JPH01140099A - 携帯可能な放射線写真発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の背景〉 この発明は、中性子及びＸ線写真装置に関し、更に詳し
くは、相対論的電子ビームパルスを持つ中性子及びＸ線
を作り出すために非破壊的放射線写真技術において使用
する装置に関するものである。

船体、橋梁、金属の建物枠などのようなｔ１′？ｇ造物
における溶接部は安全のために、その一体性について検
査されなければならない。本発明による装置は、それら
の溶接部及び他の所望の特長を検証するためにかような
構造物を非破壊的に写真撮影するために使用できる。こ
の発明は、大きくて、やっかいでそして高価な既存装置
よりもはるかに容易に使用できる携帯可能な装置として
実用化できる。既存装置は接近可能な外部電源を必要と
するが、この発明による装置はそれ自体の電源を含んで
いる。それ故、本発明は遠隔の場所で使用するのに適し
ている。

従来の放射線写真装置は、カソードから放出される高エ
ネルギの電子でもってアノード・ターゲットを衝撃する
ことにより、透過性の放射線を与える。比較的低電圧の
携帯用Ｘ線装置は、米国特許第３．８４３，０９４号及
び米国特許第３．７８３．２８８号において示され、そ
れぞれの動作電圧は約　１００ＫＶ及び３５０ＫＶとな
っている。しかしながら、従来、高電圧の発生には携帯
できない装置を必要とした。

これに対し、圧縮磁束発生器（ｍａｇｎｅｔｉｃ１’ｌ
ｕｘ　ｃｏＩＩｌｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｇｅｎｅｒａｔｏ
ｒｓ：ＭＦＣＧｓ）は携帯用として設計でき、比較的高
い電圧を発生する。

高電圧を作り出すのに使用される一連の爆発的に駆動さ
れる磁気的累積発生器は、ｒメガガウスの磁界発生及び
関連したテーマに関する第２回国際会議の議事録」　（
ブレナム・プレス、ニューヨーク、　１９８０において
）で、”Ｔｒａｎｓｆｏｒｏ＋ｅｒ　　Ｅｎｅｒｇｙ　
　０ｕｔｐｕｔ　　ＭａｇｎｅｔｌｃＣｕＩＩｕｌａｔ
ｉｖｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ″という名称の下で、Ａ
、１．パブロフスキ等により開示されている。

コンデンサ・バンク又は永久磁石が第１の磁界を発生す
るために使用されている。その第１の磁界及びその後の
磁界は爆薬を用いて急速に崩壊され、変圧器を通して負
荷に結合される高電圧出力を作り出す。パブロフスキ等
は、エネルギの増幅には圧縮磁束発生器をカスケードに
することを示唆しているが、負荷については特定してお
らず、電圧レベルについては約４００ＫＶに限って記述
している。

相対論的電子ビームを発生するダイオード構造としては
比較的大電力のダイオードが使用される。かかる装置は
代表的には、相対論的ビームを発生するのに約ＩＭＶの
動作電圧を必要とする。しかし、従来の相対論的ビーム
ダイオードは、電子がそのカソードから放出される際の
仕事関数加熱によりカソードに隣接してプラズマ層を発
生する傾向がある。プラズマに関連した低い抵抗は、圧
縮磁束発生器が相対論的ビームの発生に必要な高い電圧
レベルに達するのを妨げることになる。

従来技術におけるこうした及び他の問題は本発明によっ
て解消され、そして本発明の携帯可能な放射線写真装置
には、高電圧を相対論的ビームダイオードへ供給する圧
縮磁束発生器が備えられている。

従って、本発明の目的は圧縮磁束発生器に相対論的ビー
ムダイオードを組込ませることにある。

本発明の別な目的は、最大の電圧が圧縮磁束発生器から
出力されるまで、ダイオード電子ビームの発生を妨げる
ことにある。

本発明の更に別な目的は、携帯可能な非破壊的中性子及
びＸ線写真装置を提供することにある。

〈発明の概要〉 前述の及び他の目的を達成するために、この発明の装置
は、以下において示されかつ記述されるように、携帯可
能な放射線写真発生器からなる。この発生器は、相対論
的電子ビームを発生するのに有効な高い電圧パルスを作
り出すための磁束圧縮手段と共に、磁束からなる磁界を
作り出すための磁石が備えられている。カソード及びア
ノードを持つダイオードはその電圧パルスに応答可能と
されている。このカソード及びアノードは、電圧が選ば
れた値を得た後に、相対論的電子ビームパルスを発生し
、その後、低インピーダンス値に切り換わって、相対論
的電子ビームを発生するように構成されている。

