(57)【要約】本発明は、Ｘ線源に関する。本発明におけるＸ線源は、ダクトシステム（６）を介して流動する液体金属ターゲット（３）を設けられ、かつ、そのフロー断面がダクトシステムに相対して減少されたダクトセクション（８）を介して結合されている。このＸ線源は、特に、液体金属ターゲット（３）を作動させるための圧力源（１２、１３；１４；１６）を供されているという特徴を有している。この作動は、Ｘ線源の制御条件において、減少されたフロー断面領域における液体金属ターゲットの圧力が、選択可能な基準値（Ｐｓ）と実質的に同一であり、あるいは、選択可能な圧力の複数の限定値（Ｐｓ１、Ｐｓ２）との圧力範囲にて実質的に保持している、という様式により制御される。したがって、電子ビームに対して透過性を有するウィンドーの比較的小さな厚みは、キャビテーションのリスクを受容することなく、比較的高流速と相まって実行可能である。また、本発明は、当該Ｘ線源を供したＸ線装置にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクトシステムを介して流動する液体金属ターゲットを設けられ；かつ
前記ダクトシステムに相対して減少されたフロー断面を有するダクトセクションを介して導通されている；
Ｘ線源であって、
前記液体金属ターゲットを作動させるための圧力源を供され；かつ
前記作動は、当該Ｘ線源の動作状態において、前記の減少されたフロー断面での前記液体金属ターゲットの圧力が、選択可能な基準値と実質的に同一であり、あるいは、前記圧力に関する選択可能な複数の限定値との間の圧力範囲にて本質的に保持する、様式で行われている；
ことを特徴とする、Ｘ線源。
【請求項２】
前記圧力源は、液体を供給する容器によって形成されるとともに、ダイアフラムによって互いに分離されている圧縮ガス容量により形成され、前記の液体供給は、コネクションダクトを介した液体結合を介して、前記液体金属ターゲットに連通していることを特徴とする、請求項１に記載のＸ線源。
【請求項３】
前記の供給は、前記コネクションダクトを介した液体結合を介して、前記液体金属ターゲットに連通しており、前記の減少したフロー断面へと流動させることを特徴とする請求項２に記載のＸ線源。
【請求項４】
前記の減少したフロー断面領域における前記液体金属ターゲットの圧力を測定すべく、センサーを設けられ、該センサーの外部信号は、前記圧力源の制御に適していることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源。
【請求項５】
前記圧力源は、前記液体金属ターゲットを作動させるピストン／シリンダーシステムにより形成され、かつ、該システムを制御する圧力制御装置を設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源。
【請求項６】
前記圧力源は、前記の減少したフロー断面図の外部を流動する前記液体金属ターゲットを作動させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＸ線源を有するＸ線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ダクトシステムを介して流動する液体金属ターゲットを設け、かつフロー断面がシステムダクトに相対して減少されているダクトセクションを介して導かれているＸ線源に関する。また本発明は、このＸ線源を設けたＸ線装置にも関する。
【０００２】
この種のＸ線源は、独国特許発明第１９８２１９３９．３号明細書にて公知である。その内部の減少されたフロー断面領域において、電子に対して透過性を有する例えばダイアモンド製のウィンドーを備えており、かつその内部にＸ線の制動放射線を励起すべく、それを介して高エネルギ電子（〜１５０ｋｅＶ）が、液体金属ターゲットに指向されている。
【０００３】
このウィンドー内にて電子及びＸ線の吸収を最小限にすべく（、かつ、したがって、この内部にて発熱を最小限にすべく）、かつ、高出力のＸ線源を達成すべく、できる限り薄く（〜１−３μm）すべく電子ウィンドーを構築することが目的である。断面図を減少させることにより、ウィンドーのこの領域において液体金属ターゲットが乱流するようになり、この乱流は、ウィンドーの冷却及び非常に効果的な熱放散を確実にするようになる。これは、Ｘ線源の出力密度及び連続的な負荷可能性をさらに増加させることが可能となるようにするためである。
