(57)【要約】【課題】Ｘ線電子ビーム発生器及びその陰極を提供すること。【解決手段】本発明のＸ線電子ビーム発生器は、陰極と集光素子と陽極ターゲットとガラス容器とを含む。該陰極は容器及び電子ビーム放射体を含む。該容器は基台及び側壁を有し、該側壁は基台を囲い、該基台及び該側壁は凹溝を定義する。該電子ビーム放射体は少なくとも１つ金属ユニットを含み、各該少なくとも１つの金属ユニットは化学気相成長法により炭素膜層に成長され、且つ該凹溝の底部に安置される。該少なくとも１つの金属ユニットは該Ｘ線電子ビーム発生器の外部金属ユニットと電気接続を呈する。該ガラス容器は、順に、該陰極、該集光素子及び該陽極ターゲットを安置する。各該少なくとも１つの炭素膜層は該陽極ターゲットに面する。該ガラス容器はバルブとウィンドウを有し、該バルブは該ガラス容器を真空に吸引することに用いられ、該ウィンドウはＸ線を射出することに用いられる。【選択図】図１Ａ
2013519195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線電子ビーム発生器であって、
基台及び側壁を有する容器を含み、該側壁が該基台を囲い、該基台及び該側壁が凹溝を定義する陰極と、
少なくとも１つの金属ユニットを含み、各該少なくとも１つの金属ユニットは、化学気相成長法により炭素膜層に成長され、各該少なくとも１つの金属ユニットが該凹溝の底部に安置され、且つ該少なくとも１つの金属ユニットが該Ｘ線電子ビーム発生器の外部金属ユニットと電気接続する電子ビーム放射体と、
集光素子と、
陽極ターゲット（anode target）と、
順に、該陰極、該集光素子及び該陽極ターゲットを安置し、各該少なくとも１つの炭素膜層が該陽極ターゲットに面するガラス容器であって、該ガラス容器がバルブ及びウィンドウを有し、該バルブは該ガラス容器を真空に吸引することに用いられ、該ウィンドウはＸ線を射出することに用いられる、ガラス容器と、
を含むことを特徴とするＸ線電子ビーム発生器。
【請求項２】
前記Ｘ線電子ビーム発生器は、更に該陰極及び該集光素子を覆うことに用いられる集光蓋を含むことを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項３】
前記集光蓋の材質がステンレスであることを特徴とする請求項２に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項４】
前記集光素子が電磁レンズ（electromagnetic lens）であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項５】
前記基台が円柱状基台であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項６】
前記少なくとも１つの金属ユニットの材質がニッケル、タングステン、コバルトのうちの何れか１つであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項７】
前記少なくとも１つの金属ユニットが螺旋状を呈することを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項８】
前記少なくとも１つの金属ユニットが複数の金属ストリップを含み、且つ各該金属ストリップの直径が0.1mm〜3mmの間に介することを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項９】
前記少なくとも１つの金属ユニットが金属板であり、該金属板が長方形を呈し、該金属板の幅が2cmであり、且つ該金属板の長さが3cmであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの金属ユニットが銀ペースト及び錫ペーストのうちの１つにより該凹溝の該底部に固定されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの炭素膜層の電子顕微鏡におけるイメージが多重壁の形式であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの炭素膜層が内層及び放射層を含むことを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの内層の厚さが10nm〜60nmの間に介し、且つ各該少なくとも１つの放射層の厚さが1nm〜50nmの間に介することを特徴とする請求項１２に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項１４】
