(57)【要約】【課題】Ｘ線装置およびその装置をターゲットの熱損傷を防止して使用する方法を提供する。【解決手段】  電子ビームが入射することによりＸ線を発生するターゲットと、前記ターゲットに向けて電子ビームを出射する電子ビーム源と、前記電子ビームの状態に関する情報に基づいてターゲットの状態を推定する推定部と、を含み、前記電子ビーム源は、前記推定部で推定した前記ターゲットの状態に基づいて制御されるＸ線装置である。【選択図】図１
2019110014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームが入射することによりＸ線を発生するターゲットと、
前記ターゲットに向けて電子ビームを出射する電子ビーム源と、
前記電子ビームの状態に関する情報に基づいてターゲットの状態を推定する推定部と、
を含み、
前記電子ビーム源は、前記推定部で推定した前記ターゲットの状態に基づいて制御されるＸ線装置。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線装置において、
前記ターゲットの状態はターゲットの温度であり、
前記ターゲットの推定到達温度が、あらかじめ定めた温度を超えないように前記電子ビーム源を制御するＸ線装置。
【請求項３】
請求項２記載のＸ線装置において、
前記推定部は、電子ビーム平均電流、電子ビーム電圧、マクロパルス幅、マクロパルス周波数および前記ターゲット上における電子ビームまたはＸ線の直径のうち少なくとも一つのパラメータに基づいて前記ターゲットの状態を推定するＸ線装置。
【請求項４】
請求項３記載のＸ線装置において、
前記ターゲットの状態は、前記少なくとも一つのパラメータを含む関係式に基づいて推定されるＸ線装置。
【請求項５】
請求項４記載のＸ線装置において、
前記関係式は下記の（１）式であって、
2019110014.tif 000008
（１）式中、Ｔは前記推定到達温度、Ｉb は前記電子ビーム平均電流（Ａ）、ｔw は前記マクロパルス幅（ｓｅｃ）、Ｄは電子ビームまたはＸ線の直径（ｍｍ）、ｆrep は前記マクロパルス周波数（ｐｐｓ）、Ｔw は前記Ｘ線装置のターゲット冷却水温度またはターゲット初期温度、α、βおよびγはそれぞれ電子ビーム電圧または電子ビームエネルギーに依存する定数であるＸ線装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項に記載のＸ線装置において、
前記ターゲットの状態は、前記電子ビームの状態と前記ターゲットの状態との対応関係を表すテーブルに基づいて推定されるＸ線装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のＸ線装置において、
被検物を回転可能に保持する被検物保持部と、
前記被検物を透過したＸ線を検出する検出部と、
前記検出部による検出情報から前記被検物の再構成画像を生成する画像再構成部と、
前記再構成画像を表示する表示装置と、
を更に備えるＸ線装置。
【請求項８】
電子ビームが照射されるターゲットの状態を推定することと、
前記推定されたターゲットの状態に基づいて、前記電子ビームを出射する電子ビーム源の制御パラメータを制御することと、
前記電子ビーム源から前記電子ビームを出射させて前記ターゲットに照射することにより前記ターゲットからＸ線を発生させることと、
を含むＸ線装置の制御方法。
【請求項９】
請求項８記載のＸ線装置の制御方法であって、
前記ターゲットの状態は前記ターゲットの到達温度であり、
予め設定された、前記ターゲットが損傷する最低温度より低い温度である閾値温度と、前記推定されたターゲットの到達温度とを比較することと、を更に含み、
前記推定されたターゲットの温度が、前記閾値温度を超えないように、前記電子ビーム源の前記制御パラメータを制御するＸ線装置の制御方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載のＸ線装置の制御方法であって、
前記制御パラメータは、電子ビーム平均電流、電子ビーム電圧、マクロパルス幅、マクロパルス周波数および前記ターゲット上における電子ビームまたはＸ線の直径のうち少なくとも一つであるＸ線装置の制御方法。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか一項に記載のＸ線装置の制御方法であって、
前記ターゲットの到達温度の推定は、下記の（１）式で示す関係式により前記ターゲットにおいて到達する最高温度を推定する、Ｘ線装置の制御方法（ただし、（１）式中、Ｔは前記推定到達温度、Ｉb は前記電子ビーム平均電流（Ａ）、ｔw は前記マクロパルス幅（ｓｅｃ）、Ｄは電子ビームまたはＸ線の直径（ｍｍ）、ｆrep はマクロパルス周波数（ｐｐｓ）、ＴｗはＸ線装置のターゲット冷却水温度またはターゲット初期温度、α、βおよびγはそれぞれ電子ビーム電圧または電子ビームエネルギーに依存する定数である。
2019110014.tif 000009
【請求項１２】
請求項８から１０のいずれか一項に記載のＸ線装置の制御方法であって、
前記ターゲットの到達温度の推定は、前記制御パラメータと前記ターゲットの到達温度との対応関係を表すテーブルに基づいて行うＸ線装置の制御方法。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれか一項に記載のＸ線装置の制御方法であって、
前記電子ビーム源の制御において、前記電子ビーム源を構成し、電子を発生する電子銃、前記電子銃で発生した電子を加速させる加速部および前記電子銃に電力を供給する電子銃電源にそれぞれ電力を供給する電子銃電源、高周波源および高周波源高圧電源の少なくとも一つを制御して前記制御パラメータを制御するＸ線装置の制御方法。
【請求項１４】
請求項８から１３のいずれか一項に記載のＸ線装置の制御方法であって、
被検物を保持した状態で回転させながら前記ターゲットで発生したＸ線を前記被検物に照射することと、
前記被検物を透過したＸ線を検出することと、
前記透過Ｘ線の検出により検出した情報から前記被検物の再構成画像を生成することと、
前記再構成画像を表示することと、
を更に有するＸ線装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線装置およびＸ線装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子を金属のターゲットに衝突させることにより、ターゲットからＸ線を発生させるＸ線装置（例えば、特許文献１）が知られている。
Ｘ線の強い透過能力を活かし医療分野では各種のレントゲン検査やＸ線ＣＴ等の診断にＸ線が多用されている。
【０００３】
医療用の診断や工業用非破壊検査ではより精細な画像が要求されている。精細な画像を得るためはＸ線のスポットサイズを小さくしなければならない。
【０００４】
Ｘ線のスポットサイズを小さくするにはターゲット上での電子ビームの直径を小さくする必要がある。
しかし、電子ビームの直径を小さくするとターゲット上の照射位置における単位面積当たりの発熱量が大きくなるため、照射位置の温度が高くなりターゲット損傷の原因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５７５７８８５号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様のＸ線装置は、電子ビームが入射することによりＸ線を発生するターゲットと、ターゲットに向けて電子ビームを出射する電子ビーム源と、前記電子ビームの状態に関する情報に基づいてターゲットの状態を推定する推定部とを含み、前記電子ビーム源は前記推定部で推定した前記ターゲットの状態に基づいて制御されるものである。
