АНОД И ГЕНЕРИРУЮЩАЯ РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ТРУБКА, ГЕНЕРИРУЮЩИЙ РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ АППАРАТ И ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ИХ РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 2018 года по МПК H01J35/08 

Область изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится к аноду, используемому в генерирующей рентгеновское излучение трубке и содержащему трансмиссионную мишень, а также относится к генерирующей рентгеновское излучение трубке, содержащей анод, генерирующему рентгеновское излучение аппарату, содержащему генерирующую рентгеновское излучение трубку, и рентгенографической системе, содержащей генерирующий рентгеновское излучение аппарат.

Предпосылки изобретения

[0002] Известна генерирующая рентгеновское излучение трубка трансмиссионного типа, содержащая трансмиссионную мишень. В трансмиссионной мишени используется рентгеновское излучение, испускаемое с ее стороны, которая противоположна стороне, с которой пучок электронов попадает на мишень. Генерирующей рентгеновское излучение трубка трансмиссионного типа может содержать мишень в качестве торцевого окошка генерирующей рентгеновское излучение трубки. Такая генерирующая рентгеновское излучение трубка трансмиссионного типа обладает предпочтительными конструктивными особенностями в том отношении, что угол излучения может стать шире, характеристики диссипации тепла могут стать выше, а размер генерирующего рентгеновское излучение аппарата может быть уменьшен. Мишень в такой генерирующей рентгеновское излучение трубке трансмиссионного типа герметично присоединена к трубчатому элементу анода посредством связующего материала, например, пайкой серебряным припоем, сформированной на периферии мишени.

[0003] В патентном документе 1 предлагается генерирующая рентгеновское излучение трубка трансмиссионного типа, содержащая трубчатый элемент анода с диаметром отверстия с некоторым распределением и трансмиссионную мишень, поддерживаемую трубчатым элементом анода.

[0004] В такой генерирующей рентгеновское излучение трубке, содержащей трансмиссионную мишень в качестве торцевого окна, когда повторяется операция генерирования рентгеновского излучения, иногда нельзя достигнуть нужного тока трубки и, следовательно, трудно поддерживать требуемый выход рентгеновского излучения. Требуется генерирующая рентгеновское излучение трубка трансмиссионного типа, которая позволяет получать стабильный выход рентгеновского излучения.

Список ссылок

Патентная документация

[0005] PTL 1: Выложенная для всеобщего ознакомления заявка на патент Японии № 2013-51153

Сущность изобретения

Техническая проблема

[0006] Однако, в генерирующей рентгеновское излучение трубке, в основном, повторяется операция испускания рентгеновского излучения и прекращение его испускания. В этом цикле срабатывания-останова генерирующей рентгеновское излучение трубки разность в количестве потерь на теплоту возникает между пропускающей подложкой и связующим материалом. Поэтому, периферийная нагрузка на растяжение действует на связующий материал в контакте с пропускающей подложкой вдоль ее периметра. Бывают случаи, когда нагрузка на растяжение превышает предел прочности на растяжение связующего материала, в связующем материале развивается трещина, а в генерирующей рентгеновское излучение трубке возникает утечка вакуума.

[0007] Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предотвратить в аноде, содержащем трансмиссионную мишень и трубчатый элемент анода, которые соединены друг с другом посредством связующего материала, возникновение утечки вакуума, сопровождающее цикл срабатывания-останова генерирующей рентгеновское излучение трубки. Другой целью настоящего изобретения является обеспечение генерирующей рентгеновское излучение трубки, которая содержит высоконадежный анод и позволяет получить стабильный выход рентгеновского излучения и обеспечить генерирующий рентгеновское излучение аппарат и рентгенографическую систему, которые являются высоконадежными.

Решение проблемы

[0008] По первому аспекту настоящего изобретения предложен анод, содержащий:

трансмиссионную мишень, содержащую:

слой мишени для генерирования рентгеновского излучения посредством облучения пучком электронов; и

пропускающую подложку для поддержки слоя мишени и для пропускания рентгеновского излучения, генерируемого слоем мишени; и

трубчатый элемент анода для поддержки пропускающей подложки на внутреннем периметре его трубки,

причем боковая поверхность пропускающей подложки и внутренний периметр трубки трубчатого элемента анода соединены вместе связующим материалом, и

связующий материал обладает толщиной, которая меняется в направлении вдоль оси трубки трубчатого элемента анода.

[0009] По второму аспекту настоящего изобретения предлагается генерирующая рентгеновское излучение трубка, содержащая:

полую изолирующую трубку;

катод, смонтированный на одном конце изолирующей трубки;

анод, смонтированный на другом конце изолирующей трубки; и

источник для испускания электронов, расположенный в изолирующей трубке и присоединенный к катоду,

анод является анодом по первому аспекту настоящего изобретения.

[0010] По третьему аспекту настоящего изобретения предлагается генерирующий рентгеновское излучение аппарат, содержащий:

генерирующую рентгеновское излучение трубку по второму аспекту настоящего изобретения; и

схему возбуждения для приложения напряжения на трубке к катоду и аноду генерирующей рентгеновское излучение трубки.

[0011] По четвертому аспекту настоящего изобретения предлагается рентгенографическая система, содержащая:

генерирующий рентгеновское излучение аппарат по третьему аспекту настоящего изобретения;

устройство обнаружения рентгеновского излучения для обнаружения рентгеновского излучения, которое испускается из генерирующего рентгеновское излучение аппарата и проходит через субъект; и

систему управления для полного управления генерирующим рентгеновское излучение аппаратом и устройством обнаружения рентгеновского излучения.

Преимущества настоящего изобретения

[0012] В аноде по настоящему изобретению связующий материал, который связывает пропускающую подложку мишени и трубчатый элемент анода, обладает областью, в которой сжимающее напряжение в периферийном направлении, вызванное циклом срабатывания-останова генерирующей рентгеновское излучение трубки, частично устранено, а развитие трещины предотвращено. Поэтому в генерирующей рентгеновское излучение трубке с использованием этого анода предотвращается утечка вакуума, вызванная возбуждением для испускания рентгеновского излучения, и обеспечивается высоконадежная генерирующая рентгеновское излучение трубка. Кроме того, обеспечиваются высоконадежный генерирующий рентгеновское излучение аппарат и высоконадежная рентгенографическая система, в каждом из которых используется генерирующая рентгеновское излучение трубка.

