透射型靶、具有该透射型靶的放射线发生管、具有该放射线发生管的放射线发生器和具有 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及放射线发生器，其发出具有Ipm-IOnm的范围内的波长的X射线并且能 够应用于医疗仪器、非破坏性检查系统和其他装置。特别地，本发明涉及包括靶层和支持该 靶层的金刚石基材的透射型靶。本发明还涉及具有该透射型靶的放射线发生管、具有该放 射线发生管的放射线发生器和具有该放射线发生器的放射线成像装置。
【背景技术】
[0002] 由于社会形势的变化，例如居家护理体系的提供和急救护理的范围的扩大，已使 对小型轻量的便携式医疗设备的需求增长。最近，为了响应这样的需求，随着医疗领域中分 析诊断技术的发展，已开发了各种医疗设备。具有放射线发生器的放射线成像装置的尺寸 大，因此主要安装在医院、医疗检查机构和其他设施中。通过定期地设定运转时期和包括维 护时间的休止时期已利用安装的医疗设备。
[0003] 对于这样的具有放射线发生器的放射线成像装置，也要求通过提高耐久性和减少 维护要求而增加装置的运转率，从而改进为可应用于居家护理或用于灾难和事故的急救护 理的医疗设备。
[0004] 决定放射线发生器的耐久性的一个主要因素是用作产生放射线例如X射线的源 的靶的耐久性。靶通常具有层叠结构，已知长时间保持靶的层间"粘合性"对于提高靶的耐 久性重要。
[0005] 通过用电子束照射靶而产生放射线的放射线发生器中，靶的"放射线产生效率"小 于1%，并且注入靶的能量的大部分转化为热。如果靶中产生的热向靶的外部的"散热"不 充分，可能发生构成靶的材料的变性和"粘合性"的问题，例如起因于层叠结构中产生的应 力的膜的剥离。
[0006] 已知通过使用由含有重金属的薄膜状靶层和使放射线透射并且支持该靶 层的基材构成的透射型靶，能够使"放射线产生效率"增加。PCT日文翻译专利公开 No. 2009-545840公开了旋转阳极型的透射型靶，其具有增加到已知的旋转阳极型的反射型 靶的1. 5倍的"放射线产生效率"。
[0007] 已知使用金刚石作为支持透射型靶的靶层的基材能够促进从靶到靶的外部的"散 热"。PCT日文翻译专利公开No. 2003-505845公开了使用金刚石作为支持钨靶层的基材提 高散热性并且实现微焦点。金刚石具有高的耐热性和高的导热性，而且具有高的放射线透 射性。因此，金刚石是适合作为透射型靶的支持基材的材料。本发明的透射型靶也采用将 金刚石用作支持靶层的基材的构成。
【发明内容】
[0008] 技术问题
[0009] PCT日文翻译专利公开No. 2003-505845公开了在靶层与金刚石基材之间配置在 该文献中没有具体公开的任何材料的粘合性增强层使靶层与金刚石基材之间的粘合性提 高。但是，在应用了包括粘合性增强层的透射型靶的放射线发生器中，如PCT日文翻译专利 公开No. 2003-505845中公开那样，在一些情况下放射线发射特性取决于驱动经历而变化。 本发明人已认真地研宄并且已揭示放射线发生器的放射线输出的变动来源于透射型靶的 靶层的组成的变化。更具体地，本发明人已发现来源于支持靶层的金刚石基材的碳扩展到 靶层中以引起靶层的组成的变化，导致放射线输出的变动。
[0010] 随后，本发明人已用作为碳的输送问题的扩散方程式分析了靶层的组成的变化。 现在对分析结果进行说明。
[0011] 首先，对计算模型进行说明。作为计算模型，使用由金刚石基材51和在基材51上 形成的纯金属钨的靶层52组成的层叠靶90。图8B示意地表示层叠靶90的断面。图8C是 图8B中的范围54,即从金刚石基材51与靶层52之间的界面57到靶层52的上表面58的 部分的放大图，表示来源于金刚石基材51的碳已到达的位置56和碳的扩散长度Ld (t)。计 算中，通过控制入射电子的电流密度，在作为靶的典型的平均运转温度的800°C和1000°C 的温度下，以每100秒〇. 1秒曝射组成的1/1000的平均负荷比进行靶的脉冲驱动。
[0012] 图8A表示结果，即，透射型靶90的靶层52中碳的扩散长度Ld对驱动时间的依赖 性。图8A中所示的坐标图中，纵轴表示从靶层52与金刚石基材51之间的界面扩散到靶 层52中的碳的扩散长度LcL第一横轴表示驱动时间（小时），第二横轴表示驱动频率（计 数）。
[0013] 图8A中的两条绘制线对应于800°C (虚线）和1000°C (点线）的温度条件。每 条绘制线中，扩散长度与驱动时间t的0. 5次方成比例。这表示随着驱动时间经过，碳从界 面57向靶层52的上表面58扩散。