本発明の態様のＸ線装置の制御方法は、電子ビームが照射されるターゲットにおいて到達する最高温度である推定到達温度を推定することと、前記推定到達温度に基づいて、前記電子ビームを出射する電子ビーム源の制御パラメータを制御することと、前記電子ビーム源から前記電子ビームを出射させて前記ターゲットに照射することにより前記ターゲットからＸ線を発生させることとを含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】Ｘ線装置の機器構成の例を示すブロック図である。
【図２】Ｘ線装置で用いられる電子銃と加速管、ターゲットの平面断面図である。
【図３】Ｘ線装置で用いられる加速管が出力する電子ビームのパルス波形を示す図であり、図中（ａ）はマクロパルスを示し、同図（ｂ）は、マクロパルスを構成するマイクロパルスを示す。
【図４】Ｘ線装置の機器構成の例を示すブロック図である。
【図５】Ｘ線装置の制御方法の例を説明するためのブロック図である。
【図６】Ｘ線装置の機器構成の例を示すブロック図である。
【図７】Ｘ線装置の制御方法の例を説明するための制御ブロック図である。
【図８】制御パラメータと推定到達温度との関係を示すテーブルを示す図である。
【図９】Ｘ線装置でなされる制御処理の方法を示すフローチャートである。
【図１０】Ｘ線装置制御方法で用いられるＸ線装置の機器構成を示すブロック図である。
【図１１】Ｘ線装置の動作または制御方法を説明するための制御ブロック図である。
【図１２】Ｘ線装置で用いられるＸ線装置の機器構成を示すブロック図である。
【図１３】Ｘ線発生部の動作または制御方法を説明するための制御ブロック図である。
【図１４】Ｘ線装置で用いられるＸ線装置の機器構成を示すブロック図である。
【図１５】Ｘ線発生部の動作または制御方法を説明するための制御ブロック図である。
【図１６】Ｘ線装置で用いられるＸ線装置の機器構成を示すブロック図である。
【図１７】Ｘ線発生部の動作または制御方法を説明するための制御ブロック図である。
【図１８】本発明によるＸ線装置の機器構成を示すブロック図である。
【図１９】Ｘ線装置の動作または制御方法を説明するための制御ブロック図である。
【図２０】Ｘ線装置の機器構成を示すブロック図である。
【図２１】Ｘ線装置の動作または制御方法を説明するための制御ブロック図である。
【図２２】Ｘ線装置のＸ線発生部で用いられる電子銃とその電源の関係を模式的に示した図である。
【図２３】電子ビーム電流波形を測定するＣＴ(Current Transformer)の基本原理（ａ）と加速管から出射する電子ビーム電流を測定する場合の基本構成（ｂ）を示す図である。
【図２４】電子ビーム電流波形を測定する壁電流モニターの基本原理（ａ）と加速管から出射する電子ビーム電流を測定する場合の基本構成（ｂ）を示す説明図である。
【図２５】ターゲット電流モニターの説明のための部分断面図である。
【図２６】磁気レンズの説明図である。
【図２７】磁気レンズのコイル電流と電子ビームのスポット径との関係を模式的に示す説明図である。
【図２８】コイル電流とターゲットにおける電子ビームのスポット径との関係を模式的に示す説明図である。
【図２９】非破壊検査装置用Ｘ線ＣＴ(Computer Tomography)装置の基本構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面等を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図１は、本発明の態様のＸ線装置の構成例を示すブロック図である。
図１に示すＸ線装置１００１において、ターゲット１０２ｃに向けて出射する電子ビーム１０５のスポットサイズを小さくすると、ターゲット１０２ｃ上の照射位置における単位面積当たりの発熱量が大きくなるため、照射位置近傍の温度が高くなりターゲット損傷の原因となる。
本発明者らは、電子ビーム１０５の状態に関する情報に基づいてターゲット１０２ｃが到達する温度を推定すること、また、この推定到達温度があらかじめ定めた温度を超えないように電子ビーム１０５の出射に関するパラメータを制御することにより、ターゲット１０２ｃの損傷を防げることに想到した。
前記制御方法を具現化するためのＸ線装置の一例は、Ｘ線ターゲット１０２ｃを有し、Ｘ線１００を発生するＸ線発生部１０２、Ｘ線発生部１０２に高電圧高周波を供給する電源１０１、前記各部から電子ビーム１０５の状態に関する情報を得てターゲット１０２ｃの到達温度を推定する推定部１０８を含むＸ線装置１００１である（図１）。
ここで電源１０１は、電子銃１０２ａに電力を供給する電子銃電源１０１ａ、加速管１０２ｂに高電圧高周波を供給する高圧電源１０１ｂおよび高周波源１０１ｃを含む。
また、本明細書においては、前記Ｘ線発生部のうちＸ線ターゲット１０２ｃへの電子ビーム照射に関係する部分および、前記電源１０１の他、電子ビームの出射に関わる構成部分を総合して電子ビーム源と称する。念のため付記するならば、電子ビーム源には、電子ビームを生成する電子銃およびその付加的構成物、電子ビームを加速する加速電極ないし加速管およびその付加的構成物、電子ビームの方向や直径、発散や集束を制御する磁気レンズ等およびその付加的構成物、電子ビームの生成タイミングを制御する制御電極（グリッド電極）、これらを統合的に制御する制御部および、それらに所要の周波数で電流・電圧を供給する電源部等を含んで良い。
推定部１０８は、演算装置１０３と、ターゲット温度推定用の関係式および／または参照換算テーブルを保持している記憶部１０６とを含む。また、推定部１０８は、電子ビーム１０５の照射によるターゲット１０２ｃの温度上昇に関し、ターゲット１０２ｃの到達温度を推定する。そして推定された到達温度があらかじめ定めた上限温度を超えないように、Ｘ線装置１００１の電子ビームの出射に関する制御パラメータが決定される。
ここで、電子ビーム１０５の出射に関する制御パラメータとは、ターゲット１０２ｃに照射する電子ビームの状態、すなわち、電子ビームのエネルギー、ビーム電流、ビームサイズ、マクロパルス幅、マクロパルスの繰り返し周波数等を制御するための電子ビーム源のパラメータであり、具体的には電子銃電圧、電子銃電流、ＲＦ源の駆動電圧、ＲＦ源の駆動電流などが例示される。また、電子ビーム１０５の前記状態に関する実際の測定値も本発明の態様においては制御パラメータに含めることができる。これらの制御パラメータに関しては後に詳述する。
【０００９】
なお、前述のあらかじめ定めた上限温度は、ターゲット１０２ｃが実際に損傷を受ける温度であってもよく、ターゲット１０２ｃが損傷を受ける温度から一定値を差し引いた温度でもよい。さらに、ターゲット１０２ｃが損傷を受ける温度に所定の安全係数を乗算して算出した温度でもよい。ここで一定値とは、例えば１０℃、２０℃、…、１００℃等の温度の絶対値でよく、安全係数とは例えば９５％、９０％、８５％、８０％等の１００％より低い係数であってよい。当然ながら、前述の一定値および安全係数は、ターゲット１０２ｃが損傷を受けないという本発明の態様の効果を奏する範囲で定められるべきである。以下の説明では、前述のあらかじめ定めた温度を閾値温度または許容温度と称することがある。
一方、本発明の態様におけるターゲットの推定到達温度としては、後述するマクロパルス内においてターゲットが到達する最高温度の推定値を採用することができる。
