(57)【要約】【課題】回転陽極型Ｘ線管装置において、回転するターゲットに形成されるＸ線焦点の内周側と外周側とで短時間定格が異なり、より小さな内周側短時間定格により全体の短時間定格が制限されてしまい、外周側の短時間定格に利用されていない部分が生じることを改善して、全体の短時間定格を改善する。【解決手段】カソード１１の金属基板１２の傾斜した一表面の細長い領域にカーボンナノチューブ群１３を形成することにより、ゲート１５との距離がカーボンナノチューブ群１３の長さ方向において漸次変化するようにし、ゲート１５にかけられた正の電位による電界によってカーボンナノチューブの先端から電子放出させて回転陽極１７に向かう電子流１４を作り、その電子密度分布１６が回転陽極１７の回転外周部に行くほどに高まるようにする。【選択図】        図１
2006073385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板上に形成されたカーボンナノチューブ群からなるカソードと、該カーボンナノチューブ群の前面においてカーボンナノチューブ群に対して非平行に配置される、上記カソードに対してプラスの電位とされるゲートと、該カソードおよびゲートに対向するよう配置されて回転するアノードとを有するＸ線管装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、医療診断、工業検査等に使用されるＸ線管装置に関し、とくに回転陽極型のＸ線管装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転陽極型Ｘ線管装置は、図３に示すように、カソード（陰極）３１からの電子流３５を円盤状の回転しているアノード（陽極）３７に衝突させ、その衝突領域（Ｘ線焦点）３９からＸ線を放出させるものである。なお、この図では省略しているが、これらカソード３１、回転陽極３７等は、真空排気されたガラス等の外囲器中に収められている。従来、カソード３１の電子源は、通電加熱することにより熱電子を放出するＷ（タングステン）線コイルを電子源として用いており、図４に示すように、このコイルをフィラメント３３として金属基板３２に設けている。
【０００３】
この場合、Ｗ線コイルから放出される熱電子の密度の制御は不可能であるから、その電子流３５は図４に示すようにほぼ均一な電子密度分布３６となっている。ところが、回転陽極３７への電子衝突領域（Ｘ線焦点）３９には大きさがあり、回転陽極３７の回転中心に近いａ点から遠いｂ点までの長さとなっている。そして回転陽極３７が回転するとき、その内側のａ点よりも外側のｂ点の方が円周速度が大きい。そのため、焦点の短時間定格はターゲット（回転陽極）の表面温度によって決まるので、外周端ｂの方が大きな定格を有するにもかかわらず、電子密度分布３６が均一になっていることから、内周端ｂでのより小さな定格によって規定されてしまう。言い換えれば、外周端ｂでは定格にマージンがあり最大限の定格で使用していないことになる。
【０００４】
一方、たとえば下記の非特許文献１に示すようにカーボンナノチューブを電子源としたＸ線管の実現に向けた研究がなされている。このＸ線管は、従来のフィラメントからの熱電子放出の代わりに、カーボンナノチューブ先端からの電界電子放出を利用して電子源を形成し、この電子源からの電子線をターゲットに照射してＸ線を取り出そうというものである。
【非特許文献１】奥山文雄「カーボンナノチューブを電子源とするＸ線管」日本放射線技術学会雑誌58巻3号309頁（2002年3月）。
【０００５】
また、下記の特許文献１では、平面状陰極表面に平面状のカーボンナノ構造体を設けて、ターゲットである平面状陽極に対向させた構造のＸ線管装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−２８８８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、カーボンナノチューブを電子源としたＸ線管についての研究成果を取り入れ、カーボンナノチューブ電子源の特質に着目して、上記の従来の回転陽極型Ｘ線管装置において最大限に定格を使用していないことの問題を解決し短時間定格を向上させるようにしたＸ線管装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、この発明によるＸ線管装置においては、金属基板上に形成されたカーボンナノチューブ群からなるカソードと、該カーボンナノチューブ群の前面においてカーボンナノチューブ群に対して非平行に配置される、上記カソードに対してプラスの電位とされるゲートと、該カソードおよびゲートに対向するよう配置されて回転するアノードとが備えられることが特徴となっている。
