JP2010186694A - X-ray source, x-ray generation method, and method for manufacturing x-ray source - Google Patents
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Description
本発明は、電界放出型電子エミッタから電子を引き出してターゲットに衝突させることによってＸ線を発生するＸ線源、Ｘ線発生方法およびＸ線源製造方法に関する。 The present invention relates to an X-ray source, an X-ray generation method, and an X-ray source manufacturing method that generate X-rays by extracting electrons from a field emission electron emitter and making them collide with a target.
電界放出型電子源を利用したＸ線源（ＦＥ型Ｘ線源）が提案されている（たとえば特許文献１参照）。従来のＦＥ型Ｘ線源は、フィールドエミッション材を付着させた陰極（カソード）と、陽極と、電子電流を制御するためのグリッド（格子）を設けたゲート電極と、真空容器を備えた構造を持つ。一般的に、ＦＥ型Ｘ線源では、フィラメントのように加熱電流によって電子電流量を制御することはできないので、グリッドを備えたゲート電極を備えた、いわゆる３極型の構成を採ったものが利用される。 An X-ray source (FE type X-ray source) using a field emission electron source has been proposed (see, for example, Patent Document 1). A conventional FE type X-ray source has a structure including a cathode (cathode) to which a field emission material is attached, an anode, a gate electrode provided with a grid for controlling electron current, and a vacuum vessel. Have. Generally, in the FE type X-ray source, the amount of electron current cannot be controlled by a heating current as in the case of a filament. Therefore, the FE type X-ray source employs a so-called tripolar configuration including a gate electrode provided with a grid. Used.
このように構成されたＦＥ型のＸ線源においては、熱電子型の電子エミッタを利用したものに比べて電流のＯＮ／ＯＦＦ応答が速く、高速のＸ線撮影が可能で、対象物の動きによる映像ボケを解消することができる。この特長によって、ＦＥ型Ｘ線源は、脈動が避けられない人体臓器の精密撮影に適しており、次世代の医療Ｘ線検査装置への応用が見込まれている。 In the FE type X-ray source configured in this way, the current ON / OFF response is faster than that using a thermionic electron emitter, high-speed X-ray imaging is possible, and the movement of the object The image blur caused by can be eliminated. Due to this feature, the FE type X-ray source is suitable for precision imaging of human organs where pulsation is inevitable, and is expected to be applied to the next generation medical X-ray examination apparatus.
従来のＦＥ型Ｘ線源は、電子エミッタからの電界電子の放出と、放出後の電子ビームの整形を同一のゲート電極を用いて行う構造となっている。そのため、ゲート電極は、電子エミッタ表面に均一な電界を印加するとともに、放出された電子をビーム化して陽極まで加速する２つの機能を満足することが必要となる。 A conventional FE type X-ray source has a structure in which field electrons are emitted from an electron emitter and shaping of an electron beam after emission is performed using the same gate electrode. Therefore, the gate electrode needs to satisfy the two functions of applying a uniform electric field to the electron emitter surface and accelerating the emitted electrons to the anode.
また、従来のＦＥ型Ｘ線源では、目の細かい金属製メッシュ、または網状のグリッドを備えたゲート電極を適用しており、これによって電子エミッタの表面に均一な電界を印加する機能を優先させているが、反面、グリッド部に入射する成分による損失が多くなるとともに、グリッド部を通過したものでも、放出方向が散逸して、陽極表面での電子ビーム照射スポット径を拡大してしまうなど、ビーム化に悪影響を及ぼすものとなる。そのため、電子電流の損失低減と、方向の揃った電子ビームを得ることを両立させることは、従来型のＦＥ型Ｘ線源では困難となっていた。 In addition, in the conventional FE type X-ray source, a gate electrode provided with a fine metal mesh or a mesh grid is applied, thereby giving priority to the function of applying a uniform electric field to the surface of the electron emitter. However, on the other hand, the loss due to the component incident on the grid part increases, and even if it passes through the grid part, the emission direction is dissipated, and the electron beam irradiation spot diameter on the anode surface is expanded, etc. It will have an adverse effect on beaming. For this reason, it has been difficult for a conventional FE X-ray source to achieve both reduction in loss of electron current and obtaining an electron beam having a uniform direction.
