(57)【要約】【課題】電界放出によって生ずる絶縁体表面フラッシュオーバ及び二次電子放出に対する耐久性のあるＸ線管又は真空管用高電圧絶縁体を製造する。【解決手段】真空管（１２）用の絶縁体が開示され、この真空管（１２）用の絶縁体は、電気絶縁性のバルク材料（７３）と、バルク材料（７３）の第一の部分（９０、９６、９９）に施工される第一の反強誘電性皮膜（８８、９４）とを含んでいる。【選択図】図３
2010067609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性のバルク材料（７３）と、
該バルク材料（７３）の第一の部分（９０、９６、９９）に施工される第一の反強誘電性皮膜（８８、９４）と
を備えた真空管（１２）用の絶縁体。
【請求項２】
前記第一の皮膜（８８、９４）は、印加される電場の関数として非線形に変化する第一の誘電率を有する、請求項１に記載の絶縁体。
【請求項３】
前記バルク材料（７３）の第二の部分（９０、９９、８７）に施工され、印加される電場の関数として非線形に変化する第二の誘電率を有する第二の反強誘電性皮膜（８８、９５）をさらに含んでおり、前記第二の誘電率は、前記印加される電場の範囲内で前記第一の誘電率と反比例して変化する、請求項２に記載の絶縁体。
【請求項４】
前記第一及び第二の皮膜（８８、９４、９５）の上に施工される半導体皮膜（２２６）をさらに含んでいる請求項３に記載の絶縁体。
【請求項５】
前記半導体皮膜材料（２２６）は、Ｃｒ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３混合物、（Ｌａ，Ｃｏ）ＣｒＯ３、（Ｓｒ，Ｃａ）ＲｕＯ２、Ｌａ（Ｆｅ，Ａｌ）Ｏ３、Ｂｉ１．５ＺｎＳｂ１．５Ｏ７、ＺｎＯ、ＳｉＣ及びＳｉの一つを含んでいる、請求項４に記載の絶縁体。
【請求項６】
前記第一の皮膜材料（８８、９４）は、ジルコン酸鉛、ニオブ酸ナトリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ランタン修飾型チタン酸ジルコン酸鉛、ハフニウム酸鉛、及びランタン修飾型スズ酸チタン酸ジルコン酸鉛の一つを含む反強誘電体粒子を含んでいる、請求項１に記載の絶縁体。
【請求項７】
前記第一の皮膜（８８、９４）は、約５ナノメートル〜１０００ナノメートルの間の平均粒度を有する反強誘電体粒子を含んでいる、請求項１に記載の絶縁体。
【請求項８】
前記第一の皮膜（８８、９４）は、バイアス電場を受けると、当該第一の皮膜の前記誘電率について５０％〜５００％の増大を生ずる相転移を経るように構成されている、請求項１に記載の絶縁体。
【請求項９】
前記第一の皮膜（８８、９４）は、バイアス電場を受けると、当該第一の皮膜の前記誘電率について５０％〜５００％の減少を生ずる相転移を経るように構成されている、請求項１に記載の絶縁体。
【請求項１０】
前記第一の皮膜（８８、９４）は、ミリメートル当たり１キロボルト〜メートル当たり１００キロボルトの電場を受けると、低誘電率状態から高誘電率状態への相転移を経るように構成されている、請求項１に記載の絶縁体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、Ｘ線管に関し、さらに具体的には、Ｘ線管用の高電圧絶縁体を製造する方法に関する。発明をＸ線システムに関して説明するが、当業者は、本発明が、例えば電子管又は高電圧不安定性が生ずる他の装置にも用いられ得ることを認められよう。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線システムは典型的には、Ｘ線管、検出器、並びにＸ線管及び検出器を支持するガントリを含んでいる。動作時には、対象を配置した撮像テーブルがＸ線管と検出器との間に配置される。Ｘ線管は典型的には、Ｘ線のような放射線を対象に向けて放出する。放射線は典型的には、撮像テーブルに載置された対象を透過して検出器に衝突する。放射線が対象を透過するときに、対象の内部構造は、検出器において受光される放射線に空間的変化を齎す。次いで、検出器は受け取ったデータを発信し、システムは放射線の変化を画像に変換し、この画像を用いて対象の内部構造を評価することができる。当業者は、対象として、限定しないが医用撮像手順における患者、及び例えば計算機式断層写真法（ＣＴ）小荷物スキャナにおける小荷物のような無生物等が含まれ得ることを認められよう。
