WO2023276246A1 - Ｘ線発生装置 - Google Patents

Ｘ線発生装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2023276246A1
WO2023276246A1 PCT/JP2022/005982 JP2022005982W WO2023276246A1 WO 2023276246 A1 WO2023276246 A1 WO 2023276246A1 JP 2022005982 W JP2022005982 W JP 2022005982W WO 2023276246 A1 WO2023276246 A1 WO 2023276246A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
target
electrons
housing
electron
voltage
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/005982
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
直伸 鈴木
淳 石井
綾介 藪下
亮迪 清水
尚史 小杉
銀治 杉浦
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 浜松ホトニクス株式会社 filed Critical 浜松ホトニクス株式会社
Priority to CN202280045947.7A priority Critical patent/CN117716463A/zh
Priority to KR1020237042175A priority patent/KR20240028985A/ko
Publication of WO2023276246A1 publication Critical patent/WO2023276246A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/14—Arrangements for concentrating, focusing, or directing the cathode ray
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/24—Tubes wherein the point of impact of the cathode ray on the anode or anticathode is movable relative to the surface thereof
    • H01J35/30—Tubes wherein the point of impact of the cathode ray on the anode or anticathode is movable relative to the surface thereof by deflection of the cathode ray
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/086—Target geometry

Definitions

  • the present disclosure relates to an X-ray generator.
  • Patent Document 1 describes a transmission type X-ray tube device.
  • This apparatus comprises a vacuum envelope forming an X-ray tube, an X-ray transmission window provided at one end of the vacuum envelope, and an X-ray target provided on the vacuum side of the X-ray transmission window.
  • a metal thin film to be formed and an electron gun for generating an electron beam for irradiating an X-ray target are provided.
  • the film thickness of the metal thin film differs depending on the location, and deflection electrodes for deflecting the electron beam are provided.
  • the deflection electrode is composed of a pair of electrode plates arranged facing each other between the target and the focusing electrode.
  • the deflection voltage applied to the deflection electrodes is changed in accordance with the change in the acceleration voltage of the electron beam generated from the electron gun, so that the electron beam can be made incident on the target with an appropriate film thickness. I am planning.
  • an object of the present disclosure is to provide an X-ray generator capable of causing an electron beam to enter an appropriate position on a target.
  • An X-ray generator includes a housing, an electron gun having an electron emission unit for emitting electrons in the housing, an extraction electrode for drawing out the electrons emitted from the electron emission unit, and an electron gun in the housing.
  • a target that generates X-rays by incident electrons
  • a window member that seals the opening of the housing and allows the X-rays to pass through
  • a tube voltage application section that applies a tube voltage between the electron emission section and the target.
  • the thickness of the target has a distribution
  • the target is inclined with respect to a virtual plane perpendicular to the axis of the electron gun, and the extraction voltage applied to the extraction electrode is relatively
  • the target is arranged so that the thickness of the target is thinner at the electron incidence position when the extraction voltage is relatively low than at the electron incidence position when the extraction voltage is relatively high.
  • the tube voltage applying section applies a tube voltage between the electron emitting section of the electron gun and the target, and the target is arranged at an angle to a virtual plane perpendicular to the axis of the electron gun. ing. Therefore, the equipotential surface of the tube voltage between the electron emitting portion and the target is inclined with respect to the virtual surface. Therefore, the electrons are deflected by passing through the region where the equipotential surface is inclined. At this time, the amount of deflection of the electrons decreases as the initial velocity of the electrons increases, and increases as the initial velocity of the electrons decreases. Therefore, the deflection amount of the electrons is adjusted according to the magnitude of the extraction voltage (the magnitude of the initial velocity of the electrons) from the extraction electrode.
  • the thickness of the target has a distribution, and the electron incidence position of the target when the extraction voltage is relatively low is higher than the electron incidence position when the extraction voltage is relatively high.
  • the high (and low) extraction voltage means that the potential difference between the extraction electrode and the electron emission section is large (and small).
  • the thickness of the target is made thinner from the central portion toward the peripheral portion. You may arrange
  • the X-ray generator according to the present disclosure may include a magnetic field forming section for deflecting electrons by forming a magnetic field between the electron emitting section and the target. In this case, the electrons can be further deflected using the magnetic field.
  • the magnetic field generator may include permanent magnets. As described above, in this device, if a constant magnetic field is formed by the permanent magnet, the deflection amount of the electrons due to the magnetic field is automatically adjusted. Therefore, complication of control can be reliably avoided.
  • the window member has a first surface opposite to the inside of the housing and a second surface on the inside side of the housing, and the target is on the second surface. may be formed.
  • a so-called transmission type X-ray generator is constructed.
  • the target may be supported in an inclined state so as to face both the electron gun and the window member.
  • a so-called reflection type X-ray generator is constructed.
  • an X-ray generator capable of causing an electron beam to enter an appropriate position on a target.
  • FIG. 1 is a block diagram of an X-ray generator of one embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the X-ray tube shown in FIG. 1
  • FIG. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the relationship between an electron beam and a target
  • FIG. 3 is a schematic side view showing an enlarged part of FIG. 2
  • It is a cross-sectional view of an X-ray tube of a modification.
  • FIG. 6 is a schematic side view showing an enlarged part of FIG. 5;
  • the X-ray generator 10 includes an X-ray tube 1, a power supply section 11, a deflection section 12, and a control section 13.
  • the X-ray tube 1, power supply unit 11 and deflection unit 12 are supported in a case (not shown) made of metal.
  • the X-ray tube 1 is a small-focus X-ray source
  • the X-ray generator 10 is a device used for X-ray nondestructive inspection for magnifying and observing the internal structure of an inspection object.
  • the X-ray tube 1 includes a housing 2, an electron gun 3, a target 4, and a window member 5. As described below, the X-ray tube 1 is configured as a hermetic transmission type X-ray tube that does not require replacement of parts.
  • the housing 2 has a head 21 and a valve 22.
  • the head 21 is made of metal and has a cylindrical shape with a bottom.
  • the bulb 22 is made of an insulating material such as glass and has a cylindrical shape with a bottom.
  • the opening 22a of the valve 22 is airtightly joined to the opening 21a of the head 21 .
  • the tube axis A is the center line of the housing 2.
  • An opening 23 is formed in the bottom wall portion 21 b of the head 21 .
  • the opening 23 is located on the tube axis A. When viewed from a direction parallel to the tube axis A, the opening 23 has, for example, a circular shape with the tube axis A as the center line.
  • the electron gun 3 emits an electron beam B inside the housing 2 .
  • the electron gun 3 has a heater 31 , a cathode 32 , a first grid electrode 33 and a second grid electrode 34 .
  • the heater 31 , the cathode 32 , the first grid electrode 33 and the second grid electrode 34 are arranged on the tube axis A in this order from the bottom wall portion 22 b side of the bulb 22 .
  • the axis A3 (see FIG. 4) of the electron gun 3 coincides with the tube axis A.
  • the axis A3 of the electron gun 3 may be defined as, for example, the central axis of the electron gun 3 (for example, the central axis of the cathode 32, the first grid electrode 33, and the second grid electrode 34). It may be defined as the trajectory of electron beam B when beam B is not deflected as described below.
  • the heater 31 is composed of a filament and generates heat when energized.
  • the cathode 32 is heated by the heater 31 and emits electrons. That is, the cathode 32 is an electron emitting portion that emits electrons within the housing 2 .
  • the first grid electrode 33 is cylindrical and adjusts the amount of electrons emitted from the cathode 32 .
  • the first grid electrode 33 is also an extraction electrode for extracting electrons emitted from the cathode 32 .
  • the initial velocity of electrons is defined according to the voltage (extraction voltage) applied to the first grid electrode 33 .
  • the second grid electrode 34 has a cylindrical shape and focuses the electrons that have passed through the first grid electrode 33 onto the target 4 .
  • Each of the heater 31, the cathode 32, the first grid electrode 33 and the second grid electrode 34 is electrically and physically connected to each of a plurality of lead pins 35 passing through the bottom wall portion 22b of the bulb 22. .
  • Each lead pin 35 is electrically connected to the power supply section 11 of the X-ray generator 10 .
  • the window member 5 seals the opening 23 of the housing 2 .
  • the window member 5 is formed in a plate shape from a material having high X-ray transparency, such as diamond or beryllium.
  • the window member 5 has, for example, a disc shape with the tube axis A as the center line.
  • the window member 5 has a first surface 51 and a second surface 52 .
  • the first surface 51 is the surface on the side opposite to the inside of the housing 2
  • the second surface 52 is the surface on the inside of the housing 2 .
  • Each of the first surface 51 and the second surface 52 is a flat surface perpendicular to the tube axis A, for example.
  • the target 4 is formed on the second surface 52 of the window member 5 .
  • the target 4 is formed in the form of a film of tungsten, for example.
  • the target 4 generates X-rays R upon incidence of the electron beam B within the housing 2 .
  • the X-rays R generated at the target 4 pass through the target 4 and the window member 5 and are emitted to the outside.
  • the window member 5 is attached to the mounting surface 24 around the opening 23 of the housing 2 .
  • the mounting surface 24 is, for example, a flat surface perpendicular to the tube axis A and formed on the head 21 .
  • the window member 5 can be airtightly joined to the mounting surface 24 via a joining member (not shown) such as brazing material.
  • the target 4 is electrically connected to the head 21 and the target 4 and the window member 5 are thermally connected to the head 21 .
  • the target 4 is grounded via the head 21 .
  • a tube voltage is thereby applied between the cathode 32 of the electron gun 3 and the target 4 .
  • the tube voltage defines the acceleration of electrons emitted from the cathode 32 toward the target 4 .
