JPS598251A - 微焦点ｘ線管およびｘ線管熱陰極の微焦点形成方法 - 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】 本発明は微焦点Ｘ＠管に関するものである。この微焦点
Ｘ＠管においては、その気密バルブ内に、格子で囲まれ
た熱陰極、ならびに陽極が設けられ、該陽極は、ターゲ
ットと、箪磁式電子ビーム集束および偏向用装置と、イ
ンプットダイアフラムとを具備している。本発明はまた
、Ｘ線管熱陰極からの電子放出の微焦点形成方法ＶＣも
関するものである。

Ｘ線撮影によって、タービンブレードＷＫおける極めて
轍小なひび割れ等の、よシ詳お（１な肱識を可能（（す
べく、Ｘ線装置の分解能を高める努力がなされる中で、
熱陰極が一層細いフィラメントからなるＸ線管が開発さ
れたが、それらの熱陰極は、売端における電子の放出面
をＪ能な限り小さくすべく、針のような尖った形状に作
られた。これは、従来、光源が点のように小さくなれば
なるほど分解能が高くなるという光学上の法則から考え
て、電子の放出面を極力小さくすることによってのみ、
惟明なＸ線画像が得られると信じられていたことによる
ものでちる。

また夾際、そのようにすれば、Ｘ線装置の分解能をかな
）の程度に高めることが可能である。しかしながら、そ
れは、電子の放出址の減少、ならびに熱陰極の寿命の督
しい短縮という犠牲をともなって初めて可能となること
である。電子の放出腋が減少すると、次のような不都合
が生ずる。すなわち、Ｘ線装置を医療目的に使用する場
合、照射時間がそれだけ長くなるため、患者は、過剰の
線量を投与されることになる。また、ｘＩｓ装置を材料
試験の目的に使用する場合には、透過力に制限があるこ
とによシ、検査にかなりの時間を要し、また、検査の対
象物が制止状態にない場合などは、利用の可能性が著し
く減少する。一方、熱陰極の寿命の著しい短縮化の結果
として、これをひんばんに交換することが必要に々るが
、その場合、交換を行うたびにパルプ内の空気を改めて
抜かなければ装置を使用することができないという不便
がある。このプロセスはかなり時間を要するものであシ
、使用時間と不使用時間の比率に対し、好ましくない影
響を与える。

分解能を高めるべく、Ｘ線管のターゲットの個所に、こ
れまで種々の工夫が試みられてきたが、それらはいずれ
も、陰極における上記の諸欠点を解消するには至らず、
また、放射されるＸ線ビームの強度を特に高める訳でも
なく、むしろターゲットの表面の摩耗を早めるという結
果をもたらしていた。このターゲットの個所については
、従来、仁の分野の専門家は、ヘール（Ｈｅｅｌ　）に
よって樹立された規則に厳格に従っていた。これは、タ
ーゲット角度（１１子ビームの入射方向に対して垂直な
方向とターゲットの表面との間の角度）が３０ないし３
５°でおる場合において、Ｘ線ビームの放射の強度が最
大になるがゆえに、該角度は、１０６と４０６の間にあ
るようにするべきである、と町うものである。ターゲッ
トの個所においては、改良の見込みはまずないと考えら
れるに至ると、今度は、強度増大の試みが、Ｘ線管の陰
極に対して向けられるようになり、その結果、既に述べ
たような限界に達している。

本発明の目的は、熱陰極の寿命を延ばすと同時に熱陰極
の鹸焦点からの電子放出の強度をかなりの程度に高め、
かつＸ線ビームの放出の強度を意想外に高めることにあ
る。

本発明は、次の認識より出立するものである。

すなわち、まず第１に、熱陰極の寿命は、フィラメント
の横断面が大であればあるほど、そしてまた少なくとも
その表向の温度が低ければ低いほど、長くなるというこ
とである。第２に、そうした比較的太いフィラメントの
表面の１個所を、該表面のそれ以外の部分にはなく、か
つ電子の放出に特に適するという、特殊な物理的諸条件
のもとにおくことに成功しさえすれば、該表面上に、１
つの微焦点を形成することが可能であるということであ
る。