[0013] Другие конструктивные особенности настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания примеров вариантов осуществления со ссылкой на приложенные чертежи.

Краткое описание чертежей

[0014] [Фиг. 1А] На фиг. 1A представлен вид в разрезе, схематично показывающий конструкцию генерирующей рентгеновское излучение трубки по одному варианту осуществления настоящего изобретения.

[Фиг. 1В] На фиг. 1B показан частичный увеличенный вид в разрезе анода генерирующей рентгеновское излучение трубки, проиллюстрированный на фиг. 1A.

[Фиг. 2А] На фиг. 2A показан частичный вид в плане для иллюстрации сжимающего напряжения, вызванного в связующем материале в аноде по этому варианту осуществления настоящего изобретения.

[Фиг. 2В] На фиг. 2B показан частичный вид в разрезе вдоль центральной оси трубчатого элемента анода в аноде по этому варианту осуществления настоящего изобретения, который представляет собой увеличенный вид с фиг. 1B.

[Фиг. 2С] На фиг. 2C показан вид в частичном разрезе, взятый вдоль центральной оси трубчатого элемента анода в аноде по этому варианту осуществления настоящего изобретения, который представляет собой увеличенный вид с фиг. 1B.

[Фиг. 3А] На фиг. 3A показан вид в разрезе связующего материала для иллюстрации величины искажения в связующем материале анода по настоящему изобретению, который является видом в разрезе вдоль центральной оси трубчатого элемента анода.

[Фиг. 3В] На фиг. 3B показан вид в разрезе для иллюстрации области частичного устранения сжимающего напряжения, вызванного в связующем материале, и вид в разрезе взят вдоль центральной оси трубчатого элемента анода.

[Фиг. 4] На фиг. 4 показан вид в разрезе для схематичной иллюстрации конструкции и эффекта частичного устранения сжимающего напряжения анода по другому варианту осуществления настоящего изобретения, и вид в разрезе взят вдоль центральной оси трубчатого элемента анода.

[Фиг. 5] На фиг. 5 показан вид в разрезе для схематичной иллюстрации конструкции и эффекта частичного устранения напряжения при сжатии анода по другому варианту осуществления настоящего изобретения, и вид в разрезе взят вдоль центральной оси трубчатого элемента анода.

[Фиг. 6] На фиг. 6 представляет собой вид в разрезе для схематичной иллюстрации конструкции генерирующего рентгеновское излучение аппарата по одному варианту осуществления настоящего изобретения.

[Фиг. 7] На фиг. 7 приведена блок-схема для схематичной иллюстрации конструкции рентгенографической системы по одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание

[0015] Варианты осуществления настоящего изобретения описаны далее со ссылкой на чертежи, но настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления. Следует отметить, что широко или общеизвестные технологии в этой области техники должны быть применены к частям, которые не показаны или не описаны в настоящем документе.

[0016] <Генерирующая рентгеновское излучение трубка>

На фиг. 1A схематично показана конструкция генерирующей рентгеновское излучение трубки по одному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1A, генерирующая рентгеновское излучение трубка 102 по настоящему изобретению содержит полую изолирующую трубку 3, катод 2, смонтированный на одном конце изолирующей трубки 3, анод 1, смонтированный на ее другом конце, и источник 5 для испускания электронов, расположенный в изолирующей трубке и присоединенный к катоду 2.

[0017] Источник 5 для испускания электронов содержит испускающий электроны источник 5a. Анод 1 содержит мишень 10 в местоположении, противоположном испускающему электроны источнику 5a. По настоящему изобретению мишень 10 является трансмиссионной мишенью, содержащей слой 9 мишени для генерирования рентгеновского излучения путем облучения падающим пучком 11 электронов и пропускающую подложку 7 для пропускания рентгеновского излучения, генерируемого в слое 9 мишени. Анод 1 дополнительно содержит трубчатый элемент 6 анода, который является трубчатым и поддерживает пропускающую подложку 7 мишени 10 на внутреннем периметре его трубки. В этом случае трубчатый элемент 6 анода смонтирован на другом конце изолирующей трубки 3 посредством пластины 4 анода. Трубчатый элемент 6 анода и пропускающая подложка 7 присоединены друг к другу посредством связующего материала 8.

[0018] В этой конструкции, когда напряжение на трубке прикладывается между катодом 2 и анодом 1, пучок 11 электронов испускается из испускающего электроны источника 5a, и пучок 11 электронов попадает в слой 9 мишени для генерирования рентгеновского излучения 12.

[0019] Следует отметить, что электроны, содержащиеся в пучке 11 электронов, ускоряются для достижения энергии падающего пучка, необходимой для генерирования рентгеновского излучения 12, посредством электрического поля между источником 5 для испускания электронов и мишенью 10. Ускоряющее электрическое поле сформировано в полностью закрытом пространстве в генерирующей рентгеновское излучение трубке 102 путем образования источника 5 для испускания электронов с потенциалом катода и образования мишени 10 с потенциалом анода за счет напряжения Va на трубке, которое получено на выходе со схемы возбуждения, описанной далее.

[0020] Канал генерирующей рентгеновское излучение трубки 102 по настоящему изобретению сформирован посредством изолирующей трубки 3, которая сформирована для целей электрической изоляции между источником 5 для испускания электронов, образованным при потенциале катода, и мишенью 10, образованной при потенциале анода. Изолирующая трубка 3 сформирована из изолирующего материала, такого как стекло или керамика. Изолирующая трубка 3 также может обладать функцией определения расстояния между источником 5 для испускания электронов и слоем 9 мишени.

[0021] Пространство в генерирующей рентгеновское излучение трубке 102 находится при пониженном давлении, так чтобы функционировал источник 5 для испускания электронов. Предпочтительно, чтобы внутри генерирующей рентгеновское излучение трубки 102 был вакуум на уровне 10^-8 или более и 10^-4 Па или менее, а с точки зрения срока службы источника 5 для испускания электронов также предпочтительно, чтобы вакуум составлял 10^-8 или более и 10^-6 Па или менее. Предпочтительно, чтобы в качестве контейнера для вакуума генерирующая рентгеновское излучение трубка 102 обладала герметичностью для поддержания такого вакуума и прочностью к воздействию атмосферного давления. Внутренняя часть генерирующей рентгеновское излучение трубки 102 может находиться при пониженном давлении за счет уплотнения отводной трубки после того, как вакуум создан с помощью вакуумного насоса (не показан) через отводную трубку (не показана). Кроме того, для поддержания уровня вакуума в генерирующей рентгеновское излучение трубке 102 может быть расположен газопоглотитель (не показан).