また、一般的にＦＥ型Ｘ線源では、電子エミッタの性能となる電子電流量は、真空度によって大きく依存する。１０−５Ｐａより低真空側の条件で動作させた場合には、電子エミッタはイオン化された残留ガスのスパッタ作用によって安定動作が困難となり、電子電流量の上限値の増加も望めないものとなる。また、この真空度は、ＦＥ型Ｘ線源の動作中に、主に電子エミッタからの放出ガスによって低下する傾向を持つため、安定動作を達成するためにはＸ線源内の排気を継続しながら長時間にわたって慎重なエージングを行う必要があった。このようにＦＥ型Ｘ線源では、安定で高い性能を達成するためには、多大な労力と時間を要する処理が要求されるものとなっていた。 In general, in an FE type X-ray source, the amount of electron current that becomes the performance of an electron emitter greatly depends on the degree of vacuum. When operated at a vacuum lower than 10 −5 Pa, the electron emitter becomes difficult to operate stably due to the sputtering action of the ionized residual gas, and an increase in the upper limit of the amount of electron current cannot be expected. . In addition, the degree of vacuum tends to decrease mainly due to the emission gas from the electron emitter during the operation of the FE type X-ray source. Therefore, in order to achieve stable operation, the exhaust in the X-ray source is continued. It was necessary to perform careful aging for a long time. Thus, in the FE type X-ray source, in order to achieve a stable and high performance, a process requiring a great amount of labor and time has been required.
そこで、本発明は、電界放出型電子エミッタから電子を引き出してターゲットに衝突させることによってＸ線を発生するＸ線源の寿命を長くすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to extend the life of an X-ray source that generates X-rays by extracting electrons from a field emission electron emitter and causing them to collide with a target.
上記目的を達成するため、本発明のＸ線源は、真空容器と、前記真空容器に収められ、所定の電界の中に位置すると電子を放出する電界放出型の電子エミッタと、前記真空容器に収められ、前記電子エミッタに対して正の所定の電圧が印加される陽極と、前記真空容器に収められ、前記所定の電圧によって加速された電子が衝突するとＸ線を放出するターゲットと、前記真空容器に収められ、前記電子エミッタから前記ターゲットに向かう電子の行路を遮らないように前記電子エミッタを囲んで配置され、前記電子エミッタに対して電圧を印加させ、前記電子エミッタから放出される電子の放出量を制御するゲート電極と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an X-ray source according to the present invention includes a vacuum vessel, a field emission type electron emitter that is housed in the vacuum vessel and emits electrons when positioned in a predetermined electric field, and the vacuum vessel. An anode to which a positive predetermined voltage is applied to the electron emitter, a target that emits X-rays when the electron that is stored in the vacuum container and accelerated by the predetermined voltage collides, and the vacuum The electron emitter is placed in a container so as not to block a path of electrons from the electron emitter toward the target, and a voltage is applied to the electron emitter so that electrons emitted from the electron emitter And a gate electrode for controlling an emission amount.
また、本発明のＸ線発生方法は、真空容器内で電子エミッタを所定の電界の中に位置させ、電子を放出させる電子放出工程と、前記電子エミッタを所定の電圧によって加速する電子加速工程と、前記真空容器内で前記所定の電圧によって加速した電子をターゲットに衝突させてＸ線を放出させるＸ線放出工程と、ゲート電極に前記電子エミッタに対して電圧を印加して、前記電子エミッタから放出される電子の放出量を制御する電子放出量制御工程と、を有することを特徴とする。 Further, the X-ray generation method of the present invention includes an electron emission step in which an electron emitter is positioned in a predetermined electric field in a vacuum container to emit electrons, and an electron acceleration step in which the electron emitter is accelerated by a predetermined voltage; An X-ray emission process in which electrons accelerated by the predetermined voltage in the vacuum container collide with a target to emit X-rays; a voltage is applied to the gate electrode from the electron emitter; And an electron emission amount control step for controlling the amount of emitted electrons.
また、本発明のＸ線源製造方法は、容器を製造する工程と、前記容器に、所定の電界の中に位置すると電子を放出する電界放出型の電子エミッタ、前記電子エミッタに対して正の所定の電圧が印加される陽極、前記所定の電圧によって加速された電子が衝突するとＸ線を放出するターゲット、および、前記電子エミッタから前記ターゲットに向かう電子の行路を遮らないように前記電子エミッタを囲んで配置され、前記電子エミッタに対して電圧を印加できるようになっていて、前記電子エミッタから放出される電子の放出量を制御するゲート電極を前記容器内に取り付ける工程と、前記容器を真空にする真空工程と、を有することを特徴とする。 Further, the X-ray source manufacturing method of the present invention includes a step of manufacturing a container, a field emission type electron emitter that emits electrons when positioned in a predetermined electric field, and positive with respect to the electron emitter. An anode to which a predetermined voltage is applied, a target that emits X-rays when electrons accelerated by the predetermined voltage collide, and the electron emitter so as not to block an electron path from the electron emitter to the target And a step of attaching a gate electrode in the container for controlling an emission amount of electrons emitted from the electron emitter, the container being evacuated. And a vacuum process.
本発明によれば、電界放出型電子エミッタから電子を引き出してターゲットに衝突させることによってＸ線を発生するＸ線源の寿命を長くすることができる。 According to the present invention, the lifetime of an X-ray source that generates X-rays can be extended by extracting electrons from a field emission electron emitter and causing them to collide with a target.
