(57)【要約】【課題】実質的に円柱形または球形処理装置に特に適している収束または発散放射パターンを生成するＸ線照射装置の実現。【解決手段】Ｘ線照射装置であって、放射の収束パターンを有するＸ線を生成するための、連続な、実質的に凹面の放射素子909は電子を放射し、加速フィールドは、適切な電圧を、放射された電子が目標材料905に向かって加速して衝突するように加えることにより、放射素子909と目標材料905の間に確立される。そのような衝突から生成されたＸ線は、内部チューブ911内の目標体積913に向かって導かれる。このようにして、目標体積の内容物が効率よく照射される。【選択図】図９
2011243579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線生成装置であって、
内部経路と外部表面を有する第１管状部材であって、前記外部表面は、前記表面の少なくとも一部上に、電子衝撃に応答してＸ線放射を発するＸ線発生材料を有する第１管状部材と、
実質的に同心円状の関係で前記第１管状部材を取り囲む第２管状部材であって、前記第１および第２管状部材の間に空隙があり、前記第１円柱形チューブの前記外部表面に面する内部表面を有し、前記内部表面はその少なくとも一部上に電子エミッター素子を備える第２管状部材と、を備えるＸ線生成装置。
【請求項２】
加速フィールドが前記電子エミッター素子と、前記第１管状部材の前記外部表面の間に維持される、請求項１に記載のＸ線生成装置。
【請求項３】
前記電子エミッター素子は、ゲート制御される電子エミッターである、請求項１に記載のＸ線生成装置。
【請求項４】
前記電子エミッター素子は、熱イオン電子エミッターである、請求項１に記載のＸ線生成装置。
【請求項５】
前記電子エミッター素子から発せられた電子は、前記内部管状部材の前記外部表面に向かって加速し、その上の前記Ｘ線放射材料に衝突し、それにより前記Ｘ線放射を引き起こす、請求項２に記載のＸ線生成装置。
【請求項６】
前記発せられたＸ線放射の少なくとも一部は、前記第１管状部材の前記内部経路に入る、請求項５に記載のＸ線生成装置。
【請求項７】
前記内部管状部材の外部表面と、前記外部管状部材の前記内部表面は空隙を画定し、前記空隙は密封され、周囲の圧力未満に排気される、請求項１に記載のＸ線生成装置。
【請求項８】
前記空隙は、１．３３３２２×１０-3Ｐａ（１０-5ｔｏｒｒ）未満の圧力に排気される、請求項７に記載のＸ線生成装置。
【請求項９】
前記第１および第２管状部材の少なくとも１つは、実質的に滑らかな断面を有する、請求項１に記載のＸ線生成装置。
【請求項１０】
前記第１および第２管状部材の少なくとも１つは、滑らかでない断面を有する、請求項１に記載のＸ線生成装置。
【請求項１１】
前記第１および第２管状部材の少なくとも１つは、実質的に円形の断面を有する、請求項１に記載のＸ線生成装置。
【請求項１２】
前記第１および第２管状部材の少なくとも１つは、多角形の断面を有する、請求項１に記載のＸ線生成装置。
【請求項１３】
前記第１および第２管状部材の間の前記空隙内に、１つまたは２つ以上の絶縁スペーサを、前記スペーサが、お互いに関して非導電配置にある前記第１および第２管状部材を維持するように備える、請求項１に記載のＸ線生成装置。
【請求項１４】
前記第２管状部材は、Ｘ線放射に対して実質的に不透明である、請求項１に記載のＸ線生成装置。
【請求項１５】
目標材料のＸ線処理方法であって、
前記目標材料を、主要本体と、電子衝撃に応答してＸ線放射を発する金属層でコーティングされた外部表面と、を有する格納チューブ内に配置するステップであって、前記格納チューブの前記主要本体はＸ線に対して実質的に透明であって、前記格納チューブは、エミッターチューブの前記内部表面に取り囲まれ、前記エミッターチューブの前記内部表面は、電子エミッター表面を備える、前記目標材料を配置するステップと、
前記エミッター表面から電子を抽出するステップと、
加速電位を、前記エミッター表面と前記格納チューブの前記金属層の間に加えるステップであって、それにより、前記抽出された電子は前記金属層に向かって加速して衝突し、そこからのＸ線放射の放出を促進し、そのＸ線放射の少なくとも一部は、前記格納チューブの前記本体を透過し、その中に配置された目標材料に衝突する、加速電位を加えるステップと、を含む方法。
【請求項１６】
前記目標材料は液体材料である、請求項１５に記載のＸ線処理方法。
【請求項１７】
前記目標材料はガス状またはプラズマ材料である、請求項１５に記載のＸ線処理方法。
【請求項１８】
前記目標材料は固体またはスラリー材料である、請求項１５に記載のＸ線処理方法。
【請求項１９】
前記格納チューブと前記エミッターチューブの間の空間を排気して、前記空間内の圧力を周囲の圧力未満に減少することを更に含む、請求項１５に記載のＸ線処理方法。
【請求項２０】
前記格納チューブと前記エミッターチューブの間の前記空間を、１．３３３２２×１０-3Ｐａ（１０-5ｔｏｒｒ）未満に排気することを更に含む、請求項１９に記載のＸ線処理方法。
【請求項２１】
前記格納チューブは、入口と出口を備え、前記目標材料を前記格納チューブ内に配置する前記ステップは、前記材料を前記入口に導き、前記材料を、前記チューブを通して移動し、前記材料を前記出口において取り除くことを含む、請求項１５に記載のＸ線処理方法。
【請求項２２】
Ｘ線照射装置であって、
放射の収束パターンを有するＸ線を生成するための、連続な、実質的に凹面の放射素子と、
所定の目標体積であって、前記発せられた放射の少なくともかなりの部分は、前記所定の目標体積に集中するような、所定の目標体積と、を備えるＸ線照射装置。
【請求項２３】
前記放射の収束パターンは、πステラジアンに実質的に焦点を合わせられる、請求項２２に記載のＸ線照射装置。
【請求項２４】
前記放射の収束パターンは、２πステラジアンに実質的に焦点を合わせられる、請求項２２に記載のＸ線照射装置。
【請求項２５】
前記放射の収束パターンは、１０度、９０度、１８０度、および２７０度から構成されるグループから選択された断面角内で実質的に焦点を合わせられる、請求項２２に記載のＸ線照射装置。
【請求項２６】
前記連続凹面放射素子は全体的に凹面であるが、複雑な表面を有する、請求項２２に記載のＸ線照射装置。
【請求項２７】
前記連続凹面放射素子は全体的に凹面であり、滑らかな表面を有する、請求項２２に記載のＸ線照射装置。
【請求項２８】
凹面電子エミッター素子を備え、前記Ｘ線放射素子と、前記電子エミッター素子のそれぞれは、それぞれの焦点を有し、前記電子エミッター素子と、前記Ｘ線放射素子の焦点は、前記所定の目標体積と同じ側にある、請求項２２に記載のＸ線照射装置。
【請求項２９】
加速フィールドが、前記電子エミッター素子と、前記Ｘ線放射素子の間に維持される、請求項２２に記載のＸ線照射装置。
【請求項３０】
前記電子エミッター素子は、ゲート制御される電子エミッター層を備える、請求項２２に記載のＸ線照射装置。
【請求項３１】
前記電子エミッター素子は、フィールド放射を介して電子を発する、請求項２２に記載のＸ線照射装置。
【請求項３２】
前記電子エミッター素子は、熱イオン放射を介して電子を発する、請求項２２に記載のＸ線照射装置。
【請求項３３】
前記電子エミッター素子から発せられた電子は、前記加速フィールドの影響のもとで前記Ｘ線放射素子に向かって加速し、前記Ｘ線放射素子に衝突し、それにより、前記Ｘ線放射を引き起こす、請求項２９に記載のＸ線照射装置。
【請求項３４】
発せられたＸ線放射は、前記目標体積に到達するためには、前記Ｘ線放射素子を通過しなければならない、請求項３３に記載のＸ線照射装置。
【請求項３５】
発せられたＸ線放射は、前記目標体積に到達するためには、前記電子エミッター素子を通過または通り抜けなければならない、請求項３３に記載のＸ線照射装置。
【請求項３６】
前記電子エミッター素子は、その中に空間を有する不連続表面であり、放射は、その中の前記空間を主に通過することにより前記素子を通過する、請求項３５に記載のＸ線照射装置。
【請求項３７】
前記電子エミッター素子と前記Ｘ線放射素子は、その間に空隙を画定し、前記空隙は密封され、周囲の圧力未満に排気される、請求項２８に記載のＸ線照射装置。
【請求項３８】
前記空隙は、１．３３３２２×１０-3Ｐａ（１０-5ｔｏｒｒ）未満に排気される、請求項２８に記載のＸ線照射装置。
【請求項３９】
前記電子エミッター素子と前記Ｘ線放射素子の間の前記空隙内に、１つまたは２つ以上の絶縁スペーサを、前記スペーサが、お互いに関して非導電配置にある前記電子エミッター素子とＸ線放射素子を維持するように備える、請求項２８に記載のＸ線照射装置。
【請求項４０】
Ｘ線生成装置であって、
内部経路と外部表面を有する第１管状部材であって、前記外部表面はその上に、電子エミッター素子を有する第１管状部材と、
実質的に同心円状の関係で前記第１管状部材を取り囲む第２管状部材であって、前記第１および第２管状部材の間に空隙があり、前記第１円柱形チューブの前記外部表面に面する内部表面を有し、前記内部表面は、電子衝撃に応答してＸ線放射を発する目標層を備える、第２管状部材と、を備えるＸ線生成装置。
【請求項４１】
加速フィールドが、前記電子エミッター素子と前記第１管状部材の前記外部表面の間に維持される、請求項４０に記載のＸ線生成装置。
【請求項４２】
前記電子エミッター素子は、ゲート制御される電子エミッター素子である、請求項４０に記載のＸ線生成装置。
