JP4204717B2

JP4204717B2 - Transmission X-ray tube device

Info

Publication number: JP4204717B2
Application number: JP30361599A
Authority: JP
Inventors: 慎介藤井; 宏樹沓澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2019-10-26
Also published as: JP2001126650A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は透過型Ｘ線管装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透過型Ｘ線管は、Ｘ線管を構成する真空容器の一方の側にＸ線を透過する透過窓が設けられ、真空容器内の他方の側には電子ビームを発生する電子銃が配置されている。透過窓は、ベリリウムなどＸ線に対して透過率の高い材料で構成され、透過窓の真空側には、タングステンなどの金属薄膜が直接付着され、Ｘ線を発生する陽極ターゲットが形成されている。
【０００３】
上記した構成において、電子銃が発生した電子ビームが陽極ターゲットに照射され、陽極ターゲット内に電子が侵入する。このとき、制動放射によって電子の運動エネルギーがＸ線に変換され、透過窓を通してＸ線が外部に放出される。
【０００４】
陽極ターゲットに侵入する電子ビームの深さは、加速電圧や陽極ターゲットの材質で相違する。陽極ターゲットの材質が同じ場合、電子ビームが侵入する深さは加速電圧のＮ乗（Ｎは約１．７）に比例する。タングステンの場合、電子ビームが侵入する深さは、加速電圧が３０ｋＶで約１μｍ、加速電圧が１００ｋＶで約８μｍとなる。
【０００５】
ところで、電子ビームの加速電圧は、撮影する被写体のＸ線の透過量によって調整される。工業用Ｘ線装置において、被写体が、たとえばプラスチックのようにＸ線透過率が高い材質では、加速電圧は２０〜４０ｋＶ程度に設定される。アルミ缶などＸ線透過率の低い材質では１００ｋＶ程度に設定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の透過型Ｘ線管は、１つのＸ線管には１つの電子銃が搭載されている。このため、電子ビームはアノード面の一点に入力し、アノード面上の電子ビームの焦点が破壊されるとＸ線管は寿命となり、使用できなくなる。
【０００７】
また、透過型Ｘ線管では、電子ビームの加速電圧の大きさに対応して、陽極ターゲットの厚みの最適値が変化する。陽極ターゲットの厚さが電子が侵入する深さより厚いと、陽極ターゲット内で発生したＸ線が減衰する。電子が侵入する深さよりも薄いと、電子は運動エネルギを保持したまま陽極ターゲットを貫通し、Ｘ線への変換効率が低下する。したがって、陽極ターゲットの厚みは電子が侵入する深さと一致することが望ましい。
【０００８】
従来の透過型Ｘ線管装置は、陽極ターゲットの厚みが一定であるため、封じ切りのＸ線管の場合、加速電圧の変化には対応できない。真空ポンプを内蔵したＸ線管の場合は、真空を大気に曝し、陽極ターゲットの厚さが相違する他の透過窓と交換し、その後、真空引きすれば対応できる。しかし、透過窓を交換する時間や大気状態から真空状態への真空引きの時間が必要となり、短時間での変更は困難である。
【０００９】
この発明は、上記した欠点を解決し、長寿命化および電子ビームのＸ線への変換効率を向上させた透過型Ｘ線管装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｘ線管を構成する真空外囲器と、この真空外囲器の一方の端部に設けられたＸ線透過窓と、このＸ線透過窓の真空側に設けられたＸ線ターゲットを形成する金属薄膜と、前記Ｘ線ターゲットを照射する電子ビームを発生する電子銃とを具備したＸ線管において、前記金属薄膜の膜厚を場所によって相違させ、かつ、前記電子ビームを偏向する偏向装置を設け、電子ビームを偏向する大きさが前記電子ビームの加速電圧に対応していることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。符号１１は、透過型Ｘ線管を構成する真空外囲器で、真空外囲器１１の一方の側にＸ線を透過する透過窓１２が設けられている。透過窓１２は、ベリリウムなどＸ線透過率の高い材料で構成されている。透過窓１２の真空側の面には、タングステンなどの金属薄膜によって陽極ターゲット１３が形成されている。この場合、金属薄膜の厚さｔは、たとえば陽極ターゲット１３一方の側で薄く形成され、他方の側に向って徐々に厚くなるように形成されている。
【００１２】
真空外囲器１１の他方の端部には、電子ビームｅを発生する電子銃１４が配置されている。陽極ターゲット１３と電子銃１４との間で、電子銃１４に近い領域には、電子ビームｅを集束する複数の集束電極１５ａ〜１５ｃが配置されている。陽極ターゲット１３に近い領域、たとえば陽極ターゲット１３と集束電極１５ｃとの間に、電子ビームｅを偏向する偏向電極１６が配置されている。偏向電極１６は、たとえば対向する一対の電極板１６ａ、１６ｂから構成されている。
【００１３】
上記した構成において、電子銃１４から発生した電子ビームｅが陽極ターゲット１３に照射される。このとき、陽極ターゲット１３からＸ線が発生し、透過窓１２を通してＸ線が外部に出力される。
【００１４】