本発明の装蹄は、電子放出面の寸法よシもそれ以外の部
分の寸法が大であるフィラメントを使用するという点に
ある。

そうすることによシ、その横断面の大きさと表面温度の
点からみて極めて安定的であるようなフィラメントを使
用するにもかかわらず、１つの微焦点を形成することが
可能となシ、該微焦点は、電子放出の強度が特に高いと
いう点で卓越した性質を持つものである。電子を放出す
るにあたっては、電界の強弱の分布と、温度の高低の分
布という２つの領域に分けて考え、それぞれの値の最大
になる個所が一致するようにすることにより、フィラメ
ントの径がはるかに大であるにもかかわらず、極めて寸
法が小さく、強度の高い電子放出の焦点が、フィラメン
ト上に形成される。

その場合、温度の高い個所の形成にあたっては、外側か
ら光線、赤外線もしくけレーザー光＃ｉ！等をあてる必
要はない。この温度の高い個所は、次のようにすること
によシ、はるかに容易に、しかも効果の点において何ら
遜色なく、形成することができる。すなわち、熱陰極を
、熱放射吸収体によって、（部分的に）次のように取シ
囲む。すなわち、フィラメントの表面の他のどの個所か
らの熱放射の吸収量についてみても、電子放出面の個所
からの熱放射の吸収量に比べると多いという状態になる
ように取シ囲む。この目的のための装置としては、その
寸法を適当に決定しさえすれば、格子が、簡単で、しか
も最初から存在する構成要素として利用され得る。

上記のようにして、もしくはこれ以外の適当な冷却方法
で熱放射の吸収を行うならば、フィラメントは（不均等
に）冷却されて、フィラメントの表面のうちで、電子の
放出面の個所が最も温度が高くなるようにされる。

この方法は、１つの微焦点Ｘ線管によって実現されるが
、この微焦点Ｘ線管は、次の点をその特徴とする。すな
わち、その熱陰極は、寸法が電子ノ放出面の寸法に比し
てよシ大きなフィラメントよシなること、ならびに表面
温度を高めるための装置が、陽極と陰極の間の電界がそ
の最大の値に達する個所に設けられていることである。

この場合、上記表面温度を高めるための装置が、ｒ％、
！極を部分的に取シ囲む、熱放射を著しく吸収するよう
な装置であるのが好都′合である。なぜなら、そのよう
な装置を使用すれば、極くわずかしかエネルギーを使用
しない場合でも、電子放出の強度を著しく高くできるか
らである。

上記装置は、いずれにせよ、Ｘ線管の内部に設けられて
いる格子がそれであってよく、それには、この格子が、
熱吸収の目的に適合させられていさえすればよい。この
ような微焦点Ｘ線管は、次の点をその特徴とする。すな
わち、まず、その格子は、壁の厚い、熱陰極を部分的に
取υ囲む、回転対称体に作られ、該回転対称体は、その
端面側において、内方へ向けられた突出部を有する中空
円筒の形Ｗをとシ、該中空円筒の出口の部分は、漏斗状
に拡がっていて、この漏斗状部分の傾斜角度は、１００
°ないし１４０６である。また、熱陰極は、その格子内
の最も外側に位置した部分が、格子の軸内で、かつ前記
漏斗状部分の下縁部の領域の平面内に位置するように設
置される。

このＸ線管内に、熱陰極が、Ｕ字状もしくはＶ字状に曲
げられたフィラメントの形態で設けられる。冷却装置と
して機能する格子との協働作用を通して、上記フィラメ
ントの曲げられた部分の尖端には、冷却作用を最も少な
く受ける微小部分が形成されるが、該微小部分は、同時
にまた、電界強度の最も高い位置にあるため、電子放出
の強度が最も高い個所でもある。従って、この部分には
、その形状ならびに大きさの点からみて、従来の考え方
よシすれば不適当とみなされるような、先のとがってい
ない′ｆｔ極を使用するにもかかわらず、１つの微焦点
が形成され、該微焦点の電子放出効果は、先のとがった
従来式のｖＬ極をかなシの程度に陵駕するものである。

