透射型x射线靶和包括该透射型x射线靶的放射线产生管的制作方法

透射型x射线靶和包括该透射型x射线靶的放射线产生管的制作方法
【专利摘要】本公开内容涉及透射型X射线靶和包括该透射型X射线靶的放射线产生管。一种透射型X射线靶包括平板形金刚石基板和靶层，平板形金刚石基板具有第一表面和面对第一表面的第二表面，靶层位于第一表面上。第一表面的残留应力低于第二表面的残留应力。
【专利说明】透射型X射线靶和包括该透射型X射线靶的放射线产生管
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发射Ipm至IOnm的波长范围内的X射线的放射线产生设备，该放射线产生设备可适用于医疗器械、无损检测装置等。
[0002]特别地，本发明的方面涉及一种包括靶(target)层和支承该靶层的金刚石基板的透射型X射线靶。而且，本发明的方面涉及一种包括该透射型X射线靶的放射线产生管、包括该放射线产生管的放射线产生设备、以及包括该放射线产生设备的放射线照相装置。
【背景技术】
[0003]近年来，建立了家庭护理系统，并且提高了急救医疗服务所提供的护理级别。因此，对于便携式的小型轻量级医疗形态装置的需求增加。为了响应这样的需要，随着医疗领域中的分析和诊断技术发展，开发了各种医疗形态装置。现有的包括放射线产生设备的放射线照相装置较大。因此，现有的放射线照相装置主要是医院和体检设施中所使用的落地安装类型。到目前为止，通过设置操作时间段和包括维护时间段的非操作时间段来使用这样的落地安装式医疗形态装置。
[0004]希望的是，这样的包括放射线产生设备的放射线照相装置具有高耐用性并且被设计为易于维护，以使得可以提高该装置的操作速率，并且该装置可以用作适合于自然灾害或事故的情况下的急救医疗服务和家庭护理的医疗形态装置。
[0005]决定放射线产生设备的耐用性的主要因素是用作放射线(诸如X射线)的产生源的靶的耐用性。通常，靶包括层叠层。已知为了提高靶的耐用性，重要的是长时间维持靶的层的黏合性。
[0006]对于通过用电子束照射靶来产生放射线的放射线产生设备，靶的放射线产生效率为1%或更低。因此，提供给靶的几乎所有的能量都被转换为热量。如果靶所产生的热量没有被充分地驱散到外部，则可能引起靶的材料可能退化的问题，或者与黏合性相关的问题(诸如由于层之间所产生的应力而导致的层分离)可能发生。
[0007]已知可以通过使用包括靶层以及透射放射线并支承该靶层的基板的透射型X射线靶来提高放射线产生效率，该靶层为包括重金属的薄膜。PCT日文翻译专利公开N0.2009-545840描述了一种放射线产生效率比现有的旋转阳极型反射型靶的放射线产生效率高1.5倍的旋转阳极型透射型X射线靶。
[0008]已知可以通过使用金刚石作为用于支承透射型X射线靶的靶层的基板的材料来有效地将热量从靶驱散到外部。PCT日文翻译专利公开N0.2003-505845描述了通过使用金刚石作为用于支承由钨制成的靶层的基板的材料来提高散热性能并实现微聚焦X射线设备的技术。
[0009]金刚石由于强sp3键和高度规则的晶体结构而具有特殊的特性。在金刚石的特性之中，高耐热性(1600°C或更高的熔点)、高热导率(600-2000W/m/K)、高放射线透射率(归因于是一种原子序数为6的轻元素)特别适合用作用于支承透射型X射线靶的基板。在根据本发明的透射型X射线靶中，用于支承靶层的基板由金刚石制成。[0010]然而，金刚石与靶金属的兼容性低，因为金刚石上的熔融金属的可湿性低，并且线性膨胀系数在固态金属与金刚石之间不同。因此，可能有必要改进靶层与金刚石基板之间的黏合性，以便改进透射型X射线靶的可靠性。
[0011]PCT日文翻译专利公开N0.2003-505845描述了包括金刚石基板并且具有层叠结构的透射型X射线靶，在该层叠结构中，中间层设置在金刚石基板与靶层之间。该中间层用作黏合性增强层，但是中间层的材料没有被描述。
