JPH0254849A - 平坦なカソードを有する間接加熱式ｘ線管 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、特に医学の分野において使用可能なＸ線管に
関するものである。このタイプのＸ線管の主要な特徴は
、温度と焦点の任意の点から発生するＸ線の一様性に応
じて変化する放射特性がドリフトに対して抵抗力をもつ
ことにある。本発明は、このタイプのＸ線管を改良して
、アノードまたはカソードが過度に加熱されることによ
ってＸ線管が破壊されるのを防止することを目的とする
。

従来の技術 一般に、Ｘ線は、真空容器内で電子を原子番号の大きな
材料で製造されたターゲットに衝突させることにより発
生させる。このターゲットに衝突させるのに必要な電子
は、一般に集束部材の中に正確に配置されたカソードの
タングステン製螺旋状フィラメントから熱電子効果によ
って放出される。集束部材は、収束機能とウェーネルト
機能を担う。ターゲットは、Ｘ線管のアノードで構成さ
れている。極めて標準的なこの構成では、電子放射部の
位置での電子の初期速度はまちまちである。

従って、電子の軌跡はランダムな構造であり、集束部材
が軌跡を直す機能を担う。しかし、この集束部材は一般
には性能が十分ではない。従って、衝突させる電子がタ
ーゲットに衝撃を与えることはなく、電子の軌跡が非常
にもつれる。その結果、Ｘ線の熱焦点のエネルギ図が良
質な像を得るのに好ましくないようなものになる。

最近の発展によると、例えば１９８５年５月３１日に出
願されたヨーロッパ特許出願第８５１０６７５３．８号
に記載されているように、もはやフィラメントでは構成
されておらず、アノードと対向した電子放出用の平坦な
面を有するストリップの一部で構成されたカソードが使
用されている。平坦な電子放出部を利用することの利点
は、既にこの特許出願よりも前に指摘されている。利点
は、電荷がターゲットに向かう間を通じであるまとまり
を維持することにある。実際、実験によると、この場合
には静電電位の分布が電荷の収束にとってより好ましい
ものになることがわかった。このようにして得られるＸ
線の焦点は、エネルギ図がほぼ一様である。これは画像
を高品質にするのに好都合である。科学文献にはこの一
般的な原理に基づいた幾つかの実験が詳しく記述されて
おり、タングステン製でス）　ＩＪツブの形状にされた
放射部がやはり使用されている。しかし、このようなス
）　ＩＪツブには熱機械強度に関して系統的な問題があ
る。そもそも、上記、のヨーロッパ特許出願に対応する
発明はこのような問題を解決するためになされた。

特に、ス）　ＩＪツブの圧延に細心の注意を払っている
にもかかわらず、ス）　ＩＪツブの内部に様々な応力が
発生し、ストリップはＸ線管の内部で連続的に加熱と冷
却を受けて波を打つ。このため、平坦な放射部を使用す
ることの利点が失われる。

発明が解決しようとする課題 本発明は、上記の波打ちの問題を解決することができる
機械的な堅固さをもつ平坦な放射部を提供することによ
り上記の問題点を解決することを目的とする。

課題を解決するための手段 単純に、放射部はビーム材で構成されている。

このビーム材は中空であることが好ましく、必要に応じ
て断面をほぼ長方形にする。すると、ストリップよりも
はるかに堅固なビーム材の堅固さによりもたらされるあ
らゆる利点を享受することができる。さらに、多すぎる
量の材料を加熱する必要がないようにするため、ビーム
材は中空である。

加熱力が決まっている場合には、Ｘ線管を始動させるま
での時間が短縮される。改良例によると、中空のビーム
材を加熱用螺旋フィラメントが貫通している。従って、
ビーム材は間接的に加熱される。この間接加熱は、ビー
ム材の所定の位置、特にビーム材のうちでてノードと対
向する面に集中させることさえできる。このようにする
とさらに加熱力を小さくすることができる。

そこで、本発明によれば、カソードと、このカソードと
対向する位置にあってＸ線を放射するアノードとを備え
るＸ線管において、上記カソードが平坦なカソードであ
り、主としてビーム材で構成されていることを特徴とす
るＸ線管が提供される。

