first cooling flow path 33A, and is discharged from the other connection pipe 32.
- the X-ray emission window 5 is provided at a position where the X-ray L generated in the direction perpendicular to the target portion K can be transmitted, and the X-ray emission window 5 is provided at that position.
- the X-ray generator 1 is combined with an imaging device such as an image tube to form a non-destructive inspection device for the object S, in order to sufficiently secure the contrast of the captured image of the object S on the image tube or the like, It is preferable to emit the X-ray L in the vertical direction from the target portion K in the X-ray emission window 5.
- the magnification of the X-ray image of the object S obtained by the image tube or the like is between the X-ray focal point (X-ray generation position: the incident position P of the electron beam EB on the target portion K) and the object S. It is determined by the ratio of the distance (FID: Focus to Image Distance) between the X-ray focus and the imaging position with respect to the distance (FOD: Focus to Object Distance).
- FOD Focus to Image Distance
- a target support 3 for supporting the target portion K so that the target 22 faces the electron gun 2 with a predetermined inclination angle ⁇ 1 with respect to the emission axis of the electron beam EB is provided, and the target portion K is provided. At least a part of the above is supported in a state of being embedded in the target support 3. As a result, the heat generated in the target portion K due to the incident of the electron beam EB can be efficiently transferred to the target support 3. Therefore, the consumption of the target 22 can be suppressed.
- the X-ray generator 1 at least a part of the target 22 is in contact with the target support 3. As a result, the heat generated by the target 22 due to the incident of the electron beam EB can be directly transferred to the target support 3. Therefore, the consumption of the target 22 can be further suppressed.
- the housing 4 has a support accommodating portion 12 accommodating the target support 3.
- the support accommodating portion 12 surrounds the aperture portion 13 for introducing the electron beam EB from the electron gun 2 toward the target portion K and the target support 3, and also holds the X-ray emitting window 5. It has 15 and.
- a convex portion 18 is provided.
- the thickness T3 of the aperture portion 13 is larger than the thickness T1 of the fixed portion F.
- the support accommodating portion 12 includes a heat radiating portion 14 that is thermally coupled to the base end portion of the target support 3, and the thickness T4 of the heat radiating portion 14 is the thickness T2 of the convex portion 18 and the thickness T2 of the convex portion 18.
- the thickness of the aperture portion 13 is larger than at least one of the thickness T3. Therefore, the heat generated in the target portion K is transferred to the target support 3, and the heat is transferred to the heat radiating portion 14 having a large heat capacity, so that the heat generated in the target portion K can be efficiently removed.
- a cooling flow path 33 for circulating the cooling medium M is arranged in the wall portion of the support accommodating portion 12.
- the support accommodating portion 12 can be efficiently cooled when the electron beam EB is irradiated.
- the first cooling flow path 33A provided in the heat radiating unit 14, the second cooling flow path 33B provided in the window holding portion 15, and the third cooling flow path 33B provided in the aperture portion 13 are provided.
- the cooling flow path 33 is configured by the cooling flow path 33C of the above. As a result, the entire support accommodating portion 12 can be quickly cooled when the electron beam EB is irradiated.
- the arrangement region R of the target portion K has a size that includes the incident region ER of the electron beam EB on the target portion K.
- the incident region ER of the electron beam EB on the target portion K becomes the target portion due to fluctuations in the incident position and size of the electron beam EB, or movement of the position of the target portion K due to thermal expansion of the target portion K. It is possible to prevent the K from deviating from the arrangement region R. Therefore, fluctuations in the generation efficiency of X-ray L can be suppressed.
- the incident position P of the electron beam EB is shifted by using, for example, a magnetic force, and the electron beam EB is moved to the undamaged portion of the target 22. It is also possible to irradiate.
- the support accommodating portion 12 is configured by combining the aperture portion 13, the heat radiating portion 14, and the window holding portion 15, but the configuration of the support accommodating portion 12 is not limited to this.
- the window holding portion 15 integrated with the aperture portion 13 may be coupled to the heat radiating portion 14 to form the support accommodating portion 12, and the window holding portion 15 integrated with the heat radiating portion 14 may be the aperture portion 13.
- the support accommodating portion 12 may be formed by being combined with the support accommodating portion 12.
- both ends of the plurality of groove portions 21a formed on the substrate 21 reach the side surface 21s to form an open end, but both ends of the plurality of groove portions 21a do not reach the side surface 21s, and a plurality of groove portions 21a are formed. Both ends of the groove portion 21a of the above may not be open ends.
- the configuration of the cooling flow path 33 is not limited to the above embodiment, for example, the first cooling flow path 33A in the heat radiation section 14, the second cooling flow path 33B in the window holding section 15, and the third cooling flow path 33 in the aperture section 13.
- the cooling flow paths 33C of the above may be independent circulation paths of the cooling medium M. Any of the first cooling flow path 33A, the second cooling flow path 33B, and the third cooling flow path 33C may be omitted.
- the target portion K is formed by embedding the target portion 22 in a plurality of long groove portions 21a formed on the surface 21f of the substrate 21.
- the configuration of the target unit K is not limited to this.
- the target 22 may be divided into a plurality of parts along the longitudinal direction thereof.
- the target 22 is composed of a plurality of divided targets 22a each embedded in a plurality of grooves (not shown) arranged linearly along the longitudinal direction thereof.
