特許 6202317 Ｘ線発生装置及びＸ線照射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6202317

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】Ｘ線発生装置及びＸ線照射装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 35/06 20060101AFI20170914BHJP

   H01J 35/08 20060101ALI20170914BHJP

   H01J 35/14 20060101ALI20170914BHJP

   G21K 1/00 20060101ALI20170914BHJP

   G21K 5/02 20060101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   H01J35/06 B

   H01J35/06 H

   H01J35/08 C

   H01J35/14

   G21K1/00 E

   G21K5/02 X

【請求項の数】12

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-218158(P2013-218158)

(22)【出願日】2013年10月21日

(65)【公開番号】特開2015-82349(P2015-82349A)

(43)【公開日】2015年4月27日

【審査請求日】2016年7月29日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、独立行政法人科学技術振興機構復興促進プログラム（マッチング促進）「産業用Ｘ線照射装置の大線量冷陰極Ｘ線管の開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 英俊

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 良一

【審査官】 杉田 翠

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６４−０２１８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３７５１７０１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−０１３４５４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−２５５０８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ３５／００−３５／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターゲットに電子ビームを照射して仮想軸線に沿ってコーン状にＸ線を発生させるＸ線発生装置であって、
前記電子ビームの照射を受ける照射面を有し前記照射面の法線を前記仮想軸線と平行に配置させたターゲットと、
前記ターゲットから前記仮想軸線に沿って離間した位置にあって前記仮想軸線を軸線にして配置され、外周縁に沿って電子遮蔽部材を与えられ且つ前記ターゲットに向けられた電子放出面から電子ビームを放出するリング状電子源と、
前記仮想軸線に沿って前記ターゲットと前記リング状電子源との間に位置し、前記仮想軸線を軸線にして配置され、前記リング状電子源からの前記電子ビームを収束させて前記ターゲットに仕向けるガイドリングと、を含むことを特徴とするＸ線発生装置。

【請求項2】

前記ターゲット、前記ガイドリング、前記リング状電子源の前記軸線に沿った相対距離を変更可能としたことを特徴とする請求項１記載のＸ線発生装置。

【請求項3】

前記リング状電子源の前記電子放出面から前記電子ビームの放出方向に離間させて電子引出グリッドを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線発生装置。

【請求項4】

前記リング状電子源の前記電子放出面に電界により電子を放出する電子放出膜を与えたことを特徴とする請求項１乃至３のうちの１つに記載のＸ線発生装置。

【請求項5】

前記電子放出膜は、針状炭素からなることを特徴とする請求項４記載のＸ線発生装置。

【請求項6】

前記電子放出面に凹凸形状を与えたことを特徴とする請求項４記載のＸ線発生装置。

【請求項7】

ターゲットに電子ビームを照射して仮想軸線に沿ってコーン状にＸ線を発生させるＸ線発生装置を複数並置したＸ線照射装置であって、
前記Ｘ線発生装置は、
前記電子ビームの照射を受ける照射面を有し前記照射面の法線を前記仮想軸線と平行に配置させたターゲットと、
前記ターゲットから前記仮想軸線に沿って離間した位置にあって前記仮想軸線を軸線にして配置され、外周縁に沿って電子遮蔽部材を与えられ且つ前記ターゲットに向けられた電子放出面から電子ビームを放出するリング状電子源と、
前記仮想軸線に沿って前記ターゲットと前記リング状電子源との間に位置し、前記仮想軸線を軸線にして配置され、前記リング状電子源からの前記電子ビームを収束させて前記ターゲットに仕向けるガイドリングと、
を含むことを特徴とするＸ線照射装置。

【請求項8】

前記ターゲット、前記ガイドリング、前記リング状電子源の前記軸線に沿った相対距離を変更可能としたことを特徴とする請求項７記載のＸ線照射装置。

【請求項9】

前記リング状電子源の前記電子放出面から前記電子ビームの放出方向に離間させて電子引出グリッドを設けたことを特徴とする請求項７又は８に記載のＸ線照射装置。

【請求項10】

前記リング状電子源の前記電子放出面に電界により電子を放出する電子放出膜を与えたことを特徴とする請求項７乃至９のうちの１つに記載のするＸ線照射装置。

【請求項11】

前記電子放出膜は、針状炭素からなることを特徴とする請求項１０記載のＸ線照射装置。

【請求項12】

前記電子放出面に凹凸形状を与えたことを特徴とする請求項１０記載のＸ線照射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ターゲットに電子ビームを照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置及びこれを用いたＸ線照射装置に関し、特に、リング状の電子源を用いた小型のＸ線発生装置及びこれを用いた大面積を高い照射線量で照射可能なＸ線照射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

