阅读说明：本技术 冷阴极型x射线管及其控制方法 (Cold cathode X-ray tube and control method thereof ) 是由 监物秀宪 于 2019-01-29 设计创作，主要内容包括：提供冷阴极型X射线管,通过防止阳极电流随时间的降低,能够长时间地进行稳定驱动。冷阴极型X射线管(1)具有：电子发射部(10),其包含使用了冷阴极的电子发射元件；阳极部(11),其与电子发射部(10)对置地配置；靶(12),其配置于阳极部(11)的表面的一部分；壳体(15),其在内部配置有电子发射部(10)、阳极部(11)以及靶(12)；以及氢产生部(14),其由当与电子碰撞时会产生氢的材料构成,并且配置于存在于壳体(15)的内部的表面中的除靶(12)的表面以外的部分。(Provided is a cold cathode X-ray tube which can be stably driven for a long time by preventing a decrease in anode current with time. A cold cathode X-ray tube (1) is provided with: an electron emission unit (10) including an electron emission element using a cold cathode; an anode section (11) disposed opposite the electron emission section (10); a target (12) disposed on a part of the surface of the anode section (11); a case (15) in which an electron emitting unit (10), an anode unit (11), and a target (12) are disposed; and a hydrogen generation unit (14) which is made of a material that generates hydrogen when it collides with electrons and is disposed in a portion other than the surface of the target (12) in the surface inside the housing (15).)

冷阴极型X射线管及其控制方法

技术领域

本发明涉及冷阴极型X射线管及其控制方法。

背景技术

现有的X射线管使用灯丝作为电子发射元件，将从该灯丝发出的热电子作为电子源。与此相对，近年来，也提出了几种使用冷阴极作为电子发射元件的X射线管(冷阴极型X射线管)(例如，专利文献1～3)。

冷阴极型X射线管与使用灯丝作为电子发射元件的X射线管相比较，具有电子发射量容易受到阴极表面状态的影响的性质。因此，在现有的冷阴极型X射线管中存在如下问题：例如因在X射线管的动作中产生的气体而导致真空度降低，其结果为，阴极的表面状态发生变化，由此有时存在阳极电流会随时间降低的情况。作为用于应对该问题的方法，公知有逐渐提高引出电压的方法(例如，非专利文献1，2)。

另外，虽然是场致发射显示器的例子，在非专利文献3中记载了如下的内容：在使用利用了尖端(spindt)型的Mo材料的冷阴极阵列的情况下，在处于动作中的真空管内产生氧化性气体，其结果为，产生阳极电流随时间的降低。另外，在非专利文献4中记载了氢气对于防止这样的阳极电流降低是有效的情况。在非专利文献4所记载的技术中，在从阴极向阳极的电子(一次电子)流中配置有金属氢化物，利用了在电子与金属氢化物碰撞时所产生的氢气。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国特许第7778391号说明书

专利文献2：美国特许第7809114号说明书

专利文献3：美国特许第7826595号说明书

非专利文献

非专利文献1：IVNC2013 P15 Stable，High Current Density Carbon NanotubeField Emission Devices(D.Smith et.al)、Proc.Of SPIE Vol.7622 76225M-1Distributed source X-ray technology for Tomosynthesis imaging(F.Sprenger，et.al)

非专利文献2：Proc.Of SPIE Vol.7622 76225M-1Distributed source X-raytechnology for Tomosynthesis imaging(F.Sprenger，et.al)

非专利文献3：J Vac.Sci.Technol.B 16,2859(1998)Effect of 02on theelectron emission characteristics of active molybdenum field emission cathodearrays(B.Chalamala,et.al)

非专利文献4：J Vac.Sci.Technol.B 21，1187(2003)Gas-induced currentdecay of molybdenum field emitter arrays(R.Reuss，et.al)

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述现有的技术中，难以充分地抑制在冷阴极型X射线管中产生的阳极电流随时间的降低。即，对于首先逐渐提高引出电压的方法，如果引出电压变得过大，则会发生放电，因此无法充分地抵消阳极电流随时间的降低。另外，对于利用氢气的方法，为了在从阴极向阳极的电子(一次电子)流中配置金属氢化物，需要在靶上涂覆金属氢化物这一点成为难点，这样是无法直接应用于冷阴极型X射线管的。以下，对该点进行详细说明。

在X射线管的情况下，在阳极表面中的与从阴极向阳极的电子(一次电子)流直接碰撞的部分配置有作为X射线的产生源的靶。因此，为了在从阴极向阳极的电子(一次电子)流中配置金属氢化物，需要对靶实施金属氢化物的涂覆。

但是，对于靶是需要进行高温的烘烤处理的，如果进行这样的烘烤处理，则氢会从金属氢化物脱离，因此难以以产生氢气为目的对靶实施金属氢化物的涂覆。另外，由于靶在X射线管动作时也成为高温，因此即使假设能够以金属氢化物进行涂覆，也会由于动作中的高温而在金属氢化物中产生膜剥离或裂纹，无法起到作为氢气提供源的作用。