【請求項４３】
前記電子エミッター素子は、エミッター材料のらせん状巻線から形成される、請求項４０に記載のＸ線生成装置。
【請求項４４】
前記エミッター素子から発せられた電子は、前記第２管状部材の前記内部表面に向かって加速し、その上の前記目標素子に衝突し、それにより前記Ｘ線放射を引き起こす、請求項４１に記載のＸ線生成装置。
【請求項４５】
前記発せられたＸ線放射の少なくとも一部は、前記第１管状部材の前記内部経路に向けて導かれてそこに入る、請求項４４に記載のＸ線生成装置。
【請求項４６】
前記発せられたＸ線放射の少なくとも一部は、前記第２管状部材を通過して、装置から出て行く、請求項４４に記載のＸ線生成装置。
【請求項４７】
前記第１管状部材の外部表面と、前記第２管状部材の前記内部表面は空隙を画定し、前記空隙は密封され、周囲の圧力未満に排気される、請求項４０に記載のＸ線生成装置。
【請求項４８】
前記空隙は、１．３３３２２×１０-3Ｐａ（１０-5ｔｏｒｒ）未満に排気される、請求項４７に記載のＸ線生成装置。
【請求項４９】
前記第２管状部材は、Ｘ線放射に対して実質的に不透明である、請求項４０に記載のＸ線生成装置。
【請求項５０】
目標材料のＸ線処理方法であって、
前記目標材料を、その上に電子エミッター素子を有する外部表面を有する格納チューブ内に配置するステップであって、前記格納チューブはＸ線に対して実質的に透明であって、前記格納チューブは、Ｘ線チューブの前記内部表面により取り囲まれており、前記Ｘ線チューブの前記内部表面は、電子衝撃に応答して、Ｘ線放射を発する目標層を備える、ステップと、
前記エミッター素子から電子を抽出するステップと、
前記抽出された電子を前記目標層に向けて加速し、それにより、前記加速された電子は前記目標層に衝突して、そこからのＸ線放射の放出を促進し、そのＸ線放射の少なくとも一部は、前記格納チューブを通過し、その中に配置された前記目標材料に衝突する、前記抽出電子加速ステップと、を含む、目標材料のＸ線処理方法。
【請求項５１】
前記格納チューブと前記Ｘ線エミッターチューブの間の空間を排気して、前記空間内の圧力を周囲の圧力未満に減少することを更に含む、請求項５０に記載のＸ線処理方法。
【請求項５２】
前記格納チューブと前記Ｘ線エミッターチューブの間の前記空間を、１．３３３２２×１０-3Ｐａ（１０-5ｔｏｒｒ）未満に排気することを更に含む、請求項５１に記載のＸ線処理方法。
【請求項５３】
前記格納チューブは入口と出口を備え、前記目標材料を前記格納チューブ内に配置する前記ステップは、前記材料を前記入口に導き、前記材料を、前記チューブを通して移動し、前記材料を前記出口において取り除くことを含む、請求項５０に記載のＸ線処理方法。
【請求項５４】
目標材料を処理する電子衝撃装置であって、
前記目標材料を収納する第１管状部材と、
前記第１管状部材を取り囲むような同心円状の関係にある第２管状部材であって、環状空間が前記第１および第２管状部材の間に画定され、電子放射材料である、第２管状部材と、
前記第２管状部材からの放射電子を、前記第１管状部材に向けて加速するための電圧供給手段と、を備える電子衝撃装置。
【請求項５５】
前記第２管状部材は熱イオン電子放射材料である、請求項５４に記載の電子衝撃装置。
【請求項５６】
前記第２管状部材はフィールド電子放射材料である、請求項５４に記載の電子衝撃装置。
【請求項５７】
前記第２管状部材からの電子放射率を制御するためのゲートを更に備える、請求項５４に記載の電子衝撃装置。
【請求項５８】
目標材料を処理する電子衝撃装置であって、
電子エミッター部材と、
前記エミッター部材を取り囲むような関係にある管状部材と、
前記電子エミッター部材からの放射電子を前記管状部材に向けて加速して、前記電子の少なくとも一部が、前記管状部材を通過して、前記装置から出て、前記目標材料に衝突するようにする電圧供給手段と、を備える電子衝撃装置。
【請求項５９】
Ｘ線生成装置であって、
電子エミッター素子と、
前記電子エミッター素子を実質的に同心円状の関係で取り囲む管状部材であって、前記電子エミッター素子に面する内部表面を有し、前記内部表面は、電子衝撃に応答してＸ線放射を発する目標層を備え、Ｘ線放射に対して実質的に透明である管状部材と、を備えるＸ線生成装置。
【請求項６０】
前記電子エミッター素子を取り囲む前記管状部材の内部にあり、それと実質的に同心円状である内部管状部材を更に備え、前記電子エミッター素子は、前記内部環状部材と、前記電子エミッター素子を取り囲む前記管状部材の間に存在し、前記内部管状素子の前記外部表面は、電子衝撃に応答してＸ線放射を発する第２目標層を備える請求項５９に記載のＸ線生成装置。
【請求項６１】
加速フィールドは、前記電子エミッター素子と、前記目標層と前記第２目標層の両者の間に維持される、請求項５９に記載のＸ線生成装置。
【請求項６２】
加速フィールドは、前記電子エミッター素子と、前記目標層の間に維持される、請求項５９に記載のＸ線生成装置。
【請求項６３】
前記電子エミッター素子は、ゲート制御される電子エミッター素子である、請求項６２に記載のＸ線生成装置。
【請求項６４】
前記電子エミッター素子は、エミッター材料のらせん状巻線から形成される、請求項６２に記載のＸ線生成装置。
【請求項６５】
前記エミッター素子から発せられる電子は、前記目標層に向かって加速して衝突し、それにより、Ｘ線放射が引き起こされる、請求項６２に記載のＸ線生成装置。
【請求項６６】
前記管状部材は、前記電子エミッター素子が存在する空隙を画定し、前記空隙は密封され、周囲の圧力未満に排気される、請求項５９に記載のＸ線生成装置。
【請求項６７】
前記空隙は、１．３３３２２×１０-3Ｐａ（１０-5ｔｏｒｒ）未満に排気される、請求項６６に記載のＸ線生成装置。
【請求項６８】
ポータブルハウジングから、広角Ｘ線放射を生成する方法であって、
内部空間を画定し、更に電子衝撃に応答してＸ線放射を製造する前記ハウジング内に電子を生成し、
前記生成された電子を前記ハウジングに向けて加速し、
前記生成された電子の少なくとも一部を前記ハウジングに衝突させ、それによりＸ線放射を生成し、
前記生成されたＸ線放射の一部を、前記ハウジングを通過させ、及び前記ハウジングからの前記生成されたＸ線放射の一部を反射し、
前記生成されたＸ線放射の前記反射された一部を、前記内部空間を通って通過させ、前記生成されたＸ線放射の前記反射された一部の少なくともある部分を、前記ハウジングを通って通過させる、広角Ｘ線放射の生成方法。
【請求項６９】
前記電子を生成するステップは、ゲート操作される電子エミッターを使用することを備える、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記電子を生成するステップは、熱イオン電子エミッターを使用することを備える、請求項６８に記載の方法。
【請求項７１】
前記内部空間は密封され、周囲の圧力未満に排気される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７２】
前記内部空間は、１．３３３２２×１０-3Ｐａ（１０-5ｔｏｒｒ）未満に排気される、請求項７１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は一般的には、Ｘ線の生成および使用法に関し、より特別には、連続源からの収束または発散Ｘ線放射パターンを生成するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
Ｘ線の形状での高エネルギー電磁放射は、幅広い分野および試みにおいて使用されている。医学的撮像におけるＸ線の使用は、多くの人にとっては、おそらく最も身近な例であるが、他の使用法も数多く存在する。例えば、Ｘ線は、撮像目的ではなく、医薬品または薬物などの活性化を目的とする医療的状況において使用できる。更に、石油の探索または表面下の撮像と関連してなどのように、地中および地質探査におけるＸ線放射の使用法が数多く知られている。Ｘ線放射の１つの有効的使用法は、生物的および他の汚染を削減するための薬物の処理にある。例えば、食品に照射することで微生物を殺し、食品を消費する際の安全性を高めることができる。廃水または排水は同じように照射して汚染を削減できる。
【０００３】
しかし、これらの機能のある面においては、Ｘ線と同じように有益ではあるが、その放射を生成して導く効率は、現在のところ最適とはいえない。典型的なＸ線源は、点源電子生成器、加速器、および金属目標を備える。動作中は、点源により生成された電子は加速器を通して加速され、金属目標に衝突する。高エネルギー電子が目標に衝突すると、Ｘ線放射が発せられる。
【０００４】
典型的には、発せられた放射は目標の組成および構成、衝突する電子のエネルギーおよび分散などに依存して、衝突の範囲を超えて円錐状のパターンで拡散する。この発散放射パターンから、衝突の範囲からの所定の距離ｒにおける放射の照射量は、ほぼ逆２乗（１／ｒ2）で減衰することが分かる。この放射パターンを適切な照射量で効果的に採用するためには、距離と共におこる減衰を補う強い放射フィールドが生成されなければならず、関心の対象は、放射円錐の中に適切に置かれなければならない。ある放射源は、最適とはいえない放射パターンを補正するために、複数の点源、または１つまたは２つ以上の可動点源を使用するが、そのようなシステムは、それ自身の本質的な欠点と複雑さを有している。特に、源のタイミング、位置決めなどに関連する複雑さは通常のことである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の簡単な概要
