(57)【要約】【課題】常伝導の加速管と比較して電力効率を向上しつつ小型化を図る。【解決手段】導電性を有する筒形状の筐体および筐体の内部において誘電体からなる複数のセルを中心部の開口部が複数のセルの並ぶ方向に連続するように配列した加速空洞を構成する加速管３と、加速管３に高周波電力を供給するＲＦアンプ２と、加速管３における各セルの開口部を通過する荷電粒子を発射する電子銃１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する筒形状の筐体および前記筐体の内部において誘電体からなる複数のセルを中心部の開口部が前記複数のセルの並ぶ方向に連続するように配列した加速空洞を構成する加速管と、
前記加速管に高周波電力を供給するＲＦアンプと、
前記加速管における各前記セルの開口部を通過する荷電粒子を発射する電子銃と、
を備える放射線発生装置。
【請求項２】
前記ＲＦアンプは、最大出力が１００ｋＷ以下である、請求項１に記載の放射線発生装置。
【請求項３】
前記ＲＦアンプは、最大出力が１０ｋＷ以下である、請求項１に記載の放射線発生装置。
【請求項４】
前記ＲＦアンプの出力電力を一定に制御し、前記電子銃における前記荷電粒子の入射時間割合を制御する制御部を備える、請求項１〜３のいずれか１つに記載の放射線発生装置。
【請求項５】
前記電子銃は、カソードヒータ電圧により前記荷電粒子を放出するカソードと、グリッド電圧により前記荷電粒子を加速するグリッドとを備え、前記制御部は、前記グリッド電圧のオン時間を制御することで前記荷電粒子の入射時間割合を制御する、請求項４に記載の放射線発生装置。
【請求項６】
前記記電子銃は、カソードヒータ電圧により前記荷電粒子を放出するカソードと、前記カソードとの間の電位差により前記カソードから放出された電子を引き出して電子ビームとするアノードとを備え、前記制御部は、前記カソードと前記アノードの間に印加する電圧のオン時間を制御することで前記荷電粒子の入射時間割合を制御する、請求項４に記載の放射線発生装置。
【請求項７】
導電性を有する筒形状の筐体および前記筐体の内部において誘電体からなる複数のセルを中心部の開口部が前記複数のセルの並ぶ方向に連続するように配列した加速空洞を構成する加速管と、前記加速管に高周波電力を供給するＲＦアンプと、前記加速管における各前記セルの開口部を通過する荷電粒子を発射する電子銃と、を用い、
前記ＲＦアンプの出力電力を一定にしながら、前記電子銃における前記荷電粒子の入射時間割合を変化させる、放射線発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線発生装置および放射線発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業分野における非破壊検査や、医療分野における検査または放射線治療などの用途でＸ線（放射線）が用いられている。Ｘ線は、加速した電子をターゲットに照射することで制動Ｘ線（例えば、エネルギー１００ｋｅＶ程度）として発生させることができる。例えば、人体の透視画像のように、検査対象物の密度が比較的低く、もしくは検査対象物の厚さが比較的薄いなどでは、上記制動Ｘ線を使用するＸ線管球を適用可能である。
【０００３】
例えば、特許文献１では、加速エネルギーとなる高周波電力の大部分を高周波損失の小さい誘電体の中に保持することにより、導電損失を低減し、電力効率を高める加速空洞および加速器（加速管）について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１１７７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したＸ線管球で発生させるＸ線では、検査対象物の密度が高く透視方向の厚みが厚い場合など、透過力が不足する。この結果、十分な画像コントラストの情報が得られない問題がある。
【０００６】
ところで、Ｉｒ−１９２などの放射性同位元素から発生するガンマ線は、上述したエネルギー１００ｋeＶ程度の制動Ｘ線と比較して高い透過力を持つが、電源供給を切ればＸ線の発生が停止するＸ線管球と比較して、放射性同位元素はより慎重な取り扱いが必要である。