[0012]日本专利特开N0.2002-298772描述了包括透射型X射线靶的放射线产生管的问题。该问题是，由于当放射线产生管进行操作时所产生的热量和线性膨胀系数不同，靶层可能变得与金刚石基板分离。日本专利特开N0.2002-298772描述了通过将靶层形成为朝向金刚石基板凸起而抑制靶层分离的技术。日本专利特开N0.2002-298772还描述了通过将靶层设置为延伸超过金刚石基板的周边并与阳极构件重叠来提高靶层与阳极构件之间的电连接的可靠性的技术。
[0013]然而，即使使用PCT日文翻译专利公开N0.2003-505845和日本专利特开N0.2002-298772中所描述的、其中靶层和金刚石基板的黏合性得到改进的透射型X射线靶，放射线输出的变化也可能发生。

【发明内容】

[0014]本发明的方面提供一种透射型X射线靶，该透射型X射线靶在维持使用金刚石基板的益处的同时抑制金刚石基板的碎粒(fragment)的脱离，并且靶层与阳极构件之间的电连接的可靠性高。本发明的方面还提供一种通过其抑制输出变化并且具有高可靠性的放射线产生管、以及包括该放射线产生管的放射线产生设备和放射线照相装置。
[0015]根据本发明的一方面，一种透射型X射线靶包括平板形金刚石基板和靶层，平板形金刚石基板具有第一表面和面对第一表面的第二表面，靶层位于第一表面上。第一表面的残留应力低于第二表面的残留应力。
[0016]从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1A、1B和IE是根据本发明的实施例的靶的截面图；图1C和ID是该靶的平面图。
[0018]图2A是包括根据本发明的实施例的靶的放射线产生管的截面框图，图2B是放射线产生设备的截面框图。
[0019]图3是包括根据本发明的实施例的放射线产生设备的放射线照相装置的框图。
[0020]图4A至4D是其中观测到暴露区域的靶的平面图，图4E和4F是该靶的截面图。
【具体实施方式】
[0021]图4A至4F均示出包括透射型X射线靶215的靶结构214。靶215至少包括金刚石基板217和祀层216。金刚石基板217沿着其周边通过钎焊接头(branzed joint)219与阳极构件218连接。
[0022]图4A至4D均是沿着通过靶层216的虚平面截取的靶结构214的示意性平面图。图4E是沿着图4B中所示的线IVE-1VE截取的靶结构214的截面图。同样地，图4F是沿着图4D中所示的线IVF-1VF截取的靶结构214的截面图。
[0023]图4A中所示的靶结构214包括从靶层216的周边延伸到金刚石基板217的周边的环形电极223。电极223将靶层216与阳极构件218电连接。靶结构214具有暴露区域217e，在暴露区域217e中，金刚石基板217被暴露。当金刚石基板217的碎粒和电极223的一部分都变为从透射型X射线靶脱离时，形成暴露区域217e。
[0024]图4B和4F中所示的靶结构214与图4A中所示的靶结构214的不同之处在于，不使用电极223将钎焊接头219和靶层216彼此电连接。图4B中所示的靶结构214具有暴露区域217e，在暴露区域217e中，金刚石基板217被暴露。当金刚石基板217的碎粒和靶层216的一部分都变为从透射型X射线靶215脱离时，形成暴露区域217e。
[0025]图4C中所示的靶结构214具有与图4A中所示的靶结构214相同的结构。图4C中所示的靶结构214具有暴露区域217e，在暴露区域217e中，金刚石基板217被暴露。当在靶层216与电极223之间的边界的两侧，金刚石基板217的碎粒、靶层216的一部分和电极223的一部分变为从透射型X射线靶215脱离时，形成暴露区域217e。
[0026]图4D中所示的靶结构214与图4A中所示的靶结构214的不同之处在于，钎焊接头219和靶层216通过条形电极223彼此电连接。图4D中所示的靶结构214具有分割条形电极223的暴露区域217f。
[0027]对于包括图4A至4F中所示的靶结构214中的任何一个的放射线产生管，观测到与放射线输出的变化相关的管电流变化。在将图4A至4F中的每个中所示的靶结构214安装在放射线产生管中之前，靶结构214不具有暴露区域。而且，从对于其没有观测到输出变化的其他放射线产生管移除的透射型X射线靶不具有暴露区域。
