(57)【要約】【課題】電子放出源３が接続された電極２と、電子放出源３からの電子の照射で放射線を発生させるターゲット５が接続された電極４とが、電気的に絶縁性の管状部材６の両開口端に取り付けられて真空容器を構成している放射線発生管１において、電極２，４と管状部材６の接合箇所における電極端部の電界集中を緩和し、絶縁破壊の可能性が低く、かつ放射線出力安定性及び信頼性の高い放射線発生管１を提供する。【解決手段】管状部材６の外周の周方向に環状の凸部２１を形成し、電極２，４と凸部２１との間の管状部材６の外周の周方向に、両電極２，４に隣接する管状部材６の両端部の外周面を結ぶ面よりも内周側へ窪んだ環状の凹部２２を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出源が接続された電極と、前記電子放出源からの電子の照射で放射線を発生させるターゲットが接続された電極とが、電気的に絶縁性の管状部材の両開口端に取り付けられて真空容器を構成している放射線発生管において、
前記管状部材の外周の周方向に環状の凸部が形成されており、
前記電極の少なくとも一方と前記凸部との間の管状部材の外周の周方向に、前記両電極に隣接する前記管状部材の両端部の外周面を結ぶ面よりも内周側へ窪んだ環状の凹部が形成されていることを特徴とする放射線発生管。
【請求項２】
前記凸部は、前記両電極の対向方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の放射線発生管。
【請求項３】
前記凹部は、前記複数の凸部のうち前記一方の電極に最も近い凸部と、前記一方の電極との間に位置していることを特徴とする請求項２に記載の放射線発生管。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の放射線発生管と、
該放射線発生管の駆動を制御する駆動回路部と、
前記放射線発生管及び駆動回路部を収納し、放射線発生管で発生した放射線を放出する放出窓を有する収納容器と、
前記収納容器の内部に充填された絶縁性液体と
を備えることを特徴とする放射線発生ユニット。
【請求項５】
前記管状部材の誘電率は、前記絶縁性液体の誘電率よりも高いことを特徴とする請求項４記載の放射線発生ユニット。
【請求項６】
前記管状部材は、比誘電が６〜１０の物質で構成され、前記絶縁性液体は、比誘電率が３〜４の物質であることを特徴とする請求項４又は５に記載の放射線発生ユニット。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか一項に記載の放射線発生ユニットと、
該放射線発生ユニットから放出され、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置と、
前記放射線発生ユニットと前記放射線検出装置とを連携制御する制御装置とを備えることを特徴とする放射線撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば医療機器、非破壊検査装置等に適用できる放射線発生管、それを備えた放射線発生ユニット及び放射線撮影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、陰極と陽極とを、電気的に絶縁性の管状部材の各開口端に取り付けて真空容器を構成した放射線発生管が知られている。この放射線発生管の陰極には電子放出源が接続さ、陽極には前記電子放出源からの電子の照射で放射線を発生させるターゲットが接続されており、陰極と陽極間に電圧を印加することで放射線を発生させるものとなっている。このような放射線発生管では、小型化や、高エネルギー化のための高電圧化において、耐電圧性能（以下「耐圧」という）が課題となっている。
【０００３】
放射線発生管は、駆動回路部と共に収納容器内に収容され、放射線発生ユニットとして放射線撮影システムに組み込まれる。放射線発生ユニットにおいては、高電圧に対する耐圧を確保するためと、放射線発生管を冷却するために、放射線発生管を熱伝導性が良好な絶縁性液体が充填された収納容器に収納した構造がとられている。しかし、放射線発生管の構造や使用電圧によっては、絶縁性液体中で絶縁破壊を発生することもある。
【０００４】
従来、上記沿面放電の抑制のために、放射線発生管の管状部材の表面に凹凸を設け、これによって電極間の沿面距離を延長させ、耐電圧性能を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３５７７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、放射線撮影システムの用途として在宅医療・救急時の現場医療検査にも適用される場合があり、装置の搬送を容易するため小型化が求められている。出力を維持しつつ小型化するためには陰極と陽極間にはより高い電界が印加されるため、更なる耐電圧性能が求められる。従って、特許文献１に記載の構成だけでは、耐電圧性能が不足する場合がある。
【０００７】
本発明者等は、耐圧向上に際して次のような課題を発見した。即ち、一般に電極と管状部材の接合箇所における電極端部（他方の電極との対向側端部）に電界集中する。特許文献１のような凹凸を付けた場合、凸部が開始する位置が電極に近づくと、電極と管状部材の接合箇所における電極端部の電界集中をより一層招いてしまい、絶縁性液体中で絶縁破壊を生じやすくなる。