本発明は、以下の説明と添付の図面を参照することによ
りさらによく理解できよう。なお、図面は単に実施例を
示したものであって、本発明を限定することはない。

実施例 本発明では、カソード１は第１図に斜視図で示したよう
にビーム材の形状をしている。このビーム材は、中空の
柱体であり、はぼ家の形である。

この家の土台がカソードの放射面７を構成している。こ
の家の壁、例えば壁２３は窓、例えば窓２４を有する。

中空のビーム材を製造することの利点は、加熱すべき金
属の量を減らすことにある。加熱する金属の量が少なく
なっているため、カソードの熱慣性が小さくなり、Ｘ線
管の始動が早くなる。

さらに、カソードを加熱するのに消費する電力を減らす
ことができる。これは、カソードの加熱回路において必
ず直面する断熱の問題があるだけに利点となる。

電流ヲカソードに直接流すことによりこのカソードを加
熱することができるとはいえ、例えば従来から放射部で
使用されているフィラメントと同じタイプの加熱用フィ
ラメント２５を使用するほうが好ましい。このフィラメ
ント２５は、カソード１に対して負にバイアスされる（
数１０００ボルト）。

好ましい実施例では、ビーム材の形状のカソードをタン
グステンで製造する。カソードを加熱するために供給す
る熱エネルギの量も制限するために、天井２６とカソー
ドの壁の内側に断熱性ファイバ東２７を取り付け、カソ
ードの放射部を集中的に加熱する。−例を挙げると、フ
ァイバは、家の内側側壁の断熱性を優れたものにするこ
とのできるセラミックファイバである。加熱用フィラメ
ントから放出される電子は、電気力線２８で示されてい
るようにカソード７の後部に衝突する。この衝突は、前
方の壁３３に限定される。さらに、この前方の壁は凹形
状３３である。好ましい実施例では、この凹形状は、カ
ソード７の側部２９と３０の内面３１と３２がこのカソ
ードの中央位置３３におけるよりもフィラメント２５に
近くなるような凹形状にすることさえ可能である。この
ようにして、より厚いと同時により加熱しにくいと思わ
れる側部を余計に加熱する。このようにして、ビーム材
のカソード７があらゆる点でほぼ一定の温度となるよう
にする。このカソードは、必要な電子線をほぼ一定の割
合で放出させＺ。

本発明のビーム材は放射面７がもはや加熱の効果によっ
て変形しないという利点を有するが、膨張はするので、
それを打ち消すことなくガイドすることが好ましい。こ
の目的で、カソードは、いわば家の煙突を構成する単一
の突起部３４によって固定されている。固定は、この突
起部３４を２本のボルト３５と３６の間で締めつける方
法によることが好ましい。１点での固定を行うこの方法
には、カソードに望みのあらゆる自由度が残されるとい
う利点がある。特に、２点固定方式ではこれら２点の間
の反作用が必然的に放射面７の平坦度に反映するという
欠点があるため、１点での固定方式のほうが好ましい。

温度変化によってカソードが変位するのをガイドするた
め、このカソードの壁は、このカソードを両側から押さ
えるセラミック製の止め具３７と３８によって収束装置
８内に保持される。

このようにすると、悪影響のある屈曲現象や振動現象を
完全に回避して放射部を集束装置内で正確に位置決めす
ることができる。止め具があるために、放射部は最も長
い方向に熱膨張することができる一方、漢方向が基準位
置に維持される。実際には、カソードへの電力の供給は
ボルト３５または３６に高電圧を印加することにより実
現される。

第３図には、カソード−ビーム材１を備える本発明のＸ
線管の概略が図示されている。このＸ線管は、真空容器
（図示せず）内にアノード２と対向する位置に配置され
たカソードｌを備えている。

アノードは、焦点４に電子線３を受け、Ｘ線５を特に取
り出し窓６の方向に放射する。取り出し窓はＸ線管のエ
ンベロープの一部を構成している。

本発明によれば、カソードは、アノード２に対して平坦
面７が対向しているという特徴を有する。

別の特徴は、この平坦面がいわゆる階段状光学的集束装
置８に挿入されていることにある。この階段状光学的集
束装置は、電子線３が収束されるように電場をアノード
とカソードの間に分布させることを目的とする。２種類
の収束電子線を区別することができる。第１のタイプが
第３図に示されており、電子の収束点がアノード面の後
ろ側に位置する。すなわちこの収束点は仮想点である。