本発明に係るＸ線源の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 An embodiment of an X-ray source according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or similar structure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
［実施形態１］
図１は、本発明に係る実施形態１のＸ線源の縦断面図である。
[Embodiment 1]
1 is a longitudinal sectional view of an X-ray source according to
実施形態１のＸ線源では、円筒形状の真空容器５の内部に、陰極２および陽極４がそれぞれ真空容器５の底面および頂部の近傍に配置されている。陰極２も円筒形状をしており、その周りを円環状の間隙を介して囲むように円環状のゲート電極３が配置されている。ゲート電極３と陽極４の間に高電圧が印加されるように高圧電源６が接続されていて、ゲート電極３と陰極２の間にはゲート駆動電源７が接続されている。陰極２の陽極４に対向する表面には電子エミッタ１が取り付けられている。
In the X-ray source of the first embodiment, the
陽極４とゲート電極６間に印加された電圧などにより形成される電界はゲート電極３内の陰極２表面に設置された電子エミッタ１の表面に浸透し、電子エミッタ１から電子が電界放出する。またこの電圧によって加速された電子は電子ビーム８を形成し、ターゲットも兼ねる陽極４に入射し、Ｘ線９を放出する。Ｘ線９は真空容器５を透過して、真空容器５の外部に取り出される。なお、真空容器５に特にＸ線透過性能が高いＸ線透過窓（図示せず）を設け、そこからＸ線９を取り出すようにしてもよい。
The electric field formed by the voltage applied between the
放出電子電流量の制御は、ゲート電極３に対する陰極２の電位をゲート駆動用電源７によって調整することにより、ゲート電極３内に浸透してくる電界の強度を制御することによって行うことができる。陰極２の電位は、ゲート電極３に対して正電位となる範囲で調整し、最大電流を得る場合にはゲート電極３と同じ電位、すなわちゲート駆動用電源７の出力を０Ｖ（ゼロボルト）とする。このゲート駆動用電源７をパルス駆動することにより、パルス状の電子ビームを放出し、パルス状にＸ線９を発生させることもできる。
The amount of emitted electron current can be controlled by adjusting the electric field intensity penetrating into the
電子エミッタ１としては、カーボンナノチューブ、またはその複合材料などを利用した種々の電界放出型のものを用いることができる。
As the
本実施形態では、電子エミッタ１へ印加される電界は、陽極４とゲート電極３間に印加される電圧によって形成されるため、グリッド（格子）型のゲート電極を利用したものよりも均一な電界が形成される。電子エミッタ１の電界が局在化すると、その一部からの電子の放出が大きくなり、電子エミッタ１が損傷する場合がある。このため、ＦＥ（電界放出）型電子エミッタでは、電界の均一性はその性能を発揮する上で非常に重要な項目である。本実施形態のようにグリッドを持たない構造は、均一な電界を得るために非常に有効であり、電子エミッタの性能を限界まで引き出すことが可能となる。また、本実施形態のゲート電極３には、放出電子をトラップし、放出方向を乱すグリッドのような構造物が無いので、損失と電子ビームの散逸という問題が少ない。
In the present embodiment, the electric field applied to the
また、放出方向の揃った電子をビーム化して陽極４に入射させることが可能である。
Further, it is possible to make electrons having the same emission direction into a beam and enter the
このようなＸ線源では、電子エミッタ１から引き出した電子からＸ線９を発生させる効率が高いため、必要なＸ線を得るための電子電流が小さくて済み、Ｘ線源の寿命が長くなる。
In such an X-ray source, since the efficiency of generating X-rays 9 from the electrons extracted from the
［実施形態２］
図２は、本発明に係る実施形態２のＸ線源の縦断面図である。
[Embodiment 2]
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an X-ray source according to
実施形態２のＸ線源は、実施形態１のＸ線源とゲート電極３の形状が異なっている。陽極４とゲート電極３間に印加された電圧などによって電界が形成される。ゲート電極３は、この電界の等電位面の法線方向が電子ビーム８の行路の中心に向かうように、電子エミッタ１から離れるほど陽極４に近づく形状をしている。
The X-ray source of
このようなゲート電極３を用いることにより、電子ビーム８を集束させて陽極４に入射させることができ、陽極表面に照射される電子の照射面を小さくすることが可能で、スポット径の小さなＸ線焦点が得られる。つまり、焦点サイズが小さなＸ線９を発生させることができる。このため、同じ電子電流量であっても、高分解能のＸ線撮像が可能になる。したがって、同等の分解能のＸ線撮像に必要な電子電流が少なくて済み、Ｘ線源の寿命が長くなる。
By using such a
［実施形態３］
図３は、本発明に係る実施形態３のＸ線源の電子エミッタ近傍の縦断面図である。
[Embodiment 3]
FIG. 3 is a longitudinal sectional view in the vicinity of an electron emitter of an X-ray source according to
実施形態３のＸ線源は、実施形態２のＸ線源と電子エミッタ１の形状が異なっている。電子エミッタ１の電子を放出する面、すなわち、陽極４に対向する面は、陽極４とゲート電極３間に印加された電圧などによって形成される電界の等電位面１０に沿って、凹形状をしている。なお、陰極２の一方の底面も電子エミッタ１の形状に適合するように表面が凹形状をしている。
The X-ray source of
このような形状の電子エミッタ１を用いることにより、電子エミッタ１の表面に印加される電界の均一性を向上することができ、電子エミッタ１の電子放出性能を向上させることができる。また、電界の均一性の向上により、電子エミッタ１の一部の劣化が速くなることが抑制される。
By using the
［実施形態４］
図４は、本発明に係る実施形態４のＸ線源の一部の縦断面図である。
[Embodiment 4]
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a part of the X-ray source according to the fourth embodiment of the present invention.