【０００８】
本発明は、電極と管状部材の接合箇所における電極端部の電界集中を緩和し、絶縁破壊の可能性が低く、かつ放射線出力安定性及び信頼性の高い放射線発生管を提供することを目的とする。また、本発明は、同時に、絶縁破壊の可能性が低く、かつ放射線出力安定性及び信頼性の高い放射線発生ユニット及び放射線撮影システム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】
上記課題を解決するために、本発明の第１は、電子放出源が接続された電極と、前記電子放出源からの電子の照射で放射線を発生させるターゲットが接続された電極とが、電気的に絶縁性の管状部材の両開口端に取り付けられて真空容器を構成している放射線発生管において、
前記管状部材の外周の周方向に環状の凸部が形成されており、
前記電極の少なくとも一方と前記凸部との間の管状部材の外周の周方向に、前記両電極に隣接する前記管状部材の両端部の外周面を結ぶ面よりも内周側へ窪んだ環状の凹部が形成されていることを特徴とする放射線発生管を提供するものである。
【００１０】
また、本発明の第２は、上記本発明の第１に係る放射線発生管と、
該放射線発生管の駆動を制御する駆動回路部と、
前記放射線発生管及び駆動回路部を収納し、放射線発生管で発生した放射線を放出する放出窓を有する収納容器と、
前記収納容器の内部に充填された絶縁性液体と
を備えることを特徴とする放射線発生ユニットを提供するものである。
【００１１】
更に、本発明の第３は、上記本発明の第２に係る放射線発生ユニットと、該放射線発生ユニットから放出され、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置と、前記放射線発生ユニットと前記放射線検出装置とを連携制御する制御装置とを備えることを特徴とする放射線撮影システムを提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電極の少なくとも一方と凸部との間に環状の凹部を設けることで、電極端部の電界集中を緩和することができる。従って、長期間に渡り高い耐圧性能を維持することができ、放射線出力安定性及び信頼性の高い放射線発生管、放射線発生ユニット及び放射線発生システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る放射線発生管の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】放射線発生管の電極付近の電位状態を示す図で、（Ａ）は凸部と凹部がない場合の電極付近の電位分布を示す等電位線図、（Ｂ）は凸部を有する場合の電極付近の電位分布を示す等電位線図、（Ｃ）は凸部と凹部を有する場合の電極付近の電位分布を示す等電位線図である。
【図３】図２の（Ａ）〜（Ｃ）における電界強度と電極の突出部からの距離の関係を示す図である。
【図４】本発明に係る放射線管の他の例を示す図で、（Ａ）は第２の実施形態を示す断面図、（Ｂ）は第３の実施形態を示す断面図、（Ｃ）は第４の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る放射線発生ユニットの一実施形態を示す図である。
【図６】本発明に係る放射線撮影システムの一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に参照する図面において、同じ符号は同様の構成要素を示す。
【００１５】
〔放射線発生管の第１の実施形態〕
図１に示すように、放射線発生管１は、陰極２と陽極４である両電極と、電気的に絶縁性の管状部材６とを有する。筒状をなす管状部材６の両開口端には両電極（陰極２及び陽極４）がそれぞれ取り付けられて、真空容器８を構成している。
【００１６】
真空容器８の内部には、陰極２に接続された電子放出源３が設けられている。真空容器８内は、電子放出源３が備える電子放出部９から放出された電子が、電子線としてターゲット５に照射可能な程度に減圧（真空排気）されている。真空容器８の内部空間の真空度は、使用する電子放出源３の種類や、駆動条件等を考慮して適宜選択することが可能であるが、例えば、１０-4〜１０―8Ｐａの真空度とすることが可能である。スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型、ＭＩＭ等の冷陰極型電子放出源を使用した場合には、電子放出特性の安定性の点で、１０-6Ｐａ以下の真空度とすることが好ましい。真空度の維持の為に、不図示のゲッタを真空容器８の内部空間又は内部空間に連通している不図示の補助スペースに設置することも可能である。
【００１７】
