(57)【要約】本発明は、Ｘ線を発生する装置に関する。装置は、電子を発する源と電子の入射によりＸ線を発する液体金属とを含む。装置は更に、源によって発せられる電子が液体金属に衝突する衝突位置を通って液体金属を移動させる移動部材を含む。衝突位置を通る液体金属の流れにより、液体金属への電子の入射によって衝突位置で発生した熱は衝突位置から離れる方向に輸送される。本発明によれば、移動部材は、衝突位置で液体と接触する接触面と、衝突位置において接触面に略平行な方向に接触面を動かす駆動部材とを有する。従って衝突位置における液体金属の流れは、液体金属と動く接触面との間の摩擦力によって生ずる液体金属中の粘性せん断力の結果として得られる。結果として液体金属の必要な圧力は制限される。
2004519083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を発する源と、電子の入射の結果としてＸ線を発する液体金属と、源によって発せられる電子が液体金属に衝突する衝突位置を通して液体金属を移動させる移動部材とを含む、Ｘ線を発生する装置であって、
前記移動部材は、衝突位置にある液体金属と接触する接触面と、前記接触面を衝突位置では接触面に略平行な方向に動かす駆動部材とを含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
源は、衝突位置の付近では、Ｘ線及び電子を通す材料からなる窓によって液体金属から隔てられた真空空間中に収容され、前記接触面及び前記窓は液体金属用の導管の対向する壁を構成することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記導管は、熱交換器を含む閉じた循環流路系の一部を成すことを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項４】
移動部材は、略円柱状の外面を有し駆動部材によって前記外面の中心軸回りに回転可能な担体を含み、接触面は前記外面の一部を成すことを特徴とする、請求項２記載の装置。
【請求項５】
移動部材は、駆動部材によってその中心軸回りに回転可能な略円盤状の担体を含み、接触面は前記担体の第１の主外面の環状部の一部を成し、前記環状部は前記担体の周囲の近くにあることを特徴とする、請求項２記載の装置。
【請求項６】
前記担体は略円柱状の室の中に配置され、前記室の第１の主内面と担体の第１の主外面との間に第１の略円盤状の隙間があり、前記室の第２の主内面と担体の第２の主外面との間に第２の略円盤状の隙間があり、前記室の周囲内面と担体の周囲外面との間に略環状の周囲隙間があり、流路系は、中心軸の近くで前記室に接続される供給路と前記周囲隙間に接続された流出路とを含み、前記供給路と前記流出路との間に熱交換器が配置されることを特徴とする、請求項３及び５記載の装置。
【請求項７】
少なくとも担体の第１の主外面に第１の円盤状の隙間の中に半径方向のポンプ作用を与えるポンプ手段が設けられることを特徴とする、請求項６記載の装置。
【請求項８】
移動部材は、略円錐状の内面を有し駆動部材によって前記内面の中心軸回りに回転可能な担体を含み、前記担体及び源は共通の真空空間に収容され、接触面は、前記内面の縁のうち前記内面が最大径を有するところの近くにある前記内面の環状部分の一部を成すことを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項９】
移動部材は、担体に接続され略円錐状の外面を有する更なる担体を含み、前記外面と内面との間に略円錐状の隙間があり、内面の環状部は前記更なる担体によって覆われないことを特徴とする、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
更なる担体は、隙間の中に半径方向のポンプ作用を与えるために隙間の中にあるポンプ羽根によって担体に接続されることを特徴とする、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
液体金属は、内面の縁のうち内面が最小径を有するところの近くにある室から内面に供給され、装置は更に、前記室に接続される供給流路と、内面の縁のうち内面が最大径を有するところを囲む環状の更なる室に接続される流出流路と、前記供給流路及び前記流出流路との間に配置される熱交換器とに接続される供給流路を含むことを特徴とする、請求項８記載の装置。
【請求項１２】
担体は、液体金属で満たされた軸受け隙間を含む動的溝付き軸受けによって回転可能に支承されることを特徴とする、請求項４、５、又は８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電子を発する源と、電子の入射の結果としてＸ線を発する液体金属と、源によって発せられる電子が液体金属に入射する衝突位置を通して液体金属を移動させる移動部材とを含む、Ｘ線を発生する装置に関する。
【０００２】