前記凹溝の深さが5mm〜10mmの間に介し、且つ該凹溝の幅が2mm〜6mmの間に介することを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの金属ユニットの電流密度が1mA/cm2より大きくない時、該Ｘ線電子ビーム発生器の開始電圧が0.3V/umより大きくないことを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項１６】
前記陰極が複数の冷電子を発射することに用いられることを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの炭素膜層が化学気相成長過程において、該少なくとも１つの金属ユニットに直接成長することを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの炭素膜層及び該陽極ターゲット間の距離が0.7cm〜3cmの間に介する時、該Ｘ線電子ビーム発生器の動作電圧が12KeVであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項１９】
前記炭素膜層及び該陽極ターゲット間の距離が0.7cm〜6cmの間に介する時、該Ｘ線電子ビーム発生器の動作電圧が12〜13KeVの間に介する請求項１に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項２０】
基台及び側壁を有し、該側壁が該基台を囲い、該基台及び該側壁が凹溝を定義する容器と、
少なくとも１つの金属ユニットを含み、各該少なくとも１つの金属ユニットが化学気相成長法により炭素膜層に成長され、各該少なくとも１つの金属ユニットが凹溝の底部に安置され、且つ該少なくとも１つの金属ユニットが該Ｘ線電子ビーム発生器の外部金属ユニットと電気接続を呈する電子ビーム発射体と、
を含むことを特徴とするＸ線電子ビーム発生器の陰極。
【請求項２１】
前記基台が円柱状基台であることを特徴とする請求項２０に記載の陰極。
【請求項２２】
各前記少なくとも１つの金属ユニットの材質がニッケル、タングステン及びコバルトのうちの何れか１つであることを特徴とする請求項２０に記載の陰極。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの金属ユニットが螺旋状を呈することを特徴とする請求項２０に記載の陰極。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの金属ユニットが複数の金属ストリップを含み、且つ各該金属ストリップの直径が0.1mm〜3mmの間に介することを特徴とする請求項２０に記載の陰極。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの金属ユニットが金属板であり、該金属板が長方形を呈し、該金属板の幅が2cmであり、且つ該金属板の長さが3cmであることを特徴とする請求項２０に記載の陰極。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの金属ユニットが銀ペースト及び錫ペーストのうちの１つにより該凹溝の該底部に固定されることを特徴とする請求項２０に記載の陰極。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの炭素膜層の電子顕微鏡におけるイメージが多重壁の形式であることを特徴とする請求項２０に記載の陰極。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの炭素膜層が内層及び放射層を含むことを特徴とする請求項２０に記載の陰極。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの内層の厚さが10nm〜60nmの間に介し、且つ各該少なくとも１つの放射層の厚さが1nm〜50nmの間に介することを特徴とする請求項２８に記載の陰極。
【請求項３０】
前記凹溝の深さが5mm〜10mmの間に介し、且つ該凹溝の幅が2mm〜6mmの間に介することを特徴とする請求項２０に記載の陰極。
【請求項３１】
前記陰極が複数の冷電子を発射することに用いられることを特徴とする請求項２０に記載の陰極。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの炭素膜層が化学気相成長過程において、該少なくとも１つの金属ユニットに直接成長することを特徴とする請求項２０に記載の陰極。
【請求項３３】
前記Ｘ線ビーム発生器が陽極を含み、各該少なくとも１つの炭素膜層及び該陽極ターゲット間の距離が0.7cm〜3cmの間に介する時、該Ｘ線電子ビーム発生器の動作電圧が12KeVであることを特徴とする請求項２０に記載の陰極。