本発明における陰極２は、電子放出源３の周辺の静電場の空間的な非対称性を緩和するとともに、局所的な電界集中が生じないように真空容器８に対する電子放出源３の取り付け部周辺の静電場を規定している。電子放出源３は、電子放出部９を有し、電子放出部９は、放出電子電流を供給する２極の電極をエミッタ電極対として備える（不図示）。電子ビーム集束、非点収差補正等の電子光学的な機能を付加する場合は、更に数極の補助電極（不図示）を設けることができる。前述のエミッタ電極対と補助電極とからなる電極群は、駆動回路部１２（図５参照）と電流導入端子１１を介して接続することが可能である。前述の静電場の非対称性緩和の観点からは、陰極２は、陽極４の電極電位に対して充分低い定電位に規定されることが好ましい。陰極２は、電子放出部９に電位を供給するエミッタ電極対のいずれか一方と同電位に規定したり、エミッタ電極対のそれぞれの電位の中間電位に電位規定したりすることが可能である。上記補助電極は、放射線発生管１の外部に配置した不図示の補正回路と接続することが可能である。この補正回路及びターゲット５の電位を規定する電圧源は、いずれも駆動回路部１２（図５参照）が備えるようにすることも可能である。
【００１８】
陰極２は、管状部材６の開口端に固着されている。この実施形態では、陰極の外周縁から管状部材６側へ環状の突出部２３が延出しており、突出部２３の接合部１５において接合材１６を介して管状部材６が嵌合して接合されている。また、陰極２には電子放出源３が接続されており、その電子放出部９から陽極４側に対して電子を出射できる構造となっている。
【００１９】
電子放出源３としては、真空容器８の外部より放出電子量を制御可能な電子放出源であれば良く、前述の冷陰極型電子放出源の他、熱陰極型電子放出源を用いることが可能である。大電流の電子線を安定に取り出せる点で、含浸型カソードの熱陰極電子放出源を好適に使用することができる。また、電子放出源３は、陰極２に設けた電流導入端子１１を介して、電子放出量及び電子放出のオン・オフタイミングを制御可能なように、駆動回路部１２（図５参照）に電気的に接続されている。
【００２０】
陽極４は、電圧源によりターゲット５を電位規定し、ターゲット５に流れる陽極電流を電圧源を介して接地端子（不図示）に通電する機能を有する。更に、陽極４は、陰極２と同様にして、放射線発生管１のターゲット５周辺の静電場を規定する機能を有する電極である。よって、陰極２及び陽極４は、電子放出源３及びターゲット５のそれぞれの近傍の静電場において局所的に電界集中が生じないことが望ましく、かつ、陰極２と陽極４間の電界分布を平行電場になるべく近づけるものであることが望ましい。
【００２１】
この実施形態の陽極４は、陰極２と同様の接続構造で管状部材６の開口端に固着されている。即ち、外周縁に環状の突出部２３が設けられ、接合部１５において接合材１６を介して管状部材６が嵌合して接合されている。陽極４にはターゲット５が接続されている。陰極２に接続された電子放出源の電子放出部９から出射された電子がターゲット５に衝突することで放射線が発生するものとなっている。
【００２２】
陰極２及び陽極４の大きさは、管状部材６の開口端の径と同等又はそれ以上の径で形成されている。陰極２及び陽極４のそれぞれは、所定の面積の範囲を電位規定することが好ましく、絶縁性の管状部材６の開口断面積に一致させることがより好ましい。
【００２３】
陽極４は、ターゲット５を透過して放出される放射線の照射範囲を規定可能な不図示の遮蔽体を別途備えることも可能である。遮蔽体は、ターゲット５の周囲を取り囲み、真空容器の外側と内側にそれぞれ突出した筒状の部材として設けることができる。陽極４とターゲット５は、前記遮蔽体を介して接続することも可能である。
【００２４】
陰極２と陽極４の材料は、導電性、気密性、強度、及び管状部材６との線膨張係数整合によって決めることが可能であり、コバールやタングステン等を適用することが可能である。
【００２５】
ターゲット５は、電子放出部９から放出された電子の照射を受けることが可能な位置に配置されている。陰極２と陽極４間の電場の対称性の観点からは、ターゲット５が電子放出部９と対向して配置されていることが好ましい。
【００２６】
ターゲット５には、電子放出部９に対して１０ｋＶ〜２００ｋＶの正電位が印加され、電子放出部９から放出された電子が電子線として、１０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶの入射エネルギーでターゲット５に入射し、ターゲット５で放射線を発生させる。従って、陰極２と陽極４間の電界分布の非対称性を抑制する観点から、陽極４には陰極２に対して、電子放出部９に対するターゲット５の電位と同程度の正電位が印加されることが好ましい。ターゲット５は、電子の衝突によって放射線を発生する重元素を含有したターゲット材を備えている。
【００２７】
ターゲット５は、ターゲット材のみからなる自立型の形態とすることが可能であり、自立型の形態としては、ダイアフラム状の金属薄膜が陽極４に接続されている形態を含む。またターゲット５は、放射線を透過する材料中にターゲット材料を分散した状態で含有した分散型形態とすることや、ターゲット材料を含む金属薄膜を、放射線を透過する材料からなる支持基板上に積層させた積層型の形態とすることも可能である。放射線を透過する支持基板としては、ベリリウムやダイアモンドのような低原子番号材料からなる板材が好ましい。金属薄膜は数μｍの厚さで支持基板上に形成することが、放射線の減衰を抑制する点、ターゲット５の熱変形によるデフォーカスを抑制する点で好ましい。この金属薄膜は、放射線量及び入射電子量の変換効率の観点から、原子番号２６以上の重金属材料を用いることが好ましい。具体的には、タングステン、モリブデン、クロム、銅、コバルト、鉄、ロジウム、レニウム又はこれらの合金材料とすることが可能である。支持基板上に金属薄膜を形成する場合は、支持基板との密着性が確保されれば、特定の製法には限定されず、スパッタ、ＣＶＤ、蒸着等の各種成膜方法が利用可能である。