なお、ターゲット１０２ｃが損傷を受ける温度には、例えばターゲット１０２ｃを構成する材料の融点を選択することができる。ターゲット１０２ｃが複数種類の材料を含有して構成されている場合には、融点に代えて軟化点としてもよい。さらに、融点や軟化点に代えて再結晶温度を採用してもよい。実験的にターゲット１０２ｃの素材を直接加熱して温度と損傷の有無との関係を確認してもよい。
以下、本明細書においてターゲットが損傷を受ける温度とは、ターゲットが損傷を受け始める温度を含む概念である。これらの温度を本発明では損傷開始温度と称することがある。
電子ビームの出射に関する制御パラメータは設定値であってもよいし、測定値であってもよい。なお、ターゲット１０２ｃの温度を直接測定し測定温度に基づいて電子ビームの出射に関する制御パラメータを制御してもよい。
【００１０】
より具体的には、例えば次の手順により制御パラメータを制御することができる。
（１）計算機シミュレーションにより、電子ビームの出射に関する制御パラメータとターゲット１０２ｃの推定到達温度との関係式を求める。
（２）上記の関係式を適用するＸ線装置において、電子ビームの出射に関して設定された制御パラメータを適用（代入）して、ターゲット１０２ｃの推定到達温度を算出（推定）する。
（３）算出した推定到達温度が予め定めた閾値温度ないし許容温度または損傷開始温度（例えばターゲット１０２ｃを構成する材料の融点）を超える場合には、推定到達温度が低下する方向に制御パラメータを修正して推定到達温度を算出し直し、これを繰り返して最終的にターゲット１０２ｃが損傷しないように制御パラメータを設定する。なお、確実にターゲット１０２ｃの損傷を防ぐには、前述したように損傷開始温度より所定温度だけ低い温度である許容温度（閾値温度）を設定し、上記の関係式により算出した推定到達温度が許容温度を超えないように制御パラメータを設定する。同様に、許容温度は損傷開始温度に所定の安全率を掛けた温度、例えば材料の融点を摂氏で表した温度に安全率９０％を掛けた温度としてもよい。
【００１１】
本発明の実施態様においては、上記のように制御パラメータの設定値から上記（１）で得られた関係式を用いて推定到達温度の算出をしてもよいし、制御パラメータの測定値（実測値）を上記の関係式に用いて推定到達温度を算出してもよい。設定値と実測値の間に一定の相関が存在する場合は、設定値に基づいて実際の値を推定しても良い。
また、上記の関係式を記憶部１０６に記憶しておき、制御パラメータの設定値あるいは測定値を用いて推定到達温度を算出してもよいし、関係式に代えて上記関係式あるいは実験式などを用いて、制御パラメータと推定到達温度との関係をテーブルとして作成したものを記憶部１０６に記憶しておき、このテーブルを用いて制御パラメータの設定値あるいは測定値に対応する推定到達温度を求めるようにしてもよい。
【００１２】
すなわち本実施態様においては、
・電子ビームの照射によりターゲット１０２ｃにおいて到達する推定到達温度を推定し、
・推定した到達温度がターゲット１０２ｃに損傷を与える温度（例えば、ターゲット１０２ｃを構成する材料の融点）より低くなるように電子ビーム源の制御パラメータを調整し、
・調整された制御パラメータに基づいて電子ビームをターゲット１０２ｃに照射する。
電子ビーム源の制御パラメータを最初に設定してターゲット１０２ｃの到達温度を最初に推定した際に、推定した到達温度が予め定めた温度以上となった場合には、制御パラメータを変更して再度ターゲット１０２ｃの到達温度を推定し、ターゲット１０２ｃが損傷を受けるおそれがなくなるまで、このプロセスを繰り返す。そして最終的に決定された制御パラメータに基づいて電子ビームを照射する。
なお、上記プロセスで変更する制御パラメータは電子ビーム源の制御パラメータの内の少なくとも一つである。ターゲット１０２ｃの温度を制御するためには、電子銃電源１０１ａと高周波源高圧電源１０１ｂ以外の構成要素を制御してもよい。
推定した到達温度がターゲット１０２ｃに損傷を与える温度や前述の許容温度以上となった場合には、推定した到達温度が限度以上となったために制御パラメータを変更する旨を表示装置に表示したり警報や音声により報知したりしてもよい。
【００１３】
本発明の態様のＸ線装置およびＸ線装置の制御方法は、一例としてＸ線源（電源１０１とＸ線発生部１０２を合わせた構成、あるいはＸ線管電源１０１ｄとＸ線管１０４を合わせた構成）の状態からターゲット１０２ｃ（Ｘ線管の場合はターゲット１０４ｃ）の温度を推定し、ターゲットが損傷しない温度にＸ線源の制御パラメータを調整する。ここではその具体的な制御方法を説明する。
【００１４】
以下の説明では特に断らない限りターゲットの推定到達温度としてマクロパルス中の最高温度を推定し、当該推定到達温度がターゲットの損傷開始温度または許容温度を超えることが無いようにＸ線源の制御を行う形態について説明する。なお、以下の説明では損傷開始温度または許容温度の一方を用いて説明することがあるが、これらはあくまで実施形態の一例を示すものであって、実際にはＸ線装置の構成や制御ループの時定数等に応じて、閾値温度を損傷開始温度とするか許容温度とするかは、任意に選択することができる。
ターゲット１０２ｃの損傷状態は、電子ビームが照射された位置の温度で決まる。しかし、その温度を直接測定することは極めて難しい。局所的に短時間で、数百から数千度に上昇するからである。その一方で、ターゲットに衝突する電子ビームの状態が分かればターゲット１０２ｃの温度は計算により推定することができる。ターゲット１０２ｃの温度を推定できれば、Ｘ線源の制御パラメータを制御することによりターゲット１０２ｃの損傷を防止することができる。
【００１５】
ターゲット１０２ｃの温度の推定に用いうる電子ビームのパラメータを以下に示す。
（１）電子ビームの運動エネルギーまたは加速電圧
（２）電子ビーム電流
（３）電子ビームサイズ
（４）マクロパルス幅と繰り返し周波数
これらの電子ビームパラメータを取得する方法として、電子ビームを直接測定する方法とＸ線源の制御パラメータから間接的に計算する方法がある。前者の場合表１に示す方法で測定可能である。
【表１】
2019110014.tif 000003
【００１６】
しかし、実際のＸ線源では装置の小型化を優先した場合、電子ビームのエネルギーや電流を測定する装置を付加することが難しい場合がある。そのような場合には下記の表２のＸ線源の制御パラメータからエネルギーと電流を計算することも可能である。
【表２】
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ＲＦ（高周波の電磁波）で電子ビームを加速する加速管を使ったＸ線発生装置であれば、ＲＦ電力と電子ビーム電流から、加速エネルギーを計算することが可能である。もちろん、ＲＦを使わないタイプのＸ線源（例えばＸ線管１０４）であれば電子銃１０４ａのカソード電圧から直接電子ビームのエネルギーを計算することができる。また、静電加速部を有するＸ線発生装置であれば静電加速部（例えば１０４ｂ）での電圧を加えることで加速エネルギーが得られる。
【００１７】
表１または表２に示した測定量または制御パラメータ（運転パラメータともいう）に由来する各種数値が演算装置１０３の入力となる。演算装置１０３では、これらの入力値から電子ビームの状態を計算する。本実施態様では電子ビームの状態は、エネルギー、電圧値、電流量、パルス幅（マクロパルス）および繰り返し周波数などのパラメータにより特定されうる。そして、電子ビームの状態からターゲット１０２ｃの到達温度を推定する。到達温度がターゲット１０２ｃに損傷を与える温度以上になると推測された場合には、Ｘ線源の制御パラメータに制限を与えその損傷を防ぐ。
