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JP-2026076599-A - Ｘ線管装置及びＸ線装置

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Abstract

【課題】簡単な構造でＸ線管装置の劣化検知や寿命予測が可能なＸ線管装置及びＸ線装置を提供する。 【解決手段】Ｘ線管装置１は、電子を放出するフィラメント１２と放出される電子を集束させる集束体１４とを有する陰極１０と、フィラメント１２から放出された電子が入射することによりＸ線を放出する陽極２０と、陰極１０及び陽極２０を内包し、内部を真空に保持する真空外囲器３０と、陰極１０と陽極２０との間に管電圧を印加する第１電源４０と、フィラメント１２に管電流を流し、フィラメント１２を加熱させる第２電源５０と、フィラメント１２の電位に対して集束体１４の電位を低下させる第３電源６０と、真空外囲器３０の内部でイオン化された陽イオンであって、集束体１４に流れる陽イオンによる電流を検出する電流計７０と、を備える。 【選択図】図１

Inventors

  • 田邊 雄太郎
  • 中野 智史
  • 中山 公博
  • 関 善隆

Assignees

  • 富士フイルム株式会社

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (8)

  1. 電子を放出する電子源と前記電子源から放出される電子を集束させる集束体とを有する陰極と、 前記陰極に対向して設けられ、前記電子源から放出された電子が入射することによりＸ線を放出する陽極と、 前記陰極及び前記陽極を内包し、内部を真空に保持する真空外囲器と、 前記陰極と前記陽極との間に管電圧を印加する第１電源と、 前記電子源に管電流を流し、該電子源を加熱させる第２電源と、 前記電子源の電位に対して相対的に前記集束体の電位を低下させる第３電源と、 前記真空外囲器の内部でイオン化された陽イオンであって、前記集束体に流れる前記陽イオンによる電流を検出する電流計と、 を備えたＸ線管装置。
  2. 前記電子源は、フィラメントであり、 前記第２電源は、前記フィラメントを加熱させて該フィラメントから熱電子を発生させる、 請求項１に記載のＸ線管装置。
  3. 前記第１電源のマイナス端子は、前記電子源に接続され、かつ前記第３電源のプラス端子に接続され、 前記第１電源のプラス端子は、前記陽極に接続され、 前記第３電源のマイナス端子は、前記電流計を介して前記集束体に接続される、 請求項１に記載のＸ線管装置。
  4. 前記第１電源のプラス端子と前記陽極との間、及び前記真空外囲器は、それぞれ接地される、 請求項３に記載のＸ線管装置。
  5. 前記第１電源は、第４電源と第５電源とを有し、 前記第４電源のマイナス端子は、前記電子源に接続され、かつ前記第３電源のプラス端子に接続され、 前記第３電源のマイナス端子は、前記電流計を介して前記集束体に接続され、 前記第４電源のプラス端子は、前記第５電源のマイナス端子に接続され、 前記第５電源のプラス端子は、前記陽極に接続され、 前記第４電源のプラス端子と前記第５電源のマイナス端子との間、及び前記真空外囲器は、それぞれ接地される、 請求項１に記載のＸ線管装置。
  6. 前記電流計により検出された前記陽イオンによる電流の電流値に基づいて前記真空外囲器内の真空度を測定する真空度測定器を備えた、 請求項１に記載のＸ線管装置。
  7. 前記真空度測定器は、Ｘ線発生期間中に前記真空度を測定する、 請求項６に記載のＸ線管装置。
  8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のＸ線管装置を搭載した、 Ｘ線装置。