【００２８】
管状部材６は電気的に絶縁性で、陰極２と陽極４が取り付けられる２つの開口端を備えている。管状部材６は、電子放出部９から放出された電子がターゲット５に照射されるように真空容器８の内部空間を形成している。真空容器８としては、図１のように陰極２と陽極４が互いに露出して対向している形態だけでなく、管状部材６の内部空間が仕切りにより隔てられていて、電子放出源３がこの仕切りを貫通しているような形態も含まれる。また、陽極４（陰極２でもよい）が、管状部材６の側面に接続された形態としても良い。さらには、陰極２と陽極４が互いに対向せずに、非平行な位置関係とすることも可能である。管状部材６は、図１のようにその断面が円管状の形態に限らず、その断面の外周形状や内周形状が多角形であってもよい。管状部材６の材料は、電気絶縁性、気密性、低ガス放出性、耐熱性及び陰極２や陽極４との線膨張係数整合の観点で選ばれるが、ボロンナイトライド、アルミナ等の絶縁性セラミック、ホウケイ酸ガラス等の絶縁性の無機ガラスが適用可能である。
【００２９】
本実施形態においては、管状部材６の両端部を残して中央部に幅広に設けた単一の凸部２１が環状に設けられている。管状部材６の両開口端は、陰極２及び陽極４が固着されて密閉されている。前記のように、陰極２及び陽極４の管状部材６への取り付けは、突出部２３を管状部材６に嵌め込むことで行われている。この実施形態では、陰極２及び陽極４の突出部２３の端部が電界集中箇所であり、この電極端部と凸部２１の間の管状部材６の外周の周方向に環状の凹部２２が形成されている。凹部２２は、陰極２及び陽極４にそれぞれ隣接する管状部材６の両端部の外周面を結ぶ面よりも内周側へ窪んでいる。この実施形態の凹部２２は、断面矩形となっているが、その他の断面形状とすることもできる。
【００３０】
陰極２又は陽極４の突出部２３の端部である電極端部は、放射線発生管１の動作時に電界集中するため、放射線発生管１の耐圧特性を制限する。従って、放電抑制の観点から、電極端部近傍の電界分布の不均一性を抑制することが対策の一つとなる。陰極２、陽極４と管状部材６を導電性の接合材１６を介して接合することで、接合部１５近傍の電界分布を、接合部１５の周方向に沿って均一化することが可能となる。接合材１６としては、導電性を有し、耐熱性と金属―絶縁体の異種材料間の接合性が良好な銀ろう、銅ろう等の硬ろう（ろう付け用合金）が好ましく適用できる。管状部材６と、陰極２又は陽極４との接合部１５の周方向の電界の均一性の観点からは、接合材１６は環状であって、接合部１５を環状に気密接合していることが好ましい。
【００３１】
接合材１６は、陰極２、陽極４及び管状部材６よりも融点が低く、接合工程において、陰極２、陽極４及び管状部材６よりも軟化変形しやすい性質を備えるとともに、被接合部材に濡れる性質を有することで、被接合部材に密着して接合面を確保する材料である。
【００３２】
この実施形態の管状部材６には前述したように凸部２１が形成されている。凸部２１は、陰極２の外周面と陽極４の外周面とを結ぶ面よりも外方へ突出している。これにより、陰極２と陽極４の各突出部２３，２３の先端同士が直接向かい合わないようにすることができ、陰極２と陽極４の沿面距離を長くすることができる。
【００３３】
上記の効果により、陰極２又は陽極４の近傍の電界集中により発生した部分放電を、陰極２と陽極４間の全路破壊に発展させにくくすることができ、耐圧を向上させることができる。耐圧向上により、高エネルギー放射線の放射や、更なる小型化が可能となる。
【００３４】
更に本発明の特徴である凹部２２を設けることにより更なる耐圧向上を実現することができる。
【００３５】
凹部２２は、管状部材６の外周面に、管状部材６の周方向に環状に形成されている。凹部の形状には限定はないが、深く、広く、かつ陰極２又は陽極４に近いほど効果があり、真空容器８の機能を損なわないように適宜選択することができる。凹部２２は、少なくとも一方の電極側（陰極２側又は陽極４側）に設けることで、電界集中の緩和による耐圧性の向上を得ることができる。但し、より高い耐圧性を得るためには、本実施形態のように、両電極側（陰極２側及び陽極４側）に設けることが好ましい。
【００３６】
上記の耐圧向上について図２及び図３を用いて詳細に説明する。図２（ａ）〜（ｃ）の各図は、本発明の特徴である環状の凹部による突出部近傍の電界集中の緩和効果を、陰極と管状部材との界面近傍における等電位線分布を用いて説明する概略断面図である。図３は、陰極と管状部材との界面近傍における、電界強度分布の突出部からの距離依存性を示すものである。図３中のプロット（ａ）〜（ｃ）は、図２（ａ）〜（ｃ）の各図に対応している。
【００３７】
図２（Ａ）に示すように、凸部２１（図１参照）を有しない放射線発生管の陰極２側では、突出部２３の先端に電界が集中する。図２（Ａ）に示す湾曲した曲線は、電位分布を示す等電位線であり、電位分布は突出部２３近辺で勾配が高く、徐々に緩やかになっている。図３のグラフの縦軸が規格化電界強度であり、横軸が突出部２３の先端から陽極に向かう方向における距離を示す。図２（Ａ）の放射線発生管の電界強度を図３の破線（Ａ）が示す。この破線（Ａ）によって表されているように、電界集中箇所である突出部２３の先端で電界強度が高くなっており、突出部２３先端からの距離が離れた場所では電界強度が低下している。