【０００４】
しかしながら、このウィンドーは、液体金属ターゲットをバキュームチャンバーから分離させているので、特に十分な圧力強度を有するなどの、動作中の信頼性を向上させるために最小限の厚みを有すべきである。十分な強度を同時に供しつつ、可能な限り薄い厚みを有するウィンドーとするための最適化は、特に困難である。なぜなら、乱流は、ウィンドー及び周囲の部品への実質的な応力の行使を可能とするキャビテーション形成のリスクをはらんでいるためであり、これは、その流速が意図せず増加し、あるいは、フロー断面の減少が外来物質の存在あるいは製造における抵抗性ゆえ過剰となる場合である。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、動作の信頼性に影響を与えることなく、最小限度の厚みを有するウィンドーをさらに減少させることが可能なこの種のＸ線源を供することである。
【０００６】
また、本発明の目的は、液体金属フローにおける乱流によりこのウィンドーの冷却性がさらに促進されたＸ線源を供することである。
【０００７】
この目的は以下の方法により達成される。つまり、ダクトシステムを介して流動する液体金属ターゲットを設け、ダクトシステムに相対してフロー断面が減少したダクトセクションを介して導かれているＸ線源により達成される。またこのＸ線源の特徴は、Ｘ線源の動作中、減少したフロー断面の領域における液体金属ターゲットにかかる圧力が実質的に選択可能な基準値と同等であるか、実質的に選択可能な圧力限界値との間の範囲の圧力にて保持する様式にて、液体金属ターゲットに対して作用するための圧力源を供している点にある。この解決法における特別な利点は、キャビテーションのリスクを受容することなく、液体金属ターゲットの流速がさらに増加され、したがって、ウィンドーの冷却率もさらに増加され、ウィンドーの厚みを増加させるという必要性が生じるという事実である。ウィンドーの厚みを増加させるという必要性に関する理由は、圧力が選択された最小圧力を下回って降下せず、さらに所望ならば、選択された最大圧力を超えない圧力源により確実とすることが可能であるためである。
【０００８】
本願の請求項は、本発明のさらなる実施例における利点に関連している。
【０００９】
従属請求項２に関する実施例において、液体金属ターゲットは、減少したフロー断面の領域において、圧力を増加させた、追加的で、非制御的な実質上一定の圧力を受けている。したがって、この領域におけるキャビテーションの発生が阻止されている。あるいは、従属請求項３における実施例に関するさらなるバージョンでは、センサー、分離制御装置、あるいは同様の装置を必要とすることなく自己調節型の圧力が掛かっている。
【００１０】
特に、請求項４及び５に開示した実施例においては、減少したフロー断面領域における圧力が過剰に増加することなく、かつ、例えば、（外部圧力制御により）流速が減少することがないように、液体金属ターゲットは、制御された圧力を掛けられていてもよい。
【００１１】
この場合、液体金属ターゲットは好ましくは、請求項６にしたがって支配されている。
【００１２】
本発明におけるさらなる詳細、特徴、及び利点は、図に関する参照文にて述べた好適実施例に関する以下の記述により明らかとなるであろう。
【００１３】
図１は、本発明の内容に関連した液体金属ターゲットを設けたＸ線源に関する第1実施例の一部を示している。電子ビーム源１（陰極）は、液体金属ターゲット３（陽極）上に投射される電子ビーム２を発生すべく機能している。このＸ線は、したがって、Ｘ線源から発生している。
【００１４】
液体金属ターゲット３は、ポンプ５によりダクトシステム６を介してくみ上げられる、かつ、また、ターゲットに由来する熱を放散するため、熱交換器７へと逆走している。
【００１５】
ダクトシステム６は、電子やＸ線に透過性を有するウィンドー９を含むダクトセクション８を有し、液体金属ターゲットのウィンドー領域において乱流を生ずべく、ダクトシステムに相対して、減少したフロー断面をも有している。
【００１６】
電子ビーム２は、ウィンドー９に指向されており、このウィンドーを介して液体金属ターゲット３へと投射する。これにより、Ｘ線４を発生する。
【００１７】
ウィンドーは、吸収による損失や、これに関連したウィンドーにおける有意な熱発生を実質的に生じることなく電子ビームやＸ線が横切ることができるように、可能な限り小さい厚み（約１から３μm）を有している。
