JP2005243331A

JP2005243331A - X-ray tube

Info

Publication number: JP2005243331A
Application number: JP2004049450A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Yoshizawa; 辰也吉澤
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2005-09-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray tube having a cathode structure capable of making the electronic density distribution of a focus point surface higher toward the center with a focus point temperature set at a specified value or lower. <P>SOLUTION: A CNT (carbon nanotube) 4 of an electric field emission type electron source is formed in a convex shape in one direction at a cathode 2 close to which a flat and mesh type gate electrode 3 is arranged. A negative high voltage is impressed on the CNT 4 from a high voltage source 7 to the cathode 2, and a positive voltage is impressed on the gate electrode 3 from a gate power source 6 to the CNT 4. Electrons are irradiated with higher electron density compared with a peripheral part from the center of the CNT 4, and focused and collide on the target surface of a rotating anode 1 applied with the positive high voltage from the high voltage source 7. The density distribution of electrons colliding with the target surface is narrow in width becoming higher toward the center at the focus point. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、カソードから放出した電子を高電圧で加速しＸ線を発生するＸ線管に係わり、特に、ターゲットに衝突する電子密度分布を改良するカソードの構造に関する。 The present invention relates to an X-ray tube that generates X-rays by accelerating electrons emitted from a cathode at a high voltage, and more particularly to a cathode structure that improves an electron density distribution that collides with a target.

従来の回転陽極Ｘ線管の構造を図４に示す。
ガラス製のＸ線管外囲器のガラスバルブ５を有した回転陽極Ｘ線管は、絶縁油が封入された管容器内に設けられた陽極保持部と陰極保持部とに保持されている。回転アノード１は、タングステンの傘状のターゲットと回転子とが一体となり、陽極側の固定部の軸受に支えられて高速回転する。カソード２２は、シリンダに保持されて、その位置は管軸より外れ、集束電極２３とタングステン材のコイル状のフィラメント２４から構成される。回転アノード１は、管容器内の陽極側に設けられたステータのモータコイルの誘導回転磁界により高速で回転する。タングステンディスクの回転アノード１のターゲットの電子衝撃面積は回転することにより増大し、焦点の単位面積当たりの入力は大きくなる。回転機構の軸受は多くはボールベアリングが真空中で用いられ、ベアリングケース（ハウジング）に保持されて、鉛、銀などの薄い膜が潤滑剤として使われている。Ｘ線管外囲器のガラスバルブ５は、硬質ガラス製のものが多く用いられ、内部を高真空にするために陰極側のガラスバルブ５のＸ線管外囲器の端面側からガラス製の細いチップ管で真空排気され、排気終了後、このチップ管は融着・封じ切られる。管容器の内側はＸ線の漏洩を防ぐために防護鉛が内張りされている。また、回転陽極Ｘ線管の動作によって内部の温度が上昇し絶縁油の体積が膨張するので、陰極側にベローズが設けられている。 The structure of a conventional rotating anode X-ray tube is shown in FIG.
A rotating anode X-ray tube having a glass bulb 5 of a glass X-ray tube envelope is held by an anode holding portion and a cathode holding portion provided in a tube container filled with insulating oil. The rotary anode 1 has a tungsten umbrella-shaped target and a rotor integrated with each other, and is rotated at a high speed supported by a bearing of a fixed portion on the anode side. The cathode 22 is held by a cylinder, and its position deviates from the tube axis, and is composed of a focusing electrode 23 and a coiled filament 24 of tungsten material. The rotating anode 1 rotates at a high speed by an induction rotating magnetic field of a stator motor coil provided on the anode side in the tube container. The electron impact area of the target of the rotating anode 1 of the tungsten disk increases as it rotates, and the input per unit area of the focal point increases. Ball bearings are often used in a vacuum mechanism in a rotating mechanism, and are held in a bearing case (housing), and a thin film such as lead or silver is used as a lubricant. The glass bulb 5 of the X-ray tube envelope is often made of hard glass, and is made of glass from the end face side of the X-ray tube envelope of the cathode side glass bulb 5 in order to make the inside high vacuum. The tip tube is evacuated with a thin tip tube, and after evacuation, the tip tube is fused and sealed. The inside of the tube container is lined with protective lead to prevent X-ray leakage. Further, since the internal temperature rises due to the operation of the rotary anode X-ray tube and the volume of the insulating oil expands, a bellows is provided on the cathode side.

回転陽極Ｘ線管は、絶縁油が封入された管容器に収納され、動作時は管容器の円筒両側に設けられたケーブルレセプタクルから、外部に設けられた高電圧電源７及びフィラメント電源２８から、負の高電圧及びフィラメント電流がカソード２２側に、正の高電圧が回転アノード１側に、外部から供給される。そして、カソード２２のフィラメント２４から放出する電子流が集束電極２３によって集束され、高速回転する回転アノード１のタングステンディスクの傘状のターゲット面に電子衝撃する。その時、衝撃を受けたタングステンディスクの面からＸ線が放射し、Ｘ線管外囲器のガラスバルブ５のガラス壁と絶縁油を透過し、管容器のＸ線放射口に設けられた樹脂などの絶縁物からなるＸ線放射窓から外部に放射される。 The rotating anode X-ray tube is housed in a tube container filled with insulating oil. During operation, from the cable receptacles provided on both sides of the cylinder of the tube container, from the high voltage power supply 7 and the filament power supply 28 provided outside, Negative high voltage and filament current are supplied to the cathode 22 side, and positive high voltage is supplied to the rotary anode 1 side from the outside. Then, the electron stream emitted from the filament 24 of the cathode 22 is focused by the focusing electrode 23 and bombards the umbrella-shaped target surface of the tungsten disk of the rotating anode 1 rotating at high speed. At that time, X-rays radiate from the impacted tungsten disk surface, pass through the glass wall of the glass bulb 5 of the X-ray tube envelope and the insulating oil, and the resin provided at the X-ray emission port of the tube container, etc. Is radiated to the outside from an X-ray radiation window made of an insulating material.