[0022] Источник 5 для испускания электронов расположен таким образом, что он находится напротив слоя 9 мишени 10. В качестве источника 5 для испускания электронов может быть использована, например, вольфрамовая нить, горячий катод, такой как импрегнированный катод, или холодный катод, такой как углеродная нанотрубка. Для целей управления диаметром пучка, плотностью тока электронов и включением/выключением пучка 11 электронов, источник 5 для испускания электронов может содержать электрод с решеткой и электрод электростатической линзы (не показано).

[0023] <Анод>

На фиг. 1B показан частичный увеличенный вид в разрезе анода 1, проиллюстрированный на фиг. 1A. Анод 1 представляет собой анод по одному варианту осуществления настоящего изобретения. В аноде по настоящему изобретению мишень 10 поддерживается за счет присоединения к внутреннему периметру трубки трубчатого элемента 6 анода в качестве опорного элемента мишени 10 на боковой поверхности пропускающей подложки 7, содержащейся в мишени 10 за счет связующего материала 8.

[0024] Мишень 10 по настоящему изобретению представляет собой трансмиссионную мишень, содержащую пропускающую подложку 7 и слой 9 мишени. Слой 9 мишени сформирован путем соответствующего выбора материала, содержащегося в слое мишени, и его толщины вместе с напряжением Va на трубке, чтобы он служил в качестве источника рентгеновского излучения для испускания необходимого типа излучения. В качестве материала слоя мишени может содержаться такой материал, как, например, металлический материал с атомным номером 40 или более, например, молибден, тантал, вольфрам или подобный. Слой 9 мишени может быть сформирован на пропускающей подложке 7 посредством произвольного способа формирования пленки, такого как осаждение из паровой фазы или металлизация напылением.

[0025] Пропускающая подложка 7 сформирована из материала, который пропускает рентгеновское излучение в высокой степени и является жаростойким, такого как бериллий, природный алмаз или искусственный алмаз. Из них искусственный алмаз, сформированный по способу высокотемпературного синтеза под высоким давлением или химического осаждения из паровой фазы, является предпочтительным с точки зрения диссипации тепла, воспроизводимости, однородности, стоимости и подобного. Пропускающая подложка 7 действует не только как пропускающее окно для принятия рентгеновского излучения, генерируемого в слое 9 мишени генерирующей рентгеновское излучение трубки 102, но также в качестве элемента, формирующего вакуумный контейнер вместе с другими элементами.

[0026] Предпочтительно, чтобы пропускающая подложка 7 была в форме диска диаметром 2 мм или более или 10 мм или менее. На пропускающей подложке 7 сформирован слой 9 мишени, на котором можно сформировать необходимый диаметр фокуса. Кроме того, в случае, когда пропускающая подложка 7 обладает формой прямоугольного параллелепипеда, описанный выше диапазон диаметров может быть заменен длиной более короткой стороны и длиной более длинной стороны поверхности прямоугольного параллелепипеда. Кроме того, более предпочтительно, чтобы толщина пропускающей подложки 7 составляла 0,3 мм или более и 4,0 мм или менее. При этом сохраняется прочность к воздействию атмосферного давления, и, дополнительно, может быть сохранен коэффициент пропускания рентгеновского излучения 12.

[0027] Трубчатый элемент 6 анода не только обладает функцией определения потенциала анода слоя 9 мишени, но также обладает функцией поддержки мишени 10. Трубчатый элемент 6 анода электрически соединен с мишенью 10 посредством электрода (не показано). Кроме того, трубчатый элемент 6 анода и пропускающая подложка 7 мишени 10 соединены вместе посредством связующего материала 8.

[0028] Компоненты соединены вместе посредством связующего материала 8, который представляет собой, например, твердый припой разных типов, такой как серебряный припой, золотой припой или медный припой, легкоплавкий припой или подобное. Среди них серебряный припой предпочтителен, поскольку он позволяет выполнить пайку твердым припоем при относительно низкой температуре пайки, которая при этом является достаточно высокой, чтобы предотвратить переплавку, даже если вакуумный контейнер обжигают при высокой температуре.

[0029] Кроме того, трубчатый элемент 6 анода может обладать функцией блокировки рентгеновского излучения, когда он сформирован из материала с высокой удельной плотностью. С точки зрения уменьшения размера трубчатого элемента 6 анода предпочтительно, чтобы материал, из которого сформирован трубчатый элемент 6 анода, обладал таким массовым коэффициентом ослабления μ/ρ [м²/кг] и плотностью [кг/м³], чтобы их произведение было большим. Кроме того, с точки зрения дальнейшего уменьшения размера предпочтительно, чтобы металлический элемент с удельным коэффициентом границы поглощения энергии был выбран соответствующим образом в качестве материала, формирующего трубчатый элемент 6 анода, на основе типа рентгеновского излучения 12, генерируемого слоем 9 мишени. Трубчатый элемент 6 анода может быть сформирован посредством одного или по меньшей мере двух типов сплавов меди, серебра, молибдена, тантала, вольфрама и подобного и может содержать тот же самый металлический элемент в качестве металла мишени, содержащегося в слое 9 мишени.

[0030] Трубчатый элемент 6 анода обладает формой трубки, окружающей слой 9 мишени и, таким образом, действует, как передний экранирующий элемент, который определяет диапазон углов эмиссии рентгеновского излучения 12, испускаемого из слоя 9 мишени. Предпочтительно, чтобы трубчатый элемент 6 анода был цилиндрическим. Кроме того, трубчатый элемент 6 анода функционирует, как задняя блокировка, которая ограничивает диапазон, в котором отражаются и рассеиваются обратно электроны (не показано), или рассеянное обратно рентгеновское излучение (не показано) доходит от слоя 9 мишени к источнику 5 для испускания электронов.