  • the power supply unit 11 supplies a negative voltage to the cathode 32 through the lead pin 35, and grounds the target 4 (anode), thereby providing a tube between the cathode 32 and the target 4. Voltage will be applied.
  • the power supply section 11 constitutes a tube voltage applying section that applies a tube voltage in cooperation with the cathode 32 and the target 4 .
  • the power supply unit 11 is also connected to the first grid electrode 33 as an extraction electrode, and applies an extraction voltage to the first grid electrode 33 . Therefore, the power supply unit 11 constitutes an extraction voltage applying unit.
  • the heat generated in the target 4 by the incidence of the electron beam B is transmitted to the head 21 directly or via the window member 5, and then released from the head 21 to a heat radiating section (not shown).
  • the space inside the housing 2 is maintained at a high degree of vacuum by the housing 2 , the target 4 and the window member 5 .
  • a negative voltage is applied to the electron gun 3 by the power supply section 11 with reference to the potential of the target 4 .
  • the power supply unit 11 applies a negative high voltage (eg, -10 kV to -500 kV) to each part of the electron gun 3 through each lead pin 35 while the target 4 is grounded.
  • An electron beam B emitted from the electron gun 3 is focused along the tube axis A onto the target 4 .
  • the X-rays R generated in the irradiation area of the electron beam B on the target 4 are emitted outside through the target 4 and the window member 5 with the irradiation area as a focal point.
  • the energy of the X-rays generated differs depending on the tube voltage, so the tube voltage may be varied within a range of, for example, 40 kV to 130 kV.
  • the penetration depth of the electron beam B1 into the target 4A when accelerated with a relatively high tube voltage is greater than that of the electron beam B2 when accelerated with a relatively low tube voltage. get deeper.
  • the electron beam B1 at high tube voltage passes through the target 4A and the support 5A (corresponding to the window member 5 here). (the deepest part of the target 4A). That is, the penetration depth becomes appropriate with respect to the thickness of the target 4A. That is, since the thickness of the target 4A through which the X-rays generated by the target 4A need to pass to reach the support 5A is small, the reduction in the X-ray output due to self-absorption by the target 4A is suppressed.
  • the penetration depth of the electron beam B2 at low tube voltage remains near the surface of the target 4A, and the X-rays generated at the target 4A must pass through the target 4A to reach the support 5A. Since the thickness is large, the X-ray output may decrease due to self-absorption by the target 4A.
  • the target 4A may be thermally damaged. Therefore, like the electron beam B1, by penetrating the target 4A so as to reach the vicinity of the boundary between the target 4A and the support 5A, the generated heat is easily transferred to the support 5A, and the target 4A is thermally damaged. can be suppressed. On the other hand, since the penetration depth of the electron beam B2 at low tube voltage stays near the surface of the target 4A, it is difficult to transmit the generated heat to the support 5A, and the target 4A may be thermally damaged.
  • the support 5A can be made of a material with good thermal conductivity, such as diamond.
  • the target 4B when the target 4B is relatively thin, even the electron beam B2 at a low tube voltage near the boundary between the target 4B and the support 5A (target 4A deepest part) of the target 4B. That is, the penetration depth becomes appropriate with respect to the thickness of the target 4B.
  • the electron beam B1 at high tube voltage passes through the target 4B, the X-ray output is lower than in the case of FIG. 3(a).
  • the thickness of the target 4C non-uniform as shown in FIG. 3(c). That is, it is conceivable to generate a distribution in the thickness of the target 4C.
  • the electron beam B1 at the high tube voltage is made incident on a relatively thick position of the target 4C
  • the electron beam B2 at the low tube voltage is made to be made incident on a relatively thin position of the target 4C.
  • the electron beam can penetrate the target 4C so as to reach the vicinity of the boundary between the target 4C and the support 5A. Therefore, it is possible to suppress a decrease in X-ray output over a wide range of tube voltages, and to suppress thermal damage to the target 4C.
  • the X-ray generator 10 is configured so that the thickness T4 of the target 4 has a predetermined distribution. That is, the thickness T4 of the target 4 has a distribution that varies according to the position in the plane that intersects the axis A3 (tube axis A) that is the center line of the electron gun 3 .
  • the distribution mode is arbitrary, in the illustrated example, the thickness T4 of the target 4 is made thinner from the central portion 4a toward the peripheral portion 4b when viewed from the direction intersecting the axis A3.
  • the target 4 having the thickness distribution as described above can be manufactured, for example, as follows. That is, when the target 4 is formed by film formation on the support (here, the window member 5), a mask corresponding to the peripheral portion of the target 4 is used.
  • the portion of the support that overlaps the mask has poor visibility from the vapor deposition source, which prevents film formation, and the film is formed thinner than the central portion that does not overlap the mask. This allows the target 4 to be manufactured to be thicker in the center and thinner at the periphery.
  • the difference in thickness (aspect ratio) between the central portion and the peripheral portion can be controlled by the position where the mask is placed, the plate thickness of the mask, and the like.
  • the target 4 as described above is arranged so as to be inclined with respect to a virtual plane perpendicular to the axis A3 of the electron gun 3 (tube axis A).
  • the target 4 is arranged so as to be inclined with respect to the direction from the cathode 32 toward the target 4 .
  • the arrangement of the targets 4 is realized by inclining the window member 5 provided with the targets 4 .
  • the bottom wall portion 21b of the head 21 extends so as to be inclined with respect to an imaginary plane perpendicular to the axis A3 (tube axis A) of the electron gun 3, and an opening 23 provided in the bottom wall portion 21b.
  • the target 4 provided on the window member 5 are arranged so as to extend along the bottom wall portion 21b, so that the target 4 is aligned with the axis A3 of the electron gun 3 (tube axis A) is tilted with respect to an imaginary plane perpendicular to A).
  • the imaginary plane is, for example, a plane parallel to the surface of the cathode 32 facing the target 4 (electron emission surface).
  • the equipotential plane CL of the tube voltage formed between the cathode 32 and the target 4 has a portion inclined with respect to the virtual plane.
  • the equipotential surface CL has a portion that is not orthogonal to the axis A3 of the electron gun 3 . Electrons accelerate in a direction perpendicular to the equipotential surface CL. Therefore, the electrons enter the target 4 perpendicularly while being deflected by the inclined equipotential surface CL. [Structure of deflection unit]
  • the deflecting unit 12 deflects the electron beam B emitted from the cathode 32 according to the tube voltage so that the electron beam B is incident on the appropriate position of the target 4 .
  • the deflection section 12 includes the deflection section 6 and the first grid electrode 33 .
  • An extraction voltage for extracting electrons emitted from the cathode 32 is applied to the first grid electrode 33 by the power supply unit 11 .
  • the magnitude of the extraction voltage applied to the first grid electrode 33 defines the initial velocity of electrons traveling toward the target 4 . More specifically, the initial velocity of electrons increases as the potential difference between the cathode 32 and the first grid electrode 33 increases. Therefore, the speed of the electrons depends on the speed of the electrons when they pass through the first grid electrode 33 , that is, the extraction voltage applied to the first grid electrode 33 .
  • the equipotential surface CL of the tube voltage is also tilted by tilting the target 4. Therefore, the electrons that have passed through the first grid electrode 33 are deflected toward the target 4, but the faster the electrons are, the less likely they are to be deflected, and the smaller the amount of deflection. Therefore, in the X-ray generator 10, the electron deflection amount can be adjusted by adjusting the extraction voltage applied to the first grid electrode 33, and as a result, the incident position of the electrons on the target 4 can be adjusted. can do.
  • the extraction voltage is adjusted by the control unit 13 controlling the power supply unit 11, for example. Therefore, part of the deflection section 12 (the part using the first grid electrode 33) also cooperates with the power supply section 11 (in other words, the power supply section 11 can also be said to be part of the deflection section 12).
  • the X-ray generator 10 is arranged so that the relationship with the incident positions of the electron beams B1 and B2 on the target 4 is appropriate. That is, the target 4 is located at a position where the electrons (electron beam B2) when the extraction voltage applied to the first grid electrode 33 is relatively low is higher than the incident position of the electrons (electron beam B1) when the extraction voltage applied to the first grid electrode 33 is relatively high. ), the thickness T4 of the target 4 is thin.
  • the extraction voltage is set high at the time of high tube voltage to reduce the amount of deflection of the electrons.
  • the electrons (electron beam B1) are made incident, or when the tube voltage is low, the extraction voltage is set low to increase the deflection amount of the electrons, and the electrons (electron beam B2 ) can be made incident.
  • the deflection amount of the electrons can be adjusted only by controlling the magnitude of the initial velocity of the electrons depending on the level of the extraction voltage, using the inclination of the equipotential surface CL of the tube voltage. That is, the X-ray generator 10 does not need to directly control the trajectory of electrons. Therefore, for example, if the electron deflection amount is set to change from a small state to a large state as the extraction voltage goes from a high state to a low state, an electrode extending along the electron trajectory can be used to Complication of control can be avoided compared with the case of controlling the trajectory of .
  • a high (and low) extraction voltage means that the potential difference between the first grid electrode 33 and the cathode 32 is large (and small). Also, in FIG. 4, each part including the second grid electrode 34 of the electron gun 3 is omitted.
  • the deflection section 12 further has a deflection section 6 .
  • the deflection section 6 has a permanent magnet 61 .
  • the permanent magnet 61 is made of, for example, a ferrite magnet, a neodymium magnet, a samarium-cobalt magnet, an alnico magnet, or the like.
  • the permanent magnet 61 is arranged outside the housing 2 and fixed to the flange portion of the head 21 via a fixing portion (not shown), for example. Thereby, the permanent magnet 61 is attached to the outside of the housing 2 .