【００３８】
一方、凸部２１が陰極２に近づくと、より一層陰極２の端部付近の電界集中を招いて、放電を引き起こし易くなる。図２（Ｂ）は、凸部２１を設けた従来の放射線発生管の陰極２近傍を示している。図２（Ｂ）において凸部２１のある領域ａは、凸部２１のない領域ｂに比べて、相対的に静電容量が増すため、領域ｂでの電位勾配が増大し、その結果、陰極２付近の電界集中を招いている。この実施形態では突出部２３の先端に電界が集中する。図２（Ｂ）に示す湾曲した曲線は電位分布を示しており、電位分布は突出部２３近辺で勾配が高く、徐々に緩やかになっている。また、図２（Ｂ）の領域ｂ及び領域ｃは、図３における領域ｂ’及び領域ｃ’と対応している。この放射線発生管の場合、図３で一点鎖線（Ｂ）で示すように、電界集中箇所である突出部２３近傍で電界強度が高くなっており、突出部２３先端からの距離が離れた場所では電界強度が低下している。
【００３９】
つまり、上述した図２（Ａ）及び図２（Ｂ）では突出部２３の先端部で電界強度が高くなるため、電界放出を起こす可能性が高くなってしまっている。
【００４０】
図２（Ｃ）は、凸部２１を設けた管状部材６に更に凹部２２を設けた本発明の放射線発生管の陰極２側の極近傍を示している。上述した図２（Ａ）、図２（Ｂ）と同様に、電位分布は突出部２３近辺で比較的勾配が高くなる。しかし、凹部２２を設けることにより、突出部２３近辺の勾配よりも高い電位分布の場所を規定することができる。凹部２２は、凸部２１と陰極２との間に形成されている。また、放射線発生管は、通常、図５に示されるように、絶縁性液体２０中に浸漬された状態で設置される。一般的に、管状部材６の素材の比誘電率は６〜１０程度、絶縁性液体２０は比誘電率が３〜４程度の物質であり、相対的な誘電率は管状部材６が絶縁性液体２０よりも高い。図２（Ｃ）において凹部２２のある領域ｃ’は領域ｂ’に比べて、相対的に静電容量が減るため、領域ｃ‘では領域ｂ’に比べて電位勾配が増大する。従って、相対的に領域ｂ‘の電位勾配が緩和される。よって、陰極２の近傍は局所的に電界集中が緩和されることになる。
【００４１】
つまり、図２（Ｃ）の領域ｂでは、電位勾配が図２（Ａ）及び図２（Ｂ）と同程度と考えられる。しかし、領域ｃ’に凹部２２を設けたことにより、凹部２２が設けられている領域ｃ’内に電位勾配が高い場所を規定することができる。更にこれを図３により説明すると、図３の実線（Ｃ）に示すように、突出部２３近傍よりも電界強度が高い場所が凹部２２上に規定される。従って、突出部１６の先端の電界強度よりも高い電界強度の箇所を凹部２２により規定することにより、ｃ’区間の電界強度を増大させて、ｂ’区間の電界強度を低減させることが可能となる。これにより、陰極２近傍である突出部２３近傍に生じる電界集中を、環状の凹部２２によって抑制することができ、陰極２近傍の電界強度を低減させることを実現できる。
【００４２】
陰極２近傍の電界強度を低減させることにより、陰極２近傍で発生していた電界放出を抑制することができ、耐圧性能を上げることができる。また、上記図２及び図３による説明は陰極２の近傍についてであるが、陽極４側においても同様な耐圧性能の向上が得られる。更に、後述する第２〜第４の実施形態に係る放射線発生管１についても同様である。
【００４３】
〔放射線発生管の第２の実施形態〕
図４（Ａ）に示すように、管状部材の陰極２と陽極４の対向方向の外面断面形状が、凸部２１が凹部を挟んで連なった波形をなしている。また、最も陰極２寄りの凸部２１と陰極の間と、最も陽極４寄りの凸部２１と陽極４の間に、それぞれ凹部２２が設けられている。
【００４４】
この実施形態のような波形の凸部２１とし、陰極２と陽極４の対向方向に複数設けると、陰極２と陽極４の沿面距離をより長いものとしやすく、これと凹部２２を組み合わせることで、耐圧を一層高めることができる。
【００４５】
〔放射線発生管の第３の実施形態〕
図４（Ｂ）に示すように、この実施形態の凸部２１は、横断方向の断面形状が半円形となっている。このような形状の凸部２１としても、凹部２２と組み合わせることで、図１と同様の耐圧性の向上を得ることができる。
【００４６】
〔放射線発生管の第４の実施形態〕
図４（Ｃ）に示すように、この実施形態の凸部２１は、管状部材６の両端部の外周にそれぞれ設けられている。また、凸部２１の横断方向の断面形状は矩形となっている。このような形状の凸部２１としても、凹部２２と組み合わせることで、図１の放射線発生管１と同様の耐圧性の向上を得ることができる。
【００４７】
〔放射線発生ユニットの実施形態〕
本発明の放射線発生ユニットを図５により詳細に説明する。
【００４８】
放射線発生ユニット１８は、収納容器１７と、放射線発生管１と、駆動回路部１２とを有し、収納容器１７内部に放射線発生管１と駆動回路部１２が設置されている。また、これらの冷却媒体として収納容器１７の内部の余剰空間には絶縁性液体２０が満たされている。また、収納容器１７には、収納容器１７内部に配置される放射線発生管１からの放射線を放出するための放出窓１９が設けられている。
【００４９】