[0028]在图4A至4F中所示的透射型X射线靶中的暴露区域217e和217f中，通常，电极223的一部分和金刚石基板的碎粒或者靶层216的一部分和金刚石基板的碎粒从透射型X射线靶215脱离。然而，在一些情况下，金刚石基板的碎粒不脱离，而电极223的一部分或者靶层216的一部分与金刚石基板217分离。
[0029]根据上述检查，假设放射线输出的变化因为以下原因而发生:由于局部暴露的绝缘表面(暴露区域217e和217f)上的电场聚集，在暴露区域217e和217f与另一构件之间间歇性地发生微放电；以及阳极构件218与靶层216之间的电连接的不稳定性不稳定。
[0030]发明人进行了深入的研究并且发现，尽管放射线输出变化发生的详细机理不清楚，但是至少在金刚石基板217的周边处金刚石基板217的碎粒的脱离被认为与该机理相关。
[0031]包括金刚石基板的透射型X射线靶与包括由铍制成的支承基板的透射型X射线靶和反射型靶的不同之处在于，它可能难以从放射线发射表面的背侧将靶层与阳极电势供给单元电连接。因此，当使用包括金刚石基板的透射型X射线靶时，可能有必要在金刚石基板的周边处提供到靶层的电路径。
[0032]在透射型X射线靶中金刚石基板的碎粒的脱离意味着在放射线产生管中产生了导电杂质。因此，因为导电杂质可以引起放电并且直接降低放射线产生管的耐压，所以放射线产生管的可靠性存在问题。此外，在这个方面，可能有必要防止靶层等的分离以及金刚石基板217的碎粒在金刚石基板217的周边处的脱离。[0033]以下，将参照附图描述本发明的实施例。
[0034]实施例中所描述的组件的材料、形状、尺寸和相对位置不限制本发明的范围。
[0035]图2A和2B分别是示出根据本发明的实施例的包括透射型X射线靶的放射线产生管和包括该放射线产生管的放射线产生设备的截面图。
[0036]放射线产生设备
[0037]图2B示出根据实施例的从放射线透射窗口 121发射放射线束11的放射线产生设备101。根据本实施例的放射线产生设备101包括容器120、放射线产生管102和驱动电路103，容器120具有放射线透射窗口 121，放射线产生管102是放射线源，驱动电路103用于驱动放射线产生管102。
[0038]容纳放射线产生管102和驱动电路103的容器102可以具有足以作为容器的强度和高散热性能。容器120可以由金属(诸如黄铜、铁或不锈钢)制成。
[0039]在本实施例中，容器120中未被放射线产生管102和驱动电路103占据的额外空间43被绝缘液体109填充。电绝缘的绝缘液体109用作容器120中的电绝缘体并用作冷却放射线产生管102 的冷却剂。绝缘液体109可以是电绝缘油(诸如矿物油、硅油或全氟油)。
[0040]放射线产生管
[0041]图2A示出根据实施例的包括电子发射源3和面对电子发射源3的透射型X射线靶115的放射线产生管102。(以下，透射型X射线靶将被简称为靶。)
[0042]在本实施例中，通过用从电子发射源3的电子发射单元2发射的电子束5照射靶115的靶层116来产生放射线束11。通过电子发射源3与靶层116之间形成的电场使电子束5中的电子加速，以便具有产生放射线所需的入射能量。这样的加速电场在放射线产生管102的内部空间13中被产生为管电压Va，该管电压Va从驱动电路103输出，将阴极电势提供给电子发射源3并将阳极电势提供给靶层116。
[0043]靶结构114包括靶115和阳极构件118。靶115包括靶层116和支承靶层116的金刚石基板117。
[0044]可以通过选择靶层116中所包括的靶材料、靶层116的厚度和管电压Va来使靶层116发射具有希望频率的放射线。
[0045]靶材料可以包括原子序数为40或更大的金属，诸如Mo(钥)、Ta(钽)或W(鹤)。可以通过使用任何膜形成方法(诸如气相沉积或溅射)在金刚石基板117上形成靶层116。为了实现靶层116与金刚石基板117之间的高黏合性，PCT日文翻译专利公开N0.2003-505845描述了包括设置在靶层116与金刚石基板117之间的中间层(未示出)的结构。这样的结构也在本发明的范围内。
[0046]靶层116的层厚度可以在I μL?至20 μL?的范围内。考虑到确保放射线输出中的足够强度以及降低界面应力，层厚度可以在2 μ m至10 μ m的范围内。