本発明の実施形態により、Ｘ線の生成および使用法に対する新しい技術が提供される。ここで記述される技術は、点源ではなく、１つまたは２つ以上の放射表面を利用する。放射表面と目標表面の形状は、本発明の実施形態においては、放射表面からの電子が目標表面に衝突することより収束放射フィールドが生成されるようになっている。本発明の更なる実施形態においては、目標表面は、管状部材の外部表面に、収束放射フィールドが管状部材内で起きるように位置している。これは、液体、気体などの流動性材料の放射処理に対しては特に有効である。
【０００６】
しかし、より一般的には、本発明は、実施形態において、部材の１つにおいて生成された電子が、収束または発散するような方法で部材間で加速し、第２部材において、またはその上で金属目標フィルムに衝突するように置かれ、かつ構成された、類似の凹面（角度に関しては必ずしも類似している必要はないが方向において類似する）を有する２つの部材の使用法に関連する。これらの衝突に応答して生成されるＸ線は、収束パターンで第２部材を通り、それを超えて放射し、または第２部材により反射される。
【０００７】
本発明の１つの実施形態においては、複数の分離Ｘ線生成装置が、直列および／または平行に使用されて、それに制限されるわけではないが、液体を含む流動性材料を照射する。本発明の更なる実施形態においては、第１および第２部材間の空間は、電子損失および電子エネルギー損失を最小にするために排気され、それにより電子が、発生源の表面と、Ｘ線生成表面または素子の間を通るときに、効果的にエネルギーを取得できるようになる。
【０００８】
本発明の追加的な特徴と優位点は、添付図を参照して進められる例示として実施形態の下記の詳細な記述から明白になろう。
【０００９】
添付された請求項は、本発明の特徴を詳細に記述するが、本発明は、その目的と優位点と共に、添付図と連係して行われる下記の詳細の記述から最も良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態によるＸ線生成装置の側断面図である。
【図２】本発明の更なる実施形態によるＸ線生成装置の側断面図である。
【図３Ａ】本発明の１つの実施形態による半球Ｘ線生成装置の透視側面図である。
【図３Ｂ】本発明の１つの実施形態に従う内部および外部曲面シートを備えるＸ線生成装置の透視側面図である。
【図４】本発明の１つの実施形態によるＸ線生成装置の一部の、明確にするために凹面を省略した簡略化した概略図である。
【図５】本発明の１つの実施形態に従うマルチパスフロースルー処理システムおよび構成要素Ｘ線生成装置の概略図である。
【図６】本発明の１つの実施形態に従うデュアルＸ線生成装置を備える、シングルパス平行処理システムの概略図である。
【図７】本発明の１つの実施形態によるプロトタイプのＸ線生成装置の写真である。
【図８】本発明の１つの代替実施形態に従うＸ線生成装置の側断面図である。
【図９】本発明の１つの実施形態における線Ａのレベルでの、図８の方向Ｂに沿う端部断面図である。
【図１０】本発明の別の代替実施形態によるＸ線生成装置の側断面図である。
【図１１】本発明の１つの実施形態による装置内の４０ｋＶ電子エネルギーでのＸ線スペクトルのプロットである。
【図１２】本発明の更なる代替実施形態によるＸ線生成装置の側断面図である。
【図１３】図１２の装置に対する、本発明の１つの実施形態による使用環境の略図である。
【図１４】本発明の１つの実施形態によるＸ線放射装置の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、Ｘ線の生成および使用法に関し、本発明の実施形態においては、収束放射フィールドを生成する新しいシステムと技術を含み、特に媒体を通る流れの照射に適しているが、他の使用にもまた適している。概観において、本発明の例としての実施形態による構成は、内部チューブと外部チューブを備えている。電子は外部チューブの内部表面上のエミッター層から抽出され、内部チューブに向けて加速される。内部チューブの外部表面上の目標層との衝突によりＸ線放射が発せられる。衝突点は、内部チューブの表面について実質的に一様に存在するため、結果としての放射フィールドは、本質的に軸対称であり、内部チューブの中心軸に向けて収束する。
【００１２】
本発明の実施形態を、添付図を参照してより詳細に記述する。図１を参照して、本発明の実施形態によるＸ線生成装置の側断面図が示されている。Ｘ線生成装置１００は、中空管状内部部材１０３と実質的に同軸関係にある、中空管状外部部材１０１を備える。内部管状部材１０３と外部管状部材１０１は、それぞれの場所に保持され、第１環状絶縁端部キャップ１０５と、第２環状絶縁端部キャップ１０７によりお互いに電気的に絶縁されて維持されている。端部キャップ１０５、１０７は、内部管状部材１０３と外部管状部材１０１と、ネジ止めまたはすべり接触などにより、直接接触していてもよい。または、管状シールまたはガスケット１０９、１１１を、図示されたように、端部キャップ１０５、１０７と内部管状部材１０３および外部管状部材１０１の間に内挿してもよい。適切なシールおよびガスケットには、Ｖｉｔｏｎ、または銅ガスケットなどのようなゴムシールがあり、これはこの技術に精通した者には理解されよう。
【００１３】
ゲート制御されたフィールドエミッター源のような環状電子エミッター源１１３が、外部管状部材１０１の内部壁に沿って位置している。同様に、環状金属目標層１１５が、内部管状部材１０３の外部表面上に位置しており、図示されていない絶縁層により、内部管状部材１０３から絶縁されていても、いなくてもよい。金属目標層１１５およびゲート制御されたフィールドエミッター源１１３のゲートは、端部キャップ１０７の外部から電気的にアクセス可能である。本発明の１つの実施形態においては、それぞれのリード１２１と１１９は、この技術において精通した者には理解されるように、高電圧供給スルーなどを介してのように、端部キャップ１０７を通して構成要素に接続されている。また、ゲート制御されたエミッター源１１３のエミッターフィルムは、高電圧供給スルーまたは類似の機構を介してのように、端部キャップ１０７を通してリード１１７を介して電気的にアクセス可能である。
【００１４】
最後に、外部管状部材１０１は、外部管状部材１０１の外部から、外部管状部材１０１と、内部管状部材１０３と、端部キャップ１０５、１０７により画定される内部空間１２５へのポータル１２３を有している。このポータルは、主に内部空間１２５を、装置１００の動作中に排気して真空（１０-6Ｔｏｒｒ未満のような）にし、加速された電子が、エミッターフィルムから飛び去り、金属目標層１１５に衝突する前に、外部分子または粒子との衝突を最小限に抑える。また、ポータル１２３は、装置１００が使用されていないときに、内部空間１２５を、窒素ガスまたは他の不活性ガスなどで充填し直すために使用される。
【００１５】
種々の材料を、内部管状部材１０３および外部管状部材１０１の構築に使用できる。しかし、内部管状部材１０３および外部管状部材１０１の両者が、内部空間１２５内で維持される真空レベルを維持し、それに耐えることができるということが重要である。また、内部管状部材１０３の厚さと材料は、加速電子が金属目標層１１５と衝突することにより生成された内部に向けられたＸ線のいずれもが、内部管状部材１０３の壁を実質的に通過して、その内部空間１２７に入ることができるように、内部管状部材１０３が実質的にＸ線放射に対して透明になるようなものであることが望ましい。十分なＸ線透過率の材料の例としては、ガラス、プラスチック、薄い金属、ベリリウム、水晶、グラファイト、窒化硼素などがある。
【００１６】
また、外部管状部材１０１に関しては、この部材が、装置により生成されたＸ線に対して実質的に不透明であるか、またはそのようなＸ線に対して実質的に不透明な材料によりコーティングされていることが望ましい。これは、装置内で生成されたＸ線の一部が、外部に向けられるか、または散乱されるからである。外部管状部材１０３のシールディング特性は、すぐ近くの人員および／または材料を放射による損傷から保護することが所望される場合は、このように重要である。好ましくは、外部管状部材１０３は、合理的な厚さ、例えば、３．０４８ｍｍ（０.１２インチ）の、管状ステンレス鋼またはアルミニウムから構築されるが、他のいかなる材料または複数の材料を、上述した原理内で使用することができる。
【００１７】
金属目標層１１５に関しては、この層は、使用される特別な電圧および間隔により生成される電子エネルギーが、材料からＸ線放射を引き起こすのに十分であると好ましい。適切な材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏなどがある。この層は、蒸着、スパタリングなどにより堆積してもよく、またはフォイルのような形状で配置してもよい。
【００１８】
この技術において精通した者には理解されるように、そのようなシステム内で使用できる加速電圧は、誘電破壊が問題になるくらいに高い。典型的な電圧は、１０−５００ｋＶのオーダーである。更に、電界は、上述した管状部材に端部のような、突出部または不規則部に集中する傾向がある。従って、誘電破壊を未然に防ぐには、電子放射表面と目標Ｘ線生成表面または素子の間の露出部および不規則部を最小限に抑えることが一般的に望ましい。