【０００７】
また、無酸素銅の共振空洞を使用する常伝導の加速管が一般的に用いられている。この常伝導の加速管は、Ｘ線のエネルギーが高く（１ＭｅＶ以上）、透過力が高いが、高い透過力を持つ十分な出力のＸ線が得られるだけの平均電流をもった電子を出力するには、高い電力（例えば、最高出力３ＭＷで平均出力３ｋＷ）の高周波電力を加速管に供給することが必要であり、クライストロンやマグネトロンなどの大電力ＲＦ源と、これを駆動する高電圧電源が必要である。しかし、このような大電力ＲＦ源や高電圧電源は、上述したエネルギー１００ｋｅＶ程度の制動Ｘ線を発生するＸ線管球と比較して大型であり、車載型にするなどの可搬性が悪い。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、常伝導の加速管と比較して電力効率を向上しつつ小型化を図ることのできる放射線発生装置および放射線発生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る放射線発生装置は、導電性を有する筒形状の筐体および前記筐体の内部において誘電体からなる複数のセルを中心部の開口部が前記複数のセルの並ぶ方向に連続するように配列した加速空洞を構成する加速管と、前記加速管に高周波電力を供給するＲＦアンプと、前記加速管における各前記セルの開口部を通過する荷電粒子を発射する電子銃と、を備える。
【００１０】
本発明の一態様に係る放射線発生装置では、前記ＲＦアンプは、最大出力が１００ｋＷ以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明の一態様に係る放射線発生装置では、前記ＲＦアンプは、最大出力が１０ｋＷ以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明の一態様に係る放射線発生装置では、前記ＲＦアンプの出力電力を一定に制御し、前記電子銃における前記荷電粒子の入射時間割合を制御する制御部を備えることが好ましい。
【００１３】
本発明の一態様に係る放射線発生装置では、前記電子銃は、カソードヒータ電圧により前記荷電粒子を放出するカソードと、グリッド電圧により前記荷電粒子を加速するグリッドとを備え、前記制御部は、前記グリッド電圧のオン時間を制御することで前記荷電粒子の入射時間割合を制御することが好ましい。
【００１４】
本発明の一態様に係る放射線発生装置では、前記記電子銃は、カソードヒータ電圧により前記荷電粒子を放出するカソードと、前記カソードとの間の電位差により前記カソードから放出された電子を引き出して電子ビームとするアノードとを備え、前記制御部は、前記カソードと前記アノードの間に印加する電圧のオン時間を制御することで前記荷電粒子の入射時間割合を制御することが好ましい。
【００１５】
上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る放射線発生方法は、導電性を有する筒形状の筐体および前記筐体の内部において誘電体からなる複数のセルを中心部の開口部が前記複数のセルの並ぶ方向に連続するように配列した加速空洞を構成する加速管と、前記加速管に高周波電力を供給するＲＦアンプと、前記加速管における各前記セルの開口部を通過する荷電粒子を発射する電子銃と、を用い、前記ＲＦアンプの出力電力を一定にしながら、前記電子銃における前記荷電粒子の入射時間割合を変化させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、一般的な無酸素銅の共振空洞を使用する常伝導の加速管と比較して数倍から１０倍程度の高いＱ値を実現できる加速管を用いている。このため、本発明によれば、電力効率を向上でき、高いエネルギーおよび出力のＸ線を得ることができる。そして、本発明は、クライストロンやマグネトロンなどの大電力ＲＦ源、およびこれを駆動する高電圧電源に替えて、ＲＦアンプおよび当該ＲＦアンプを駆動する比較的低電圧の電源を用いても常伝導の加速管を使用した場合よりも高いエネルギーおよび出力のＸ線を得ることができる。