〈実施例〉 第１図は、非破壊的中性子放射線写真技術において使用
するための本発明の中性子パルス発生装置の実施例が模
式的に示されている。そこで見られるように、中性子発
生装置１０は、コナデンサ・バンク１２と、第１の圧縮
磁束発生器（ＭＦＣＧ）１６と、第２の圧縮磁束発生器
（ＭＦＣＧ）１８と、変圧器３８と、そして放射線写真
装置１１とからなっている。

第２図、第３図及び第４図は、圧縮磁束発生器１６及び
１８、変圧器３８をそれぞれ詳細に示している。第２図
において見られるように、圧縮磁束発生器１６は、外側
の螺旋状導体２０によって包囲されている内側の円筒状
導体２２を含み、螺旋状導体２０は一方ではスイッチ２
９に接続され、他方では第２の圧縮磁束発生器（ＭＦＣ
Ｇ）１８にその第１の板２６を通して接続されている。

内側導体２２は、一方でコンデンサ・バンク１２に接続
され、他方ではノーズコーン２５を通して圧縮磁束発生
器１８の第２の板２７に接続されている。好ましい実施
例において、エレメント２０．２２及び２５並びにそれ
らに対する電流伝達構造は銅で作られる。円筒状導体２
２は、その入力端において広がっていて、遅延回路装置
１７を通してスイッチ２９に接続されている起爆装置１
９を点火することにより動作中に点火される爆薬２４を
包囲している。

かくして、起爆装置１９が点火されると、爆薬２４は円
筒状導体２２の広がった端部からノーズコーン２５に向
かって急速に燃焼して、導体２２を螺旋状導体２０に向
けて駆動する。動作においては、スイッチ２９を入れる
とコンデンサ・バンク１２からの電気的パルスにより導
体２０と２２との間に磁場が確立される。従来の遅延回
路装置１７は、スイッチ２９が入れられた後の適当な時
間、例えば約５０１ｆｓ後に起爆装置１９を点火して、
円筒状導体２うを螺旋状導体２０に向けて外方に駆動す
るために爆薬２４を起動する。導体２０と２２との間に
おける磁場は、圧縮されて、板２６及び２７を通して、
約５０ＫＶの第１の電気的出力パルスを第２の圧縮磁束
発生器１８へと発生する。好ましい実施例においては、
第１の爆薬２４は、デュポン社から市販されているサイ
クロトルｒ　ＣｙｃｌｏｔｏｌＪの　１８５ｇチューブ
からなる。

さて、第３図を参照するに、第２の圧縮磁束発生装置１
８は、板２６及び２７に接続された第１及び第２の平行
に隔置された駆動板３０及び２８を有している。駆動板
２８及び３０は矢印３２により示された磁界を作り出す
。第１及び第２の爆発性パッド３６及び３４が第１及び
第２の駆動板３０及び２８上に設けられそして、例示さ
れている実施例においては、各パッドは約６Ｋｇのサイ
クロトルを含んでいる。第２の圧縮磁束発生器１８はさ
らに、その電気的出力パルスを変圧器３８（第４図）へ
と伝達するための円筒状の出力素子４４を有している。

動作においては、圧縮磁束発生器１６（第２図）は爆発
により第１の電流パルスを作り出し、そのパルスが圧縮
磁束発生器１８に伝達されると、駆動板２８と３０との
間で矢印３２によって示される磁界を作り出す。板２６
及び２７を通しての第１の圧縮磁束発生器１６からの出
力パルスは爆発性バッド３６及び３４を起動させ、それ
により駆動板３０及び２８を互いの方向に向けて移動さ
せて、磁界３２における磁束を圧縮する。これによって
、圧縮磁束発生器１８の円筒状出力素子４４から変圧器
３８（第４図）への約５０ＫＶのオーダの電気的パルス
出力を作り出す。