【請求項３４】
各前記炭素膜層及び該陽極ターゲット間の距離が0.7cm〜6cmの間に介する時、該Ｘ線電子ビーム発生器の動作電圧が12KeV〜13KeVの間に介することを特徴とする請求項２０に記載の陰極。
【請求項３５】
前記容器の上端面及び該側壁の内側箇所に切り口を形成する請求項２０に記載の陰極。
【請求項３６】
Ｘ線電子ビーム発生器であって、
基台及び側壁を有する容器を含み、該側壁が該基台を囲い、該基台及び該側壁が凹溝を定義し、該容器の上端面及び該側壁の内側箇所に切り口を形成する陰極と、
少なくとも１つの金属ユニットを含み、各該少なくとも１つの金属ユニットは、化学気相成長法により炭素膜層に成長され、各該少なくとも１つの金属ユニットが該凹溝の底部に安置され、且つ該少なくとも１つの金属ユニットが該Ｘ線電子ビーム発生器の外部金属ユニットと電気接続する電子ビーム放射体と、
陽極ターゲットと、
順に、該陰極、該陽極ターゲットを安置し、各該少なくとも１つの炭素膜層が該陽極ターゲットに面するガラス容器であって、該ガラス容器がバルブ及びウィンドウを有し、該バルブは該ガラス容器を真空に吸引することに用いられ、該ウィンドウはＸ線を射出することに用いられる、ガラス容器と、
を含むことを特徴とするＸ線電子ビーム発生器。
【請求項３７】
更に該陰極を覆うことに用いる集光蓋を含むことを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項３８】
前記集光蓋の材質がステンレスであることを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項３９】
前記基台が円柱状基台であることを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの金属ユニットの材質がニッケル、タングステン、コバルトのうちの何れか１つであることを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項４１】
前記少なくとも１つの金属ユニットが螺旋状を呈することを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項４２】
前記少なくとも１つの金属ユニットが複数の金属ストリップを含み、且つ各該金属ストリップの直径が0.1mm〜3mmの間に介することを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項４３】
前記少なくとも１つの金属ユニットが金属板であり、該金属板が長方形を呈し、該金属板の幅が2cmであり、且つ該金属板の長さが3cmであることを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項４４】
前記少なくとも１つの金属ユニットが銀ペースト及び錫ペーストのうちの１つにより該凹溝の該底部に固定されることを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項４５】
前記少なくとも１つの炭素膜層の電子顕微鏡におけるイメージが多重壁の形式であることを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項４６】
前記少なくとも１つの炭素膜層が内層及び放射層を含むことを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項４７】
前記少なくとも１つの内層の厚さが10nm〜60nmの間に介し、且つ各該少なくとも１つの放射層の厚さが1nm〜50nmの間に介することを特徴とする請求項４６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項４８】
前記凹溝の深さが5mm〜10mmの間に介し、且つ該凹溝の幅が2mm〜6mmの間に介することを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項４９】
前記少なくとも１つの金属ユニットの電流密度が1mA/cm2より大きくない時、該Ｘ線電子ビーム発生器の開始電圧が0.3V/umより大きくないことを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項５０】
前記陰極が複数の冷電子を発射することに用いられることを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項５１】
前記少なくとも１つの炭素膜層が化学気相成長過程において、該少なくとも１つの金属ユニットに直接成長することを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項５２】