Ｘ線を利用した各種の検査装置や照射装置に用いられるＸ線源であるＸ線発生装置（Ｘ線管）では、タングステンなどからなるターゲットに電子ビームを照射してＸ線を発生させている。従来の典型的なＸ線発生装置では、Ｘ線の放出方向である軸線に対して斜めにターゲットを配置してその側方に電子ビームを発生させる電子源を配置した、いわゆる「非軸対称」の構成を採用している。一方、軸線上にターゲットとリング状の電子源とを同軸に配置した、いわゆる「軸対称」の構成を採用したＸ線発生装置も知られている。かかる「軸対称」の構成では、装置を小型化できるとともに、回転対称の部品を多用できるので製造コストを削減できるとされる。

【0003】

例えば、特許文献１では、棒状の陽極（棒状ターゲット）とリング状の陰極（リング状電子源）とをＸ線の放出方向である軸線に沿って同軸に配置し、「軸対称」としたＸ線発生装置が開示されている。詳細には、棒状陽極は錐形の先端部を有し、リング状陰極が該棒状陽極の錐形先端部を同心且つ環状に囲むように配置されている。リング状電極の内側面上には遮蔽部材が設けられていて、リング状電極の内側面から放出される電子ビームを棒状陽極の錐形先端部斜面に選択的に導くようになっている。電子ビームの照射を受けた棒状陽極の錐形先端部斜面ではＸ線が発生し、軸線上に設けられたＸ線導出窓で直進性を高められて装置外部へ放出されるのである。

【0004】

また、特許文献２でも、環状ウェネルト電極を用いた「軸対称」の構成のＸ線発生装置を開示している。詳細には、丸棒状陽極は、先端に向かうにつれて断面寸法を漸減させるテーパー部を有し、その先端面にはターゲットを与えられている。環状ウェネルト電極は、丸棒状陽極の径外方向において該丸棒状陽極と略同軸に配置され、丸棒状陽極のテーパー部と平行に対向するテーパー部を与えられている。更に、陰極フィラメントは、ウェネルト電極の径外方向において該ウェネルト電極と略同軸に配置されている。陰極フィラメントからの電子ビームはターゲット上に略円形に収束し、軸線に沿ってＸ線を放出させるのである。

【0005】

更に、特許文献３では、Ｘ線の放出方向である軸線に沿って平板ターゲット（陽極）とリング状電子源（陰極）とを離間して配置した「軸対称」の構成のＸ線発生装置を開示している。詳細には、集束・偏向用リング電極の一対についてリング状電子源を軸線方向に挟んで同軸に配置し、そのリング状内側先端部をリング状電子源の内部方向へ挿入するように屈曲させている。ターゲットとリング状電子源との間に電圧を印加すると、リング状電子源の内側面から電子ビームが放出されて集束・偏向用リング電極によってターゲットの表面に形成されたＶ字型溝に照射されてＸ線を発生させる。かかるＸ線は、リング状電子源、集束・偏向用リング電極の内部を通って軸線方向に取り出されるのである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−２８８１５９号公報

【特許文献2】特開２０１０−３３９９２号公報

【特許文献3】特開昭６４−２１８４９号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１及び２のＸ線発生装置では、ターゲット（陽極）をリング状電子源（陰極）の内部に配置しているため、Ｘ線の照射線量を高めるべく陽極と陰極との間の電圧を高くしようとすると、リング状陰極の内径を大きくして絶縁を確保する必要がある。すなわち、Ｘ線発生装置が大型化、特に、装置側方の寸法を大きくしてしまう。一方、特許文献３のＸ線発生装置では、かかる場合にターゲット（陽極）とリング状電子源（陰極）とを軸線方向に沿って距離を大きくすればよく、少なくとも、Ｘ線発生装置がその側方に大型化することはない。しかし、リング状電子源の電子放出面である内壁（内側面）の内側に引出電極やフォーカス電極などが配置されていることから、Ｘ線の取り出し角度（面積）を広げることが困難である。