この場合、電子銃１４から発生する電子ビームｅの加速電圧に対応させて、偏向電極１６に印加される偏向電圧を変化させ、符号Ａ、Ｂ、Ｃで示すように、陽極ターゲット１３の厚さｔが加速電圧に対して最適場所、たとえば、陽極ターゲット１３の金属薄膜の厚さと電子が侵入する深さとが一致する場所に入力させる。
【００１５】
この構成によれば、加速電圧に対応して最適な厚さをもつ陽極ターゲット１３部分に電子を照射させることができ、照射位置も瞬時に変更できる。また、Ｘ線管が大気に曝されることもない。
【００１６】
図１では、偏向電極１６を一対の電極板１６ａ、１６ｂで構成している。しかし、もう１つの一対の電極板を直交する方向に設け、電子ビームｅを２次元方向に偏向させることもできる。この構成によれば、陽極ターゲット１３面を広く利用でき、Ｘ線管をより長寿命化できる。
【００１７】
次に、本発明の他の実施形態について図２を参照して説明する。
【００１８】
符号２１は、透過型Ｘ線管を構成する真空外囲器で、真空外囲器２１の一方の側にＸ線を透過する透過窓２２が設けられている。透過窓２２は、通常、ベリリウムなどＸ線透過率の高い材料で構成される。透過窓２２の真空側の面には、タングステンなどの金属薄膜によって陽極ターゲット２３が構成されている。この場合、金属薄膜の厚さは、陽極ターゲット２３の一方の側が薄く、他方の側に向って徐々に厚くなるように形成されている。
【００１９】
真空外囲器１１内の他方の端部には、たとえば３個の電子銃１４、１５、１６が一列に配置されている。３個の電子銃１４、１５、１６は、それぞれカソード１４Ｋ、１５Ｋ、１６Ｋや第１グリッド１４Ｇ１、１５Ｇ１、１６Ｇ１、第２グリッド１４Ｇ２、１５Ｇ２、１６Ｇ２などから構成されている。なお、３個の電子銃１４、１５、１６の外側にはシールド円筒１７が配置されている。
【００２０】
上記した構成において、３個の電子銃１４、１５、１６から発生する電子ビームは、それぞれ陽極ターゲット１３に照射される。このとき、陽極ターゲット１３からＸ線が発生し、透過窓１２を通してＸ線が外部に出力される。
【００２１】
この場合、３個の電子銃１４、１５、１６は、たとえば、カソード１４Ｋ、１５Ｋ、１６Ｋや第１グリッド１４Ｇ１、１５Ｇ１、１６Ｇ１、第２グリッド１４Ｇ２、１５Ｇ２、１６Ｇ２に印加する電圧が相違し、３個の電子銃１４、１５、１６で発生する電子ビームの加速電圧が相違するように設定されている。そして、たとえば、それぞれの電子銃１４、１５、１６の真正面に位置し正対する部分の陽極ターゲット１３の金属薄膜の厚さが加速電圧に対応して最適な値に選ばれている。
【００２２】
この構成によれば、加速電圧に対応して最適な厚さをもつ陽極ターゲット１３部分に電子を照射させることができる。また、照射位置を瞬時に変更でき、Ｘ線管内が大気に曝されることもない。また、複数の電子銃を設けているため、陽極ターゲット１３に入力する電子ビームが集中しなくなりＸ線管を長寿命化できる。
【００２３】
また、電子ビームを偏向する偏向装置を設ければ、陽極ターゲットに入力する電子ビームの領域が分散し、Ｘ線管をより長寿命化できる。また、１つの電子銃の電子ビームによって照射されるアノード面上の１つの焦点が破壊されても、他の電子銃を利用してアノード面上の他の場所に電子ビームを入力することができ、Ｘ線管の使用時間を長期化できる。
【００２４】
なお、上記した構成は、真空外囲器内部を真空引きする真空ポンプが設けられた構造のＸ線管にも適用できる。この場合、真空外囲器内を大気に曝しても、その後、真空引きすることによって内部を真空にできるため、陽極ターゲットが設けられた透過窓や電子銃などの部品の交換に対応できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｘ線への変換効率のよい透過型Ｘ線管装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための概略の断面構造図である。
【図２】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面構造図である。
【符号の説明】
１１…真空外囲器
１２…透過窓
１３…陽極ターゲット
１４…電子銃
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…集束電極
１６…偏向電極
１６ａ、１６ｂ…偏向電極の偏向板
ｅ…電子ビーム
ｔ…陽極ターゲットを形成する金属薄膜の膜厚[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transmission X-ray tube apparatus.
[0002]
[Prior art]
In the transmission X-ray tube, a transmission window that transmits X-rays is provided on one side of a vacuum vessel constituting the X-ray tube, and an electron gun that generates an electron beam is disposed on the other side of the vacuum vessel. ing. The transmission window is made of a material having a high transmittance with respect to X-rays such as beryllium, and a metal thin film such as tungsten is directly attached to the vacuum side of the transmission window to form an anode target that generates X-rays. .