[Первый вариант осуществления]

[0031] Описан анод 1 по первому варианту осуществления настоящего изобретения. В этом случае трубчатый элемент 6 анода является цилиндрическим, а пропускающая подложка 7 мишени 10 обладает формой диска, который является концентрическим кругом относительно внутреннего периметра трубчатого элемента 6 анода на виде в плане. Как показано на фиг. 1B, в аноде по настоящему изобретению связующий материал 8 обладает толщиной, которая меняется в направлении вдоль центральной оси P трубчатого элемента 6 анода (далее упоминается в настоящем документе, как «центральная ось P»). Отметим, что, в настоящем изобретении толщина связующего материала 8 является шириной связующего материала 8 в направлении, ортогональном центральной оси P трубчатого элемента 6 анода, то есть, в этом случае, шириной связующего материала 8 в радиальном направлении трубчатого элемента 6 анода и шириной на листе чертежа на фиг. 1B в боковом направлении. Следует отметить, что связующий материал 8 обладает равномерной толщиной в периферийном направлении с центральной осью P в центре.

Кроме того, трубчатый элемент 6 анода присоединен к пропускающей подложке 7 посредством связующего материала 8 в форме кольца. Связующий материал 8 простирается вдоль оси Q трубки трубчатого элемента 6 анода, так чтобы он окружал ось Q трубки. Механизм действия настоящего изобретения состоит в том, что нагрузка на растяжение, вызываемая вдоль связующего материала 8 в форме кольца, окружающего ось Q трубки, ослабляется за счет локального формирования составляющей нагрузки на сжатие вдоль оси Q трубки.

Центральная ось P трубчатого элемента 6 анода в настоящем документе также может считаться частью оси Q трубки трубчатого элемента 6 анода. Поэтому показана только центральная ось P трубчатого элемента 6 анода, а ось Q трубки трубчатого элемента 6 анода не показана.

[0032] В настоящем изобретении, чтобы менять толщину связующего материала 8, одна из боковой поверхности 7a пропускающей подложки 7 и внутренней поверхности 6a по периметру трубчатого элемента 6 анода, каждая из которых служит в качестве связующей поверхности, наклонена по отношению к центральной оси P. На фиг. 1B показан случай, когда наклонена боковая поверхность 7a пропускающей подложки 7, а толщина связующего материала 8 уменьшается вдоль центральной оси P в направлении от слоя 9 мишени к пропускающей подложке 7. Кроме того, на фиг. 1B показан режим, в котором площадь сечения пропускающей подложки 7 в направлении, ортогональном центральной оси P, увеличивается вдоль центральной оси P в направлении от слоя 9 мишени к пропускающей подложке 7.

[0033] В настоящем изобретении за счет формирования распределения толщины связующего материала 8 в направлении вдоль центральной оси P, предотвращается развитие трещины в связующем материале 8, возникающее, когда пропускающая подложка 7 и трубчатый элемент 6 анода соединены друг с другом, или когда испускается рентгеновское излучение. Механизм этого действия описан со ссылкой на фиг. 2A-2C, 3A и 3B.

[0034] На фиг. 2A-2C схематично показана нагрузка на растяжение, вызываемая в связующем материале 8, когда связующий материал 8 при высокой температуре охлаждается. На фиг. 2A показан частичный вид в плане при просмотре фиг. 1B сверху относительно листа чертежа, а на фиг. 2B и фиг. 2C показаны увеличенные виды с фиг. 1A. Со ссылкой на фиг. 2A-2C направление z представляет собой направление вдоль центральной оси P, и направление θ - это периферийное направление, кольцом окружающее центральную ось P в качестве центра, и направление R - это радиальное направление, простирающееся радиально от центральной оси P.

[0035] Как показано на фиг. 2A, когда температура горячего связующего материала 8 падает, поскольку коэффициенты теплового расширения пропускающей подложки 7 и связующего материала 8 имеют соотношение «у пропускающей подложки 7 < чем у связующего материала 8», разность между ними вызывает появление нагрузки 21 на растяжение в направлении θ, чтобы она действовала на связующий материал 8. Предполагается, что нагрузка 21 на растяжение действует по всему периметру связующего материала 8, что вызывает развитие трещины в связующем материале 8.

[0036] Как показано на фиг. 2B, также по отношению к направлению R, нагрузка 22 на растяжение действует на связующий материал 8, и в связующем материале 8 возникает искажение. Пропускающая подложка 7 и трубчатый элемент 6 анода обладают коэффициентами теплового расширения, которые меньше, чем коэффициенты у связующего материала 8 и, таким образом, связующий материал 8 не может сжиматься в направлении R. Соответственно, уменьшить нагрузку 22 на растяжение нельзя.

[0037] Кроме того, как показано на фиг. 2C, нагрузка 23 на растяжение также действует в направлении z. Однако оба конца связующего материала 8 в направлении z открыты и не связаны с пропускающей подложкой 7 и трубчатым элементом 6 анода и, таким образом, связующий материал 8 может сжиматься в направлении z. Как показано на фиг. 3A, связующий материал 8 сжимается с плоскостью 25, являющейся плоскостью изгиба, на которой искажение 31 равно нулю. По мере увеличения расстояния от плоскости 25 искажение 31 становится больше. Поэтому, как указано посредством номеров 32a и 32b на фиг. 3A, каждый из концов сжатого связующего материала 8 в направлении z представляет собой изогнутую поверхность, которая втянута вовнутрь.

Сжатие связующего материала 8 в направлении z ослабляет нагрузку на растяжение в направлении θ в соответствии с коэффициентом Пуассона. Напряжение σ выражено посредством произведения модуля Юнга E (Па) и коэффициента искажения ε связующего материала 8, то есть, σ=Eε. Таким образом, степень ослабления напряжения σ является большой на обоих концах связующего материала 8 в направлении z, при которой искажение является большим для ослабления нагрузки на растяжение в направлении θ. В этом случае по настоящему изобретению связующий материал 8 обладает распределением толщины в направлении z, и, таким образом, степень напряжения σ, ослабляемого сжатием в направлении z, меняется.