図５に、従来の回転陽極Ｘ線管のカソード２２の断面構造と、アノード面の電子密度分布を示し、（ａ）は焦点幅方向（アノード回転方向）の電子密度分布を、（ｂ）は焦点長さ方向（アノード面傾斜方向）の電子密度分布を示す。
図４に示すカソード２２は、発生電子を集束制御するための集束電極２３の溝に嵌め込まれた熱電子発生用のコイル状のフィラメント２４と、集束電極２３を支える支持体とからなる。フィラメント２４にフィラメント電源２８から電流を流し加熱して熱電子を放出させるが、放出量（管電流）はフィラメント２４の温度によって決まる。集束電極２３は、発生した熱電子を効率よく回転アノード１のターゲットディスクの一点に集めるために取り付けられ、通常はフィラメント２４と同電位であるが、逆に負の電圧を印加して熱電子をより集束して小焦点とすることもある。一般には集束電極２３の溝とフィラメント２４の高さを調節して、熱電子を集束する。フィラメント２４から出た熱電子は集束電極２３の形状によって決まる電界により集束され、ターゲット面で焦点を形成する。フィラメント２４の比較的ターゲットに面した側から発生した電子によってできる焦点を正焦点、フィラメント２４の側方からの電子によって形成される焦点を副焦点といわれ、電界のレンズ作用により、フィラメント２４の中心部から発せられた電子は直進するが、中心から脇にずれるほど電界によって曲げられ、回転アノード１に至る前で交差する。よって、正焦点は集束作用が弱いので電子密度は低く、副焦点は集束作用が強いので電子密度は高い。図２（ａ）の幅方向の電子密度分布は、副焦点による両側に山がある双峰性を示し、（ｂ）の長さ方向の電子密度分布は、山形のなだらかな単峰性を示す。焦点の大きさは、集束電極２３の断面形状と電極間距離、及びフィラメント２４の大きさ、フィラメント２４の深さ位置などによって変わる。 FIG. 5 shows the cross-sectional structure of the cathode 22 of the conventional rotary anode X-ray tube and the electron density distribution on the anode surface, (a) shows the electron density distribution in the focal width direction (anode rotation direction), and (b) shows the electron density distribution. The electron density distribution in the focal length direction (anode surface tilt direction) is shown.
The cathode 22 shown in FIG. 4 includes a coiled filament 24 for generating thermoelectrons fitted in a groove of a focusing electrode 23 for focusing the generated electrons, and a support that supports the focusing electrode 23. A current is supplied to the filament 24 from the filament power supply 28 and heated to emit thermoelectrons. The amount of emission (tube current) is determined by the temperature of the filament 24. The focusing electrode 23 is attached in order to efficiently collect the generated thermoelectrons at one point of the target disk of the rotating anode 1, and is usually at the same potential as the filament 24, but conversely, a negative voltage is applied to collect the thermoelectrons. In some cases, the focal point may be more focused. In general, the thermoelectrons are focused by adjusting the height of the groove of the focusing electrode 23 and the height of the filament 24. The thermoelectrons emitted from the filament 24 are focused by an electric field determined by the shape of the focusing electrode 23 to form a focal point on the target surface. The focal point formed by the electrons generated from the side facing the target of the filament 24 is referred to as the positive focal point, and the focal point formed by the electrons from the side of the filament 24 is referred to as the sub-focal point. Electrons emitted from the part go straight, but are bent by the electric field as they move away from the center and intersect before reaching the rotating anode 1. Therefore, the positive focus has a weak focusing action, so the electron density is low, and the sub-focus has a strong focusing action, so the electron density is high. The electron density distribution in the width direction of FIG. 2A shows bimodality with peaks on both sides due to the sub-focus, and the electron density distribution in the length direction of FIG. 2B shows gentle monomodality of the mountain shape. . The size of the focal point varies depending on the cross-sectional shape of the focusing electrode 23 and the distance between the electrodes, the size of the filament 24, the depth position of the filament 24, and the like.

上記の直熱式のフィラメント２４や傍熱式の酸化バリウムなどを電子源に用いたカソードに対し、近年、電界放出型電子源にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いた研究が行われている。
図６に、「カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を電子源とした超高輝度光源管」の研究に用いられたチューブの断面構造を示す。ガラス板３７とガラスバルブ３５に、絶縁栓３１を介して陰極側の導線が導入され、内部が真空にされ、ＣＮＴカソード３２とそれに近接して制御グリッド３３が設けられ、その外側にシールド電極３４が設けられてカソード（陰極）を形成している。上部にガラス板３７に蛍光体３６ａが塗布され、その下面に正の高電圧が印加されたアルミニュームフィルム（アノード）３６が蒸着されている。バルブ全体が冷却材３８で冷却され、外側にＸ線シールドバルブ３９が覆われている。
アルミニュームフィルム（アノード）３６に３０ｋＶが印加され、ＣＮＴカソード３２から高電圧が印加された蛍光面側に、放出した電子は、管内の残留ガスに衝突すると、これをイオン化させ、イオン化した残留ガスの一部はＣＮＴカソード３２に衝突する。このようなイオン衝突に対しても安定なＣＮＴ材料として、より多くの円筒状グラフェン層（炭素原子が共有結合により平面構造の六員環ネットワークを形成した一枚の炭素層）数を有する多層ＣＮＴが用いられる。高電流密度が得られ、且つ、イオン衝撃にも耐性が高く、より低電圧で電子放出させるためにＣＮＴの直径が細く、つまり、円筒状グラフェン層の直径が細くかつ円筒状のグラフェン層数の最も多いＣＮＴ材料が用いられる。
実験結果の一例では、制御グリッド３３とＣＮＴカソード３２間の距離は約０．８ｍｍ、グリッド電圧２．８ｋＶ、アノード電圧３０ｋＶで電流密度約３５ｍＡ／ｃｍ^２が得られ、そのうち約７０％がアノード電流として観察されている（例えば、非特許文献１参照）。 In recent years, research using carbon nanotubes (CNT) as a field emission electron source has been conducted on the cathode using the above-described direct heating type filament 24 or indirectly heated barium oxide as an electron source.
FIG. 6 shows a cross-sectional structure of a tube used for the study of “ultra-high luminance light source tube using carbon nanotubes (CNT) as an electron source”. A lead wire on the cathode side is introduced into the glass plate 37 and the glass bulb 35 through the insulating plug 31, the inside is evacuated, the CNT cathode 32 and the control grid 33 are provided in the vicinity thereof, and the shield electrode 34 is provided outside thereof. Are provided to form a cathode (cathode). An upper portion of the glass plate 37 is coated with a phosphor 36a, and an aluminum film (anode) 36 to which a positive high voltage is applied is deposited on the lower surface thereof. The entire valve is cooled by the coolant 38, and the X-ray shield valve 39 is covered outside.
When 30 kV is applied to the aluminum film (anode) 36 and a high voltage is applied from the CNT cathode 32, the emitted electrons collide with the residual gas in the tube to ionize the ionized residual gas. A part of this collides with the CNT cathode 32. As a CNT material that is stable against such ion collision, a multilayer CNT having a larger number of cylindrical graphene layers (one carbon layer in which carbon atoms form a planar six-membered ring network by covalent bonds) Is used. High current density is obtained, and resistance to ion bombardment is high. In order to emit electrons at a lower voltage, the diameter of the CNT is thin, that is, the diameter of the cylindrical graphene layer is thin and the number of cylindrical graphene layers is small. The most CNT material is used.
In an example of the experimental results, the distance between the control grid 33 and the CNT cathode 32 is about 0.8 mm, the grid voltage is 2.8 kV, the anode voltage is 30 kV, and a current density of about 35 mA / cm ² is obtained, of which about 70% is the anode current. (For example, refer nonpatent literature 1).