[0003]
In the configuration described above, the electron beam generated by the electron gun is irradiated onto the anode target, and the electrons enter the anode target. At this time, the kinetic energy of electrons is converted into X-rays by bremsstrahlung, and X-rays are emitted to the outside through the transmission window.
[0004]
The depth of the electron beam that enters the anode target varies depending on the acceleration voltage and the material of the anode target. When the anode target material is the same, the depth at which the electron beam penetrates is proportional to the Nth power of the acceleration voltage (N is about 1.7). In the case of tungsten, the penetration depth of the electron beam is about 1 μm at an acceleration voltage of 30 kV and about 8 μm at an acceleration voltage of 100 kV.
[0005]
By the way, the acceleration voltage of the electron beam is adjusted by the amount of X-ray transmission of the subject to be imaged. In an industrial X-ray apparatus, if the subject is made of a material having a high X-ray transmittance such as plastic, the acceleration voltage is set to about 20 to 40 kV. For a material with low X-ray transmittance such as an aluminum can, it is set to about 100 kV.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In a conventional transmission X-ray tube, one electron gun is mounted on one X-ray tube. For this reason, the electron beam is input to one point on the anode surface, and when the focal point of the electron beam on the anode surface is destroyed, the X-ray tube has a lifetime and cannot be used.
[0007]
Further, in the transmission type X-ray tube, the optimum value of the thickness of the anode target changes according to the magnitude of the acceleration voltage of the electron beam. If the thickness of the anode target is thicker than the depth at which electrons penetrate, X-rays generated in the anode target are attenuated. If the depth is less than the depth at which the electrons penetrate, the electrons penetrate the anode target while maintaining the kinetic energy, and the conversion efficiency to X-rays decreases. Therefore, it is desirable that the thickness of the anode target matches the depth at which electrons enter.