この場合、電子線は直接電子線と呼ばれる。交差電子線
と呼ばれる第２のタイプでは、電子の収束点はカソード
の平坦面７とアノード２の間に位置する。この収束点は
実在の点である。

集束装置８は１段のものにすることも可能であるが、こ
こでは２段にすることが望ましいことがわかった。集束
装置８は柱体であり、第３図にはその断面が示されてい
る。集束装置８は、カソード１の両側に対称に配置され
た２つの段９．９′と１０．１０′を備えている。各段
は上面９１または１０１（９１″、１旧°）と、側面９
２または１０２（９２’　、１０２’　）とを備えてい
る。好ましい実施例では、カソード１の平坦面７はアノ
ード２の面４から約７．５ｍｍ離れている。段９．９′
の上面９１．９１′は、アノードから約７ｍｍ離れてい
る。上面１０１．１０１°のほうは、アノード２の面か
ら約５ｍｍ離れている。カソード１の幅は、柱体である
集束装置８の断面で測定して２ｍｍである。集束装置８
の内側にあってこのカソードが配置されることになる凹
部１１の幅は２．２ｍｍである。側面９２と９２°　を
隔てる距離は４ｍｍであり、側面１０２と１０２゛を隔
てる距離は５１′ｌｌｌＴｌである。

集束装置８は、形状が、図面の平面に垂直で電子線の軸
線１２を通過する平面に対して対称であることが好まし
い。しかし、別の例では、全体を柱体にするよりは円形
にするとともに、軸線１２をカソードおよび集束装置の
回転軸線にすることができる。アノード２は回転アノー
ドにすることが可能であり、アノード面が軸線１２に対
して傾斜しているようにすることさえできる。この場合
、上記の距離は、カソードの平坦面７と軸線１２がアノ
ード２上で交わる点との間でこの軸線１２に沿って測定
された距離である。

上記の数値にすると、所定の使用高電圧において熱流Ｆ
ＴがＸ線管の負荷りの関数としてほぼ一定になるという
利点がある。実際、第４図のグラフには、高電圧２０ｋ
　Ｖ、　４０ｋ　Ｖ、　５０ｋ　Ｖをそれぞれパラメー
タにした３本の曲線１３〜１５が描かれている。使用負
荷の範囲が１５０ｍＡ〜５００　ｍ　Ａでは曲線がほぼ
平坦になっている。熱流の単位はｋＷ／ｍｍ”である。

本実施例では、熱流は常に５０　ｋ　Ｗ／ｍｍ２よりも
少なく、最大の使用高電圧でもそのことに変わりはない
。熱流が負荷の関数として平坦になるということは、単
に、熱焦点のサイズ１６が負荷とともに直線的に変化し
ていることを意味する。実際、負荷が大きくなって例え
ば２倍になると、サイズ１６が大きくなり、放射される
Ｘ線のパワーも大きくなってやはり２倍になる。この場
合アノード上で熱応力が局所的に異常になることがない
。負荷の増加によって電子線３が横に矢印１７．１８の
方向に離れる。電子線はますます直接的になる。

この方法の利点は、負荷が変化したときに焦点のサイズ
が変化するにもかかわらず、焦点のサイズを簡単に選択
できることである。実際、曲線１３〜１５は規則的であ
り、波状にはなっていない。従って、特に、計測におい
てＸ線の線量の問題が重要である場合や、医学において
照射限界を越えていない場合に、生成させる画像の鮮明
度に応じて焦点のサイズを望みの値に選択する。以上、
焦点のサイズを簡単に適切な値に調整する方法を説明し
た。