図７に、「電界放出型カーボンナノチューブを陰極に用いたＸ線管で連続及びパルスＸ線による画像診断」の研究に用いられたＸ線管の断面構造を示す。
絶縁されたチューブの内部に、基板４３上にカーボンナノチューブのＳＷＮＴ４４を形成し、それに接近して、メッシュ４５の電極が配置された陰極と、それに対向して、他端に銅製のターゲットの銅アノード４６を取り付け、内部が１０^−７Ｔｏｒｒの真空にされる。陰極側の基板４３の外部回路に抑制抵抗４２（１５０ｋΩ）と電流計と電源４１（０〜２．５ｋＶ）のマイナス側が接続される。メッシュ４５の電界形成用の電極が接地され、陽極側の銅アノード４６が電源４８（０〜６０ｋＶ）に接続される。陰極から放出された電子は大部分が銅アノード４６に衝突し、Ｂｅ窓４９からＸ線の強度がＸ線検出系４７によって検出される。
上記のＳＷＮＴ４４は、グラフェン層（炭素原子が共有結合により平面構造の六員環ネットワークを形成した一枚の炭素層）の数が一枚からなる単層ＣＮＴ（Ｓｉｎｇｌｅ‐ｗａｌｌｅｄｎａｎｏｔｕｂｅｓ：ＳＷＮＴ）を束にしたものである。ＳＷＮＴ４４の平均径は１．４ｎｍで、その束の径は〜５０ｎｍで、鉄の中間層が基板４３に設けられ、その平坦な面に蒸着によって形成される。メッシュ４５とＳＷＮＴ４４間の距離は５０〜２００μｍ、ＳＷＮＴ４４に０〜−２．５ｋＶが印加され、銅アノード４６に０〜６０ｋＶが印加される。実験では銅アノード４６の場合、アノード電圧１４ｋＶ、定電圧で１０ｍＡ／ｃｍ^２、パルス電圧（１０％ｄｕｔｙ）で、３０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度が得られた報告がある（例えば、非特許文献２参照。）。
「カーボンナノチューブを電子源とした超高輝度光源管」、２００１年９月６日、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．Ｖｏｌ．４４、Ｎｏ．１１、２００１、ｐ３２−３８「ＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓａｎｄｐｕｌｓｅｄｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｉｍａｇｉｎｇＸ−ｒａｙｒａｄｉａｔｉｏｎｕｓｉｎｇａｃａｒｂｏｎ‐ｎａｎｏｔｕｂｅ‐ｂａｓｅｄｆｉｅｌｄ‐ｅｍｍｉｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅ」、８Ｊｕｌｙ２００２、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．８１、Ｎｏ．２、ｐ３５５−３５７」 FIG. 7 shows a cross-sectional structure of an X-ray tube used in the study of “diagnosis using continuous and pulsed X-rays with an X-ray tube using field emission carbon nanotubes as a cathode”.
A SWNT 44 of carbon nanotubes is formed on a substrate 43 inside an insulated tube, and a cathode in which an electrode of a mesh 45 is disposed in close proximity thereto, and a copper anode of a copper target at the other end facing the cathode. 46 is attached and the inside is evacuated to 10 ⁻⁷ Torr. The negative side of the suppression resistor 42 (150 kΩ), the ammeter, and the power source 41 (0 to 2.5 kV) is connected to an external circuit of the substrate 43 on the cathode side. The electrode for forming an electric field of the mesh 45 is grounded, and the copper anode 46 on the anode side is connected to a power source 48 (0 to 60 kV). Most of the electrons emitted from the cathode collide with the copper anode 46, and the X-ray intensity is detected by the X-ray detection system 47 from the Be window 49.
The SWNT 44 is a bundle of single-walled nanotubes (SWNT) in which the number of graphene layers (one carbon layer in which carbon atoms form a six-membered ring network having a planar structure by covalent bonding) is one. It is a thing. The SWNT 44 has an average diameter of 1.4 nm, a bundle diameter of ˜50 nm, an iron intermediate layer provided on the substrate 43, and formed on the flat surface by vapor deposition. The distance between the mesh 45 and the SWNT 44 is 50 to 200 μm, 0 to −2.5 kV is applied to the SWNT 44, and 0 to 60 kV is applied to the copper anode 46. For copper anode 46 in the experiment, the anode voltage 14 kV, 10 mA / cm ² at a constant voltage, a pulse voltage (10% duty), it is reported that a current density of 30 mA / cm ² was obtained (e.g., non-patent document 2 reference.).
“Ultra High Brightness Light Source Tube Using Carbon Nanotube as Electron Source”, September 6, 2001, J. MoI. Vac. Soc. Jpn. Vol. 44, no. 11, 2001, p32-38 "Generation of continuous and pulsed diagnostic imaging X-ray radiationing using a carbon-nanotube-based field-emission cathode, 8 july 2002 Ps. 81, no. 2, p355-357 "

従来のＸ線管は以上のように構成されているが、医用診断画像においては、Ｘ線管の焦点寸法は小さいほうが幾何学的なボケが少なくなり、解像力（ＭＴＦ）が向上する。どのような負荷でも焦点が小さいほど鮮明な画像が得られるが、焦点が小さくなるほどターゲット面上のエネルギー密度は高まり、温度が上昇するので一定の制限が加えられる。そのためX線管を熱的に破壊しないように、負荷には許容される範囲を設けている。数ｍｓ〜数ｓの短時間負荷（一般撮影）の場合、許容負荷は焦点面の温度により決まる。これに対し、数十から数百秒に及ぶ長時間負荷（透視）の場合、入力が小さいので焦点面の温度は問題とならない。この場合、負荷時間が長いので熱エネルギーが陽極に蓄積され、陽極全体の温度が上昇する。
ターゲット面上では、図５（ａ）に示すように、焦点幅方向（アノード回転方向）の電子密度分布は双峰性を示し、一様な電子密度分布の焦点に比べて実効的に大きくなり、解像力（ＭＴＦ）が低下するという問題がある。中心ほど電子密度が高い分布、例えば、ガウス分布のような電子密度分布では解像力（ＭＴＦ）が向上することになる。
また、焦点の短時間の定格は、焦点温度によって決まるが、これも電子密度分布に依存し、双峰性の分布は焦点温度が高くなり熱量的に好ましいものでないという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、焦点温度を規定値以下にし、焦点面の電子密度分布を中心ほど高くなる幅の狭い分布にできる陰極構造を有するＸ線管を提供することを目的とする。 Although the conventional X-ray tube is configured as described above, in a medical diagnostic image, the smaller the focal size of the X-ray tube, the less the geometric blur and the higher the resolving power (MTF). At any load, the clearer the image, the smaller the focal point. However, the smaller the focal point, the higher the energy density on the target surface and the higher the temperature. Therefore, an allowable range is provided for the load so as not to thermally destroy the X-ray tube. In the case of a short time load (general imaging) of several ms to several s, the allowable load is determined by the focal plane temperature. On the other hand, in the case of a long-time load (perspective) of several tens to several hundred seconds, the input surface is small, and the temperature of the focal plane is not a problem. In this case, since the load time is long, heat energy is accumulated in the anode, and the temperature of the whole anode rises.
On the target surface, as shown in FIG. 5A, the electron density distribution in the focal width direction (anode rotation direction) is bimodal and is effectively larger than the focal point of the uniform electron density distribution. There is a problem that the resolving power (MTF) decreases. In a distribution with a higher electron density toward the center, for example, an electron density distribution such as a Gaussian distribution, the resolving power (MTF) is improved.
The short-time rating of the focal point is determined by the focal temperature, which also depends on the electron density distribution, and there is a problem that the bimodal distribution is unfavorable in terms of heat because the focal temperature increases.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an X-ray tube having a cathode structure that can reduce the focal temperature to a specified value or less and have a narrow distribution in which the electron density distribution on the focal plane increases toward the center. The purpose is to provide.