冒頭の段落に示された上述の種類のＸ線発生装置は、米国特許第６，１８５，２７７号により公知である。公知の装置の動作中、液体金属（例えば水銀）は閉じた循環流路系の一部を成す狭い通路を通って流れる。この狭い通路はＸ線及び電子を通す材料（例えばダイヤモンド）からなる比較的薄い窓によって画成される。窓は、源が収容されている真空空間から液体金属を隔離する。源は、窓を通過し窓の後ろの衝突位置において液体金属に衝突する電子ビームを発生する。電子ビームが入射したことにより液体金属によって発せられるＸ線は、窓を通って、また、真空空間を囲む筐体に設けられたＸ線出口窓を通って出る。狭い通路中の液体金属の流れの速度は比較的速いため、この通路中の流れは非常に乱れている。この乱流により、液体金属への電子ビームの入射により衝突位置に発生した熱は非常に効果的に衝突位置から離れて輸送されるため、衝突位置における液体金属の温度の上昇は制限される。流路系は更に、液体金属を冷却する熱交換器を含む。狭い通路、熱交換器、及び流路系の他の部分を通して液体金属を移動させる移動部材は、流路系の中の熱交換器と狭い通路との間に配置されたポンプである。
【０００３】
公知のＸ線発生装置の欠点は、液体金属の流れによって衝突位置から離れる方向の十分な速度の熱輸送を得るのに十分に速い流速を狭い通路の中で得るために、ポンプが比較的高い液体金属の圧力を発生せねばならないことである。これは、狭い通路の中における液体金属の流れの比較的高い圧力損失によるものである。結果として、比較的重く頑丈なポンプが使用されねばならず、また、高い圧力を受ける装置の他の部分もまた頑丈に構築されねばならない。これにより、公知の装置は、特に医用Ｘ線検査システムの場合のように、装置の重量が重く寸法が大きいことが実際的ではないか耐えられないものであるシステムにおける使用にはあまり適したものでなくなる。更に、比較的薄いＸ線及び電子透過窓は、高い圧力の結果として容易に損傷する可能性があり、装置の故障を生じさせうる。
【０００４】
本発明は、液体金属の必要な圧力が限られており、従って上述の欠点ができる限り回避される冒頭の段落に記載の上述のＸ線発生装置を提供することを目的とする。
【０００５】
上述の目的を達成するために、本発明によるＸ線を発生する装置は、移動部材が、衝突位置にある液体金属と接触する接触面と、接触面を衝突位置では接触面に略平行な方向に動かす駆動部材とを含むことを特徴とする。本発明による装置では、衝突位置における液体金属の流れは、動く接触面によって生ずる液体金属の粘性せん断力の結果として得られる。衝突位置では接触面は接触面に略平行な方向に動かされるため、衝突位置にある液体金属は当該方向に、即ち衝突位置から離れる方向に、当該せん断力の作用により移動される。接触面の速度と、その結果としてせん断力とが十分に高ければ、衝突位置から離れる十分な速さの熱輸送が達成される。衝突位置にある液体金属の流れはこのように、衝突位置の上流の液体金属の圧力ではなく粘性せん断力によって得られるため、液体金属の必要な圧力は限られる。必要な圧力は、液体金属の流れの流路の他の部分の当該部分の適当な寸法によって制限されうる圧力の損失によって主に決定される。
【０００６】
本発明によるＸ線発生装置の特定の実施例は、源は、衝突位置の付近では、Ｘ線及び電子を通す材料からなる窓によって液体金属から隔てられた真空空間中に収容され、接触面及び窓は液体金属用の導管の対向する壁を構成することを特徴とする。窓は、真空空間が液体金属によって汚染されるのを防止する。動く接触面により、窓と接触面との間の導管の中でクエットの流れが得られる。動く接触面の速度が十分に速いとき、当該クエットの流れは乱流となり、その結果として衝突位置から離れる熱輸送の速度はかなり高まる。
【０００７】
本発明によるＸ線発生装置の他の実施例は、導管が熱交換器を含む閉じた循環流路系の一部を成すことを特徴とする。本実施例では、液体金属は循環的に流路系を通って循環し、液体金属は衝突位置で加熱され、次に熱交換器で再び冷却される。液体金属の必要な圧力は、熱交換器の適当な寸法によって制限されうる熱交換器中の圧力損失によって主に決定される。
【０００８】
本発明によるＸ線発生器の更なる実施例は、移動部材が、略円柱状の外面を有し駆動部材によって外面の中心軸回りに回転可能な担体を含み、接触面が外面の一部を成すことを特徴とする。本実施例では、移動部材は小型に実用的に装置に組み込まれるため、装置は小型で実用的な構造を有する。担体は、例えば、円柱状の外面を含む円柱状のドラム又はシリンダを具備する。回転可能な担体と窓の間には隙間があり、接触面は円柱状の外面のうち窓に対向する部分によって構成される。この隙間は中心軸に平行に延び、隙間の中には担体が回転されたときに中心軸に対して接線方向に液体金属のクエットの流れが発生する。
【０００９】
本発明によるＸ線発生装置の特定の実施例は、移動部材が、駆動部材によってその中心軸回りに回転可能な略円盤状の担体を含み、接触面が担体の第１の主外面の環状部の一部を成し、環状部が担体の周囲の近くにあることを特徴とする。この実施例においてもまた、移動部材は小型に実用的に装置に組み込まれるため、装置は小型で実用的な構造を有する。回転可能な担体と窓との間に隙間があり、接触面は第１の主外面の環状部分のうち窓に対向する部分によって構成される。この隙間は中心軸に対して垂直又は横方向に延び、隙間の中には担体が回転されたときに中心軸に対して接線方向に、即ち担体に対して円周方向に、液体金属のクエットの流れが発生する。接触面は、従って衝突位置は、円盤状の担体の円周の付近に位置するため、接触面の比較的速い接線方向の速度が得られる。