本実施形態におけるＸ線源の制御パラメータを以下の表３に示す。制御パラメータのひとつあるいは複数のパラメータを適切に制御することで、ターゲット１０２ｃの損傷を防ぐことができる。
【表３】
2019110014.tif 000005
【００１８】
ターゲット１０２ｃ上の電子ビーム１０５のエネルギー密度は、電子のエネルギーが一定の場合電子ビームの直径の二乗に反比例する。
従って、磁気レンズにより電子ビームのスポットサイズに絞っていくとそれに伴ってターゲット１０２ｃの到達温度は急激に上昇する。
【００１９】
ここで、Ｘ線発生部１０２について説明する。
電子銃１０２ａで発生した電子ビームは、加速管１０２ｂに導かれそこで９５０［ｋｅＶ］のエネルギーまで加速される。この場合加速のためのエネルギーは９．３［ＧＨｚ］のＲＦで供給される。電子ビームは加速管の中で９．３［ＧＨｚ］の周波数にバンチ（電子の塊：マイクロパルス１個）化される。そして、バンチ化された電子ビームがターゲット１０２ｃに衝突し、そのエネルギーの一部がＸ線に変換される。大部分のエネルギーは熱となる。
なお、加速のためのエネルギーは１〜２０ＧＨｚのＲＦで供給されることが望ましい。また、電子ビームのエネルギー９５０［ｋｅＶ］とＲＦの周波数９．３［ＧＨｚ］は一例であって、要求されるシステムによって変更されうる。電子ビームのエネルギーについては数百ｋｅＶから数十ＭｅＶの場合が多い。
【００２０】
図３に、バンチ化された電子ビームの時間軸波形を示す。（ａ）に示すマクロパルスの中に（ｂ）に示すようにバンチ化されたマイクロパルスが存在する。図中のｆrep は、マクロパルスの繰り返し周波数である。通常の加速管の場合、ＲＦピーク電力が高く熱の問題で連続波にすることができないためパルス化されたハイパワーのＲＦ（パルスＲＦ）を使用する。
一例として、マクロパルス幅はおよそ０．２から２．４［μｓｅｃ］である。電子ビームのバンチはそのマクロパルス内に９．３［ＧＨｚ］で発生するので、図３（ｂ）に示すように、一つのマクロパルス内には１８００から２２０００個ほどのマイクロパルス（バンチ）が存在する。図３（ａ）のＩb はマクロパルス内の電子ビームの平均電流、ｔw はマクロパルス幅である。
【００２１】
ターゲット１０２ｃの損傷の問題を検討するために、電子ビームのターゲット上でのサイズ（Ｘ線のスポットサイズに等しい）とターゲット１０２ｃの到達温度の関係を計算することができる。例えば、マクロパルス幅が短い場合（熱拡散が無視できるくらい短い時間）ターゲット１０２ｃが到達する最高温度である推定到達温度は、ターゲット１０２ｃにビームが当たらないときの温度とマクロパルス幅内の温度上昇、電子ビームによる平均温度上昇の和で表すことも可能である。本発明者らの検討によれば前述の構成のＸ線装置において、ターゲット１０２ｃが到達する推定到達温度Ｔ［Ｋ］は、
2019110014.tif 000006
と表すことができる。
右辺第一項のＴw はターゲット冷却水の導入口における温度［Ｋ］，第二項はマクロパルス幅時間内の温度上昇，第三項はベースの温度上昇を表す。Ｉb は電子ビームの平均電流［Ａ］，ｔw はマクロパルス幅［ｓｅｃ］，ｆrep はマクロパルスの繰り返し周波数［ｐｐｓ］，Ｄは電子ビームの直径（ＦＷＨＭ）［ｍｍ］である。なお、α、β、γは電子ビーム電圧や電子ビームエネルギーに依存する定数である。
右辺第一項は電子ビームが衝突しない場合 (Ｉb ＝０）のターゲット１０２ｃの温度を表している。この場合ターゲット１０２ｃの温度は冷却水温度と等しくなる。第二項はマクロパルス内におけるターゲット１０２ｃの温度上昇の最大値を表している。この温度上昇は、ビーム電流とマクロパルス幅に比例し、ターゲット１０２ｃ内での電子ビームサイズ（Ｄ＋β）の二乗に反比例する。βはターゲット１０２ｃ内での電子ビームの拡がりを表している。第三項はマクロパルスをならした平均の温度上昇で、ビーム電流とマクロパルス幅、パルス繰り返し周波数に比例し、電子ビームサイズに反比例する。
電子ビームエネルギーが９５０［ｋｅＶ］で、マクロパルス幅が１０［μｓｅｃ］以下の時は、（α，β，γ）＝（３．２３ｅ９，２．２９３ｅ−２，１．６３ｅ６）となる。これらの定数は、数値シミュレーションにより計算できる。例えば、電子ビームがターゲット１０２ｃに入射された場合に用いるシミュレーションには放射線シミュレーションコードを使って発熱を計算する。この発熱に基づいて熱の拡散方程式を解くシミュレーションコードで温度の計算を行い推定到達温度に到達する位置における温度上昇を計算する。この計算結果を上記の式（１）で最小二乗近似を行うことで（α，β，γ）を得ることができる。
以上に示した式（１）および各種の設定数値や入力数値（制御パラメータ、運転パラメータ）は計算の一例を示すものであって、その他の条件でも電子ビームのパラメータとターゲット１０２ｃの到達温度の関係は計算することができる。
【００２２】
電子ビーム源の制御パラメータとターゲット１０２ｃの到達温度の関係をテーブルにする場合には、予め上記の式（１）を用いて計算機シミュレーションにより求められた電子ビーム源の制御パラメータとターゲット１０２ｃの到達温度との関係をテーブルとして記憶部１０６に格納する。実験で求められた数値をテーブルにすることもできる。
なお、電子ビーム源の制御パラメータとターゲット１０２ｃの到達温度の関係を予め求めておくのではなく、演算装置１０３が必要に応じてリアルタイムに電子ビーム源の制御パラメータとターゲット１０２ｃの到達温度との関係を計算してもよい。
【００２３】
＜第１の変形例＞
図４は、本発明の態様のＸ線装置の変形例１００２について、機器構成を示すブロック図である。なお、前述の説明と重複する部分については、図中の符号および説明を適宜省略する。
以下の表４にＸ線装置１００２の制御パラメータを示す。図４のＸ線装置１００２には、図１に記載したＸ線装置１００１の各要素に加えて、磁気レンズＭＬと磁気レンズＭＬを駆動するためのＭＬ電源１１０が含まれている。
【表４】
2019110014.tif 000007
【００２４】
Ｘ線装置１００２では、高周波（ＲＦ）で電子ビームを高エネルギーに加速する。そして、磁気レンズ（ＭＬ：Magnetic Lens）でその電子ビームをターゲット１０２ｃ上に集束させる。
図１および図４における各構成機器の役割は次の通りである。
電源（１０１）・・Ｘ線発生部１０２に電力を供給する。
以下に説明する電子銃電源１０１ａ、高周波源高圧電源１０１ｂおよび高周波源１０１ｃを含む。
Ｘ線発生部（１０２）・・Ｘ線を発生させる。
以下に説明する電子銃１０２ａ、加速管１０２ｂ、およびターゲット１０２ｃを含む。
電子銃電源（１０１ａ）・・電子銃１０２ａを駆動するための電力を供給する。
高周波源高圧電源（１０１ｂ）・・高周波源１０１ｃへ電力を供給する。
高周波源（１０１ｃ）・・加速に必要な高周波 (ＲＦ）を発生する。通常マグネトロンやクライストロンが使われる。
磁気レンズ電源（ＭＬ電源）・・磁気レンズに磁場を発生させるための電流を供給する。
電子銃（１０２ａ）・・電子を発生させ、ある程度加速し加速管へ電子ビームを供給する。
加速管（１０２ｂ）・・高周波を使い電子ビームを高エネルギーに加速する。
ＭＬ・・磁気レンズ(Magnetic Lens)。磁場により電子ビームを集束する（図２６参  照）。
ターゲット（１０２ｃ）・・タングステンなどの金属製で、電子ビームが衝突することにより、Ｘ線を発生する。
ターゲット電流モニター（１０２ｄ）・・ターゲット１０２ｃの電流波形を観測するためのモニター（図２５参照）。