また、熱陰極の表面の諸部分における冷却効果は、熱陰
極の寿命が相当に長くなる原因となっている。

電子放出の強度を高めた結果から期待されるよｐ以上に
、Ｘ線ビームの強度を高めることが、ターゲットに球状
に湾曲した形状を与え、かつターゲット角度（先述）を
０６ないし１０°にすることによって可能となる。従来
は、ヘールの理論に従って、これとは異なるターゲット
角度が使用されていたので、本発明による強度の増大の
程度は、意想外に高いものである。この点で、陰極にお
ける本発明の処置と陽極における本発明の処置との相乗
効果から得られる強度増大効果は、特にエネルギーを多
く使用する訳でもなく、陰極の寿命を短かくする訳でも
ないにかかわらず、極めて高いものであると言える。

最良の結果は、次の特徴を有する微焦点Ｘ線管によって
得られた。すなわち、その熱陰極は、寸法が電子放出面
の寸法に比して大きいフィラメントよシなシ、このフィ
ラメントは、実質的にＵ字形に曲げられている。また、
格子は、熱陰極を取多囲む、壁の厚い回転対称体に作ら
れ、該回転対称体は、端面側において内方へ向けられた
突起を具備する中空円筒の形態を取シ、上記突起の外側
の部分は漏斗状に拡がっておシ、この漏斗状の部分の傾
斜は、１００°ないし１４０″′である。この格子は、
電界形成の機能を有する一方、熱放射の吸収体として機
能し、その外方へ向けられたイ則において、再び熱を放
射する。また、上記熱陰極は、その、格子内の最も外側
に位置した部分が、格子の軸上で、かつ前記漏斗状の部
分の下縁部の領域の平面内にあるように位置させられる
。この微焦点Ｘ線管においては、ターゲットは、球状に
湾曲した表面を有し、そのターゲット角度は、０°ない
し１０°である。

以下、図面を参照して説明すると、図示Ｘ線管の気密バ
ルブは、２つの部分１．２よシなる。部分１は、電子ビ
ームの工芝ツタ−として機能するフィラメント３と、こ
のフィラメント３のための接続コンタクト１２．１３と
、基底部１４とからなる陰極、ならびに格子４を収容す
る。格子４は、同様に、基底部１４によって支持され、
接続コンタクト１５を介して、図示しない電源に接続さ
れている。陽極として機能する部分２は、その内部に、
空気間隙２６を具備する焦点コイル５と、偏向コイル６
とを収容し、かつターゲットヘッド７を具備する。この
ターゲットヘッド７は、その内部に、ターゲット８（対
陰極）と遮へい部１６を収容し、遮へい部１６は、ター
ゲット８において作られて窓９から放出されるＸ線ビー
ム１０を通過させるための開口部を具備する。ターゲッ
トヘッド７は、冷却液によって冷却され、該冷却液は、
管１７を介して、冷却室内に出入する。Ｘ線管の気密バ
ルブは、真を装置への接続部１８を有している。焦点コ
イル５および偏向コイル６のための電気接続部は、図中
、１９ないし２５にて示す。