  • the permanent magnet 61 is arranged between the cathode 32 and the target 4 when viewed from the direction intersecting the tube axis A. As shown in FIG. As a result, a magnetic field is formed between the cathode 32 and the target 4 that includes at least a component perpendicular to the electron traveling direction.
  • the permanent magnet 61 functions as a magnetic field generator for deflecting electrons by forming a magnetic field between the cathode 32 and the target 4 .
  • Such a deflection unit 6 deflects the electron beam B by the magnetic field formed by the permanent magnet 61 to change the incident position of the electron beam B on the target 4 .
  • the deflector 6 can include a portion that overlaps with the path along which the electron beam B emitted from the cathode 32 travels to the target 4 when viewed from a direction (radial direction) perpendicular to the path.
  • the magnetic field formed by the permanent magnet 61 can favorably act on the electron beam B.
  • FIG. In this example, the deflection section 6 is arranged so that the entire deflection section 6 is included in the path of the electron beam B when viewed from the radial direction.
  • the deflection unit 6 is not limited to being arranged so as to include a portion overlapping the path of the electron beam B when viewed from the radial direction, as long as it can generate a magnetic field that deflects the electron beam B.
  • the deflecting portion 6 in the direction along the tube axis A, if the direction of emission of the X-rays R is the upper side and the opposite side is the lower side, the deflecting portion 6 is located below the bottom wall portion 22b of the bulb 22. can be placed in The deflection section 6 may be rotatable around the tube axis A. In this case, the incident position of the electron beam B on the target 4 can be adjusted by rotating the deflector 6 . [Action and effect]
  • a tube voltage is applied between the cathode 32 of the electron gun 3 and the target 4 by the tube voltage applying section (power supply section 11 ), and the target 4 is aligned along the axis A3 of the electron gun 3 . It is arranged obliquely with respect to a perpendicular virtual plane. Therefore, the equipotential plane CL of the tube voltage between the cathode 32 and the target 4 is inclined with respect to the virtual plane. Therefore, the electrons are deflected by passing through the region where the equipotential surface CL is inclined. At this time, the amount of deflection of the electrons decreases as the initial velocity of the electrons increases, and increases as the initial velocity of the electrons decreases.
  • the electron deflection amount is automatically adjusted according to the magnitude of the extraction voltage (the magnitude of the initial velocity of the electrons) by the first grid electrode 33 . Therefore, the thickness T4 of the target 4 has a distribution, and the target 4 is the position of the electrons when the extraction voltage is relatively low than the electron incident position when the extraction voltage is relatively high. By arranging the target 4 so that the thickness T4 of the target 4 is thin at the incident position, the electrons can be incident on the target 4 at an appropriate position.
  • a high (and low) extraction voltage means that the potential difference between the extraction electrode and the cathode 32 is large (and small).
  • the thickness T4 of the target 4 is made thinner from the central portion 4a toward the peripheral portion 4b. It is arranged so that electrons are incident on the 4b side. In this case, it becomes easy to form the target so that the thickness T4 of the target 4 has the above distribution.
  • the X-ray generator 10 also includes a magnetic field generator (permanent magnet 61 ) for deflecting electrons by forming a magnetic field between the cathode 32 and the target 4 . Therefore, it becomes possible to further deflect the electrons using the magnetic field.
  • a magnetic field generator permanent magnet 61
  • the X-ray generator 10 also includes a permanent magnet 61 attached to the housing 2 between the cathode 32 and the target 4 as a magnetic field generator. As described above, in the X-ray generator 10, if a constant magnetic field is formed by the permanent magnet 61, the amount of deflection of electrons by the magnetic field is automatically adjusted. Therefore, complication of control can be reliably avoided.
  • the window member 5 has a first surface 51 opposite to the inside of the housing 2 and a second surface 52 inside the housing 2, and the target 4 has , are formed on the second surface 52 .
  • a so-called transmissive X-ray generator 10 is configured.
  • the X-ray tube 1 and the X-ray generator 10 may be configured as a sealed reflection type.
  • the sealed reflection type X-ray tube 1 has the electron gun 3 arranged in the housing portion 7 on the side of the head 21 and the target 4 not in the window member 5 but in the support member 8 . It is mainly different from the sealed transmission type X-ray tube 1 in that it is supported by
  • the housing portion 7 has a side tube 71 and a stem 72 .
  • the side tube 71 is joined to the side wall of the head 21 so that one opening 71 a of the side tube 71 faces the inside of the head 21 .
  • the stem 72 seals the other opening 71 b of the side tube 71 .
  • the heater 31, the cathode 32, the first grid electrode 33 and the second grid electrode 34 are arranged in the side tube 71 in this order from the stem 72 side.
  • a plurality of lead pins 35 pass through the stem 72 .
  • the support member 8 penetrates through the bottom wall portion 22b of the valve 22 .
  • the target 4 is fixed to the tip portion 81 of the support member 8 in an inclined state on the tube axis A so as to face both the electron gun 3 and the window member 5 .
  • the deflection section 6 is provided with respect to the side tube 71 of the housing section 7 .
  • the permanent magnet 61 is arranged between the cathode 32 and the target 4 by the holding member 62 .
  • a magnetic field is formed between the cathode 32 and the target 4 that includes at least a component perpendicular to the electron traveling direction.
  • the permanent magnet 61 again functions as a magnetic field generator for deflecting electrons by forming a magnetic field between the cathode 32 and the target 4 .
  • the permanent magnets 61 are arranged outside the side tube 71 of the housing portion 7 . Therefore, the electrons emitted from the cathode 32 are deflected by the magnetic field formed by the permanent magnet 61 at least in the side tube 71 . 6, each part including the second grid electrode 34 of the electron gun 3 is omitted.
  • the target 4 is arranged at an angle with respect to the imaginary plane perpendicular to the axis A3 of the electron gun 3 . Therefore, the equipotential plane CL of the tube voltage between the cathode 32 and the target 4 is inclined with respect to the virtual plane. Therefore, the electrons are deflected by passing through the region where the equipotential surface CL is inclined. At this time, the amount of deflection of the electrons decreases as the initial velocity of the electrons increases, and increases as the initial velocity of the electrons decreases.
  • the electron deflection amount is automatically adjusted according to the magnitude of the extraction voltage (the magnitude of the initial velocity of the electrons) by the first grid electrode 33 . Therefore, the thickness T4 of the target 4 has a distribution, and the target 4 is the position of the electrons when the extraction voltage is relatively low than the electron incident position when the extraction voltage is relatively high. By being arranged so as to be thin at the incident position, the electrons can be incident on the appropriate position of the target 4 while avoiding complication of control.
  • a high (and low) extraction voltage means that the potential difference between the extraction electrode and the cathode 32 is large (and small).
  • the head 21 and the side tube 71 are grounded, and a positive voltage is applied through the support member 8 .
  • a voltage is applied to the target 4 by the power supply unit 11
  • a negative voltage is applied to each part of the electron gun 3 by the power supply unit 11 through a plurality of lead pins 35 .
  • An electron beam B emitted from the electron gun 3 is focused on the target 4 along a direction perpendicular to the tube axis A.
  • the X-rays R generated in the irradiation area of the electron beam B on the target 4 are emitted outside through the window member 5 with the irradiation area as the focal point.
  • the support member 8 is made of a material with high thermal conductivity, such as copper, and the support member 5A is also made of a material with high thermal conductivity, such as diamond.
  • the electron beam B should penetrate the target 4A so as to reach the vicinity of the boundary between the target 4A and the support 5A. Therefore, the generated heat can be easily transferred to the support 5A, and thermal damage to the target 4A can be suppressed. Therefore, when the electron beam B1 penetrates deeply, the electron beam B is incident on the part where the target 4 is thick. , the electron beam B can be incident on the target 4 at an appropriate position, and thermal damage to the target 4 can be suppressed.
  • the X-ray tube 1 may be configured as an open transmissive X-ray tube or an open reflective X-ray tube.
  • the open transmissive or open reflective X-ray tube 1 is configured such that the housing 2 can be opened and parts (for example, the window member 5 and each part of the electron gun 3) can be replaced. be.
  • the X-ray generator 10 including the open transmissive or open reflective X-ray tube 1 the degree of vacuum in the space inside the housing 2 is increased by the vacuum pump.
  • the target 4 may be formed at least in the area of the second surface 52 of the window member 5 exposed to the opening 23 .
  • the target 4 may be formed on the second surface 52 of the window member 5 via another film.
  • the permanent magnet 61 was exemplified as the magnetic field generator.
  • any configuration for example, an electromagnet such as a coil
  • the magnetic field generator capable of forming a magnetic field between the cathode 32 and the target 4
  • electrons are automatically generated in the target 4 according to the tube voltage without controlling the formation (magnitude) of the magnetic field, that is, while avoiding complicated control. position.
  • one permanent magnet 61 is exemplified as the magnetic field generator.
  • the number of permanent magnets 61 is not limited to this, and a plurality of permanent magnets 61 may be provided, in which case they may be arranged so as to face each other.
  • the first grid electrode 33 and the power supply section 11 have the function of deflecting electrons. Therefore, in the X-ray generator 10, the deflection section 12 does not have to include the deflection section 6 (the permanent magnet 61 is not essential).
  • the distribution mode of the thickness T4 of the target 4 is arbitrary as described above, and is not limited to the distribution in which the thickness becomes thinner from the central portion 4a toward the peripheral edge portion 4b as in the above example.
  • the distribution of the thickness T4 of the target 4 may be such that it becomes monotonically thinner from one end to the other end. Even in this case, if the target 4 is arranged so that electrons (electron beam B) are incident on a relatively thin portion when the tube voltage is relatively low than when the tube voltage is relatively high, a similar effect is achieved.