実施形態４のＸ線源は、実施形態３のＸ線源と陰極２および電子エミッタ１の形状が異なっている。電子エミッタ１は、針状の陰極２の先端部分の極小さな領域に付加したものであり、電子の放出領域はこの部分に集中する。ゲート駆動電源７の調整によって電子エミッタ１に印加される電界強度および等電位面の形状を制御することによって、電子ビーム８の電流量と収束性を任意に設定することが可能となる。
The X-ray source of
このような形状の電子エミッタ１を用いることにより、陽極４の表面の点状の微小領域に電子ビーム８を集束させることができ、焦点が極めて小さいＸ線９を発生させることができる。
By using the
また、陰極２に刃状の一辺を有する板を用い、陰極の刃状の部分に電子エミッタ１を付加すると、線状に電子ビーム８を集束させることも可能である。この場合には、細い線状の焦点を持ったＸ線９を発生させることができる。
Further, when a plate having a blade-like side is used for the
このように焦点サイズが小さなＸ線９を発生させることができるため、同じ電子電流量であっても、高分解能のＸ線撮像が可能になる。したがって、同等の分解能のＸ線撮像に必要な電子電流が少なくて済み、Ｘ線源の寿命が長くなる。 Since X-rays 9 having a small focal size can be generated in this way, high-resolution X-ray imaging can be performed even with the same amount of electron current. Therefore, less electron current is required for X-ray imaging with the same resolution, and the life of the X-ray source is increased.
［実施形態５］
図５は、本発明に係る実施形態５のＸ線源の一部の縦断面図である。
[Embodiment 5]
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a part of the X-ray source according to the fifth embodiment of the present invention.
本実施形態は実施形態３のＸ線源の陽極４を、陽極４とターゲット１３に分割して、それらの間に電磁レンズ１２を設けたものである。
In the present embodiment, the
本実施形態の陽極４は、中央に円形の開口６０を有する円板であり、電子エミッタ１およびゲート電極３と所定の距離だけ離れて、その開口６０が電子エミッタ１の中心に対向する位置に配置されている。陽極４、陰極２およびゲート電極３によって形成される電界に電子エミッタ１が位置することにより、電子が電子エミッタ１から放出され電子ビーム８を形成する。
The
電子ビーム８は、陽極４の開口６０を通過して、陽極４を挟んで電子エミッタ１に対向するように配置されているターゲット１３に向かう。陽極４とターゲット１３の間には、電子ビーム８の行路を囲むように電磁レンズ１２が配設されていて、電子ビーム８を集束させる。
The
電子エミッタ１から効率良く電子を引き出すには、陰極２およびゲート電極３の形状を陰極２の表面に均一な電界がかかるような形状としなければならない。しかし、電子ビーム８を小さな焦点で収束しようとすると陰極２の凹半径を大きくする必要があり、陰極２表面での電界は中心で弱く、端部で強くなり、端部から多くの電子が発生することとなり、電子を電子エミッタ１から均一に引き出すことができない。そこで、電磁レンズ１２を用いて、電子ビーム８が発散することを抑制しながら均一な電子を引き出している。これにより、電子エミッタ１から効率良く電子を引き出すことにより電流量が確保できる。
In order to efficiently extract electrons from the
また、電磁レンズ１２に到達するまでの電子ビーム８の発散を抑えることができ、Ｘ線源を小型化できる。さらに、電子を効率的にＸ線に変換することができるため、必要な電子電流量が少なくて済み、Ｘ線源の寿命が長くなる。
Moreover, the divergence of the
［実施形態６］
図６は、本発明に係る実施形態５のＸ線源の一部であって、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ矢視縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視上面図である。
[Embodiment 6]
6A and 6B are a part of the X-ray source according to the fifth embodiment of the present invention, in which FIG. 6A is a vertical cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 6B, and FIG. It is an arrow top view.
