JPH09199291A

JPH09199291A - Ｘ線発生装置およびそれを使用した非破壊検査装置

Info

Publication number: JPH09199291A
Application number: JP8004520A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Sato; 克利佐藤; Shigeru Izumi; 滋出海
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｘ線源の焦点サイズを小さくしても運転に問題
が生じないようなＸ線発生装置を提供する。【解決手段】Ｘ線発生装置は、真空容器９と１０からな
り、その境界を金属箔１１で区別され、それぞれ真空ポ
ンプ１２でそれぞれの容器を減圧する。真空容器９は電
子発生装置１３と電子加速装置１４からなり、電子発生
装置１３から発生した電子は電子加速装置１４で所定の
エネルギまで加速される。真空容器１０には、電子収束
装置１５とターゲット１６および弁１８がある。真空容
器９で加速した電子は、金属箔１１を通過して真空容器
１０へと入る。電子は慣性により直進し、電子収束装置
１５の部分で収束される。収束した電子はターゲット１
６に衝突してＸ線を発生する。ターゲット１６は電子の
衝突により溶ける恐れがあるので、ターゲット移動機構
１７によりスキャンできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加速した電子を金属
に衝突させ、その際、発生するＸ線を使う装置、そのＸ
線源の構造、また、そのＸ線発生装置を使用した非破壊
検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線断層撮影装置（以下、Ｘ線ＣＴ装置
と記す）やＸ線透過像撮影装置において、撮影した画像
の画質を向上するにはＸ線源の大きさを小さくする必要
がある。Ｘ線ＣＴ装置やＸ線透過像撮影装置は、電子を
加速し、加速した電子を金属板（以下、ターゲットと記
す）に衝突させ、制動輻射により発生したＸ線を線源と
している。このＸ線発生装置の基本構造は、電子を発生
する電子発生装置と電子を加速する電子加速装置および
ターゲットからなっている。電子を加速する方法はサイ
クロトロン，ベータトロン，線形加速，マイクロトロン
等の方法がある。電子加速装置内は電子の加速効率を上
げるために減圧となっている。ターゲットにはタングス
テンや銅等の金属を使用している。このようなＸ線源の
場合、Ｘ線源の大きさを小さくするには、加速した電子
がターゲットと衝突する大きさ（以下、焦点サイズと記
す）を小さくする必要がある。焦点サイズを小さくする
には、電場や磁場を使って加速した電子を収束すること
で達成できる。焦点サイズが小さくなると、ターゲット
での発熱が極めて大きくなる。発熱の程度は、加速した
電子の電流値と加速後に持っている電子のエネルギとタ
ーゲットを構成する物質と焦点サイズにより決まる。発
熱によるターゲットの温度上昇がターゲットを構成する
物質の融点よりも高くなるとターゲットが電子線により
溶けてしまう。さらに、ターゲットの温度上昇がターゲ
ットを構成する物質の沸点よりも高くなるとターゲット
が電子線により蒸発してしまう。ターゲットが溶けたり
蒸発する場合には、電子発生装置や電子加速装置へ悪影
響を及ぼすことのほかにＸ線を発生できなくなるという
問題点がある。この問題点を解決する方法として、特開
平4−32800号公報がある。この方法は、ターゲットを電
子加速装置外に配置してターゲットが溶けても電子発生
装置や電子加速装置には悪影響が起きないようにして、
さらにターゲットをスキャンすることで溶けたり蒸発し
た部分に電子が衝突しないようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、タ
ーゲットを電子加速装置外に置くために電子加速装置か
らの電子の出口を作る必要がある。この出口は薄い金属
箔で作ることができる。この金属箔には常に大気圧に近
い圧力が加わっている。なぜならば、この金属箔は内部
を減圧した電子加速装置と大気圧との境界であるからで
ある。したがって、この金属箔の厚みは、大気圧による
圧力を受けても破れないほど厚くする必要がある。しか
しこの場合、金属箔は加速した電子によりある程度の昇
温はさけられず、この温度上昇と大気に接しているため
金属箔の酸化が進み、最終的には疲労のために金属箔が
破れる恐れがある。

【０００４】本発明の目的は、金属箔が酸化疲労により
破れることを防ぐことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】金属箔が酸化疲労を起こ
すのは、金属箔の厚みが厚く電子の通過により昇温する
することと大気と接しているためである。そこで電子発
生装置と電子加速装置側を第一の真空容器として、ター
ゲット側を第二の真空容器とし、この二つの真空容器を
金属箔で区切る構造が考えられる。この構造では、金属
箔の両側は減圧しているので金属箔にかかる圧力は極め
て小さくなり、それに伴い金属箔の厚みを薄くすること
ができる。さらに金属箔は大気と接することはないので
酸化するのを防ぐことができる。