Description

本発明はＸ線管装置及びそのＸ線管装置を搭載したＸ線装置に関する。 Ｘ線管装置を搭載したＸ線装置は、医療の分野ではＸ線透視装置及びＸ線撮影装置などに、また、工業用の分野では種々の製品の欠陥検査及び異物検査などに広く利用されている。 Ｘ線管装置は、Ｘ線を発生させるために陰極から放出した電子を陽極に衝突させる。陰極から発生させた電子を陽極に衝突させるため、陰極と陽極との間には数十万ボルトの高電圧がかけられる。このためＸ線管球内は真空に保たれ、絶縁性を高めている。 Ｘ線管球内の部品及びＸ線管球は高真空になるように十分に脱ガス処理が行われるが、Ｘ線管の使用及び経過年数により管内の真空度は徐々に劣化してしまう。真空度が劣化すると、Ｘ線管は、放電が多くなり検査に支障をきたす。多くの場合はアーキングが頻発してから管球交換、または十分に余裕がある状態での交換も多い。そのため真空度が劣化し始め、検査に支障をきたす直前での事前の交換が望まれる。 従来、Ｘ線管内の真空度を測定する技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。 特許文献１に記載のＸ線管装置は、Ｘ線発生時には、陰極のフィラメントから放出される電子を陽極に衝突させるために、陰極に対して陽極の電位が高くなるように電圧を印加し、一方、真空度測定時には、Ｘ線管球内の微量のガスの陽イオンによる電流を測定するために、陰極に対して陽極の電位が低くなるように電圧を印加し、陰極に流れ込む陽イオンによる微小な電流を検出し、検出した電流の電流値に基づいてＸ線管内の真空度を測定している。 特開２０１６－１４６２８８号公報 図１は、本発明に係るＸ線管装置の第１実施形態を示す概略図である。図２は、本発明に係るＸ線管装置の第２実施形態を示す概略図である。 以下、添付図面に従って本発明に係るＸ線管装置及びＸ線装置の好ましい実施形態について説明する。 ［第１実施形態］ 図１は、本発明に係るＸ線管装置の第１実施形態を示す概略図である。 図１に示すＸ線管装置１におけるＸ線管は、陰極１０と、陰極１０に対向して設けられた陽極２０と、陰極１０及び陽極２０を内包し、内部を真空に保持する真空外囲器３０とを備えている。 陰極１０は、電子を放出する電子源であるフィラメント１２と、フィラメント１２から放出される電子を集束させる集束体１４とを有している。陽極２０は、フィラメント１２から放出された電子（電子線）が入射することによりＸ線９０を放出するターゲットを有している。陽極２０は、回転陽極又は固定陽極のいずれを用いてもよいが、回転陽極型のＸ線管装置１では、電子と衝突するターゲットの実面積を増大させることができ、大きな管電流を流すことができる。 真空外囲器３０は、バルブと呼ばれるガラス製の管球や金属製のものがあり、用途や設置位置に応じて使い分けられている。 陰極１０のフィラメント１２から放出された電子は陽極２０のターゲットに衝突し、Ｘ線を発生させる。Ｘ線を発生させるために真空外囲器３０内の陰極１０と陽極２０との間には高電圧をかける必要があり、そのため、真空外囲器３０内は真空気密になっている。 また、Ｘ線管装置１は、陰極１０と陽極２０との間に管電圧を印加する電源（第１電源４０）と、フィラメント１２に管電流を流し、フィラメント１２を加熱させる電源（第２電源５０）と、フィラメント１２の電位に対して相対的に集束体１４の電位を低下させる電源（第３電源６０）と、を備えている。 第１電源４０は、本例では陰極１０と陽極２０との間に１４０ｋＶ程度の電圧を印加する。第１電源４０のプラス端子は、陽極２０に接続され、第１電源４０のマイナス端子は、陰極１０（フィラメント１２及び第３電源６０のプラス端子）に接続されている。また、第１電源４０のプラス端子と陽極２０との間、及び真空外囲器３０は、グランド８０に接地されている。したがって、陽極２０は、０Ｖであり、陰極１０は、－１４０ｋＶ程度となる。 