本実施形態では、陰極２、電子エミッタ１とゲート電極３から構成されるユニットを４組備え、各ユニットを陽極４に対向させて並列させている。
In the present embodiment, four sets of units each composed of a
電子電流量を増加するために電子エミッタ１の面積を増加させると、電子電流を制御するための電圧を増加させる必要がある。これはゲート電極３の開口を通過して浸透してくる電界を押し戻すために電子エミッタ１に印加する電圧を高くすることが必要となるためである。そのため、電子エミッタ１の許容サイズには限界がある。そこで、電子エミッタ１のサイズを一定範囲に抑えて、ゲート電極３と組み合わせたユニットの数を増加することにより電子電流の増加をはかることが可能となる。電圧を増加することなく、電子電流を増加させることができるため、Ｘ線源の寿命が長くなる。
When the area of the
なお、陰極２、電子エミッタ１とゲート電極３から構成されるユニットの数は４つに限定されるものではなく、必要な電子電流に応じて増減することができる。
The number of units composed of the
［実施形態７］
図７は、本発明に係る実施形態７のＸ線源の一部であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視縦断面図である。
[Embodiment 7]
7A and 7B are a part of an X-ray source according to
本実施形態では、ゲート電極３をゲート一体型エミッタ２１に内蔵し、ゲート電極３と電子エミッタ１を一体化している。
In this embodiment, the
ゲート一体型エミッタ２１は、平板状の陰極２に、格子状に配列した複数の円形の貫通孔２３ａを設けた絶縁体２２を重ね、さらにその上に絶縁体２２の貫通孔２３ａと同じ位置に開口２３ｂが貫通しているゲート電極３を重ねたものである。絶縁体２２の貫通孔２３ａには電子エミッタ１が陰極２に接触して配置されている。絶縁体２２の貫通孔２３ａおよびゲート電極３の開口２３ｂは電子放出孔２３を形成していて、ゲート電極３に対向する方向に陽極４を配置し、適切な電圧を印加することにより、電子エミッタ１から放出された電子は、電子放出孔２３を通って陽極４に向かう。
In the gate-integrated
陰極２とゲート電極３の間に挟み込んだ絶縁体２２の厚さは、たとえば数１０μｍ程度とすることができるため、１００Ｖ以下の低い電圧によって電子放出を制御することができる。これにより、ゲート駆動電源７は簡易なものを用いることができる。また、パルス駆動する場合にも、絶縁維持距離を縮小することができるため、高電圧駆動時よりも高速駆動することが可能となる。
Since the thickness of the
また、実施形態７と同様に、電圧を増加することなく、電子電流を増加させることができるため、Ｘ線源の寿命が長くなる。 Further, since the electron current can be increased without increasing the voltage as in the seventh embodiment, the lifetime of the X-ray source is extended.
なお、図７の例では、電子放出孔２３の配列は正方格子状として、ゲート一体型エミッタ２１全体で長方形状としているが、電子放出孔２３をほぼ円形に配列することもできる。ゲート一体型エミッタ２１全体を円形状にしてもよい。また、電子放出孔２３の配列も正方格子状でなく、稠密配置であってもよい。電子放出孔２３の数は、必要な電子電流などに応じて適宜増減してもよい。
In the example of FIG. 7, the electron emission holes 23 are arranged in a square lattice shape, and the entire gate-integrated
［実施形態８］
図８は、本発明に係る実施形態８のＸ線源の縦断面図である。
[Eighth embodiment]
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of an X-ray source according to
本実施形態では、ゲート電極３と陽極４の間に、中間的な電位を与えるための中間電極１１、および、中間電極１１に電圧を印加する中間電極電源２４を備えている。中間電極１１は電子エミッタ１から陽極４に向かう電子ビーム８の行路を囲むように配置されている。
In the present embodiment, an
中間電極１１とゲート電極３の間に印加された電圧によって、電子エミッタ１から電子を放出させることになるため、陽極４の電圧を変化させた場合でも電子エミッタ１に加わる最大電界は、中間電極１１によって決定されるため、放出される電子電流量を一定に保つことができる。このため、Ｘ線エネルギーを変化させた場合であっても電流量を一定に保つことができ、Ｘ線源の制御性が向上する。またＸ線源の寿命も長くなる。
Since electrons are emitted from the
［実施形態９］
図９は、本発明に係る実施形態９のＸ線源の縦断面図である。
[Embodiment 9]
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of an X-ray source according to Embodiment 9 of the present invention.