【０００６】本発明の作用を説明する。第一の真空容器
は、電子発生装置から発生した電子を電子加速装置によ
り所定のエネルギまで加速する部分である。加速した電
子は金属箔を通過して、第二の真空容器に入る。第二の
真空容器には、焦点サイズを小さくするための電子収束
装置とターゲットが備わっていて、電子はこの電子収束
装置により収束されたのち、ターゲットに衝突してＸ線
が発生する。ターゲットは溶ける恐れがあるので、スキ
ャンすることができる構造とする。この構造では、金属
箔の厚みは第一の真空容器と第二の真空容器の差圧分の
圧力を受けるが、その圧力は上記従来技術に比べ非常に
小さい。したがって、金属箔の厚みは薄くすることがで
きる。金属箔が薄くなるので、電子が通過することも容
易で電子の通過による金属箔の温度上昇を抑えることが
できる。また、金属箔は大気と接することはないので、
酸化を起こす恐れはない。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図を用いて説明
する。本発明のＸ線発生装置を使う非破壊検査装置の一
実施例を図１を用いて説明する。図１は本発明のＸ線発
生装置を使用したＸ線ＣＴ装置のブロック図である。Ｘ
線ＣＴ装置は、Ｘ線発生装置１，スキャナ２，スキャナ
制御装置３，検出器４，検出器回路５，演算装置６，表
示装置７，入力装置８，ターゲット移動制御装置２０か
らなるものである。Ｘ線ＣＴ装置の撮影は、Ｘ線発生装
置からのＸ線をスキャナ上にある被検査体に照射して、
その被検査体を透過してきたＸ線を検出器により検出す
る。被検査体はスキャナにより並進移動，回転移動や上
下移動を組み合わせた移動を行い、この移動中にＸ線を
照射して透過してきたＸ線を検出器で検出する。Ｘ線Ｃ
Ｔ装置により撮影した被検査体の断層像の画質は、検出
器から見たときのＸ線源の大きさが小さいほうが良い。
すなわち、Ｘ線源の大きさが断層像の画質を向上する重
要な因子となる。本発明のＸ線発生装置を使用した場
合、Ｘ線源の大きさは従来に比べ小さくでき、かつＸ線
発生装置の故障も少なくなるので、Ｘ線ＣＴ装置として
の性能向上が図れる。

【０００８】Ｘ線ＣＴ装置の撮影中にターゲットを使い
果たした場合には、ターゲット移動制御装置２０はその
旨の信号をスキャナ移動制御装置３と表示装置７に送
る。この信号を受け取ったスキャナ移動制御装置３はス
キャナの移動を中止し、Ｘ線発生装置１と検出器回路５
に運転の中止を命じる。Ｘ線ＣＴ装置の運転者は、表示
装置７からターゲットが無くなったことを知り、ターゲ
ットの交換作業をする。図２に本発明のＸ線発生装置の
構造を示す。本発明のＸ線発生装置は、真空容器９と真
空容器１０からなり、その境界を金属箔１１で区別す
る。真空容器９と真空容器１０にはそれぞれ真空ポンプ
１２があり、それぞれの容器を減圧する。真空容器９は
電子発生装置１３と電子加速装置１４からなり、電子発
生装置１３から発生した電子１９は電子加速装置１４で
所定のエネルギまで加速される。真空容器１０には、電
子収束装置１５とターゲット１６および弁１８がある。
真空容器９で加速した電子は、金属箔１１を通過して真
空容器１０へと入る。電子は慣性により直進し、電子収
束装置１５の部分で収束される。収束した電子はターゲ
ット１６に衝突してＸ線を発生する。ターゲット１６は
電子の衝突により溶ける恐れがあるので、ターゲット移
動機構１７によりスキャンできる構造である。本発明の
Ｘ線発生装置の運転方法を図２を用いて説明する。電子
発生装置１３より電子をパルス的に発生させ、それを電
子加速装置１４で所定のエネルギに加速する。このパル
スの繰り返し周波数は電子発生装置１３と電子加速装置
１４の性能により異なるが、この実施例では２００Ｈｚ
とする。加速した電子は金属箔１１を通過した後電子収
束装置１５により収束されターゲットに衝突する。焦点
サイズはこの実施例では０.１mm とする。電子の衝突と
ともに焦点部分のターゲットは溶けてしまう。次の電子
が来る前に、ターゲットは適当なスキャンをして、電子
が再び溶解したターゲットに衝突しないようにする。こ
の実施例では、次の電子がターゲットと衝突するまでに
５ミリ秒の時間があるので、この時間内にターゲットは
０.１mm 以上動く必要がある。ターゲットのスキャン
を、ターゲットに装備したターゲット移動機構１７とタ
ーゲット移動制御装置２０により実現する。ターゲット
移動機構１７は、ターゲットを使い果たした後には、そ
の旨の信号を発してターゲットの交換を知らせる。ター
ゲットを交換する場合、真空容器１０を大気圧にすると
金属箔１１が圧力により破れる恐れがある。したがっ
て、真空容器１０に装備してある弁１８を閉じて金属箔
１１側が大気圧になるのを防いだ後、ターゲット側を大
気圧に解放する。大気圧に解放した後、ターゲット１６
の交換作業を行う。ターゲットの交換作業終了後、弁１
８を閉じた状態で真空容器１０のターゲット側を真空ポ
ンプ１２により減圧する。所定の減圧が達成できた後、
弁１８を開く。この一連の交換作業により、再度運転を
開始することができる。