- Each of the plurality of divided targets 22a has a rectangular shape congruent with each other in the plan view of the substrate 21, and is arranged at equal intervals in the longitudinal direction of the target 22. Further, each of the plurality of divided targets 22a in the adjacent targets 22 is arranged at equal intervals in the lateral direction of the target 22. Therefore, as a whole of the target 22, the plurality of divided targets 22a are arranged in a matrix of n ⁇ m (n and m are all integers of 1 or more). By changing the configuration of the target portion K in this way, it is possible to emit the X-rays L generated by the target support 3 to the outside of the housing 4 under different conditions.
- the distance between the divided targets 22a and 22a in the longitudinal direction of the target 22 and the distance between the divided targets 22a and 22a in the lateral direction of the target 22 may be equal to or different from each other. By changing these intervals, the emission conditions of the X-ray L can be adjusted more widely.
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Abstract
X線発生装置1は、電子線EBを出射する電子銃2と、電子線EBの入射によってX線Lを発生する複数の長尺のターゲット22が互いに平行となるように配置されたターゲット部Kと、電子銃2及びターゲット部Kを収容する筐体4と、筐体4に設けられ、ターゲット部Kで発生したX線Lを筐体4の外部に出射させるX線出射窓5と、備え、ターゲット部Kでは、ターゲット22が電子線EBの出射軸に対する所定の傾斜角度θ1をもって電子銃2と対向するように配置され、X線出射窓5は、ターゲット部Kと垂直な方向に発生するX線Lを透過可能な位置で、ターゲット部Kに対して所定の傾斜角度θ2をもって対向するように配置されている。
Description
本開示は、X線発生装置に関する。
従来のX線発生装置として、例えば特許文献1に記載のX線干渉イメージングシステムがある。この従来のX線発生装置は、ダイヤモンド基板にタングステン等の複数の金属を埋め込むことによって構成されたターゲット部を有している。電子銃から出射する電子線は、ターゲット部に対して一定の傾斜角度をもって入射する。X線出射窓は、ターゲット部に対して平行に配置されており、ターゲット部で生じたX線は、X線出射窓において当該ターゲット部から垂直方向に出射するようになっている。
X線発生装置をイメージ管等の撮像装置と組み合わせる場合、イメージ管等での対象物の撮影像のコントラストを十分に確保するためには、X線出射窓においてターゲット部から垂直方向にX線を出射させることが好ましい。また、イメージ管等で得られる対象物のX線像の拡大率は、X線焦点(X線発生位置)と対象物との間の距離(FOD:Focus to Object Distance)に対するX線焦点と撮像位置との間の距離(FID:Focus to Image Distance)の比によって定まる。したがって、X線発生装置においては、より小さなFODを備えることが好ましい。
上述した特許文献1の構成では、X線出射窓においてターゲット部から垂直方向にX線を出射させ、かつより小さなFODを得るためには、電子銃が配置されたX線出射窓とターゲット部との間の空間を狭める必要がある。この場合、電子銃とターゲット部との間の配置関係が変化し、ターゲット部に対してより平行に近い角度で電子線を入射させることになる。しかしながら、ターゲット部に対する電子線の入射角度が平行に近づくと、電子線がターゲット部の内部にまで入射せず、ターゲット部の表面で反射し易くなることが考えられる。この場合、電子線がX線の発生に寄与する割合、すなわち、ターゲット部に入射した電子線におけるX線への変換効率が低下し、X線の発生効率が低下するという問題が生じ得る。
本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、所望のコントラスト及びFODを得つつ、十分なX線の発生効率が得られるX線発生装置を提供することを目的とする。