【００１９】
図２は、凹面の電子放射およびＸ線放射表面であって、実質的に同じ方向の凹面の表面を有するＸ線生成装置の断面図である。図２は、図３Ａに示されている構成の装置から得られた側断面図を表現していることが分かるが、それはまた球形または半球形の凹面ではなく、円柱形の凹面を有する装置にも適用される。
【００２０】
外部管状部材の壁２０３は、内部管状部材の壁２０１と同様に、断面図で見ることができる。エミッターフィルムおよびゲートは、それぞれの素子２０５と２０７により示されている。金属目標層は、素子２０９により同様に表現されている。加えられた電圧も同様に概略が図示されているが、組み立てられたシステムにおいては、リード２０９により供給されるようないかなる高電圧も典型的には、単純なリードではなく、高電圧供給スルーを介して加えられるということが理解されよう。
【００２１】
エミッターフィルム２０５は、接地電圧または基準電圧ＶREFに維持されていることが分かる。エミッター抽出格子（ゲート）２０７は、電位ＶE−ＶREFが、エミッターフィルム２０５から電子を抽出するのに十分であるように、エミッター抽出電圧ＶEに維持される。金属目標層２０９は、加速電圧ＶAに維持される。動作中、エミッターフィルム２０５から抽出された電子は、ゲート２０７と目標層２０９の間の領域でいったん加速し始める。加速は加えられた静電加速力に実質的に比例するが、それ自身も電圧差ＶA−ＶEに比例し、ゲート２０７と目標層２０９間の半径方向距離に逆比例する。より高い加速電圧は、より高い電子エネルギーを生み出すが、そのような電圧の最大値は、アークまたは誘電破壊の発生により制限されるのと同様に、端部キャップ、供給スルーなどの絶縁限界により制限される。
【００２２】
上記のシステムのいくつかは、同心管状部材を利用しているが、多くの他の幾何学形状も同じ原理を採用して、円柱状にまたは球形状に収束するＸ線フィールドを生成できるということは理解されるであろう。そのような配置の選択の例が、図３Ａ−Ｂに示されている。特に、図３Ａにおいては、半球状のＸ線生成装置３０１が示されている。内部シェル３０５および外部シェル３０３は、上記の実施形態の、内部および外部管状部材と同じ機能を実行する。特に、シェル３０３と３０５の間の空間は、電子加速領域であり、目標層（図示せず）は、内部シェル３０５の外部に位置し、ゲート制御されるなどの電子エミッター（図示せず）は、外部シェル３０３の内部に位置している。電子加速領域を排気するために、シェル３０３と３０５のエッジを、絶縁端部リングによるように一緒に密封するか、または装置を単に、分離された排気チャンバ内で使用する。
【００２３】
内部シェル３０５は、凹面状なので、生成された放射フィールドは、同心球形シェル３０３と３０５の中心近くにおける領域において実質的に収束するということは理解されるであろう。追加的非収束放射フィールドもまた生成されるが、それはここでは関心の対象ではないということは理解されるであろう。図示したように、本発明の１つの実施形態においては、同心球形シェル３０３と３０５の焦点は、内部シェル３０５により画定される部分的に囲まれた目標体積内またはその上に存在する。
【００２４】
内部シェル３０５と外部シェル３０３の凹面は、装置により生成される放射の収束パターンを画定するように制御できる。例えば、よりよく焦点の合った凹面は、放射パターンを引き締め、または狭くする傾向があるが、あまり焦点の合っていない凹面は、パターンを広げる傾向がある。このように、放射の収束パターンの断面は、１０度、４５度、９０度、１８０度、２７０度などの、または、制限なしにその中間のいかなる値などの所望のいかなる範囲にも大部分を閉じ込めることができる。球形または部分的球形形状に関して、放射の収束パターンを同じように閉じ込めることができる、つまり、πステラジアン、２πステラジアンなど、またはその中間のいかなる値にも、大部分を閉じ込めることができる。
【００２５】
１つの代替としての配置が図３Ｂに示されている。特に、Ｘ線生成装置は、内部曲面シート３１１と外部曲面シート３０９を備える。上記の本発明の実施形態と類似して、内部シート３１１と外部シート３０９は、内部および外部管状部材と同じ機能を実行する。シート３０９と３１１の間の空間は、電子加速領域であり、図示されていない目標層は、内部シート３１１の外部に位置し、図示されていないゲート制御される、またはゲート制御されないエミッターは、外部シート３０９の内部に位置している。ここでも、電子加速領域を排気するために、シート３０９と３１１のエッジは、絶縁エッジ備品によるように一緒に密封されるか、または装置を単に、排気チャンバ内で使用する。更に、内部シート３１１は凹面状なので、生成された放射フィールドは、内部シート３１１の内部に画定された体積内またはその近くで、実質的に半径方向に収束する。
【００２６】
読者に便利なように、電子抽出および加速処理の簡単な説明を、Ｘ線放射処理の説明と共に図４を参照して行う。図４は、Ｘ線生成装置の一部の簡略化した概略図を示しており、凹面は理解を容易にするために省略してある。外部壁のセクション４０１は、その上にエミッターフィルムのセクション４０３と抽出ゲート４０５を有する。内部壁のセクション４０９は、その上に目標金属フィルムとまたはフォイルのセクション４０７を有する。動作中、単一電子の経路を見ると、その電子４１１は、抽出電圧ＶEによりエミッターフィルム４０３から抽出され、加速電圧ＶAにより、内部壁４０７に向かって加速される。
【００２７】
壁間空間４１３を横切り、その中で加速した後、電子は、点４１５において金属目標フィルム４０７に衝突する。衝突により、Ｘ線範囲のエネルギーを有する１つまたは２つ以上のフォトンが生成される。例示されたＸ線４１７は、装置の中心に向けて導かれるように示されているが、あるＸ線４１８はまた、外部壁に向けて逆方向に散乱する（または管状アセンブリでは、内部管状部材の遠端部を通り、外部管状部材上の対向する点に向けて進み続ける）。このようにして、上に記したように、外部壁はシールディング特性を有するか、シールディング層を含むべきである。
【００２８】
本発明の例としての実施形態による多くのＸ線生成装置を記述してきたので、本発明の更なる実施形態によるそのようなシステムの例としての使用法のいくつかをここで検討する。図５は、上述したマルチパスフロースルー処理システム５００と構成要素としてのＸ線生成装置を、より高いレベルの図で示している。システム５００は、入口５０３と出口５０５を有し、図１を参照して上述したような第１Ｘ線生成装置５０７と第２Ｘ線生成装置５０９を通過するパイプまたは導管５０１を備える。共有ポンプ５１３と電源５１１は、各Ｘ線生成装置５０７と５０９に接続されて示されている。
【００２９】
液体物質が入口５０３に流入した後、それは最初に第１Ｘ線生成装置５０７を通り、その後、流れは第２Ｘ線生成装置５０９を通って戻り、物質は出口５０５から放出される。Ｘ線生成装置をそれぞれが通過する間、液体は、上述した方法で生成され導かれたＸ線放射により照射される。このようにして、このタイプの放射に影響を受け易いいかなる生物的成分または化学的元素成分は死滅、破壊、または所望の形状に修正される。必要とされる放射の強度およびエネルギー範囲は、影響を受ける微生物、目標材料などの濃度と共に、そのＸ線吸収特性、所望する最終結果を含めた、照射を所望する材料に基づいて計算されるということに留意されたい。例えば、ＰＣＢの破壊を引き起こすことが所望される場合もある。分子の塩素原子が、Ｘ線放射によりその結合が切断されることにより除去されると、ＨＣＬ、水およびＣＯ2などの無害の最終生成物という結果になる。上記の例が示すように、Ｘ線放射を調整することにより特別な反応を目標とすることができる。
【００３０】
これの別の例は、バッチや重合ではなく、フロースルーを容易にすることにある。適切なモノマーおよび／またはオリゴマーは、上述のシステムのいずれをも通過することができる。システムにより生成されたＸ線は、イオン化を引き起こし、自由基の重合を誘発する。そのような連続処理により提供される多くの利点に加えて、本システムはまた従来のＵＶ重合を、Ｘ線がより低い吸光度を有するという点において改良する。この明細書において他の場所で記載した電子ビーム装置もまた、高エネルギー電子は典型的に吸光度が増大するという事実を補償するために許容誤差が必要となるが、このようにして使用できる。
【００３１】
材料のより多くの量を処理する必要がある、または所与の材料の量を非常に急速に処理する必要がある本発明の別の実施形態においては、対象となる材料は、高い処理効率で、図６に示された平行処理法により処理できる。特に、図６のシングルパス平行処理システム６００は、共有ポンプ６１３と電源６１１と共に、図５を参照して上述したような、デュアルＸ線生成装置６０７と６０９を備える。しかし、図５に示す装置とは異なり、処理システム６００は廃水を単一の工程で処理するが、効率を向上するためにマルチパスを提供する。このように、入口６０１に流入する液体材料は、Ｘ線生成装置６０７と６０９のいずれかを、但し、両方ではなく、通過することができる。Ｘ線生成装置６０７と６０９における処理の後、液体は組み合わされて、出口６０３において排出される。
【００３２】