【００１０】
本発明によるＸ線発生装置の更なる実施例は、担体が略円柱状の室の中に配置され、室の第１の主内面と担体の第１の主外面との間に第１の略円盤状の隙間があり、室の第２の主内面と担体の第２の主外面との間に第２の略円盤状の隙間があり、室の周囲内面と担体の周囲外面との間に略環状の周囲隙間があり、流路系は、中心軸の近くで室に接続される供給路と周囲隙間に接続された流出路とを含み、供給路と流出路との間に熱交換器が配置されることを特徴とする。本実施例では、担体の回転の結果として、２つの円盤状の隙間の中に存在する液体金属に対して遠心力が加わる。これらの遠心力は、供給流路から担体を囲む周囲隙間に向かって半径方向に液体金属の半径流を発生する。この半径流の作用により、円周の隙間の中に存在する液体金属は流出流路へと熱交換器に向かって流れ再び供給流路を介して戻るよう動かされる。このようにして、液体金属は流路系を通って循環するよう効果的に動かされる。衝突位置において接線方向のクエットの流れに加えて存在する半径流は、衝突位置から離れる方向の熱輸送速度を更に速める。
【００１１】
本発明によるＸ線発生装置の更なる実施例は、少なくとも担体の第１の主外面に第１の円盤状の隙間の中に半径方向のポンプ作用を与えるポンプ手段が設けられることを特徴とする。このポンプ手段は、例えば、主外面上の複数の羽根又は主外面の複数の溝を含み、第１の円盤状の隙間の中の液体金属の半径流、従って流路系の中の液体金属の循環を増加させる。
【００１２】
本発明によるＸ線発生装置の特定の実施例は、移動部材が、略円錐状の内面を有し駆動部材によって内面の中心軸回りに回転可能な担体を含み、担体及び源は共通の真空空間に収容され、接触面は、内面の縁のうち内面が最大径を有するところの近くにある内面の環状部分の一部を成すことを特徴とする。この実施例においてもまた、移動部材は小型に実用的に装置に組み込まれるため、装置は小型で実用的な構造を有する。担体は源が存在する真空空間中に収容され、中心軸回りに担体を回転させることにより円錐状の内面に亘って自由面を有する液体金属の流れが得られる。このように、壊れやすいＸ線及び電子透過窓は必要でなく、その結果として故障の危険性が限られる。担体は比較的高速で中心軸回りに回転され、接触面は円盤状の担体の円周の付近に位置するため、衝突位置において接触面の比較的速い接線方向の速度が得られる。結果として、衝突位置から離れる方向に比較的高速な熱輸送が達成される。更に、円錐状の内面上にある液体金属に対して比較的高い遠心力が加えられる。この遠心力は、液体金属を半径方向に流れさせ、真空空間を汚染することなく円錐状の内面との接触を保たせる。
【００１３】
本発明によるＸ線発生装置の更なる実施例は、移動部材が、担体に接続され略円錐状の外面を有する更なる担体を含み、外面と内面との間に略円錐状の隙間があり、内面の環状部は更なる担体によって覆われないことを特徴とする。更なる担体の存在により、衝突位置における液体金属の流れの平均接線方向速度は高まり、それにより衝突位置から離れる方向の熱輸送の速度も高まる。更に、液体金属に加えられる平均遠心力も高まり、その結果、液体金属による真空空間の汚染の危険性は更に低下する。
【００１４】
本発明によるＸ線発生装置の更なる実施例は、更なる担体が、隙間の中に半径方向のポンプ作用を与えるために隙間の中にあるポンプ羽根によって担体に接続されることを特徴とする。この半径方向のポンプ作用により、半径方向の液体金属の流れは増加するため、衝突位置から離れる方向の熱輸送の速度は更に高まる。
【００１５】
本発明によるＸ線発生装置の特定の実施例は、液体金属が、内面の縁のうち内面が最小径を有するところの近くにある室から内面に供給され、装置は更に、室に接続される供給流路と、内面の縁のうち内面が最大径を有するところを囲む環状の更なる室に接続される流出流路と、供給流路及び流出流路との間に配置される熱交換器とに接続される供給流路を含むことを特徴とする。円錐状の内面上にある液体金属に加えられる遠心力は、内面がその最小径を有する縁から内面がその最大径を有する縁まで、更に環状の更なる室に入る液体金属の半径流を発生する。この半径流の作用により、環状の更なる室の中に存在する液体金属は流出流路の中へ熱交換器へ向かって、また供給流路を介して再び室へ戻って流れるよう促される。このようにして、液体金属は円錐状内面及び熱交換器を含む閉ループ中で循環するよう効果的に動かされる。
【００１６】
本発明によるＸ線発生装置の更なる実施例は、担体は、液体金属で満たされた軸受け隙間を含む動的溝付き軸受けによって回転可能に支承されることを特徴とする。動的溝付き軸受けはこのように液体金属のために閉流路系の中に組み込まれるため、装置の構造は更に単純にされる。それによりＸ線が発生される液体金属は、動的溝付き軸受け用の潤滑剤としても使用されるため、液体金属は有効に用いられる。
【００１７】
