(57)【要約】【課題】  Ｘ線の発生効率を高めることにより、高出力の微小焦点Ｘ線発生装置を提供する。【解決手段】  電子通過路を介して電子源から放出された電子をターゲットに照射してＸ線を発生させる透過型の微小焦点Ｘ線発生装置であって、  前記電子通過路は、前記ターゲット側の出口から前記電子源側の入口に向かって開口が拡大した円錐形に形成され、  前記ターゲットの材料が、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗのうちの何れかであって、  前記電子反射体の材料の原子番号が前記ターゲットの材料の原子番号と等しいか又は大きいことを特徴とする。【選択図】  図１
2013218933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲を電子反射体で囲むことにより形成された電子通過路を有し、
前記電子通過路を介して電子源から放出された電子をターゲットに照射してＸ線を発生させる透過型の微小焦点Ｘ線発生装置であって、
前記電子通過路は、前記ターゲット側の出口から前記電子源側の入口に向かって開口が拡大した円錐形に形成され、
前記ターゲットの材料が、モリブデン、タンタル、タングステンのうちの何れかであって、
前記電子反射体の材料の原子番号が前記ターゲットの材料の原子番号と等しいか又は大きいことを特徴とする微小焦点Ｘ線発生装置。
【請求項２】
前記ターゲットは、絶縁性の基板上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の微小焦点Ｘ線発生装置。
【請求項３】
前記ターゲットに対して前記電子反射体と対向する側にＸ線遮蔽体が配置され、
前記電子反射体の材料と前記ターゲットの材料と前記Ｘ線遮蔽体の材料とが全て等しいことを特徴とする請求項１又は２記載の微小焦点Ｘ線発生装置。
【請求項４】
前記電子通過路のテーパー角θ１が、ｔａｎθ１＝５〜６０を満たすことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の微小焦点Ｘ線発生装置。
【請求項５】
前記ターゲットに対して前記電子反射体と対向する側に配置され、前記ターゲット側から外側に向かってテーパー状のＸ線通過路を有するＸ線遮蔽体を有し、
前記電子通過路の出口開口の径に対する前記Ｘ線遮蔽体の前記ターゲット側の開口の径が、１０〜１００倍であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の微小焦点Ｘ線発生装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の微小焦点Ｘ線発生装置と、
前記微小焦点Ｘ線発生装置から放出され、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出装置と、
前記微小焦点Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出装置とを連携制御する制御装置とを備えることを特徴とするＸ線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療機器分野及び産業機器分野における非破壊放射線撮影に適用される微小焦点Ｘ線発生装置及びそれを用いたＸ線撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子源から放出される電子を、ターゲットの電子照射面に照射することにより、ターゲットの電子照射面と対向する面側からＸ線を発生させる透過型Ｘ線管が知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、電子源に向いた入力開口が出口開口より大きい円錐型チャネルを設けた陽極部材を含む、透過型の微小焦点Ｘ管球が記載されている。また、下記特許文献２には、Ｘ線発生部に、Ｘ線発生部と同一種類の材料からなる筺体を一体的に形成したＸ線ターゲットが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−１７１７８８号公報
【特許文献２】特開平０７−０５７６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の微小焦点Ｘ線発生装置では、ターゲットの材料と円錐型チャネルの材料との組み合わせが適切に選択されていなかったので、円錐型チャネルで反射した電子の利用効率が十分ではなかった。
【０００６】
本発明は、透過型の微小焦点Ｘ線発生装置において、ターゲットの材料と電子反射体の材料との組み合わせを適正化することにより、反射電子の利用効率を高めたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の微小焦点Ｘ線発生装置は、