上記の目的を達成するため、本発明のＸ線管は、電子を放出するカソードと、カソードの前面に配置されカソードに対してプラス電位が供給されカソードから電子を電界放出させるためのゲート電極と、放出された電子を直流高電圧によって加速しターゲットに衝突させて焦点からＸ線を放出するアノードとから構成されるＸ線管において、前記カソードに一方向に凸形状のカーボンナノチューブと前記ゲート電極にフラットなメッシュ状の電極を設け、カーボンナノチューブとメッシュ状の電極間の距離を一方向に変化させたものである。 In order to achieve the above object, an X-ray tube of the present invention includes a cathode that emits electrons, a gate electrode that is disposed in front of the cathode and that is supplied with a positive potential to the cathode and causes electrons to be emitted from the cathode. In the X-ray tube comprising an anode that emits X-rays from the focal point by accelerating the emitted electrons by a DC high voltage and colliding with a target, the carbon electrode having a convex shape in one direction on the cathode and the gate electrode A flat mesh electrode is provided, and the distance between the carbon nanotube and the mesh electrode is changed in one direction.

また、本発明のＸ線管は、電子を放出するカソードと、カソードの前面に配置されカソードに対してプラス電位が供給されカソードから電子を電界放出させるためのゲート電極と、放出された電子を直流高電圧によって加速しターゲットに衝突させて焦点からＸ線を放出するアノードとから構成されるＸ線管において、前記カソードにフラットなカーボンナノチューブと前記ゲート電極に一方向に凹形状のメッシュ状の電極を設け、カーボンナノチューブとメッシュ状の電極間の距離を一方向に変化させたものである。 In addition, the X-ray tube of the present invention includes a cathode that emits electrons, a gate electrode that is disposed in front of the cathode and that is supplied with a positive potential to the cathode and causes the electrons to be emitted from the cathode, and the emitted electrons. In an X-ray tube composed of an anode that is accelerated by a direct current high voltage and collides with a target to emit X-rays from a focal point, a flat carbon nanotube is formed on the cathode, and a concave mesh shape is formed in one direction on the gate electrode. An electrode is provided, and the distance between the carbon nanotube and the mesh electrode is changed in one direction.

また、本発明のＸ線管は、電子を放出するカソードと、カソードの前面に配置されカソードに対してプラス電位が供給されカソードから電子を電界放出させるためのゲート電極と、放出された電子を直流高電圧によって加速しターゲットに衝突させて焦点からＸ線を放出するアノードとから構成されるＸ線管において、前記カソードに端面から傾斜した形状のカーボンナノチューブと前記ゲート電極にフラットなメッシュ状の電極を設け、カーボンナノチューブとメッシュ状の電極間の距離をカソード端面部分で最短になるようにしたものである。 In addition, the X-ray tube of the present invention includes a cathode that emits electrons, a gate electrode that is disposed in front of the cathode and is supplied with a positive potential to the cathode, and causes electrons to be emitted from the cathode, and the emitted electrons. In an X-ray tube composed of an anode that is accelerated by a direct current high voltage and collides with a target to emit X-rays from a focal point, the cathode is shaped like a carbon nanotube inclined from the end face, and the gate electrode has a flat mesh shape An electrode is provided so that the distance between the carbon nanotube and the mesh electrode is the shortest at the cathode end face portion.

また、本発明のＸ線管は、電子を放出するカソードと、カソードの前面に配置されカソードに対してプラス電位が供給されカソードから電子を電界放出させるためのゲート電極と、放出された電子を直流高電圧によって加速しターゲットに衝突させて焦点からＸ線を放出するアノードとから構成されるＸ線管において、前記カソードにフラットなカーボンナノチューブと前記ゲート電極に一端がカソード面に対して傾斜した形状のメッシュ状の電極を設け、カーボンナノチューブとメッシュ状の電極間の距離をカソード端面部分で最短になるようにしたものである。 In addition, the X-ray tube of the present invention includes a cathode that emits electrons, a gate electrode that is disposed in front of the cathode and that is supplied with a positive potential to the cathode and causes the electrons to be emitted from the cathode, and the emitted electrons. In an X-ray tube composed of an anode that is accelerated by a direct current high voltage and collides with a target to emit X-rays from a focal point, the cathode is flat with carbon nanotubes and one end of the gate electrode is inclined with respect to the cathode surface A mesh-shaped electrode having a shape is provided, and the distance between the carbon nanotube and the mesh-shaped electrode is made shortest at the cathode end face portion.

本発明のＸ線管は上記のように構成されており、カソードに電界放出型のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用い、そのカソードの前面にカソードに対してプラス電位が供給されたメッシュ状のゲート電極を近接配置させ、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の形状を、一方向に凸形状、又はフラット形状にし、これに対向して、ゲート電極の形状を、フラット形状、又は一方向に凹形状にして近接配置させる。またカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の形状を、端面から傾斜した形状、又はフラット形状にし、これに対向して、ゲート電極の形状を、フラット形状、又は端面から傾斜した形状にして近接配置させる。そして、ＣＮＴカソードとゲート電極間の近接距離をすべての範囲において一定にするのでなく、一様に電界強度を位置に応じて変え、放出電子密度を変える。 The X-ray tube of the present invention is configured as described above, and uses a field emission type carbon nanotube (CNT) as a cathode, and a mesh-like gate electrode in which a positive potential is supplied to the cathode in front of the cathode. The carbon nanotubes (CNT) are arranged in a convex shape or flat shape in one direction, and the gate electrode is formed in a flat shape or concave shape in one direction so as to face each other. Let In addition, the shape of the carbon nanotube (CNT) is inclined from the end face or flat, and the gate electrode is opposed to the flat shape or inclined from the end face. In addition, the proximity distance between the CNT cathode and the gate electrode is not made constant in the entire range, but the electric field strength is uniformly changed according to the position to change the emitted electron density.