このため、本発明によれば、上記大電力ＲＦ源および高電圧電源を用いた場合と比較して、小型化を図ることができ、車載型にするなど可搬性を向上できる。即ち、本発明は、高い電力効率で、電源構成を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る放射線発生装置を示す概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る放射線発生装置の電子銃を示す概略構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る放射線発生装置の加速管を示す概略構成図である。
【図４】図４は、加速管のセル数と無電荷Ｑ値との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る放射線発生装置の作用の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る放射線発生装置の作用の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る放射線発生装置を示す概略構成図である。図２は、本実施形態に係る放射線発生装置の電子銃を示す概略構成図である。図３は、本実施形態に係る放射線発生装置の加速管を示す概略構成図である。図４は、加速管のセル数と無電荷Ｑ値との関係を示すグラフである。
【００２０】
図１に示す放射線発生装置は、放射線の一種であるＸ線を発生するもので、電子銃１と、ＲＦ（Radio  Frequency）アンプ２と、加速管３と、ターゲット４と、制御部５と、を有する。
【００２１】
電子銃１は、図２に示すように、ヒータ１１と、カソード１２と、アノード１３と、グリッド１４と、を有する。ヒータ１１は、カソード１２を加熱するもので、フィラメント１１ａと、フィラメント１１ａに電圧を印加する電源１１ｂと、で構成される。カソード１２は、ヒータ１１で加熱されることにより、ヒータ１１とは反対側の面から電子（荷電粒子）を放射する。アノード１３は、カソード１２との間の電位差によりカソード１２から放出された電子（荷電粒子）を引き出して発射し電子ビームＢとする。グリッド１４は、正負の電圧の印加により、カソード１２から放射された電子がアノード１３により引き出されることを許容したり、電子がアノード１３により引き出されることを阻止したりする。電子銃１において引き出された電子ビームＢは、加速管３に入射される。
【００２２】
ＲＦアンプ２は、加速管３に増幅した高周波電力（マイクロ波）を供給する。本実施形態のＲＦアンプ２は、最大出力が１００ｋＷ以下の半導体アンプが適用される。
【００２３】
本実施形態の加速管３は、図３に示す高周波加速空洞（加速空洞）を構成する。加速管３は、高周波加速空洞にＲＦアンプ２から高周波電力を供給することで、高周波加速空洞に電子銃１から入射した電子ビームＢを加速させる。この高周波加速空洞を構成する加速管３は、円筒状の筐体３１と、筐体３１の内部に配置される誘電体からなる複数のセル３２と、を備える。
【００２４】
筐体３１は、円筒形状の円筒部３１ａ、および円筒部３１ａの両側端に設けられる円板状の端板３１ｂを有する。筐体３１は、例えば、導電性が高い金属材料であり、無酸素銅などの純金属、ステンレスに銀メッキまたは銅メッキが施された材料などである。または、筐体３１は、場合によっては、銀メッキまたは銅メッキが施されたセラミックスなどの誘電体を用いることもできる。こうした金属製の材料、または、金属製のメッキが施された誘電体を用いることにより、筐体３１の表面は、導電性が確保される。各端板３１ｂは、円板状の中心に円形状の開口部３１ｂａが形成されている。開口部３１ｂａは、電子ビームＢが通過する。
【００２５】
セル３２は、筐体３１の内部で、筐体３１の一側の端板３１ｂから他側の端板３１ｂまで、電子ビームＢのビーム軸Ｂａの延在方向に直列に配置される。セル３２は、円筒部３２ａと円板部３２ｂと円環部３２ｃとを有する。
【００２６】