以下、本発明によるＸ線発生装置の実施例について図面を参照して説明する。図１に概略的に示すように、本発明によるＸ線を発生する装置１の第１の実施例は、電子を発する源７又は陰極が入れられた真空空間５を囲む筐体３を含む。装置１は更に、更には詳述しない方法で筐体３に取付られる閉じた円柱状の室９を含む。この室９の中に、図示される実施例では閉じた円柱である円柱状の外面１５を有する担体１３を含む移動部材１１が存在する。図２に示すように、担体１３は、外面１５の中心軸２１回りに回転可能であるよう、動的溝付き軸受け１７、１９によって室９に対して支承される。動的溝付き軸受け１７、１９は、それ自体として知られている種類のものであり、夫々に半径方向の軸受け力を発生する半径方向軸受け部２３、２５及び軸方向に軸受け力を発生する軸方向軸受け部２７、２９が設けられる。移動部材１１には、担体１３を中心軸２１回りに回転させる駆動部材３１が更に設けられる。図示の実施例では、駆動部材３１は、それ自体として知られている誘導電動機を含み、誘導電動機は、室９の外側にある２つの固定子部分３３と、担体１３の２つのピボット３７、３９の中に取り付けられやはり動的溝付き軸受け１７、１９を担持する２つの回転子部分３５とを含む。固定子部分３３及び回転子部分３５は、図２中、概略的にのみ示されている。
【００１８】
図１を参照するに、装置１は、供給流路４３、流出流路４５、熱交換器４７、並びに、担体１３の外面１５とＸ線及び電子透過窓５１との間にある比較的狭い導管４９とを含む閉じた循環流路系４１を更に具備する。この窓５１は、Ｘ線及び電子を通す材料、例えばダイアモンド又はベリリウム、からなる比較的薄い板を含み、真空空間５を導管４９から隔離する。流路系４１は、例えばガリウム、水銀、水銀合金、又は鉛及びビスマスを含有する合金といった、電子の入射によりＸ線を発する性質を有する液体金属で満たされる。窓５１は、真空空間１５が液体金属によって汚染されるのを防止する。図２に示すように、導管４９は、動的溝付き軸受け１７、１９の軸受け溝５０、５２にも接続される。結果として、軸受け隙間５０、５２もまた液体金属で満たされ、従って液体金属は動的溝付き軸受け１７、１９のための必要な潤滑剤としても使用される。このようにして、軸受け隙間５０、５２は流路系４１に組み込まれるため、装置１の構成は簡単化される。
【００１９】
装置１の動作中、源７によって電子ビーム５３が発生される。ビーム５３は窓５１を通過し、窓５１の後ろにある衝突位置５５において液体金属に衝突する。ビーム５３の入射により液体金属によって発せられるＸ線５７は、窓５１と、ベリリウムからなり筐体３に設けられたＸ線出口窓５９とを通って出る。液体金属に電子ビーム５３が入射することにより、衝突位置５５に大量の熱が発生する。衝突位置における液体金属の過熱及び衝突位置５５を囲む装置１の部分の過熱を防止するため、熱は、回転軸２１回りに担体１３を回転させることにより発生される衝突位置５５を通る導管４９中の液体金属の流れによって衝突位置５５から離れる方向に輸送される。この流れにより、液体金属は循環的に流路系４１の中を循環し、これにより液体金属は衝突位置５５において加熱され続いて熱交換器４７において再び冷却される。図１の実施例では、液体金属が担体１３と室９の内壁５８との間にある隙間６０を通って流れることを防止するために、担体１３と室９の内壁５８との間に適当なシーリング手段（図示せず）が設けられる。しかしながら、或いは、液体金属は隙間６０を通って流れることが許されてもよく、その結果として室９の内壁５８を介して、また担体１３を介して、液体金属の更なる冷却が達成されうる。特に、装置１が比較的に低いエネルギーレベルのＸ線を発生することが意図されるとき、熱交換器４７、供給流路４３、及び流出流路４５はなくされてもよく、それにより液体金属は隙間６０の中でのみ冷却される。尚、衝突位置５５において線焦点を発生する源７が用いられる場合、衝突位置５５から離れる方向の熱輸送の最適な速度を達成するために、源７は、線焦点が中心軸２１に対して略平行に延びるよう配置されるべきである。
【００２０】
図３に示すように、導管４９中の液体金属の流れは、中心軸２１に対して接線方向のクエットの流れである。このクエットの流れは、導管４９の中及び衝突位置５５にある液体金属が移動部材１１の接触面６１と接触すること、並びに、接触面６１が衝突位置５５では接触面６１に対して略平行な方向Ｘに駆動部材３１によって動かされることによって発生する。接触面６１は、円柱状の外面１５のうち窓５１に対向するところで導管４９を画成する部分である。クエットの流れは、液体金属中の液体金属と動く接触面６１の間の粘性せん断力によって生じた液体金属中の粘性せん断力の結果として生ずる。このせん断力の作用により、液体金属は接触面６１に平行な方向Ｘ、即ち衝突位置５５から離れる方向に主に移動される。これにより、熱は衝突位置５５から離れる方向に効果的に輸送され、熱輸送速度は導管４９中の流速、従って接触面６１の速度Ｖ、によって決定される。図示する実施例では、速度Ｖはクエットの流れを乱流とするのに十分に高い速度であり、結果として、衝突位置５５から離れる方向の熱輸送速度はかなり高まる。乱流であるクエットの流れは、この流れのテーラー数Ｔａが約５０よりも大きいときに達成され、テーラー数は、ｗを導管４９の幅、Ｒを外面１５の半径、νを液体金属の運動粘度とすると、Ｔａ＝（Ｖ．ｗ／ν）．√（ｗ／Ｒ）によって定義される。図示の実施例では、幅ｗ＝２００μｍ、半径Ｒ＝５ｃｍ、速度Ｖ＝６ｍ／ｓ（回転周波数１９Ｈｚ）、及び粘度ν＝３．１０−７ｍ２／ｓ（ガリウム）のとき、値Ｔａ＝２５０が得られる。