収納容器１７は、放射線発生ユニット１８の動作安定性や安全性の観点から、所定の電位に規定する事が好ましく、好適な所定の規定電位としては、接地端子１３を介して規定した接地電位である。収納容器１７の材料としては、各種の材料を選択することが可能であるが、放射線遮蔽性、強度、表面電位規定性能の観点から、鉄、ステンレス、鉛、真鍮、銅等の金属が使用可能である。
【００５０】
駆動回路部１２では電圧が生成され、放射線発生管１の電流導入端子１１を介して電子放出部９の各電極に接続されている。電子放出部９から電子線１０が出射され、ターゲット５に当たることにより放射線１４が発生し、放射線透過窓１９を介して外部に出射される。
【００５１】
絶縁性液体２０は、放射線発生ユニット１８の耐圧特性と駆動時の動作安定性の観点から、収納容器１７内に充填されている。絶縁性液体２０を導入することにより、放射線発生管１の陰極２と陽極４の間の絶縁性を確保した上で、放射線発生管１の動作時の放熱性を向上させることが可能となる。
【００５２】
絶縁性液体２０は、電気絶縁性が高く、冷却能力の高く、熱による変質の少ないものが好ましく、例えば、シリコーン油、トランス油、フッ素系オイル等の電気絶縁油、ハイドロフルオロエーテル等のフッ素系の絶縁性液体等が使用可能である。
【００５３】
この実施形態に示す放射線発生管１は、陰極２及び陽極４に突出部２３（図１参照）が設けられておらず、管状部材６の開口端の外径と同径の陰極２及び陽極４が、環状に配置された接合材１６によって固着して接合している。また、凸部２１は、陰極２と陽極４の対向方向に波形となるように複数形成されている。
【００５４】
凹部２２は、最も陰極２寄りの凸部２１と陰極の間と、最も陽極４寄りの凸部２１と陽極４の間に、それぞれ設けられている。陰極２及び陽極４と凸部２１の間に凹部２２を設けたことにより、波形の凸部２１による長い沿面距離と相俟って、高い耐圧性を得ることができる。
【００５５】
本発明の放射線発生管は透過型に限定されることなく反射型にも好適に適用できる。また、この放射線発生ユニットに可動絞りユニットを備えた放射線発生装置を提供することもできる。
【００５６】
〔放射線撮影システムの一実施形態〕
図６に基づいて、本発明に係る放射線撮影システムの一例を説明する。
【００５７】
本例において、既に説明した放射線発生ユニット１８は、その放射線透過窓１９部分に設けられた可動絞りユニット１００と共に放射線発生装置２００を構成している。可動絞りユニット１００は、放射線発生ユニット１８から照射される放射線の照射野の広さを調整する機能を有する。また、可動絞りユニット１００として、放射線の照射野を可視光により模擬表示できる機能が付加されたものを用いることもできる。
【００５８】
システム制御装置２０２は、放射線発生装置２００と放射線検出装置２０１とを連携制御する。放射線駆動回路１２は、システム制御装置２０２による制御の下に、放射線発生管１に各種の制御信号を出力する。この制御信号により、放射線発生装置２００から放出される放射線の放出状態が制御される。放射線発生装置２００から放出された放射線は、被検体２０４を透過して検出器２０６で検出される。検出器２０６は、検出した放射線を画像信号に変換して信号処理部２０５に出力する。信号処理部２０５は、システム制御装置２０２による制御の下に、画像信号に所定の信号処理を施し、処理された画像信号をシステム制御装置２０２に出力する。システム制御装置２０２は、処理された画像信号に基づいて、表示装置２０３に画像を表示させるための表示信号を表示装置２０３に出力する。表示装置２０３は、表示信号に基づく画像を、被検体２０４の撮影画像としてスクリーンに表示する。放射線の代表例はＸ線であり、本発明の放射線発生ユニット１８と放射線撮影システムは、Ｘ線発生ユニットとＸ線撮影システムとして利用することができる。Ｘ線撮影システムは、工業製品の非破壊検査や人体や動物の病理診断に用いることができる。
【実施例】
【００５９】
（実施例１）
図１に示す放射線発生管１を作製した。凸部２１及び凹部２２は、陰極２側及び陽極４側に同じように形成した。凸部２１は陰極２側の接合部１５の端から５ｍｍの位置と、陽極４側の接合部１５の端から５ｍｍの位置までを、高さ４ｍｍで突出させた。凹部２２は接合部１５の端から１ｍｍ〜５ｍｍの位置に深さ１ｍｍの矩形状とした。
【００６０】
また、比較のため、凸部２１及び凹部２２のない放射線発生管、凸部２１だけを設けた放射線発生管も作製した。凸部２１だけを設けた場合は、凸部２１も凹部２２もない場合に比べて、絶縁性液体２０中の陰極２と陽極４間沿面距離を約１０ｍｍ延長でき、陰極２又は陽極４近傍の部分放電が、陰極２と陽極４間の絶縁破壊に発展しにくくなっている。しかし、陰極２や陽極４の端部の電界強度は１．２倍に増加し、部分放電し易くなる。
【００６１】
一方、本実施例の放射線発生管１は、絶縁性液体２０中の陰極２と陽極４間の沿面距離は凸部２１だけ設けた場合の放射線発生管と同等の長さで、陰極２や陽極４の端部の電界強度は凸部２１も凹部２２も設けない場合の放射線発生管と同等に留められている。よって、部分放電の発生を抑え、かつ陰極２と陽極４間の絶縁破壊への発展も抑制できる。
【００６２】
上記のような方法で、放射線発生管１を作製し、放射線発生装置１８に用いた絶縁性液体２０と同じ電気絶縁油中で高電圧印加を試みた。陰極２を接地し、陽極４を高圧電源に接続し、１２０ｋＶ以上で５ｋＶ毎に昇圧し、３０分保持する試験を行ったところ、１５０ｋＶまで放電することが無かった。一方、凸部２１も凹部２２もない場合は１３０ｋＶ、凸部２１のみ設けた場合も１３０ｋＶで放電しており、本実施例の効果が確認された。