【０００３】
Ｘ線管は、焦点スポットにおいて発生される熱を分散する目的で回転アノード構造を含み得る。アノードは典型的には誘導モータによって回転し、誘導モータは、円板形のアノード・ターゲットを支持する片持ち梁式駆動軸として構築された円筒形回転子と、銅巻線を有しＸ線管の細長い首を包囲する鉄製固定子構造とを有する。回転アノード・アセンブリの回転子は固定子によって駆動される。Ｘ線管カソードは集束電子ビームを供給し、集束電子ビームはカソードからアノードまでの真空間隙を横断して加速されて、アノードと衝突するとＸ線を発生する。電子ビームがターゲットに衝突するときに高温が発生されるため、アノード・アセンブリは典型的には高速の回転速度で回転させられる。
【０００４】
新世代のＸ線管では、さらに高いピーク電力及びさらに高い加速電圧を提供することへの要求が高まっている。例えば、医学的応用に用いられるＸ線管は典型的には１４０ｋＶ以上で動作するが、警備応用に用いられるＸ線管では２００ｋＶ以上が一般的である。但し、当業者は、本発明がこれらの電圧に限定されず、２００ｋＶよりも高い電圧を必要とする応用にも同等に適用可能であり得ることを認められよう。これらの電圧では、Ｘ線管は高電圧不安定性及び絶縁体表面フラッシュオーバの影響を受け易く、Ｘ線管の推定耐用年数を短縮し、又はイメージング・システムの動作に干渉し得る。
【０００５】
典型的なＸ線管には、給電路用の開口を内部に有する円板形のセラミック絶縁体が設けられている。カソード支柱すなわち給電路用の電線管が典型的には、カソードに電圧を供給する３本以上の電気リードを収容している。典型的には、絶縁体はその中央開口において、カソードを構造的に支持することのできるカソード支柱に取り付けられる。カソードは典型的には、１又は複数のタングステン・フィラメントを含んでいる。絶縁体は典型的にはその周縁において、アノード及びカソードが典型的には配置されている真空室を収容する円筒形フレームに密閉接続されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｘ線管は、１００ｋＷまでのピーク電力で、また５ｋＷの平均電力で一度に何時間にもわたり動作し得る。Ｘ線管は、絶縁体と中央カソード支持構造との間の接合点、及び絶縁体とＸ線管フレームとの間の接合点において高電圧応力を受け易い。これらの接合点は、金属と誘電体と真空との交点を記述して三点接合点と一般に呼ばれる。三点接合点は、Ｘ線管の推定耐用年数を短縮し得る電子の電界放出による高電圧不安定性の共通原因である。
【０００７】
また、真空領域における絶縁体表面の欠陥として、表面汚染粒子、大小の気孔、並びに機械加工による溝及びピット等があり、これらの欠陥が二次電子放出を招き得る。このことは、電界放出された電子が絶縁体表面に衝突するときに生じ、さらに多くの電子を真空領域に放出する。瀑落効果が、電弧発生及び絶縁体表面フラッシュオーバを招き得る。Ｘ線管での絶縁体表面フラッシュオーバの潜在的可能性は、三点接合点の近傍の絶縁体表面において電場の強さを小さくし、また二次電子放出に寄与する絶縁体表面に沿った欠陥を解消することにより低下し得る。
【０００８】
鋼又はガラスのビーズで絶縁体表面を噴射仕上げすると、表面を清浄にして、表面荒さを約１ミクロン〜３ミクロンまで低下させることができる。この方法は、二次電子放出を減少させて絶縁体表面フラッシュオーバの起こり易さを低減することができ、殆どの低電圧Ｘ線管応用には十分である。高電圧応用については、機械研磨又は電解研磨が、表面荒さを０．０５ミクロン〜０．２ミクロンに低下させることにより表面噴射仕上げよりも良好な結果を与える。しかしながら、これらの改良型製造方法を用いても、絶縁体は依然として、さらに高い動作電圧では電気絶縁破壊を生じ易い。