【００２１】
比較的狭い導管４９を通る液体金属の流れは、動く接触面６１によって発生する液体金属中のせん断力によって得られるため、液体金属は導管４９の上流に比較的高い圧力を必要とすることなく導管４９を通して動かされる。移動部材１１によって発生されるべき液体金属の必要な圧力は、主に、熱交換器４７、供給流路４３、及び流出流路４５の中での圧力損失によって決まる。これらの圧力損失は、熱交換器４７、供給流路４３、及び流出流路４５を適当な寸法とすることによって制限されうる。結果として、本発明による装置１中の液体金属の圧力は比較的低く、その結果として液体金属の圧力を受ける装置１の部分の寸法及び重量は制限されうる。更に、液体金属の圧力の作用により比較的薄いＸ線及び電子透過窓５１が損傷する危険性はかなり低くなるため、装置１の信頼性は非常に改善される。更に、移動部材１１は装置１中に実用的且つ小型に組み込まれるため、装置１は小型の構造を有する。これらの利点により装置１は、特に医用Ｘ線検査システムの場合のように装置１の重量が重いこと及び／又は寸法が大きいことが実用的でないか耐えられないものであるシステムにおける使用に適したものとなる。
【００２２】
図４中、本発明によるＸ線を発生する装置１０１の第２の実施例のうち図１乃至３に示す装置１の部分に対応する部分は対応する参照番号を付して示されている。以下、装置１と装置１０１の相違点について説明する。装置１０１では、源７’を収容する筐体３’は、中心軸１０５を有し中心軸に対して略垂直に延びる第１の主内面１０７及び第２の主内面１０９並びに円柱状の周囲内面１１１を含む略円筒状の閉じた室１０３に取り付けられる。室１０３の中には移動部材１１３があり、移動部材１１３は、室１０３の第１の主内面１０７に略平行に延びる第１の主外面１１７、室１０３の第２の主内面１０９に略平行に延びる第２の主外面１１９、及び円柱状の周囲外面１２１を有する略円盤状の担体１１５を含む。第１の主内面１０７と第１の主外面１１７の間に第１の略円盤状の隙間１２３があり、第２の主内面１０９と第２の主外面１１９の間に第２の略円盤状の隙間１２５があり、周囲内面１１１と周囲外面１２１との間に略環状の周囲隙間１２７がある。第１の円盤状の隙間１２３及び第２の円盤状の隙間１２５は、夫々、中心軸１０５に対して僅かに斜めに延びる比較的狭い第１の環状隙間１２９及び第２の環状隙間１３１を介して周囲隙間１２７に接続される。第１の環状隙間１２９は第１の主内面１０７の環状部分１３３によって、また第１の主外面１１７の環状部分１３５によって画成され、第２の環状隙間１３１は第２の内面１０９の環状部分１３７によって、また第２の主外面１１９の環状部分１３９によって画成され、環状部分１３３、１３５、１３７、１３９は同様に中心軸１０５に対してわずかに斜めに延びる。第１の主内面１０７の環状部分１３３には、真空空間５’を導管１４３から隔離するＸ線及び電子透過窓１４１が設けられ、導管１４３は窓１４１の後ろにある第１の環状隙間１２９の一部を構成する。
【００２３】
担体１１５は、室１０３の中心軸１０５と一致する担体１１５の中心軸１４９回りに回転可能であるよう動的溝付き軸受け１４５、１４７により室１０３に対して支承される。装置１の軸受け１７、１９と同様に、軸受け１４５、１４７はラジアル軸受け部２３’、２５’及びアキシアル軸受け部２７’、２９’を含む。移動部材１１３は、中心軸１４９回りに担体１１５を回転させる駆動部材１５１を更に具備する。装置１の駆動部材３１と同様に、駆動部材１５１は室１０３の外側にある固定子部分１５３及び担体１１５の中に取り付けられた回転子部分１５５を含む誘導発電機を含む。
【００２４】
電子が入射することによりＸ線を発する液体金属は、供給流路４３’、流出流路４５’、熱交換器４７’、第１の円盤状の隙間１２３、第２の円盤状の隙間１２５、導管１４３を含む第１の環状隙間１２９、第２の環状隙間１３１、周囲隙間１２７、並びに、中心軸１０５の近くで第１及び第２の円盤状隙間１２３、１２５を接続する複数の開口１５９を含む装置１０１の閉じた循環流路系１５７の中に存在する。この液体金属は、第１の円盤状の隙間１２３及び第２の円盤状の隙間１２５に夫々接続される動的溝付き軸受け１４５、１４７の軸受け隙間５０’、５２’中の必要な潤滑剤としても存在する。図４に示すように、供給流路４３’は中心軸１０５の近くで室１０３に接続され、流出流路４５’は周囲隙間１２７に接続される。
【００２５】
装置１０１の動作中、源７’によって発生される電子ビーム５３’は窓１４１を通過し、衝突位置１６１において液体金属に衝突する。衝突位置１６１において液体金属によって発せられるＸ線５７’は、窓１４１を通って、また筐体３’に設けられたＸ線窓５９’を通って出る。装置１と同様に、装置１０１においても、衝突位置１６１において発生された熱は、担体１１５をその中心軸１４９回りに回転させることにより発生される衝突位置１６１を通る導管１４３中の液体金属の流れによって、衝突位置１６１から離れる方向に輸送される。図５に概略的に示すように、装置１０１中の流れは中心軸１４９に対して接線方向、即ち担体１１５に対して周囲方向、の成分ＦＴと中心軸１４９に対して半径方向の成分ＦＲとを有する。