Landscapes

  • X-Ray Techniques (AREA)

Abstract

筐体と、前記筐体内において電子を出射する電子出射部、及び、前記電子出射部から出射された前記電子を引き出すための引出電極を有する電子銃と、前記筐体内において前記電子の入射によってＸ線を発生させるターゲットと、前記筐体の開口を封止しており、前記Ｘ線を透過させる窓部材と、前記電子出射部と前記ターゲットとの間に管電圧を印加する管電圧印加部と、を備え、前記ターゲットの厚さは、分布を有しており、前記ターゲットは、前記電子銃の軸線に直交する仮想面に対して傾斜するように、且つ、前記引出電極に印加される引出電圧が相対的に高いときの前記電子の入射位置よりも、前記引出電圧が相対的に低いときの前記電子の入射位置において当該ターゲットの厚さが薄くなるように配置されている、Ｘ線発生装置。

Description

Ｘ線発生装置
　本開示は、Ｘ線発生装置に関する。
　特許文献１には、透過型Ｘ線管装置が記載されている。この装置は、Ｘ線管を構成する真空外囲器と、真空外囲器の一方の端部に設けられたＸ線透過窓と、Ｘ線透過窓の真空側に設けられたＸ線ターゲットを形成する金属薄膜と、Ｘ線ターゲットを照射する電子ビームを発生する電子銃と、を備えている。
特開２００１－１２６６５０号公報
　上記特許文献１に記載の装置では、金属薄膜の膜厚が場所によって相違されており、且つ、電子ビームを偏向する偏向電極が設けられている。偏向電極は、ターゲットと集束電極との間に、互いに対向するように配置された一対の電極板から構成されている。これにより、この装置では、電子銃から発生する電子ビームの加速電圧の変化に応じて、偏向電極に印加する偏向電圧を変化させ、電子ビームをターゲットの適切な膜厚の場所に入射させることを図っている。
　このように、上記技術分野にあっては、電子ビームを、その加速電圧に応じてターゲットの適切な厚さの位置に入射させる要求がある。
　そこで、本開示は、電子ビームをターゲットの適切な位置に入射させ得るＸ線発生装置を提供することを目的とする。
　本開示に係るＸ線発生装置は、筐体と、筐体内において電子を出射する電子出射部、及び、電子出射部から出射された電子を引き出すための引出電極を有する電子銃と、筐体内において電子の入射によってＸ線を発生させるターゲットと、筐体の開口を封止しており、Ｘ線を透過させる窓部材と、電子出射部とターゲットとの間に管電圧を印加する管電圧印加部と、を備え、ターゲットの厚さは、分布を有しており、ターゲットは、電子銃の軸線に直交する仮想面に対して傾斜するように、且つ、引出電極に印加される引出電圧が相対的に高いときの電子の入射位置よりも、引出電圧が相対的に低いときの電子の入射位置においてターゲットの厚さが薄くなるように配置されている。
　この装置では、管電圧印加部によって、電子銃の電子出射部とターゲットとの間に管電圧が印加されると共に、ターゲットは、電子銃の軸線に直交する仮想面に対して傾斜して配置されている。このため、電子出射部とターゲットとの間の管電圧の等電位面が、当該仮想面に対して傾斜することとなる。このため、この等電位面が傾斜した領域を電子が通過することにより、電子が偏向されることとなる。このときの電子の偏向量は、電子の初速が大きいほど少なくなり、電子の初速が小さいほど大きくなる。したがって、引出電極による引出電圧の大きさ（電子の初速の大きさ）に応じて電子の偏向量が調整されることとなる。よって、ターゲットの厚さが分布を有しており、且つ、ターゲットが、引出電圧が相対的に高いときの電子の入射位置よりも、引出電圧が相対的に低いときの電子の入射位置においてターゲットの厚さが薄くなるように分布を有していることにより、電子をターゲットの適切な位置に入射させ得る。なお、引出電圧が高い（及び低い）とは、引出電極と電子出射部との間の電位差が大きい（及び小さい）ことを意味する。
　本開示に係るＸ線発生装置では、ターゲットの厚さは、中央部から周縁部に向けて薄くなるようにされており、ターゲットは、引出電圧が相対的に低くなるにつれて周縁部側に電子が入射するように配置されていてもよい。この場合、ターゲットの厚さが上記のような分布を有するようにターゲットを形成することが容易となる。
　本開示に係るＸ線発生装置では、電子出射部とターゲットとの間に磁場を形成することによって電子を偏向するための磁場形成部を備えてもよい。この場合、磁場を利用して電子をさらに偏向することが可能となる。
　本開示に係るＸ線発生装置では、磁場形成部は、永久磁石を含んでもよい。このように、この装置では、永久磁石によって一定の磁場が形成されていれば、当該磁場による電子の偏向量が自動的に調整されることとなる。よって、制御の複雑化が確実に避けられる。
　本開示に係るＸ線発生装置では、窓部材は、筐体の内部とは反対側の第１表面と、筐体の内部側の第２表面と、を有し、ターゲットは、第２表面に形成されていてもよい。この場合、いわゆる透過型のＸ線発生装置が構成される。
　本開示に係るＸ線発生装置では、ターゲットは、電子銃及び窓部材の両方と対向するように傾斜した状態で、支持されていてもよい。この場合、いわゆる反射型のＸ線発生装置が構成される。
　本開示によれば、電子ビームをターゲットの適切な位置に入射させ得るＸ線発生装置を提供できる。
一実施形態のＸ線発生装置のブロック図である。 図１に示されるＸ線管の断面図である。 電子ビームとターゲットとの関係を説明するための概略図である。 図２の一部を拡大して示す模式的な側面図である。 変形例のＸ線管の断面図である。 図５の一部を拡大して示す模式的な側面図である。
　以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１に示されるように、Ｘ線発生装置１０は、Ｘ線管１と、電源部１１と、偏向部１２と、制御部１３と、を備えている。Ｘ線管１、電源部１１及び偏向部１２は、金属によって形成されたケース（図示省略）内に支持されている。一例として、Ｘ線管１は、小焦点のＸ線源であり、Ｘ線発生装置１０は、検査対象の内部構造を拡大して観察するためのＸ線非破壊検査に用いられる装置である。
　図２に示されるように、Ｘ線管１は、筐体２と、電子銃３と、ターゲット４と、窓部材５と、を備えている。Ｘ線管１は、以下に述べるように、部品の交換等が不要な密封透過型Ｘ線管として構成されている。
　筐体２は、ヘッド２１と、バルブ２２と、を有している。ヘッド２１は、金属によって有底筒状に形成されている。バルブ２２は、ガラス等の絶縁材料によって有底筒状に形成されている。バルブ２２の開口部２２ａは、ヘッド２１の開口部２１ａに気密に接合されている。Ｘ線管１では、筐体２の中心線が管軸Ａとなっている。ヘッド２１の底壁部２１ｂには、開口２３が形成されている。開口２３は、管軸Ａ上に位置している。開口２３は、管軸Ａに平行な方向から見た場合に、例えば、管軸Ａを中心線とする円形状を呈している。
　電子銃３は、筐体２内において電子ビームＢを出射する。電子銃３は、ヒータ３１と、カソード３２と、第１グリッド電極３３と、第２グリッド電極３４と、を有している。ヒータ３１、カソード３２、第１グリッド電極３３及び第２グリッド電極３４は、バルブ２２の底壁部２２ｂ側からこの順序で管軸Ａ上に配置されている。一例として、電子銃３の軸線Ａ３（図４参照）は、この管軸Ａと一致している。なお、電子銃３の軸線Ａ３とは、例えば、電子銃３の中心軸（例えばカソード３２、第１グリッド電極３３、及び、第２グリッド電極３４の中心軸）として規定されてもよいし、電子ビームＢが後述するように偏向されない場合の電子ビームＢの軌道として規定されてもよい。ヒータ３１は、フィラメントによって構成されており、通電によって発熱する。カソード３２は、ヒータ３１によって加熱されて電子を放出する。すなわち、カソード３２は、筐体２内において電子を出射する電子出射部である。
