专利名称：X射线发生器和包括该发生器的复合装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及X射线发生器。更具体地说，本实用新型涉及一种改良的小型X射线发生器。
背景技术：
出于节省空间、节能、便携性以及减小X射线所致的曝露等要求，减小X射线发生器的尺寸的研发已经得到了发展。例如已经提出了一种X射线发生器，其包括使用场发射型碳纳米管阴极的小型X射线管，以及用于向该X射线管施加高压超短脉冲的高频同轴缆线(参见专利文献I)。另外还提出了一种X射线发生器，其用从热电元件中发射的电子来照射铜片，并 从铜片中发出X射线(非专利文献I)。作为与本实用新型相关的技术，还可以参见非专利文献2。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利第3090910号公报非专利文献非专利文献I :于 2005 年 I 月 31 日在 Wiley Inter Science. DOI :10. 1002/xrs. 800中在线公开非专利文献2 :“Development of an X-ray source using a pyroelectriccrystal and a laser light，，，见 the forty-fourth X-ray analysis symposium，2008年10月18日，第21页
实用新型内容本实用新型所要解决的问题所有上述X射线发生器都达到了小型化的要求。然而，根据本实用新型的发明人的研究，它们还存在以下问题。小型X射线发生器的一种用途是癌症治疗，其中将该小型X射线发生器插入到体内并用X射线直接照射癌细胞。从该观点出发，若研究使用场发射型碳纳米管阴极的那类发生器，那么由于这类发生器需要向阴极施加高压，因此即使是使用绝缘性的同轴缆线，在治疗现场的人也会感觉到不舒适。另外，在使用热电元件的那类发生器中，热电元件安装在帕尔贴元件上，用该帕尔贴元件对热电元件进行加热，以便从该热电元件中释放出电子。因此，施加在帕尔贴元件上的电压不必是高压。然而，由于电子持续地从处于升温状态下的热电元件中发射，因此很难对X射线的产生进行开关控制。这是因为将热电元件整体冷却至电子不会发射的状态需要一定的时间。用于解决问题的方法[0017]本实用新型旨在解决上述问题。本实用新型的第一方面构成如下。S卩，一种X射线发生器，包括电子发射元件，其接受能量并发射电子；金属片，其接受从电子发射元件中发射的电子并发出X射线；以及能量供给部，其向电子发射元件供给能量。其中，能量供给部在电子发射元件中形成局部化的高能量部分。根据这样构成的第一方面的X射线发生器，形成于电子发射元件中的高能量部分是局部的。该局部化部分被活化，成为电子束发射的原因。而且，该局部化的高能量部分的能量状态可以在短时间内返回到稳态状态。因此，X射线产生的开关控制变得容易。可使用具有热电特性的材料、例如热电元件来作为电子发射元件。热电元件也称为异极晶体，并具有下述特性。也就是说，如果热电元件的温度升高或降低，则晶体内部的自发极化增大或减小，并且表面吸附电荷变得无法跟随该变化而变化。结果，电中和被破坏，并从该表面中发出电荷(电子)。作为代表性的异极晶体有LiNbO3单晶体。在该晶体内，由于正电荷(Li+，Nb5+)的重心与负电荷(02_)的重心不一致，因此即使在稳态状态下也会产生极化。由于在晶体表面吸附了等量但极性相反的电荷，因此始终为电中和。 除了上述1^他03外，也可以将LiTa03&类似物中的一种单独地或者它们中的多种并用地作为热电元件。本实用新型的发明人通过对该热电元件反复进行研究，发现了如果用紫外线来照射作为电子发射元件的热电元件，则会从该热电元件中发射电子束(第二方面)。根据本实用新型的发明人的研究可知，紫外线对热电元件的侵入深度是几十纳米。