【００２６】
流れ成分ＦＴは、導管１４３中の液体金属と衝突位置１６１中の液体金属が移動部材１１３の接触面１６３と接触していること、及び、駆動部材１５１による担体１１５の回転によって接触面１６３が上述の接線方向に動かされることによって生ずるクエットの流れである。装置１０１中、接触面１６３は担体１１５の第１の主外側面１１７の環状の部分１３５のうち窓１４１に対向する部分である。衝突位置１６１において、成分ＦＴの接線方向は接触面１６３に対して略平行であるため、熱は、効果的に衝突位置１６１から離れる方向に輸送され、ある程度は第１の環状隙間１２９に亘って分散される。接触面１６３を含む環状部分１３５は担体１１５の周囲外面１２１の近くにあるため、接触面１６３、従って流れ成分ＦＴの速度は比較的高く、衝突位置１６１から離れる方向の比較的高い速度の熱輸送が達成される。装置１と同様に、流れ成分ＦＴの速度はクエットの流れを乱流とするのに十分に高い。
【００２７】
流れ成分ＦＲは、担体１１５の第１の主外面１１７に設けられたポンプ手段１６５によって主に達成される第１の円盤状隙間１２３の半径方向のポンプ作用の結果として生ずる。図５に概略的に示すように、ポンプ手段１６５は主外面１１７に設けられた螺旋状ポンプ溝１６７を含む。或いは、このポンプ手段１６５は、主外面１１７の複数のポンプ溝又は主外面１１７上に設けられた１つ以上のポンプ羽根を含みうる。担体１１５の回転中、ポンプ溝１６７は第１の円盤状の隙間１２３の中の液体金属の半径流Ｒ１を発生する（図４参照）。この半径流Ｒ１は導管１４３から及び第１の環状隙間１２９から周囲隙間１２７への流れ成分ＦＲを生じさせるだけでなく、周囲隙間１２７から流出流路４５’へ、及び流出流路４５’から熱交換器４７’及び供給流路４３’を介して再び室１０３へ戻る液体金属の流れを生じさせる。このようにして、第１の円盤状隙間１２３中のポンプ作用は流路系１５７内での液体金属の効果的な循環を生じさせ、その結果、衝突位置１６１において加熱され流れ成分ＦＴによりある程度は第１の環状隙間１２９に亘って分散される液体金属は熱交換器４７’へ向かって効果的に輸送され熱交換器４７’によって再び冷却される。
【００２８】
図４の実施例では、第２の円盤状隙間１２５中の液体金属に更なる半径流Ｒ２を発生させるために担体１１５の第２の主外面１１９に更なるポンプ溝１６９が設けられる。追加的な半径流Ｒ２は流路系１５７中の液体金属の循環を向上させる。しかしながら、本発明はまた、第１の主外面１１７のみにポンプ手段が設けられている実施例を含む。本発明はまた、主外面１１７及び１１９にポンプ手段が設けられていない実施例を含む。このような実施例では、半径方向のポンプ作用は、やはり、円盤状の隙間１２３、１２５の中で、液体金属の回転的な流れが回転する担体１１５によって液体金属に加えられる摩擦力によって生じ、この回転的な流れが液体金属に対する遠心力を生じさせ、この遠心力が液体金属の半径流を生じさせることによって達成される。
【００２９】
装置１の場合と同様、比較的大きい流れの成分ＦＴは動く接触面１６３によって発生する液体金属中のせん断力によって得られるため、流れの成分ＦＴは実質的には液体金属の圧力の増加を生じさせない。流路系１５７を通る液体金属の十分な循環を達成するために必要な流れの成分ＦＲの速度は、流れの成分ＦＴの速度よりも小さい。結果として、液体金属を比較的狭い導管１４３及び第１の環状の隙間１２９を通させるためにポンプ溝１６７によって発生されるべき圧力の増加は、比較的小さい。結果として、装置１の場合と同様、装置１０１中の液体金属の圧力は比較的低く、装置１０１の構造的な重量は比較的低くなる。装置１の場合と同様、装置１０１は、移動部材１１３が小型且つ実用的に装置１０１に組み込まれるため、小型且つ実用的な構造を有する。
【００３０】
図６中、本発明によるＸ線を発生する装置２０１の第３の実施例のうち図１乃至３に示す装置１の部分に対応する部分は対応する参照番号を付して示されている。以下、装置１と装置２０１の相違点について説明する。重要な相違点は、装置２０１が、装置１及び１０１のように液体金属がＸ線及び電子透過窓によって真空空間５”から隔離されておらず、液体金属が真空空間５”中に自由面２０５を有する衝突位置２０３を有することである。液体金属による真空空間５”の汚染は、以下説明する方法で防止される。液体金属と接触する通常は壊れやすいＸ線及び電子透過窓がないことにより、装置２０１の故障の危険性はかなり低下される。
【００３１】