前記少なくとも１つの炭素膜層及び該陽極ターゲット間の距離が0.7cm〜3cmの間に介する時、該Ｘ線電子ビーム発生器の動作電圧が12KeVであることを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【請求項５３】
前記炭素膜層及び該陽極ターゲット間の距離が0.7cm〜6cmの間に介する時、該Ｘ線電子ビーム発生器の動作電圧が12KeV〜13KeVの間に介することを特徴とする請求項３６に記載のＸ線電子ビーム発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線電子ビーム発生器（x-ray generation device）及びその陰極に関する。更に具体的に言えば、本発明のＸ線電子ビーム発生器及びその陰極は、電子ビーム発射体を含み、該電子ビーム発射体が少なくとも１つの金属ユニットを有し、該少なくとも１つの金属ユニットは、化学気相成長法（chemical-vapor-deposit）により多重壁（multiple-walls）形式の炭素膜層を成長する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線電子ビーム発生器は電界電子放出の量子論に基づいており、電子を電界放出する基本原理では、電界を印加しない時、導体の電子は、十分なエネルギー量を有して初めてポテンシャルエネルギー障壁（potential energy barrier）を通過して真空側に到達することができる。電解を印加する時、エネルギーバンド（energy band）の湾曲が発生し、電子が巨大なエネルギー量を必要とせずにポテンシャルエネルギー障壁を通過して真空側へ到達することができるようになる。印加する電界が増大する時、電子が通過しなければならないポテンシャルエネルギー障壁が減少し、且つ発生する電流の強度が増大する。電磁理論に基づき、物体の尖端は、該物体の鈍端と比較し、より多くの電荷を集積する。言い換えれば、物体の尖端は、該物体の鈍端と比較し、より強い電界を有する。従って、電界放出陰極（即ち、Ｘ線電子ビーム発生器）の電子発射部は、尖端形状に設計され、高電圧を印加する必要がなく、比較的強い電界を発生することができる。
【０００３】
現在、Ｘ線電子ビーム発生器は、通常、マイクロ波部材、センサ、パネルディスプレイ等において電子供給元として用いられる。電子放出の効率は、主に電界放出陰極（即ち、Ｘ線電子ビーム発生器）の部材構造、材質及び形状により決定される。電解放出陰極は、シリコン、金剛石及びカーボンナノチューブ（carbon nano tube）等の金属から形成される。これらの材質において、カーボンナノチューブは、特に重要であり、その理由は、カーボンナノチューブの開口は、極細且つ安定し、低い伝導電界及び高い放射電流密度を有し、且つ非常に安定していることにある。これらの特性を有することにより、カーボンナノチューブは、電界放射陰極に非常に適している。従って、カーボンナノチューブは、その他の材料に取って代わり、次世代の電界放射材料となる可能性が極めて高くなっている。
【０００４】
電界放射陰極は、Ｘ線電子ビーム発生器（例えば、Ｘ線管）の陰極として用いることができる。Ｘ線電子ビーム発生器は、陰極と、電磁レンズの絞り（electromagnetic-lens aperture）及び陽極ターゲットをガラス容器内にパッケージしてなる。現有の熱電子陰極ネオン管（thermionic cathode neon tube）は、カーボンナノチューブによって取って代わることができる。Ｘ線電子ビーム発生器において、熱電子陰極ネオン管を利用する時、約９９％の電力が熱量に変換される。従って、冷却水により熱電子陰極ネオン管を冷却する必要がある。これに対して、カーボンナノチューブは、比較的小さな電界強度で電子ビームを発射することができ、それにより電力を電子ビームに関する効率が熱電子陰極管より高い。また、Ｘ線電子ビーム発生器中でカーボンナノチューブを使用する時、冷却過程を用いる必要がない。
【０００５】
Zhou氏等が提出した特許文献１は、カーボンナノチューブを採用したＸ線電子ビーム発生器を開示している。該特許では、ナノ構造を具える材料を採用し、陰極電界放射の放射源としている。また、Zhou氏等は、4A/cm2の電流密度を獲得できると述べている。
【０００６】
Zhou氏等が開示する技術では、先ず、強酸でカーボンナノチューブを浄化し、カーボンナノチューブを0.5μｍより短くし、単壁（single-wall）を呈する形式にする必要がある。その後、該カーボンナノチューブを基板上に沈積する。その利点は、カーボンナノチューブが接着剤で該基板上に固定する必要がないことにある。10 mA/cm2の電流密度を発生する為、Zhou氏等が開示する技術では、2.4 V/um〜5 V/umの開始電圧を必要とする。より高い電流密度（例えば、100 mA/cm2）を得ようとする時、電界は、4 V/um〜7 V/umまで増大させる必要がある。