[0014] 碳的扩散长度Ld 的估算中，将"Carbon self-diffusion in tungsten carbide"， Buhsmer，C. P.和 Crayton，Ρ· H.，J. Mater. Sci.，1971，第 6 卷，第 981-988 页中记载的扩散 系数D0(m2/sec)和扩散系数的活化能Qx(kJ/m 〇l)用于扩散系数的阿伦尼乌斯定律：D(T) = D0xexp(_Qx/RT)和扩散长度的固定解：Ld(t) =2x(D(T)x t)°_5,其中T表示热力学温度 (K)，t表示驱动时间（sec)，和R表示气体常数（kJ/K/mol)。
[0015] "Carbon self-diffusion in tungs ten carbide''，Buhsmer，C. P.和 Crayton， P.H.，J.Mater. Sci.，1971，第6卷，第981-988页具体地记载了已基于碳化钨中的碳的扩散 现象的测定数据确定的扩散系数D0(m 2/sec)和扩散系数的活化能Qx(kJ/mol)。由D(T)和 Ld(t)的代数记载可知，碳的扩散长度Ld在800°C -KKKTC的运转温度内位于图8A中所示 的两条绘制线之间。
[0016] 接下来，对层叠靶的靶层的厚度进行说明。反射型靶的靶层通常在1微米-1毫米 的范围内。根据由管电压和靶层的层密度定义的电子穿透深度Dp，确定反射型靶的靶层的 厚度的下限。根据厚度方向和表面方向上的传热，确定反射型靶的靶层的厚度的上限。
[0017] 透射型靶的厚度能够在1微米-15微米的范围内。通常，透射型靶的厚度选自1 微米-9微米的范围。由于与反射型靶中相同的原因，确定这样的透射型靶的厚度的下限。 除了传热外，根据靶层的厚度方向上放射线的衰减率，确定透射型靶的厚度的上限，并且限 制在低于反射型靶的靶层的厚度的范围内。
[0018] 图8A中所示的坐标图证实，在800-1000°C的运转温度下合计104次的曝射驱动导 致7. 9-10. 8微米的碳的扩散长度LcL
[0019] 反射型靶中，例如，包括具有100微米的厚度的靶层52的反射型靶中，如图8D中 所示，在靶52的放射线发射表面侧（即，在电子入射表面58侧），从电子入射表面58侧能 够确保89. 2-92. 1微米的距离Lr作为碳没有到达的范围。与IOOkeV的入射电子对于钨的 6-7微米的电子穿透深度Dp相比，该89. 2-92. 1微米的距离Lr足够大。显然，与"电子穿 透深度Dp"相比，有助于放射线的产生的靶层52中的"放射线发射深度"进一步受到限制。 因此，反射型靶中，在靶层52中能够确保不受碳的扩散影响的"放射线发射深度"。
[0020] 但是，透射型靶中，即使在包括具有8微米的厚度的靶层52的透射型靶中，如图8E 中所示，碳到达从电子入射表面58侧的"电子穿透深度Dp"的范围。更具体地，靶层52的 厚度小于14微米时，碳到达从电子入射表面58侧的"电子穿透深度Dp"的范围。这表示靶 层52的组成随放射线发生器的驱动而变动。
[0021] 而且，由于透射型靶利用从靶层52的支持基材51侧发出的放射线，因此显示可利 用的放射线向前方（即，向支持靶层52的表面相反侧的表面的方向）穿透的高概率的区域 对应于电子穿透深度Dp的深部侧。也是在这点上，与反射型靶相比，在放射线发射运转过 程中，透射型靶受到碳的扩散的高度影响。
[0022] 如上所述，存在"透射型靶固有"的问题，即，来源于作为支持基材的金刚石的碳的 扩散和靶层自身的放射线衰减率在确定靶层的厚度中彼此对立。
[0023] 作为计算模型，已对碳供给源为金刚石基材的层叠结构进行了说明。在金刚石基 材与靶层之间具有金属碳化物的结构中发生同样的问题。
[0024] 因此，本发明提供具有金刚石基材作为透射基材的透射型靶，其中透射型靶通过 抑制组成随靶层的驱动经历变化而具有高可靠性，同时保持令人满意的"放射线产生效率" 和"散热性"的优点。而且，本发明提供通过抑制放射线输出随驱动时间经历变动而具有高 可靠性的放射线发生器和放射线成像装置。
[0025] 问题的解决方案
[0026] 本发明的透射型靶包括靶层并且包括支持该靶层的含碳基材，该靶层含有由选自 钼、钽和钨中的至少一种金属与碳构成的金属碳化物。
[0027] 发明的有利效果
[0028] 本发明的透射型靶中，通过抑制靶层的组成变动，即使在包括高温的运转经历的 情况下，也防止来源于金刚石基材的碳扩散到靶层。结果，能够抑制由靶层发出的放射线的 输出或质量变动。而且，具有本发明的透射型靶的放射线发生管、具有该放射线发生管的放 射线发生器和具有该放射线发生器的放射线成像装置能够各自具有提高的耐久可靠性。
[0029] 由以下参照附图对例示实施方案的说明，本发明的进一步特征将变得清楚。
【附图说明】
[0030] 图IA是表示本发明的透射型靶的基本构成例的