Ｘ線管の気密バルブの画部分１ならびに２の間には、隔
壁２４が設けられ、該隔壁２４は、電子ビーム１１を通
過させるための開口部２５を具備する。

第２図においては、陰極および格子の構造を拡大して示
す。Ｕ字状に曲げられたフィラメント（エミッター）５
のための緊締装置２７．２８で終っている接続コンタク
ト１２．１３を介して、フィラメント３に電圧がかけら
れ、該フィラメント５を白熱状態に至らせる。両緊締装
置２７．２８は、保持部材２９内に投首され、この保持
部材２９は、絶縁リング５０を介して、格子４をも支持
している。この格子４は、壁の厚い中空円筒に形成され
、その、フィラメント３を囲んでいる端面側において、
内方へ向けられた突出部３４を具備し、この突出部５４
の外側は、漏斗状部分６１に形成され、この漏斗状部分
３１の傾斜は１００°ないし１４０°であるが、特に１
２０°が望ましい。この漏斗状部分３１は、その下縁部
の縁６５に丸味を与えてあシ、さらにその内側には、円
筒状の表面３２が続いている。上記縁３５の領域におけ
る平面３５内には、フィラメント５の表面のうちの、電
子を放出する部分が位置させられる。格子４に特別な幾
何学的形状を付与することによシ、ひとつには、次のよ
うな性質の電界、すなわち、軸３６上において値の最大
となる点が、フィラメント５のターゲットに向けられた
側の表面を軸３６が貫通する面からの熱放射が格子４に
よって吸収されるに際し、該フィラメントのどの部分か
らの熱放射よシも、前記軸３６によってフィラメントが
貫通される点からの熱放射が、一番少なく吸収されるこ
とになる。すなわち、フィラメントの表面の全体が冷却
される際に、その冷却の程度は、上述の点、すなわち、
幾何学的軸５６が、フィラメント３の、ターゲット８に
向けられた表面を貫通する点において最も低くなるよう
にされる。フィラメントの直径りは、０．１７１１以上
が選択され、内径Ｒ１は、０．１Ｄ以上が選択される。

これらの寸法は、従来式の倣焦点Ｘ線管に使用されてい
たものに比べると、かなり大きいが、内径Ｒ１および外
径Ｒａは、さらに大きな値を有していてもよい。大抵の
場合においては、環状の中実材よシなるブロックに作ら
れた格子４は、外部への熱の放出量を増大させるへく、
更に、エプロン６７を具備ｔ７ているのが好都合である
。このエプロン５７は、格子４と一体に作るのが良く、
実質的に、中実材よりなる中空円筒となっている。

フィラメント３に代えて、別の形状のエミッターを使用
することも可能であシ、例えば第５図および第６図に示
した形状のものが使用され得る。

中火材よシなるこれらのエミッターは、やはシ同様に電
流を通されて、白熱状態になるまで加熱される。

第６図においては、第１図において円で囲んで示した細
部、すなわちターゲットヘッド７ならびにターゲット８
の断面の一部を示す。ターゲット８は、中実のブロック
に作られ、その、電子ビーム１１に向けられた方の表面
は、円柱状もしくは球状の形態をとる。

ターゲットヘッド７は、鉛製の最へい部１６に恵 よる内張シを隻されている。ターゲットヘッド７は、側
方に開口部を有し、該開口部は、放出されるＸ＠ビーム
１０のための窓９によって閉鎖されている。ターゲット
８において調整される値については、第４図にその昨細
を示す。この図に示すように、Ｘ線管の軸３６に対して
平行に、径がり。

の電子ビームの軸Ｅが延びている。

電子ビームの＠Ｅとターゲットヘッドの曲面半径Ｒとが
出会う位置は、ターゲット角度ａの最大が１０″になる
ように決定される。本発明の処置によれば、陰極の個所
において、すでに、極めて疎に束ねられた電子ビームが
ターゲット８に当てられるので、光学的焦点の幅ＢＦ’
ｏは、非常に小さくなる。ターゲット角度を最大の１０
＠に選択した場合には、Ｘ線放射の強度が極めて高くな
るが、その理由については、まだ科学的に解明されてい
ない。この場合、光学で言う全反射に類似した状況が生
ずるのではないかと予想される。