因此，本发明的目的在于，提供如下冷阴极型X射线管：通过防止阳极电流随时间的降低而能够长时间地进行稳定驱动。

用于解决课题的手段

本发明的冷阴极型X射线管具有：电子发射部，其包含使用了冷阴极的电子发射元件；阳极部，其与所述电子发射部对置地配置；靶，其配置于所述阳极部的表面的一部分；壳体，其在内部配置有所述电子发射部、所述阳极部以及所述靶；以及氢产生部，其由当与电子碰撞时会产生氢的材料构成，并且配置于存在于所述壳体的内部的表面中的除所述靶的表面以外的部分。

发明效果

在冷阴极型X射线管中，在阳极表面中的与从阴极朝向阳极的电子流直接碰撞的部分以外(包含存在于壳体的内部的其他表面)的部分还会与散射的电子发生碰撞，因此根据本发明，尽管是在靶的表面以外的部分配置氢产生部的，也能够在X射线管进行动作时产生氢气。因此，由于防止了阳极电流随时间的降低，因此能够提供能够长时间地进行稳定驱动的冷阴极型X射线管。

附图说明

图1的(a)是本发明的实施方式的冷阴极型X射线管1的示意性的剖视图，图1的(b)是电子发射部10的示意性的剖视图。

图2是示意性地示出冷阴极型X射线管的阳极电流的时间变化的图。

图3是本发明的实施方式的第1变形例的冷阴极型X射线管1的示意性的剖视图。

图4是本发明的实施方式的第2变形例的冷阴极型X射线管1的示意性的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1的(a)是本发明的实施方式的冷阴极型X射线管1的示意性的剖视图。如该图所示，X射线管1具有在壳体15的内部配置有电子发射部10、阳极部11、靶12、聚焦构造13以及氢产生部14的构造。在该图中也图示了X射线管1的控制装置2。

壳体15是由玻璃、陶瓷以及不锈钢中的任意一种构成的密封部件。虽然未图示，但在壳体15上设置有阀，根据需要而通过该阀进行壳体15的内部的排气和向壳体15的内部的气体注入。例如，在通过控制装置2的控制而使冷阴极型X射线管1动作之前，通过使用真空泵对壳体15的内部进行排气而形成真空状态，另一方面，通过将氢气或氢气与氮气的混合气体注入到壳体15的内部，使氢气吸附于氢产生部14。这是用于从氢产生部14恰当地产生氢气的处理。

图1的(b)是电子发射部10的示意性的剖视图。如该图所示，电子发射部10构成为具有：阴极部20；多个电子发射元件21，它们配置于阴极部20的上表面；以及栅电极22，其具有配置成矩阵状的多个开口部22h。多个电子发射元件21分别是尖端(spindt)型的冷阴极，在开口部22h内各配置有一个。各电子发射元件21的上端位于开口部22h内。从控制装置2向阴极部20提供接地电位GND，从控制装置2向栅电极22提供栅极电压Vg。

阳极部11是具有与电子发射部10对置地配置的阳极面11a的金属部件，具体而言，阳极部11由铜(Cu)构成。阳极部11与电源P的正极侧端子连接，因此，在图1的(b)所示的栅电极22接通的情况下，从电源P经由阳极部11、电子发射部10以及阴极部20而流过电流(阳极电流)。此时，从图1的(b)所示的各电子发射元件21发射多个电子(一次电子)。这些电子与阳极面11a碰撞，通过阳极部11内而被电源P吸收。如图1的(a)所示，阳极面11a形成为相对于电子的移动方向(在附图上为从左向右的方向)倾斜。

靶12是由接收电子而产生X射线的材料构成的部件，配置成覆盖阳极面11a中的与从各电子发射元件21发射的电子直接碰撞的部分。由于靶12配置在阳极面11a上，因此与阳极面11a碰撞的多个电子的一部分或全部穿过靶12，在穿过时，在靶12内产生X射线。由于阳极面11a的倾斜，以此方式产生的X射线的放射方向朝向附图下方。

聚焦构造13是具有对从电子发射部10发射的电子的轨道进行修正的功能的构造物，配置于电子发射部10与配置于阳极面11a的靶12之间。聚焦构造13具有窗13h，从电子发射部10发射的电子穿过该窗13h而向靶12移动。从控制装置2向聚焦构造13提供聚焦电压Vf。该聚焦电压Vf起到对电子轨道的修正量进行控制的作用，该电子轨道由聚焦构造13进行修正。另外，聚焦构造13也可以分为两个以上的区域，在该情况下，通过对各区域施加不同的聚焦电压Vf，能够调整电子射线在阳极面11a上的焦点位置。

控制装置2是根据预先写入的程序或来自外部的指示而进行动作的处理装置，具有向阴极部20提供接地电位GND的功能、向栅电极22提供栅极电压Vg的功能以及向聚焦构造13提供聚焦电压Vf的功能。在通过控制装置2的控制而开始向栅电极22提供栅极电压Vg的情况下，X射线管1成为动作中，开始X射线的放射。