第４図は変圧器３８の破断端面図であって、好ましい実
施例においては、この変圧器３８は、交互の層になるよ
うに巻かれた銅フィルムと絶縁フィルムとで作られた箔
巻きの空芯二次側４６を含む同軸ケーブルとして構成さ
れている。

この実施例で使用された空芯二次側４６は、アメリカ合
衆国、カリフォルニア州、オークランドにあるパルスト
・サイエンス社（Ｐｕ１ｓｅｄＳｃｉｅｎｃｅｓ、　Ｉ
ｎｃ、　）により作られたものであった。水の層４８は
プラスチックのケーシング５０によって所定の場所に保
持され、空芯二次側４６を包囲している。水は大きな電
界勾配を小さい容積内に保持するのに適した誘電率を有
している。例えば、ＩＭＶの電圧でもって、４２０ＫＶ
／　ｃ−の電界勾配が得られる。水量外の誘電体絶縁物
でも使用できることは当事者に゛とって明らかであろう
。シェル石油会社により作られたダイアレックスｒ　Ｄ
ＩａｌｅｘＪのような変圧器油の層が金属壁５４により
ケーシング５０の周囲に与えられている。変圧器３８は
、その１次コイルを形成している圧縮磁束発生器装置出
力構造４４（第４図）内に嵌め込まれている。

第１図に戻ると、導体４０は圧縮磁束発生器１８からの
電気的パルス出力をブツシュ４２を通して放射線写真装
置１１へと運び、ブツシュ４２は、放射線写真装置ハウ
ジング６２内で支持構造としても機能している機械加工
されたアルミニウム・バッフル板のような導電性の伝達
片５６を通してダイオード５８に接続されている。カソ
ード６６及びアノード７４を含むダイオード５８は、導
体４０を通した変圧器３８の約ＩＭＶの電気的パルス出
力の受信に応答して相対論的電子ビームパルスを作り出
す。ルーサイト（Ｌｕｃｉｔｅ）又は他の適当な誘電体
材料からなる絶縁物６０は、火花防止用としてダイオー
ド５８を取り囲み、誘電体ダイオード・１１ウジング６
４内に置かれている。放射線写真装置ハウジング６２は
付加的な絶縁を与えるために六フッ化硫黄を含んでも良
い。

入力端６８におけるカソード６６は、ダイオード５８か
らの電気的パルスを受信するように接続されていて、そ
れに応答して１．出刃先端７０から矢印７２にて示され
ている電子を放出する。

第１図の実施例においては、カソード６６は、高品質の
ビームを放出する熱電子陰極か、又は大きなビーム電流
を発生する電界放射冷陰極である。

ビーム７２中の電子は、カソード先端７０から隔置され
ているアノード７４に当る。アノード７４は、チタン、
ステンレス鋼などから成り、ビーム７２からの電子に応
答して重陽子を放出するために重水素化されたポリエチ
レンから構成することもできる。しかしながら、アノー
ド７４はトリチウムでもってロードされるのが好ましく
、ビーム７２における電子に応答してトリトンを放出す
る。トリチウムはアノード７４に化学的に結合されるか
又はその上にメツキされる。アノード７４は銅で作られ
ている箔からなる環状の開ロア８を含むのが好ましい。

アノード７４は、排気されたドリフト領域８２を含むド
リフト室８０の第１の端部を規定している。

中性子発生用ターゲット８４がドリフト室８０の他端に
設けられていて、アノード７４からのトリトン又は重陽
子に応答して矢印８６によって示されるように中性子を
放出する。中性子発生用ターゲット８４は、カーボンか
、又は重水素化されたポリエチレンか、又はチタンのよ
うなトリチウム化された材料から構成することができる
。