[0047]阳极构件118至少具有确定靶层116的阳极电势的功能。如图1E所示，阳极构件118沿着金刚石基板117的第一表面117a的周边安置。可替换地，如图1A和IB所示，阳极构件118沿着金刚石基板117的侧面117c安置。当阳极构件118如图1A、1B和IE中的任何一个所示那样设置和连接时，阳极构件118还具有保持靶115的功能以及确定在希望方向上以其发射放射线的角度(放射线角度)的功能。
[0048]通过从高比重材料制成阳极构件118，阳极构件118可以具有放射线阻挡功能。阳极构件118可以由质量吸收系数μ/p [m2/kg]和密度[kg/m3]的乘积较大的材料制成，因为，在这种情况下，可以缩小阳极构件118和靶结构114的大小。
[0049]阳极构件118可以由具有根据靶层116所产生的放射线的特征X射线能量的本征吸收边缘能量的合适金属元素制成，因为，在这种情况下，可以进一步缩小阳极构件118和靶结构114的大小。阳极构件118可以包括铜、银、Mo、Ta、W等。阳极构件118可以包括与靶层116中所包括的靶金属的金属元素相同的金属元素。
[0050]在本实施例中，阳极构件118具有包围靶115的圆柱形形状。因此，阳极构件118用作限制从靶层116发射的放射线的发射角度范围的前阻挡构件。在本实施例中，阳极构件118还用作限制反射电子(未示出)和背散射放射线(未示出)到达的区域的后阻挡构件。这样的反射电子在朝向电子发射源3的方向上从靶层116背散射。
[0051]放射线产生管102包括作为套筒部分的绝缘管110。绝缘管110使具有阴极电势的电子发射源3和具有阳极电势的靶层116彼此电绝缘。绝缘管110由绝缘材料(诸如玻璃或陶瓷)制成。绝缘管110可以具有确定电子发射源3与靶层116之间的距离的功能。
[0052]放射线产生管102中的内部空间13被减压，以使得电子发射源3可以起作用。放射线产生管102中的内部空间13的真空程度可以在10_8Pa至10_4Pa的范围内。考虑到电子发射源3的寿命，真空程度可以在10_8Pa至10_6Pa的范围内。
[0053]作为真空器皿(vessel)，放射线产生管102可以具有通过其可以维持这样的真空程度的气密性和耐压性。可以通过使用真空泵(未示出)经由排放管(未示出)抽吸空气、然后密封排放管来使放射线产生管102的内部减压。为了维持真空程度，可以将吸气剂(未示出)设置在放射线产生管102中。
[0054]在本实施例中，金刚石基板117用作通过其朝向放射线产生管102的外部发射由靶层116产生的放射线的透射窗口，并且还用作真空器皿的一部分。
[0055]电子发射源3被设置为面对靶115的靶层116。例如，可以使用热阴极(诸如钨丝或浸溃阴极)或冷阴极(诸如碳纳米管)作为电子发射源3。为了电子束5的束直径、电子电流的密度和开关控制的目的，电子发射源3可以包括栅格电极(未示出)或静电透镜电极。
[0056]革巴
[0057]接下来，参照图1，将详细描述根据本发明的实施例的靶115 (透射型X射线靶)。
[0058]图1A和IB示出其中靶115和阳极构件118通过钎焊接头119彼此接合的靶结构114。靶115包括形成在金刚石基板117的第一表面117a上的靶层116。图1C和ID是分别示出从形成靶层116的一侧看到的、图1A和IB中所示的靶结构114的平面图。图1E示出图1A中所示的靶结构114的修改形式，在该修改形式中，阳极构件118和靶115在形成靶层116的一侧彼此电连接。
[0059]金刚石基板117可以由天然金刚石或合成金刚石制成。考虑到再现性、均匀性和成本，可以使用通过使用高压高温法或化学气相沉积法制成的合成金刚石。特别地，可以使用通过使用高压高温法制成的合成金刚石，因为可以通过使用该方法获得均匀的晶体结构。
[0060]如图1A、IB和IE所示，金刚石基板117可以具有平板状形状，该平板状形状具有第一表面和面对第一表面的第二表面。例如，金刚石基板117可以具有长方体形状或盘状形状。[0061]当金刚石基板117具有直径在2mm至IOmm的范围内的盘状形状时，可以在金刚石基板117上设置能够形成合适的焦点直径的靶层116。当金刚石基板117具有厚度在0.5至