【０００９】
計算機式断層写真法（ＣＴ）システムは、Ｘ線管技術の先端応用を代表するものである。ＣＴ撮像の性能を高めるために、Ｘ線管に対する要求が高まっている。患者のスループットを高める必要性のため、走査時間の短縮が重視される。走査時間の短縮と患者負荷数の増大との組み合わせはしばしば、動作電圧の上昇を招き、またＣＴシステムのＸ線管の利用の頻度が高まると電気絶縁破壊の潜在的可能性がさらに高まる。
【００１０】
従って、電界放出によって生ずる絶縁体表面フラッシュオーバ及び二次電子放出に対する耐久性のあるＸ線管又は真空管用高電圧絶縁体を製造する方法を提供することができると望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、電圧安定性を高めた絶縁体を製造する装置及び方法を提供する。
【００１２】
本発明の一観点によれば、真空管用の絶縁体が、電気絶縁性のバルク材料と、バルク材料の第一の部分に施工される第一の反強誘電性皮膜とを含んでいる。
【００１３】
本発明のもう一つの観点によれば、真空管用の絶縁体を製造する方法が、電気絶縁性のバルク材料を準備するステップと、バルク材料の第一の表面に第一の反強誘電性皮膜を施工するステップとを含んでいる。
【００１４】
本発明のさらにもう一つの観点は、カソードと、アノードと、絶縁体とを含むＸ線管アセンブリを含んでおり、絶縁体は、第一の表面及び連続して接した第二の表面を有するセラミック製バルク材料を含む。アセンブリはまた、電場依存型の第一の誘電率を有し第一の表面に施工される第一のナノセラミック皮膜を含んでいる。
【００１５】
本発明の他の様々な特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
図面は、本発明を実施するために現状で思量される好ましい一実施形態を示す。
【図１】本発明の一実施形態の組み入れから利益を享受し得るイメージング・システムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による皮膜付き絶縁体を有し、図１に示すシステムと共に利用可能であるＸ線管の断面図である。
【図３】図２の部分の線３−３に沿って見た断面図である。
【図４】反強誘電性皮膜を有しない真空管絶縁体の部分を通る電場力線を示す断面図である。
【図５】典型的な反強誘電体材料について誘電率と電場との間の非線形関係を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態による反強誘電性皮膜を有する真空管絶縁体の部分を通る電場力線を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による反強誘電性皮膜及び半導体皮膜を有する絶縁体の断面図である。
【図８】非侵襲型小荷物検査システムと共に用いられるＣＴシステムの見取り図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明に従って原画像データを取得すること、並びに表示及び／又は解析のために画像データを処理することの両方を行なうように設計されたイメージング・システム１０の一実施形態のブロック図である。当業者には、本発明が投影Ｘ線システム又はマンモグラフィ・システムのようなＸ線管を利用する多数の医用又は産業用イメージング・システムに適用可能であることを認められよう。計算機式断層写真法システム及びディジタル・ラジオグラフィ・システムのように容積の三次元画像データを取得する他のイメージング・システムもまた、本発明からの利益を享受する。投影Ｘ線システム１０の以下の議論は、単にかかる一つの具現化形態の例に過ぎず、モダリティについて制限することを意図していない。