【0008】

本発明は、上記したような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、小型でありながら大なる出力を得られるとともに低コストであるＸ線発生装置を提供し、更に、これを用いて大面積を照射可能とするＸ線照射装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明によるＸ線発生装置は、ターゲットに電子ビームを照射して仮想軸線に沿ってコーン状にＸ線を発生させるＸ線発生装置であって、前記電子ビームの照射を受ける照射面を有し前記照射面の法線を前記仮想軸線と平行に配置させたターゲットと、前記ターゲットから前記仮想軸線に沿って離間した位置にあって前記仮想軸線を軸線にして配置され、前記ターゲットに向けた電子放出面から電子ビームを放出するリング状電子源と、前記仮想軸線に沿って前記ターゲットと前記リング状電子源との間に位置し、前記仮想軸線を軸線にして配置され、前記リング状電子源からの前記電子ビームを収束させて前記ターゲットに仕向けるガイドリングと、を含むことを特徴とする。

【0010】

かかる発明によれば、軸対称のターゲット、リング状電子源、及び、ガイドリングを仮想軸線上に同軸に互いに離間させて配置し、装置を小型化、特に、その側方の寸法をコンパクトにできる。また、ターゲットとリング状電子源との間の印加電圧を高めようとする場合にあっても、ターゲットとリング状電子源との離間距離を大きくすることで絶縁を確保でき、装置を少なくとも側方に大きくすることはない。また、リング状電子源の内側面から電子ビームを放出する場合には該内側面近傍にグリッド（引出電極）やフォーカス電極などを設ける必要があったが、リング状電子源のターゲットに向けた面から電子ビームを放出するため、かかる制約がなく、Ｘ線の取り出し角度（面積）をより広くできる。つまり、小型でありながら高い効率で大なる出力を得られるとともに、低コストであるＸ線発生装置を提供できる。

【0011】

上記した発明において、前記ターゲット、前記ガイドリング、前記リング状電子源の前記軸線に沿った相対距離を変更可能としたことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、電子ビームの制御を一軸の駆動機構で行うことができて、装置を大型化することなく、特に側方に大きくすることなく、低コストで制御できるのである。

【0012】

上記した発明において、前記リング状電子源の前記電子放出面の外周縁に沿って電子遮蔽部材を与えたことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、軸線中心方向に電子ビームを収束させ、電力消費ロスを低減できるのである。

【0013】

上記した発明において、前記リング状電子源の前記電子放出面から前記電子ビームの放出方向に離間させて電子引出グリッドを設けたことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、出力電流と電圧を独立して調整できるのである。

【0014】

上記した発明において、前記リング状電子源の前記電子放出面に電界により電子を放出する電子放出膜を与えたことを特徴としてもよい。また、前記電子放出膜は、針状炭素からなることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、例えば、熱電子放出型電子源のような予熱を不要とし、低い消費電力で電子を放出させ得るのである。

【0015】

上記した発明において、前記リング状電子源の前記電子放出面に凹凸形状を与えたことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、より低い電圧で電子を放出させ得るのである。

【0016】

本発明によるＸ線照射装置は、ターゲットに電子ビームを照射して仮想軸線に沿ってコーン状にＸ線を発生させるＸ線発生装置を複数並置したＸ線照射装置であって、前記Ｘ線発生装置は、前記電子ビームの照射を受ける照射面を有し前記照射面の法線を前記仮想軸線と平行に配置させたターゲットと、前記ターゲットから前記仮想軸線に沿って離間した位置にあって前記仮想軸線を軸線にして配置され、前記ターゲットに向けた電子放出面から電子ビームを放出するリング状電子源と、前記仮想軸線に沿って前記ターゲットと前記リング状電子源との間に位置し、前記仮想軸線を軸線にして配置され、前記リング状電子源からの前記電子ビームを収束させて前記ターゲットに仕向けるガイドリングと、を含むことを特徴とする。

【0017】

かかる発明によれば、特に、側方の寸法をコンパクトにしたＸ線発生装置を複数並置するので同じ面積に密に収容でき、しかも側方の寸法を維持したまま高い印加電圧を得られるから、高い出力で且つ高い効率で大面積を照射可能となるのである。また、面積あたりのＸ線発生装置の数を多くすることで、１つのＸ線発生装置における出力負荷、特に、ターゲットの損傷を抑制し、Ｘ線照射装置の寿命を延長できるのである。更に、Ｘ線発生装置は、ターゲットへの電子ビームの入射方向とＸ線の放出方向とをほぼ同軸にできるので、ターゲットの背面から容易にターゲットを冷却可能であるとともに、高圧電源を初めとする各種機器の収容をターゲットの背面に容易にできるのである。