[0008]
Since the thickness of the anode target is constant, the conventional transmission X-ray tube device cannot cope with a change in acceleration voltage in the case of a sealed X-ray tube. In the case of an X-ray tube with a built-in vacuum pump, it can be dealt with by exposing the vacuum to the atmosphere, replacing it with another transmission window having a different thickness of the anode target, and then evacuating it. However, it takes time to replace the transmission window and time for evacuation from the atmospheric state to the vacuum state, and it is difficult to change in a short time.
[0009]
An object of the present invention is to provide a transmission type X-ray tube apparatus that solves the above-described drawbacks and has improved lifetime and improved efficiency of converting an electron beam into X-rays.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a vacuum envelope constituting an X-ray tube, an X-ray transmission window provided at one end of the vacuum envelope, and an X-ray provided on the vacuum side of the X-ray transmission window. In an X-ray tube comprising a metal thin film that forms a target and an electron gun that generates an electron beam that irradiates the X-ray target, the thickness of the metal thin film differs depending on the location, and the electron beam is deflected The deflecting device is provided , and the magnitude of deflecting the electron beam corresponds to the acceleration voltage of the electron beam .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 11 denotes a vacuum envelope constituting a transmission type X-ray tube, and a transmission window 12 that transmits X-rays is provided on one side of the vacuum envelope 11. The transmission window 12 is made of a material having a high X-ray transmittance such as beryllium. An anode target 13 is formed by a metal thin film such as tungsten on the vacuum side surface of the transmission window 12. In this case, the thickness t of the metal thin film is formed, for example, so as to be thin on one side of the anode target 13 and gradually increase toward the other side.
[0012]
At the other end of the vacuum envelope 11, an electron gun 14 that generates an electron beam e is disposed. Between the anode target 13 and the electron gun 14, a plurality of focusing electrodes 15 a to 15 c that focus the electron beam e are disposed in a region close to the electron gun 14. A deflection electrode 16 that deflects the electron beam e is disposed in a region close to the anode target 13, for example, between the anode target 13 and the focusing electrode 15c. The deflection electrode 16 is composed of, for example, a pair of opposed electrode plates 16a and 16b.
[0013]
In the above configuration, the anode target 13 is irradiated with the electron beam e generated from the electron gun 14. At this time, X-rays are generated from the anode target 13 and are output to the outside through the transmission window 12.
[0014]
In this case, the deflection voltage applied to the deflection electrode 16 is changed in accordance with the acceleration voltage of the electron beam e generated from the electron gun 14, and the thickness of the anode target 13 is indicated by symbols A, B, and C. t is input at an optimum place with respect to the accelerating voltage, for example, a place where the thickness of the metal thin film of the anode target 13 coincides with the depth at which electrons penetrate.
[0015]
According to this configuration, it is possible to irradiate electrons to the anode target 13 portion having an optimum thickness corresponding to the acceleration voltage, and the irradiation position can be changed instantaneously. Further, the X-ray tube is not exposed to the atmosphere.
[0016]
In FIG. 1, the deflection electrode 16 is composed of a pair of electrode plates 16a and 16b. However, it is also possible to provide another pair of electrode plates in a direction orthogonal to deflect the electron beam e in a two-dimensional direction. According to this configuration, the surface of the anode target 13 can be widely used, and the life of the X-ray tube can be further extended.
[0017]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0018]
Reference numeral 21 denotes a vacuum envelope constituting a transmission type X-ray tube, and a transmission window 22 that transmits X-rays is provided on one side of the vacuum envelope 21. The transmission window 22 is usually made of a material having a high X-ray transmittance such as beryllium. An anode target 23 is formed of a metal thin film such as tungsten on the vacuum side surface of the transmission window 22. In this case, the thickness of the metal thin film is formed so that one side of the anode target 23 is thin and gradually increases toward the other side.