　第１グリッド電極３３は、筒状に形成されており、カソード３２から放出される電子の量を調整する。また、第１グリッド電極３３は、カソード３２から出射された電子を引き出すための引出電極でもある。第１グリッド電極３３に印加される電圧（引出電圧）に応じて電子の初速が規定される。第２グリッド電極３４は、筒状に形成されており、第１グリッド電極３３を通過した電子をターゲット４に集束させる。ヒータ３１、カソード３２、第１グリッド電極３３及び第２グリッド電極３４のそれぞれは、バルブ２２の底壁部２２ｂを貫通している複数のリードピン３５のそれぞれに電気的且つ物理的に接続されている。リードピン３５のそれぞれは、Ｘ線発生装置１０の電源部１１に電気的に接続される。
　窓部材５は、筐体２の開口２３を封止している。窓部材５は、Ｘ線透過性の高い材料、例えば、ダイヤモンドやベリリウム等によって板状に形成されている。窓部材５は、例えば、管軸Ａを中心線とする円板状を呈している。窓部材５は、第１表面５１及び第２表面５２を有している。第１表面５１は、筐体２の内部とは反対側の表面であり、第２表面５２は、筐体２の内部側の表面である。第１表面５１及び第２表面５２のそれぞれは、例えば、管軸Ａに垂直な平坦面である。ターゲット４は、窓部材５の第２表面５２に形成されている。ターゲット４は、例えば、タングステンによって膜状に形成されている。ターゲット４は、筐体２内において電子ビームＢの入射によってＸ線Ｒを発生させる。本実施形態では、ターゲット４において発生したＸ線Ｒは、ターゲット４及び窓部材５を透過して外部に出射される。
　窓部材５は、筐体２における開口２３の周囲の取付面２４に取り付けられている。取付面２４は、例えば、管軸Ａに垂直な平坦面であり、ヘッド２１に形成されている。窓部材５は、ロウ材等の接合部材（図示せず）を介して取付面２４に気密に接合され得る。Ｘ線管１では、ターゲット４がヘッド２１に電気的に接続されており、ターゲット４及び窓部材５がヘッド２１に熱的に接続されている。一例として、ターゲット４は、ヘッド２１を介して接地電位とされる。これにより、電子銃３のカソード３２とターゲット４との間に管電圧が印加される。
　管電圧は、カソード３２から出射されてターゲット４に向かう電子の加速度を規定する。Ｘ線発生装置１０では、電源部１１がリードピン３５を介してカソード３２に負の電圧を供給すると共に、ターゲット４（アノード）を接地電位とすることによって、カソード３２とターゲット４との間に管電圧が印加されることとなる。このように、電源部１１は、カソード３２及びターゲット４と協働して管電圧を印加する管電圧印加部を構成する。一方、電源部１１は、引出電極としての第１グリッド電極３３にも接続されており、第１グリッド電極３３に引出電圧を印加する。したがって、電源部１１は、引出電圧印加部を構成する。なお、一例として、電子ビームＢの入射によってターゲット４において発生した熱は、直接、または窓部材５を介してヘッド２１へと伝わり、さらにヘッド２１から放熱部（図示省略）に逃がされる。本実施形態では、筐体２、ターゲット４及び窓部材５によって、筐体２の内部の空間が高真空度に維持されている。
　以上のように構成されたＸ線発生装置１０では、ターゲット４の電位を基準として負の電圧が電源部１１によって電子銃３に印加される。一例として、電源部１１は、ターゲット４が接地電位とされた状態で、負の高電圧（例えば、－１０ｋＶ～－５００ｋＶ）を、各リードピン３５を介して電子銃３の各部に印加する。電子銃３から出射された電子ビームＢは、管軸Ａに沿ってターゲット４上に集束される。ターゲット４における電子ビームＢの照射領域において発生したＸ線Ｒは、当該照射領域を焦点として、ターゲット４及び窓部材５を透過して外部に出射される。
　［ターゲットの構成］
　引き続いて、ターゲットの構成について説明するに際して、電子ビームとターゲットとの関係について説明する。Ｘ線発生装置では、管電圧に応じて発生するＸ線のエネルギーが異なるため、例えば４０ｋＶ～１３０ｋＶといった範囲で管電圧を変化させる場合がある。図３に示されるように、相対的に高い管電圧で加速された場合の電子ビームＢ１のターゲット４Ａへの侵入深さは、相対的に低い管電圧で加速された場合の電子ビームＢ２に比べて深くなる。
　したがって、図３の（ａ）に示されるように、ターゲット４Ａが比較的厚い場合には、高管電圧時の電子ビームＢ１は、ターゲット４Ａと支持体５Ａ（ここでは窓部材５に相当する）との境界付近（ターゲット４Ａの最深部）に至るようにターゲット４Ａに侵入する。すなわち、ターゲット４Ａの厚さに対して浸入深さが適切となる。つまり、ターゲット４Ａで発生したＸ線が、支持体５Ａに到るまでに通過する必要のあるターゲット４Ａの厚さが小さいため、ターゲット４Ａによる自己吸収によるＸ線出力の低下は抑制される。一方、低管電圧時の電子ビームＢ２は、その侵入深さがターゲット４Ａの表面付近にとどまり、ターゲット４Ａで発生したＸ線が、支持体５Ａに到るまでに通過する必要のあるターゲット４Ａの厚さが大きいため、ターゲット４Ａによる自己吸収によりＸ線出力が低下するおそれがある。
　さらに、電子ビームＢのエネルギーは大部分が熱に変換されるため、ターゲット４Ａに蓄熱された場合、ターゲット４Ａが熱損傷するおそれがある。そのため、電子ビームＢ１のように、ターゲット４Ａと支持体５Ａとの境界付近に至るようにターゲット４Ａに侵入することで、発生した熱を支持体５Ａに伝えやすくなり、ターゲット４Ａが熱損傷することを抑制することができる。一方、低管電圧時の電子ビームＢ２は、その侵入深さがターゲット４Ａの表面付近にとどまるため、発生した熱を支持体５Ａに伝え難く、ターゲット４Ａが熱損傷してしまうおそれがある。このように、ターゲット４Ａが比較的厚い場合には、高管電圧時の電子ビームＢ１には好ましいが、低管電圧時の電子ビームＢ２には好ましくないと言える。なお、ターゲット４Ａ内部で発生した熱を効率的に逃がすためには、支持体５Ａは熱伝導率の良い材料、例えばダイヤモンドにより形成され得る。
　また、図３の（ｂ）に示されるように、ターゲット４Ｂが比較的薄い場合には、低管電圧時の電子ビームＢ２であっても、ターゲット４Ｂと支持体５Ａとの境界付近（ターゲット４Ａの最深部）に至るようにターゲット４Ｂに侵入する。すなわち、ターゲット４Ｂの厚さに対して侵入深さが適切となる。一方、高管電圧時の電子ビームＢ１は、ターゲット４Ｂを突き抜けてしまうため、図３の（ａ）の場合と比較してＸ線出力が低下する。
　これに対して、図３の（ｃ）のように、ターゲット４Ｃの厚さを不均一に構成することが考えられる。すなわち、ターゲット４Ｃの厚さに分布を生じさせることが考えられる。これにより、高管電圧時の電子ビームＢ１を、ターゲット４Ｃの相対的に厚い位置に入射させ、低管電圧時の電子ビームＢ２を、ターゲット４Ｃの相対的に薄い位置に入射させるようにすれば、いずれの電子ビームにおいても、ターゲット４Ｃと支持体５Ａとの境界付近に至るようにターゲット４Ｃに侵入させることができる。よって、広範囲の管電圧においてＸ線出力の低下を抑制可能となると共に、ターゲット４Ｃが熱損傷することを抑制することができる。
　そこで、図４に示されるように、Ｘ線発生装置１０では、ターゲット４の厚さＴ４が所定の分布を有するように構成されている。すなわち、ターゲット４の厚さＴ４は、電子銃３の中心線である軸線Ａ３（管軸Ａ）に交差する面内の位置に応じて変化するように、分布を有している。分布の態様は任意であるが、図示の例では、ターゲット４の厚さＴ４が、軸線Ａ３に交差する方向からみて、中央部４ａから周縁部４ｂに向けて薄くなるようにされている。
　以上のように厚さの分布を有するターゲット４は、例えば次のように製造することが可能である。すなわち、支持体（ここでは窓部材５）に対して成膜によりターゲット４を形成する際に、ターゲット４の周縁部に対応するマスクを用いる。支持体におけるマスクに重複する部分は、蒸着源から見て見通しが悪いので成膜が妨げられ、マスクに重複しない中央部分よりも薄く成膜される。これにより、中央部で厚く周縁部で薄くなるようにターゲット４が製造され得る。中央部と周縁部との厚みの差（アスペクト比）は、マスクを置く位置やマスクの板厚などでコントロールすることができる。