円筒部３２ａと円板部３２ｂと円環部３２ｃは、誘電体であって、表面には金属コーティングなどを施さずに用いられる。セル３２に用いられる誘電体は、誘電損失が低い誘電体であり、アルミナやサファイアなどのセラミックスである。本実施形態において、セル３２に用いられる誘電体の誘電損失を示す指標であるｔａｎδ（誘電正接）は、例えば、１×１０−３以下の範囲である。
【００２７】
なお、低誘電損失の誘電体として、誘電損失が室温で７．５×１０−６程度という低い値を有するセラミックス（高純度アルミナ）の開発例がある（Applied  Physics  Letters，（米），2002，Vol.  81，  No.26,  p.  5021-5023）。また、低損失誘電体の高周波特性に関する先行研究において、例えば、サファイアのｔａｎδが、温度Ｔ［Ｋ］５に比例し、室温でｔａｎδ＝１０−５のものが、８０Ｋではｔａｎδ＝１０−７まで減少するという実験結果がある（Physics  LettersA，（オランダ），1987，Vol.  120，  No.6,  p.  300-305）。
【００２８】
円筒部３２ａは、円筒形状の中心軸が筐体３１の円筒部３１ａの中心軸（電子ビームＢのビーム軸Ｂａ）と同軸上に配置される。円筒部３２ａは、直径が筐体３１の円筒部３１ａの直径よりも小さい。円筒部３２ａの直径は、全てのセル３２において同一であってもよいし、端部側が中間部側よりも大きく設定されるなどセル３２ごとに異なってもよい。円筒部３２ａの端部に円板部３２ｂが接続される。
【００２９】
円板部３２ｂは、中心に円形状の開口部３２ｂａが形成された板状部材である。開口部３２ｂａの直径は、円筒部３２ａの直径よりも小さい。開口部３２ｂａは、複数のセル３２の並ぶ方向に設けられ電子ビームＢが通過する。円板部３２ｂの面上に対して垂直方向に円筒部３２ａが設置される。また、円板部３２ｂは、筐体３１の端板３１ｂから離隔した位置に配置され、円筒部３２ａが端板３１ｂと接触する。なお、複数のセル３２は、全てのセル３２が円筒部３２ａと円板部３２ｂを備えるわけではなく、円筒部３２ａのみ、または円板部３２ｂのみの場合もある。
【００３０】
円環部３２ｃは、セル３２の製造上の都合や、支持構造の安定化のため、円筒部３２ａの内側に設けられる円板部３２ｂの延長上であって、円筒部３２ａの外側に設けられる。セル３２は、円板部３２ｂと円環部３２ｃが一体化された部材に対し円筒部３２ａを接続することができる。また、円板部３２ｂを、円環部３２ｃを介して筐体３１の内周面で支持することができる。
【００３１】
この加速管３は、通過する電子ビームＢのビーム軸Ｂａの近傍に加速方向の電場が形成される。セル３２の円板部３２ｂの板面がビーム軸Ｂａに対して垂直方向になるように、開口部３２ｂａを有する円板部３２ｂが円筒部３２ａの内側に設置される。これにより、円板部３２ｂの開口部３２ｂａの内側で、ビーム軸Ｂａの延在方向に加速電場を集中させることが可能となり、シャントインピーダンスを上げることができる。
【００３２】
筐体３１内において配置されるセル３２の円筒部３２ａの内径や外径、円板部３２ｂ間の間隔、円板部３２ｂの開口部３２ｂａの内径、筐体３１の円筒部３１ａの内径などが調整されることによって、加速管３の内部に励振される加速モードの電磁場分布が調整される。また、円筒部３２ａによって、電子ビームＢが通過するビーム軸Ｂａの付近に高周波電力が蓄積されることが可能となる。その結果、筐体３１の端板３１ｂの金属表面に対して平行な向きに発生する高周波磁場を低減化し、金属表面での導体損失を減らせる。
【００３３】
例えば、セル３２が５個配置される場合、図４に示すように、Ｑ値は約６０，０００となり、室温で一般的な無酸素銅の共振空洞を使用する常伝導の加速管と比較して数倍以上の高いＱ値を実現できる。このため、本実施形態の加速管３は、室温で常伝導の加速管よりも高い電力効率を持つ。常伝導の加速管は、銅製である場合、Ｑ値が１０，０００程度である。図４は、セル３２の数が多いほどＱ値が高くなる傾向にあることを示している。これは、セル３２の数が多いほど加速管３がビーム軸Ｂａの延在方向で長くなり、加速管３内で損失するエネルギーの割合が少なくなるためである。図４に示したＱ値の結果を導く演算は、計算プログラム（Poisson  Superfish：ロスアラモス国立研究所（http://laacg.lanl.gov/laacg/services/download_sf.phtml））によって行った。