本発明のＸ線管は上記のように構成されており、従来のフィラメントを加熱する方式ではなく、カソードに電界放出型のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いているため、低消費電力化が行え、フィラメントのような複雑なコイル形状でなく、電子放出面が平面又は緩やかな曲面に形成することができ、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）のカソードとそれに近接配置されるゲート電極間の距離を変えることで、位置により電界強度が変わり放出する電子密度を変えて、ＣＮＴカソードの中央部のみ近くすることにより中央部の電子放出を多くさせ、それによってアノード面に衝突する電子密度分布を、焦点において中心ほど高くなる幅の狭い分布にすることができる。また、電子密度を場所によって変化させることができ、焦点での電子分布を所望の分布にすることができる。このように焦点内の電子密度分布を中央部の強度が強い分布とすることで、解像力的に優れた焦点を得ることができる。そして、熱設計的に好ましい分布とすることで同一焦点寸法でも定格の大きな焦点を得ることができる。 The X-ray tube of the present invention is configured as described above, and is not based on a conventional method of heating a filament, but uses a field emission type carbon nanotube (CNT) as a cathode, thereby reducing power consumption. Rather than a complicated coil shape like a filament, the electron emission surface can be formed into a flat surface or a gently curved surface, and by changing the distance between the cathode of the carbon nanotube (CNT) and the gate electrode disposed in the vicinity thereof, By changing the electric field strength depending on the position and changing the emitted electron density, the electron emission at the central part is increased by approaching only the central part of the CNT cathode, thereby increasing the electron density distribution impinging on the anode surface toward the center at the focal point. A narrow distribution can be obtained. Further, the electron density can be changed depending on the location, and the electron distribution at the focal point can be changed to a desired distribution. In this way, by making the electron density distribution in the focal point a distribution having a strong central portion, a focal point with excellent resolving power can be obtained. By setting the distribution to be favorable in terms of thermal design, it is possible to obtain a focal point with a large rating even with the same focal size.

本発明のＸ線管は、カソードにカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用い、近接位置するゲート電極間の距離を場所によって変え、ターゲット面の焦点内の電子密度分布を改良し、解像度及び熱定格を向上したＸ線管を実現した。 The X-ray tube of the present invention uses carbon nanotubes (CNT) as a cathode, changes the distance between adjacent gate electrodes depending on the location, improves the electron density distribution in the focal point of the target surface, and improves the resolution and thermal rating. Realized X-ray tube.

本発明のＸ線管の１実施例を、図１、図２を参照しながら説明する。図１は本発明のＸ線管の断面構造を示し、図２は本Ｘ線管のカソード２の各種（ａ）、（ｂ）、（ｃ）構造に対する電子密度分布を示す。
本発明のＸ線管は、ガラス製のＸ線管外囲器からなるガラスバルブ５と、ガラスバルブ５内の真空中で高速回転する回転アノード１と、それに対向して配置された電子放出源を有するカソード２と、カソード２の電子放出源となる電界放出型のＣＮＴ（カーボンナノチューブ）４と、それに接近配置されたゲート電極３と、回転アノード１に正の、カソード２に負の電圧を供給する高電圧電源７と、ＣＮＴ４に対し正の電圧をゲート電極３に供給するゲート電源６とから構成される。 One embodiment of the X-ray tube of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of the X-ray tube of the present invention, and FIG. 2 shows electron density distributions for various (a), (b), and (c) structures of the cathode 2 of the X-ray tube.
The X-ray tube of the present invention includes a glass bulb 5 made of an X-ray tube envelope made of glass, a rotating anode 1 that rotates at high speed in a vacuum inside the glass bulb 5, and an electron emission source disposed opposite thereto. , A field emission CNT (carbon nanotube) 4 serving as an electron emission source of the cathode 2, a gate electrode 3 disposed close thereto, a positive voltage on the rotary anode 1, and a negative voltage on the cathode 2. The high voltage power supply 7 to be supplied and the gate power supply 6 to supply a positive voltage to the gate electrode 3 with respect to the CNT 4 are configured.

本発明のＸ線管と従来のＸ線管と異なるところは、従来のＸ線管は、図４に示すように、カソード２２にコイル状のフィラメント２４が用いられ、フィラメント電源２８によって電流加熱され熱電子が放出される。そして、集束電極２３で集束され高電圧で加速され、回転アノード１のターゲット面に、焦点幅方向に双峰性の電子密度分布を形成する。これに対して、本Ｘ線管は、カソード２に電界放出型のＣＮＴ（カーボンナノチューブ）４が用いられ、それに接近してメッシュ状のゲート電極３が設けられ、ゲート電源６から正のゲート電圧が印加される。電極形状は、ＣＮＴ４の形状を、一方向に凸形状、又はフラット形状にし、これに対向して、ゲート電極３の形状を、フラット形状、又は一方向に凹形状にして近接配置させる。そして、電極形状によって形成された電界によって電子が放出され、高電圧で加速される。このようにしてターゲット面の焦点に形成される電子密度分布は、中心ほど高くなる幅の狭い分布にすることができる。これにより、解像力の高い焦点を形成することができる。
また、ＣＮＴ４の形状を、端面から傾斜した形状、又はフラット形状にし、これに対向して、ゲート電極３の形状を、フラット形状、又は端面から傾斜した形状にして近接配置させることにより、回転アノード１のターゲット面の回転方向に対して、熱負荷的に好ましい電子密度分布を形成することができ、同一焦点寸法でも定格の大きな焦点を得ることができる。 A difference between the X-ray tube of the present invention and the conventional X-ray tube is that the conventional X-ray tube uses a coiled filament 24 for the cathode 22 and is heated by a filament power supply 28 as shown in FIG. Thermal electrons are emitted. Then, it is focused by the focusing electrode 23 and accelerated by a high voltage to form a bimodal electron density distribution in the focal width direction on the target surface of the rotating anode 1. On the other hand, in the present X-ray tube, a field emission type CNT (carbon nanotube) 4 is used for the cathode 2, a mesh-like gate electrode 3 is provided close to the cathode 2, and a positive gate voltage is supplied from the gate power source 6. Is applied. The electrode shape is such that the shape of the CNT 4 is a convex shape or a flat shape in one direction, and the shape of the gate electrode 3 is opposed to the flat shape or a concave shape in one direction. Electrons are emitted by the electric field formed by the electrode shape, and are accelerated by a high voltage. In this way, the electron density distribution formed at the focal point of the target surface can be a narrow distribution with a higher center. Thereby, a focus with high resolving power can be formed.
In addition, the shape of the CNT 4 is inclined from the end face or a flat shape, and the gate electrode 3 is opposed to the flat shape or the shape inclined from the end face so as to be close to each other, thereby arranging the rotating anode. A preferable electron density distribution in terms of heat load can be formed with respect to the rotation direction of one target surface, and a high rated focal point can be obtained even with the same focal size.