【０００９】次に本発明の構造により金属箔にかかる圧
力が減少することを図３を用いて従来技術と比較して説
明する。図３（ａ）は従来技術によるもので、図３
（ｂ）は本発明によるものである。従来技術では加速管
内の圧力は約１０^-4Ｐａ程度である。この圧力は電子を
効率良く加速するために必要である。したがって、従来
技術の場合、金属箔にかかる圧力は大気圧である。大気
圧は約１０⁵Ｐａ程度である。本発明の構造では、真空
容器９の圧力は従来技術と同じ約１０^-4Ｐａ程度であ
る。真空容器１０は真空ポンプにより減圧でき、約１０
^-1Ｐａ程度とする。この場合、金属箔にかかる圧力は約
１０^-1Ｐａ程度であるから、従来技術に比べ約百万分の
一となる。

【００１０】次にターゲットが電子線により溶けること
を図４と数式を用いて説明する。図４には収束を受けた
電子線がターゲットに衝突する様子を拡大して示してい
る。加速した後の電子のエネルギをＥ(Ｊ)，パルス電流
値をＩ(Ａ)，パルス幅をｗ(秒)とする。このとき、パル
ス当たりの全エネルギＱは数１により計算できる。

【００１１】

【数１】

【００１２】ここでｅは電子の電荷量である。この全エ
ネルギＱは、ターゲットをそのまま透過するものと、Ｘ
線として発生するもの、ターゲットで熱に変わるものに
大別できる。ターゲットで熱に変わる割合をｘ(％)とす
る。また図４に示すように焦点サイズをＳ(cm²），加速
した電子がターゲットに入り込む深さをτ(cm)とする。
さらに、ターゲットの密度をρ(ｇ／cm³），ターゲット
の比熱をｃ(Ｊ／ｇＫ)とすると、パルス当たりに上昇す
る焦点の温度ΔＴは数２で表現できる。

【００１３】

【数２】

【００１４】この温度上昇がターゲットの融点よりも高
くなると、ターゲットは溶けることになる。今、加速し
た電子のエネルギをＥを９.６×１０^-13(Ｊ)，パルス電
流値をＩを１４０×１０^-3(Ａ)，パルス幅をｗを５×１
０^-6(秒)とすると、パルス当たりの全エネルギＱは４.
２(Ｊ）となる。この内ターゲットで熱に変わる割合ｘ
を７０(％)で考える。ターゲットとしてタングステンを
用いた場合、密度ρは１９.１(ｇ／cm³）、比熱ｃは０.
１４(Ｊ／ｇＫ)である。また加速した電子がターゲット
に入り込む深さτを０.１(cm)程度と考える。焦点サイ
ズＳを１.０×１０^-2(cm²）とすると、パルス当たりに
上昇する焦点の温度ΔＴは約１１００(Ｋ)である。タン
グステンの融点は３３８７℃であるから、この焦点サイ
ズの場合にはターゲットは溶けない。しかし、焦点サイ
ズが小さくなり、０.３×10^-2(cm²）となると、パルス
当たりに上昇する焦点の温度ΔＴは約３６６４(Ｋ)とな
り、電子がターゲットに衝突したとほぼ同時にターゲッ
トは溶けてしまう。

【００１５】

【発明の効果】本発明によりＸ線源の焦点サイズを小さ
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線発生装置を使用した検査装置の例
を示すブロック図。

【図２】本発明のＸ線発生装置の構造の説明図。

【図３】本発明により金属箔にかかる圧力が減少するこ
との説明図。

【図４】ターゲットが電子線により溶ける現象の説明
図。

【符号の説明】

１…Ｘ線発生装置、２…スキャナ、３…スキャナ制御装
置、４…検出器、５…検出器回路、６…演算装置、７…
表示装置、８…入力装置、９，１０…真空容器、１１…
金属箔、１２…真空ポンプ、１３…電子発生装置、１４
…電子加速装置、１５…電子収束装置、１６…ターゲッ
ト、１７…ターゲット移動機構、１８…弁、１９…電
子、２０…ターゲット移動制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｊ 35/16 Ｈ０１Ｊ 35/16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子を加速して、加速した電子をターゲッ
トに衝突させ、その衝突の際にＸ線を発生するＸ線発生
装置において、前記Ｘ線発生装置が二つの真空容器を持
ち、前記二つの真空容器の境界を金属箔で区別し、一方
の真空容器には電子発生装置と電子加速装置と真空ポン
プとを備え、他方の真空容器には電子収束装置と電子が
衝突してＸ線を発生するためのターゲットと真空ポンプ
を装備したことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】請求項１において、前記ターゲットが溶解
または蒸発するＸ線発生装置。
【請求項３】請求項１において、前記ターゲットを移動
するためのターゲット移動装置とその移動を制御するタ
ーゲット移動制御装置を装備したＸ線発生装置。
【請求項４】請求項１に記載の前記Ｘ線発生装置を利用
した非破壊検査装置。
【請求項５】請求項２に記載の前記Ｘ線発生装置を利用
した非破壊検査装置。
【請求項６】請求項３に記載の前記Ｘ線発生装置を利用
した非破壊検査装置。