[0039] Плоскость 25, в которой искажение в направлении z равно нулю, определяется длиной присоединенной области, в которой связующий материал 8 присоединен к боковой поверхности 7a пропускающей подложки 7 и внутренней периферийной поверхности 6a трубчатого элемента 6 анода, и длиной открытой области, в которой связующий материал 8 не присоединен. В частности, на виртуальной плоскости, включающей центральную ось P, показанной на фиг. 2C, плоскость 25, на которой распределение равно нулю в направлении z, является плоскостью, в которой разность между длиной присоединенной области и длиной открытой области на одной стороне плоскости 25 та же самая, что и разность между длиной присоединенной области и длиной открытой области на другой стороне плоскости 25. В случае, показанном на фиг. 2C, a+c-e=b+d-f и a/b=c/d. Поэтому, по настоящему изобретению искажение становится больше на стороне большей толщины связующего материала 8, и напряжение σ сжатия, вызванное сжатием, становится больше, соответственно, чтобы, тем самым, больше ослабить нагрузку на растяжение в направлении θ. Со ссылкой на фиг. 3A и 3B, область 33, окруженная штриховыми линиями, представляет собой область, в которой нагрузка на растяжение в направлении θ более ослаблена.

В частности, для ослабления нагрузки 21 на периферийное растяжение связующего материала 8, связующий материал 8 обладает такой формой в сечении, чтобы вызывать составляющую нагрузки на растяжение в по меньшей мере одном из направлений вдоль оси трубки трубчатого элемента 6 анода (например, формой в сечении с площадью, отличающейся от площадей в других сечениях).

Следует отметить, что в направлении вдоль оси трубки трубчатого элемента 6 анода, обе торцевые поверхности связующего материала 8 этого варианта осуществления, не контактирующие с другим элементом, покрыты тонкой пластиной с небольшой жесткостью, или контактируют с другим элементом с коэффициентом теплового расширения, который больше, чем у связующего материала 8.

[0040] В настоящем изобретении за счет формирования, в направлении z области в связующем материале 8, в которой нагрузка на растяжение в направлении θ ослабляется до значительной степени, можно предотвратить развитие трещины в области связующего материала 8.

[0041] Кроме того, как показано на фиг. 3B, в этом случае боковая поверхность 7a пропускающей подложки 7 в качестве связующей поверхности наклонена и, таким образом, сила, указанная стрелкой 34 вдоль направления нормали к боковой поверхности 7a, действует на боковую поверхность 7a за счет силы связующего материала 8 для контакта. Сила может быть разложена на направление, указанное стрелкой 34a вдоль направления R, и направление, указанное стрелкой 34b вдоль направления z в боковой поверхности 7a. Направление, указанное стрелкой 34b, - это направление, в котором пропускающая подложка 7 обладает гибкостью при деформации. Таким образом, деформация связующего материала 8 в направлении, указанном стрелкой 34b, дополнительно ослабляет нагрузку на растяжение в связующем материале 8 в направлении θ.

[0042] Кроме того, когда анод 1 по настоящему изобретению смонтирован на генерирующей рентгеновское излучение трубке 102, слой 9 мишени ориентирован к внутренней части генерирующей рентгеновское излучение трубки 102. Внутренняя часть генерирующей рентгеновское излучение трубки 102 находится при пониженном давлении, а ее наружная часть находится, как указано далее, в состоянии заполнения изолирующей текучей средой. Таким образом, наружная часть генерирующей рентгеновское излучение трубки 102 находится при более высоком давлении, чем внутренняя часть генерирующей рентгеновское излучение трубки 102. Поэтому, за счет перепада давлений между внутренней и наружной сторонами генерирующей рентгеновское излучение трубки 102, сила в направлении стрелки 34b, показанная на фиг. 3B, действует на пропускающую подложку 7 и, таким образом, действует сила, которая дополнительно сжимает связующий материал 8. В результате, нагрузка на растяжение в связующем материале 8 в направлении θ дополнительно ослабляется.

[0043] По настоящему изобретению предпочтительно, чтобы действие ослабления нагрузки на растяжение, которая действует на связующий материал 8 в направлении θ, было в большей степени во внутренней части генерирующей рентгеновское излучение трубки 102. Поэтому предпочтительно, чтобы распределение толщины связующего материала 8 было сформировано таким образом, чтобы толщина уменьшалась от слоя 9 мишени к пропускающей подложке 7 в направлении z.

[0044] Режим, как в варианте осуществления, показанном на фиг. 1A-3B, в котором распределение толщины связующего материала 8 устанавливается таким, что толщина уменьшается от слоя 9 мишени к пропускающей подложке 7 в направлении z, также может быть осуществлен посредством наклона внутренней периферийной поверхности 6a трубчатого элемента 6 анода. На фиг. 4 показан вид в разрезе такого варианта осуществления настоящего изобретения. Также, в этом случае аналогично случаю, показанному на фиг. 1A-3B, область 36, в которой нагрузка на растяжение в направлении θ более ослаблена, сформирована в связующем материале 8 на его стороне с большей толщиной. Также, в этом случае сжатие связующего материала 8 вызывает силу, указанную стрелкой 35, вдоль направления нормали к внутренней периферийной поверхности 6a, которая действует на внутреннюю периферийную поверхность 6a трубчатого элемента 6 анода. Направление силы может быть разложено на направления, указанные стрелкой 35a и стрелкой 35b. Однако даже когда сила в направлении стрелки 35b действует на трубчатый элемент 6 анода, трубчатый элемент 6 анода не перемещается в направлении сжатия связующего материала 8 и, таким образом, нельзя получить действия пропускающей подложки 7 для сжатия связующего материала 8, как показано на фиг. 3B. Кроме того, боковая поверхность 7a пропускающей подложки 7 параллельна центральной оси P, и, таким образом, также нельзя получить действия пропускающей подложки 7 для сжатия связующего материала 8 за счет перепада давлений между внутренней частью и наружной частью генерирующей рентгеновское излучение трубки 102.