【００１８】
図１に示すように、Ｘ線システム１０は、対象１６を通してＸ線のビーム１４を投射するように構成されているＸ線管又はＸ線源１２を含んでいる。対象１６は、人体、手荷物、又は走査が望まれる他の物体を含み得る。Ｘ線源１２は、典型的には３０ｋＶ〜２００ｋＶの範囲のエネルギのスペクトルを有するＸ線を発生する従来型のＸ線管であってよい。Ｘ線１４は対象１６を透過して、対象１６によって減弱された後に、検出器１８に入射する。検出器１８の各々のセルは、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従って対象１６を透過した後の減弱後ビームを表わすアナログ電気信号を発生する。一実施形態では、検出器１８はシンチレーション方式の検出器であるが、直接変換型検出器（例えばＣＺＴ検出器等）もまた具現化され得ると思量される。
【００１９】
プロセッサ２０が、検出器１８からアナログ電気信号を受け取って、走査されている対象１６に対応する画像を形成する。コンピュータ２２がプロセッサ２０と連絡して、操作者が操作コンソール２４を用いて走査パラメータを制御して形成された画像を観察することを可能にする。すなわち、操作コンソール２４は、操作者がＸ線システム１０を制御して再構成画像又はコンピュータ２２からの他データを表示ユニット２６において観察することを可能にするキーボード、マウス、音声作動式コントローラ又は他の任意の適当な入力装置のような何らかの形態の操作者インタフェイスを含んでいる。加えて、コンソール２４は、操作者が形成された画像をハード・ドライブ、フロッピィ・ディスク、コンパクト・ディスク等を含み得る大容量記憶装置２８に記憶させることを可能にしている。操作者はまた、コンソール２４を用いてコンピュータ２２に命令及び指示を供給して、Ｘ線源１２に電力信号及びタイミング信号を供給する線源制御器３０を制御することができる。
【００２０】
さらに、Ｘ線管での利用に関して本発明の各実施形態を説明する。但し、当業者は、本発明が、表面フラッシュオーバ又は電圧不安定性を経験する傾向を有するため高電圧の下で作用する電気絶縁体の設置を要求するような他のシステム（例えば電子管）にも同等に適用可能であることをさらに認められよう。
図２は、本発明の一実施形態を組み入れたＸ線管１２の断面図を示す。Ｘ線管１２は、内部に形成された放射線放出路５２を有するフレーム５０を含んでいる。フレーム５０は、密閉容器又は真空領域５４を包囲し、アノード５６、軸受カートリッジ５８、カソード６０及び回転子６２を収容している。アノード５６は、ターゲット材料８６を有すると共にターゲット・シャフト５９を取り付けて有するターゲット５７を含んでいる。
【００２１】
カソード６０は典型的には、１又は複数のフィラメント５５を含んでいる。カソード・フィラメント５５は、真空領域５４において中柱６８を通過する電気リード７１によって電力を供給される。動作時には、電流が電気接点７７を介して所望のフィラメント５５に印加され、電子がフィラメント５５から放出され得るようにフィラメント５５を加熱する。アノード５６とカソード６０との間に高電圧の電位が印加され、両者の間の差によってカソード６０からアノード５６へ真空領域５４を通って流れる電子ビームが生ずる。結果として、真空領域５４の内部に電場が発生される。
【００２２】
中柱６８は典型的には、内周８５及び外周８７を有する絶縁体７３の中心に配置されて取り付けられている。電気リード７１は、Ｘ線管１２の外面で電気接点７７に接続している。絶縁体７３は典型的には、アルミナ、又はステアタイト若しくは窒化アルミニウムのような他のセラミック材料で製造される。電圧安定性を高めるために皮膜８８が絶縁体７３に施工される。
【００２３】