周囲を電子反射体で囲むことにより形成された電子通過路を有し、
前記電子通過路を介して電子源から放出された電子をターゲットに照射してＸ線を発生させる透過型の微小焦点Ｘ線発生装置であって、
前記電子通過路は、前記ターゲット側の出口から前記電子源側の入口に向かって開口が拡大した円錐形に形成され、
前記ターゲットの材料が、モリブデン、タンタル、タングステンのうちの何れかであって、
前記電子反射体の材料の原子番号が前記ターゲットの材料の原子番号と等しいか又は大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ターゲットにおけるＸ線の発生効率を高めることにより、高Ｘ線出力の微小焦点Ｘ線発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のアノード部の模式図である。
【図２】本発明のＸ線発生装置の模式図である。
【図３】本発明のＸ線撮影装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。尚、本実施形態では、放射線としてＸ線を用いているが、中性子線やγ線を用いることもできる。
【００１１】
図１は、アノード部１０の模式図である。図１（ａ）は、電子線ｅ−の進行方向に平行な面での断面図で、図１（ｂ）は、電子線ｅ−の進行方向に垂直な面での断面図である。ターゲット部１６は、絶縁性の基板１２と、基板１２上に形成されたターゲット１１とからなる。基板１２には、熱伝導率の高いダイヤモンドが用いられ、直径が３〜７ｍｍφ、厚さは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである。ターゲット１１は、基板１２の電子線ｅ−が照射される面に形成され、直径が０．５〜１．５ｍｍφ、厚さは１μｍ〜１００μｍである。ターゲット１１の材料は、融点が高く、放射線発生効率の高いものが好ましく、タングステン、タンタル、モリブデンの何れかを用いることができる。また、基板１２とターゲット１１の間に、中間層として、０．０５μｍ〜１μｍの厚さのチタン又はクロムの金属層を配置してもよい。金属層は、基板１２とターゲット１１との密着性を高める密着層として作用するほか、ターゲット１１の電位を規定するために、ターゲット１１と外部の回路とを接続する電極として作用することもできる。
【００１２】
電子反射体１３は、ターゲット１１に連通する電子通過路１５を有し、ターゲット部１６の電子入射側（内側）に配置される。電子反射体１３の材料は、その原子番号がターゲット１１の材料の原子番号と等しいか又は大きいものが用いられる。電子反射率と原子番号とは正の相関があるので、このような材料の組み合わせを用いることにより、電子反射体１３の電子反射率は、ターゲット１１と同等又はそれ以上となる。ターゲット１１の材料がタングステンのときは、電子反射体１３の材料は、タングステン、金の何れかが用いられる。ターゲット１１の材料がタンタルのときは、電子反射体１３の材料は、タンタル、タングステン、金の何れかが用いられる。ターゲット１１の材料がモリブデンのときは、電子反射体１３の材料は、モリブデン、銀、金、タンタル、タングステンの何れかが用いられる。本発明では、ターゲット１１の材料と電子反射体１３の材料とが等しいことが望ましく、ターゲット１１の材料と電子反射体１３の材料とを、ともにタングステン又はタンタルとすることができる。
【００１３】
電子通過路１５は、ターゲット１１側の出口から後述する電子源側の入口に向かって開口が拡大した円錐形に形成される。電子通過路１５を円錐形とすることにより、電子源から直接ターゲット１１に入射する電子以外の電子を、電子通過路１５の壁面で弾性的に多重反射させてターゲット１１へと導くことができる。円錐の長さは５ｍｍ〜１０ｍｍであり、電子の入口である入口開口の径が１ｍｍφ〜５ｍｍφ、電子の出口である出口開口の径が１０μｍφ〜５００μｍφである（出口開口径は、必要な焦点の微小さに応じて選択される）。入口開口の径Ｌは、入射する電子のビーム径φ（例えば、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ）より大きく、出口開口の径Ｍはビーム径φ以下であることが望ましい。入口開口の径Ｌと出口開口径Ｍに対する電子のビーム径φは以下の関係を有することが望ましい。
Ｌ／φ＝２〜５、Ｍ／φ＝０．０１〜１．０
【００１４】
電子通過路１５のテーパー角θ１としては、ｔａｎθ１＝５〜６０とすることにより、電子通過路内での反射電子を効率的にターゲットに入射させることができる。より好ましくは、ｔａｎθ１＝１０〜５５とすることができる。また、電子通過路１５の形状は円錐形以外にも、長方形や多角形の断面を有する角錐形であっても同様の効果を奏する。