【0018】

上記した発明において、前記ターゲット、前記ガイドリング、前記リング状電子源の前記軸線に沿った相対距離を変更可能としたことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、各Ｘ線発生装置の電子ビームの制御を一軸の駆動機構で行うことができて、Ｘ線発生装置を複数並置したＸ線照射装置であっても、電子ビームの制御を低コストでできるのである。

【0019】

上記した発明において、前記リング状電子源の前記電子放出面の外周縁に沿って電子遮蔽部材を与えたことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、各Ｘ線発生装置を小型でありながら電力消費ロスを低減し、大なる出力とできるから、Ｘ線発生装置を複数並置したＸ線照射装置であっても、高い効率を得られるのである。

【0020】

上記した発明において、前記リング状電子源の前記電子放出面から前記電子ビームの放出方向に離間させて電子引出グリッドを設けたことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、各Ｘ線発生装置において出力電流と電圧を独立して調整できるのである。

【0021】

上記した発明において、前記リング状電子源の前記電子放出面に電界により電子を放出する電子放出膜を与えたことを特徴としてもよい。また、前記電子放出膜は、針状炭素からなることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、例えば、熱電子放出型電子源のような予熱を不要とし、低い消費電力で電子を放出させ得るのである。

【0022】

上記した発明において、前記リング状電子源の前記電子放出面に凹凸形状を与えたことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、より低い電圧で電子を放出させ得るのである。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明によるＸ線発生装置の斜視図である。

【図2】本発明によるＸ線発生装置の断面図である。

【図3】本発明によるＸ線発生装置の電子ビームのシミュレーション結果を示す図である。

【図4】本発明によるＸ線発生装置の断面図である。

【図5】本発明によるＸ線発生装置の電子ビームのシミュレーション結果を示す図である。

【図6】本発明によるＸ線発生装置の要部の断面図である。

【図7】図６に示すリング状電子源における電界強度分布の計算結果を示すグラフである。

【図8】本発明によるＸ線発生装置の断面図である。

【図9】本発明によるＸ線照射装置の図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に、本発明による１つの実施例としてのＸ線発生装置について、図１乃至図３を用いて説明する。

【0025】

図１に示すように、Ｘ線発生装置１は、Ｘ線の放出方向（矢印Ｓ）に平行な仮想軸線Ｐに沿って、リング状電子源２、リング状のガイドリング３、ターゲット４をそれぞれ同軸配置した構造を有している。リング状電子源２及びガイドリング３の中心軸は仮想軸線Ｐと一致し、ターゲット４の電子線照射面４ａの法線は仮想軸線Ｐと平行である。また、図示しない駆動機構によって、仮想軸線Ｐに沿ったリング状電子源２、ガイドリング３、ターゲット４の相対距離を変更可能である。

【0026】

リング状電子源２は、陰極であって、後述するような図示しない電子線遮蔽部材を表面に与えられて、電子ビーム放出面２ａから仮想軸線Ｐに沿ってＸ線の放出方向（矢印Ｓ）と逆方向に向けて電子ビームＥを放出する。なお、電子放出面２ａには電界により電子を放出する電子放出膜を与えることが好ましい。

【0027】

ガイドリング３は、リング状電子源２とターゲット４との間に位置し、リング状電子源２の電子ビーム放出面２ａからの電子ビームＥを仮想軸線Ｐに沿って集束させる。

【0028】

ターゲット４は、Ｗ（タングステン）などの所定の金属からなり、電子線照射面４ａをリング状電子源２の電子ビーム放出面２ａに対向させている。

【0029】

図２を併せて参照すると、リング状電子源２とガイドリング３、ターゲット４の各々の間隔は放電開始距離以上、すなわち、互いに絶縁されている。ターゲット４の電圧Ｖ_Tを正電圧（０＜Ｖ_T）、及び、リング状電子源２の電圧Ｖ_Rを接地若しくは負電圧（Ｖ_R≦０）にするとともに、ガイドリング３の電圧Ｖ_Gをリング状電子源２とターゲット４との印加電圧の間の電圧（Ｖ_R＜Ｖ_G＜Ｖ_T）とする。電圧の印加によって生じた電界によってリング状電子源２の電子ビーム放出面２ａから電子ビームＥが放出される。ここで電子ビームＥのエネルギーは、リング状電子源２の電圧Ｖ_Rとターゲット４の電圧Ｖ_Tの差Ｖ_R-T＝Ｖ_R−Ｖ_Tに依存する。