【０００７】
Zhou氏等は、その電界放射陰極（陰極中にカーボンナノチューブを利用）が必要とする開始電圧は、現有の電界放射陰極（それは、50 V/um〜100 V/umの開始電圧を必要とし、MO又はシリコンの尖端を有する）が必要とする開始電圧より遥かに低いと述べている。グラファイト粉末材質を利用した電界放射陰極は、10 V/um〜20 V/umの開始電圧を必要とし、これは、Zhou氏等の技術に及ばない。ナノミクロンの金剛石の電界放射陰極では、開始電圧を3-5V/umまで低減しているが、その電流密度が30 mA/cm2より高い時は、不安定である。
【０００８】
実際に、Zhou氏等が開示する技術は、非常に複雑である。先ず、主要材料とするグラファイト粉末中に0.6％原子のニッケル及び/又は0.6％原子のコバルトを添加し、その後、それを石英ダイオード（quartz diode）中に置き、そのうち、添加するニッケル及び/又はコバルトを活性剤（activator）とする。続いて、石英ダイオードを1150℃まで加熱する。該石英ダイオードは、真空に吸引され、更に、希ガスを注入され、圧力を800トル（1torr=1mmHg）に維持する。その後、石英をNd:YAGレーザーアブレーションし、続いて、石英に再度希ガスを注入し、ナノミクロンのカーボンを石英ダイオードの内壁に沈積させる。この時、発生する単壁ナノチューブの体積比は、50％〜70％である。続いて、浄化工程を実施する必要があり、例えば、20％のH2O2を使用する。１つの単壁カーボンナノチューブの直径は、約1.3-1.6nmである。一束のカーボンナノチューブの直径は、約10nm〜40nmである。または、該浄化工程は、体積比が3:1である硫酸及び硝酸を使用することができる。カーボンナノチューブの長さは、約500nmである。上記工程以外に、依然として一系列の沈積及びリソグラフィ工程が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第6,533,096号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように、開始電圧が比較的低いＸ線電子ビーム発生器及びその陰極が期待されている。カーボンナノチューブは、より良好な性能及び効率を達成することができるが、Zhou氏等が提供する技術は、非常に複雑である。従って、依然として、Ｘ線電子ビーム発生器及びその陰極を製造することに用いる、より簡単な方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、Ｘ線電子ビーム発生器を提供することであり、該Ｘ線電子ビーム発生器は、陰極と、集光素子と、陽極ターゲットと、ガラス容器と、を含む。該ガラス容器は、順に、該陰極、該集光素子及び該陽極ターゲットを安置する。該陰極は、容器及び電子ビーム放射体を含む。該容器は、基台及び側壁を有し、該側壁は、基台を囲い、そのうち、該基台及び該側壁は、凹溝を定義する。該電子ビーム放射体は、少なくとも１つ金属ユニットを含む。該少なくとも１つの金属ユニットは、化学気相成長法により炭素膜層に成長され、且つ該凹溝の底部に安置される。該少なくとも１つの金属ユニットは、該Ｘ線電子ビーム発生器の外部金属ユニットと電気接続を呈する。各該少なくとも１つの炭素膜層は、該陽極ターゲットに面する。該ガラス容器は、バルブとウィンドウを有し、該バルブは該ガラス容器を真空に吸引することに用いられ、該ウィンドウはＸ線を射出することに用いられる。
【００１２】
本発明のもう１つの目的は、線電子ビーム発生器に用いる陰極を提供することであり、該陰極は、容器と、電子ビーム放射体と、を含む。該容器は、基台及び側壁を有し、該側壁は、該基台を囲い、そのうち、該基台及び該側壁は、凹溝を定義する。該電子ビーム放射体は、少なくとも１つの金属ユニットを含む。各該少なくとも１つの金属ユニットは、化学気相成長法により炭素膜層に成長される。各該少なくとも１つの金属ユニットは、該凹溝の底部に安置される。該少なくとも１つの金属ユニットは、該Ｘ線電子ビーム発生器の外部金属ユニットと電気接続する。
【００１３】