第２電源５０は、本例では１０Ｖ程度の電圧をフィラメント１２に印加し、フィラメント１２に管電流を流し、フィラメント１２を加熱して熱電子を発生させる。 第３電源６０は、本例ではフィラメント１２と集束体１４との間に３００Ｖ程度の電位差を設けるもので、第３電源６０のマイナス端子は、電流計７０を介して集束体１４に接続され、第３電源６０のプラス端子は、第１電源４０のマイナス端子側に接続されている。 したがって、フィラメント１２が、－１４０ｋＶ程度であるのに対し、集束体１４は、－１４０．３ｋＶとなり、フィラメント１２の電位に対して集束体１４の電位は、３００Ｖだけ低くなっている。尚、本例では、フィラメント１２と集束体１４との間に３００Ｖ程度の電位差を設けるようにしたが、電位差は３００Ｖ程度に限らず、例えば、１００Ｖあるいは数百Ｖとすることができる。 上記第１電源４０、第２電源５０及び第３電源６０は、図示しないコントローラによりＸ線管装置１の使用中に電源を供給するように制御され、未使用中には電源の供給を停止するように制御されることは言うまでもない。 Ｘ線管装置１は、電流計７０及び真空度測定器１００を更に備えている。 電流計７０は、真空外囲器３０の内部でイオン化された陽イオンであって、集束体１４に流れる陽イオンによる電流を検出する。真空度測定器１００は、電流計７０により検出された陽イオンによる電流の電流値に基づいて真空外囲器３０内の真空度を測定する。尚、真空度測定器１００による真空度の測定の詳細については後述する。 ＜Ｘ線管装置の動作＞ 上記構成のＸ線管装置１を動作させる場合、第１電源４０、第２電源５０及び第３電源６０から各部に電源を供給させる。 第２電源５０により１０Ｖ程度の電圧がフィラメント１２に印加されると、フィラメント１２に管電流が流れる。これにより、フィラメント１２が加熱され、フィラメント１２から熱電子が放出される。 フィラメント１２から放出された熱電子は、集束体１４により集束される。集束体１４により集束された熱電子は、第１電源４０により陰極１０と２０との間に印加された－１4０ｋＶ程度の高電圧によって陽極２０に向かって加速し、陽極２０であるターゲットに衝突する。この熱電子のターゲットでの衝突時にＸ線９０が放射される。 Ｘ線管内で発生したＸ線９０は、Ｘ線管装置１の放射窓（図示せず）から外部に放出され、Ｘ線透視装置やＸ線撮影装置などのＸ線装置に使用される。 ところで、真空外囲器３０内の真空度を劣化させるガスは、真空外囲器３０内の部品の内部ガスやスローリークなどの可能性があり、アーキングの主要な原因となるため、Ｘ線管装置１の使用中に監視する必要がある。 Ｘ線管内のガスは、イオン化（電離もという）し、Ｘ線管内に浮遊する。浮遊するイオン化されたガスのうちの陽イオン化されたものは集束体１４により補足される。集束体１４は、フィラメント１２の電位に対して３００Ｖ程度電位が低いため、陽イオンの補足が可能である。 集束体１４による陽イオンの補足により、陽イオンによる電流が集束体１４に流れ、電流計７０は、集束体１４に流れる陽イオンによる電流の電流値を検出する。 真空度測定器１００は、電流計７０により検出された陽イオンによる電流の電流値に基づいて真空外囲器３０内の真空度を測定する。 ここで、真空外囲器３０内の真空度と、陽イオンによる電流値（陽イオン電流値）とは、次式に示すように比例関係を有している。 ［数１］ 真空度（Ｐａ）＝補正計数α×陽イオン電流値（Ａ） 上記［数１］式において、補正計数αは、Ｘ線管のサイズ、形状等により決まる値である。 真空度測定器１００は、上記［数１］式に示すように電流計７０により検出された陽イオン電流値（Ａ）に補正計数αを乗算することにより、真空度（Ｐａ）を測定する。 