　なお、以上のようなターゲット４は、電子銃３の軸線Ａ３（管軸Ａ）に直交する仮想面に対して傾斜するように配置されている。換言すれば、ターゲット４は、カソード３２からターゲット４に向かう方向に対して傾斜するように配置されている。ここでは、ターゲット４が設けられた窓部材５が傾斜することにより、ターゲット４の当該配置が実現されている。より詳細には、ヘッド２１の底壁部２１ｂが電子銃３の軸線Ａ３（管軸Ａ）に直交する仮想面に対して傾斜するように延在し、底壁部２１ｂに設けられた開口２３を封止する窓部材５および窓部材５に設けられたターゲット４が、底壁部２１ｂに沿って延在するように配置されていることで、ターゲット４が電子銃３の軸線Ａ３（管軸Ａ）に直交する仮想面に対して傾斜されている。
　仮想面とは、例えば、カソード３２におけるターゲット４側に臨む表面（電子の出射面）に平行な面である。これにより、カソード３２とターゲット４との間に形成される管電圧の等電位面ＣＬが、当該仮想面に対して傾斜する部分を有することとなる。換言すれば、等電位面ＣＬが、電子銃３の軸線Ａ３に直交しない部分を有することとなる。電子は等電位面ＣＬに対して垂直な方向に加速度運動する。したがって、電子は、このように傾斜した等電位面ＣＬによって偏向されつつ、ターゲット４に対して垂直に入射する。
［偏向部の構成］
　上述したように、ターゲット４は、その厚さＴ４が位置により不均一に形成されており（厚さＴ４が分布を有しており）、電子ビームＢを入射させる適切な位置（厚さＴ４）が管電圧に応じて異なる。そこで、偏向部１２は、カソード３２から出射された電子ビームＢを管電圧に応じて偏向することによって、ターゲット４の適切な位置に入射させる。
　ここでは、偏向部１２は、偏向部６及び第１グリッド電極３３を含む。第１グリッド電極３３には、電源部１１によって、カソード３２から出射された電子を引き出すための引出電圧が印加される。第１グリッド電極３３に印加される引出電圧の大きさは、ターゲット４へ向かう電子の初速を規定する。より具体的には、電子の初速は、カソード３２と第１グリッド電極３３との間の電位差が大きいほど大きくなる。したがって、電子の速さは、電子が第１グリッド電極３３を通過した時点の速さ、すなわち、第１グリッド電極３３に印加される引出電圧に依存することとなる。
　一方で、上述したように、Ｘ線発生装置１０では、ターゲット４が傾斜されることにより、管電圧の等電位面ＣＬも傾斜している。したがって、第１グリッド電極３３を通過した電子は、ターゲット４に向かうにつれて偏向されるが、電子の速さが大きいほど偏向されにくくなり、偏向量が少なくなる。したがって、Ｘ線発生装置１０では、この第１グリッド電極３３に印加する引出電圧を調整することにより、電子の偏向量を調整することができ、結果的に電子のターゲット４への入射位置を調整することができる。引出電圧の調整は、例えば制御部１３が電源部１１を制御することにより行われる。したがって、偏向部１２の一部（第１グリッド電極３３を利用する部分）は、電源部１１とも協働している（換言すれば、電源部１１も偏向部１２の一部であるともいえる）。
　そして、Ｘ線発生装置１０では、ターゲット４の電子ビームＢ１，Ｂ２の入射位置との関係が適切となるように配置されている。すなわち、ターゲット４は、第１グリッド電極３３に印加される引出電圧が相対的に高いときの電子（電子ビームＢ１）の入射位置よりも、引出電圧が相対的に低いときの電子（電子ビームＢ２）の入射位置においてターゲット４の厚さＴ４が薄くなるように配置されている。
　この結果、制御部１３が電源部１１を制御することによって、高管電圧時には引出電圧も高く設定して電子の偏向量を少なくし、ターゲット４の相対的に厚い部分（例えば中央部４ａ）に電子（電子ビームＢ１）を入射させたり、低管電圧時には引出電圧も低く設定して電子の偏向量を多くし、ターゲット４の相対的に薄い部分（例えば周縁部４ｂ）に電子（電子ビームＢ２）を入射させたりといったことが可能となる。
　なお、Ｘ線発生装置１０では、管電圧の等電位面ＣＬの傾斜を利用して、引出電圧の高低による電子の初速の大小のコントロールのみによって、電子の偏向量を調整できる。すなわち、Ｘ線発生装置１０では、電子の軌道を直接的にコントロールする必要がない。したがって、例えば、引出電圧が高い状態から低い状態に向かうにつれて、電子の偏向量が小さい状態から大きい状態へと変化するように設定すれば、例えば電子の軌道に沿って延びる電極を利用して電子の軌道をコントロールする場合と比較して、制御の複雑化が避けられる。
　なお、引出電圧が高い（及び低い）とは、第１グリッド電極３３とカソード３２との間の電位差が大きい（及び小さい）ことを意味する。また、図４では、電子銃３の第２グリッド電極３４を含め、各部が省略されて示されている。
　偏向部１２は、さらに偏向部６を有している。偏向部６は、永久磁石６１を有する。永久磁石６１は、例えばフェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石等からなる。
　永久磁石６１は、筐体２の外部に配置されており、例えば図示しない固定部を介して、ヘッド２１のフランジ部に固定されている。これにより、永久磁石６１が筐体２の外部に取り付けられる。特に、永久磁石６１は、管軸Ａに交差する方向からみてカソード３２とターゲット４との間に配置されている。この結果、カソード３２とターゲット４との間に、少なくとも電子の進行方向に対して垂直な成分を含む磁場が形成されることとなる。このように、永久磁石６１は、カソード３２とターゲット４との間に磁場を形成することによって電子を偏向するための磁場形成部として機能する。
　このような偏向部６は、永久磁石６１が形成する磁場によって電子ビームＢを偏向させ、当該電子ビームＢのターゲット４への入射位置を変化させる。偏向部６は、カソード３２から出射された電子ビームＢがターゲット４に進行する経路に垂直な方向（径方向）から見た場合に、当該経路と重なる部分を含むことができる。これにより、電子ビームＢに永久磁石６１が形成する磁場から好適に力を作用させることができる。この例では、径方向から見た場合に、偏向部６の全体が電子ビームＢの経路に含まれるように配置されている。なお、偏向部６は、電子ビームＢを偏向させるような磁場が形成できればよく、径方向から見た場合に、電子ビームＢの経路と重なる部分を含むように配置するのに限らない。例えば、図２において、管軸Ａに沿った方向において、Ｘ線Ｒの出射方向を上側、その反対側を下側とした場合、偏向部６は、バルブ２２の底壁部２２ｂよりも下側に配置してもよい。偏向部６は、管軸Ａ周りに回転可能となっていてもよい。この場合、偏向部６を回転させることでターゲット４への電子ビームＢの入射位置の位置を調整することが可能となる。
［作用及び効果］
　Ｘ線発生装置１０では、管電圧印加部（電源部１１）によって、電子銃３のカソード３２とターゲット４との間に管電圧が印加されると共に、ターゲット４は、電子銃３の軸線Ａ３に直交する仮想面に対して傾斜して配置されている。このため、カソード３２とターゲット４との間の管電圧の等電位面ＣＬが、当該仮想面に対して傾斜することとなる。このため、この等電位面ＣＬが傾斜した領域を電子が通過することにより、電子が偏向されることとなる。このときの電子の偏向量は、電子の初速が大きいほど少なくなり、電子の初速が小さいほど大きくなる。
　したがって、第１グリッド電極３３による引出電圧の大きさ（電子の初速の大きさ）に応じて電子の偏向量が自動的に調整されることとなる。よって、ターゲット４の厚さＴ４が、分布を有しており、且つ、ターゲット４が、引出電圧が相対的に高いときの電子の入射位置よりも、引出電圧が相対的に低いときの電子の入射位置においてターゲット４の厚さＴ４が薄くなるように配置されることにより、電子をターゲット４の適切な位置に入射させ得る。なお、引出電圧が高い（及び低い）とは、引出電極とカソード３２との間の電位差が大きい（及び小さい）ことを意味する。
　また、Ｘ線発生装置１０では、ターゲット４の厚さＴ４は、中央部４ａから周縁部４ｂに向けて薄くなるようにされており、ターゲット４は、引出電圧が相対的に低くなるにつれて周縁部４ｂ側に電子が入射するように配置されている。この場合、ターゲット４の厚さＴ４が上記のような分布を有するようにターゲットを形成することが容易となる。