4.0mm的范围内的盘状形状时，金刚石基板具有合适的放射线透射率。当金刚石基板117具有长方体形状时，该长方体形状的短边和长边中的每一个均可以具有上述范围内的长度。
[0062]金刚石基板117具有侧面117c。侧面117c是第一表面117a的周边通过其与第二表面117b的周边连接的圆柱形表面。
[0063]考虑到放射线透射率，金刚石基板117的纵横比(厚度/直径)可以低于I。因此，通过分离板形基材的具有合适厚度并且具有垂直于厚度方向的主面的一部分来制作具有合适纵横比的金刚石基板117是经济的。
[0064]对于使用通过使用高压高温法制成的金刚石的情况或使用通过使用化学气相沉积法制成的金刚石的情况，该方法在生产上具有优势。在前一种情况下，因为考虑到金刚石基板的晶体结构而从在厚度尺寸上尺寸较小的基材切割金刚石基板，所以存在可以在切割过程期间抑制基材的晶体取向的影响的优点。这样的晶体取向影响包括解理。在后一种情况下，这种膜形成方法适合于形成在面内方向上的尺寸大于厚度方向上的尺寸的基材。
[0065]高压合成金刚石基板具有单晶结构，并且预定的晶体取向可以被分配给主面。固态晶体的表面张力取决于表面的晶体取向。因此，通过对于金刚石基板117使用高压合成金刚石，可以将合适的晶体取向分配给其上形成靶层116的第一表面117a。例如，通过使用
(100)表面作为第一表面117a，可以提高靶层116与金刚石基板117之间的黏合性。
[0066]至少祀层116形成在金刚石基板117的第一表面117a上。因此,第一表面117a的形状精度和去垢性能需要高于金刚石基板117的其他表面的形状精度和去垢性能。当使用使金刚石基板117与板形金刚石基材(未示出)分离的方法时，可以在使金刚石基板与基材分离之前将板形基材的整个主面弄平滑。通过这种方法，可以制造每个均具有精度高、再现性高的第一表面117a的金刚石基板117。
[0067]可以通过各种方法(例如，机械抛光、蚀刻、局部加热光照射、聚焦离子束照射等)来使金刚石基板117与基材分离。为了防止对金刚石基板117的除了侧面之外的表面(例如，第一表面117a)的损伤，局部加热光照射或聚焦离子束照射是合适的方法。特别地，使用激光光源的局部加热光照射是特别合适的，因为它不必执行大气控制并且离子不被植入到金刚石基板中。
[0068]以下将描述在图4中所示的靶结构214中形成暴露区域217e和217f的原因。
[0069]发明人进行了深入的研究并且发现，在暴露区域217e和217f的产生的分布与所测残留应力的分布之间存在相关性，并且当形成靶层时，由于金刚石基板中残存的残留应力量在表面之间不同，暴露区域217e和217f的产生发生。
[0070]尽管金刚石基板中残存的残留应力在表面之间不同的准确原因不清楚，但是估计原因之一是当从基材切割金刚石基板时切割处理的各向异性。另一估计原因是由金刚石基板的相对表面和侧面形成的形状的影响。
[0071]例如，在通过激光处理与基材分离的金刚石基板中，具有其中残留应力相对高的区域的表面是与其上入射激光束的表面相对的表面。
[0072]在通过机械加工与基材分离的金刚石基板中，在切割机器的切割器进入到金刚石基板中的方向与残留应力之间存在相关性，并且切割器从其退出金刚石基板的表面的残留应力闻。
[0073]接下来，将详细描述由金刚石基板的相对表面和侧面形成的形状。已发现，残留应力还取决于金刚石基板117的端面的形状，并且与裂纹的产生和金刚石的碎粒从其上形成靶层216的表面的脱离相关。具体地讲，已发现，在侧面与主面之间的角度是锐角的情况下，主面中残存的残留应力大于该角度为钝角的情况。在本说明书中，主面与侧面之间的角度是金刚石基板的截面形状的内角。
[0074]如图1A所示，根据本发明的第一实施例，靶层116形成在金刚石基板117的残留应力较低的第一表面117a上。因此，抑制了金刚石基板117中裂纹的产生、靶层116的脱离以及电极123的分离。
[0075]如图1B所示，根据本发明的第二实施例，第一表面117a与侧面117c之间的角度大于面对第一表面117a的第二表面117b与侧面117c之间的角度。靶层116设置在第一表面117a上。