【００６３】
また、上記作製した放射線発生管１を放射線発生装置１８内に収め、駆動したところ、安定して放射線放出が確認できた。
【００６４】
（実施例２）
図４（Ａ）に示す放射線発生管を作製した。図５で示す放射線発生管１に対して、陰極２及び陽極４に突出部２３を設け、真空機密をより確実なものとした。突出量は５ｍｍとし、接合代として、管状部材６を１０ｍｍ長くし７０ｍｍとした。また凹部２２は陰極２側及び陽極４側ともに、接合部１５の端から１ｍｍ〜５ｍｍの位置とした。
【００６５】
また、比較のために、凸部２１及び凹部２２のない放射線発生管、凸部２１だけを設けた放射線発生管も作製した。凸部２１だけを設けた場合は、凸部２１も凹部２２もない場合に比べて、絶縁性液体２０中の陰極２と陽極４間沿面距離を約１０ｍｍ延長でき、陰極２又は陽極４近傍の部分放電が、陰極２と陽極４間の絶縁破壊に発展しにくくなっている。しかし、陰極２や陽極４の端部の電界強度は１．１倍に増加し、部分放電し易くなる。
【００６６】
一方、本実施例の放射線発生管１は、絶縁性液体２０中の陰極２と陽極４間沿面距離は凸部２１だけ設けた場合の放射線発生管と同等の長さで、陰極２や陽極４の端部の電界強度は凸部２１も凹部２２も設けない場合の放射線発生管と同等に留められている。よって、部分放電の発生を抑え、かつ陰極２と陽極４間の絶縁破壊への発展も抑制できる。
【００６７】
上記のような方法で、放射線発生管１を作製し、放射線発生装置１８に用いた絶縁性液体２０と同じ電気絶縁油中で高電圧印加を試みた。陰極２を接地し、陽極４を高圧電源に接続し、１２０ｋＶ以上で５ｋＶ毎に昇圧し、３０分保持する試験を行ったところ、１５０ｋＶまで放電することが無かった。一方、凸部２１も凹部２２もない場合は１３０ｋＶ、凸部２１のみ設けた場合は１３５ｋＶで放電しており、本実施例の効果が確認された。
【００６８】
また、上記作製した放射線発生管１を放射線発生装置１８内に収め、駆動したところ、安定して放射線放出が確認できた。
【００６９】
（実施例３）
図４（Ｂ）に示す放射線発生管１を作製した。実施例１で作製した放射線発生管１に対して、凸部２１及び凹部２２の形状を変えた。凸部２１及び凹部２２は、陰極２側及び陽極４側に同じように形成した。凸部２１は接合部１５の端から４ｍｍ〜１４ｍｍの位置に半径５ｍｍの半円状とし、凹部２２は接合部１５の端から１ｍｍ〜４ｍｍの位置に半径１．５ｍｍの半円状とした。
【００７０】
また、比較のために、凸部２１及び凹部２２のない放射線発生管、凸部２１だけを設けた放射線発生管も作製した。凸部２１だけを設けた場合は、凸部２１も凹部２２もない場合に比べて、絶縁性液体２０中の陰極２と陽極４間沿面距離を約１０ｍｍ延長でき、陰極２又は陽極４近傍の部分放電が、陰極２と陽極４間の絶縁破壊に発展しにくくなっている。しかし、陰極２や陽極４の端部の電界強度は１．１倍に増加し、部分放電し易くなる。
【００７１】
一方、本実施例の放射線発生管１は、絶縁性液体２０中の陰極２と陽極４間沿面距離は凸部２１だけ設けた場合の放射線発生管と同等の長さで、陰極２や陽極４の端部の電界強度は凸部２１も凹部２２も設けない場合の放射線発生管と同等に留められている。よって、部分放電の発生を抑え、かつ陰極２と陽極４間の絶縁破壊への発展も抑制できる。
【００７２】
上記のような方法で、放射線発生管１を作製し、放射線発生装置１８に用いた絶縁性液体２０と同じ電気絶縁油中で高電圧印加を試みた。陰極２を接地し、陽極４を高圧電源に接続し、１２０ｋＶ以上で５ｋＶ毎に昇圧し、３０分保持する試験を行ったところ、１４５ｋＶで放電した。一方、凸部２１も凹部２２もない場合は１３０ｋＶ、凸部２１のみ設けた場合も１３０ｋＶで放電しており、本実施例の効果が確認された。
【００７３】
また、上記作製した放射線発生管１を放射線発生装置１８内に収め、駆動したところ、安定して放射線放出が確認できた。
【００７４】
（放射線発生ユニットの実施例）
図５に示される放射線発生ユニットを作製した。
【００７５】
まず、放射線発生管を以下のようにして作成した。住友電気工業株式会社製の高圧合成ダイアモンドを支持基板として用意した。前記支持基板は、直径５ｍｍ、厚さ１ｍｍのディスク状（円柱状）の形状である。用意した支持基板を、ＵＶ−オゾンアッシャにより支持基板の表面にある有機物を除去した。
【００７６】
この支持基板の直径１ｍｍの円形の２面のうちの一方の面上に、スパッタ法により、Ａｒ（アルゴン）をキャリアガスとして、チタンからなる密着層を１０ｎｍの厚さで形成した。チタンの成膜時の支持基板は、２６０℃となるようにステージ加熱により加熱した。次に、成膜装置の雰囲気をベントする事なしに、連続成膜により、密着層の上に、Ａｒ（アルゴン）をキャリアガスとして、スパッタにより、タングステンからなるターゲット層を７μｍの厚さに形成した。タングステンの成膜時のダイアモンドからなる支持基板は、チタンの成膜時と同様に、２６０℃となるようにステージ加熱により加熱した。
【００７７】