因此，被紫外线活化以具有高能量的部分仅是热电元件表面的一部分，即一局部化的部分。优选的是，紫外线的波长为300nm以下(第三方面)。这是因为具有这么短波长的紫外线大部分会被热电元件吸收，因此可以确保较高的能量转换效率。进一步优选的是，紫外线的波长为250nm以下。如上所述，热电元件的接受紫外线以具有高能量的部分是局部化的。因此，通过使紫外线为脉冲状，特别是控制脉冲的断开时间并向热电元件施加紫外线，可以始终防止高能量部分在热电元件中扩散。换言之，在热电元件中可以维持具有高能量的部分的局部化(第四方面)。因此，可以使该部分在短时间内容易地返回非高能量的状态、即稳态能量状态。据此，能够容易地进行电子发射的开关控制以及X射线发射的开关控制。脉冲的周期可以微秒或纳秒为单位。优选的是用紫外线照射热电元件中的位于与朝向金属片的一侧相反的表面。这样便可以将金属片、热电元件和能量供给部(紫外线产生部)呈线性地配置，因而装置的组装变得容易。在采用棒状的热电元件作为电子发射元件时，棒状体的一端朝向金属片，而另一端被照射紫外线。通过对热电元件的朝向金属片的表面(电子发射面)进行微细加工并在其表面上形成突起，可以促进电子发射。 通过将热电元件与碳纳米管相结合，可以促进电子的发射。金属片可以采用铜或铜合金的薄板。可以使用铜以外的金属，例如铝或铝合金，只要其可响应于照射的电子而发射X射线即可。[0033]为了向热电元件照射紫外线，例如可使用YAG激光振荡器作为紫外线产生部，将由该紫外线产生部产生的紫外线引入到紫外线用光纤的一端。该光纤的另一端朝向热电元件。也可以使用由III族氮化合物半导体构成的紫外线发生激光二极管或发光二极管。在需要更高输出的情况下，优选使用准分子激光振荡器。
图I是示出了根据本实用新型的X射线发生器的构造的示意图。图2示出了 X射线发生器的一种变型模式。图3示出了通过将X射线发生器与传感器组合而成的复合装置。
具体实施方式
下面来说明本实用新型的一个实施例。根据该实施例的X射线发生器I包括脉冲激光振荡器3、紫外线用光纤5、热电元件10和金属片20。采用Nd:YAG脉冲激光振荡器3作为紫外线产生部。该脉冲激光振荡器3的额定标值如下所述。即波长为约250nm，脉宽为100 y m，最大输出为约350mJ。紫外线用光纤5可以使用柔性的石英光纤。热电元件10使用了 LiNbO3的棒状体(直径IOmm,长度40mm,两端为平面)。此外，热电元件10的面向金属片20的表面(电子发射面13)利用蚀刻进行了微加工。优选在该表面上形成针状突起。紫外线用光纤5的一端面向脉冲激光振荡器3，另一端面向热电元件10的自由端面11。据此，从脉冲激光振荡器3输出的紫外线激光被引入到光纤5的一端，并从其另一端射出以照射热电元件10。优选的是，热电元件10的与面向金属片20的电子发射面13相反一侧的自由端面11被照射紫外线激光。这是因为可将各元件配置成直线式的，并且组装变得容易。优选的是，紫外线激光垂直地照射热电元件10的自由端面11。这是因为可以抑制反射，并且能最高效地向热电元件10供给紫外线激光的能量。紫外线激光可以照射热电元件10的自由端面11的一部分。备选地，紫外线激光可以照射整个自由端面11。如图2所示，在光纤5与热电元件10之间设有聚光器(菲涅耳透镜)15，以便使从光纤5中射出的紫外线激光聚焦。在热电元件10的自由端面11中仅有被照射紫外线激光的部分被活化，并且电子从电子发射面中的与自由端面11的该照射部分相对的那部分中发射。从每单位面积的电子发射面13中发射的电子的量(电流密度)与输入到自由端面11的紫外线激光的强度相对应。因此，通过如图2所示地将紫外线激光聚焦，可以集中的方式向金属片20发射电子。由此可以发出较强的X射线。在这个例子中，紫外线激光以脉冲的形状发射。因此，热电元件10中的高能量化的部分不会沿热电元件10的径向扩散。换言之，可调整脉宽以使高能量部分不扩散。