次に、本Ｘ線管の構成各部に付いて説明する。
ガラスバルブ５は、Ｘ線管外囲器をなす硬質ガラス製またはセラミックス製のものが用いられ、陰極側に設けられたチップ管で内部を高真空に真空排気され、排気終了後このチップ管は融着・封じ切られる。
回転アノード１は、高電圧電源７から正の高電圧がケーブルレセプタクルを介して印加され、絶縁油中に設けられたステータのモータコイルの回転磁界により高真空中で高速回転する。そのターゲットには傘状のタングステンなどが使われ、回転機構の軸受はボールベアリングが用いられる。
カソード２は、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）４とゲート電極３で構成され、シリンダに保持されて、その位置は管軸より外れ、高電圧電源７から負の高電圧がケーブルレセプタクルを介してＣＮＴ４に印加される。電子発生源として電界放出型のＣＮＴ４が用いられ、その近接した位置にゲート電極３が配置され、ＣＮＴ４に対して正の電圧が、ゲート電源６からゲート電極３に印加される。 Next, components of the present X-ray tube will be described.
The glass bulb 5 is made of hard glass or ceramics which forms an X-ray tube envelope. The tip tube provided on the cathode side is evacuated to a high vacuum, and after evacuation, the tip tube is Fused and sealed.
The rotating anode 1 is applied with a positive high voltage from a high voltage power supply 7 via a cable receptacle, and rotates at high speed in a high vacuum by a rotating magnetic field of a stator motor coil provided in insulating oil. The target is umbrella-shaped tungsten or the like, and the bearing of the rotating mechanism is a ball bearing.
The cathode 2 is composed of a CNT (carbon nanotube) 4 and a gate electrode 3 and is held by a cylinder. The position of the cathode 2 deviates from the tube axis, and a negative high voltage is applied to the CNT 4 from the high voltage power source 7 via the cable receptacle. Is done. A field emission type CNT 4 is used as an electron generation source, the gate electrode 3 is disposed in the vicinity thereof, and a positive voltage with respect to the CNT 4 is applied from the gate power supply 6 to the gate electrode 3.

ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）４は、カソード２の電界放出型の電子発生源で、モリブデンアンカなどによって支えられ、ゲート電極３に対しインシュレータなどによって周囲が絶縁される。ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）４は、ＣＮＴ材料として、より多くの円筒状グラフェン層（炭素原子が共有結合により平面構造の六員環ネットワークを形成した一枚の炭素層）数を有するＣＮＴが用いられる。このＣＮＴは、高電流密度が得られ、且つ、イオン衝撃にも耐性が高く、より低電圧で電界放出させるためにＣＮＴの直径が細く（円筒状グラフェン層の直径が細く）、かつ円筒状のグラフェン層数の最も多いＣＮＴ材料が用いられる。ＣＮＴ４の製作は、一例として、真空中で電子クリーニングされた金属基板上に、固着強度を強固にするために薄い別の金属のインターフェス層を蒸着方法で製作し、そして、真空中でカーボンにレーザ光を照射し加熱して、カーボンを噴出膨張させ基板上に蒸着して非結晶カーボン膜を形成する。そして、このカーボン膜を８００℃に加熱すれば、表面にカーボンナノチューブやカーボンロッドが生成する。カーボンナノチューブのサイズ（長さ、径など）はカーボン膜の加熱温度や加熱処理時間によってナノオーダーで制御できる。 The CNT (carbon nanotube) 4 is a field emission type electron generation source of the cathode 2, supported by a molybdenum anchor or the like, and insulated from the gate electrode 3 by an insulator or the like. As the CNT (carbon nanotube) 4, CNT having a larger number of cylindrical graphene layers (one carbon layer in which carbon atoms form a planar six-membered ring network by covalent bonds) is used. This CNT has a high current density, is highly resistant to ion bombardment, has a small CNT diameter (the diameter of the cylindrical graphene layer is small) and has a cylindrical shape for field emission at a lower voltage. A CNT material having the largest number of graphene layers is used. As an example, the CNT4 is manufactured by forming a thin metal interface layer on the metal substrate that has been electronically cleaned in a vacuum by a vapor deposition method in order to increase the adhesion strength, and then applying carbon to the carbon in a vacuum. Laser light is irradiated and heated, carbon is ejected and expanded, and deposited on the substrate to form an amorphous carbon film. When this carbon film is heated to 800 ° C., carbon nanotubes and carbon rods are generated on the surface. The size (length, diameter, etc.) of the carbon nanotube can be controlled in nano order by the heating temperature and heat treatment time of the carbon film.

図２（ａ）の電極形状は、ＣＮＴ４の形状が一方向に凸形状し、ゲート電極３の形状がフラット形状に構成されたものである。また、（ｂ）の電極形状は、ＣＮＴ４の形状がフラット形状し、ゲート電極３の形状が一方向に凹形状に構成されたものである。（ａ）、（ｂ）ともにアノード面の電子密度は、中心ほど高くなる幅の狭い分布にすることができる。また、（ｃ）の電極形状は、ＣＮＴ４の形状が端面から傾斜した形状にされ、ゲート電極３の形状がフラット形状に構成されたものである。また、図示していないが、ＣＮＴ４の形状がフラット形状にされ、ゲート電極３の形状が端面から傾斜した形状に構成されたものでも良い。このような構造にすることにより、回転アノード１のターゲット面の回転方向に対して、熱負荷的に好ましい電子密度分布を形成することができる。 The electrode shape in FIG. 2A is such that the shape of the CNT 4 is convex in one direction and the shape of the gate electrode 3 is a flat shape. The electrode shape of (b) is such that the shape of the CNT 4 is flat and the shape of the gate electrode 3 is concave in one direction. In both (a) and (b), the electron density on the anode surface can be made to have a narrow distribution that increases toward the center. The electrode shape of (c) is such that the shape of the CNT 4 is inclined from the end face, and the shape of the gate electrode 3 is a flat shape. Although not shown, the shape of the CNT 4 may be a flat shape, and the shape of the gate electrode 3 may be inclined from the end face. With such a structure, it is possible to form a preferable electron density distribution in terms of heat load with respect to the rotation direction of the target surface of the rotary anode 1.