本開示の一側面に係るX線発生装置は、電子線を出射する電子銃部と、電子線の入射によってX線を発生する複数の長尺のターゲットが互いに平行となるように配置されたターゲット部と、電子銃部及びターゲット部を収容する筐体部と、筐体部に設けられ、ターゲット部で発生したX線を筐体部の外部に出射させるX線出射窓部と、備え、ターゲット部では、ターゲットが電子線の出射軸に対する所定の傾斜角度をもって電子銃部と対向するように配置され、X線出射窓部は、ターゲット部と垂直な方向に発生するX線を透過可能な位置で、ターゲット部に対して所定の傾斜角度をもって対向するように配置されている。
このX線発生装置では、ターゲット部と垂直な方向に発生するX線を透過可能な位置にX線出射窓部が設けられ、当該位置において、X線出射窓部がターゲット部に対して所定の傾斜角度をもって対向するように配置されている。このようなX線出射窓部の配置により、このX線発生装置では、ターゲットに対する電子線の入射角度を平行に近づけることなく、ターゲット部と垂直な方向に発生するX線をX線出射窓部から取り出すことができる。したがって、所望のコントラスト及びFODを得つつ、十分なX線の発生効率を得ることができる。
X線発生装置は、ターゲットが電子線の出射軸に対する所定の傾斜角度をもって電子銃部と対向するようにターゲット部を支持するターゲット部支持部を備え、ターゲット部の少なくとも一部は、ターゲット部支持部に埋設された状態で支持されていてもよい。この場合、電子線の入射によってターゲット部で発生した熱を効率良くターゲット部支持部に伝えることができる。したがって、ターゲットの消耗を抑制できる。
ターゲットの少なくとも一部は、ターゲット部支持部に当接していてもよい。この場合、電子線の入射によってターゲットで発生した熱を直接ターゲット部支持部に伝えることができる。したがって、ターゲットの消耗を一層抑制できる。
筐体部は、ターゲット部支持部を収容する支持部収容部を有し、支持部収容部は、電子銃部からの電子線をターゲット部に向けて導入するアパーチャ部と、ターゲット部支持部を包囲すると共に、X線出射窓部を保持する窓部保持部と、を有していてもよい。このように、アパーチャ部及び窓保持部を組み合わせて支持部収容部を構成することにより、ターゲット部に対する適切な電子入射及び適切なX線出射窓部の配置を両立できる。
窓部保持部は、X線出射窓部が固定される固定部と、固定部を包囲するように筐体の内側から外側に突出する凸部とを備えていてもよい。この場合、反射電子(例えばターゲット部等で反射した電子線に起因する電子等)がX線出射窓部や固定部に入射して熱が発生したとしても、その熱が熱容量の大きな凸部の方に伝わることで、X線出射窓部や固定部の破損といった悪影響を抑制できる。
アパーチャ部の厚さは、固定部の厚さよりも大きくなっていてもよい。この場合、アパーチャ部の熱容量を大きくすることができる。このため、例えば電子銃からの電子線のうち、アパーチャ部に入射してしまった電子による熱の影響を抑制できる。
支持部収容部は、ターゲット部支持部の基端部分と熱的に結合された放熱部を備え、放熱部の厚さは、凸部及びアパーチャ部の厚さの少なくとも一方よりも大きくなっている。この場合、ターゲット部で発生した熱がターゲット部支持部に伝わり、その熱が熱容量の大きな放熱部に伝わることで、ターゲット部で発生した熱を効率的に取り除くことができる。
支持部収容部の壁部内には、冷却媒体を循環させる冷却部が設けられていてもよい。冷却部に冷却媒体を循環させることで、支持部収容部を効率的に冷却できる。
支持部収容部は、ターゲット部支持部の基端部分と熱的に結合された放熱部を備え、冷却部は、少なくともアパーチャ部及び放熱部に配置されていてもよい。これにより、支持体収容部を効率的に冷却できる。
ターゲットの配置領域は、ターゲット部への電子線の入射領域を内包する大きさとなっていてもよい。この場合、電子線の入射位置及び大きさの変動、或いはターゲット部の熱膨張によるターゲットの位置の移動などに起因してターゲット部への電子線の入射領域がターゲットの配置領域から外れてしまうことを抑制できる。したがって、X線を確実に発生させることができる。
本開示によれば、所望のコントラスト及びFODを得つつ、十分なX線の発生効率が得られる。
以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係るX線発生装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
図1は、X線発生装置の一実施形態を示す概略的な断面図である。同図に示すように、X線発生装置1は、電子線EBを出射する電子銃(電子銃部)2と、電子線EBの入射によってX線Lを発生する複数の長尺のターゲット22(図2参照)が互いに平行となるように配置されたターゲット部Kを支持するターゲット支持体(ターゲット部支持部)3と、電子銃2及びターゲット支持体3を収容する筐体(筐体部)4と、筐体4に設けられ、ターゲット支持体3で発生したX線Lを筐体4の外部に出射させるX線出射窓5と、備えている。図1の例では、X線発生装置1は、対象物Sの非破壊検査装置に組み込まれている。
電子銃2は、例えば数keVから数100keV程度のエネルギーを持つ電子線EBを発生し、出射する部分である。電子銃2は、フィラメント、グリッド、及びフィラメントに接続された内部配線等を有している。フィラメントは、電子線EBとなる電子を放出する電子放出部材であり、例えばタングステンを主成分とした材料により形成されている。グリッドは、電子を引き出すと共に拡散を抑制するための電界形成部材であり、フィラメントを覆うように配置されている。