[0076]在第二实施例中，如图1B所示，第一表面117a与侧面117c之间的角度可以是钝角。
[0077]当金刚石基板117具有第一实施例和第二实施例这两个实施例的特征时，可以可靠地减小金刚石基板117的残留应力，并且可以获得可靠性更高的靶115。
[0078]如上所述，在残留应力的分布存在于金刚石基板117的第一表面117a和第二表面117b中的每个上的情况下,这些表面中最大残留应力低于另一表面的最大残留应力的一个表面将被称为较低残留应力表面。
[0079]可以通过使用双折射法或激光拉曼光谱法来识别金刚石基板117的作为较低残留应力表面的第一表面117a。在本发明中，可以使用用于测量残留应力的其他方法。
[0080]当物质的晶体结构由于应力而改变时，使得折射率各向异性的双折射发生，折射率的各向异性取决于通过该物质的光的振荡方向。此时，因为通过该物质的光具有取决于该光的振荡方向的相位差，所以可以通过执行光学观测来识别应力。可以通过使用双折射相位差识别的这样的应力将被称为光弹性应力。因此，通过检测入射束与通过金刚石基板的透射束之间的双折射相位差，可以识别产生应力的位置。用于识别低残留应力表面的第一种方法是测量光弹性应力的双折射相位差法。
[0081]激光拉曼光谱法是当用激光束照射物质时，检测由于该物质的晶体结构或分子振动而产生的拉曼散射光的波长的变化的方法。该方法通常用于识别物质，因为晶体结构和分子振动是物质特有的。然而，该方法还可以用于测量应力分布，因为晶体结构(诸如原子的键长和键角)由于存在应力而改变，相应地，散射光的波长改变。通过用激光拉曼光谱法检测波长变化，可以测量金刚石基板117中的残留应力的分布。用于识别低残留应力表面的第二种方法是检测拉曼散射光的波长变化的激光拉曼光谱法。
[0082]当低韧性构件具有残留应力时，由于该残留应力，可能产生宽度在大约0.1至ΙΟΟμπι的范围内的微裂纹。预期当产生微裂纹时，应力可以从金刚石基板被释放。然而，作为发明人和其他人进行的检查的结果，在微裂纹区域中或者在微裂纹区域附近观测到双折射相位差。因此，发明人发现，在处理期间产生的应力并没有由于微裂纹的产生而从金刚石基板被充分释放，而是残存在该微裂纹的附近，并且该残留应力进一步引起微裂纹或金刚石基板的碎粒的脱离。[0083]用于识别低残留应力表面的第三种方法是通过用显微镜观测金刚石基板来评估金刚石基板中的微裂纹的分布。通过使用用于识别低残留应力表面的第三种方法，可以间接地识别低残留应力表面。可以使用可以用于观测金刚石基板117的表面轮廓的任何显微镜。这样的显微镜的例子包括光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM、STM或TEM)和原子力显微镜(AFM)。
[0084]用于识别低残留应力表面的第四种方法是识别金刚石基板的端部的形状的显微观测法。发明人发现，在金刚石基板117中的残留应力分布与侧面117c和第一表面117a(主面)或第二表面117b (主面)之间的角度之间存在相关性。具体地讲，这两个主面彼此面对，在它们之间有侧面117c，当第一表面117a与侧面117c之间的角度大于第二表面117b与侧面117c之间的角度时，可以识别第一表面117a是残留应力低于第二表面117b的残留应力的低残留应力表面。
[0085]如图1A所示，靶层116可以形成在金刚石基板117的残留应力较低的整个第一表面117a上。可替换地，如图1B所示，靶层116可以形成在金刚石基板117的第一表面117a的与金刚石基板117的周边(端部)分离的一部分上。
[0086]在图1B中所示的实施例中，为了将靶层116和阳极构件118彼此电连接，在靶层116的周边与金刚石基板117的周边之间形成由导电材料制成的电极123。
[0087]本实施例中的与金刚石基板117直接接触的电极123可以包括考虑到与金刚石基板的黏合性而具有负的碳化物标准生成自由能的金属。具有负的碳化物标准生成自由能的金属的例子包括钛、锆和铬。电极123可以具有IOOnm至10 μ m的范围内的膜厚度，因为这样的膜既提供良好的电连接，又提供高黏合性。