本発明の１つの実施形態において、図５と６による処理システムが、メンテナンス、格納、または輸送のために分解できることは望ましい。このようにして、入口、出口、および接続パイプ、導管などは、標準真空状態、配管、および電気的ハードウェアを介して、取外しができ、再インストールできることが好ましい。
【００３３】
上述の処理システムは単に例であり、素子のいかなる組合せおよび構成は本発明内で可能であることに留意されたい。例えば、各経路において複数のＸ線生成装置を含む平行システムが可能であり、同時に平行サブシステムを直列に備える直列処理システムも可能である。更に、共有構成要素が示されているが、その点に関しては、本発明には何ら制限が加えられるものではなく、Ｘ線生成装置は、所望の専用または共有支持装置を使用できる。
【００３４】
本発明の１つの実施形態によるプロトタイプの装置の構成と動作を、下記により詳細に記述する。装置は、生成されたＸ線がチューブの中心において、約１０００グレイの照射量で材料が処理されるように構成および操作されることが好ましい。この照射量レベルは、一般的に、食料品における細菌を殺すのに十分であり、また一般的に、例えば廃水化合物内の元素結合を解離するのに十分なエネルギーである。
【００３５】
プロトタイプ装置７０１は図７に示されている。装置は約９１４．４ｍｍ（３６インチ）の長さで、高さは１５２４ｍｍ（６０インチ）であるが、両者の測定値は厳密なものではなく、いずれかまたは両者共、本発明の範囲から逸脱することなくもっと大きくまたは小さくてもよい。装置の、見ることのできる外部容器７０３は、図１のチューブ１０１のような、装置の外部チューブに対応する。装置は、図１に図示されたものと類似しているが、プロトタイプのエミッター層はゲート制御されない、つまり、プロトタイプのＸ線源は、ダイオードモードで操作される。装置７０１は、１２.５μｍの厚さの銅箔がその上にラッピングされて半田付けされた直径７６．２ｍｍ（３インチ）の水晶チューブを取り囲むように同心円状に位置された、直径８４．２０１ｍｍ（３.３１５インチ）のグラファイトシリンダーの、５０．８ｍｍ（２インチ）の長さのセクションから構成されている。このように、グラファイトチューブは図１のエミッター層１１３（ゲートは省略してある）に対応し、一方、銅箔は環状金属目標層１１５に対応する。直径７６．２ｍｍ（３インチ）の内部水晶チューブは、図１の中空管状内部部材１０３に対応する。
【００３６】
この技術に精通した者には理解されるように、高および超高真空度レベルは、典型的に多段ポンピングのみにより達成できる。例えば、高真空度（１．３３３２２×１０-4Ｐａ（１０-6ｔｏｒｒ）のオーダー）は、機械的または「荒引き」ポンプの支援で、ターボ分子ポンプによるチャンバのポンピングにより達成できる。超高真空度は、最初は、上述のシステムによるのと同様に高真空度までポンピングし、その後、イオンポンプのようなＵＨＶが可能なポンプに切り替えることにより達成できる（適切なチャンバ内において）。本発明のほとんどの実施形態においては、高真空度レベルで十分であり、超高真空度は不要である。このように、プロトタイプは、図示しない機械的荒引きポンプによる支援のターボ分子ポンプ７０５を利用する。
【００３７】
４０ｋＶ電子エネルギーの空間１２７内で得られた典型的なＸ線スペクトルが図１１に示されている。図に示されたプロットの縦軸は光子総数を表わし、横軸は光子エネルギーを表わしている。装置７０１の底面圧は６．７９９４×１０-4Ｐａ（５.１×１０-7ｔｏｒｒ）で安定させてある。
【００３８】
本発明の１つの実施形態においては、銅箔ではなく、堆積銅フィルムが金属目標層として使用される。本発明の別の実施形態においては、モリブデン目標層が使用される。タングステンも使用されるが、コーティングが容易なため、モリブデンが好ましい。
【００３９】
プロトタイプは透過モード装置であるが、下記により詳細を検討する、同様に構成されている反射モードでも作動するということに注意されたい。本発明の１つの実施形態においては、フィールドエミッターは、熱イオンエミッターにより置き換えられている。熱イオン装置もまた、反射または透過モードのいずれでも作動する。
【００４０】
この点に関して記述される本発明の実施形態においては、内部チューブ１０３に近接するＸ線放射という結果になる、外部チューブ１０１に近接する例としての電子放射が使用される。しかし、このモードにおいては、透過モードと言及され（Ｘ線は、それが生成された深度によっては、少なくとも部分的には金属目標層を通過しなければならないため）、Ｘ線強度は、目標層（例えば、層１１５）における再吸収のため、ある程度は減少する。この問題を緩和するためには、反射モードもまた使用できる。反射モードにおいて作動可能な装置の例は、図８と図９を参照して記述される。
【００４１】
図８は、図１に示したものに類似した、円柱形Ｘ線生成装置の側断面図を示している。しかし、図８の装置は、２点の主要な態様において図１のものとは異なっている。第１に、図８の装置は、電子生成素子８１３が内部チューブ８０３の外部表面にあり、電子目標（Ｘ線生成）素子８１５が外部チューブ８０１の内部表面にあるという点で逆構成である。第２に、図８に示される装置は、図１に示される三極管装置ではなく、ダイオード装置（ゲート制御されない電子エミッター８１３のため）である。後者の違いは、重要ではなく、透過および反射装置は両者とも、製作者の好みにより、ダイオードまたは三極管モードのいずれのモードでも構成でき、作動できるということに注意されたい。例えば、この技術に精通した者には、図１の装置のような装置は、フィールドエミッター層１１３の代わりに、熱イオンエミッター層を使用してもよいということを理解できるであろう。更に、図８の反射装置は、熱イオンダイオードモード装置と同様に構成されているが、ゲート制御されるエミッター層を、素子８１３の代わりに使用してもよいということは理解されるであろう。
【００４２】
図８に示される電子放射素子８１３は、絶縁内部チューブ８０３の周りをワイヤでラッピングされている。ワイヤーラッピングの間隔は、図示されているように約５０％であるが、もっと大きいまたは小さな間隔を使用してもよい。ワイヤ８１３の電子生成特性およびＸ線吸収特性は、所望される場合は、最適な間隔を決定するために使用できる。熱イオン放射素子は、作動中に非常に高温になる場合があり、内部チューブおよび／または外部チューブの材料によっては、熱イオン放射措置を、絶縁スペーサロッドなどを使用して、チューブの１つまたは両者から距離を置くように維持することが望ましい。配置の例は、図１０を参照して下記で検討される。
【００４３】
目標層８１５は、透過モードと同様に、銅フィルムまたは銅箔であってよいが、層を通してのＸ線透過は望ましくなく、または必要ないので、もっと厚くてもよい。モリブデン、タングステンなどの他の材料を、この層８１５の代わりに使用してもよい。目標層８１５の所望の量は、十分に高いエネルギーの電子が衝突したときにそれがＸ線を発するような量である。
【００４４】
目標層８１５は、リード８２１を介して電圧源に接続されており、一方、電子生成素子８１３は、リード８１７ａと８１７ｂを介して電圧源に接続されている。この場合、ワイヤ８１３の端部における相対電圧は、ワイヤを流れる電流を確立するが、一方、目標層８１５とワイヤ８１３上の点の間の電圧差は、放射電子の衝突エネルギーを確立する。
【００４５】
示されたように、熱イオンダイオードモードで操作されると、ある電圧が電子生成素子８１３に加えられ、また、ある電圧が目標層８１５に加えられる。結果としてのフィールド強度は、放射電子を目標層８１５に向けて加速するのに十分であり、それにより、目標層８１５内でＸ線の生成を引き起こすのに十分な衝突エネルギーを電子が得ることになる。目標層はＸ線に対してそれほど透過性がよくないので、生成されたＸ線の大半は反射され、または装置の内部に向けられる。この放射のほとんどは、生成素子８１３に衝突するか、素子８１３のコイルの間を通過して、内部空間８２７に入り、その内容物を照射する。電圧は、装置の幾何学形状、構成、および材料が与えられれば、所望の放射レベルを達成するように設定することができる。
【００４６】
図９は、電子およびＸ線放射処理をより詳細に示している。図９は、図８の線Ｂに沿う、およそ線Ａあたりの薄いスライスの上面の断面図を示している。装置９０１は、内部に向かう同心円の順に、外部チューブ９０３（８０１）、電子目標およびＸ線放射層９０５（８１５）、電子／Ｘ線横方向空間９０７（８２５）、電子放射素子９０９（８１３）、内部チューブ９１１（８０３）、および、材料を通過する流れを照射するための目標体積９１３（８２７）を備えている。作動中、ある電圧が電子放射素子９０９に加えられ、平均電圧Ｖ1もまた、素子９０９上の点において確立され、電圧Ｖ2が電子目標およびＸ線放射層９０５に加えられる。電圧差Ｖ2−Ｖ1は典型的には、先に検討したように、１０〜５００ｋＶのオーダーであるが、より大きなまたは小さな電圧を使用してもよい。
【００４７】
加えられた電圧差の結果として、電子が電子放射素子９０９から放射され、電子目標およびＸ線放射層９０５に向けて加速される。簡潔に表現するために３個の電子のみを示しているが、動作電圧において、莫大な数の電子が典型的に生成されるということは理解されよう。このように加速された電子は、衝突ゾーン９１５において電子目標およびＸ線放射層９０５に衝突し、多くのそのようなゾーン９１５からのＸ線放射の生成という結果になる。図示された各ゾーン９１５はＸ線放射を示しているが、Ｘ線放射は各衝突ゾーンで不変的に起こるのではないことは理解されよう。更に、Ｘ線放射は、内部に向かうようにして図示されているが、ある生成されたＸ線放射は、異なる方向に向けることもできるということは理解されよう。