電子銃2を保持するベース部6は、例えばセラミック等の絶縁性材料によって形成されている。ベース部6の端部には、X線発生装置1の外部から数kVから数100kV程度の電源電圧の供給を受けるための高耐電圧型コネクタ(不図示)が取り付けられている。フィラメントに接続された内部配線は、ベース部6の内部を通って高耐電圧型コネクタに接続されている。
フィラメントは、外部電源からの電流供給を受けて高温に加熱されると共に、-数kVから-数百kV程度の負の高電圧が印加されることにより、電子を放出する。フィラメントから放出された電子は、グリッドの一部に形成された孔から電子線EBとして出射される。フィラメントに負の高電圧が印加される一方で、筐体4及びアノードとなるターゲット部K(及びターゲット支持体3)は、グランド電位(接地電位)となっている。このため、電子銃2から出射した電子線EBは、フィラメントとターゲット部Kとの電位差により加速した状態でターゲット部Kに入射する。ターゲット部Kにおけるターゲット22では、入射した電子線EBによりX線Lが発生する。ターゲット部Kへの入射位置Pにおける電子線EBの大きさ(ビームサイズ)、つまり、電子線EBの入射領域ER(図2参照)は、例えばφ1mm程度となっている。
筐体4は、電子銃2を収容する電子銃収容部11と、ターゲット支持体3を収容する支持体収容部(支持部収容部)12とを有している。筐体4は、電子銃収容部11と支持体収容部12とが互いに気密に結合されることにより、全体として略円筒形状の真空容器を構成している。電子銃収容部11は、例えばステンレス等の金属材料によって中空の円筒形状に形成され、電子銃2を取り囲むように配置されている。電子銃収容部11の先端部分(電子線EBの出射側)は、支持体収容部12のアパーチャ部13(後述)に対して気密に結合されている。電子銃収容部11の基端部分には、例えば断面円形の開口部が設けられ、当該開口部には、上述した高耐電圧型コネクタが設けられた蓋部が気密に結合されている。
支持体収容部12は、例えば銅などの導電性及び伝熱性に優れる金属材料によって形成されている。本実施形態では、支持体収容部12は、電子銃2からの電子線EBをターゲット部Kに向けて導入するアパーチャ部13と、ターゲット支持体3の基端部分3aと熱的に結合された放熱部14と、ターゲット支持体3を包囲すると共に、X線出射窓5を保持する窓保持部(窓部保持部)15と、を有している。窓保持部15は、中空の円筒形状に形成され、アパーチャ部13及び放熱部14は、円盤状に形成されている。支持体収容部12は、窓保持部15の一端側(電子銃2側)にアパーチャ部13が気密に結合され、窓保持部15の他端側(電子銃2の反対側)に放熱部14が気密に結合されることにより、ターゲット支持体3を取り囲むように全体として円筒形状に形成されている。
アパーチャ部13は、例えば電子銃収容部11の外径と略同径の外径を有する円盤状をなしている。アパーチャ部13の略中央部分には、当該アパーチャ部13の厚さ方向に貫通する断面円形の開口部(アパーチャ)13aが設けられている。電子銃2から出射した電子線EBは、開口部13aを通って支持体収容部12内に導入される。
放熱部14は、例えばアパーチャ部13よりも僅かに小径の円盤状をなしている。放熱部14において、アパーチャ部13との対向面側には、アパーチャ部13側に向かって突出し、窓保持部15内に位置するターゲット支持体3が設けられている。ここでは、ターゲット支持体3と放熱部14とは、一体的に形成されているが、これらは別体であってもよい。ターゲット支持体3の一面側は、窓保持部15の内周面15aに対応する円弧状をなしており、当該内周面15aに気密に結合されている。これにより、アパーチャ部13側に向かって突出するターゲット支持体3は、窓保持部15に対しても熱的に結合された状態となっている。
ターゲット支持体3の他面側であるターゲット支持面16には、ターゲット22が電子線EBの出射軸に対する所定の傾斜角度θ1をもって電子銃2と対向するように、ターゲット部Kが配置されている。より具体的には、ターゲット支持面16には凹部が形成されており、当該凹部にターゲット部Kが埋設されている。凹部の内面には、ターゲット部Kの裏面Kb及び側面Ks(図2参照)が直接又は熱伝導性に優れた接合部材を介して接触し、ターゲット支持面16と、ターゲット部Kにおいて電子入射側となる表面Kfとは、面一となっている。つまり、ターゲット支持面16は、ターゲット部Kの表面Kfと同一平面上に配置されるように構成されており、電子線EBの出射軸に対するターゲット支持面16の傾斜角度θ1は、例えば20°~70°となっている。図1の例では、傾斜角度θ1は、30°となっている。
図1及び図2(a)に示すように、ターゲット部Kは、ターゲット支持面16に埋設されている。ターゲット支持面16に埋設されたターゲット部Kは、図2(b)に示すように、基板21の表面21f上に形成した複数の長尺の溝部21aにターゲット22を埋設することによって形成されている。基板21は、例えばダイヤモンドによって円板状に形成されている。基板21は、電子線入射側面である表面21fと、表面21fの対向面であってターゲット支持体3との物理的かつ熱的接続部となる裏面21bと、表面21fと裏面21bとを接続すると共にターゲット支持体3との物理的かつ熱的接続部となる側面21sとを備えている。