第１図の実施例はスイッチ２９を閉じることによって作
動し、スイッチ２９はコンデンサ・バンク１２に作用し
て、第２図に示されているように、圧縮磁束発生器１６
内に磁界を作り出すための電流を発生させる。遅延回路
装置１７は圧縮磁束発生器１６における起爆装置１９を
点火するので、爆薬２４が円筒状導体２２を外側の螺旋
状導体２０に向けて駆動し、それらの間の磁界を圧縮し
て、約５０ＫＶの第１の電気的パルスを発生させること
になる。この第１のパルス又は、第３図に示されている
ように、圧縮磁束発生器１８へ伝達され、それにより、
増強された磁界を駆動板３４．３６内に作り出し、圧縮
磁束発生器１８の爆発性パッド３６及び３４を点火し、
駆動板３０及び２８に力を加えてそれらの間の磁界を圧
縮して、二次コイル４８を横切って約ＩＭＶオーダの相
対論的出力パルスを発生する。変圧器３８はこのパルス
を出力して、約１４　ｕｓまでの時間にわたって維持す
るが、ダイオード５８は初めに非導通状態にあるように
構成されているので、この電圧の樹立中、電流は変圧器
３８に流れない。

電圧樹立モードにおける予め選定された時点において、
ダイオード５８は約Ｑ　、　０２　ｕｓと０．ｌＯ〃ｓ
との間で点弧してプラズマ・スイッチとして作用して、
エネルギを変圧器３８からカソード６６へと効果的に配
送する。以下に説明されるように、プラズマ・スイッチ
としてのダオード５８の機能は、変圧器３８を通して供
給されたエネルギ・パルスから相対論的電子ビームを発
生させることである。

第５図はカソード６６とそこがら隔置されているアノー
ド７４との断面を示している。カソード６６はその端部
６８においてダイオード５８の出力パルスを受信し、そ
してそれに応答して、円筒状の穴６７を含むテーパ部分
７１を持つその出刃先端７０から電子を放出する。エネ
ルギが圧縮磁束発生器１６．１８の出力パルスから抽出
されて、インピーダンス整合のためにプラズマが一度生
成されると、円筒状の穴６７は電子放射のための比較的
大きな表面積を与える。圧縮磁束発生器の出力電圧が増
加しつつあるときにプラズマがその先端において形成さ
れるのを防止することによって、電圧の樹立が予め選定
された点に達するまで、ダイオード５８に対する作動の
ための時間を遅延させるのに、この先端構造は協力して
いる。

第５図の実施例において、カソード６６の円筒状部分６
９は直径３ｃＩｌｌであり、テーパ部分７１は１５°の
角度で傾斜し、３．７３ｃ＋ａの長さを持ち、そして穴
６７は３ｃｍ伸張し、その直径は１ｃｓ＋である。出刃
先端７０はアノード７４の箔７６から２ｃＩ１１隔置さ
れている。カソード６６の好ましい表面仕上げはＮα４
又はそれ以上であって、早期プラズマ形成を防止する手
助けをする。

カソード６６及びアノード７４の構造及びそれらの間の
空間は、変圧器３８におけ色電圧の樹立が少なくとも約
ＩＭＶに達するまでの約１４　ｕｓにわたって、電子ビ
ーム７２の生成を遅らせる。

ダイオード６６は０．０２〜０．１１１ｓの期間のパル
スを発生する。

第６図は、永久磁石１４を磁界発生器として利用してい
る本発明の中性子発生装置の実施例を示している。変圧
器３８及び放射線写真装置１１は第１図の実施例のもの
と本質的に同じである。永久磁石１４は圧縮磁束発生器
１６に磁界を作り出している。

第１の圧縮磁束発生器１６からの出力パルスは圧縮磁束
発生器１８に磁界を作り出し、その起爆装置１９を点火
して、５０ＫＶの出力パルスを発生し、その出力パルス
は、第１図の実施例におけるように、変圧器３８により
ＩＭＶへと増大されてから、放射線写真装置１１に配送
される。中性子は、第１図の実施例を参照して説明され
たように、放射線写真装置１１によって作り出される。

第７図は非破壊的光子放射線写真技術において使用する
ためのＸ線を作り出す本発明の実施°　例を示している
。例示されているような電気的パルス発生装置は第１図
のものと木質的に同じである。コンデンサ・バンク１２
、スイッチ２つ、遅延回路装置１７、第１及び第２の圧
縮磁束発生装置１６及び１８、そして変圧器３８は前述
したように作用する。第６図に示されている電気的パル
ス発生装置は、第７図のＸ線写真装置９０との組み合わ
せにおいてＸ線を作り出すためにも使用できる。