【００４８】
図示されたように、生成されたＸ線放射の一部は、目標体積９１３に向けて導かれる。本発明の図示された実施形態においては、電子放射素子９０９はスパイラル状に巻かれたワイヤであることに注意すると、目標体積９１３に向けて導かれた放射の一部は、電子放射素子９０９により止められ、一方、別の一部は、素子９０９のコイルと内部チューブ９１１間を通過し、目標体積９１３に入り込み、その現在の内容物を照射する。
【００４９】
図示された反射モード装置は、本発明の範囲内で、非常に幅広く変形され得ることは理解されよう。例えば、電子放射素子９０９は、ワイヤの代わりに、シート、リボン、フィルム、またはフォイルであってよい。更に、熱イオン放射のために、素子９０９の材料は、それに制限されるわけではないが、グラファイト、金属、または金属合金、または非金属合金、またはこれらの組合せを含む、適切な材料ならいずれでもよい。例えば、トリウムタングステン、および六ホウ化ランタンは適切な材料である。更に、電子放射の機構は、それに制限されるわけではないが、熱イオン放射、フィールド放射などの適切な機構のいずれであってもよい。更に、電子目標およびＸ線放射層９０５は、適切な材料および構成であればいずれでもよい。例えば、銅、タングステン、モリブデン、または他の適切な材料いずれも使用でき、層９０５の構成は、部分的または連続的であり、Ｘ線シールドとして作用しても、しなくてもよい。更に、図８と図９に示された反射装置の形状は円柱形であるが、上述したような、またはその他の適切な形状が、本発明の範囲内でいずれも使用できるということは理解されよう。
【００５０】
図１０は、図８の装置にある点において類似している、熱イオンダイオードモード透過Ｘ線生成装置の、側断面図を示している。熱イオン電子放射ワイヤまたはフィラメント１０１３は、水晶支持ロッド１０２１の円柱形配置の周りに巻かれている。電気リード１０１７ａと１０１７ｂにより、電流が素子１０１３を通過することが可能になる。外部チューブ１００１は、内部チューブ１００３と共に、電子放射フィラメント１０１３と水晶支持ロッド１０２１を取り囲み、その上には、電子の衝撃に応答してＸ線を生成する金属目標材料１０１５が位置している。端部キャップ１０２９もまた設けられており、内部チューブ１００３と外部チューブ１００１の間の空間１０２５を排気できるように位置している。
【００５１】
作動中、電子放射フィラメント１０１３は、電流がそこを流れるときに抵抗として加熱され、結果として電子を放射する。加速フィールドは、適切な電圧を、放射された電子が目標材料１０１５に向かって加速して衝突するように、これらの素子に加えることにより、フィラメント１０１３と目標材料１０１５の間に確立される。そのような衝突から生成されたＸ線は、多くの方向に向けられるが、かなりの数は、内部チューブ１００３内の目標体積１０２７に向かって導かれる。このＸ線放射の一部は、目標材料１０１５と内部チューブ１００３を通過して、目標体積１０２７に入る。このようにして、目標体積の内容物が効率よく照射される。
【００５２】
上記に教示された原理が与えられれば、動作の他の多くのモードが本発明内で利用できる。一般的に、本発明に従うＸ線生成装置は、電子放射に関して、フィールド放射または熱イオン放射モードのいずれにおいて作動できる。これらのモードにおいて、装置はダイオードまたは三極管モードで作動し、更に、反射または透過モードで作動する。ダイオードモードにおいて、電子エミッターはゲート制御されないが、三極管モードでは、エミッターはゲート制御される。更に、反射モードでは、Ｘ線の目標体積は、Ｘ線エミッター表面または素子の、電子衝突と同じ側に存在し、透過モードにおいては、Ｘ線の目標体積は、Ｘ線エミッター表面または素子の、電子衝突から反対の側に存在する。
【００５３】
このように、一般的には、いくつかの動作モードの例としては、（１）フィールド放射（ダイオード／透過）、（２）フィールド放射（ダイオード／反射）、（３）フィールド放射（三極管／透過）、（４）フィールド放射（三極管／反射）、（５）熱イオン放射（ダイオード／透過）、（６）熱イオン放射（ダイオード／反射）、（７）熱イオン放射（三極管／透過）、および（８）熱イオン放射（三極管／反射）がある。上記で検討した図１、２、および４は、フィールド放射（三極管／透過）装置の例を示し、一方、図８と９は、熱イオン放射（ダイオード／反射）装置の例を示している。図１０は、熱イオン放射（ダイオード／透過）装置の例を示している。これらの図は、透過および反射動作と、ダイオードおよび三極管動作と、熱イオンおよびフィールド放射動作を図示しているので、これらの図の素子は、上記の原理により配置することができ、他のタイプの装置いずれをもまた構築することができる。
【００５４】
上述した本発明の実施形態は、大規模な水純化処理および廃水処理のような、産業界での適用という状況において検討されたが、上述した本発明の実施形態はまた、非商業的状況においても適切であるということは理解されよう。例えば、本発明の１つの実施形態においては、上述した原理による小さな装置は、純化機能を提供する家庭の台所の電化製品と関連付けられる。例えば、そのような装置は、蛇口における飲料水源、冷蔵庫、コーヒーメーカーなどと繋げて配置してもよい。また、本発明の１つの実施形態においては、上述したようなフロースルー処理装置が、腐敗槽や都市下水システムに流れ込む前に、廃水を家庭で処理するために使用される。
【００５５】
上述した本発明の実施形態においては、Ｘ線放射が装置の外まで広がらないように装置を遮蔽することが望ましかった。しかし、本発明の１つの代替実施形態においては、材料を装置の内部ではなく、外部で照射することが望ましい。例えば、Ｘ線放射は、パイプまたは導管のような狭い空間の内部から使用され、ひび割れや他の問題となる状況をチェックする。導管が無傷であることは、核パワープラントの冷却システムのような特別な適用と共に、産業界または家庭での配管において極めて重要である。
【００５６】
Ｘ線を生成してそれを外側に導く装置が図１２に示されている。この装置は、図８の装置と類似しているが、もっと小さくてもよく、軸方向のフロースルー開口部を有していない。より詳細には、装置１２００は、その内部表面上に目標材料１２０３を有する円柱形外部シェル１２０１を備えている。目標材料は、上記で検討した目標材料のいずれでもよく、生成されたＸ線を遮蔽しないように十分薄く、または十分に拡散性がある。同様に、外部シェルは、ポリマー材料、グラファイト、ベリリウム、または薄い金属材料のような、十分なＸ線透過を可能にする材料および構成を備えている。
【００５７】
外部シェル１２０１内には、水晶支持ロッド１２０５ａと１２０５ｂが配置され、端部キャップ１２０７ａおよび１２０７ｂにより定位置に維持される。端部キャップ１２０７ａと１２０７ｂはまた、外部シェル１２０１により画定される内部空間１２０９を密封するように機能する。熱イオン電子放射素子１２１１は、水晶支持ロッド１２０５ａと１２０５ｂの周りにラッピングされている。２本のそのような支持ロッドが簡略化のために示されているが、４本または５本以上の、より多くの、等間隔に配置された支持ロッドにより、より均一な電子パターンが可能になり、その結果、Ｘ線の生成も均一となる。リード１２１３ａと１２１３ｂは、電子放射素子１２１１に電力を供給し、一方、リード１２１５は、電圧を目標材料１２０３に加える。孔１２１７が、装置の動作のために、空間１２０９を排気するために使用できる。作動中、ポンピングは続けられ、または孔１２１７は密封される。
【００５８】
装置の動作は、概略、上述と同様である。特に、電圧差が熱イオン電子放射素子１２１１と目標材料１２０３の間に加えられる。熱イオン電子放射素子１２１１により放射された電子は、加えられたフィールドの影響のもとで目標材料１２０３に向けて加速して、目標材料１２０３に衝突する。この電子の衝撃に応答して、目標材料１２０３はＸ線放射を発する。目標材料１２０３とシェル１２０１の両者は、実質的にそのような放射を遮蔽しないので、生成された放射の一部は装置の外側に出て行き、装置の現在の環境を照射する。
【００５９】
この装置を使用する方法は、図１３に関して、これ以降に記述する。特に、装置１３０１は、分析されるパイプ１３０３の内部で低く下げられて図示されている。装置は、好ましくは支持のために線１３０５に取り付けられる。装置を作動するために使用されるリード１３０７もまた装置１３０１に取り付けられている。電源が投入されると、装置は、パイプ１３０３の壁に衝突するＸ線１３０９を放射する。パイプ１３０３が完全無傷であること分析するために、パイプ１３０３を透過するＸ線の変動が、パイプ１３０３の外側に設置されたＸ線検出器１３１１により検出される。または、Ｘ線感知フィルムを装置１３０１に外側にラッピングし、画像強度の変化により、パイプ内の欠陥を検出するのに使用される。
【００６０】