基板21の表面21fに形成された複数の溝部21aは、断面矩形状をなし、いずれも表面21f上に延在するように形成されている。より具体的には、溝部21aは、互いに平行に形成され、対向する位置にある基板21の側面21s同士を結ぶように直線状に設けられている。溝部21aの端部は、側面21sまで到達しており、溝部21aの両端は、いずれも開放端となっている。このため、図2(a)の例のように基板21が円板形である場合、各溝部21aの表面21f上における長さは、それぞれ異なっている。基板21が矩形である場合は、各溝部21aの表面21f上における長さが互いに等しくなる場合もある。
溝部21aは、例えば誘導結合型の反応性イオンエッチング(ICP-RIE: Inductive Coupled Plasma-Reactive IonEtching)によって形成されている。本実施形態では、基板21の径はφ8mm、基板21の厚さは0.5mmとなっている。また、溝部21aのピッチ(隣り合う溝部同士の中心間距離)は20μm、溝部21aの幅は6μm、溝部21aの深さは10μmとなっている。つまり、この例では、溝部21aは、ピッチ≧深さ≧幅を満たすような溝となっている。図2(a)及び図2(b)は、溝部21aの構成が理解しやすいような概念図となっており、上述した数値を反映したものではない。溝部21aは、深さ≧ピッチ≧幅を満たすような溝であってもよい。
ターゲット22の構成材料としては、例えばタングステンが用いられる。溝部21aへのターゲット22の埋設は、例えば化学気相蒸着(CVD: Chemical Vapor Deposition)により行われる。化学気相蒸着により溝部21a内にターゲット22を形成した後、基板21の表面に付着したターゲット22の余剰部分を化学機械研磨(CMP: Chemical Mechanical Polishing)等によって除去することにより、ターゲット部Kが形成されている。
また、ターゲット部Kにおけるターゲット22の配置領域Rは、ターゲット部Kへの入射位置P(図1参照)における電子線EBの大きさ(ビームサイズ)、すなわち、電子線EBの入射領域ERよりも大きくなっている。ここでは、ターゲット部Kの配置領域Rは、基板21における溝部21aの形成領域、すなわち、ターゲット22の埋設領域によって画成されている。本実施形態では、基板21の略全面がターゲット部Kの配置領域Rとなっており、ターゲット部Kへの入射位置Pにおける電子線EBの入射領域ERがφ1mm程度であるのに対し、ターゲット部Kの配置領域Rは、φ7mm程度となっている。ターゲット部Kは、アパーチャ部13の開口部13aを通って支持体収容部12に導入された電子線EBがターゲット部Kの配置領域Rの中心に位置するように、ターゲット支持面16に配置されている。
窓保持部15は、図1に示すように、放熱部14と同径の円筒形状をなしている。窓保持部15において、ターゲット支持面16と対向する周壁部17には、X線出射窓5が固定される固定部Fと、固定部Fを包囲するように筐体4(支持体収容部12)の内側から外側に向かう断面矩形の凸部18が設けられている。具体的には、本実施形態では、X線出射窓5は、例えばベリリウムなどのX線透過材料によって、厚さ0.5mm程度の矩形板状に形成されている。
固定部Fには、X線出射窓5よりも一回り小さい寸法の矩形の開口部Faが形成されている。開口部Faの端縁部分には、X線出射窓5の周縁部分がロウ付けなどにより気密に接合され、これにより、開口部FaがX線出射窓5で封止された状態となっている。固定部Fに固定されたX線出射窓5は、ターゲット部K(より詳細には表面Kf)と垂直な方向に発生するX線Lを透過可能な位置で、ターゲット部K(より詳細には表面Kf)に対する所定の傾斜角度θ2をもってターゲット部Kと対向配置されている。ターゲット部K(より詳細には表面Kf)に対するX線出射窓5の傾斜角度θ2は、例えば20°~70°となっている。図1の例では、傾斜角度θ2は、30°となっている。
なお、X線出射窓5から得られるX線をより好ましい状態、すなわち、個々のターゲット22から出射されたX線の出射軸が互いに平行な状態とするには、ターゲット部K(より詳細には表面Kf)と垂直な方向にX線Lが発生することが好適である。このためには、ターゲット部Kを厚さ方向の断面から見た場合に(図2(b)参照)、個々のターゲット22がターゲット部K(より詳細には表面Kf)に対して垂直方向(裏面Kb方向)に延在し、かつ互いに分離して(間に基板21が挟まれた状態で)配置されていることが好ましい。
以上のようなターゲット部K及びX線出射窓5の構成により、ターゲット部K上のターゲット22には、傾斜角度θ1をもって電子線EBが入射し、電子線EBの入射によってターゲット22で発生したX線Lのうち、ターゲット部K(より詳細には表面Kf)と垂直な方向に発生するX線Lは、傾斜角度θ3をもってX線出射窓5を透過し、X線発生装置1の外部に取り出される。傾斜角度θ3は、(90°-θ1)で求められる。図1の例では、傾斜角度θ3は、60°となっている。
固定部Fは、上述したように、凸部18に包囲された状態で窓保持部15の周壁部17に形成されている。つまり、凸部18の厚さT2は、固定部Fの厚さT1に比べて十分に大きくなっている。本実施形態では、アパーチャ部13の厚さT3についても、固定部Fの厚さT1より大きくなっている。また、本実施形態では、放熱部14の厚さ(ターゲット支持体3を除いた部分の厚さ)T4は、凸部18の厚さT2及びアパーチャ部13の厚さT3よりも大きくなっている。