　また、Ｘ線発生装置１０では、カソード３２とターゲット４との間に磁場を形成することによって電子を偏向するための磁場形成部（永久磁石６１）を備えている。このため、磁場を利用して電子をさらに偏向することが可能となる。
　また、Ｘ線発生装置１０では、磁場形成部として、カソード３２とターゲット４との間において筐体２に取り付けられた永久磁石６１を含んでいる。このように、Ｘ線発生装置１０では、永久磁石６１によって一定の磁場が形成されていれば、当該磁場による電子の偏向量が自動的に調整されることとなる。よって、制御の複雑化が確実に避けられる。
　さらに、Ｘ線発生装置１０では、窓部材５は、筐体２の内部とは反対側の第１表面５１と、筐体２の内部側の第２表面５２と、を有し、ターゲット４は、第２表面５２に形成されている。これにより、いわゆる透過型のＸ線発生装置１０が構成される。
［変形例］
　本開示は、上記実施形態に限定されない。Ｘ線管１及びＸ線発生装置１０は、密封反射型として構成されていてもよい。図５に示されるように、密封反射型のＸ線管１は、電子銃３がヘッド２１側方の収容部７内に配置されている点、及びターゲット４が窓部材５ではなく支持部材８によって支持されている点で、上記密封透過型のＸ線管１と主に相違している。収容部７は、側管７１と、ステム７２と、を有している。側管７１は、側管７１の一方の開口部７１ａがヘッド２１の内部に臨むようにヘッド２１の側壁部に接合されている。ステム７２は、側管７１の他方の開口７１ｂを封止している。
　ヒータ３１、カソード３２、第１グリッド電極３３及び第２グリッド電極３４は、ステム７２側からこの順序で側管７１内に配置されている。複数のリードピン３５は、ステム７２を貫通している。支持部材８は、バルブ２２の底壁部２２ｂを貫通している。ターゲット４は、管軸Ａ上において電子銃３及び窓部材５の両方と対向するように傾斜した状態で、支持部材８の先端部８１に固定されている。
　この例では、偏向部６は、収容部７の側管７１に対して設けられている。これにより、永久磁石６１が、保持部材６２によってカソード３２とターゲット４との間に配置される。この結果、カソード３２とターゲット４との間に、少なくとも電子の進行方向に対して垂直な成分を含む磁場が形成されることとなる。このように、ここでも、永久磁石６１は、カソード３２とターゲット４との間に磁場を形成することによって電子を偏向するための磁場形成部として機能する。
　より具体的には、図６に示されるように、永久磁石６１は、収容部７の側管７１の外側において配置されている。したがって、カソード３２から出射された電子は、少なくとも側管７１内において、永久磁石６１が形成する磁場より力を受けて偏向される。なお、図６では、電子銃３の第２グリッド電極３４を含め、各部が省略されて示されている。
　特に、この例でも、ターゲット４は、電子銃３の軸線Ａ３に直交する仮想面に対して傾斜して配置されている。このため、カソード３２とターゲット４との間の管電圧の等電位面ＣＬが、当該仮想面に対して傾斜することとなる。このため、この等電位面ＣＬが傾斜した領域を電子が通過することにより、電子が偏向されることとなる。このときの電子の偏向量は、電子の初速が大きいほど少なくなり、電子の初速が小さいほど大きくなる。
　したがって、第１グリッド電極３３による引出電圧の大きさ（電子の初速の大きさ）に応じて電子の偏向量が自動的に調整されることとなる。よって、ターゲット４の厚さＴ４が、分布を有しており、且つ、ターゲット４が、引出電圧が相対的に高いときの電子の入射位置よりも、引出電圧が相対的に低いときの電子の入射位置において薄くなるように配置されることにより、制御の複雑化を避けつつ、電子をターゲット４の適切な位置に入射させ得る。なお、引出電圧が高い（及び低い）とは、引出電極とカソード３２との間の電位差が大きい（及び小さい）ことを意味する。
　以上のように構成された密封反射型のＸ線管１を備えるＸ線発生装置１０では、一例として、ヘッド２１及び側管７１が接地電位とされた状態で、支持部材８を介して正の電圧が電源部１１によってターゲット４に印加され、複数のリードピン３５を介して負の電圧が電源部１１によって電子銃３の各部に印加される。電子銃３から出射された電子ビームＢは、管軸Ａに垂直な方向に沿ってターゲット４上に集束される。ターゲット４における電子ビームＢの照射領域において発生したＸ線Ｒは、当該照射領域を焦点として、窓部材５を透過して外部に出射される。そして、ターゲット４に入射した電子によりＸ線が発生する場合、その入射エネルギーの大部分は熱に変換されるため、ターゲット４に蓄熱される場合は、ターゲット４が熱損傷する恐れがある。その放熱対策として支持部材８には熱伝導率が良い材料、例えば銅などを用いると共に、支持体５Ａにも熱伝導率の高い材料、例えばダイヤモンドなどを用いている。そして、ターゲット４内部で発生した熱を効率よく支持体５Ａから支持部材８に伝えるためには、電子ビームＢが、ターゲット４Ａと支持体５Ａとの境界付近に至るようにターゲット４Ａに侵入することで、発生した熱を支持体５Ａに伝えやすくなり、ターゲット４Ａが熱損傷することを抑制することができる。そのため、電子ビームＢ１が深くまで侵入する高管電圧時はターゲット４が厚い部位に、電子ビームＢ２が浅い位置までしか侵入しない低管電圧時はターゲット４が薄い部位に電子ビームＢを入射するように制御することにより、電子ビームＢをターゲット４の適切な位置に入射させ、ターゲット４の熱損傷を抑制することができる。
　なお、Ｘ線管１は、開放透過型Ｘ線管又は開放反射型Ｘ線管として構成されていてもよい。開放透過型又は開放反射型のＸ線管１は、筐体２が開放可能に構成されており、部品（例えば、窓部材５、電子銃３の各部）の交換等が可能なＸ線管である。開放透過型又は開放反射型のＸ線管１を備えるＸ線発生装置１０では、真空ポンプによって、筐体２の内部の空間の真空度が高めされる。
　密封透過型又は開放透過型のＸ線管１では、ターゲット４は、窓部材５の第２表面５２のうち少なくとも開口２３に露出する領域に形成されていていればよい。密封透過型又は開放透過型のＸ線管１では、ターゲット４は、別の膜を介して窓部材５の第２表面５２に形成されていてもよい。
　また、上記の例では、磁場形成部として永久磁石６１を例示した。しかし、磁場形成部としては、カソード３２とターゲット４との間に磁場を形成可能な任意の構成（例えばコイル等の電磁石）を採用し得る。いずれの構成の磁場形成部を採用したとしても、磁場の形成（大きさ）を制御することなく、すなわち、複雑な制御を避けつつ、管電圧に応じて自動的に電子をターゲット４の適切な位置に入射させ得る。
　また、上記の例では、磁場形成部として１つの永久磁石６１を例示している。しかし、永久磁石６１の数はこれに限定されず、複数あってもよく、その場合、互いに対向するように配置されてもよい。或いは、Ｘ線発生装置１０では、第１グリッド電極３３及び電源部１１が電子を偏向する機能を有している。このため、Ｘ線発生装置１０では、偏向部１２が偏向部６を含んでいなくてもよい（永久磁石６１は必須でない）。
　さらに、ターゲット４の厚さＴ４の分布の態様は、上述したとおり任意であり、上記の例のように中央部４ａから周縁部４ｂに向かうにつれて薄くなるような分布に限定されない。例えば、ターゲット４の厚さＴ４の分布は、一方の端部から他方の端部に向かって単調に薄くなるような分布であってもよい。この場合であっても、ターゲット４を、管電圧が相対的に高いときよりも管電圧が相対的に低いときに電子（電子ビームＢ）が相対的に薄い部分に入射するように配置すれば、同様の効果が奏される。
　電子ビームをターゲットの適切な位置に入射させ得るＸ線発生装置を提供できる。
　２…筐体、３…電子銃、４…ターゲット、５…窓部材、１０…Ｘ線発生装置、１１…電源部（管電圧印加部）、３２…カソード（電子出射部）、３３…第１グリッド電極（引出電極）、６１…永久磁石（磁場形成部）。