装置はある特別な環境において使用されるように図示されているが、その環境は何ら制限されないことに注意されたい。例えば、図示された装置は、サイズが適切であれば、医療目的のために使用することもできる。例えば、そのような装置は、静脈や腔などの体内構造を分析するために、またはそのような構造に放射を加えるために使用できる。例えば、そのような装置は、特別な部位を照射するために使用できる。
【００６１】
上記の例において、目標材料１２０３とシェル１２０１の両者は実施的にＸ線放射に対して透過的であったが、それは必要条件ではない。特に、目標材料１２０３とシェル１２０１のいずれか、または両者は、所望の出力パターンを生成するために、選択された場所においてＸ線放射に対して不透明であってもよい。例えば、透過がリング状の場合、ドーナッツ状の放射パターンが生成され、一方、透過がストライプ状の場合、面状またはシート状パターンが生成される。
【００６２】
電子衝撃装置は、同じ原理、つまり、電子エミッター、電子エミッターを取り囲む管状部材、および電子エミッターからの放射電子を管状部材に向けて加速するフィールドを作り出すための電圧源を使用して構築できるということに注意されたい。管状部材を通過し、装置から出て行く電子は、外部材料を照射するために使用できる。
【００６３】
上記の検討は、反射または透過モードのいずれかで動作する装置に焦点を置いていたが、動作の両者のモードを同時に利用する装置も可能である。図１４は、本発明の１つの実施形態によるそのような装置の１つを、側断面図で例示している。装置１４００は図１２の装置と類似しているが、動作の別個のモードをより明確に記述するために分離して示されている。
【００６４】
装置１４００は、その内部表面上に目標材料１４０３を有する円柱形外部シェル１４０１を備える。ここでは再び、目標材料は、実質的に生成されたＸ線を遮蔽しないように薄く、十分に拡散性がある。同様に、外部シェル１４０１は、上記に検討したように、十分なＸ線の透過を可能にする材料および構成を備える。端部キャップ１４０７ａと１４０７ｂは、外部シェル１４０１により画定された内部空間１４０９を遮蔽するように機能する。熱イオン電子放射装置１４１１は、外部シェル１４０１に内部に、ほぼそれと同心円状に位置している。熱イオン電子放射素子１４１１は、構造的に自立的であってよく、または、図示していないアーム、ロッドなどにより支持されてもよい。
【００６５】
リード１４１３ａと１４１３ｂは、電子放射素子１４１１に電力を供給し、リード１４１５は、電圧を目標材料１４０３に加える。上記で検討した図１２の装置と同様に、孔１４１７が、装置１４００の動作のために空間１４０９を排気するために使用され、装置１４００の使用のため、ポンピングが中断されるときは密封される。
【００６６】
動作中、電圧差が熱イオン電子放射素子１４１１と目標材料１４０３の間に加えられる。熱イオン電子放射素子１４１１により放射された電子は、加えられたフィールドの影響のもとで目標材料１４０３に向けて加速し、そこに衝突する。結果として、目標材料１４０３は、Ｘ線放射を発する。上記したように、目標材料１４０３とシェル１４０１の両者は、そのような放射を実質的に遮蔽しない。このようにして、生成された放射の一部は装置１４００の外側へと通過する。また、生成された放射の別の一部は、外部シェル１４０１の反対側の壁に向けて内部方向に反射される。外部シェル１４０１内の空隙を横切ると、反射された放射の一部は、外部シェル１４０１の反対側の壁を通過して、装置１４００から出て行く。動作のこの修正モードは、最初に反射されたＸ線が依然として装置１４００から出て行くのであれば、反対側でも、効率を増大させるということは理解できる。
【００６７】
図１４に示された実施形態に関連する、本発明の１つの代替実施形態においては、装置は更に、これもまたＸ線放射目標材料でコーティングされた内部管状部材を備える。加速フィールドは更に、電子エミッターと両方の管状部材の間で、電子が、電子エミッターから内部と外部の両方に向けて加速して両方の目標表面に衝突するように維持される。外部表面は、上述したように機能する。内部表面は、より厚くてよく、内部チューブに対して反射モードで動作する。つまり、内部チューブ上のＸ線放射目標材料において生成されたＸ線は、外部チューブに向けて導かれ、外部チューブを実質的に通過する。
【００６８】
新しく、有効なＸ線生成技術および装置がここにおいて記述されたことは理解されよう。本発明の原理が適用できる多くの可能な実施形態を考慮すると、図に関して、ここで記述された実施形態は、例示のみのための意味であると認識されるべきであり、本発明の範囲を制限するように解釈されるべきではない。例えば、この技術に精通した者は、示された正確な構成および形状は例としてのものであり、例示された実施形態は、配置と詳細において、本発明の精神から逸脱することなくこのように修正され得るということを認識するであろう。例えば、例示された形状またはその他の何れもが、１つまたは２つ以上のエッジにおけるフレアまたはフランジのような、非凹面部または素子を含むように修正でき、それにより影響受ける部材の重要な凹面が無効にならないということは理解されよう。
【００６９】
ある数の例をここに記載したが、本発明は、制限なく、これよりはるかに大きなまた小さな規模の装置およびシステムにも等しく適用されるということは理解されよう。同様に、全体的に滑らかな部材がここにおいて例示されたが、全体的に凹面状の部材もそれ自身が、矩形または多角形のような多くの個々の平坦な要素から構成され得るということは理解されよう。例えば、多角形の断面を有するチューブは、円形の断面を有する部材の代わりに、図の１の装置内で使用することもできる。最後に、流体（液体および気体を含む）ばかりでなく固体も、ここで記述したようなシステムを通過し、それにより処理されるということが想定される。システムを流れるのではなく、固体は好ましくは、ベルトまたはシェーカーのようなものにより運搬される。更に、記述した本発明の実施形態は、Ｘ線生成に焦点を置いたが、本発明の原理は、Ｘ線を生成することなく、材料の電子放射を提供するためにも使用できるということは理解されよう。例えば、図１の装置において、目標層１１５が電子に対して実質的に透明に、そして内部チューブ１０３が電子に対して相対的に透明に構成されている場合は、装置は、体積１２７の内容物の電子照射を提供するために使用できる。従って、ここで記述された本発明は、これに続く請求項とその等価物の範囲にあるような実施形態のすべてを想定している。
【図１】
2011243579.tif 000003
【図２】
2011243579.tif 000004
【図３Ａ】
2011243579.tif 000005
【図３Ｂ】
2011243579.tif 000006
【図４】
2011243579.tif 000007
【図５】
2011243579.tif 000008
【図６】
2011243579.tif 000009
【図８】
2011243579.tif 000010
【図９】
2011243579.tif 000011
【図１０】
2011243579.tif 000012
【図１１】
2011243579.tif 000013
【図１２】
2011243579.tif 000014
【図１３】
2011243579.tif 000015
【図１４】
2011243579.tif 000016
【図７】
2011243579.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月29日(2011.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線照射装置であって、
放射の収束パターンを有するＸ線を生成するための、連続な、実質的に凹面の放射素子と、
所定の目標体積であって、前記発せられた放射の少なくともかなりの部分は、前記所定の目標体積に集中するような、所定の目標体積と、を備えるＸ線照射装置。
【請求項２】
前記放射の収束パターンは、πステラジアンに実質的に焦点を合わせられる、請求項１に記載のＸ線照射装置。
【請求項３】
前記放射の収束パターンは、２πステラジアンに実質的に焦点を合わせられる、請求項１に記載のＸ線照射装置。
【請求項４】
前記放射の収束パターンは、１０度、９０度、１８０度、および２７０度から構成されるグループから選択された断面角内で実質的に焦点を合わせられる、請求項１に記載のＸ線照射装置。
【請求項５】
前記連続凹面放射素子は全体的に凹面であるが、複雑な表面を有する、請求項１に記載のＸ線照射装置。
【請求項６】
前記連続凹面放射素子は全体的に凹面であり、滑らかな表面を有する、請求項１に記載のＸ線照射装置。
【請求項７】
凹面電子エミッター素子を備え、前記Ｘ線放射素子と、前記電子エミッター素子のそれぞれは、それぞれの焦点を有し、前記電子エミッター素子と、前記Ｘ線放射素子の焦点は、前記所定の目標体積と同じ側にある、請求項１に記載のＸ線照射装置。
【請求項８】
加速フィールドが、前記電子エミッター素子と、前記Ｘ線放射素子の間に維持される、請求項１に記載のＸ線照射装置。
【請求項９】
前記電子エミッター素子は、ゲート制御される電子エミッター層を備える、請求項１に記載のＸ線照射装置。
【請求項１０】
前記電子エミッター素子は、フィールド放射を介して電子を発する、請求項１に記載のＸ線照射装置。
【請求項１１】
前記電子エミッター素子は、熱イオン放射を介して電子を発する、請求項１に記載のＸ線照射装置。
【請求項１２】