本発明の更にもう１つの目的は、Ｘ線電子ビーム発生器を提供することであり、該Ｘ線電子ビーム発生器は、陰極と、陽極ターゲットと、ガラス容器と、を含む。該陰極は、容器及び電子ビーム放射体を含む。該容器は、基台及び側壁を有し、該側壁は、該基台を囲い、そのうち、該基台及び該側壁は、凹溝を定義する。該容器の上端面及び該側壁の内側箇所に切り口を形成する。該電子ビーム放射体は、少なくとも１つの金属ユニットを含む。各該少なくとも１つの金属ユニットは、化学気相成長法により炭素膜層に成長される。各該少なくとも１つの金属ユニットは、該凹溝の底部に安置される。該少なくとも１つの金属ユニットは、該Ｘ線電子ビーム発生器の外部金属ユニットと電気接続する。該ガラス容器は、順に該陰極及び該陽極ターゲットを安置する。各該少なくとも１つの炭素膜層は、該陽極ターゲットに面する。該ガラス容器は、バルブ及びウィンドウを有し、該バルブは該ガラス容器を真空に吸引することに用いられ、該ウィンドウはＸ線を射出することに用いられる。
【発明の効果】
【００１４】
各該金属ユニットを化学気相成長法により炭素膜層に成長させることにより、本発明のＸ線電子ビーム発生器及びその陰極の開始電圧及び動作電圧は、従来技術より優れている。特に、炭素膜層が直接、該等金属ユニット上に成長され、多重壁の形式になる時、本発明のＸ線電子ビーム発生器及びその陰極は、良好な性能を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】第１実施例のＸ線電子ビーム発生器の立体図
【図１Ｂ】第１実施例のＸ線電子ビーム発生器の陰極の断面図
【図１Ｃ】炭素膜層の電子顕微鏡におけるイメージを示す図
【図１Ｄ】第１実施例のＸ線電子ビーム発生器の開始電圧及び電流密度の図
【図１Ｅ】第１実施例のＸ線電子ビーム発生器の動作電圧のシミュレーション結果
【図２】第２実施例の陰極を示す図
【図３Ａ】第３実施例のＸ線電子ビーム発生器の立体図
【図３Ｂ】第３実施例のＸ線電子ビーム発生器の陰極の断面図
【図４】第４実施例のＸ線電子ビーム発生器の立体図
【図５】第５実施例のＸ線電子ビーム発生器の立体図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面及び後述の実施方式を参照後、当業者は、本発明のその他の目的、及び本発明の技術手段及び実施形態を理解することができる。
【００１７】
本発明は、Ｘ線電子ビーム発生器及びその陰極を提供する。特に、本発明のＸ線電子ビーム発生器及びその陰極は、その電子ビーム放射体の金属ユニットを化学気相成長法により炭素膜層に成長させる。特に、該炭素膜層は、直接、該金属ユニット上に成長し、且つ該炭素膜層のイメージは、多重壁の形式を呈する。以下の説明及び実施例は、本項の技術中の一般の技術者が本発明を製造及び利用できるようにすることに用いるものである。しかしながら、該実施例は、本発明を該実施例が記載する如何なる特定の環境、応用又は特殊な方式を必要として初めて実施できるよう制限することに用いるものではない。従って、該実施例に関する説明は、本発明を理解することだけを目的とし、本発明を制限することに用いるのではない。
【００１８】
本発明の第１実施例は、Ｘ線電子ビーム発生器１であり、その立体図は、図１Ａ中に示される。Ｘ線電子ビーム発生器１は、陰極１１と、集光素子１３と、陽極ターゲット１５と、ガラス容器１７と、外部金属ユニット１９と、を含む。ガラス容器１７は、順に陰極１１、集光素子１３及び陽極ターゲット１５を安置する。本実施例において、集光素子１３は、電磁レンズ又は類似の素子であることができる。ガラス容器１７は、バルブ及びウィンドウを有し、そのうち、該バルブは、該ガラス容器を真空に吸引し、該ウィンドウは、Ｘ線を射出することに用いられる。ガラス容器１７の真空負圧は、10-7トル及び10-8トルの間に介する。
【００１９】
図１Ｂは、陰極１１の断面図である。陰極１１は、容器１１１及び電子ビーム放射体を含む。容器１１１は、金属で形成され、基台１１５及び側壁１１３を有する。特に、基台１１５は、容器１１１の底部に形成され、同時に側壁１１３は、基台１１５を囲い、容器１１１の壁として用いる。基台１１５は、円柱状基台であることができ、又は、その他の形状であることもできる。基台１１５及び側壁１１３は、凹溝１１０を定義する。特に、凹溝１１０の深さdが5 mm〜10 mmの間に介し、且つ凹溝１１０の幅wが2 mm〜6 mmの間に介する時、凹溝１１０は、Ｘ線電子ビーム発生器１に有利である。
【００２０】
電子ビーム放射体は、複数の金属ユニット１１７を含む。各該金属ユニット１１７は、化学気相成長法により炭素膜層に成長される。また、各該金属ユニット１１７は、凹溝１１０の底部に安置され、各該金属ユニット１１７が該陽極ターゲットに面するようにする。ここで、各該金属ユニット１１７は、金属ストリップであることができ、そのうち、各該金属ストリップの直径が0.1 mm〜3 mmの間に介することができ、且つ各該金属ストリップの長さが20 mmであることができる。注意すべき点として、本発明は、金属ユニット１１７の数量及び各該金属ユニット１１７の形状を制限しない。例えば、他の実施例の電子ビーム放射体は、単一の金属ユニットを含み、且つ該金属ユニットは、金属板であることができる。この種の状況において、該金属板は、長方系であることができ、該金属板の幅が2 cmであり、且つ該金属板の長さが3 cmである。更に、例えば、もう１つの実施例の電子ビーム放射体は、単一の金属ユニットを含み、且つ該金属ユニットが螺旋状である。