[0045] Однако в случае, показанном на фиг. 4, достигается эффект за счет разности длин связующей поверхности между пропускающей подложкой 7 и трубчатым элементом 6 анода. Как показано на фиг. 4, в этом случае на виртуальной плоскости, содержащей центральную ось P, длина g боковой поверхности 7a пропускающей подложки 7 меньше, чем длина h области соединения трубчатого элемента 6 анода со связующим материалом 8. В комбинации обычных материалов пропускающей подложки 7, трубчатого элемента 6 анода и связующего материала 8 коэффициенты теплового расширения удовлетворяют соотношению «у пропускающей подложки 7 < чем у трубчатого элемента 6 анода < чем у связующего материала 8», а отличие коэффициента теплового расширения в присоединенной области трубчатого элемента 6 анода меньше, чем отличие коэффициента теплового расширения в присоединенной области пропускающей подложки 7. В случае, показанном на фиг. 4, присоединенная область пропускающей подложки 7, в которой более вероятно наблюдение такого повреждения, как отслаивание связующего материала 8 или развитие трещины из-за различия коэффициентов теплового расширения, короче, чем присоединенная область трубчатого элемента 6 анода, и, таким образом, наблюдение повреждения связующего материала 8 менее вероятно по сравнению с противоположным случаем.

[0046] По настоящему изобретению комбинацией материалов для получения этого эффекта является алмаз для пропускающей подложки 7, вольфрам или медь для трубчатого элемента 6 анода и твердый припой для связующего материала 8.

[0047] По настоящему изобретению с точки зрения повышения надежности генерирующей рентгеновское излучение трубки 102 предпочтительно, чтобы области 33 и 36, в которых нагрузка на растяжение в связующем материале 8 в направлении θ более ослаблена, были сформированы в положении ближе к внутренней части генерирующей рентгеновское излучение трубки 102. Поэтому предпочтительно, чтобы толщина связующего материала 8 уменьшалась в направлении вдоль центральной оси P трубчатого элемента 6 анода и в направлении от слоя 9 мишени к пропускающей подложке 7.

[0048] Кроме того, в этом случае с точки зрения эффективности производства и эффекта отношение tmax/tmin толщины tmax самого толстого участка к толщине tmin самого тонкого участка связующего материала 8 составляет предпочтительно от 1,05 или более и 1,90 или менее, а более предпочтительно от 1,20 или более и 1,70 или менее. В режиме, показанном на фиг. 1A-3B, указанные e и f на фиг. 2C, представляют собой tmin и tmax, соответственно.

[Второй вариант осуществления]

[0049] На фиг. 5 показан частичный вид в разрезе для схематичной иллюстрации конструкции анода по другому примерному варианту осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления пропускающая подложка 7 обладает опорной поверхностью 7b для поддержки слоя 9 мишени. Кроме того, трубчатый элемент 6 анода имеет внутренний периметр трубки для поддержки пропускающей подложки 7. Также, трубчатый элемент 6 анода по этому варианту осуществления содержит выступающий участок 41 в форме кольца, который выступает вовнутрь в радиальном направлении трубки от внутреннего периметра трубки, которая является точкой трубчатого элемента анода этого варианта осуществления, который отличается от трубчатого элемента анода первого варианта осуществления, описанного со ссылкой на фиг. 1A-3B. Выступающий участок 41 в форме кольца обладает несущей поверхностью 41a, противоположной периметру опорной поверхности 7b. Связующий материал 8 простирается из зазора в осевом направлении трубки, которая простирается в направлении оси трубки между боковой поверхностью 7a и внутренним периметром 6a трубки до зазора в радиальном направлении трубки (область 43), который простирается в радиальном направлении трубки между периметром опорной поверхности 7b и несущей поверхности 41a. Следует отметить, что в этом случае трубчатый элемент 6 анода является цилиндрическим и, таким образом, внутренний диаметр выступающего участка 41 в форме кольца меньше, чем диаметр внутреннего периметра трубки.

[0050] Как указано со ссылкой на фиг. 3A и 3B, связующий материал 8 в процессе сжатия вызывает появление силы, указанной стрелкой 44, вдоль направления нормали к боковой поверхности 7a, чтобы она действовала на наклонную боковую поверхность 7a пропускающей подложки 7, и силы, указанной стрелкой 44b, чтобы она действовала на пропускающую подложку 7. Следует отметить, что аналогично случаю, показанному на фиг. 3B, стрелка 44 указывает результирующую силу составляющей силы в горизонтальном направлении, указанную стрелкой 44a, и составляющей силы в вертикальном направлении, указанной стрелкой 44b. Когда связующий материал 8 находится в процессе сжатия, пропускающая подложка 7 прижата к боковой стороне слоя 9 мишени, а периметр опорной поверхности 7b пропускающей подложки 7 прижимает связующий материал 8 к несущей поверхности 41a. Здесь связующий материал 8, прижатый периметром опорной поверхности 7b, вызывает нагрузку на растяжение в соответствии с коэффициентом Пуассона связующего материала 8, чтобы она действовала в направлении θ, и, следовательно, нагрузка на растяжение, вызванная в направлении θ, ослабляется в области 43.

[0051] Кроме того, в случае, показанном на фиг. 5, также достигается действие ослабления нагрузки на растяжение в направлении θ за счет перепада давлений между внутренней частью и наружной частью генерирующей рентгеновское излучение трубки 102, описанного со ссылкой на фиг. 3B. Также, аналогично случаю, показанному на фиг. 4, когда длина присоединенной области трубчатого элемента 6 анода (h1+h2) больше, чем длина присоединенной области пропускающей подложки 7 (g1+g2), и, когда коэффициенты теплового расширения в комбинации пропускающей подложки 7, трубчатого элемента 6 анода и связующего материала 8 удовлетворяют соотношению «у пропускающей подложки 7 < чем у трубчатого элемента 6 анода < чем у связующего материала 8», повреждение связующего материала 8 может быть уменьшено.

[0052] В этом примере область 43, в которой нагрузка на растяжение в связующем материале 8 в направлении θ более ослаблена, формируется в положении ближе к внутренней части генерирующей рентгеновское излучение трубки 102, и, таким образом, надежность генерирующей рентгеновское излучение трубки 102 может быть дополнительно повышена.

[0053] Также в этом случае, с точки зрения эффективности производства и эффекта в области, в которой боковая поверхность 7a пропускающей подложки 7 и внутренняя периферийная поверхность 6a трубчатого элемента 6 анода расположены друг напротив друга, отношение tmax/tmin толщины tmax самого толстого участка к толщине tmin самого тонкого участка связующего материала 8 составляет предпочтительно от 1,05 или более и 1,90 или менее и, более предпочтительно, 1,20 или более и 1,70 или менее.