本実施形態では、図1に示すように、上述した筐体4の外側を覆うケース25が更に設けられている。ケース25は、例えば金属などの導電性材料によって略直方体形状に形成されている。ケース25において、X線出射窓5の固定部Fに対応する位置には、当該固定部Fの平面形状と同形状の開口部25aが設けられている。すなわち、X線出射窓5が配置される固定部Fは、ケース25の開口部25aと連通しており、X線出射窓5を透過したX線Lは、開口部25aを通ってX線発生装置1の外部に取り出される。ケース25の内面側には、開口部25aの位置を除いてX線遮蔽部材26が配置されている。X線遮蔽部材26は、X線遮蔽能の高い材料(例えば鉛などの重金属材料)からなり、ケース25と筐体4との間に介在している。これにより、無用なX線の漏洩が抑制されると共に、ケース25と筐体4との間が電気的に接続され、X線発生装置1のグランド電位が安定に確保されている。
図1の例では、電子銃収容部11の外径及び支持体収容部12におけるアパーチャ部13の外径は、支持体収容部12における放熱部14の外径及び窓保持部15の外径よりも大きくなっている。このため、ケース25における開口部25aの近傍には、アパーチャ部13と窓保持部15との外径差に基づく段差部25bが形成されている。X線出射窓5及び開口部25aを通って取り出されるX線Lが遮蔽されることを防止する観点、及び対象物SをX線焦点に一層近接させる(FODをより小さくする)観点から、X線出射窓5が配置される凸部18及び開口部25aは、段差部25bから離間して形成されていることが好ましい。
また、本実施形態では、支持体収容部12を冷却する冷却機構31が設けられている。図3は、冷却機構の配置構成を示す概略的な断面図である。また、図4は、図3におけるIV-IV線断面図であり、図5は、図3におけるV-V線断面図である。図3~図5に示すように、冷却機構31は、冷却媒体Mを導入及び排出するための一対の接続管32と、支持体収容部12の壁部内に冷却媒体Mを循環させる冷却流路(冷却部)33とによって構成されている。冷却流路33は、いずれも支持体収容部12を構成する壁部の内部に形成された貫通孔であり、少なくとも放熱部14及びアパーチャ部13に配置されている。本実施形態では、冷却流路33は、放熱部14内に設けられた第1の冷却流路33Aと、窓保持部15内に設けられた一対の第2の冷却流路33Bと、アパーチャ部13内に設けられた第3の冷却流路33Cとによって構成されている。冷却媒体Mとしては、例えば水或いはエチレングリコールが用いられる。
一対の接続管32は、図3及び図4に示すように、支持体収容部12における放熱部14の周面において冷却流路33に接続され、ケース25の外部に引き出されている。一方の接続管32は、外部の循環装置から冷却流路33に冷却媒体Mを導入する管として機能し、他方の接続管32は、冷却流路33を循環させた冷却媒体Mを外部の循環装置に搬出する管として機能する。第1の冷却流路33Aは、図4に示すように、支持体収容部12の長手方向(X線発生装置1の)から見て、放熱部14の中心軸回りに二重の円弧状となるように設けられている。二重の第1の冷却流路33Aの一端は、後述の第2の冷却流路33Bとの接続位置で合流して一方の接続管32に接続され、二重の第1の冷却流路33Aの他端は、後述の第2の冷却流路33Bとの接続位置で合流して他方の接続管32に接続されている。
一対の第2の冷却流路33Bは、図3に示すように、窓保持部15の周壁部17を支持体収容部12の長手方向に貫通するように延在している。図3の例では、一対の第2の冷却流路33Bは、いずれも周壁部17における凸部18と反対側の位置に設けられている。一方の第2の冷却流路33Bの一端は、二重の第1の冷却流路33Aの一端と一方の接続管32との接続位置の近傍で当該二重の第1の冷却流路33Aと連通しており、他方の第2の冷却流路33Bの一端は、二重の第1の冷却流路33Aの他端と他方の接続管32との接続位置の近傍で当該二重の第1の冷却流路33Aと連通している。
第3の冷却流路33Cは、図5に示すように、支持体収容部12の長手方向から見て、アパーチャ部13の開口部13a回りに、当該開口部13aを包囲するように略円弧状に設けられている。第3の冷却流路33Cの一端は、一方の第2の冷却流路33Bの他端と連通しており、第3の冷却流路33Cの他端は、他方の第2の冷却流路33Bの他端と連通している。
なお、本実施形態では、高温になりやすいターゲット支持体3と熱的に結合された放熱部14の冷却効率を向上すべく、第1の冷却流路33Aの断面積を第3の冷却流路33Cの断面積よりも多少を小さくした上で、第1の冷却流路33Aを二重に配置して、第1の冷却流路33Aの総断面積を大きくしている。しかしながら、第1の冷却流路33Aの構成は、これに限られるものではなく、第3の冷却流路33Cの断面積と同程度の断面席を有する一重の第1の冷却流路33Aを放熱部14の中心軸回りに設ける構成としてもよい。
このような構成を有する冷却機構31では、一方の接続管32から導入された冷却媒体Mが第1の冷却流路33Aを流れ、他方の接続管32から排出される。また、一方の接続管32から第1の冷却流路33Aに導入された冷却媒体Mの一部は、第1の冷却流路33Aから分岐して一方の第2の冷却流路33Bを流れ、第3の冷却流路33Cに導入される。第3の冷却流路33Cを流れた冷却媒体Mは、他方の第2の冷却流路33Bを流れて第1の冷却流路33Aに回帰し、他方の接続管32から排出される。