【発明の効果】
【０００８】
ゲートがカーボンナノチューブ群の前面に配置されカソードに対してプラスの電位とされているので、カーボンナノチューブの先端から電界電子放出（ field emission: FE ）が起こり、その放出された電子がゲートを通過して回転アノードへと向かう。この電界電子放出は形成された電界に対応するという性質がある。この性質を利用し、ここでは、ゲートを傾けるかカーボンナノチューブ群が形成される金属基板面を傾けるすることにより、ゲートをカーボンナノチューブ群に対して非平行として、カーボンナノチューブ群からの距離が一方向に向かって順次減少するようにし、距離が近い側で遠い側よりも電界強度を高め、カーボンナノチューブ群からの電子密度を一方向に向かって漸増させている。そのため、この電子強度分布を、回転するアノードの、電子が衝突する位置での回転速度に対応させることにより、どの位置でも、その位置での回転速度によって決まる短時間定格に合わせることが可能となる。これは、回転アノードにおけるＸ線焦点のどの位置でも定格いっぱいまでの電子を衝突させることができ、Ｘ線焦点全体で短時間定格を向上させることを意味する。つまり、同一の焦点サイズであればより強度の高いＸ線を発生でき、同じＸ線強度でよいのであれば焦点サイズを小さくしてＸ線写真の解像度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
つぎに、この発明を実施したＸ線管装置について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、この発明の第１の実施例を模式的に示すものである。カソード１１は、金属基板１２と、この金属基板１２の表面に、グラファイトファイバを蒸着などにより高密度に成長させて形成したカーボンナノチューブ群１３とからなる。このカーボンナノチューブ群１３は金属基板１２の表面において図の左右方向に長い細長い領域に形成されている。カーボンナノチューブ群１３の前面にはメッシュ状のゲート１５が配置されている。カーボンナノチューブ群１３とゲート１５との間の距離は通常１ｍｍ以下であるが、ここではカーボンナノチューブ群１３が形成される金属基板１２の表面がゲート１５に対して非平行とされている。
【００１１】
このゲート１５には、カソード１１に対して数百Ｖから数千Ｖのプラスの電圧が印加され、カーボンナノチューブ群１３の前面に電界が形成される。この電界によりカーボンナノチューブの先端より電界電子放出が生じる。こうして形成される電子流１４はゲート１５を通過して回転陽極１７へと向かい、その表面（ターゲット面）に衝突することにより、Ｘ線１８を発生する。なお、図では省略しているが、これらカソード１１、ゲート１５、回転陽極１７はガラス等で形成された真空外囲器中に収められ、外部から電圧が与えられる。
【００１２】
上記のとおり、カーボンナノチューブ群１３はゲート１５に対して非平行となっている。つまりゲート１５が電子流１４に対してほぼ直角に配置されるのに対して、カーボンナノチューブ群１３が電子流１４に対して直角な方向から傾斜させられており、カーボンナノチューブ群１３の長さ方向（図では左右方向）にゲート１５との距離が順次変化させられている。ここでは左方向つまり回転陽極１７の中心から外側に向かうにしたがってカーボンナノチューブ群１３とゲート１５との距離が次第に短くなっている。
【００１３】
そのため、回転陽極１７の中心から外側に向かうにしたがってカーボンナノチューブ群１３前面の電界強度が高くなっており、その方向に漸次高まるような電子密度分布１６を得ることができる。電子流１４の衝突による表面温度の上昇は、回転速度が速い外周部では、回転速度が遅い内周部よりも抑えられるので、電子の許容入力は外周部ほど大きくなる。そこで、電子の許容入力の大きい外周部ほど電子密度を高めて、その大きな許容入力に対応させることができるので、内周部から外周部の全部にわたり、定格を使い切ることができる。図３で説明すれば、Ｘ線焦点３９の内周端ａから外周端ｂの全領域においてマージンを残すことなく定格いっぱいの電子流を入力することができる。
【００１４】
ここで、一般に回転陽極型Ｘ線管装置の入力Ｐは以下の数式１で算出される。