放射線写真装置９０の構造は、第１図の装置１１と同様
であり、同じ参照番号により示されている。しかしなが
ら、第７図におけるドリフト室８０′はドリフト領域８
２′を規定している壁８１′を有している。ドリフト室
８０’　は長さ５ｅ＋ｗで、７．５ｃｍの直径を持って
いる。かくして、長いトラバースにわたってドリフト室
壁８１′と電子ビーム７２′の自己崩壊とによって設定
される境界状態は、ビームがドリフト室８０′の端部を
形成している制動放射変換器ターゲット９２に達すると
きまでに、そのビームを約１〜２ｎｕｎの直径の集束さ
せる。制動放射変換器ターゲット９２は大きな原子番号
を持ち、ビーム７２′における衝突する電子に応答して
矢印９４によって示されるＸ線パルスを作り出す。

第８図は、第７図のＸ線写真装置のカソード、アノード
及びドリフト室構造の断面図である。

ここで見られるように、カソード６６′は環状の丸めら
れた先端７０′と穴６７′とを持っている。環状の先端
７０′は電子パルス発生の間、均一な電子放出を与える
。カソード先端７０′はアノード７４′から隔置されて
いて、圧縮磁束発生器１８からの電気的パルスによる電
圧の樹立に際し予め選定された時間までダイオード５８
の作動を遅延させるのに協力している。その後、先端７
０の周囲でのプラズマの形成は、カソード６６を電子放
出モードに切り換えて、電子ビームを発生させる。

第７図の実施例においては、カソード６６′は直径約６
０Ｉｌｌで、穴６７′は直径約４０Ｉ１１であって、そ
して少なくとも約８０ＩＩｌの長さである。環状の丸い
先端７０′は約１ｃｌｌの曲率半径を持つリップからな
っている。先端７０′はアノード７４′から約３ｃｍ隔
置されている。この構造は、０．０２〜ｏ　、　ｔ　ｕ
ｓの相対論的電子ビームの発生を、変圧器からの電気的
パルスが少なくとも約ＩＭＶに達するまで、約１４８遅
延させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は静電容量性初期磁界発生方式を利用したこの発
明の中性子パルス発生装置の実施例を概略的に示し； 第２図はこの発明による第１の圧縮磁束発生器を概略的
に例示しており； 第３図はこの発明による第２の圧縮磁束発生器を概略的
に例示しており； 第４図はこの発明の実施例において使用される変圧器の
破断端面図であり； 第５図はこの発明の第１図の実施例において使用するた
めの電子ビームパルス発生用カソードの断面図であり； 第６図は初期の磁界発生のために永久磁石を使用したこ
の発明の中性子パルス発生装置の実施例を概略的に示し
； 第７図は静電容量による初期磁界発生方式を使用したこ
の発明のＸ線写真装置の実施例を概略的に例示しており
； 第８図は、第７図の実施例において使用するための電子
ビームパルス発生用カソードの断面図である。 １０・・・中性子発生装置、１１・・・放射線写真装置
、１２・・・コンデンサ・バンク、１６．１８・・・圧
縮磁束発生装置、３８・・・変圧器、５８・・・ダイオ
ード、６６．６６’　・・・カソード、６７゜６７′・
・・穴、７４．７４’　・・・アノード。 特許出願人　　　　アメリカ合衆国 式　　理　　人　　　　　　　　尾　　股　　行　　雄
Ｆｉｇ、　６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、磁界を作り出すための磁石（１６、１８）と、相対
   論的電子ビームを発生するために有効な高電圧パルスを
   作り出すために前記磁界の磁束を圧縮するための圧縮発
   生器装置（１６、１８、３８）とを使用した携帯可能な
   放射線写真発生器において、アノード（７４、７４’）
   から隔置されたカソード（６６、６６’）を有するダイ
   オード（５８）を備え、前記カソード（６６、６６’）
   は、前記ダイオード内にプラズマを発生させるように作
   動する前に前記高電圧パルスが予め決められた値に達す
   るまで高インピーダンス負荷を維持するのに効果的な先
   端形状を有し、更に前記カソード（６６、６６’）は、
   付加的な表面領域を前記プラズマに対して露出させて前
   記相対論的電子ビームを発生させるための低インピーダ
   ンス負荷へ前記ダイオードを切り換えるのに効果的な内
   部穴および先端幾何学的構成を有していることを特徴と
   する携帯可能な放射線写真発生器。