チタンからなる密着層及びタングステンからなるターゲット層の各層の厚さは、積層成膜する前に、予め、単層膜で成膜した膜厚と成膜時間との検量線データを取得し、成膜時間により指定の膜厚となるようにして調整した。検量線データを取得する為の膜厚の測定は、株式会社  堀場製作所製の分光エリプソメータＵＶＩＳＥＬ  ＥＲを用いた。このようにして、ダイアモンドからなる支持基板、チタンからなる密着層、タングステンからなるターゲット層がこの順に積層したターゲット５を得た。
【００７８】
次に、直径６０ｍｍΦで厚さ３ｍｍのディスク状のコバールからなる金属板の中心部に、直径１．１ｍｍΦの円柱状の開口を形成するように加工して陽極４とした。陽極４に対して、有機溶媒洗浄、リンス、ＵＶ−オゾンアッシャ処理によって、陽極４の表面にある有機物を除去した。
【００７９】
次に、陽極４の開口と、ディスク状のターゲット５の外周部との間に、銀ろうを接合材として付与し、ろう付けを行い、ターゲット５が接続された陽極４を得た。
【００８０】
次に、直径６０ｍｍΦで厚さ３ｍｍのディスク状のコバールからなる金属板の中心部に、予め、電流導入端子１１を備え付けて陰極２とした。陰極２に対して、陽極４にした洗浄と同様の洗浄を行い、有機溶媒洗浄、リンス、ＵＶ−オゾンアッシャ処理によって、陽極４の表面にある有機物を除去した。
【００８１】
次に、電流導入端子１１と含浸型電子銃を電気的及び機械的に接続して、電子放出源３と接続された陰極２を得た。
【００８２】
次に、長さ６０ｍｍ、内径５０ｍｍの円管状で、外周部に波状の凸部２１を有する誘電性の管状部材６を用意した。管状部材６の基準となる外径は６０ｍｍで、凸部２１は、高さ８ｍｍ、周期８ｍｍのｓｉｎ波状とし、円管軸状の中心振り分けで連続的に６個形成した。また、二つの開口端から１ｍｍの位置から５ｍｍの位置まで深さ１ｍｍの、断面が矩形の凹部２２を設けた。管状部材６は比誘電率が１０程度のアルミナで形成した。管状部材６に対しても、陰極２や陽極４にしたのと同様の洗浄を行い、表面の有機物を除去した。
【００８３】
次に、陰極２の電子放出源３が接続された面と、管状部材６の一方の開口端との間に、環状に成形した日本工業規格ＢＡｇ−８（Ａｇ７２−Ｃｕ２８、融点７８０℃）の銀ろうを挿入して８２０℃でろう付けを行った。このろう付けにより、環状に気密接合した接合材１６を備える接合部１５を形成した。
【００８４】
次に、管状部材６の他方の開口端と、ターゲット５のタングステンを露出している側の面と同じ側を露出している陽極４の面とを、陰極２側の接合と同様のろう付けを行い、環状に気密接合した接合材１６を備える接合部１５を形成した。
【００８５】
以上によって、陰極２と陽極４とのそれぞれと、管状部材６とを、管状部材６の二つの開口端においてそれぞれに気密接合により接続した真空容器８を作成した。
【００８６】
次に、不図示の排気管と排気装置により、真空容器８の内部を１Ｅ−５Ｐａの真空度となるように排気した後、排気管を封止することにより、放射線発生管１を作製した。
【００８７】
上記のようにして作製した放射線発生管１を収納容器１７内に収め、放射線発生ユニットを構成した。なお、収納容器１７内は絶縁性液体２０で満たした。絶縁性液体２０は、比誘電率が３程度の電気絶縁油とした。
【００８８】
比較のために、凸部２１及び凹部２２のない放射線発生管、凸部２１だけを設けた放射線発生管も作製した。凸部２１だけを設けた場合は、凸部２１も凹部２２もない場合に比べて、絶縁性液体２０中の陰極２と陽極４間沿面距離を約１０ｍｍ延長でき、陰極２又は陽極４近傍の部分放電が、陰極２と陽極４間の絶縁破壊に発展しにくくなっている。しかし、陰極２や陽極４の端部の電界強度は１．１倍に増加し、部分放電はし易くなる。
【００８９】
一方、本実施例の放射線発生管１は、絶縁性液体２０中の陰極２と陽極４間沿面距離は凸部２１だけ設けた場合の放射線発生管と同等の長さで、陰極２や陽極４の端部の電界強度は凸部２１も凹部２２もない場合の１．０５倍に留まる。よって、部分放電の発生を抑え、かつ陰極２と陽極４間の絶縁破壊への発展も抑制できる。
【００９０】
上記のような方法で、放射線発生管１を作製し、放射線発生ユニット１８に用いた絶縁性液体２０と同じ電気絶縁油中で高電圧印加を試みた。陰極２を接地し、陽極４を高圧電源に接続し、１２０ｋＶ以上で５ｋＶ毎に昇圧し、３０分保持する試験を行ったところ、１５０ｋＶまで放電することが無かった。一方、凸部２１も凹部２２もない場合は１４０ｋＶ、凸部２１のみ設けた場合は１４５ｋＶで放電しており、本実施例の効果が確認された。
【００９１】
また、上記作製した放射線発生管１を用いて放射線発生ユニット１８を構成し、駆動したところ、安定してＸ線放出が確認できた。
【００９２】
実施例１〜３と本実施例と比較することにより、陰極２や陽極４に突出部２３が有るような場合、本発明の効果が大きいことが確認された。
【符号の説明】
【００９３】
１：放射線発生管、２：陰極、３：電子放出源、４：陽極、５：ターゲット、６：管状部材、８：真空容器、９：電子放出部、１０：電子線、１１：電流導入端子、１２：駆動回路部、１３：接地端子、１４：放射線、１５：接合部、１６：接合材、１７：収納容器、１８：放射線発生ユニット、１９：放出窓、２０：絶縁性液体、２１：凸部、２２：凹部
【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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