【００１８】
液体金属ターゲット３のウィンドー領域９にて、可能な限り早くかつ可能な限り強い乱流は、出力密度がさらに増加されることを可能にすべく、ウィンドーにおける適切な冷却性を供している。
【００１９】
ウィンドーの厚みにおいて、適当な均衡に関し、この領域の断面における圧力及び流速条件を考慮しなければならない。
【００２０】
ベルヌーイの定理に一致したその他のタイプのエネルギ（摩擦損失、重量等）を無視すると、液体がフロー断面へと速度ｖｃを以て流入する際の圧力Ｐｃは、フロー断面の外側において、ｖ１なる速度にて液体が流入する際の圧力Ｐ１よりも小さくなければならない。つまり、
【００２１】
【数１】
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で与えられる式に従う。ここで、Ｐ１及びＰ２は、それぞれの静水圧を示しており、ρは、液体の密度を示している。ρ／２及びｖｃは動的圧力として公知である。
【００２２】
速度ｖ１とｖｃとの比は、圧縮されたフロー断面の表面積と圧縮された外側のフロー断面の表面液との比を示す。フロー断面に関するこの比は、ランダムに選ばれてもよい。この領域において、圧縮されたこの断面積が小さくになるつれ、液体金属ターゲットの流速ｖｃは高くなる。比較的高密度の液体金属とともに、実質的な圧力の減少は、ウィンドー９において得られる。これは、ウィンドーが比較的薄くなるように製造されているためである。
【００２３】
しかしながら、上記式が示すのは、対応する小さな断面における比に関して、フロー断面における圧力は、理論的にゼロに近づいてもよく、あるいは少なくとも液体の蒸気圧が到達するべく小さくなっている。これはキャビテーションを生じる可能性がある。つまり、この圧縮された断面においてキャビティーを形成し、ダクトセクション８又は液体金属回路のその他の機械的部材のウィンドー９の破損へと導かれる。
【００２４】
したがって、非常に小さな厚み及び小さな断面比を有するウィンドー９の破壊あるいはダメージを避けるため、ウィンドーにおける圧力Ｐｃは、Ｐｓ１なる最小（第1）値よりも小さくなく、あるいはＰｓ２なる最大（第２）値を超えない値であってもよい。
【００２５】
約８０気圧におけるこの断面の外側の圧力Ｐ１が実用的な実施例において推測される場合、ΔＰＢｅｒｎｏｕｌｌｉは、Ｐ１未満であるべきであり、特に、ウィンドーにおける圧力Ｐｃは、少なくとも、約１から２気圧の第1最小値Ｐｓ１を下回るべきではない。
【００２６】
上述の条件を満たすため、ウィンドー９における実際の圧力値Ｐｃを測定すべく、例えば公知の圧力センサー１０を設けている。この圧力センサーは、電子圧力制御装置１１（サーボ制御回路）に結合されている。センサー１０の外部信号に依存して、この制御装置１１は、システムダクト６に結合されているシリンダー１３を介して、液体金属ターゲットを追加的な静水圧Ｐｇに従わせるピストンを制御しかつ作動する。この圧力Ｐｇは、ウィンドーにおける圧力Ｐｃの実質値が最小値Ｐｓ１以下へと減少する際、静水圧Ｐｇが増加し、かつ、ウィンドーにおける圧力Ｐｃの実質値が最大値Ｐｓ２以上に増加する際、静水圧が従属的に減少する、という様式において、好ましく制御される。
【００２７】
この二つの値Ｐｓ１及びＰｓ２は、同一であってもよい。Ｐｓは圧力の基準値として選択されるので、好ましくは、ウィンドーがダメージを受けるかあるいは同時にすべてのキャビテーションが阻止されるべく十分高い最大圧力以下に制御する様式にて好ましく制御される。
【００２８】
例えば、図示しているピストン／シリンダーシステム１２、１３に替わって、容器に存在している圧縮ガス容量は、電気機械的に圧縮されてもよく、かつ、（例えば圧電性要素などにより）膨張させる装置を、圧縮源として使用してもよい。液体の圧縮性は、比較的小さいものであるので、液体容量の若干の変化は、大きな圧力変化をもたらすことが可能である。液体の一定量に関する相対的容量変化ｄＶ／Ｖは、相対的に圧力変化ｄＰ／Ｐに関連しており、（ｄＶ／Ｖ）／（ｄＰ／Ｐ）の値は約１０−３である。
【００２９】