図３は、図２の部分の断面図であって、例えば図２のＸ線管１２に適用された場合の本発明の一実施形態を示す。本実施形態では、三点接合点９６が、絶縁体７３の内周８５と中柱６８と真空領域５４との間の交点に生ずる。本発明の一実施形態によれば、皮膜８８が第一の反強誘電体（ＡＦＥ）皮膜９４を含んでおり、皮膜９４は、全周を巡って接合点９６に施工されて絶縁体７３の表面９０に沿って境界９９まで延在する。皮膜８８はまた第二のＡＦＥ皮膜９５を含んでおり、皮膜９５は、三点接合点９６から一定の距離において表面９０に施工されて境界９９から出発して外周８７まで延在している。代替的な実施形態では、これら２種の皮膜９４、９５は、真空領域５４に露出した絶縁体表面９０の全部よりも狭い範囲を被覆していてもよい。当業者は、図２及び図３に示すような絶縁体７３の厚みに対する皮膜８８の相対的厚みが、絶縁体７３に施工されたときの皮膜８８の構造を示すために誇張されていることを認められよう。想到されまた以下に述べる詳細から明らかになるように、絶縁体厚みに対する相対的なＡＦＥ皮膜厚みは、図２及び図３に示したものよりも薄い。
【００２４】
図４は、従来技術の真空管の断面図であって、ＡＦＥ皮膜を有しない真空管絶縁体の部分を通る電場力線を示している。図４は、真空管又はＸ線管（図示されていない）において利用可能な中柱１６８及び絶縁体１７３を示している。真空領域１５４に発生される電場１００が複数の電場力線１０２によって表わされている。この実施形態はさらに、真空領域１５４の境界部分を画定する絶縁体表面１１０と中柱１６８とを含んでいる。典型的な絶縁体１７３は、図４に示すもののように、この場合には絶縁体１７３と中柱１６８と真空領域１５４との間の接合点において生じている三点接合点１０６と一般に呼ばれる金属−誘電体−真空の接合点において電場１００を軽減する幾何学的構成として成形されている。しかしながら、等間隔の電場線１０２によって示すように、この軽減効果は限定されている。カソード三重接合点１０６の近傍での絶縁体表面１１０の欠陥の存在が、カソード三重接合点１０６の近傍での中柱１６８の表面の微小突起の存在と相俟って、三点接合点１０６における場を増強して接合点１０６からの電子の電界放出を招く場合があり、これらの電子は、絶縁体表面１１０において電場１００から運動エネルギを得て絶縁体表面１１０に沿った電子の瀑落を生ずる。高い運動エネルギを有する電子は、絶縁体表面１１０に衝突して、二次電子放出なだれを通じてさらに多くの電子を発生し得る。電界放出及び二次電子放出が組み合わさると、絶縁体表面フラッシュオーバすなわち絶縁体表面１１０に沿った電弧発生を特徴とする状態を招き得る。
【００２５】
絶縁体表面に沿った二次電子放出の潜在的可能性を決定する少なくとも二つの主要因が存在する。絶縁体材料が一要因であり、もう一つの要因は絶縁体の表面欠陥の数及び重症度に関わる。上で説明したように、表面汚染、露出した大小の気孔、機械加工による損傷、及び弱い粒界等のためＸ線管絶縁体における二次電子放出発生が増大し得る。
【００２６】
本発明の各実施形態によれば、表面フラッシュオーバの起こり易さは、ＡＦＥ材料の利用によって、三点接合点での電子放出を減少させ、また表面からの二次電子放出の潜在的可能性を小さくすることにより低減することができる。ＡＦＥ材料は、典型的にはセラミックであり、組成に依存して誘電率が増減し得る電圧依存型誘電率を有する。ＡＦＥ材料の組成について、本発明の各実施形態に従って以下に説明する。電圧が高まると誘電率が高まるようなＡＦＥ材料を選択すると、高電圧では電場を絶縁体バルク材料の内部に強制的に向ける。この態様で電場のサイズが拡大すると表面での局所的な場の強さが低下し、二次電子放出の減少を齎す。対照的に、電圧が高まると誘電率が低下するようなＡＦＥ材料は、高電圧では電場を絶縁体バルク材料から強制的に逸らす。
【００２７】
本発明の各実施形態は、５ナノメートル〜１０ナノメートルの平均粒度のＡＦＥ粒子を有する非線形セラミック皮膜を含んでいる。本発明のもう一つの実施形態は、ＡＦＥ平均粒度が５０ナノメートル〜５００ナノメートルである皮膜を含んでいる。もう一つの実施形態では、皮膜は、１００ナノメートル〜４００ナノメートルにわたる粒度を有するＡＦＥ粒子を含んでいる。さらにもう一つの実施形態は、１０ナノメートル〜１０００ナノメートルのＡＦＥ粒度を有する皮膜を含んでいる。