装置２０１は、筐体３”によって囲まれ源７”も収容する真空空間５”中にその大部分が収容される移動部材２０７を含む。移動部材２０７は略円錐状の内面２１１を有する円錐状の担体２０９を含む。担体２０９は円錐状の内面２１１の中心軸２１５回りに回転可能であるよう動的溝付き軸受け２１３によって支承される。軸受け２１３は、半径方向に軸受け力を発生させるためにラジアル軸受け部２３”のみを含む。装置２０１では、軸方向の必要な軸受け力は以下説明する方法で発生される。移動部材２０７には、担体２０９を回転軸２１５回りに回転させる駆動部材２１７が更に設けられる。装置１の駆動部材３１と同様に、駆動部材２１７は、筐体３”及び真空空間５”の外側にある固定子部分２１９及び真空空間５”中にあり軸受け２１３の円筒状の軸受け部２２３に取り付けられた回転子部分２２３を含む。移動部材２０７はまた、担体２０９の円錐状の内面２１１と同心の略円錐状の外面２２７を有する更なる円錐状の担体２２５を含む。更なる担体２２５は、以下説明する取付手段２２９によって担体２０９に取り付けられる。更なる担体２２５は、担体２０９を部分的に覆うため、外面２２７と内面２１１のうちの更なる担体２２５によって覆われた部分２３１との間に円錐状の隙間２３３が存在し、内面２１１がその最大の直径を有する内面２１１の第１の縁２４７の近くにある内面２１１の環状部分２３４は更なる担体２２５によっては覆われない。
【００３２】
円錐状の隙間２３３は、電子が入射されることによりＸ線を発する液体金属が中に存在する循環流路系２３５の一部を成す。この流路系２３５は更に、流出流路４５”、熱交換器４７”、及び軸受け２１３の静止軸受け部２３７の中に部分的に延びる供給流路４３”を含む。流路系２３５は更に、内面２１１がその最小の直径を有する内面２１１の第２の縁２４０の近くにあり、静止軸受け部２３７の端面２４１と更なる担体２２５の端面２４３とによって囲まれる室２３９を含む。流路系２３５は更に、内面２１１の第１の縁２４７の近くで担体２０９に取り付けられ半径方向に延びる開口２４９が設けられた環状端部２４５と、筐体３”に取り付けられ端部２４５の周囲に沿って延びる環状のコレクタ２５１とを含む。コレクタ２５１は流出流路４５”が接続された環状の更なる室２５３を有する。液体金属はまた、動的溝付き軸受け２１３の室２３９に接続された軸受け隙間５０”中の必要な潤滑剤として存在する。軸受け隙間５０”の端部２５５の中では、液体金属はメニスカス２５７を有し、これにより軸受け隙間５０”から漏れる液体金属による真空空間５”の汚染は防止される。
【００３３】
動作中、装置２０１は、中心軸２１５が垂直方向に延び、担体２０９の内面２１１が上向きである位置にあることが望ましい。流路系２３５中の液体金属の流れは、担体２０９を駆動部材２１７によって比較的高速に回転軸２１５回りに回転させることによって達成される。担体２０９の回転により、担体２０９の内面２１１と接触している液体金属は、内面２１１と液体金属との間の摩擦力の作用により、及び液体金属中の粘性せん断力の作用により中心軸２１５回りに回転させられる。液体金属の回転により、図６に示す遠心力ＦＣは内面２１１に接触する液体金属に加えられる。内面２１１に平行に向いた遠心力ＦＣの第１の成分ＦＣ１は、内面２１１の第２の縁２４０から第１の縁２４７への液体金属の半径流Ｒ”を生じさせる。内面２１１に対して垂直に向いた遠心力ＦＣの第２の成分ＦＣ２は、内面２１１、特に更なる担体２２５によって覆われていない環状部分２３４との接触を維持するために液体金属を動かすため、内面２１１から霧となって流れ出る液体金属による真空空間５”の汚染は最小限に防止される。更なる担体２２５及び円錐状の隙間２３３が存在することにより、内面２１１と接触する液体金属、特に内面２１１の部分２３１と接触する液体金属の部分の回転速度、従って遠心力ＦＣは、液体金属と更なる担体２２５の外面２２７との間の摩擦力により更に増加される。
【００３４】
この半径流Ｒ”と第２の縁２４７の近くで液体金属に作用する遠心力の作用により、液体金属は環状の端部２４５の開口２４９を通ってコレクタ２５１の更なる室２５３へ流れるよう動かされる。図６に示すように、更なる室２５３は環状の端部２４５によって閉じられ、コレクタ２５１と環状の端部２４５との間に２つの比較的狭い環状の隙間２５９及び２６１が存在する。この隙間２５９及び２６１の中で、液体金属はメニスカス２６３を有し、その結果として更なる室２５３から漏れる液体金属による真空空間５”の汚染は防止される。この比較的狭い隙間２５９及び２６１の中に液体金属が存在することにより、コレクタ２５１の中で回転する環状の端部２４５によって効果的なアキシアル軸受け機能が得られる。このようにして、環状の端部２４５及びコレクタ２５１はまた、担体２０９のために軸方向に必要な軸受け力を発生するためのアキシアル軸受けを構成する。更なる室２５３への液体金属の流れの作用により、更なる室２５３中の液体金属の圧力の増加が得られ、その結果として、液体金属は、流出流路４５”、熱交換器４７”、供給流路４３”へ、そして室２３９へ戻るよう流され、液体金属は室２３９から再び内面２１１へ供給される。このようにして液体金属は流路系２３５を通って閉ループ中で循環するよう動かされる。
【００３５】