【0030】

また、ガイドリング３は、電子ビームＥを収束させ、これをターゲット４の電子線照射面４ａに照射させる。かかる収束された電子ビームＥは、ターゲット４の電子線照射面４ａでＸ線を発生させ、リング状電子源２の中心の開口部から仮想軸線Ｐに沿って取り出される（矢印Ｓ）。

【0031】

なお、Ｘ線を取り出し可能な最大角度θは、リング状電子源２とターゲット４の間の距離Ｌ_R-Tとリング状電子源２の内径（半径Ｒ₁）によって、
θ＝ｔａｎ^-1(Ｒ₁／Ｌ_R-T)
として決定される。つまり、同一の内径を有するリング状電子源２では、距離Ｌ_R-Tが小さいほど、Ｘ線の取り出し角度は大きくなるのである。

【0032】

ここで、ターゲット４は電子ビームＥの照射を受けると、Ｘ線を出射するとともに余剰エネルギーを熱として発生させる。かかる熱はターゲット４の温度を上昇させる。しかし、ターゲット４は電子線照射面４ａと反対側の背面４ｂから冷却できるので、Ｘ線の出射に影響を与えることなく冷却部を設け得るのである。つまり、Ｘ線発生装置１では、被照射物との距離を近接させることが出来るから、大線量のＸ線を被照射物に照射でき、効率的に広範囲に均一且つ所定線量の照射ができるのである。

【0033】

図３には、上記したＸ線発生装置１において、ガイドリング３及びターゲット４に電圧を印加したときの電子線Ｅの放出シミュレーションの結果を示した。ここで、リング状電子源２を接地し、これに対してガイドリング３を５ｋＶ、ターゲット４を図３（ａ）では１５０ｋＶに、図３（ｂ）では３００ｋＶの各電圧にした。

【0034】

リング状電子源２、ガイドリング３、ターゲット４の間に印加する電圧、特に、ターゲット４の電圧を高くするには、リング状電子源２、ガイドリング３、ターゲット４の各電極間の距離を仮想軸線Ｐ方向に沿ってより離間させるようにして絶縁を確保する必要がある。図３（ａ）と図３（ｂ）とを比較して分かるように、電圧を高くしても仮想軸線Ｐ方向に沿ってリング状電子源２、ガイドリング３、ターゲット４の間隔を大きくすることで絶縁が確保されていることが分かる。かかる絶縁方法により、リング状電子源２の電子ビーム放出面２ａ（図２参照）には、数ＭＶ／ｍの電界を印加でき、放出された電子ビームはターゲット４で焦点を有するＸ線源とできるのである。

【0035】

続いて、本発明による他の実施例としてのＸ線発生装置について、図４乃至図８を用いて説明する。

【0036】

図４には、他の実施例としてのＸ線発生装置１１を示した。ここでは、リング状電子源２の電子ビーム放出面２ａに電界によって電子を放出する膜、例えば、針状炭素を与えた針状炭素膜を与え、且つ、電子引出用のグリッド６をリング状電子源２の電子ビーム放出面２ａに対向するように与えている。これによれば、電子ビーム放出面２ａからの出力電流は、ガイドリング３及びターゲット４の電圧に依存せずに制御できる。ここで、グリッド６に印加する電圧Ｖ_gはリング状電子源２とガイドリング３に印加する電圧の間の電圧（Ｖ_R＜Ｖ_g≦Ｖ_G）とする。リング状電子源２とグリッド６間に印加する電圧差（Ｖ_R-g）により出力電流が調整可能である。グリッド６には、リング状電子源２とグリッド６との間の距離Ｌ_R-gよりも間隔の狭いメッシュを用いる。

【0037】

また、グリッド６と平行な電子ビーム放出面２ａを大きくした場合にあっては、グリッド６を配置したことによって電子ビーム放出面２ａに印加される電界は一様となって、電子ビーム放出面２ａの全域に亘って均一な密度の電子ビームが放出されるのである。このため、電子ビーム放出面２ａを大きくすることで出力電流は、電子ビーム放出面２ａ上における電流密度（Ａ／ｍ²）と電子放出面積に伴い増加し、高出力のＸ線発生装置を構成できる。