演算装置（１０３）・・Ｘ線源の制御パラメータを決定してＸ線源を制御するために、Ｘ線源の状態の測定結果やＸ線源の制御パラメータからターゲット１０２ｃの到達温度を計算する装置。
記憶部（１０６）・・予め推定情報と許容温度とが記憶されている。推定情報は例えば上式（１）を表す情報である。
通常、演算装置（１０３）と記憶部（１０６）ではコンピュータが使用され、そのコンピュータの入出力装置は本態様の装置の入出力装置としても機能する。
【００２５】
図５に、ターゲット１０２ｃの損傷を防ぐ制御のブロック図を示す。
図５の形態の装置における制御方法では各種の測定データからターゲット１０２ｃの到達温度を推定し、それがターゲット１０２ｃの損傷開始温度以上とならないように電子銃１０２ａから出射する電子ビーム電流を再設定する。この制御ループによりターゲット１０２ｃの到達温度がターゲット１０２ｃの損傷開始温度以上にならないようにする。具体的な動作の一例は次の通りである。
（１）電子ビーム電流Ｉb とマクロパルス幅ｔw 、マクロパルス繰り返し周波数ｆrep 、電子ビームエネルギーＥb 、電子ビームサイズＤから、電子ビームの照射位置におけるターゲット１０２ｃの到達温度Ｔを計算する。計算に必要な制御パラメータの値は、以下のようにして得る。
・ターゲット１０２ｃにおける電流波形を解析することにより、電子ビーム電流Ｉb とマクロパルス幅ｔw 、マクロパルス繰り返し周波数ｆrep を得る。
・マグネトロンの電源電圧ＶRFを解析することにより、ＲＦ電力Ｐrfを得る。ＶRFとＰrfの関係は予め測定あるいは計算しておく。
・電子ビーム電流Ｉb とＲＦ電力Ｐrfから、電子ビームのエネルギーを得る。Ｉb とＰrfの関係は予め測定あるいは計算しておく。
・磁気レンズ（ＭＬ）の電流ＩC と電子ビームエネルギーＥb から、ターゲット１０２ｃ上の電子ビームのサイズＤを得る。これらの関係は予め測定あるいは計算しておく。
（２）これらの制御パラメータを用いて、ターゲット１０２ｃの到達温度Ｔを推定する。推定されたターゲット１０２ｃの到達温度Ｔがターゲット１０２ｃに損傷を与える温度より低いかどうか判定する。
（３）到達温度Ｔがターゲット１０２ｃの損傷開始温度より低い場合（Ｔ＜Ｔd ）には、推定に用いた制御パラメータで電子銃１０２ａの出射ビーム電流を制御する。
（４）到達温度Ｔがターゲット１０２ｃの損傷開始温度以上の場合（Ｔ≧Ｔd ）には、推定に用いた制御パラメータの値を変更してターゲット１０２ｃの到達温度Ｔを推定し、到達温度Ｔがターゲット１０２ｃの損傷開始許容温度より低くなるまで、これを繰り返す。制御パラメータの値の変更は、例えば、電子銃のグリッドパルス電圧Ｖg を変更して電子ビーム電流を変化させる。
ここでは電子ビーム電流Ｉb を制御することによりターゲット１０２ｃの損傷を防ぐようにしたが、ビームエネルギーやビームデューティ比（マクロパルス幅×マクロパルス繰り返し周波数）を制御してターゲット１０２ｃの損傷を防ぐこともできる。また、具体的な電流値や電圧値の目標値を送信する代わりに、電流値や電圧値の増減速度などの制御ベクトル値を送信してもよい。これは本明細書中の他の実施例においても同様である。
なお、本発明の態様の装置においては運転開始時の設定条件によっては初期の電子ビームの状態がＴ≧Ｔd となる可能性があり、その場合は短時間ながらターゲット損傷を生じる可能性がある。したがって、電子ビーム状態等の実測値に基づいて制御を行う装置の場合は、ターゲット損傷を生じないことが予め確認されている条件を設定してから電子ビーム照射を開始することが望ましい。
また、本発明の態様の装置においては、ターゲット１０２ｃが実際に損傷される温度Ｔd に代えて、例えば、ターゲット１０２ｃを損傷させる温度より低い温度である許容温度ＴL を閾値温度として予め設定しておいてもよい。
また、制御パラメータの値の変更は、グリッドパルス電圧Ｖg に代えて、例えば電子ビーム電流Ｉb を変化させることにより行ってもよい。
【００２６】
＜第２の変形例＞
図６は、Ｘ線装置１００３の機器構成を示す図である。図７は、Ｘ線装置１００３の制御の一例を示すブロック図である。
図６の装置においては、ターゲット１０２ｃにターゲット電流モニター１０２ｄが付加されており、実際のターゲット電流を測定可能に構成されている。ターゲット電流モニター１０２ｄは、ターゲットに入射する電子ビームの測定に用いられる。動作原理については後述する。
ターゲット電流モニター１０２ｄによれば、マクロパルスの波形の測定が可能である。また、マクロパルスの波形解析により、繰り返し周波数（ｆrep ）、電子ビーム電流（Ｉb ）およびマクロパルス幅（ｔw ）が求められる。電子ビームのエネルギーと、ターゲット上での電子ビームの直径（Ｄ）とを別の手段で測定あるいは推定し、それらとターゲット電流モニターで得られる物理量（ｆrep ，Ｉb ，ｔw ）とで演算を行うことにより、ターゲット温度を推定することが可能となる。
この例では、演算装置１０３には、予め所望の電子ビームサイズＤ（例えばＤ＝０．２５ｍｍ）が入力されている。電子ビームサイズは記憶部に記憶することもできる。
また、記憶部１０６には、予め推定情報と許容温度ＴL とが記憶されている。推定情報は、例えば上式（１）を表す情報である。すなわち、推定情報はターゲット１０２ｃにおいて到達する最高温度である推定到達温度を推定するための情報である。許容温度ＴL は、ターゲット１０２ｃの損傷開始温度より低い温度である。すなわち、許容温度ＴL はターゲット１０２ｃを損傷させない温度範囲における温度であり、例えば、ターゲット１０２ｃに損傷を与える温度（ターゲット１０２ｃに損傷を与える温度範囲の最低温度）よりも所定温度だけ低く設定された温度である。
演算装置１０３は、電子ビームサイズＤと所望のＸ線エネルギーに基づいて以下の初期パラメータを設定する。
・電子ビーム電流  Ｉb 
・マクロパルス幅  ｔw 
・マクロパルス繰り返し周波数  ｆrep 
演算装置１０３は、前述の推定情報を用いて上記のパラメータから推定到達温度を推定する。なお、式（１）中のＴw （冷却水の導入口における温度）は不図示のセンサにより検出してもよいしユーザが手動入力してもよい。
演算装置１０３は、運転開始前に、記憶部１０６に記憶されている許容温度と推定した推定到達温度を比較する。推定到達温度が許容温度以下であれば、演算装置１０３は、設定したパラメータを採用する。つまり演算装置１０３は、運転開始時に、設定したパラメータに基づいて電子ビーム電流を制御する。そして、運転開始後はターゲット電流モニター１０２ｄの測定結果から求められた各種パラメータを用いて推定到達温度を推定することができる。
なお、推定到達温度が許容温度を超えた場合、そのパラメータをそのまま採用して運転を開始すると、ターゲット１０２ｃが損傷してしまう。そこで演算装置１０３は、制御パラメータを推定到達温度がより低くなるように再設定し上記の動作を再度行う。演算装置１０３は、推定到達温度が許容温度以下となるまでこの動作を繰り返した後、運転を開始する。
【００２７】
なお、推定到達温度が許容温度を超えた場合は、電子ビームサイズＤを再設定してもよいし、再設定を促すメッセージを表示してもよい。