[0054] В первом и втором вариантах осуществления, описанных выше, трубчатый элемент 6 анода описан в виде цилиндрической формы, которая обладает значительной непрерывностью в периферийном направлении, но трубчатый элемент 6 анода по настоящему изобретению не ограничивается цилиндрической формой. Вариант с отверстием, которое обладает формой многоугольника в сечении (не показано), также попадает в рамки объема настоящего изобретения. По настоящему изобретению, когда трубчатый элемент анода является цилиндрическим, эффект снижения нагрузки на растяжение за счет распределения толщины связующего материала вдоль осевого направления трубки может быть достигнут по всему периферийному направлению, что является предпочтительным.

[0055] <Генерирующий рентгеновское излучение аппарат>

На фиг. 6 схематично показан вид в разрезе, иллюстрирующий конструкцию генерирующего рентгеновское излучение аппарата по одному варианту осуществления настоящего изобретения. Генерирующий рентгеновское излучение аппарат 101 по настоящему изобретению обладает конструктивной особенностью наличия генерирующей рентгеновское излучение трубки 102 с использованием анода 1 по настоящему изобретению и схемы 103 возбуждения для приложения напряжения на трубке к катоду 2 и аноду 1 генерирующей рентгеновское излучение трубки 102.

[0056] В этом случае генерирующий рентгеновское излучение аппарат 101 содержит в контейнере 120 с пропускающим рентгеновское излучение окном 121 генерирующую рентгеновское излучение трубку 102 по настоящему изобретению в качестве источника рентгеновского излучения и схему 103 возбуждения для выхода напряжения на трубке, которое должно быть приложено между катодом 2 и анодом 1 генерирующей рентгеновское излучение трубки 102.

[0057] Предпочтительно, чтобы контейнер 120 для вмещения генерирующей рентгеновское излучение трубки 102 и схемы 103 возбуждения обладал прочностью, достаточной для контейнера и имел превосходные характеристики диссипации тепла, а что касается его материала, подходит использованием такого металла, как латунь, железо или нержавеющая сталь.

[0058] В этом случае пространство в контейнере 120, за исключением пространства, необходимого для расположения генерирующей рентгеновское излучение трубки 102 и схемы 103 возбуждения, заполнено изолирующей текучей средой 109. Изолирующая текучая среда 109, которой может быть жидкость или газ, обладает свойствами электрической изоляции, и играет роль поддержания электрической изоляции в контейнере 120 и роль охлаждающей среды генерирующей рентгеновское излучение трубки 102. Предпочтительно, чтобы, когда используется изолирующая жидкость, использовалось электрически изолирующее масло, такое как минеральное масло, силиконовое масло или перфтор.

[0059] <Рентгенографическая система>

На фиг. 7 приведена блок-схема для схематичной иллюстрации конструкции рентгенографической системы по одному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0060] Система 202 управления управляет генерирующим рентгеновское излучение аппаратом 101 и другими связанными аппаратами координированным образом. Схема 103 возбуждения выводит различные типы управляющих сигналов на генерирующую рентгеновское излучение трубку 102 при управлении управляющим устройством 202 системы. Состояние эмиссии рентгеновского излучения 12, испускаемого из генерирующего рентгеновское излучение аппарата 101, контролируется посредством управляющих сигналов. Рентгеновское излучение 12, испускаемое из генерирующего рентгеновское излучение аппарата 101, проходит через субъект 204, чтобы, тем самым, оно было обнаружено устройством 205 обнаружения рентгеновского излучения. Устройство 206 обнаружения рентгеновского излучения преобразует обнаруженное рентгеновское излучение 12 в сигналы изображения и выводит сигналы изображения на участок 205 обработки сигналов. При управлении управляющим устройством 202 системы участок 205 обработки сигналов применяет заранее заданную обработку сигналов к сигналам изображений, и выводит обработанные сигналы изображений на управляющее устройство 202 системы. На основе обработанных сигналов изображений управляющее устройство 202 системы выводит сигналы на индикаторное устройство 203 для показа изображения на индикаторном устройстве 203. Индикаторное устройство 203 выводит на экран изображение субъекта 204 на основе отображенных сигналов.

[Список номеров для ссылки]

[0061] 1: анод, 2: катод, 3: изолирующая трубка, 5: источник для испускания электронов, 5a: испускающий электроны источник, 6: трубчатый элемент анода, 6a: внутренняя периферийная поверхность трубчатого элемента анода 7: пропускающая подложка, 7a: боковая поверхность пропускающей подложки, 7b: опорная поверхность пропускающей подложки, 8: связующий материал, 9: слой мишени, 10: трансмиссионная мишень, 11: пучок электронов, 12: рентгеновское излучение, 41: выступающий участок в форме кольца, 41a: несущая поверхность, 101: генерирующий рентгеновское излучение аппарат, 102: генерирующая рентгеновское излучение трубка, 103: схема возбуждения, 202: управляющее устройство системы, 204: субъект, 206: устройство для обнаружения рентгеновского излучения.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, очевидно, что настоящее изобретение не ограничивается описанными примерами вариантов осуществления. Объем следующей формулы изобретения должен быть согласован с наиболее широкой интерпретацией, чтобы он охватывал все такие модификации и эквивалентные конструкции и функции.

По настоящей заявке заявлено преимущество в отношении заявки на патент Японии № 2014-147338, зарегистрированной 18 июля 2014 г., и заявки на патент Японии № 2015-134263, зарегистрированной 3 июля 2015 г., которые включены в настоящий документ во всей полноте по ссылке.

Изобретение относится к аноду для генерирующей рентгеновское излучение трубки. Анод выполнен таким образом, что толщина связующего материала (8) меняется в радиальном направлении, ортогональном центральной оси (P) трубчатого элемента (6) анода, связующий материал (8) используется для присоединения пропускающей подложки (7) для поддержки слоя (9) мишени и трубчатого элемента (6) анода в направлении вдоль центральной оси (P). Таким образом, область, в которой ослабляется периферийная нагрузка на растяжение связующего материала (8), сформирована в направлении вдоль центральной оси (P) для предотвращения развития трещин в связующем материале (8). Техническим результатом является возможность получения стабильного выхода рентгеновского излучения. 8 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Анод для генерирующей рентгеновское излучение трубки, содержащий:

трансмиссионную мишень, содержащую:

слой мишени для генерирования рентгеновского излучения посредством облучения пучком электронов; и

пропускающую подложку для поддержки слоя мишени и для пропускания рентгеновского излучения, генерируемого слоем мишени; и

трубчатый элемент анода, выполненный с возможностью поддерживать пропускающую подложку на внутреннем периметре трубчатого элемента анода,

причем боковая поверхность пропускающей подложки и внутренний периметр трубки трубчатого элемента анода соединены вместе посредством связующего материала, простирающегося в периферийном направлении, и

причем связующий материал имеет изменение в толщине, которая меняется в направлении оси трубки трубчатого элемента анода.