図２は、断面制限８１を有するダクトセクション８のみの簡便化された第２実施例を示しており、ダクトシステム６と同様にウィンドー９は、ダクトセクションに結合している。この実施例において、圧力源として容器１４が供されており、この容器には、コネクションダクト１５を介してダクトシステム６へと液体が結合すべく供されている。容器１４は、液体が圧縮ガス容量から分離させているダイアフラム１４１を設けている。このガス容量は、ダクトシステム全体において、液体を実質的に一定に保持し、制御されず、追加的な静水圧Ｐｇに保持している。この圧力Ｐｇは、減少されたフロー顔面における圧力を増加させており、ウィンドーにおける圧力が、キャビテーションのリスクを含む最小値Ｐｓ１以下に低下しないように選択されている。液体金属ターゲットの流速が増加する場合においても、最小値Ｐｓ１以下に低下しないようにしている。
【００３０】
ガス容量１４２において、例えばサーボ制御回路により、静水圧Ｐｇを制御するのは利点がある。この回路は、公知の圧力センサーによりウィンドーにおいて測定された圧力Ｐｃにて保持されていると同時に、基準値として実行する選択された安全動作圧Ｐｓにて保持されている。その後、この静水圧Ｐｇは、ウィンドーにおける圧力Ｐｃが基準値Ｐｓ以下に低下した際増加され、かつウィンドーにおける圧力Ｐｃが基準値Ｐｓ以上に増加した際低下される様式にて制御されている（あるいは、上述の二つの限界値Ｐｓ１とＰｓ２との間に保持されている）。ガス容量における静水圧Ｐｇの変化は、例えば、圧電性要素により容器１４に影響を与える方法あるいは他の様式にて実行されてもよい。
【００３１】
図３は、本発明の第３実施例を示している；図１に対応している部品は、同様の参照番号により示しており、再度説明する必要はないだろう。
【００３２】
図２に示した第２実施例と同様に、この実施例は、コネクションダクト１７を介して、この液体をダクトセクション８へと結合している容器１６を含んでいる。容器にはダイアフラム１６１を供しており、実質的に一定で選択可能な圧力にて、液体をガス容量１６２から分離している。コネクションダクト１７は、実質的にウィンドー９の反対側に配されている位置にてダクトセクション８に対して開口している。
【００３３】
ポンプ５が不活性である限りは、第２実施例と同様に、ガス容量１６２における圧力は、全体的な液体回路を介して、一定の静水圧にて保持されている。ポンプが活性化され、かつ流速が増加した場合、ダクトセクション８の断面制約における圧力は、上述の理由により減少する。したがって、この領域に配置されているウィンドー９に対する圧力も減少する。その結果として、液体は、コネクションダクト１７を介して容器１６から引き抜かれ、この回路へと流入する。液体の量が追加されるため、比較的強力な静水圧の増加が、システムダクト６及びダクトセクション８において生じる。容器１６への極小な流入又は逆流は、所望の基準値Ｐｓにてこの断面制約領域にてＰｃにて保持し、あるいは上述の二つの限定値Ｐｓ１及びＰｓ２にて保持することにより回避されている。
【００３４】
したがって、圧力の自己調節が実行され、容器１６におけるガス圧は、この断面に依存して選択され、かつダクトシステムにおける圧力比は、基準値又は上述の限定値にて保持する様式にて保持されている。この回路は好ましくは、更なる圧力平衡容器を有していない。ダクトシステム６及びダクトセクション８をより強固にすることにより、容器１６とこの回路との間の実質的な液体の交換量は減少する。
【００３５】
この実施例における実質的な利点は、外部圧力源を制御するための、センサー、電気制御回路及び水力システムを必要としないという事実がある一方で、他方では、自己制御システムの制御が非常に迅速であるという事実に基づいている。
【００３６】
したがって、本発明の原理は、所望の正確性及び関連する応用例に依存して、実に種々の方法により実行されてもよい。図２に示した最も簡単な実施例が圧力制御を行うことなく実行される一方、図３に示した実施例では、自動圧力制御を実施している。さらにその一方では、図１に示したように、センサーや対応する制御装置により外部圧力制御を実施している。
【００３７】
したがって、本発明によるＸ線源は、種々の異なるＸ線装置にて使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明における第1実施例に関する概略図である。
【図２】本発明における第２実施例の一部に関する詳細図である。
【図３】本発明における第３実施例に関する概略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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