【００３４】
計算条件には、セル３２の円筒部３２ａと円板部３２ｂにおける誘電体として、上述した高純度アルミナの物性値を使用し、筐体３１における金属として、無酸素銅の物性値を使用した。セル３２の円筒部３２ａの内径や外径、筐体３１の内径を変化させ、加速管３内に所定の共振周波数のπモードの電磁場分布が励振されるように、加速管３の構造をシミュレーションすることによって、円筒部３２ａの内径や外径及び筐体３１の内径を算出した。そして、算出された構造を用いて、Ｑ値を演算した。πモードとは、円板部３２ｂで挟まれたビーム軸Ｂａを含む各真空部分において、位相が１８０°ずれた共振電場が交互に並ぶモードをいう。
【００３５】
Ｑ値は下式で表される。
Ｑ＝（２πｆ・Ｕ）／（Ｐ_loss）
ここで、
Ｕ：高周波加速空洞に蓄積された電磁波のエネルギー
Ｐ_loss：高周波加速空洞内で損失された電磁波のエネルギー（電磁波の１周期あたり）
ｆ：電磁波の周波数
である。
【００３６】
なお、上述した加速管３の例では、円環部３２ｃが円板部３２ｂの板面の延長上に設けられる場合について説明したが、この場合に限定されない。すなわち、円環部３２ｃは、各円板部３２ｂに対応して設けられる必要はなく、円板部３２ｂよりも少ない数で配置されてもよいし、円板部３２ｂの延長上ではなく、円板部３２ｂの延長上からずれた位置に設けられてもよい。すなわち、円環部３２ｃは、円筒部３２ａおよび円板部３２ｂを支持できるように、筐体３１の内周面と円筒部３２ａの外周面の間に配置されていればよい。
【００３７】
また、本実施形態に係る加速管３は、筐体３１の端板３１ｂに隣接するセル３２において、ビーム軸Ｂａの周囲に円筒部３２ｄが設けられていてもよい。円筒部３２ｄは、端板３１ｂの開口部３１ｂａおよび円板部３２ｂの開口部３２ｂａの内径と同一の内径を有し、一端部が筐体３１の端板３１ｂに接続され、他端部が円板部３２ｂに接続される。円筒部３２ｄは、円筒部３２ａと円板部３２ｂと円環部３２ｃと同様に誘電体である。円筒部３２ｄをさらに設けることで、筐体３１の端板３１ｂにおいて金属表面に対して平行な向きに発生する高周波磁場を更に低減化できる。円筒部３２ｄを設けない形態と比較して約２倍の高いＱ値を実現できる。
【００３８】
また、本実施形態に係る加速管３は、図には明示しないが、セル３２において直径の異なる円筒部３２ａが複数、同心円状に設けられていてもよい。これにより、加速管３の高周波加速空洞は、高次のモードを加速モードに使用することができる。また、その結果、Ｑ値をさらに高くできる。直径の異なる円筒部３２ａは、筐体３１の端板３１ｂに隣接する二つのセル３２として設けられ、中心軸が同軸上に配置されて端板３１ｂに近づくほど直径が大きくなるように設けられる。加速モードの次数がｎであるとき、円筒部３２ａはｎ−１個設けられる。すなわち、加速モード次数が２であるとき、円筒部３２ａは一つ設けられ、加速モード次数が３であるとき直径の異なる円筒部３２ａは二つ設けられる。この直径の異なる円筒部３２ａを有するセル３２において円筒部３２ｄを設けてもよい。
【００３９】
ターゲット４は、加速管３により加速された加速電子Ｂ’が照射される金属（液体金属）を有し、当該金属に加速電子Ｂ’が衝突することで制動Ｘ線を発生させる。
【００４０】
制御部５は、例えば、コンピュータであり、電子銃１における加速管３への電子ビームＢの入射タイミングや、入射デューティ（入射時間割合）を制御したり、ＲＦアンプ２における加速管３へ供給する高周波電力の出力を制御したりすることで、放射線発生装置を統括的に制御できる。
【００４１】