2. Анод по п. 1, причем толщина связующего материала уменьшается в направлении вдоль оси трубки трубчатого элемента анода и в направлении от слоя мишени к пропускающей подложке.

3. Анод по п. 1 или 2,

причем пропускающая подложка содержит опорную поверхность для поддержки слоя мишени,

причем трубчатый элемент анода содержит выступающий участок в форме кольца, который выступает вовнутрь от внутреннего периметра трубки для поддержки пропускающей подложки, причем выступающий участок в форме кольца содержит несущую поверхность, расположенную напротив периметра опорной поверхности, и

причем связующий материал простирается от зазора в осевом направлении трубки между боковой поверхностью и внутренним периметром трубки до зазора в радиальном направлении трубки между несущей поверхностью и периметром опорной поверхности.

4. Анод по п. 1,

причем толщина связующего материала уменьшается в направлении вдоль оси трубки трубчатого элемента анода и в направлении от слоя мишени к пропускающей подложке, и

причем площадь в сечении пропускающей подложки, ортогональном оси трубки трубчатого элемента анода, увеличивается в направлении вдоль оси трубки трубчатого элемента анода и в направлении от слоя мишени к пропускающей подложке.

5. Анод по п. 1 или 2, причем коэффициенты теплового расширения пропускающей подложки, трубчатого элемента анода и связующего материала удовлетворяют соотношению: у пропускающей подложки < чем у трубчатого элемента анода < чем у связующего материала.

6. Анод по п. 5, причем на виртуальной плоскости, содержащей ось трубки трубчатого элемента анода, длина присоединенной области между пропускающей подложкой и связующим материалом меньше, чем длина присоединенной области между трубчатым элементом анода и связующим материалом.

7. Анод по п. 1 или 2, причем связующий материал содержит твердый припой.

8. Анод по п. 1 или 2, причем пропускающая подложка содержит алмаз.

9. Анод по п. 1 или 2, причем трубчатый элемент анода содержит одно из вольфрама и меди.

10. Анод по п. 1 или 2, причем отношение (tmax/tmin) толщины (tmax) самого толстого участка к толщине (tmin) самого тонкого участка связующего материала составляет 1,05 или более и 1,90 или менее, связующий материал расположен в области, в которой боковая поверхность пропускающей подложки и внутренний периметр трубки трубчатого элемента анода расположены друг напротив друга.

11. Анод по п. 1 или 2, причем отношение (tmax/tmin) толщины (tmax) самого толстого участка к толщине (tmin) самого тонкого участка связующего материала составляет 1,20 или более и 1,70 или менее, связующий материал расположен в области, в которой боковая поверхность пропускающей подложки и внутренний периметр трубки трубчатого элемента анода расположены друг напротив друга.

12. Анод по п. 1 или 2, причем трубчатый элемент анода является цилиндрическим, а пропускающая подложка обладает формой диска.

13. Генерирующая рентгеновское излучение трубка, содержащая:

полую изолирующую трубку;

катод, смонтированный на одном конце изолирующей трубки;

анод, смонтированный на другом конце изолирующей трубки; и

источник для испускания электронов, расположенный в изолирующей трубке и присоединенный к катоду,

причем анод содержит анод по п. 1 или 2.

14. Генерирующий рентгеновское излучение аппарат, содержащий:

генерирующую рентгеновское излучение трубку по п. 13; и

схему возбуждения для приложения напряжения на трубке к катоду и аноду генерирующей рентгеновское излучение трубки.

15. Рентгенографическая система, содержащая:

генерирующий рентгеновское излучение аппарат по п. 14;

устройство обнаружения рентгеновского излучения для обнаружения рентгеновского излучения, которое испускается из генерирующего рентгеновское излучение аппарата и проходит через субъект; и

систему управления для полного управления генерирующим рентгеновское излучение аппаратом и устройством обнаружения рентгеновского излучения.

16. Анод для генерирующей рентгеновское излучение трубки, содержащий:

трансмиссионную мишень, содержащую:

слой мишени для генерирования рентгеновского излучения посредством облучения пучком электронов; и

пропускающую подложку для поддержки слоя мишени и для пропускания рентгеновского излучения, генерируемого слоем мишени; и

трубчатый элемент анода, выполненный с возможностью поддерживать пропускающую подложку на внутреннем периметре трубчатого элемента анода,

причем боковая поверхность пропускающей подложки и внутренний периметр трубки трубчатого элемента анода присоединены друг к другу посредством связующего материала,

причем связующий материал обладает такой формой в сечении, чтобы вызывать появление составляющей нагрузки на сжатие в по меньшей мере одном из направлений вдоль оси трубки трубчатого элемента анода, так что ослабляется периферийная нагрузка на растяжение связующего материала, простирающегося в периферийном направлении.

17. Генерирующая рентгеновское излучение трубка, содержащая:

полую изолирующую трубку;

катод, смонтированный на одном конце изолирующей трубки;

анод, смонтированный на другом конце изолирующей трубки; и

источник для испускания электронов, расположенный в изолирующей трубке и присоединенный к катоду,

анод, содержащий анод по п. 16.

18. Генерирующий рентгеновское излучение аппарат, содержащий:

генерирующую рентгеновское излучение трубку по п. 17; и

схему возбуждения для приложения напряжения на трубке к катоду и аноду генерирующей рентгеновское излучение трубки.

19. Рентгенографическая система, содержащая:

генерирующий рентгеновское излучение аппарат по п. 18;

устройство обнаружения рентгеновского излучения для обнаружения рентгеновского излучения, которое испускается из генерирующего рентгеновское излучение аппарата и проходит через субъект; и

систему управления для полного управления генерирующим рентгеновское излучение аппаратом и устройством обнаружения рентгеновского излучения.