氢产生部14是由当与电子碰撞时会产生氢的材料构成的部件。作为这样的材料，具体而言，能够举出氮化硅膜(SiN)、碳化硅膜(SiC)、碳氮化硅膜(SiCN)、非晶碳膜(a-C)或者类金刚石碳膜(DLC)。

氢产生部14配置于存在于壳体15的内部的表面中的除靶12的表面以外的部分。具体而言，如图1的(a)所示，氢产生部14配置于构成阳极部11的金属的表面中的没有配置靶12的部分。另外，也可以避开构成阳极部11的金属的表面的与从电子发射部10发射的一次电子直接碰撞的部分而配置氢产生部14。

氢产生部14的形成优选通过例如等离子体CVD(Plasma-Enhanced ChemicalVapor Deposition：等离子体增强化学气相沉积)来进行。通过使用等离子体CVD，能够由覆盖对象的表面的薄膜构成氢产生部14。举例而言，例如在由类金刚石碳膜(DLC)构成氢产生部14的情况下，优选的是，使用以甲烷(CH4)为气体源的等离子体CVD，在1Pa、200℃的条件下形成1μm的薄膜，由此形成氢产生部14。

当从电子发射部10发射的一次电子与形成在阳极面11a上的靶12碰撞时，除了X射线以外，还会从靶12发射二次电子。该二次电子的至少一部分绕到靶12的后方，与阳极部11的表面碰撞。由于在阳极部11的表面配置有氢产生部14，因此通过碰撞到的电子而产生氢气。由此，调整壳体15内的气体气氛(分压)，其结果为，会防止阳极电流随时间的降低。

如以上说明的那样，根据本实施方式的冷阴极型X射线管1，由于防止了阳极电流随时间的降低，因此能够提供能够长时间地进行稳定驱动的冷阴极型X射线管。另外，根据本实施方式的冷阴极型X射线管1，由于并不是在靶12的表面形成氢产生部14，因此也能够避免氢产生部14产生膜剥离或裂纹而无法起到作为氢气提供源的作用。

图2是示意性地示出冷阴极型X射线管的阳极电流的时间变化的图。在该图中，将横轴设为时间，将纵轴设为阳极电流。该图所示的曲线C1表示本实施方式的冷阴极型X射线管1的阳极电流的变化，曲线C2表示从本实施方式的冷阴极型X射线管1去除了氢产生部14后的状态的冷阴极型X射线管的阳极电流的变化。

如图2所示，当不存在氢产生部14时，阳极电流随着时间的经过而减小，但当存在氢产生部14时，即使经过时间，也持续流动恒定的阳极电流。这样，根据本实施方式，通过设置氢产生部14，能够防止阳极电流随时间的降低。

图3是本发明的实施方式的第1变形例的冷阴极型X射线管1的示意性的剖视图。在本变形例中，不在阳极部11的表面上而在聚焦构造13的表面上配置氢产生部14。另外，如图3所示，优选不在聚焦构造13的整个表面上而仅在与电子发射部10对置的面的相反侧的面上配置氢产生部14。氢产生部14的结构材料和形成方法可以与形成于阳极部11的表面的情况相同。

根据本变形例，从电子发射部10发射的电子中的沿横向散射的电子(背散射电子)与氢产生部14碰撞。因此，与上述实施方式的情况同样地，会产生氢气，因此通过本变形例也能够防止阳极电流随时间的降低，其结果为，能够提供能够长时间地进行稳定驱动的冷阴极型X射线管。另外，也能够避免氢产生部14中产生膜剥离或裂纹而无法起到作为氢气提供源的作用。

图4是本发明的实施方式的第2变形例的冷阴极型X射线管1的示意性的剖视图。在本变形例中，不在阳极部11的表面或聚焦构造13的表面上配置氢产生部14，而是在壳体15的内壁的一部分上配置氢产生部14。具体而言，如图4所示，在壳体15中央的圆筒形部分的内壁的整周范围内形成氢产生部14。氢产生部14的结构材料和形成方法可以与形成于阳极部11的表面的情况相同。

根据本变形例，从电子发射部10发射的电子中的沿横向散射的电子(背散射电子)也与氢产生部14碰撞。因此，与上述实施方式或第1变形例的情况同样，会产生氢气，因此通过本变形例也能够防止阳极电流随时间的降低，其结果为，能够提供能够长时间地进行稳定驱动的冷阴极型X射线管。另外，也能够避免氢产生部14产生膜剥离或裂纹而无法起到作为氢气提供源的作用。

以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于这样的实施方式，本发明当然能够在不脱离其主旨的范围内以各种方式实施。

标号说明

1：冷阴极型X射线管；2：控制装置；10：电子发射部；11：阳极部；11a：阳极面；12：靶；13：聚焦构造；13h：窗；14：氢产生部；15：壳体；20：阴极部；21：电子发射元件；22：栅电极；22h：开口部；P：电源；T：晶体管。