以上説明したように、X線発生装置1では、ターゲット部Kと垂直な方向に発生するX線Lを透過可能な位置にX線出射窓5が設けられ、当該位置において、X線出射窓5がターゲット部K6に対して所定の傾斜角度θ2をもって対向するように配置されている。X線発生装置1をイメージ管等の撮像装置と組み合わせて対象物Sの非破壊検査装置を構成する場合、イメージ管等での対象物Sの撮影像のコントラストを十分に確保するためには、X線出射窓5においてターゲット部Kから垂直方向にX線Lを出射させることが好ましい。また、イメージ管等で得られる対象物SのX線像の拡大率は、X線焦点(X線発生位置:ターゲット部Kへの電子線EBの入射位置P)と対象物Sとの間の距離(FOD:Focus to Object Distance)に対するX線焦点と撮像位置との間の距離(FID:Focus to Image Distance)の比によって定まる。X線発生装置1では、上述したX線出射窓5の傾斜配置により、ターゲット22に対する電子線EBの入射角度を平行に近づけることなく、ターゲット部Kと垂直な方向に発生するX線LをX線出射窓5から取り出すことができる。したがって、このX線発生装置1では、所望のコントラスト及びFODを得つつ、十分なX線Lの発生効率を得ることができる。
また、X線発生装置1では、ターゲット22が電子線EBの出射軸に対する所定の傾斜角度θ1をもって電子銃2と対向するようにターゲット部Kを支持するターゲット支持体3が設けられ、ターゲット部Kの少なくとも一部がターゲット支持体3に埋設された状態で支持されている。これにより、電子線EBの入射によってターゲット部Kで発生した熱を効率良くターゲット支持体3に伝えることができる。したがって、ターゲット22の消耗を抑制できる。
また、X線発生装置1では、ターゲット22の少なくとも一部がターゲット支持体3に当接している。これにより、電子線EBの入射によってターゲット22で発生した熱を直接ターゲット支持体3に伝えることができる。したがって、ターゲット22の消耗を一層抑制できる。
また、X線発生装置1では、筐体4がターゲット支持体3を収容する支持体収容部12を有している。この支持体収容部12は、電子銃2からの電子線EBをターゲット部Kに向けて導入するアパーチャ部13と、ターゲット支持体3を包囲すると共に、X線出射窓5を保持する窓保持部15とを有している。このように、アパーチャ部13及び窓保持部15を組み合わせて支持体収容部12を設けることにより、ターゲット部Kに対する適切な電子入射及び適切なX線出射窓5の配置を両立できる。また、本実施形態のように、支持体収容部12に冷却機構31を設ける場合には、冷却流路33の作製も容易となる。
また、X線発生装置1では、窓保持部15の周壁部17において、X線出射窓5が固定される固定部Fと、固定部Fを包囲するように筐体4の内側から外側に突出する凸部18とが設けられている。これにより、反射電子(例えばターゲット部K等で反射した電子線EBに起因する電子等)がX線出射窓5や固定部Fに入射して熱が発生したとしても、その熱が熱容量の大きな凸部18の方に伝わることで、X線出射窓5や固定部Fの破損といった悪影響を抑制できる。
また、本実施形態では、アパーチャ部13の厚さT3が固定部Fの厚さT1よりも大きくなっている。これにより、アパーチャ部13の熱容量を大きくすることが可能となり、例えば電子銃2からの電子線EBのうち、アパーチャ部13に入射してしまった電子による熱の影響を抑制できる。さらに、本実施形態では、支持体収容部12がターゲット支持体3の基端部分と熱的に結合された放熱部14を備え、放熱部14の厚さT4が凸部18の厚さT2及びアパーチャ部13の厚さT3の少なくとも一方よりも大きくなっている。このため、ターゲット部Kで発生した熱がターゲット支持体3に伝わり、その熱が熱容量の大きな放熱部14に伝わることで、ターゲット部Kで発生した熱を効率的に取り除くことができる。
また、X線発生装置1では、支持体収容部12の壁部内に冷却媒体Mを循環させる冷却流路33が配置されている。冷却流路33に冷却媒体Mを循環させることで、電子線EBの照射時において、支持体収容部12を効率的に冷却することができる。本実施形態では、放熱部14内に設けられた第1の冷却流路33Aと、窓保持部15内に設けられた第2の冷却流路33Bと、アパーチャ部13内に設けられた第3の冷却流路33Cとによって冷却流路33が構成されている。これにより、電子線EBの照射時において、支持体収容部12の全体を迅速に冷却できる。
また、X線発生装置1では、ターゲット部Kの配置領域Rがターゲット部Kへの電子線EBの入射領域ERを内包する大きさとなっている。これにより、電子線EBの入射位置及び大きさの変動、或いはターゲット部Kの熱膨張によるターゲット部Kの位置の移動などに起因してターゲット部Kへの電子線EBの入射領域ERがターゲット部Kの配置領域Rから外れてしまうことを抑制できる。したがって、X線Lの発生効率の変動を抑制できる。また、長期間にわたる電子線EBの照射などによりターゲット22にダメージが生じた場合、例えば磁力などを用いて電子線EBの入射位置Pをずらし、ターゲット22のダメージの生じていない部分に電子線EBを照射することも可能となる。
本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、支持体収容部12がアパーチャ部13、放熱部14、及び窓保持部15を組み合わせて構成されているが、支持体収容部12の構成はこれに限られない。例えばアパーチャ部13と一体化された窓保持部15が放熱部14に結合されて支持体収容部12が構成されていてもよく、放熱部14と一体化された窓保持部15がアパーチャ部13と結合されて支持体収容部12が構成されていてもよい。