上述したように、本実施形態の放射線発生装置は、一般的な無酸素銅の共振空洞を使用する常伝導の加速管と比較して数倍から１０倍程度の高いＱ値を実現できる加速管３を用いている。このため、本実施形態の放射線発生装置によれば、電力効率を向上でき、高いエネルギーおよび出力のＸ線を得ることができる。そして、本実施形態の放射線発生装置は、クライストロンやマグネトロンなどの大電力ＲＦ源、およびこれを駆動する高電圧電源に替えて、上述したＲＦアンプ２および当該ＲＦアンプ２を駆動する比較的低電圧の電源を用いても常伝導の加速管を使用した場合よりも高いエネルギーおよび出力のＸ線を得ることができる。このため、本実施形態の放射線発生装置によれば、上記大電力ＲＦ源および高電圧電源を用いた場合と比較して、小型化を図ることができ、車載型にするなど可搬性を向上できる。即ち、本実施形態の放射線発生装置は、高い電力効率で、電源構成を簡素化することができる。
【００４２】
本実施形態の放射線発生装置では、電子銃１は、重量が５ｋｇ〜２０ｋｇ、体積がφ１００ｍｍ×２００ｍｍ〜φ２５０ｍｍ×５００ｍｍ程度であり、ＲＦアンプ２は、重量が２０ｋｇ〜１００ｋｇ、体積を底面積として１９インチラックサイズに基づき高さ２００ｍｍ〜２ｍ程度であり、加速管３は、重量が３０ｋｇ〜８０ｋｇ、体積がφ１００ｍｍ×３００ｍｍ〜φ２００ｍｍ×８００ｍｍ程度であり、ターゲット４は、重量が５ｋｇ〜１５ｋｇ、体積がφ５０ｍｍ×１００ｍｍ〜φ１００ｍｍ×２００ｍｍ程度であり、制御部５は、体積が６００ｍｍ×８００ｍｍ×１８００ｍｍ程度である。従って、車両などの移動体に積載することができる可搬性を有することができる。
【００４３】
また、本実施形態の放射線発生装置では、ＲＦアンプ２は、最大出力が１００ｋＷ以下であることで、小型化に大きく寄与することができる。
【００４４】
また、本実施形態の放射線発生装置では、ＲＦアンプ２は、最大出力が１０ｋＷ以下であることで、さらに小型化に大きく寄与することができる。
【００４５】
図５は、本実施形態に係る放射線発生装置の作用の一例を示すグラフである。
【００４６】
本実施形態の放射線発生装置では、制御部５により、ＲＦアンプ２の出力電力を一定に制御し、電子銃１における電子ビームＢの入射デューティ（入射時間割合）を制御する。具体的に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、ＲＦアンプ２の出力電力を一定とすると、時間の経過と共に加速管３の高周波加速空洞内に蓄積される電磁波の蓄積エネルギーＶが上昇する。制御部５は、蓄積エネルギーＶが所定高さとなったタイミングで電子銃１における電子ビームＢを加速管３の高周波加速空洞内に入射する。図５（ａ）および図５（ｂ）では、電子ビームＢの入射タイミングを（１）〜（３）で示している。電子銃１における電子ビームＢの入射は、制御部５において、グリッド１４に印加するグリッド電圧をオンオフ制御することで行われる。
【００４７】
図５（ａ）では、電子銃１における電子ビームＢの入射デューティＤを比較的小さく下げて制御し、図５（ｂ）では、電子銃１における電子ビームＢの入射デューティＤを比較的大きく上げて制御した例を示している。電子銃１における電子ビームＢの入射デューティＤは、制御部５において、グリッド１４に印加するグリッド電圧のオン時間を制御することで行われる。
【００４８】
図５（ａ）に示すように、電子ビームＢの入射デューティＤを下げると、この入射デューティＤによって加速管３の高周波加速空洞内に蓄積された電磁波の蓄積エネルギーＶの消費が小さい。このため、加速管３の高周波加速空洞内により高い高周波電力が蓄積された状態で電子ビームＢを入射することになる。このため、高いエネルギーの加速電子Ｂ’を得ることができ、Ｘ線のエネルギーが比較的大きくなるように変化させることができる。
【００４９】
一方、図５（ｂ）に示すように、電子ビームＢの入射デューティＤを上げると、この入射デューティＤによって加速管３の高周波加速空洞内に蓄積された電磁波の蓄積エネルギーＶの消費が大きい。このため、加速管３の高周波加速空洞内の高周波電力の蓄積が抑えられた状態で電子ビームＢを入射することになる。このため、低いエネルギーの加速電子Ｂ’を得ることができ、Ｘ線のエネルギーが比較的小さくなるように変化させることができる。この図５（ｂ）の場合、加速電子Ｂ’エネルギーは低くなるが、平均電流は高くなる。