【００２８】
図５には、典型的な反強誘電体（ＡＦＥ）材料について誘電率と電場との間の非線形関係を示すグラフが示されている。ｙ軸２００に示す誘電率とｘ軸２０５に示す電場との間の非線形関係が、典型的なＡＦＥ材料について示されている。誘電率の鋭いピーク２１０は、低誘電状態から高誘電状態への移行を強制的に生ずるのに必要な電場の強さを示している。本発明の各実施形態では、ＡＦＥ材料は、ＡＦＥ粒子が応用に依存してミリメートル当たり約１キロボルト、５キロボルト、１０キロボルト及び１００キロボルトのバイアス電場を受けると、反強誘電状態（低誘電率）から強誘電状態（高誘電率）への移行を経るように選択的に設計されている。同様に、本発明の各実施形態では、ＡＦＥ皮膜の移行後誘電率は、移行前誘電率よりも約５０％、１００％及び５００％大きくなるように選択的に設計され得る。代替的な各実施形態では、一旦、反強誘電状態から強誘電状態への相転移を超えると、分極飽和のためＡＦＥ皮膜の誘電率が低下し得る。従って、本発明の各実施形態では、分極飽和によるＡＦＥ皮膜の相転移時の誘電率低下は、約５０％、１００％及び５００％となる。
【００２９】
皮膜付きＸ線管絶縁体での利用に適したＡＦＥ材料としては、限定しないが、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒｙＴｉ１−ｙ）Ｏ３）、ハフニウム酸鉛（ＰｂＨｆＯ３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ３）、及びランタン修飾型ジルコン酸鉛（Ｐｂ１−ｘＬａｘＺｒＯ３）（ｘは０〜約１にわたり得る）等がある。もう一つの適当なＡＦＥ材料としては、ランタン修飾型チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴｉ１−ｙ）Ｏ３）（ＰＬＺＴ）等がある（ｘ及びｙは０〜約１にわたることができ、互いに独立である）。もう一つの適当なＡＦＥ材料としては、ランタン修飾型スズ酸チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴｉ１−ｙ−ｚＳｎｚ）１−ｘ／４Ｏ３（ＰＬＺＳＴ）等がある（ｘ、ｙ及びｚは０〜約１にわたることができ、互いに独立である）。さらに、上述の各材料のランタンをニオブによって置換して、絶縁体皮膜としての利用に適したさらに他のＡＦＥ材料を得ることもできる。
【００３０】
ＡＦＥ皮膜は、化学的気相堆積、物理的気相堆積、ゾル−ゲル浸漬被覆、熱プラズマ噴射、刷毛塗り等を含めた様々な手法によって施工することができる。皮膜施工のサイクル時間を短縮するために、温度を略６００℃未満にして皮膜を炉内で乾燥させてもよい。
【００３１】
図６は、本発明の一実施形態による真空領域３５４、及びＡＦＥ皮膜を有する真空管絶縁体の部分３７３を通る電場力線を示す断面図である。図６は、絶縁体３７３と真空領域３５４と中柱３６８との交点における三点接合点３０６を示している。絶縁体３７３は第一のＡＦＥ皮膜３１４を有し、第一のＡＦＥ皮膜３１４は電圧が高まるにつれて誘電率が高まる。第一のＡＦＥ皮膜３１４は、電圧が高まるにつれて誘電率が低下する第二のＡＦＥ皮膜３１８と組み合わせて用いられる。第一の皮膜３１４と第二の皮膜３１８との間には境界３１６が存在している。三点接合点３０６において絶縁体表面３１０に施工されて境界３１６まで延在する第一の皮膜３１４の効果は、一組の等電位線３０２の間の距離が拡がっていることにより示されているように三点接合点３０６での電場束密度を小さくすることにある。境界１１６に施工されて外周３８７まで延在する第二の皮膜３１８の効果は、三点接合点３０６から離隔するにつれて等電位線３０２同士の間の距離が狭まっていることにより示されているように三点接合点３０６から一定の距離での線束密度を高めることにある。