[0088]在图1A中所示的实施例中，靶层116被形成为延伸到金刚石基板117的周边，并且电极123沿着金刚石基板117的周边设置。在本实施例中，电极123提供电连接，并且防止钎焊接头119与靶层之间的相互扩散。在本实施例中，电极123形成在靶层116上。可替换地，电极123可以形成在靶层116与金刚石基板117之间。
[0089]可以基于放射线产生管102的操作温度和与将被接合的物体的黏合性来适当地选择钎焊接头119。钎焊接头119的具体例子包括基于Cr-V的合金、基于T1-Ta-Mo的合金、基于T1-V-Cr-Al的合金、基于T1-Cr的合金、基于T1-Zr-Be的合金、基于Zr-Nb-Be的合金、包括作为主成分的Au-Cu的合金、镍焊料、黄铜焊料和银焊料。
[0090]通过根据上述实施例的靶115，防止其上具有导电物质的金刚石的碎粒在放射线产生管102中散布，因此，可以抑制放射线产生管102中的放电。而且，可以防止由于金刚石基板中的裂纹和金刚石基板的一部分的脱离而导致的靶层116与驱动电路103之间的松动电连接。因此，可以提供可靠性高的放射线产生设备。
[0091]放射线成像装置
[0092]接下来，参照图3，将描述包括根据本发明的实施例的靶的放射线照相装置的结构。
[0093]系统控制单元202对放射线产生设备101和放射线检测器206进行整体控制。在系统控制单元202的控制下，驱动电路103将各种控制信号输出到放射线产生管102。在本实施例中，驱动电路103和放射线产生管102被设置在放射线产生设备101的容器120中。可替换地，驱动电路103可以被设置在容器120的外部。基于从驱动电路103输出的控制信号，控制从放射线产生设备101发射放射线束11。
[0094]从放射线产生设备101发射的放射线束11的照射范围通过具有可动光圈的准直器单元(未示出)被调整，然后放射线束11向放射线产生设备101的外部发射，并透过被检体204而由检测器206检测。检测器206将检测到的放射线变换为图像信号并向信号处理器205输出该图像信号。
[0095]在系统控制单元202的控制下，信号处理器205对图像信号执行预定信号处理，并将处理后的图像信号输出到系统控制单元202。
[0096]系统控制单元202将用于使显示装置203显示图像的显示信号输出到显示装置203。
[0097]显示装置203在屏幕上将基于显示信号的图像显示为被检体204的图像。
[0098]通常，与本发明的实施例相关的放射线是X射线。根据本发明的实施例的放射线产生设备101和放射线照相装置可以分别用作X射线产生单元和X射线成像系统。X射线成像系统可以用于工业产品的无损测试以及人体和动物的诊断。
[0099]例子
[0100]例子I
[0101]通过以下处理制成图1A和IC中所示的靶结构114。
[0102]通过使用激光束从由通过使用高压高温法制成的单晶金刚石制成的板形基材分离金刚石基板117。金刚石基板117具有厚度为1_、直径为5_的盘状形状。
[0103]通过使用市售的双折射测量装置对金刚石基板117的残留应力进行测量，从而识别金刚石基板117的端部中残留应力较低的第一表面117a。另外，通过使用扫描电子显微镜和光学显微镜来观测微裂纹的存在。在残留应力较低的表面中，微裂纹不存在。在例子I中，对宽度为Iym或更大的微裂纹的数量进行计数。
[0104]接下来，在金刚石基板117的残留应力较低的第一表面117a的整个上形成厚度为5ym的钨膜作为靶层116。通过使用利用氩作为载气的溅射法来形成靶层116。
[0105]接下来，通过使用溅射法将由钛制成的环形电极123形成为从包括金刚石基板117和靶层116的靶结构的周边向内延伸IOOym的宽度。
[0106]接下来，通过由银焊料制成的钎焊接头119将金刚石基板117的侧面117c和具有管状形状的阳极构件118的内壁彼此接合。在这个步骤中，执行钎焊，以使得钎焊接头119的一部分至少与电极123接触。阳极构件118的材料是钨。