前記電子エミッター素子から発せられた電子は、前記加速フィールドの影響のもとで前記Ｘ線放射素子に向かって加速し、前記Ｘ線放射素子に衝突し、それにより、前記Ｘ線放射を引き起こす、請求項８に記載のＸ線照射装置。
【請求項１３】
発せられたＸ線放射は、前記目標体積に到達するためには、前記Ｘ線放射素子を通過しなければならない、請求項１２に記載のＸ線照射装置。
【請求項１４】
発せられたＸ線放射は、前記目標体積に到達するためには、前記電子エミッター素子を通過または通り抜けなければならない、請求項１２に記載のＸ線照射装置。
【請求項１５】
前記電子エミッター素子は、その中に空間を有する不連続表面であり、放射は、その中の前記空間を主に通過することにより前記素子を通過する、請求項１４に記載のＸ線照射装置。
【請求項１６】
前記電子エミッター素子と前記Ｘ線放射素子は、その間に空隙を画定し、前記空隙は密封され、周囲の圧力未満に排気される、請求項７に記載のＸ線照射装置。
【請求項１７】
前記空隙は、１．３３３２２×１０-3Ｐａ（１０-5ｔｏｒｒ）未満に排気される、請求項７に記載のＸ線照射装置。
【請求項１８】
前記電子エミッター素子と前記Ｘ線放射素子の間の前記空隙内に、１つまたは２つ以上の絶縁スペーサを、前記スペーサが、お互いに関して非導電配置にある前記電子エミッター素子とＸ線放射素子を維持するように備える、請求項７に記載のＸ線照射装置。
【請求項１９】
Ｘ線生成装置であって、
内部経路と外部表面を有する第１管状部材であって、前記外部表面はその上に、電子エミッター素子を有する第１管状部材と、
実質的に同心円状の関係で前記第１管状部材を取り囲む第２管状部材であって、前記第１および第２管状部材の間に空隙があり、前記第１円柱形チューブの前記外部表面に面する内部表面を有し、前記内部表面は、電子衝撃に応答してＸ線放射を発する目標層を備える、第２管状部材と、を備えるＸ線生成装置。
【請求項２０】
加速フィールドが、前記電子エミッター素子と前記第１管状部材の前記外部表面の間に維持される、請求項１９に記載のＸ線生成装置。
【請求項２１】
前記電子エミッター素子は、ゲート制御される電子エミッター素子である、請求項１９に記載のＸ線生成装置。
【請求項２２】
前記電子エミッター素子は、エミッター材料のらせん状巻線から形成される、請求項１９に記載のＸ線生成装置。
【請求項２３】
前記エミッター素子から発せられた電子は、前記第２管状部材の前記内部表面に向かって加速し、その上の前記目標素子に衝突し、それにより前記Ｘ線放射を引き起こす、請求項２０に記載のＸ線生成装置。
【請求項２４】
前記発せられたＸ線放射の少なくとも一部は、前記第１管状部材の前記内部経路に向けて導かれてそこに入る、請求項２３に記載のＸ線生成装置。
【請求項２５】
前記発せられたＸ線放射の少なくとも一部は、前記第２管状部材を通過して、装置から出て行く、請求項２３に記載のＸ線生成装置。
【請求項２６】
前記第１管状部材の外部表面と、前記第２管状部材の前記内部表面は空隙を画定し、前記空隙は密封され、周囲の圧力未満に排気される、請求項１９に記載のＸ線生成装置。
【請求項２７】
前記空隙は、１．３３３２２×１０-3Ｐａ（１０-5ｔｏｒｒ）未満に排気される、請求項２６に記載のＸ線生成装置。
【請求項２８】
前記第２管状部材は、Ｘ線放射に対して実質的に不透明である、請求項１９に記載のＸ線生成装置。
【請求項２９】
目標材料のＸ線処理方法であって、
前記目標材料を、その上に電子エミッター素子を有する外部表面を有する格納チューブ内に配置するステップであって、前記格納チューブはＸ線に対して実質的に透明であって、前記格納チューブは、Ｘ線チューブの前記内部表面により取り囲まれており、前記Ｘ線チューブの前記内部表面は、電子衝撃に応答して、Ｘ線放射を発する目標層を備える、ステップと、
前記エミッター素子から電子を抽出するステップと、
前記抽出された電子を前記目標層に向けて加速し、それにより、前記加速された電子は前記目標層に衝突して、そこからのＸ線放射の放出を促進し、そのＸ線放射の少なくとも一部は、前記格納チューブを通過し、その中に配置された前記目標材料に衝突する、前記抽出電子加速ステップと、を含む、目標材料のＸ線処理方法。
【請求項３０】
前記格納チューブと前記Ｘ線エミッターチューブの間の空間を排気して、前記空間内の圧力を周囲の圧力未満に減少することを更に含む、請求項２９に記載のＸ線処理方法。
【請求項３１】
前記格納チューブと前記Ｘ線エミッターチューブの間の前記空間を、１．３３３２２×１０-3Ｐａ（１０-5ｔｏｒｒ）未満に排気することを更に含む、請求項３０に記載のＸ線処理方法。
【請求項３２】
前記格納チューブは入口と出口を備え、前記目標材料を前記格納チューブ内に配置する前記ステップは、前記材料を前記入口に導き、前記材料を、前記チューブを通して移動し、前記材料を前記出口において取り除くことを含む、請求項２９に記載のＸ線処理方法。
【請求項３３】
目標材料を処理する電子衝撃装置であって、
前記目標材料を収納する第１管状部材と、
前記第１管状部材を取り囲むような同心円状の関係にある第２管状部材であって、環状空間が前記第１および第２管状部材の間に画定され、電子放射材料である、第２管状部材と、
前記第２管状部材からの放射電子を、前記第１管状部材に向けて加速するための電圧供給手段と、を備える電子衝撃装置。
【請求項３４】
前記第２管状部材は熱イオン電子放射材料である、請求項３３に記載の電子衝撃装置。
【請求項３５】
前記第２管状部材はフィールド電子放射材料である、請求項３３に記載の電子衝撃装置。
【請求項３６】
前記第２管状部材からの電子放射率を制御するためのゲートを更に備える、請求項３３に記載の電子衝撃装置。
【請求項３７】
目標材料を処理する電子衝撃装置であって、
電子エミッター部材と、
前記エミッター部材を取り囲むような関係にある管状部材と、
前記電子エミッター部材からの放射電子を前記管状部材に向けて加速して、前記電子の少なくとも一部が、前記管状部材を通過して、前記装置から出て、前記目標材料に衝突するようにする電圧供給手段と、を備える電子衝撃装置。
【請求項３８】
Ｘ線生成装置であって、
電子エミッター素子と、
前記電子エミッター素子を実質的に同心円状の関係で取り囲む管状部材であって、前記電子エミッター素子に面する内部表面を有し、前記内部表面は、電子衝撃に応答してＸ線放射を発する目標層を備え、Ｘ線放射に対して実質的に透明である管状部材と、を備えるＸ線生成装置。
【請求項３９】
前記電子エミッター素子を取り囲む前記管状部材の内部にあり、それと実質的に同心円状である内部管状部材を更に備え、前記電子エミッター素子は、前記内部環状部材と、前記電子エミッター素子を取り囲む前記管状部材の間に存在し、前記内部管状素子の前記外部表面は、電子衝撃に応答してＸ線放射を発する第２目標層を備える請求項３８に記載のＸ線生成装置。
【請求項４０】
加速フィールドは、前記電子エミッター素子と、前記目標層と前記第２目標層の両者の間に維持される、請求項３８に記載のＸ線生成装置。
【請求項４１】
加速フィールドは、前記電子エミッター素子と、前記目標層の間に維持される、請求項３８に記載のＸ線生成装置。
【請求項４２】
前記電子エミッター素子は、ゲート制御される電子エミッター素子である、請求項４１に記載のＸ線生成装置。
【請求項４３】
前記電子エミッター素子は、エミッター材料のらせん状巻線から形成される、請求項４１に記載のＸ線生成装置。
【請求項４４】
前記エミッター素子から発せられる電子は、前記目標層に向かって加速して衝突し、それにより、Ｘ線放射が引き起こされる、請求項４１に記載のＸ線生成装置。
【請求項４５】
前記管状部材は、前記電子エミッター素子が存在する空隙を画定し、前記空隙は密封され、周囲の圧力未満に排気される、請求項３８に記載のＸ線生成装置。
【請求項４６】
前記空隙は、１．３３３２２×１０-3Ｐａ（１０-5ｔｏｒｒ）未満に排気される、請求項４５に記載のＸ線生成装置。
【請求項４７】
ポータブルハウジングから、広角Ｘ線放射を生成する方法であって、
内部空間を画定し、更に電子衝撃に応答してＸ線放射を製造する前記ハウジング内に電子を生成し、
前記生成された電子を前記ハウジングに向けて加速し、
前記生成された電子の少なくとも一部を前記ハウジングに衝突させ、それによりＸ線放射を生成し、
前記生成されたＸ線放射の一部を、前記ハウジングを通過させ、及び前記ハウジングからの前記生成されたＸ線放射の一部を反射し、
前記生成されたＸ線放射の前記反射された一部を、前記内部空間を通って通過させ、前記生成されたＸ線放射の前記反射された一部の少なくともある部分を、前記ハウジングを通って通過させる、広角Ｘ線放射の生成方法。
【請求項４８】
前記電子を生成するステップは、ゲート操作される電子エミッターを使用することを備える、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記電子を生成するステップは、熱イオン電子エミッターを使用することを備える、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記内部空間は密封され、周囲の圧力未満に排気される、請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記内部空間は、１．３３３２２×１０-3Ｐａ（１０-5ｔｏｒｒ）未満に排気される、請求項５０に記載の方法。