本実施形態では、電子エミッタ１の近傍に配置されたヒータ３３、および、ヒータ３３に通電するための加熱用電源３４を備えている。ヒータ３３は、電子エミッタ１から放出される電子ビームの行路を遮らないように、陰極２を挟んで電子エミッタ１の反対側に配置されている。また、真空容器５には、真空配管３２を介して真空ポンプ３１が取り付けられている。
In this embodiment, a
Ｘ線源を組み立てた後に、ヒータ３３によって電子エミッタ１を加熱して内部に含まれるガスを積極的に放出（ベーキング）させ、これを真空容器５に直結した真空ポンプ３１によって排出する。その後、陰極２、ゲート電極３および陰極４に適切な電圧を印加して、電子エミッタ１から電子を放出させ、陽極４からＸ線９を発生させる。
After the X-ray source is assembled, the
このように電子エミッタ１内に含まれるガスを強制的にベーキング、排気することによって、Ｘ線９を発生させる通常の動作中のガス放出を低減することができ、限界電子電流量を高め、安定な動作を長時間にわたって維持することができる。
By forcibly baking and exhausting the gas contained in the
さらに、電子エミッタ１のベーキングおよび真空容器５の排気の後に、電子エミッタ１からのガス放出量が低い状態で、真空ポンプ３１と真空容器５間をつなぐ真空配管３２を機械的または熱的な手段によって切断・封着させてもよい。この場合には、真空ポンプ３１から真空容器５へのガスの流入のおそれがなく。高い真空状態を維持することができる。
Further, after the
ヒータ３３の種類としては、電流加熱によるヒータが最も簡便であるが、高温加熱したガスを外部から耐熱性パイプ（図示せず）によって導入するなどの方法を用いてもよい。また、ヒータ３３として全体が耐熱絶縁体で覆われたものを用いて、電子エミッタ１を接続した陰極２に直接接触させて設置し、伝導による加熱を行わせるようにしてもよい（図示せず）。
As the type of the
［実施形態１０］
図１０は、本発明に係る実施形態１０のＸ線源の縦断面図である。
[Embodiment 10]
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of an X-ray source according to
本実施形態では、電子エミッタ１から放出されるガスなどの真空容器５内のガスを排除するために、ヒータ３３を内蔵し、真空容器中のガスを吸着するゲッタ３５を真空容器５内に組み込んでいる。なお、ゲッタ３５はガスを吸着するだけでなく、真空容器に気体状で存在しないようにできればよく、ガスを吸蔵したり、ガスと化学的に結合するものであってもよい。
In this embodiment, in order to exclude gas in the
ゲッタ３５を活性化するためには、ゲッタ３５を加熱することが必要であり、ヒータ３３を内蔵したゲッタ３５が一般的に使用される。このヒータ３３により電子エミッタ１のベーキングを同時に行うことができる。ゲッタ３５の活性化に必要となる温度は種類によって異なるが４００℃から９００℃の範囲のものが一般的である。ゲッタとしては、たとえば酸化チタンを用いることができる。ゲッタ３５表面がこの温度に上昇した時に放出される輻射熱を利用すれば陰極２を通して電子エミッタ１にも熱が伝わり、電子エミッタ１内に含まれるガスをベーキング作用によって追い出すことが可能である。
In order to activate the
また、ゲッタ３５による真空容器５内のガスの排除に加えて、真空容器５に真空ポンプを取り付けて真空容器５を真空排気してもよい。真空排気した後に、実施形態９と同様に真空容器５を封じ切っても、電子エミッタ１のベーキングとゲッタの活性化が終了しているため、Ｘ線放出動作をさせるときに放出するガスはゲッタ３５によって吸着され、真空容器５内を良好な真空度に維持することができる。
Further, in addition to the removal of the gas in the
良好な真空度を維持することにより、電子エミッタ１などへのガス原子の衝突が抑制され、Ｘ線源の寿命が延びる。
By maintaining a good degree of vacuum, collisions of gas atoms with the
［実施形態１１］
図１１は、本発明に係る実施形態１１のＸ線源の縦断面図である。
[Embodiment 11]
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of an X-ray source according to
本実施形態では、電子エミッタ１を加熱するためのヒータ３３を真空容器５の外部に配置している。真空容器５は、電子エミッタ１とヒータ３３をできるだけ近接させるため、２つの径の異なる円筒が軸を同じ位置として結合した形状をしている。円筒状に陰極２および電子エミッタ１を取り囲んだゲート電極３を収めるために必要な径以上であって、できるだけ小さな径の円筒部の周りに、円筒状のヒータ３３が取り付けられている。
In the present embodiment, a
ヒータ３３は、ベーキング対象部位である電子エミッタ１を、真空容器５を通しての輻射熱によって昇温させ、含まれるガスを追い出す。ヒータ３３としては、真空容器５外部からバーナの炎熱を利用して加熱することもできる。また、高周波加熱器を用いて電子エミッタ１、陰極２、およびゲート電極３などの金属製構造物を同時に加熱してベーキングすることもできる。
The
ベーキング処理終了後は、ヒータ３３を取り外すことによりＸ線源の大きさを小さくすることができる。また、真空排気した後に、実施形態９と同様に真空容器５を封じ切ることにより、Ｘ線源の大きさを小さくすることもできる。Ｘ線源を製造する際にベーキング処理までを行い、その後ヒータ等を取り外して小型化したＸ線源を使用場所まで運んで使用してもよい。
After the baking process is completed, the size of the X-ray source can be reduced by removing the
真空容器内のガスを少なく維持することにより、電子エミッタ１などへのガス原子の衝突が抑制され、Ｘ線源の寿命が延びる。