ゲート電極３は、メッシュ状の電極で、ＣＮＴ４に接近し通常１ｍｍ以下の距離に配置され、ゲート電源６からＣＮＴ４に対して正の電圧、例えば、＋数百Ｖから＋数千Ｖの電圧が印加され、ＣＮＴ４から電界放出によって電子を放出させるものである。この電圧をＯＮまたはＯＦＦすることでＣＮＴ４から冷陰極放射の電子が放出または停止される。
高電圧電源７は、回転アノード１とカソード２間に高電圧（０から１５０ｋＶ）を供給するための電源で、Ｘ線管容器の外部に設けられ、ケーブルレセプタクルを介して回転アノード１に正の電圧、ＣＮＴ４に負の電圧が印加される。
ゲート電源６は、ＣＮＴ４に対し正の電圧（＋数百Ｖから＋数千Ｖ）をゲート電極３に供給するもので、ＣＮＴ４の電界放出に適する位置にゲート電極３を位置させ、正の電圧が印加される。 The gate electrode 3 is a mesh-like electrode, and is disposed close to the CNT 4 and usually at a distance of 1 mm or less. Applied to the CNT 4 to emit electrons by field emission. By turning this voltage ON or OFF, electrons of cold cathode radiation are emitted or stopped from the CNT 4.
The high-voltage power source 7 is a power source for supplying a high voltage (0 to 150 kV) between the rotary anode 1 and the cathode 2 and is provided outside the X-ray tube container, and is positively connected to the rotary anode 1 via a cable receptacle. A negative voltage is applied to the voltage, CNT4.
The gate power supply 6 supplies a positive voltage (+ several hundred V to + several thousand V) to the CNT 4 to the gate electrode 3, and the gate electrode 3 is positioned at a position suitable for the field emission of the CNT 4. Is applied.

次に、本Ｘ線管の動作に付いて説明する。
回転アノード１とカソード２間に直流の高電圧（０から１５０ｋＶ）が印加され、ゲート電源６からゲート電極３に正の電圧（＋数百Ｖから＋数千Ｖ）が印加される。ＣＮＴ４の形状とそれに対向するゲート電極３の形状が場所によってその間隔が、図２に示すように、異なる構成の電子放出源が組み込まれている。そして、ゲート電極３は、ＣＮＴ４の近接した位置（１ｍｍ以下の距離）に配置され、ＣＮＴ４から電界強度によって電子が放出される。そして放出された電子は、メッシュ状のゲート電極３にその一部が捕獲され、メッシュを通り抜けた大部分の電子は、集束されて高電圧により加速され、回転アノード１のターゲットディスクに図２に示す電子密度分布で衝突する。衝突された面からＸ線が放射される。
図３に、回転陽極Ｘ線管の回転アノード１の回転方向に対する熱的負荷を軽減する焦点形状の説明図を示す。（ａ）は回転アノード１のターゲットディスクの斜視図を示し、（ｂ）は従来のフィラメントカソード（図５（ａ）のカソード２２を使用）を使用したターゲットディスクの回転方向に対しての表面温度を示し、（ｃ）は本発明のＸ線管のＣＮＴカソード（図２（ｃ）のカソードを使用）を使用したターゲットディスクの回転方向に対しての表面温度を示す。
カソード２から放出した電子が、ｔ方向に高速回転する回転アノード１のターゲットディスクに衝突すると焦点面でＸ線が発生する。図２（ｃ）に示す実施例では、ゲート電極３に対しＣＮＴ４面が傾斜させてあり、左端で電界強度がもっとも強く、右端で強度がもっとも弱くなっている。この電界強度により、アノード面での電子密度分布に対応してＸ線強度分布は、左端が強く、右端が弱くなる。回転陽極Ｘ線管においては、ターゲットディスクの焦点軌道上の１点は焦点面を通過するときに急激な温度上昇が起こり、通過を完了する点での表面温度がある閾値を超えない範囲で使用することになる（図３（ａ）)。図３（ｂ）は従来のフィラメントカソードの図５（ａ）の電子密度の場合の従来焦点における温度上昇を示すが、この場合、最初と最後に電子密度の強い部分を通過するので、最後のところでの温度上昇が大きくなる。これに対し、図２（ｃ）の電子密度分布の場合の温度上昇を図３（ｃ）示す。この場合、最初の大きな温度上昇の後、温度上昇は抑えられ、通過する全域にわたりより均一な焦点温度となることで、同じ焦点入力でも焦点通過完了点での温度上昇が抑えられる。逆に言えば、より大きな入力を入れることができ、定格の大きな電子密度分布であると言える。
図２（ｃ）の実施例を使用すれば、同一焦点であれば大きな負荷をかけることができ、より臨床上有効なＸ線写真を得ることができる（大きな負荷であれば短時間の撮影が可能となり、運動によるボケが小さい）し、又、同一定格であれば、小さな焦点とすることができ、解像度の良い写真を得ることができる。 Next, the operation of the X-ray tube will be described.
A high DC voltage (0 to 150 kV) is applied between the rotating anode 1 and the cathode 2, and a positive voltage (+ several hundred volts to several thousand volts) is applied from the gate power supply 6 to the gate electrode 3. As shown in FIG. 2, an electron emission source having a different configuration is incorporated, depending on the location of the shape of the CNT 4 and the shape of the gate electrode 3 opposed thereto. And the gate electrode 3 is arrange | positioned in the position (distance of 1 mm or less) which adjoined CNT4, and an electron is discharge | released from CNT4 by electric field strength. A part of the emitted electrons is captured by the mesh-like gate electrode 3, and most of the electrons that have passed through the mesh are focused and accelerated by a high voltage, and are applied to the target disk of the rotating anode 1 in FIG. Collide with the electron density distribution shown. X-rays are emitted from the collided surface.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a focal shape for reducing a thermal load in the rotation direction of the rotary anode 1 of the rotary anode X-ray tube. (A) is a perspective view of the target disk of the rotating anode 1, and (b) is a surface temperature relative to the rotating direction of the target disk using a conventional filament cathode (using the cathode 22 of FIG. 5 (a)). (C) shows the surface temperature with respect to the rotation direction of the target disk using the CNT cathode of the X-ray tube of the present invention (using the cathode of FIG. 2 (c)).
When electrons emitted from the cathode 2 collide with the target disk of the rotating anode 1 that rotates at high speed in the t direction, X-rays are generated at the focal plane. In the embodiment shown in FIG. 2 (c), the CNT4 surface is inclined with respect to the gate electrode 3, and the electric field strength is the strongest at the left end and the strength is the weakest at the right end. With this electric field strength, the X-ray intensity distribution corresponding to the electron density distribution on the anode surface is strong at the left end and weak at the right end. In a rotating anode X-ray tube, one point on the focal path of the target disk has a rapid temperature rise when passing through the focal plane, and the surface temperature at the point where the passing is completed does not exceed a certain threshold. (FIG. 3A). FIG. 3 (b) shows the temperature rise at the conventional focal point in the case of the electron density of FIG. 5 (a) of the conventional filament cathode. In this case, since it passes through the portion where the electron density is strong first and last, By the way, the temperature rise increases. On the other hand, FIG. 3C shows the temperature rise in the case of the electron density distribution of FIG. In this case, after the first large temperature rise, the temperature rise is suppressed, and the focus temperature becomes more uniform over the entire passing area, so that the temperature rise at the focus passing completion point can be suppressed even with the same focus input. In other words, a larger input can be input, and it can be said that the electron density distribution has a large rating.
If the embodiment of FIG. 2C is used, a large load can be applied if the focal point is the same, and a more clinically effective X-ray photograph can be obtained (if the load is large, a short time imaging can be performed). (If the rating is the same, the focus can be made small and a photograph with good resolution can be obtained.)