【００３２】
三点接合点３０６での電場束密度を低くすると、ここからの電子電界放出を低減して表面フラッシュオーバの起こり易さを小さくすることができる。また、ＡＦＥ皮膜３１４、３１８は、絶縁体表面３１０の欠陥を充填して被覆することにより二次電子放出の発生を抑えることができる。機械加工による表面損傷、表面汚染、及び材料の露出した気孔の影響は、表面荒さを低減するように絶縁体表面に滑らかな層を設けるＡＦＥ皮膜の施工によって解消することができる。
【００３３】
ナノセラミック粒子を有するセラミックＡＦＥ皮膜は、より大きいＡＦＥ粒子を用いた皮膜よりも大幅な二次電子放出の発生の低減を提供することができる。ナノセラミック粒子は、粒度が典型的には１００ナノメートルよりも小さく、滑らかな表面を生成しつつ、露出した微小な気孔又は微視的な表面欠陥をさらに容易に充填することができる。加えて、ナノセラミック粒子を用いると、粒子の粒度の減少に見合った皮膜厚みの減少を可能にし、皮膜材料のさらに効率的な利用を齎す。図６を再び参照すると、本発明の一実施形態では、ＡＦＥ皮膜厚み３２０は約１００ナノメートルである。但し、本発明の各実施形態では、皮膜３１４、３１８は約１００ナノメートル〜５０ミクロンにわたる厚み３２０を有し得る。
【００３４】
図７には、本発明の一実施形態による付加的な半導体皮膜２２６を有する図２及び図３の絶縁体７３及び皮膜８８の断面が示されている。半導体皮膜２２６の電子は、ＡＦＥ皮膜８８のものよりも大きい可動性を有し、従ってＸ線管動作時に半導体皮膜２２６の表面２２８に局所的電荷の蓄積が生ずる起こり易さを小さくする。この態様で一様化された表面電荷は半導体皮膜表面２２８での電場応力を減少させ、これにより二次電子放出発生を低減する。このように、二次電子放出の潜在的可能性のさらなる低下が、ＡＦＥ皮膜８８への半導体皮膜２２６の施工によって実現され得る。本発明の一実施形態では、半導体皮膜２２６は、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）の一つを含んでおり、第一のＡＦＥ皮膜８８を既に有する絶縁体７３を被覆するのに用いられる。代替的な各実施形態では、半導体皮膜２２６は、Ｓｉ（ケイ素）、Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３（酸化アルミニウムと及び酸化クロムとの混合物）、（Ｌａ，Ｃｏ）ＣｒＯ３、（Ｓｒ，Ｃａ）ＲｕＯ２、Ｌａ（Ｆｅ，Ａｌ）Ｏ３、及びＢｉ１．５ＺｎＳｂ１．５Ｏ７の一つを含んでいてよい。さらに、当業者は、半導体皮膜２２６を、図３に示す皮膜９４、９５のような多数のＡＦＥ皮膜に施工してもよいことを認められよう。
【００３５】
図８は、非侵襲型小荷物検査システムと共に用いられるＣＴシステムの見取り図である。小荷物／手荷物検査システム５００が、内部に開口５０４を有する回転ガントリ５０２を含んでおり、この開口５０４を通して小荷物又は手荷物を通過させることができる。回転ガントリ５０２は、高周波電磁エネルギ源５０６と、シンチレータ・セルで構成されたシンチレータ・アレイを有する検出器アセンブリ５０８とを収容している。また、コンベヤ・システム５１０が設けられており、コンベヤ・システム５１０は、構造５１４によって支持されており走査のために小荷物又は手荷物５１６を自動的に且つ連続的に開口５０４に通すコンベヤ・ベルト５１２を含んでいる。対象５１６はコンベヤ・ベルト５１２によって開口５０４に送り込まれる。次いで、撮像データを取得し、コンベヤ・ベルト５１２によって開口５０４から小荷物５１６を除去することを、制御された連続的な態様で行なう。結果として、郵便物検査官、手荷物積み降ろし員及び他の警備人員が、爆発物、刃物、銃及び密輸品等について小荷物５１６の内容を非侵襲的に検査することができる。
【００３６】