なお、推定情報は上記の制御パラメータ同士の関係を示すテーブルであってもよい。図８に上記の制御パラメータと推定到達温度との関係を示すテーブルを例示する。このテーブル４００には電子ビーム電流Ｉb と、マクロパルス幅ｔw と、マクロパルス繰り返し周波数ｆrep との互いに異なる組み合わせが複数通り含まれている。このようなテーブルを用いても、上述した式（１）を用いる場合と同様の制御を行うことができる。例えば、電子ビームサイズが、ターゲットの最高温度で決まるある閾値を超えた場合、電子ビームサイズの再設定を促すメッセージをユーザに発するようなシステムにする。また、演算によりターゲット温度を閾値以下にするために、パルス繰り返し数を下げたり、マクロパスル幅を狭くしたり、ビーム電流を減少させたりすることもできる。これらの再設定をユーザに促すメッセージを表示することもできる。
【００２８】
図９は、推定部における制御処理のフローチャートである。ステップＳ１０において、演算装置１０３は、初期制御パラメータを設定する。ステップＳ２０において、演算装置１０３は、設定されている制御パラメータから推定到達温度を推定する。ステップＳ３０において、演算装置１０３は、許容温度と推定到達温度とを比較する。推定到達温度が許容温度以上である場合、演算装置１０３は、処理をステップＳ４０に進める。ステップＳ４０において、演算装置１０３は、制御パラメータを、推定到達温度がより低くなるように再設定し、処理をステップＳ２０に進める。他方ステップＳ３０において、推定到達温度が許容温度を下回る場合、演算装置１０３は、処理をステップＳ５０に進める。ステップＳ５０において、演算装置１０３は、電子銃電源１０１ａおよび高周波源高圧電源１０１ｂを制御し、Ｘ線発生部１０２からターゲット１０２ｃに向けて電子ビームを出射させる。電子ビームの出射は自動的に行われてもよいし、ユーザに対して運転開始を許可するメッセージを表示し電子ビームの出射を促してよい。
以上の制御によりターゲット１０２ｃの熱損傷を抑制することができる。
【００２９】
＜第３の変形例＞
図１０は、Ｘ線装置１００４の機器構成を示すブロック図である。Ｘ線装置１００４においては、ターゲット１０２ｃにおけるターゲット電流波形に基づいて電子銃電源１０１ａを制御する。
加速管１０２ｂを用いる場合、電子ビーム源に関連する制御パラメータは電子銃電源１０１ａに関するパラメータの他に、高周波源高圧電源１０１ｂに関するパラメータが含まれる。
本構成の装置においては加速管によって電子ビームに高周波変調がかかるため、ターゲット１０２ｃに照射される電子ビーム電流やその波形の測定を行うことが望ましい。電子ビームエネルギーを、Ｘ線装置１００４の運転中大きく変化させなければ、これらの測定結果からターゲット１０２ｃの到達温度を推定することができる。
これらの電子ビームパラメータを演算装置１０３に入力し、ターゲット１０２ｃの到達温度を推定する。そして、その温度がターゲット１０２ｃの損傷開始温度に到達しないように電子銃電源１０１ａを制御する。
【００３０】
図１０に示したＸ線装置１００４の具体的な制御方法について図１１を用いて説明する。図１１は、ターゲット１０２ｃにおける電流波形から電子銃電源１０１ａを制御する場合の制御ブロック図である。演算装置１０３には、予め以下のパラメータが入力されている。
・電子ビームエネルギー  Ｅb 
・電子ビームサイズ  Ｄ
ターゲット１０２ｃの到達温度を推定するために、電子ビーム電流Ｉb とマクロパルス幅ｔw 、繰り返し周波数ｆrep はターゲット電流モニターの測定値から波形解析により算出する。ターゲット電流モニターの代わりに、ＣＴや壁電流モニターを使うことも可能である。測定結果から温度を推定しそれをもとに電子銃１０２ａのグリッドパルス電圧Ｖg を制御する。この電圧制御により電子ビーム電流をグリッド（不図示）電圧でコントロールしターゲット１０２ｃの損傷を防ぐ。
【００３１】
＜第４の変形例＞
図１２は、Ｘ線装置１００５の機器構成を示す図である。
図１２の装置の具体的な制御方法について図１３を用いて説明する。図１３は、ターゲット１０２ｃの電流波形を用いて高周波源高圧電源１０１ｂを制御する場合の制御ブロック図である。予め、演算装置１０３には以下のパラメータが入力されている。
・電子ビームサイズ  Ｄ
ターゲット１０２ｃの到達温度を推定するために、電子ビーム電流Ｉb とマクロパルス幅ｔw 、繰り返し周波数ｆrep はターゲット電流モニターの測定値から波形解析により算出する。ターゲット電流モニターの代わりに、後述するＣＴや壁電流モニターを使うことも可能である。電子ビームエネルギーＥb は高周波源１０１ｃの電圧ＶRFから計算する。また、ＲＦ電力を測定しそれから電子ビームエネルギーＥb を算出することも可能である。これらの測定結果と計算結果からターゲット１０２ｃの到達温度を推定し、それをもとに高周波源１０１ｃの電圧ＶRFを制御する。この電圧制御により電子ビーム電流を制御しターゲット１０２ｃの損傷を防ぐ。
【００３２】
＜第５の変形例＞
図１４は、Ｘ線装置１００６の機器構成を示すブロック図であり、高周波源高圧電源１０１ｂと電子銃電源１０１ａの情報から電子銃電源１０１ａを制御する。
加速管を使用した場合、高周波源高圧電源１０１ｂと電子銃電源１０１ａの運転パラメータを用いて電子ビームパラメータの計算が可能である。計算された電子ビームパラメータを演算装置１０３に入力し、ターゲット温度を推定する。そして、その温度がターゲット１０２ｃの許容温度を超えないように電子銃電源１０１ａを制御する。
図１５に図１４の装置の高周波源高圧電源１０１ｂと電子銃電源１０１ａの状態に基づいて電子銃電源１０１ａを制御し、ターゲット１０２ｃの損傷を防ぐ場合の制御ブロック図を示している。記憶部１０６は、予め以下の関係をテーブルや式などとして記憶している。
・電子銃１０２ａのカソード電流Ｉk およびＲＦ電力Ｐrfと、ターゲット電流（ビーム電流）Ｉb との関係
・高周波源１０１ｃの電圧ＶRFとＲＦ電力Ｐrfの関係
・ターゲット電流（ビーム電流）Ｉb およびＲＦ電力Ｐrfと、電子ビームエネルギーＥb との関係
これらの関係は予め計算や測定で求めることができる。このことから、電子銃電源１０１ａと高周波源高圧電源１０１ｂの状態が分かればターゲット１０２ｃの到達温度の推定が可能である。この場合、電子ビーム電流モニターなどのモニターが不要になりシステムを単純化できる。
図１５に例示した制御システムでは、電子銃電源１０１ａと高周波源高圧電源１０１ｂの状態に関する情報（運転パラメータ）に基づいて電子銃１０２ａのグリッドパルス電圧Ｖg を制御する。この電圧制御により、電子ビーム電流を制御しターゲット１０２ｃの損傷を防ぐ。
【００３３】
＜第６の変形例＞
図１６は、Ｘ線装置１００７の機器構成を示すブロック図である。Ｘ線装置１００７は、スポットサイズ測定部１１１を備え、Ｘ線スポットサイズを測定して電子銃１０２ａを制御する。
この実施形態の適用対象としては、電子ビームエネルギーや電子ビーム電流、マクロパルス幅、繰り返し周波数が一定でＸ線のスポットサイズが変動する場合が挙げられる。Ｘ線のスポットサイズは、ターゲット１０２ｃに衝突する電子ビームのビームサイズと同一とみなすことができる。
この場合にはＸ線のスポットサイズの測定結果からターゲット１０２ｃの到達温度を計算することができる。Ｘ線のスポットサイズ（＝電子ビームのスポットサイズＤ）を演算装置１０３に入力し、ターゲット１０２ｃの到達温度を計算する。そして、その温度がターゲット１０２ｃの許容温度を超えないように電子銃電源１０１ａを制御する。
具体的な制御方法について図１７を用いて説明する。図１７はＸ線スポットサイズから電子銃電源１０１ａを制御する場合の制御ブロック図である。演算装置１０３には、予め以下のパラメータが入力されている。
・電子ビームエネルギー  Ｅb 
・電子ビーム電流  Ｉb 
・マクロパルス幅  ｔw 
・マクロパルス繰り返し周波数  ｆrep 