By keeping the gas in the vacuum container small, collisions of gas atoms with the
［実施形態１２］
図１２は、本発明に係る実施形態１２のＸ線源の縦断面図である。
[Embodiment 12]
FIG. 12 is a longitudinal sectional view of an X-ray source according to
本実施形態のＸ線源は、実施形態１１のＸ線源のヒータ３３が取り囲む真空容器５の部分が、金属製真空容器端部５１で構成されているものである。
In the X-ray source of the present embodiment, the portion of the
一般的にＸ線源の真空容器の主材料として絶縁の目的も兼ねてガラス材料が使用されるが、本実施形態では電子エミッタ１を含む陰極２の周りの部分を金属製の金属製真空容器端部５１としている。このため外部からの加熱を効果的に内部に導くことができるためベーキング効率が向上し、容易に電子エミッタ１のベーキングができる。
In general, a glass material is used as a main material of a vacuum vessel of an X-ray source for the purpose of insulation. In this embodiment, a portion around a
真空容器内のガスを少なく維持することにより、電子エミッタ１などへのガス原子の衝突が抑制され、Ｘ線源の寿命が延びる。
By keeping the gas in the vacuum container small, collisions of gas atoms with the
［実施形態１３］
図１３は、本発明に係る実施形態１３のＸ線源の縦断面図である。
[Embodiment 13]
FIG. 13: is a longitudinal cross-sectional view of the X-ray source of
本実施形態のＸ線源は、真空容器５に接続したスパッタイオンポンプ容器３６を備えている。スパッタイオンポンプ容器３６の内部にはスパッタイオンポンプ３７が取り付けられており、スパッタイオンポンプ３７はスパッタイオンポンプ容器３６の外部に設置されたスパッタイオンポンプ制御器３８によって制御される。
The X-ray source of this embodiment includes a sputter
密閉型の真空ポンプであるスパッタイオンポンプ３７を真空容器５に直結しておくことによって電子エミッタ１から放出されるガスの排除能力を上げることができる。このため、長時間にわたって良好な真空度を維持し、安定な性能を維持することができる。密閉型の真空ポンプとしては、高真空領域の動作を行うので、スパッタイオンポンプ３７が適しており、非常に小さな消費電力で動作させることが可能である。
By directly connecting the
真空容器内のガスを少なく維持することにより、電子エミッタ１などへのガス原子の衝突が抑制され、Ｘ線源の寿命が延びる。
By keeping the gas in the vacuum container small, collisions of gas atoms with the
また、スパッタイオンポンプ３７に供給される電流量は、内部の真空度との相関関係を持っているので、これをモニタすることによって真空容器５内の真空度を知ることができ、X線源の寿命を判定することもできる。
Further, since the amount of current supplied to the
なお、スパッタイオンポンプに加えて、ゲッタや真空ポンプを併用することもできる。 In addition to the sputter ion pump, a getter or a vacuum pump can be used in combination.
［実施形態１４］
図１４は、本発明に係る実施形態１４のＸ線源の縦断面図である。
[Embodiment 14]
FIG. 14 is a longitudinal sectional view of an X-ray source according to Embodiment 14 of the present invention.
本実施形態は、電子エミッタ１を冷却する機構を備えている。電子エミッタ１に取り付けられた伝熱手段４２は、真空容器５の外部に設置された冷却手段４１に接続されている。伝熱手段４２には水などを冷媒としてこれを循環させることができる。また、伝熱手段４２としてペルチェ素子を電子エミッタ１に取り付け、冷却手段４１としてペルチェ素子への電力の供給手段を用いることもできる。
In the present embodiment, a mechanism for cooling the
電界放出型Ｘ線源の動作中に放出されるガスは電子エミッタ１から放出されるものが主である。電子エミッタ１からのガスの放出を抑制するためには、動作中の電子エミッタ１の温度を低くしておくことが効果的である。そこで、電子エミッタ１を冷却するための冷却機構１３を備え、Ｘ線源の動作と同時にこれを動作させるようにしておく。これによって放出ガス量を抑制し、動作中の真空容器５内の真空度を良好に維持することが可能となる。良好な真空度を維持することにより、電子エミッタ１などへのガス原子の衝突が抑制され、Ｘ線源の寿命が延びる。
The gas emitted during the operation of the field emission X-ray source is mainly one emitted from the
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、説明に用いた図面の上下左右の向きに限定されない。 The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms. Further, the present invention is not limited to the vertical and horizontal directions of the drawings used for the description.