このように第１実施形態のＸ線管装置１によれば、真空度測定のために陰極１０のフィラメント１２と集束体１４との間にＸ線発生時と真空度測定時とを切り替えるスイッチ等が不要であり、フィラメント１２の電位に対して集束体１４の電位を低下させる電圧をフィラメント１２と集束体１４との間に印加し、集束体１４に流れる陽イオン電流を検出することで真空度を測定することができ、簡単な構造で真空度測定を行うことができ、また、Ｘ線発生期間中に真空度を測定することができる。 また、Ｘ線管装置１の使用及び経過年数により真空外囲器３０内の真空度は徐々に劣化する。そこで、例えば、予め複数のＸ線管装置１のＸ線管のサンプルについて、Ｘ線管装置１の経過時間（使用時間）と真空度測定器１００により測定した真空外囲器３０内の真空度との関係を求めておき、現時点の真空度から寿命となる真空度に達するまでの期間（寿命）を予測することができる。因みに、測定された真空度（Ｐａ）が、１×１０-5（Ｐａ）以下のオーダであれば、放電の問題はないが、１×１０-4（Ｐａ）以上のオーダになると、放電の問題が発生する。 また、真空外囲器３０内の真空度を測定しなくてもＸ線管の劣化検知や寿命予測を行うことができる。例えば、予め複数のＸ線管のサンプルについて、集束体１４に流れる陽イオン電流値と経過時間のデータを取得しておき、Ｘ線管の寿命となる閾値を決定しておく。そして、現時点（測定時点）の陽イオン電流値を検出することで、陽イオン電流値がＸ線管の寿命である閾値に達するまでの経過時間（寿命）を予測することができる。 ［第２実施形態］ 図２は、本発明に係るＸ線管装置の第２実施形態を示す概略図である。 尚、図２に示すＸ線管装置２において、図１に示したＸ線管装置１と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。 図２に示す第２実施形態のＸ線管装置２は、図１に示した第１実施形態のＸ線管装置１と比較して、陰極１０と陽極２０との間の高電圧を印加する電源（第１電源）が相違する。 即ち、第１実施形態のＸ線管装置１の第１電源４０は、１つの電源で陰極１０と陽極２０との間に１４０ｋＶ程度の電圧を印加するが、第２実施形態のＸ線管装置２の第１電源は、直列に接続された２つの電源（第４電源４２及び第５電源４４）により構成され、２つの電源で陰極１０と陽極２０との間に１４０ｋＶ程度の電圧を印加する。 具体的には、第４電源４２及び第５電源４４は、それぞれ７０ｋＶ程度の電圧を発生するもので、第４電源４２のマイナス端子は、フィラメント１２に接続され、かつ第３電源６０のプラス端子に接続され、第４電源４２のプラス端子は、第５電源４４のマイナス端子に接続され、第５電源４４のプラス端子は、陽極２０に接続されている。 また、第４電源４２のプラス端子と第５電源４４のマイナス端子との間、及び真空外囲器３０は、それぞれグランド８０に接地されている。したがって、陽極２０には、＋７０ｋＶ程度の電圧が印加され、陰極１０には、－７０ｋＶ程度の電圧が印加され、トータルでは、陰極１０と陽極２０との間に１４０ｋＶ程度の電圧を印加される。 第２実施形態のＸ線管装置２によれば、第１実施形態のＸ線管装置１と同様の作用効果が得られる。また、陰極１０と陽極２０との間に高電圧を印加する第１電源を２つの電源（第４電源４２及び第５電源４４）で構成し、第４電源４２のプラス端子と第５電源４４のマイナス端子との間、及び真空外囲器３０をそれぞれグランド８０に接地することで、陰極１０と陽極２０との間に１４０ｋＶ程度の電圧を印加することができるとともに、真空外囲器３０の電位（０Ｖ）に対して陽極２０の電位を７０ｋＶ程度高くすることができる。 以上説明した本発明は、本実施形態のＸ線管装置に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれ得る。本実施形態では、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではなく、例えば、Ｘ線管装置が真空度測定器を具備しない場合も含むことは言うまでもない。 また