【0038】

逆に、所定の出力電流を大きくするにあたって、電子放出面積を大きくすることで可能であるから、電子ビーム放出面２ａにおける電流密度を低く抑えることができる。故に、リング状電子源２の寿命を延ばすことができる。なお、電子放出面積を増加させるには、リング状電子源２の開口部を小さくすることになる。ここで、Ｘ線照射面積は、リング状電子源２とターゲット４間距離Ｌ_1-4、リング状電子源２の厚さｔ₁及びリング状電子源２の開口部の半径Ｒ₁によって制限される。Ｘ線の照射半径Ｒは、ターゲット４と照射対象位置間の距離Ｌに依存し、
Ｒ＝Ｒ₁Ｌ／(Ｌ_1-4＋ｔ₁)
Ｘ線の出射角θは、
θ＝Ｔａｎ^-1［Ｒ₁／(Ｌ_1-4＋ｔ₁)］
でそれぞれ与えられる。これによれば、リング状電子源２の厚さｔ₁＝４.５ｍｍ、及び、開口部半径(内径)Ｒ₁＝１２.５ｍｍ、リング状電子源２とターゲット４の間の距離Ｌ_R-T＝３０ｍｍとすると、Ｘ線出射角θは上記した式より±２０度となり、ターゲット４から１００ｍｍ離間した位置において、Φ７２.５ｍｍのＸ線が得られる。

【0039】

ここで、電子ビーム放出面２ａを大きくする際に、リング状電子源２の電子ビーム放出面２ａの外周縁部に沿ってリング状の電子遮蔽部材５を取り付けることが好ましい。かかる場合、電子ビーム放出面２ａの外周近傍からの電子放出を抑止するとともに、ガイドリング３の方向へ向けて放出される電子を抑制し、電力消費ロスを低減できるのである。また、電子ビーム放出面２ａの内周部に曲面を設けることで、内周部に集中した電界が付加されることを抑制し、リング状電子源２とグリッド６との間の放電を抑制することが好ましい。

【0040】

図５には、上記したＸ線発生装置１１において、ガイドリング３及びターゲット４に併せてグリッド６に電圧を印加した際の電子放出シミュレーションの結果を示した。ここでは、リング状電子源２の内周部に曲面を設けている。グリッド６とガイドリング３には５ｋＶ、ターゲット４には１５０ｋＶの電圧をそれぞれ印加した。グリッド６はターゲット４の電圧Ｖ_Tによるリング状電子源２への寄与を遮蔽している。つまり、ターゲット４の電圧Ｖ_Tに依存せずに、リング状電子源２とグリッド６との間に印加される電圧差Ｖ_R-g及びリング状電子源２とグリッド６との間の距離Ｌ_R-gによって出力電流を調整できるのである。

【0041】

また、電子ビーム放出面２ａの外周周辺において、電子遮蔽部材５はフォーカスレンズとして働き、電子ビームＥの出射方向を決定している。電子遮蔽部材５の先端の曲面部は、電子ビーム放出面２ａに対してフラットにすると、電子ビーム放出面２ａの垂直方向に電子ビームが出射され、グリッド６の方向に突き出す構造とすることで電子ビームＥは中心軸方向へ傾けることができる。

【0042】

また、リング状電子源２とグリッド６との間の電圧差Ｖ_R-g、及び、グリッド６とターゲット４との間の電圧差Ｖ_g-Tの比（Ｖ_R-g／Ｖ_g-T）が大きくなるに従って、焦点サイズを小さくすることが可能である。

【0043】

図６には、上記したＸ線発生装置１１におけるリング状電子源２の例を示した。図６（ａ）は電子ビーム放出面２ａの形状を平坦面としたとき、及び、図６（ｂ）は、電子ビーム放出面２ａの形状を櫛歯状の凹凸面としたときである。また、図７には、この２つの場合の電子ビーム放出面２ａのＸ軸に沿った電界強度の計算結果を示した。電子ビーム放出面２ａの形状を凹凸面とすることで、電子ビーム放出面２ａから電子を放出させる際に必要な印加電圧を低くしようとするものである。