また、上記実施形態では、基板21に形成された複数の溝部21aの両端が側面21sまで到達して開放端を形成しているが、複数の溝部21aの両端が側面21sまで到達せず、複数の溝部21aの両端が開放端とならない構成であってもよい。冷却流路33の構成も上記実施形態に限られず、例えば放熱部14内の第1の冷却流路33A、窓保持部15内の第2の冷却流路33B、及びアパーチャ部13内の第3の冷却流路33Cがそれぞれ独立した冷却媒体Mの循環経路となっていてもよい。第1の冷却流路33A、第2の冷却流路33B、及び第3の冷却流路33Cのいずれかが省略された構成であってもよい。
また、上記実施形態では、図2(a)に示したように、ターゲット部Kが基板21の表面21f上に形成した複数の長尺の溝部21aにターゲット22を埋設することによって形成されているが、ターゲット部Kの構成はこれに限られるものではない。例えば図6に示すように、ターゲット22は、その長手方向に沿って複数に分割されていてもよい。図6の例では、ターゲット22は、その長手方向に沿った直線状に配列された複数の溝部(不図示)にそれぞれ埋設された複数の分割ターゲット22aによって構成されている。
複数の分割ターゲット22aのそれぞれは、基板21の平面視において互いに合同な矩形状をなし、ターゲット22の長手方向に等間隔に配置されている。また、隣り合うターゲット22における複数の分割ターゲット22aのそれぞれは、ターゲット22の短手方向に等間隔に配置されている。したがって、ターゲット22の全体としては、複数の分割ターゲット22aは、n×mのマトリクス状に配置された状態となっている(n,mはいずれも1以上の整数)。このように、ターゲット部Kの構成を変更することで、ターゲット支持体3で発生するX線Lを異なる条件で筐体4の外部に出射させることが可能となる。
なお、ターゲット22の長手方向における分割ターゲット22a,22a同士の間隔と、ターゲット22の短手方向における分割ターゲット22a,22a同士の間隔とは、互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。これらの間隔を変更することで、X線Lの出射条件を更に幅広く調整できる。
1…X線発生装置、2…電子銃(電子銃部)、3…ターゲット支持体(ターゲット部支持部)、4…筐体(筐体部)、5…X線出射窓(X線出射窓部)、12…支持体収容部(支持部収容部)、13…アパーチャ部、14…放熱部、15…窓保持部(窓部保持部)、18…凸部、22…ターゲット、22a…分割ターゲット(ターゲット)、33…冷却流路、EB…電子線、F…固定部、L…X線、ER…入射領域、K…ターゲット部、R…配置領域、P…入射位置、T1…固定部の厚さ、T2…アパーチャ部の厚さ、T3…放熱部の厚さ、M…冷却媒体、θ1,θ2…傾斜角度。
Claims (10)
- 電子線を出射する電子銃部と、
前記電子線の入射によってX線を発生する複数の長尺のターゲットが互いに平行となるように配置されたターゲット部と、
前記電子銃部及び前記ターゲット部を収容する筐体部と、
前記筐体部に設けられ、前記ターゲット部で発生したX線を前記筐体部の外部に出射させるX線出射窓部と、備え、
前記ターゲット部では、前記ターゲットが前記電子線の出射軸に対する所定の傾斜角度をもって前記電子銃部と対向するように配置され、
前記X線出射窓部は、前記ターゲット部と垂直な方向に発生するX線を透過可能な位置で、前記ターゲット部に対して所定の傾斜角度をもって対向するように配置されているX線発生装置。 - 前記ターゲットが前記電子線の出射軸に対する所定の傾斜角度をもって前記電子銃部と対向するように前記ターゲット部を支持するターゲット部支持部を備え、
前記ターゲット部の少なくとも一部は、前記ターゲット部支持部に埋設された状態で支持されている請求項1記載のX線発生装置。 - 前記ターゲットの少なくとも一部は、前記ターゲット部支持部に当接している請求項2記載のX線発生装置。
- 前記筐体部は、前記ターゲット部支持部を収容する支持部収容部を有し、
前記支持部収容部は、
前記電子銃部からの前記電子線を前記ターゲット部に向けて導入するアパーチャ部と、
前記ターゲット部支持部を包囲すると共に、前記X線出射窓部を保持する窓部保持部と、を有している請求項2又は3記載のX線発生装置。 - 前記窓部保持部は、前記X線出射窓部が固定される固定部と、前記固定部を包囲するように前記筐体の内側から外側に突出する凸部とを備えている請求項4記載のX線発生装置。
- 前記アパーチャ部の厚さは、前記固定部の厚さよりも大きくなっている請求項5記載のX線発生装置。
- 前記支持部収容部は、前記ターゲット部支持部の基端部分と熱的に結合された放熱部を備え、
前記放熱部の厚さは、前記凸部及び前記アパーチャ部の厚さの少なくとも一方よりも大きくなっている請求項5又は6記載のX線発生装置。 - 前記支持部収容部の壁部内には、冷却媒体を循環させる冷却部が設けられている請求項4~7のいずれか一項記載のX線発生装置。
- 前記支持部収容部は、前記ターゲット部支持部の基端部分と熱的に結合された放熱部を備え、
前記冷却部は、少なくとも前記アパーチャ部及び前記放熱部に配置されている請求項8記載のX線発生装置。 - 前記ターゲットの配置領域は、前記ターゲット部への前記電子線の入射領域を内包する大きさとなっている請求項1~9のいずれか一項記載のX線発生装置。
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