電子管設計は様々な構造的具現化形態を含み得るが、動作の基本的な原理は本質的に同じであり、当業者は、本発明の範囲が所載のＸ線管に加え一般に電子管に対する応用も含んでいることを認められよう。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、真空管用の絶縁体が、電気絶縁性のバルク材料と、バルク材料の第一の部分に施工される第一の反強誘電性皮膜とを含んでいる。
【００３８】
本発明のもう一つの実施形態によれば、真空管用の絶縁体を製造する方法が、電気絶縁性のバルク材料を準備するステップと、バルク材料の第一の表面に第一の反強誘電性皮膜を施工するステップとを含んでいる。
【００３９】
本発明のさらにもう一つの実施形態は、カソードと、アノードと、絶縁体とを含むＸ線管アセンブリを含んでおり、絶縁体は、第一の表面及び連続して接した第二の表面を有するセラミック製バルク材料を含む。アセンブリはまた、電場依存型の第一の誘電率を有し第一の表面に施工される第一のナノセラミック皮膜を含んでいる。
【００４０】
本書の記載は、実例を用いて、最良の態様を含めて発明を開示すると共にあらゆる当業者が任意の装置又はシステムを製造して利用すること、及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めて発明を実施することを可能にしている。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書記言語と異ならない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書記言語と僅かな差しかないような等価の構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものと看做される。
【符号の説明】
【００４１】
１０  イメージング・システム
１２  Ｘ線管又はＸ線源
１４  Ｘ線のビーム
１６  対象
３０  エネルギのスペクトル
１８  検出器
２０  プロセッサ
２２  コンピュータ
２４  操作コンソール
２６  表示ユニット
２８  記憶装置
５０  フレーム
５２  放射線放出路
５４  密閉容器又は真空領域
５５  フィラメント
５６  アノード
５７  ターゲット
５８  軸受カートリッジ
５９  ターゲット・シャフト
６０  カソード
６２  回転子
６８  中柱
７１  電気リード
７３  絶縁体
７７  電気接点
８５  内周
８６  ターゲット材料
８７  外周
８８  皮膜
９０  表面
９４  第一の反強誘電体（ＡＦＥ）皮膜
９５  第二のＡＦＥ皮膜
９６  三点接合点
９９  境界
１００  電場
１０２  複数の電場力線
１０６  三点接合点
１１０  絶縁体表面
１１６  境界
１５４  真空領域
１６８  中柱
１７３  絶縁体
１８０  絶縁体表面
２００  Ｙ軸
２０５  ｘ軸
２１０  典型的なＡＦＥ材料の誘電率の鋭いピーク
２２６  付加的な半導体皮膜
２２８  表面
３０２  等電位線の組
３０６  三点接合点
３１０  絶縁体表面
３１４  第一のＡＦＥ皮膜
３１６  境界
３１８  第二のＡＦＥ皮膜
３２０  ＡＦＥ皮膜厚み
３５４  真空領域
３６８  中柱
３７３  真空管絶縁体
３８７  外周
５０２  回転ガントリ
５０４  開口
５０６  高周波電磁エネルギ源
５０８  検出器アセンブリ
５１０  コンベヤ・システム
５１２  コンベヤ・ベルト
５１４  支持構造
５１６  小荷物又は手荷物
【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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【図７】
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【図８】
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