【0044】

つまり、図７の破線Ａに示すように、電子ビーム放出面２ａが平坦のとき（図６（ａ）参照）、リング状電子源２の内周部及び外周部周辺の曲面を除き、電界強度は電子ビーム放出面２ａ全体にほぼ均一に与えられている。一方、図７の実線Ｂに示すように、電子ビーム放出面２ａが凹凸形状のとき（図６（ｂ）参照）、電界は凸部に集中し、電界強度は凸部で強調され、平坦面における電界強度よりも強くなる。つまり、凹凸を与えた方が電子を放出させる際に必要な電圧は低くなり、リング状電子源２とグリッド６との間の電圧差Ｖ_R-gを小さくできる。電圧を低くできることで、電子遮蔽部材５とグリッド６間における放電の可能性を低く抑えることが出来る。

【0045】

更に、図８には、他の実施例としてのＸ線発生装置２１を示した。開口部を狭めたリング状電子源２’がＸ線を通過させる際にスリットとしての役割を負う。リング状電子源２’には、典型的には数ｍｍ程度の厚みを与え、リング状電子源２’の厚さと開口部径との相関関係により、これだけでも平行Ｘ線ビームＳ’を得ることができる。また、リング状電子源２’の開口部周辺においてスリット８を更に設け、２段のスリット構造とすることで厳密に平行なＸ線ビームＳ’とすることも可能である。

【0046】

以上述べてきたように、本実施例のＸ線発生装置１（１１，２１）では、リング状電子源２、リング状のガイドリング３、軸対称のターゲット４などの回転対称の部品から構成されており、小型でありながら製造をより容易にでき得る。また、大型化することなく、高い電圧を印加できて、高い効率で大なるＸ線照射線量を得ることができる。更に、ターゲット４に印加される電圧制御部をＸ線放出方向の背面側に設置できて、近接して被照射部材にＸ線を照射することが可能となる。付随して、ターゲット４の背面の空間自由度が高いから、例えば、冷却部３２の容量を大きくできて、ターゲット４で発生した熱を効率的に除去できる。また、リング状電子源２の内径（開口部）よりも内側に電極を設ける必要がなく、Ｘ線の取り出し角度（面積）を大きくできる。

【0047】

次に、本発明による１つの実施例としてのＸ線照射装置について、図９を用いて説明する。

【0048】

図９に示すように、Ｘ線照射装置３１は、上記したような、Ｘ線放出方向である仮想軸線Ｐについて回転対称であるＸ線発生装置１（１１，２１）を複数並置させて構成される。つまり、Ｘ線発生装置１（１１，２１）は仮想軸線Ｐを有するため、複数個を仮想軸線Ｐについて平行になるように配置することで、１個のＸ線発生装置１（１１，２１）により出射されるＸ線を面に亘って重ねて、大面積且つ大線量の照射を可能とするのである。

【0049】

ところで、ターゲット４に入射する電子ビームＥの電流を大きくすることでＸ線の線量を高め得るが、そのエネルギーの大部分はターゲット４に熱として残存するため、ターゲット４が融点を超えるような電子ビームＥの電流値まで大きくすることはできない。従来、１つのＸ線発生装置１（１１，２１）の電子ビームＥの電流を大きくしてＸ線の照射線量を高めるには、大きな冷却機構が必要になる。ところが、本実施例では、生じていた熱を各Ｘ線発生装置１に分散し、効率的に熱を拡散せしめるから、簡便な冷却機構を与えるだけでよいのである。

【0050】

また、本実施例では、上記したように、Ｘ線発生装置１（１１，２１）のターゲット４がＸ線放出方向と反対側にあるため、かかるＸ線発生装置１（１１，２１）の背面に冷却機構３２を大きな制約なしに設けることができる。同様に、ターゲット４の図示しない高電圧制御部も大きな制約なしに設け得る。つまり、低コスト且つ小型で大線量照射が可能なＸ線照射装置３１を得られるのである。

【0051】

本実施例のＸ線照射装置３１では、複数個のＸ線発生装置１（１１，２１）を密に並べて得られ、大面積を高い照射線量で照射できるのである。これは、非破壊検査などの分野で利用でき、例えば、食品分野における発芽防止や殺菌、滅菌においては、０.０３〜５０ｋＧｙ程度の大線量の照射源として利用でき得るのである。

【0052】

以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

【符号の説明】

【0053】

１，１１，２１ Ｘ線発生装置
２ リング状電子源
２ａ 電子ビーム放出面
３ ガイドリング
４ ターゲット
４ａ 電子線照射面
５ 電子線遮蔽部材
６ グリッド
３１ Ｘ線照射装置
Ｅ 電子ビーム
Ｐ 仮想軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】