熱陰極は、必ずしも電流を通されるフィラメントである
必要はなく、その７１ＩＩ熱にわたっては、間接的な方
法、例えば［４加熱等を利用してもよい。

その場合においても、やはシ重要なのは、針状もしくは
釘状の形態をとシ得る熱陰極の寸法を、電子放出面の個
所の寸法に比して大きくすること、ならびに熱陰極上に
おいて、その表面の他の部分に比して表面温度の高い点
を、陽極と陰極の間で電界の値が最大になる個所に設け
るということである。また、陰極の加熱方法については
、電流を流すことによって直接的に加熱するのと同時に
、間接的な加熱法を補助的に併用することも可能である
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は、微焦点Ｘ線管
の縦断面図、第２図は、陰極と格子の配置態様を示す縦
断面図、第５図は、Ｘ線管のターゲット領域の部分縦断
面図、第４図は、ターゲットの部分詳細図、第５図は、
フィラメントの別の実施例の斜視図、第６図は、フィラ
メントのさらに別の実施例の斜視図である。 ６・・・フィラメント　　　４・・・格子８・・・ター
ゲット　　　　　１０・・・Ｘ線ビーム１１・・・電子
ビーム　　　　３１・・・漏斗杖部分３６・・・軸

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　気密パルプ内に、格子によって囲まれた熱陰
   極、ならびに、ターゲットと電磁式電子ビーム集束およ
   び偏向用装置とインプットダイヤフラムとを具備した陽
   極を設置した微焦点Ｘ線管であって、熱陰極は、その寸
   法が電子放出面の寸法に比して大でおるフィラメントよ
   りなることと、表面温度を高くするための装置が、陽極
   と陰極の間の電界が最大の値に達する位置に設けられて
   いることを特徴とする微焦点Ｘ線管。
2. （２）　　前記表面温度を高くするための装置は、熱、
   陰極を部分的に取υ囲む、熱放射を著しく吸収する装置
   であることを特徴とする特許請求の幀囲第１項に記載の
   微焦点Ｘ線管。
3. （３）格子は、熱陰極を部分的に取シ囲む、壁の厚い回
   転対称体に作られ、該回転対称体は、その端面側におい
   て、内方へ向けられた突出部を有し、該突出部の外側−
   韓拡がって漏斗状部分をなしておシ、該漏斗状部分の傾
   斜は１００°ｆｋいし１４０であることと、熱陰極は、
   その、格子内部の最も外側に位置している部分が、格子
   の軸上で、かつ１記漏斗状部分の下縁部の領域にある平
   面内に位置するように設けられることを特徴とする特Ｗ
   ｆ　請求の範囲第１項に記載の微焦点Ｘ線管。
4. （４）　　熱陰極は、Ｕ字状もしくはＶ字状に曲げられ
   たフィラメントよシなることを特徴とする特杵ｄ〜求の
   範囲第１膚に記載の嶽焦点Ｘ線管。
5. （５）　　ターゲットは、球状に湾曲した表面を有し、
   そのターゲット角度は、０６ないし１０°であることを
   特徴とする待＃！ｆ訓求の範囲第１項に記載の微焦点Ｘ
   線管。
6. （６）Ｘ線管熱陰極からの電子放出の飯焦点を形成する
   ための方法であって、その寸法が電子放出面の寸法に比
   して大であるフィラメントを使用することと、フィラメ
   ント上の電子放出面の個所に、温度の高い個所を作るこ
   とと、この温度の商い個所において最大値に達するよう
   に電界を形成することを特徴とする方法。
7. （７）　　前記温度の高い個所を作るにあたっては、電
   子放出面の個所からの熱放射の吸収蓋が、フィラメント
   における他のどの個所からの熱放射の吸収量よシも少な
   くなるように、熱陰極を、熱放射級収体によって（部分
   的に）取シ囲むことを特徴とする特許請求の範囲第６項
   に記載の方法。
8. （８）　　フィラメントの表面のうちで、電子放出面の
   個所において最も温度が高くなるように、熱陰極を（不
   均等に）冷却することを特徴とする特許請求の範囲第６
   項に記載の方法。