WO2023276246A1 - X線発生装置 - Google Patents

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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
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WO
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target
electrons
housing
electron
voltage
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/005982
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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
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Priority to KR1020237042175A priority patent/KR20240028985A/ko
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08Anodes; Anti cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/14Arrangements for concentrating, focusing, or directing the cathode ray
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/24Tubes wherein the point of impact of the cathode ray on the anode or anticathode is movable relative to the surface thereof
    • H01J35/30Tubes 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00X-ray tubes
    • H01J2235/08Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/086Target 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.

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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。
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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

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