図６の実施例では、更なる担体２２５を担体２０９に取り付けるための取付手段２２９は、図中詳細には示されておらず当業者によって知られている第１の縁２５７に向かう方向に円錐状の隙間２３３中に半径方向のポンプ作用を与える種類の複数のポンプ羽根２６５によって構成される。羽根２６５の運動量を円錐状の隙間２３３中に存在する液体金属に伝達することによって得られるこの羽根２６５のポンプ作用は、半径流Ｒ”によってかなり増加される。しかしながら、取付手段２２９は、或いは、ポンプ効果を有さない従来の取付部材を含みうる。更に、本発明の範囲には、更なる円錐状の担体２２５がなく、従って液体金属の回転は液体金属と回転する担体２０９の内面２１１との間の摩擦力によるものである実施例も含まれる。更に、本発明の範囲には、装置２０１が中心軸２１５が垂直方向に延びない位置にある実施例も含まれる。このような実施例は、遠心力ＦＣが液体金属に作用する重力よりもかなり大きい場合に可能である。装置２０１が動作中でなく担体２０９が回転されていないときに液体金属が真空空間５”へ垂れること又は流入することを防止するため、装置２０１には、弁のシステムが設けられ、また装置２０１が停止される前に液体金属が収集され装置２０１が始動され担体２０９が回転され始めると液体金属がそこから再び放出される液貯めが設けられる。この弁及び液貯めは、図示されておらず、当業者によって知られた種類のものでありうる。
【００３６】
装置２０１の動作中、流路系２３５中の液体金属の循環が上述のようなとき、源７”によって発生される電子ビーム５３”は、更なる担体２２５によって覆われていない内面２１１の環状部分２３４上にある衝突位置２０３にある液体金属に衝突する。衝突位置２０３にある液体金属によって発せられるＸ線５７”は、筐体３”中に設けられるＸ線出口窓５９”を通って出る。装置１０１の場合と同様、装置２０１においても、衝突位置２０３において発生する熱は中心軸２１５回りの担体２０９の回転によって発生する衝突位置２０３を通る液体金属の流れによって衝突位置２０３から離れる方向に輸送される。図７に概略的に示すように、この流れは中心軸２１５に対して接線方向の成分Ｆ’Ｔと中心軸２１５に対して半径方向の成分Ｆ’Ｒとを有する。
【００３７】
流れの成分Ｆ’Ｔは衝突位置２０３にある液体金属が移動部材２０７の接触面２６７と接触すること、及び、上述の接線方向に駆動部材２１７による担体２０９の回転の結果としてこの接触面が動かされることにより発生する粘性せん断流れである。装置２０１において、接触面２６７は担体２０９の内面２１１の環状部分２３４の一部である。衝突位置２０３において、流れ成分Ｆ’Ｔの接線方向は接触面２６７に対して略平行であるため、熱は効果的に衝突位置２０３から離れて輸送され、ある程度は環状部分２３４に亘って分散される。接触面２６７を含む環状部分２３４は、内面２１１がその最大の直径を有する第１の縁２４７の近くにあり、担体２０９の回転速度は比較的高いため、接触面２６７の接線方向の速度、及び流れの成分Ｆ’Ｔは比較的高く、衝突位置２０３から離れる比較的高い速度の熱伝達が達成される。流れ成分Ｆ’Ｒは、流路系２３５を通る液体金属の循環を生じさせる上述の半径流Ｒ”に対応する。衝突位置２０３において加熱され流れ成分Ｆ’Ｔの結果として内面２１１の環状部分２３４に亘ってある程度は分散される液体金属は、この循環により、熱交換器４７”へ向かって効果的に輸送され、熱交換器４７”によって再び冷却される。
【００３８】
上述のように、装置１及び１０１の場合と同様、流れ成分Ｆ’Ｔは、少なくとも部分的に、動く接触面２６７によって発生される液体金属中のせん断力によって達成されるため、流れ成分Ｆ’Ｔは実質的には液体金属の圧力の増加を生じさせない。半径流Ｒ”によって、また環状の端部２４５中の液体金属の遠心力によって生じ、流路系２３５を通って循環する液体金属を生じさせる液体金属の圧力の増加は、流出流路４５”、熱交換器４７”、供給流路４３”、及び円錐状の隙間２３３を適当な寸法とすることにより比較的小さくなる。結果として、装置１及び１０１の場合と同様、装置２０１中の液体金属の圧力は比較的低く、装置２０１の比較的低い構造的な重量を生じさせる。装置１及び１０１と同様に、装置２０１は、移動部材２０７が小型且つ実用的に装置２０１に組み込まれているため、小型且つ実用的な構造を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明によるＸ線を発生する装置の第１の実施例を示す図である。
【図２】
図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】
図１の装置の衝突位置におけるクエットの流れを示す図である。
【図４】
本発明によるＸ線を発生する装置の第２の実施例を示す図である。
【図５】
図４の装置の円盤状の担体を示す平面図である。
【図６】
本発明によるＸ線を発生する装置の第３の実施例を示す図である。
【図７】
図６の装置の円錐状の担体を示す平面図である。
【国際公開パンフレット】
2004519083.tif 000003
2004519083.tif 000004
2004519083.tif 000005
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2004519083.tif 000028
2004519083.tif 000029
2004519083.tif 000030
【国際調査報告】
2004519083.tif 000031
2004519083.tif 000032