【数１】
2006073385.tif 000003
Ｐ：入力（定格）［Ｗ］
ｆ：焦点寸法
ｎ：回転数［ｒｐｍ］
ｒ：軌道半径［ｍｍ］
θ：ターゲット（回転陽極１７の表面）角度［ｄｅｇ］
【００１５】
すなわち、入力はＸ線焦点の回転ターゲット上での軌道半径ｒの（１／２）乗に比例する。これから、数式１を用いてカーボンナノチューブ群１３の前面での電界強度分布を定めることによって、電流密度が半径ｒに対応する各位置で最適なものとなるようにできる。これにより、同じＸ線焦点サイズ（ａ−ｂ間の長さが同じ）であるなら、より大きな負荷をかけ、より強度の高いＸ線を発生することができるので、より短時間のＸ線撮影が可能となり、被写体の運動によるぶれの小さい、より優れた、臨床上より有効なＸ線写真を撮影することができる。また、負荷を同じにして同強度のＸ線を発生する場合には、Ｘ線焦点サイズをより小さくすることができ、解像度の高いＸ線写真を撮影することができる。
【実施例２】
【００１６】
図２は第２の実施例を模式的に示すものである。カソード２１は、金属基板２２と、この金属基板２２の表面の細長い領域に形成したカーボンナノチューブ群２３とからなる。カーボンナノチューブ群２３の前面にはメッシュ状のゲート２５が配置されている。カーボンナノチューブ群２３とゲート２５との間の距離は通常１ｍｍ以下であるが、ここでは、ゲート２５が電子流２４に対して直角な方向から傾斜させられ、カーボンナノチューブ群２３が形成される金属基板２２の表面に対して非平行とされている。
【００１７】
このように第２の実施例（図２）では、第１の実施例のようにカーボンナノチューブ群１３が形成される金属基板１２の表面を傾斜させるのではなく、ゲート２５の方を傾斜させて非平行としている点が違うだけで、その他の構成は第１の実施例（図１）と同じである。
【００１８】
そこで、カーボンナノチューブ群２３の長さ方向の一方向（図では左方向）に行くにしたがってゲート１５との距離が順次接近しており、図の左方向に行くにしたがってカーボンナノチューブ群２３前面の電界強度が高まり、回転陽極２７の中心から外側に向かうにしたがって電子流２４の電子密度が高まるような電子密度分布２６が得られ、Ｘ線焦点３９の内周端ａから外周端ｂの全領域においてマージンを残すことなく定格いっぱいの電子流を入力することができる、という同様の効果を得ることができる。
【００１９】
なお、本発明はこれら２つの実施例に限定されることなく、具体的な構造などは種々に構成できることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
この発明の回転陽極型のＸ線管装置によれば、カーボンナノチューブでの電界電子放出の性質に着目することにより、回転するターゲットの半径の違う部分での回転速度の違いに基づく短時間定格の差異にもかかわらず、それらの定格をすべて利用し尽くすような電子密度分布を有する電子流を形成することができ、同じＸ線焦点サイズならばＸ線強度を高めることができて被写体の運動によるぶれの小さいＸ線写真を撮影することができるとともに、同じＸ線強度でよいならＸ線焦点サイズを小さくすることができてより高解像度のＸ線写真を撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の第１の実施例にかかる回転陽極型Ｘ線管装置を示す模式図。
【図２】この発明の第２の実施例にかかる回転陽極型Ｘ線管装置を示す模式図。
【図３】回転陽極型Ｘ線管装置を模式的に示す斜視図。
【図４】従来のカソードの構造を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１１、２１、３１        カソード
１２、２２、３２        金属基板
１３、２３              カーボンナノチューブ群
１４、２４              ゲート
３３                    フィラメント
１５、２５、３５        電子流
１６、２６、３６        電子密度分布
１７、２７、３７        回転陽極（アノード）
１８、２８、３８        Ｘ線
３９                    Ｘ線焦点
【図１】
2006073385.tif 000004
【図２】
2006073385.tif 000005
【図３】
2006073385.tif 000006
【図４】
2006073385.tif 000007