電子線３が収束性であってアノードの前方の収束点に収
束している別の実施例では、線量が増加するとこの収束
点がアノード２の方向に移動する。

交差タイプのこの電子線では、電子線が収束点の前で横
方向１７．１８に離れると逆に焦点１６のサイズが小さ
くなる。本発明では、悲惨な結果をもたらす可能性のあ
るこの挟まりが実際にはカソード１の平坦面７から引き
出される電子放射の飽和現象によって自動的に制限され
ることがわかった。実際、空間電荷は、集中しているた
め、（より多くの電子がある）Ｘ線管の負荷とともに当
然増加する傾向があり、条件によっては次の電子放射に
対してスクリーンを構成する程度に増加することがある
。この空間電荷はいわばグリッドとして作用する。特別
な光学的集束装置を選択するとこの現象を自動調節機能
として利用できることがわかった。この光学的集束装置
は上記のものと同じであり、段を備えている。先の場合
と同様に、この現象はＸ線管の使用高電圧の値に関係な
く発生するという利点をもつ。わかりやすく説明すると
、この飽和現象によって焦点上に飽和熱流が発生する。

この飽和熱流の値は高電圧によって決まる。実際、高電
圧が小さいと電子はあまり加速されず、飽和空間電荷の
ほうが先に感知される。従って、電子が遅いほど飽和の
「ボトルネック」が容易に発生する。さらに、この飽和
現象の熱流に関する様々な効果を表す曲線（第５図）は
飽和に近づくにつれてほぼ鉛直になることに注目された
い。これは、飽和時には電子線の放射量がもはや増加す
ることができず、特に熱流ももはや増加できないことを
意味する。アノードとカソードの材料を正しく選択する
こと、あるいは飽和点が動作許容範囲外に位置しないよ
うにＸ線管の使用条件を選択することにより、求める結
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のビーム材状カソードの斜視図である
。 第２図は、第１図のカソードの断面図である。 第３図は、ビーム材を備えた本発明のＸ線管の断面の概
略図である。 第４図と第５図は、第３図のＸ線管のエネルギ図である
。 （主な参照番号） １・　・カソード、　　　　２・　・アノード、３・・
電子線、　　　　４・・焦点、 ５・・Ｘ線、　　　　　６・・取り出し窓、７・・平坦
面（放射面）、 ８・・集束装置、　　　９．９”、１０．１０′・・段
、１１・・凹部、　　　　　１２・・軸線、２３・・壁
、　　　　　　２４・・窓、２５・・加熱用フィラメン
ト、 ２６・・天井、 ２８・・電気力線、 ３１．３２・・内面、 ３４・・突起部、 ３７．３８・・止め具、 ９１．９１’　、１０１．１旧”・・上面、９２．９２
°、１０２．１０２”・・側面２７・・ファイバ束、 ２９．３０・・側部、 ３３・・中央位置、 ３５．３６・・ボルト、 代 理 人

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）カソードと、このカソードと対向する位置にあっ
   てＸ線を放射するアノードとを備えるＸ線管において、
   上記カソードが平坦であり、ビーム材で構成されており
   、中空構造であることを特徴とするＸ線管。
2. （２）上記カソードが間接加熱装置によって加熱される
   ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
3. （３）上記加熱装置が、上記カソードの放射部分を集中
   的に加熱するためのファイバ束を備えることを特徴とす
   る請求項２に記載のＸ線管。
4. （４）上記カソードの平坦面の裏側である内面が凹形状
   であり、このカソードの側部がこの凹形状の内側中央部
   よりも上記加熱装置に近いことを特徴とする請求項３に
   記載のＸ線管。
5. （５）上記ビーム材の少なくとも１つの壁面にくり抜き
   を有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
6. （６）上記ビーム材が、唯一の固定点を通じて上記Ｘ線
   管に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の
   Ｘ線管。
7. （７）上記ビーム材が、該ビーム材のそれぞれの側で上
   記集束装置に固定されたセラミック製止め具によってガ
   イドされていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線
   管。
8. （８）−上記カソードが平坦であり、 −このカソードが階段状の集束装置の基台に取り付けら
   れていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
9. （９）上記集束装置が２つの段を有することを特徴とす
   る請求項８に記載のＸ線管。
10. （１０）−上記カソードの面が上記アノードから約７．
    ５ｍｍ離れており、 −上記集束装置が、上記カソードの面と共通で幅が約４
    ｍｍの円筒によって限定された深い面と、 −上記アノードから約７ｍｍ離れて位置し、かつ幅が約
    ５ｍｍの円筒によって限定されている中間平面と、 −上記アノードから約６ｍｍ離れて位置する上面とを備
    えることを特徴とする請求項９に記載のＸ線管。