電子ビームサイズ（スポットサイズ）Ｄを測定すれば、ターゲット１０２ｃの到達温度を算出することができる。ターゲット温度をもとに電子銃１０２ａのグリッドパルス電圧Ｖg を制御する。この電圧制御により電子ビーム電流を制御しターゲット１０２ｃの損傷を防ぐ。
【００３４】
＜第７の変形例＞
図１８は、Ｘ線装置１００８の機器構成を示す図であり、Ｘ線スポットサイズを測定して高周波源高圧電源１０１ｂを制御する場合のブロック図である。
図１９は、Ｘ線スポットサイズから高周波源高圧電源１０１ｂを制御する場合の制御ブロック図である。演算装置１０３には、予め以下のパラメータが入力されている。
・電子ビーム電流  Ｉb 
・マクロパルス幅  ｔw 
・マクロパルス繰り返し周波数  ｆrep 
また、演算装置１０３は予め以下の関係をテーブルまたは関係式として保持している。
・高周波源１０１ｃの電圧ＶRFとＲＦ電力Ｐrfの関係
・ターゲット電流（ビーム電流）Ｉb とＲＦ電力Ｐrf、電子ビームエネルギーＥb の関係
以上から、高周波源１０１ｃの電圧ＶRFとＸ線スポットサイズ（＝電子ビームサイズＤ）を測定すれば、ターゲット１０２ｃの到達温度を推定することができる。ターゲット１０２ｃの到達温度がターゲット１０２ｃの損傷開始温度まで到達しないように高周波源１０１ｃの電圧ＶRFを制御する。この電圧制御により電子ビーム電流を制御しターゲット１０２ｃの損傷を防ぐ。
【００３５】
＜第８の変形例＞
図２０は、Ｘ線装置１００９の機器構成を示す図である。この例ではＸ線発生装置としてＸ線管１０４を用いる。このタイプのＸ線管は医療用や工業用に広範囲に用いられており、電子銃１０４ａと静電加速部１０４ｂ、ターゲット１０４ｃが一体化された装置である。静電加速部が無く電子銃で発生した電子を直接ターゲットに衝突させるタイプのＸ線管もある。Ｘ線管の最大電子エネルギーは５００［ｋｅＶ］程度で、加速部にＲＦ加速を用いた加速器（電子銃１０２ａ、加速管１０２ｂで構成）に比べ、電子ビームのエネルギーは低い。Ｘ線管を用いたＸ線発生装置でも本発明の態様の制御方法を適用することは可能である。
図２０は、Ｘ線管１０４の電源１０１ｄを制御してターゲット１０４ｃの損傷を防ぐ機器の構成を示したブロック図である。この場合、ターゲット１０４ｃを照射する電子ビームのエネルギーと電流は、Ｘ線管電源１０１ｄから電子ビーム源に出力される電圧と電流に相当する。Ｘ線管電源から出力される電圧と電流を測定し、測定結果を演算装置１０３に入力し、ターゲット１０４ｃの到達温度を計算（推定）する。そして、計算されたターゲット１０４ｃの到達温度によってターゲット１０４ｃの許容温度を超えないように、演算装置１０３はＸ線管電源の電圧と電流を設定する。図２０の構成の具体的な制御方法を図２１の制御ブロック図を用いて説明する。
ターゲット１０４ｃの到達温度を計算するために必要な電子ビームパラメータは、電子ビーム電流Ｉb と電子ビーム電圧Ｖb である。なぜなら、通常のＸ線管は連続動作させターゲット１０４ｃでの電子ビームサイズは一定である。そのため、ターゲット１０４ｃの温度を決めるパラメータは、電子ビーム電流Ｉb および電子ビーム電圧Ｖb になる。この制御の動作は以下の通りである。
（１）Ｘ線管電源の電子ビーム電流Ｉb と電子ビーム電圧Ｖb の測定結果を演算装置１０３に送信する。
（２）演算装置１０３は、送られてきたパラメータ（Ｉb ，Ｖb ）からターゲット１０４ｃの到達温度Ｔm を計算する。
（３）計算されたターゲット１０４ｃの到達温度Ｔm とターゲット１０４ｃの損傷開始温度Ｔd を比較する。
（４）以下に従い演算装置１０３はＸ線管電源に電子ビーム電流Ｉb の設定値を送信する。
・ターゲット１０４ｃの到達温度Ｔm がターゲット１０４ｃの許容温度Ｔd より低い場合（Ｔm ＜Ｔd ）：電子ビーム電流はそのままとする。
・ターゲット１０４ｃの到達温度Ｔm がターゲット１０４ｃの許容温度Ｔd 以上の場合（Ｔm ≧Ｔd ）：ターゲット１０４ｃが損傷しない温度となるような電流値を計算し、それを電子ビーム電流Ｉb として設定する。
（５）Ｘ線管電源は、送信された設定値の電子ビーム電流Ｉb になるようにＸ線管の電子ビーム電流を制御する。
【００３６】
次に本発明の態様のＸ線装置（１００１〜１００９）において用いられている主要な構成部品について説明する。
図２２は、電子銃１０２ａの構成を模式的に示す断面図である。電子銃１０２ａは、カソード電極３０３、アノード電極３０４、ウェネルト電極３０５、グリッド３０６、ヒーター３０７、第１絶縁部３０８、および第２絶縁部３０９を有する。
電子銃１０２ａには、Ｈ端子、ＨＫ端子、およびＧ端子が設けられる。Ｈ端子は、ヒーター３０７に接続される。ＨＫ端子は、ヒーター３０７およびカソード電極３０３に接続される。Ｇ端子は、グリッド３０６およびウェネルト電極３０５に接続される。Ｈ端子およびＨＫ端子には、ヒーター電源３１０が接続される。ＨＫ端子およびＧ端子には、グリッド電源３１１が接続される。Ｇ端子には、高電圧電源３１２が接続される。
ヒーター３０７は、ヒーター電源３１０により印加される電圧により発熱し、カソード電極３０３に熱を与える。
【００３７】
カソード電極３０３は、ヒーター３０７により熱せられ、表面から熱電子（電子ビーム）を放出する。カソード電極３０３は、例えば約１０００度に熱せられる。電子ビームの放出に伴い、ＨＫ端子にビーム電流が流れる。
ウェネルト電極３０５は、陰極側の電極である。ウェネルト電極３０５は、所定の電場を形成する。この電場は、カソード電極３０３から出射した電子ビームを集束させる。
アノード電極３０４は、陽極側の電極である。アノード電極３０４の中心には穴が設けられている。カソード電極３０３から出射した電子ビームは、この穴を通過する。
グリッド３０６は、例えば薄い網目状の形状を有する。グリッド３０６は、グリッド電源３１１により印加される電圧により、カソード電極３０３から出射する電子ビームの電流を制御する。
【００３８】
高電圧電源３１２は、陰極側（例えばウェネルト電極など）および陽極側（アノード電極３０４側）に電圧を印加する。高電圧電源３１２によって印加される電圧により、電子ビームを加速するための静電場が作られる。
第１絶縁部３０８は、陰極側と陽極側とを電気的に絶縁する。第２絶縁部３０９は、グリッド３０６およびウェネルト電極３０５とカソード電極３０３とを電気的に絶縁する。第２絶縁部３０９は、例えば１００Ｖ程度の耐電圧を必要とする。第１絶縁部３０８は、第２絶縁部３０９よりも高い耐電圧を必要とする。
グリッド電源３１１が印加する電圧（カソード電極３０３とグリッド３０６との電位差）を変化させると、ビーム電流が変化する。すなわち、ビーム電流は、カソード電極３０３およびグリッド３０６間の電圧により制御される。例えば、カソード電極３０３の電位に比べてグリッド３０６の電位が高いほど、ビーム電流は大きくなる。また、カソード電極３０３の電位に比べてグリッド３０６の電位があるしきい値を越えて低いと、カソード電極３０３から放出されるビーム電流がゼロになる。
【００３９】
Ｘ線を発生させるための電子ビームのビーム電流を測定するモニター（ＣＴと壁電流モニター、ターゲット電流モニター）１０２ｄについて説明する。
図２３は、ＣＴ(Current Transformer)の基本原理（ａ）と加速管が出射する電子ビーム電流の測定に使用する場合の基本構成（ｂ）を説明するための斜視図および断面図である。図２３（ａ）の構成のフェライトコア２０１ａの内側にパルス電流Ｉp を流すと二次巻き線２０１ｂに、２次パルス電流Ｉs ＝Ｉp ／Ｎs が流れる。電子ビームも同じ電流なので、図２３（ｂ）のような構成にすると、図中の抵抗（通常は５０［Ω］）２０１ｃに電流が流れる。そこに流れる電流による電圧降下をオシロスコープで観測すると、電子ビーム電流が分かる。