【００１５】
Ｘ線遮蔽体１４は、ターゲット部１６に対して、電子反射体１３と対向する側（外側）に配置され、ターゲット部１６側から外側に向かってテーパー状のＸ線通過路１７を有する。Ｘ線通過路１７の長さは、１０ｍｍ〜５０ｍｍで、基板１２側の開口が１ｍｍφ〜５ｍｍφ、基板１２側の開口に対向する外側の開口が３ｍｍφ〜１０ｍｍφである。Ｘ線遮蔽体１４は、ターゲット１１から放射されたＸ線の散乱角を制限する。Ｘ線遮蔽体１４の材料は、Ｘ線の吸収率が高く、かつ熱伝導率の高いものが好ましく、タングステンやタンタルの金属を用いることができる。Ｘ線通過路１７のテーパー角θ２としては、ｔａｎθ２＝２〜２０とすることが、微小焦点を確保する上で好ましい。
【００１６】
電子通過路１５の出口開口の径に対するＸ線遮蔽体１４の基板１２側（ターゲット１１側）の開口の径を、１０〜１００倍とすることが、微小焦点の確保と十分なＸ線量の確保という点で好ましい。
【００１７】
ターゲット１１、電子反射体１３、Ｘ線遮蔽体１４は、全て同じ材料、好ましくはタングステンであることが、Ｘ線放射効率や反射電子の利用効率、不要Ｘ線の遮蔽効果を総合的に高めることができる。また、アノード１０部の製造プロセスも簡略化される。
【００１８】
図２は、Ｘ線発生装置２０の内部を表した模式図である。Ｘ線発生装置２０は、外囲器２３の内部に配置された透過型のＸ線管２１と電圧制御部２２とからなる。Ｘ線管２１は、真空容器２４の内部に配置された電子源２５と、真空容器２４の開口部に接合されたアノード部１０とからなる。外囲器２３と真空容器２４の間には、絶縁性液体が配置されている。即ち、外囲器２３の内部で、真空容器２４と電圧制御部２２とを収納した余空間は、絶縁性液体が満たされている。電圧制御部２２から電圧信号が電子源２５に出力されて、電子線の放出が制御されるとともに、アノード電位が制御されることにより、放射線の発生が制御される。
【００１９】
外囲器２３は、容器としての十分な強度を有し、かつ放熱性に優れたものが望ましく、真鍮、鉄、ステンレス等の金属材料が好適に用いられる。
【００２０】
絶縁性液体８としては、電気絶縁性を有し、Ｘ線管２１の冷却媒体としての役割を有する電気絶縁油（例えば、シリコンオイルや鉱油）を用いるのが好ましい。
【００２１】
外囲器２３には、Ｘ線を透過し外囲器外部に放射線を取り出すための窓２８が設けられている。窓２８には、ガラス、アルミニウム、プラスチックが用いられる。
【００２２】
電子源２５は、真空容器２４の内部に、ターゲット部１６に対向して配置されている。電子源２５は、熱陰極（例えば、タングステンフィラメント）又は冷陰極（例えば、カーボンナノチューブ）、引出し電極、集束電極からなる。引出し電極によって形成される電界によって放出された電子は、レンズ電極で収束され、ターゲット１１に入射しＸ線が発生する。電子源２５とターゲット１１との間に印加される加速電圧Ｖａは、４０ｋＶ〜１５０ｋＶである。
【００２３】
真空容器２４は、Ｘ線管２１の内部を真空に保つためのもので、ガラスやセラミクスが用いられる。真空容器２４内の真空度は１０−４〜１０−８Ｐａである。真空容器２４の内部には真空度を保つために、ゲッターを配置しても良い。真空容器２４の開口部には、Ｘ線通過路１７を有するＸ線遮蔽体１４が、外囲器２３に向かって少なくとも一部が突き出すように配置されている。アノード部１０と開口部の周囲とは、銀ロウにより接合されている。
【００２４】
図３は、Ｘ線撮影装置の構成図である。Ｘ線発生装置３０としては、本実施形態で説明した透過型の微小焦点Ｘ線発生装置が用いられる。システム制御装置３２は、Ｘ線発生装置３０とＸ線検出装置３１とを連携制御する。制御部３５は、システム制御装置３２による制御の下に、Ｘ線管３６に各種の制御信号を出力する。制御信号により、Ｘ線発生装置３０から放出されるＸ線の放出状態が制御される。Ｘ線発生装置３０から放出されたＸ線は、被検体３４を透過して検出器３８で検出される。検出器３８は、検出したＸ線を画像信号に変換して信号処理部３７に出力する。信号処理部３１は、システム制御装置３２による制御の下に、画像信号に所定の信号処理を施し、処理された画像信号をシステム制御装置３２に出力する。システム制御装置３２は、処理された画像信号に基いて、表示装置３３に画像を表示させるための表示信号を表示装置３３に出力する。表示装置３３は、表示信号に基く画像を、被検体３４の撮影画像としてスクリーンに表示する。
【符号の説明】
【００２５】
１１  ターゲット
１３  電子反射体
１５  電子通過路
２５  電子源
【図１】
2013218933.tif 000003
【図２】
2013218933.tif 000004
【図３】
2013218933.tif 000005