[0019]
For example, three electron guns 14, 15, and 16 are arranged in a row at the other end in the vacuum envelope 11. The three electron guns 14, 15, and 16 are configured by cathodes 14K, 15K, and 16K, first grids 14G1, 15G1, and 16G1, second grids 14G2, 15G2, and 16G2, respectively. A shield cylinder 17 is disposed outside the three electron guns 14, 15, 16.
[0020]
In the configuration described above, the electron beam generated from the three electron guns 14, 15, and 16 is applied to the anode target 13. At this time, X-rays are generated from the anode target 13 and are output to the outside through the transmission window 12.
[0021]
In this case, the three electron guns 14, 15, 16 have different voltages applied to, for example, the cathodes 14K, 15K, 16K, the first grids 14G1, 15G1, 16G1, and the second grids 14G2, 15G2, 16G2. The acceleration voltages of the electron beams generated by the individual electron guns 14, 15, and 16 are set to be different. Then, for example, the thickness of the metal thin film of the anode target 13 at the portion directly opposite to each of the electron guns 14, 15, 16 is selected to be an optimum value corresponding to the acceleration voltage.
[0022]
According to this configuration, it is possible to irradiate electrons to the anode target 13 portion having an optimum thickness corresponding to the acceleration voltage. Moreover, the irradiation position can be changed instantaneously, and the inside of the X-ray tube is not exposed to the atmosphere. Further, since a plurality of electron guns are provided, the electron beam input to the anode target 13 is not concentrated and the life of the X-ray tube can be extended.
[0023]
If a deflecting device for deflecting the electron beam is provided, the region of the electron beam input to the anode target is dispersed, and the life of the X-ray tube can be extended. Even if one focal point on the anode surface irradiated by the electron beam of one electron gun is destroyed, the electron beam can be input to another place on the anode surface using another electron gun. The use time of the X-ray tube can be prolonged.
[0024]
The above-described configuration can also be applied to an X-ray tube having a structure provided with a vacuum pump that evacuates the inside of the vacuum envelope. In this case, even if the inside of the vacuum envelope is exposed to the atmosphere, the inside can be evacuated by subsequently evacuating it, so that it is possible to cope with replacement of parts such as a transmission window provided with an anode target and an electron gun.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize a transmission type X-ray tube apparatus having high conversion efficiency to X-rays.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional structure diagram for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Vacuum envelope 12 ... Transmission window 13 ... Anode target 14 ... Electron gun 15a, 15b, 15c ... Focusing electrode 16 ... Deflection electrode 16a, 16b ... Deflection electrode deflection plate e ... Electron beam t ... Anode target is formed Metal thin film thickness

Claims

A vacuum envelope constituting the X-ray tube, an X-ray transmission window provided at one end of the vacuum envelope, and an X-ray target provided on the vacuum side of the X-ray transmission window are formed. In an X-ray tube comprising a metal thin film and an electron gun for generating an electron beam for irradiating the X-ray target, a deflecting device for varying the film thickness of the metal thin film depending on the location and deflecting the electron beam A transmission X-ray tube apparatus, characterized in that the electron beam deflection magnitude corresponds to an acceleration voltage of the electron beam .

The transmission X-ray tube apparatus according to claim 1, further comprising a vacuum pump for evacuating the inside of the vacuum envelope .

The transmission X-ray tube apparatus according to claim 1 , wherein the thickness of the metal thin film gradually increases from one side of the X-ray target to the other side .

A vacuum envelope constituting the X-ray tube, an X-ray transmission window provided at one end of the vacuum envelope, and an X-ray target provided on the vacuum side of the X-ray transmission window are formed. In an X-ray tube comprising a metal thin film and an electron gun for generating an electron beam for irradiating the X-ray target, a plurality of the electron guns are provided, and the acceleration voltages of the electron beams generated by the plurality of electron guns are different. In addition, the transmission X-ray tube apparatus is characterized in that the thicknesses of the metal thin films at the portions where the plurality of electron guns face each other are different from each other .