金属片20可使用铜片。该铜片20设置在被抽真空的真空室21内。真空度可根据目标输出而任意设定。在真空室21内开有光入射窗(石英窗)。热电元件10的电子束发射面13面向该光入射窗。在真空室21中的与开有光入射窗的一侧相反的壁中设有X射线发射窗。该X射线发射窗例如由Be形成。由于在这样构成的X射线发生器I中金属片20用作直接的X射线源，因此该X射线源可制成为很小。另外，由于金属片20、热电元件10和光纤5线性地布置，因此可将X射线源I以平面的方式布置。因此如图3所示，可以平面的方式布置X射线源1，并在X射线源I之间设置传感器30。可采用光学传感器或pH传感器作为该传感器30。通过将图3所示的复合装置插入到体腔内，就可以用X射线照射患病部位，并通过传感器30来观测患病部位的特性。例如，通过预先用X射线荧光物质对癌细胞进行标记，便可以用X射线照射癌细胞并用光传感器30确认癌细胞的存在。如果将该X射线发生器I的光源更换为可见光或红外线，则图3所示的X射线源可作为一般光源使用。在这种情况下，可以调整热电元件10的长度或金属片20的厚度，使得光源的光可以通过热电元件10及真空室21。在上述例子中，通过用紫外线脉冲光照射热电元件，可以使热电元件的高能量部分局部化。因此，可以从高能状态快速返回到稳态状态。由此可以容易地进行对电子束照射即X射线产生的开关控制。只要能使热电元件的高能量部分局部化，则也可采用其他方法。例如，通过使发热体如帕尔贴元件与热电元件不连续地接触，就可以防止热电元件整体升温，并且使热电元件的高能量部分局部化。也可以采用能通过接受紫外线来发射电子的铁电体来作为电子发射元件。本实用新型不限于任何对上述实用新型的实施例及实施例的说明。本领域的技术人员在不脱离权利要求范围的前提下可以容易想到的范围内的各种变型也包含在本实用新型中。标号说明I X射线发生器3脉冲激光振荡器5紫外线光用光纤10热电元件20金属片
权利要求1.一种X射线发生器，包括 电子发射元件，其接受能量以发射电子； 金属片，其接受从所述电子发射元件中发射的电子以发出X射线；和 能量供给部，其向所述电子发射元件供给能量， 其特征在于，所述能量供给部在所述电子发射元件中形成局部化的高能量部分。
2.如权利要求I所述的X射线发生器，其特征在于，所述能量供给部用紫外线来照射所述电子发射兀件。
3.如权利要求2所述的X射线发生器，其特征在于，所述紫外线具有300nm以下的波长。
4.如权利要求2或3所述的X射线发生器，其特征在于，照射所述电子发射元件的紫外线为脉冲状。
5.如权利要求2或3所述的X射线发生器，其特征在于，所述紫外线照射所述电子发射元件中的与朝向所述金属片的一侧相反的表面。
6.如权利要求2或3所述的X射线发生器，其特征在于， 所述能量供给部包括用于产生所述紫外线的紫外线产生部和紫外线用光纤，以及所述能量供给部用由所述紫外线产生部产生的紫外线并经由所述紫外线用光纤来照射所述电子发射元件。
7.一种复合装置，包括 根据权利要求I所述的X射线发生器，以及能测量物理量或化学量的传感器，其特征在于，所述X射线发生器和所述传感器设置在同一平面上。
专利摘要本实用新型的X射线发生器(1)包括接受能量以发射电子的电子发射元件(10)、接受从该电子发射元件(10)发射的电子以发出X射线的金属片(20)，以及向电子发射元件(10)提供能量的能量供给部(3，5)，其中能量供给部例如用紫外线脉冲光来照射用作电子发射元件的热电元件，并在此处形成局部化的高能量部分。据此可以提供尺寸更小的且能容易地控制X射线发生的开关的X射线发生器。
文档编号G01N23/223GK202549784SQ20109000081
公开日2012年11月21日 申请日期2010年4月5日 优先权日2009年4月7日
发明者石田稔幸, 高井幹夫 申请人:艾德泰克感应研究有限会社, 高井幹夫