【００２１】
また、各該金属ユニット１１７は、銀ペースト（silver paste）及び錫ペースト（solder paste）のうちの何れか１つにより凹溝１１０の底部に固定することができる。各該金属ユニット１１７の材質は、ニッケル、タングステン、コバルトのうち何れか１つである。金属ユニット１１７は、Ｘ線電子ビーム発生器１の外部金属ユニット１９に電気接続し、電力を印加する時、陰極１１が陰極の作用を発揮できるようにする。特に、金属ユニット１１７及び容器１１１の二者が金属で形成されることにより、金属ユニット１１７は、金属線１０を陰極１１の容器１１１及び外部金属ユニット１９の陰極１１に接続させることによって外部金属ユニット１９に電気接続する（図１Ａ参照）。
【００２２】
上記のように、各該金属ユニット１１７は、化学相成長法により炭素膜層に成長される。図１Ｃは、炭素膜層の電子顕微鏡下のイメージを示し、且つそれからわかるように、該炭素膜層のイメージは、多重壁の形式である。また、各該金属ユニット１１７の炭素膜層は、化学気相成長工程で金属ユニット１１７上に成長する。各該炭素膜層は、内層及び放射層を含む。各該内層の厚さは、10 nm〜60 nmの間に介し、各該放射層の厚さは、1 nm〜50 nmの間に介する。図１Ｃにおいて、薄い灰色部分１１７ａは、該放射層の実施例のイメージであり、濃い灰色部分１１７ｂは、該内層の実施例のイメージである。
【００２３】
図１Ｄは、Ｘ線電子ビーム発生器１の開始電圧及び電流密度を例示する図である。Ｘ線電子ビーム発生器１の開始電圧が0.1 V/um〜0.3 V/umの間に介する時、各該金属ユニット１１７の電流密度が1 mA/cm2である。従来技術のＸ線電子ビーム発生器が少なくとも2 V/umの開始電圧を必要とするので、本発明のＸ線電子ビーム発生器の開始電圧は、従来技術よりも優れている。Ｘ線電子ビーム発生器１に印加する電圧が該開始電圧より高い時、電子ビーム放射体は、Ｘ線を発生することができる。該Ｘ線が集光素子１３を経て集光後、陽極ターゲット１５により反射される。
【００２４】
図１Ｅは、Ｘ線電子ビーム発生器１の動作電圧（1 mAである時）及び異なる陰極-陽極の距離の関係のシミュレーション結果を例示する。各該炭素膜層與陽極ターゲット１５間の距離が0.7 cm〜3 cmの間に介する時、Ｘ線電子ビーム発生器１の動作電圧が12 KeVである。各該炭素膜層及び陽極ターゲット１５の間の距離が0.7 cm〜6 cmの間に介する時、Ｘ線電子ビーム発生器１の動作電圧が12 KeV〜13 KeVの間に介する。明らかに、各該炭素膜層及び陽極ターゲット１５の間の距離が0.7 cm〜6 cmの間に介する時、Ｘ線電子ビーム発生器１の動作電圧が非常に安定し、比較的低くなっている。
【００２５】
各該金属ユニットが化学気相成長法により炭素膜層に成長される場合、Ｘ線電子ビーム発生器１の開始電圧及び動作電圧が従来技術より優れている。特に、該炭素膜層が直接、金属ユニット１１７上に成長し、且つ多重壁の形式である時、Ｘ線電子ビーム発生器１は、より優れた性能を具えることができる。
【００２６】
本発明の第２実施例は、陰極２１であり、その断面図は、図２中に示される。第２実施例の陰極２１は、第１実施例の陰極１１に取って代わることができ、集光素子１３、陽極ターゲット１５、ガラス容器１７及び外部金属ユニット１９と合わせて使用される。陰極２１は、容器２１１及び電子ビーム放射体を含む。陰極２１の該電子ビーム放射体は、第１実施例中の陰極１１の電子ビーム放射体に類似する。また、陰極２１の電子ビーム放射体は、陰極１１の電子ビーム放射体のように、一般に多くの変型を具える。第１実施例は、これに対し既に詳しく記載しているので、ここでは、再度記載しない。以下に、陰極２１及び陰極１１の差異点を説明する。
【００２７】
容器２１１は、基台２１５及び側壁２１３を有し、側壁２１３は、基台２１５を囲う。基台２１５及び側壁２１３は、凹溝１１０を定義する。強調すべき点として、基台２１５及び側壁２１３は、金属で形成される。従って、金属ユニット１１７がＸ線電子ビーム発生器１の外部金属ユニット１９に電気接続し、陰極２１は、複数の金属線１１８を含み、そのうち、各該金属線１１８は、一端において、金属ユニット１１７のうちの１つに接続し、他端において、外部金属ユニット１９に接続する。