電子ビームは真空中を移動し、ＣＴ（フェライトコアと二次巻き線他）自体は、大気中に設置される。そのため、金属製のビームパイプ２０１ｄとセラミックス２０１eで、真空と大気を分けなくてはならない。全て金属で覆ってしまうと、その表面には反対電流の鏡像電流が流れ、フェライト内部の電流がキャンセルされるので、二次巻き線に電流が流れない。その鏡像電流を流さないようにするために、ビームパイプ２０１ｄの一部に絶縁体のセラミックス２０１ｅを使う。
【００４０】
図２４は、壁電流モニターの基本原理（ａ）と加速管での電子ビーム電流測定に使用する場合の基本構成（ｂ）を示す図である。
壁電流モニターは、ビームパイプ２０２ａ内側の鏡像電荷２０２ｂが流れることによる電流を測定するモニターである。高エネルギーの電子ビームが金属パイプ中を移動すると、図２４（ａ）に示すように、鏡像電荷（正電荷）２０２ｂが発生する。これはビームと同じ方向に移動する。ビームパイプ２０２ａの途中に絶縁体があると、そこで鏡像電荷は移動できなくなる。しかし、図２４（ｂ）のようにパイプを導線２０２ｃで接続すると、そこを鏡像電荷２０２ｂは移動する。その導線２０２ｃの途中に抵抗２０２ｄを挿入すると、抵抗２０２ｄの両端で電圧降下が起きる。その電圧を測定すると、鏡像電荷による電流が分かる。この電流は電子ビーム電流と同じ量で符号が反対である。したがって、抵抗２０２ｄの両端の電圧から電子ビーム電流が分かる。
実際の壁電流モニターは、ビームパイプ２０２ａに沿って多数の抵抗を取り付ける。それによって鏡像電荷による電流がスムーズに流れるようにしている。
【００４１】
図２５にターゲット電流モニターの構成を示す。電子ビームが衝突するタングステンターゲット２０３ａは、電気的に抵抗２０３ｂを介して接地電位に接続されている。抵抗２０３ｂの両端の電位差の測定により、ターゲット電流を測定することが可能である。
【００４２】
その他の構成部品として、磁気レンズ（ＭＬ：Magnetic Lens）について説明する。
図２６に、その概略図を示す。磁気レンズは電子ビームを集束させるデバイスである。コイル２０４ａに直流電流を流して作られた磁力線２０４ｂを透磁率の高い金属でできたヨーク２０４ｃに閉じ込め、ヨーク２０４ｃの一部に切欠きを作ることで磁力線２０４ｂを空間に漏洩させ回転対象な磁場を作る。コイルの中心軸に沿って入射した電子ビームは、磁場内で螺旋を描いて進み細く絞られて焦点２０４ｄで集束する。
【００４３】
図２７は、磁気レンズＭＬのコイル電流と電子ビームのスポット径との関係を模式的に示す説明図である。磁気レンズＭＬは、コイル２０４ａを有する。ターゲット１０２ｃ上における電子ビームのスポット径は、コイル２０４ａに流す電流（以下、コイル電流Ｉｃと称する）により制御される。コイル電流Ｉｃの値が小さい場合、磁気レンズＭＬの焦点距離は長くなる。コイル電流Ｉｃの値が大きい場合、磁気レンズＭＬの焦点距離は短くなる。
図２７（ａ）に、コイル電流Ｉｃ＝ｉ１のときの電子ビームを示す。この場合、コイル電流Ｉｃが小さいため、電子ビームはターゲット１０２ｃ上に集光せずに、ターゲット１０２ｃにおいて電子ビームは広がりＤ１（所定のスポット径Ｄ１）を有する。
図２７（ｂ）に、コイル電流Ｉｃ＝ｉ２＞ｉ１のときの電子ビームを示す。この場合、磁気レンズＭＬの焦点距離は図２７（ａ）に示した倍に比べて短くなるものの依然として電子ビームはターゲット１０２ｃ上に集光しない。ただし、ターゲット１０２ｃ上における電子ビームの拡がりＤ２は、図２７（ａ）に示した広がりＤ１よりも小さくなる（Ｄ１より小さなスポット径Ｄ２を有する）。
図２７（ｃ）にコイル電流Ｉｃ＝ｉ３＞ｉ２のときの電子ビームを示す。磁気レンズＭＬとターゲット１０２ｃとの距離は、このコイル電流Ｉｃにおける磁気レンズＭＬの焦点距離に相当する。従って、電子ビームはターゲット１０２ｃ上に集束し、電子ビームのスポット径Ｄ３は最小となる。すなわち、電子ビームの広がりは、図２７（ｂ）に示したように、Ｄ２よりもよりさらに小さなＤ３を有する。
図２７（ｄ）にコイル電流Ｉｃ＝ｉ４＞ｉ３のときの電子ビームを示す。この場合電子ビームは、この電流における磁気レンズＭＬの焦点距離に集束した後、拡散しながらターゲット１０２ｃ上に到達する。従って、電子ビームは図２７（ｃ）に示した広がりＤ３よりも大きな広がりＤ４（大きなスポット径Ｄ４）を有する。
図２８は、コイル電流Ｉｃとターゲット１０２ｃにおける電子ビームのスポット径との関係を模式的に示す説明図である。図２８の横軸は磁気レンズＭＬのコイル電流Ｉｃを示し、縦軸はターゲット１０２ｃ上のビームサイズ（スポット径）を示す。先に述べたとおり、コイル電流Ｉｃに依存してターゲット１０２ｃ上のビームサイズは変化する。先に述べたコイル電流がＩｃ＝ｉ３の場合にスポット径は最小になる。
【００４４】
図２９に非破壊検査装置用Ｘ線ＣＴ(Computer Tomography)装置の基本構成を示す。
Ｘ線遮蔽室２０５ｄ内に配置された本発明に係る任意のＸ線装置１００ａから出射されたＸ線は被検物２０５ａを透過し、その透過したＸ線はイメージ検出器２０５ｂで検出される。被検物２０５ａは、回転する試料ステージ２０５ｃに載せられているのでさまざまな角度から透視された透視画像を得ることができる。イメージ検出器２０５ｂで検出されたＸ線データは、画像演算装置（コンピュータ２０５ｅ）で再構成することにより、透視立体画像に変換されモニター２０５ｆで透視立体画像を確認することができる。
【００４５】
以上説明した装置等に対して、次のような変形を加えてもよい。また、変形例の一つもしくは複数を上述の装置と組み合わせることも可能である。
（１）演算装置１０３が、上述の各装置で説明した情報と異なる情報を用いて、ターゲット１０２ｃの温度を推定してもよい。例えば演算装置１０３が、電子ビームの状態であるビームエネルギー、ビーム電流、ビームサイズ、パルス幅等を表す情報を直接用いてもよいし、それらを間接的に表す電源１０１の情報（電子銃電源１０１ａや高周波源高圧電源１０１ｂの電圧や電流等）やＸ線発生部１０２の情報（電子銃１０２ａの電圧や電流等）、Ｘ線の情報（Ｘ線のスポットサイズ等）、ターゲット１０２ｃの電流波形等の情報を用いてターゲット１０２ｃの温度を推定してもよい。
（２）演算装置１０３が推定するターゲット１０２ｃの状態は、ターゲット１０２ｃの温度以外のものであってもよい。例えば、ターゲット１０２ｃの損傷状態を表す温度以外の状態を推定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の態様によるＸ線装置およびＸ線装置を使用する方法は、非破壊検査用Ｘ線装置のみならずＸ線を利用する分野に広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０１  電源
１０２  Ｘ線発生部
１０２ａ  電子銃
１０３  演算装置
１０４  Ｘ線管
１０４ａ  電子銃
１０６  記憶部
２０１  ＣＴ（カレントトランスフォーマー）
２０２  壁電流モニター
２０３  ターゲット電流モニター
２０４  磁気レンズ
２０５  ＣＴ（コンピュータートモグラフィ）
２０５ａ  被検物
２０５ｆ  モニター
１００１〜１００９  Ｘ線装置
１００ａ  任意のＸ線装置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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