１…電子エミッタ、２…陰極、３…ゲート電極、４…陽極、５…真空容器、６…高圧電源、７…ゲート駆動電源、８…電子ビーム、９…Ｘ線源、１０…等電位面、１１…中間電極、１２…電磁レンズ、１３…ターゲット、２１…ゲート一体型エミッタ、２２…絶縁体、２３…電子放出孔、２３ａ…貫通孔、２３ｂ…開口、２４…中間電極電源、３１…真空ポンプ、３２…真空配管、３１…、３３…ヒータ、３４…加熱用電源、３５…ゲッタ、３６…スパッタイオンポンプ容器、３７…スパッタイオンポンプ、３８…スパッタイオンポンプ制御器、４１…冷却手段、４２…伝熱手段、５１…金属製真空容器端部、６０…開口
DESCRIPTION OF
Claims (29)
前記真空容器に収められ、所定の電界の中に位置すると電子を放出する電界放出型の電子エミッタと、
前記真空容器に収められ、前記電子エミッタに対して正の所定の電圧が印加される陽極と、
前記真空容器に収められ、前記所定の電圧によって加速された電子が衝突するとＸ線を放出するターゲットと、
前記真空容器に収められ、前記電子エミッタから前記ターゲットに向かう電子の行路を遮らないように前記電子エミッタを囲んで配置され、前記電子エミッタに対して電圧を印加させ、前記電子エミッタから放出される電子の放出量を制御するゲート電極と、
を有することを特徴とするＸ線源。 A vacuum vessel;
A field emission electron emitter that is housed in the vacuum vessel and emits electrons when positioned in a predetermined electric field;
An anode housed in the vacuum vessel and to which a predetermined positive voltage is applied to the electron emitter;
A target that is contained in the vacuum vessel and emits X-rays when electrons accelerated by the predetermined voltage collide;
It is housed in the vacuum vessel and is arranged so as to surround the electron emitter so as not to block the electron path from the electron emitter to the target, and a voltage is applied to the electron emitter and emitted from the electron emitter. A gate electrode for controlling the amount of emitted electrons;
An X-ray source comprising:
前記真空容器中のガスを前記真空容器外に排出するガス排除手段と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか記載のＸ線源。 A heater for heating the electron emitter;
Gas exhausting means for discharging the gas in the vacuum container out of the vacuum container;
The X-ray source according to claim 1, comprising:
前記電子エミッタを所定の電圧によって加速する電子加速工程と、
前記真空容器内で前記所定の電圧によって加速した電子をターゲットに衝突させてＸ線を放出させるＸ線放出工程と、
ゲート電極に前記電子エミッタに対して電圧を印加して、前記電子エミッタから放出される電子の放出量を制御する電子放出量制御工程と、
を有することを特徴とするＸ線発生方法。 An electron emission process in which an electron emitter is positioned in a predetermined electric field in a vacuum chamber to emit electrons;
An electron acceleration step of accelerating the electron emitter with a predetermined voltage;
An X-ray emission process in which electrons accelerated by the predetermined voltage in the vacuum container collide with a target to emit X-rays;
An electron emission amount control step of applying a voltage to the gate electrode to the electron emitter to control the amount of electrons emitted from the electron emitter;
An X-ray generation method characterized by comprising:
前記真空容器内のガス原子を排除するガス排除工程と、
を有することを特徴とする請求項１６または請求項１７記載のＸ線発生方法。 A heating step of heating the electron emitter;
A gas exclusion step of eliminating gas atoms in the vacuum vessel;
The X-ray generation method according to claim 16 or 17, characterized by comprising:
前記容器に、所定の電界の中に位置すると電子を放出する電界放出型の電子エミッタ、前記電子エミッタに対して正の所定の電圧が印加される陽極、前記所定の電圧によって加速された電子が衝突するとＸ線を放出するターゲット、および、前記電子エミッタから前記ターゲットに向かう電子の行路を遮らないように前記電子エミッタを囲んで配置され、前記電子エミッタに対して電圧を印加できるようになっていて、前記電子エミッタから放出される電子の放出量を制御するゲート電極を前記容器内に取り付ける工程と、
前記容器を真空にする真空工程と、
を有することを特徴とするＸ線源製造方法。 Manufacturing the container;
A field emission electron emitter that emits electrons when positioned in a predetermined electric field, an anode to which a positive predetermined voltage is applied to the electron emitter, and an electron accelerated by the predetermined voltage A target that emits X-rays when it collides, and the electron emitter are arranged so as not to block an electron path from the electron emitter toward the target, and a voltage can be applied to the electron emitter. Attaching a gate electrode in the container for controlling the amount of electrons emitted from the electron emitter;
A vacuum process for evacuating the container;
An X-ray source manufacturing method characterized by comprising:
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