Claims (6)

  1. 　筐体と、
    　前記筐体内において電子を出射する電子出射部、及び、前記電子出射部から出射された前記電子を引き出すための引出電極を有する電子銃と、
    　前記筐体内において前記電子の入射によってＸ線を発生させるターゲットと、
    　前記筐体の開口を封止しており、前記Ｘ線を透過させる窓部材と、
    　前記電子出射部と前記ターゲットとの間に管電圧を印加する管電圧印加部と、
    　を備え、
    　前記ターゲットの厚さは、分布を有しており、
    　前記ターゲットは、前記電子銃の軸線に直交する仮想面に対して傾斜するように、且つ、前記引出電極に印加される引出電圧が相対的に高いときの前記電子の入射位置よりも、前記引出電圧が相対的に低いときの前記電子の入射位置において当該ターゲットの厚さが薄くなるように配置されている、
    　Ｘ線発生装置。
  2. 　前記ターゲットの厚さは、中央部から周縁部に向けて薄くなるようにされており、
    　前記ターゲットは、前記引出電圧が相対的に低くなるにつれて前記周縁部側に前記電子が入射するように配置されている、
    　請求項１に記載のＸ線発生装置。
  3. 　前記電子出射部と前記ターゲットとの間に磁場を形成することによって前記電子を偏向するための磁場形成部を備える、
    　請求項１又は２に記載のＸ線発生装置。
  4. 　前記磁場形成部は、永久磁石を含む、
    　請求項３に記載のＸ線発生装置。
  5. 　前記窓部材は、前記筐体の内部とは反対側の第１表面と、前記筐体の内部側の第２表面と、を有し、
    　前記ターゲットは、前記第２表面に形成されている、
    　請求項１～４のいずれか一項に記載のＸ線発生装置。
  6. 　前記ターゲットは、前記電子銃及び前記窓部材の両方と対向するように傾斜した状態で、支持されている、
    　請求項１～４のいずれか一項に記載のＸ線発生装置。
PCT/JP2022/005982 2021-06-30 2022-02-15 Ｘ線発生装置 WO2023276246A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280045947.7A CN117716463A (zh) 2021-06-30 2022-02-15 X射线产生装置
KR1020237042175A KR20240028985A (ko) 2021-06-30 2022-02-15 X선 발생 장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-108670 2021-06-30
JP2021108670A JP2023006196A (ja) 2021-06-30 2021-06-30 Ｘ線発生装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023276246A1 true WO2023276246A1 (ja) 2023-01-05

Family

ID=84691144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/005982 WO2023276246A1 (ja) 2021-06-30 2022-02-15 Ｘ線発生装置

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP2023006196A (ja)
KR (1) KR20240028985A (ja)
CN (1) CN117716463A (ja)
TW (1) TW202303654A (ja)
WO (1) WO2023276246A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06124671A (ja) * 1992-10-09 1994-05-06 Kobe Steel Ltd 電子走査型ｘ線管
JP2001126650A (ja) * 1999-10-26 2001-05-11 Toshiba Corp 透過型ｘ線管装置
JP2008257956A (ja) * 2007-04-03 2008-10-23 Hamamatsu Photonics Kk Ｘ線管
JP2013037910A (ja) * 2011-08-08 2013-02-21 Toshiba Corp Ｘ線管装置
JP2016167398A (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 キヤノン株式会社 Ｘ線発生装置及びこれを用いたｘ線撮影システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06124671A (ja) * 1992-10-09 1994-05-06 Kobe Steel Ltd 電子走査型ｘ線管
JP2001126650A (ja) * 1999-10-26 2001-05-11 Toshiba Corp 透過型ｘ線管装置
JP2008257956A (ja) * 2007-04-03 2008-10-23 Hamamatsu Photonics Kk Ｘ線管
JP2013037910A (ja) * 2011-08-08 2013-02-21 Toshiba Corp Ｘ線管装置
JP2016167398A (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 キヤノン株式会社 Ｘ線発生装置及びこれを用いたｘ線撮影システム

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240028985A (ko) 2024-03-05
TW202303654A (zh) 2023-01-16
JP2023006196A (ja) 2023-01-18
CN117716463A (zh) 2024-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4504344B2 (ja) Ｘ線源
JP6224580B2 (ja) Ｘ線発生装置及びｘ線発生方法
US7382862B2 (en) X-ray tube cathode with reduced unintended electrical field emission
JP5641916B2 (ja) 放射線発生装置および放射線撮像システム
US10269527B2 (en) Electron emitting construct configured with ion bombardment resistant
KR102359077B1 (ko) 캐소드 어레인지먼트, 전자총, 및 그런 전자총을 포함하는 리소그래피 시스템
US20160189909A1 (en) Target for x-ray generation and x-ray generation device
US9653248B2 (en) X-ray tube
US4352196A (en) X-Ray tube for producing a flat wide-angle fan-shaped beam of X-rays
JP2011071101A (ja) Ｘ線発生装置
WO2023276243A1 (ja) Ｘ線発生装置
US10121629B2 (en) Angled flat emitter for high power cathode with electrostatic emission control
WO2023276246A1 (ja) Ｘ線発生装置
JP6100611B2 (ja) Ｘ線発生装置
RU2161843C2 (ru) Точечный высокоинтенсивный источник рентгеновского излучения
JP2787899B2 (ja) 冷陰極およびこれを用いた電子銃とマイクロ波管
WO2021049639A1 (ja) Ｘ線管
JP4093254B2 (ja) イオン照射装置
US10468222B2 (en) Angled flat emitter for high power cathode with electrostatic emission control
JP7394271B1 (ja) Ｘ線発生装置、ｘ線撮像装置、および、ｘ線発生装置の調整方法
KR101089231B1 (ko) Ｘ선관
JP2016051629A (ja) Ｘ線管装置
JP2023003528A (ja) Ｘ線発生装置
KR20240026132A (ko) X선관, x선 발생 장치, 및 창부재의 제조 방법
WO2020001276A1 (zh) 一种扫描式x射线源及其成像系统

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22832414

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18572420

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280045947.7

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22832414

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1