本発明のＸ線管の１実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the X-ray tube of this invention. 本発明のＸ線管のカソード構造の各種を示す図である。It is a figure which shows various kinds of cathode structures of the X-ray tube of this invention. Ｘ線管の焦点面の表面温度を比較し説明するための図である。It is a figure for comparing and explaining the surface temperature of the focal plane of an X-ray tube. 従来のＸ線管を示す図である。It is a figure which shows the conventional X-ray tube. 従来のＸ線管のカソードの焦点幅方向と長さ方向の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the focal width direction and length direction of the cathode of the conventional X-ray tube. カーボンナノチューブを電子源とした超高輝度光源管を示す図であるIt is a figure which shows the ultra-bright light source tube which used the carbon nanotube as the electron source 電界放出型カーボンナノチューブを陰極に用い実験用Ｘ線管を示す図である。It is a figure which shows the experimental X-ray tube using a field emission type carbon nanotube for a cathode.

符号の説明Explanation of symbols

１回転アノード
２カソード
３ゲート電極
４ＣＮＴ
５ガラスバルブ
６ゲート電源
７高電圧電源
２２カソード
２３集束電極
２４フィラメント
２８フィラメント電源
３１絶縁栓
３２ＣＮＴカソード
３３制御グリッド
３４シールド電極
３５ガラスバルブ
３６アルミニュームフィルム（アノード）
３７ガラス板
３８冷却材
３９Ｘ線シールドバルブ
４１電源
４２抑制抵抗
４３基板
４４ＳＷＮＴ
４５メッシュ
４６銅アノード
４７Ｘ線検出系
４８電源
４９Ｂｅ窓 1 Rotating anode 2 Cathode 3 Gate electrode 4 CNT
5 Glass bulb 6 Gate power source 7 High voltage power source 22 Cathode 23 Focusing electrode 24 Filament 28 Filament power source 31 Insulating plug 32 CNT cathode 33 Control grid 34 Shield electrode 35 Glass bulb 36 Aluminum film (anode)
37 Glass plate 38 Coolant 39 X-ray shield valve 41 Power source 42 Suppression resistor 43 Substrate 44 SWNT
45 Mesh 46 Copper anode 47 X-ray detection system 48 Power supply 49 Be window

Claims

電子を放出するカソードと、カソードの前面に配置されカソードに対してプラス電位が供給されカソードから電子を電界放出させるためのゲート電極と、放出された電子を直流高電圧によって加速しターゲットに衝突させて焦点からＸ線を放出するアノードとから構成されるＸ線管において、前記カソードに一方向に凸形状のカーボンナノチューブと前記ゲート電極にフラットなメッシュ状の電極を設け、カーボンナノチューブとメッシュ状の電極間の距離を一方向に変化させたことを特徴とするＸ線管。 A cathode that emits electrons, a gate electrode that is placed in front of the cathode and is supplied with a positive potential to the cathode to emit electrons from the cathode, and the emitted electrons are accelerated by a DC high voltage to collide with the target. In an X-ray tube composed of an anode that emits X-rays from a focal point, a carbon nanotube having a convex shape in one direction is provided on the cathode, and a flat mesh electrode is provided on the gate electrode. An X-ray tube characterized in that a distance between electrodes is changed in one direction.

電子を放出するカソードと、カソードの前面に配置されカソードに対してプラス電位が供給されカソードから電子を電界放出させるためのゲート電極と、放出された電子を直流高電圧によって加速しターゲットに衝突させて焦点からＸ線を放出するアノードとから構成されるＸ線管において、前記カソードにフラットなカーボンナノチューブと前記ゲート電極に一方向に凹形状のメッシュ状の電極を設け、カーボンナノチューブとメッシュ状の電極間の距離を一方向に変化させたことを特徴とするＸ線管。 A cathode that emits electrons, a gate electrode that is placed in front of the cathode and is supplied with a positive potential to the cathode to emit electrons from the cathode, and the emitted electrons are accelerated by a DC high voltage to collide with the target. In an X-ray tube composed of an anode that emits X-rays from a focal point, a flat carbon nanotube is provided on the cathode and a mesh electrode having a concave shape in one direction is provided on the gate electrode. An X-ray tube characterized in that a distance between electrodes is changed in one direction.

電子を放出するカソードと、カソードの前面に配置されカソードに対してプラス電位が供給されカソードから電子を電界放出させるためのゲート電極と、放出された電子を直流高電圧によって加速しターゲットに衝突させて焦点からＸ線を放出するアノードとから構成されるＸ線管において、前記カソードに端面から傾斜した形状のカーボンナノチューブと前記ゲート電極にフラットなメッシュ状の電極を設け、カーボンナノチューブとメッシュ状の電極間の距離をカソード端面部分で最短になるようにしたことを特徴とするＸ線管。 A cathode that emits electrons, a gate electrode that is arranged in front of the cathode and is supplied with a positive potential to the cathode to emit electrons from the cathode, and the emitted electrons are accelerated by a DC high voltage to collide with the target. In an X-ray tube composed of an anode that emits X-rays from a focal point, a carbon nanotube having a shape inclined from an end face is provided on the cathode, and a flat mesh electrode is provided on the gate electrode. An X-ray tube characterized in that the distance between the electrodes is minimized at the cathode end face portion.

電子を放出するカソードと、カソードの前面に配置されカソードに対してプラス電位が供給されカソードから電子を電界放出させるためのゲート電極と、放出された電子を直流高電圧によって加速しターゲットに衝突させて焦点からＸ線を放出するアノードとから構成されるＸ線管において、前記カソードにフラットなカーボンナノチューブと前記ゲート電極に一端がカソード面に対して傾斜した形状のメッシュ状の電極を設け、カーボンナノチューブとメッシュ状の電極間の距離をカソード端面部分で最短になるようにしたことを特徴とするＸ線管。 A cathode that emits electrons, a gate electrode that is placed in front of the cathode and is supplied with a positive potential to the cathode to emit electrons from the cathode, and the emitted electrons are accelerated by a DC high voltage to collide with the target. In an X-ray tube composed of an anode that emits X-rays from a focal point, a flat carbon nanotube is provided on the cathode, and a mesh-like electrode having one end inclined with respect to the cathode surface is provided on the gate electrode. An X-ray tube characterized in that the distance between the nanotube and the mesh electrode is the shortest at the cathode end face portion.