【００５０】
このように、本実施形態の放射線発生装置では、ＲＦアンプ２の出力電力を一定に制御し、電子銃１における電子ビームＢの入射時間割合を制御する制御部５を備える。また、本実施形態の放射線発生方法では、ＲＦアンプ２の出力電力を一定にしながら、電子銃１における電子ビームＢの入射時間割合を変化させる。
【００５１】
従って、加速管３により加速される加速電子Ｂ’のエネルギーを変化させることができ、ターゲット４で発生するＸ線のエネルギーを変化させることができる。即ち、ＲＦアンプ２の出力電力を一定に保ったままで、検査対象物や用途に合わせ、Ｘ線のエネルギーを変化させることができる。
【００５２】
また、本実施形態の放射線発生装置では、制御部５は、電子銃１におけるグリッド１４の電圧のオン時間を制御することで電子ビームＢの入射時間割合を制御することが好ましい。
【００５３】
電子銃１においては、上述したように、カソード１２がヒータ１１で加熱されることにより電子を放射するため、ヒータ１１のフィラメント１１ａに電圧を印加する電源１１ｂをオンオフ制御でオンとなる時間割合を制御することで、電子ビームＢの入射時間割合を制御することができるが、加熱に起因するため、電子の放射量が安定するのに時間を要す。この点、グリッド１４の電圧をオンオフ制御すると、カソード１２で放射している電子がアノード１３により引き出されることを制御できるため、電子の放射量が安定する。従って、電子銃１のカソード１２からの出力電流の最大値を一定としたままで、入射デューティＤを変化させる。このため、電子銃１の運転条件（カソードヒータ電圧や、グリッド電圧）を一定としつつ、グリッド電圧のオンオフのタイミングのみ制御して電圧のオンとなる時間割合を制御すればよいため、速いエネルギーの切り替えに対して対応できる。
【００５４】
なお、グリッド１４のない２極管構造の電子銃の場合、出力電流量の調整はヒータ電源１１ｂの出力電流値によりカソード１２の温度を変化させて行うため、短い時間で電流値を切り替えることが難しいが、本実施形態によれば、ヒータ電源１１ｂの出力電流は概一定としたままでカソード１２とアノード１３の間に印加する電圧のオンオフ制御を行うことでオンとなる時間割合によりエネルギーの切り替えを行うことができる。
【００５５】
図６は、本実施形態に係る放射線発生装置の作用の一例を示すグラフである。
【００５６】
本実施形態の放射線発生装置では、上述したように、一般的な無酸素銅の共振空洞を使用する常伝導の加速管と比較して数倍から１０倍程度の高いＱ値を実現できる加速管３を用いている。
【００５７】
ここで、加速管内に所定パルスの高周波電圧Ｐを投入し始めてから一定のレベルまで蓄積エネルギーＶが蓄積されるまでのフィリングタイムについて、図６に示す。図６において、高周波電圧Ｐは、所定パルスで投入される。常伝導の加速管における高周波電圧Ｐが投入されてからのフィリングタイムＴ１を図６に破線で示す。また、本実施形態の加速管３における高周波電圧Ｐが投入されてからのフィリングタイムＴ２を図６に実線で示す。常伝導の加速管のフィリングタイムＴ１は、例えば１μｓ以下であるが、本実施形態の加速管３のフィリングタイムＴ２は、例えば数μｓ以上と長い。従って、蓄積エネルギーＶが最大に蓄積された時点でのグリッド電圧のオンオフのタイミング制御がし易くなる。この結果、電子銃１におけるグリッド１４の電圧をオンオフ制御することでの電子ビームＢの入射デューティＤの制御を容易に実施できる。
【符号の説明】
【００５８】
１  電子銃
１１  ヒータ
１１ａ  フィラメント
１１ｂ  電源
１２  カソード
１３  アノード
１４  グリッド
２  ＲＦアンプ
３  加速管
３１  筐体
３１ａ  円筒部
３１ｂ  端板
３１ｂａ  開口部
３２  セル
３２ａ  円筒部
３２ｂ  円板部
３２ｂａ  開口部
３２ｃ  円環部
３２ｄ  円筒部
４  ターゲット
５  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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