【００２８】
第２実施例の陰極２１がＸ線電子ビーム発生器１の陰極１１に取って代わる時、取って代わった後のＸ線電子ビーム発生器は、Ｘ線電子ビーム発生器１に類似した性能及び利点を有する。
【００２９】
本発明の第３実施例は、Ｘ線電子ビーム発生器３であり、その立体図は、図３Ａ中に示される。Ｘ線電子ビーム発生器３は、陰極３１と、陽極ターゲット１５と、ガラス容器１７と、を含む。Ｘ線電子ビーム発生器１及びＸ線電子ビーム発生器３の区別は、Ｘ線電子ビーム発生器３がＸ線を集光することに用いる集光素子を含まない点にある。Ｘ線の集光は、陰極３１により達成される。
【００３０】
図３Ｂは、陰極３１の断面図である。陰極３１は、容器３１１及び電子ビーム放射体を含む。陰極３１の電子ビーム放射体は、第１実施例の陰極１１の電子ビーム放射体に類似する。また、陰極３１の電子ビーム放射体は、陰極１１の電子ビーム放射体のように、一般に多くの変型を有する。第１実施例は、これに対し既に詳細に記載しているので、ここでは再度記載しない。以下に、容器１１１及び容器３１１の差異点を説明する。
【００３１】
容器３１１は、基台１１５及び側壁３１３を含み、側壁３１３は、基台１１５を囲い、そのうち、基台１１５及び側壁３１３は、凹溝１１０を定義する。容器３１１は、上端面３１０を有し、且つ側壁３１１は、内側３１２を有する。切り口３１４は、容器３１１の上端面３１０及び側壁３１３の内側３１２箇所に形成される。切り口３１４を形成することによって、切り口３１４によりＸ線を集光することができる。
【００３２】
Ｘ線電子ビーム発生器１は、Ｘ線電子ビーム発生器３中のＸ線集光素子と異なるが、それは、Ｘ線電子ビーム発生器１に類似する性能及び利点を有する。
【００３３】
本発明の第４実施例は、Ｘ線電子ビーム発生器４であり、その立体図は、図４中に示される。Ｘ線電子ビーム発生器４は、陰極１１と、集光素子１３と、陽極ターゲット１５と、ガラス容器１７と、外部金属ユニット１９と、を含み、全ての該構成部材は、何れも第１実施例に記載するものと相似する機能を実行するので、ここでは再度記載しない。Ｘ線電子ビーム発生器４は、更に、集光蓋４１を含む。集光蓋４１の形状は、密封蓋に類似し、陰極１１及び集光素子１３を覆う。特に、集光蓋４１は、ステンレスで形成されることができる。
【００３４】
本発明の第５実施例は、Ｘ線電子ビーム発生器５であり、その立体図は、図５中に示される。Ｘ線電子ビーム発生器５は、陰極３１と、陽極ターゲット１５と、ガラス容器１７と、を含み、全ての該構成部材は、何れも第３実施例中に記載するものと類似する機能を有するので、ここでは再度記載しない。Ｘ線電子ビーム発生器５は、集光蓋５１を更に含む。集光蓋５１は、密封蓋の形状であることができる。Ｘ線電子ビーム発生器５は、Ｘ線を集光することに用いる集光素子を含まない点にあり（それは、陰極３１の切り口３１４により達成される）、従って、該集光蓋が陰極３１を覆う。同様に、集光蓋５１は、ステンレスで形成されることができる。
【００３５】
上記のように、本発明のＸ線電子ビーム発生器及びその陰極の開始電圧及び動作電圧は、現有技術より優れている。該より優れた性能は、電子ビーム放射体の各該金属ユニットが化学気相成長法により炭素膜層に成長されることによるものである。特に、該炭素膜層が該金属ユニット上に直接成長し、且つ多重壁の形式である時、本発明のＸ線電子ビーム発生器及びその陰極は、より優れた性能を有することができる。
【００３６】
上記の実施例は、本発明の実施形態を例示すること、及び本発明の技術特徴を理解することに用いるものであり、本発明の保護範疇を制限することに用いるのではない。
【符号の説明】
【００３７】
１  Ｘ線電子ビーム発生器
３  Ｘ線電子ビーム発生器
１０  金属線
１１  陰極
１３  集光素子
１５  陽極ターゲット
１７  ガラス容器
１９  外部金属ユニット
２１  陰極
３１  陰極
４１  集光蓋
５１  集光蓋
１１０  凹溝
１１１  容器
１１３  側壁
１１５  基台
１１７  金属ユニット
１１７ａ  薄い灰色部分
１１７ｂ  濃い灰色部分
１１８  金属線
２１１  容器
２１３  側壁
２１５  基台
３１０  上端面
３１１  容器
３１２  内側
３１３  側壁
３１４  切り口
Ｗ  幅
ｄ  深さ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｅ】
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【国際調査報告】
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