[0107]将如上所述那样制作的靶结构114如图2A所示那样安装在放射线产生管102中，并且制成图2B中所示的放射线产生设备101。接下来，操作放射线产生设备101，并对输出操作的稳定性和放射线输出的变化进行评估。结果，没有观测到放射线产生管102中的放电，并且确认放射线产生设备101可以稳定地操作。而且，对放射线输出的变化进行测量，没有观测到显著的输出变化。也就是说，在根据例子I的放射线产生设备101中，没有发生由于靶层116与阳极构件118之间的松动电连接而导致的故障。
[0108]在例子I中，通过将放电计数器(未示出)与放射线产生设备101的四个部分(包括阳极构件118、电流输入端子4、将地端子16连接到驱动电路103的连接线、以及将容器120连接到地端子16的连接线)连接来执行放电的检测。
[0109]在例子I中，如下对放射线输出的变化进行评估。沿着将电子发射单元2连接到靶层116的中心的线的延长线，将放射量测定器(未示出)放置在朝向容器120的外部与金刚石基板117相距IOOcm的位置处。放射量测定器包括半导体检测器，并且能够检测放射线束11的强度的顺序变化。
[0110]通过下述方式测量放射线输出的变化，即，在每一个三十秒周期内使驱动电路103驱动电子发射源3三秒间隔，并在该三秒间隔中间的两秒间隔内对放射线输出的顺序变化进行测量。对放射线的变化进行计数的条件是使得，在所述两秒间隔内输出的放射线的平均强度的2%或更大的变化的发生被计数为放射线输出的显著变化。在对放射线输出的变化进行评估期间，通过使用具有检测器(未示出)的负反馈电路(未示出)来控制从靶层116流到地端子16的管电流，以使得管电流的变化限于1%或更小。
[0111]而且，如图3所示制作包括根据例子I的放射线产生设备101的放射线照相装置60，并执行放射线照相装置60的测试操作。结果，稳定地执行放射线照相成像。在测试操作和放射线照相成像中，将管电压Va设置为llOkV。
[0112]接下来，从放射线产生管102移除靶结构114，并观测靶结构114。在靶115中没有发现暴露区域。
[0113]比较例子I
[0114]通过已经存在的技术，在不识别金刚石基板的端部中的残留应力的情况下在金刚石基板上形成靶层，因此，可能在残留应力较高的表面上形成靶层。为了执行与本发明的实施例的比较，在比较例子I中，在金刚石基板的在该金刚石基板的端部中具有较高残留应力的表面上形成靶层。
[0115]使用形状与例子I的形状相同的金刚石基板。通过使用双折射测量装置来识别残留应力较高的表面。另外，通过使用电子显微镜和光学显微镜来观测微裂纹的存在。在残留应力较高的表面中，发现三个微裂纹。以与例子I相同的方式对微裂纹的数量进行计数。
[0116]接下来，如例子I中那样在金刚石基板的残留应力较高的表面上形成靶层216和电极223。然后，通过经由钎焊接头219将电极223和阳极构件218彼此接合来制成靶结构214。将靶结构214安装在放射线产生管中，并通过将放射线产生管和与放射线产生管电连接的驱动电路安装在容器中来制成放射线产生设备。随后，以与例子I相同的方式执行测试操作。
[0117]在比较例子I中，在一小时评估时间期间，可以连续地施加管电压。然而，在评估时间期间两次观测到放射线输出的变化。估计这个变化是由于微放电而发生的。
[0118]接下来，从比较例子I中所使用的放射线产生管移除靶结构214，并通过使用光学显微镜来观测靶结构214。在其中形成电极223的区域中发现了图4A中所示的暴露区域217e。
[0119]例子2
[0120]通过以下处理制作图1B和ID中所示的靶结构114。
[0121]如例子I中那样，通过照射激光束来从由单晶金刚石制成的基材切割金刚石基板117。通过使用光学显微镜来对金刚石基板117进行测量。第一表面117a与侧面117c之间的角度为93.2度，第二表面117b与侧面117c之间的角度为86.8度。
[0122]如例子I中那样，通过使用双折射法来识别残留应力较低的第一表面117a。通过使用电子显微镜和光学显微镜来观测第一表面117a。结果，在金刚石基板117的残留应力较低的第一表面117a中没有观测到微裂纹。第一表面117a与侧面117c之间的角度为93.2度，其与以上相同。
[0123]接下来，形成厚度为6μπι的钨膜作为靶层116。在金刚石基板117的残留应力较低的第一表面117a的直径为Φ2_的圆形部分上形成靶层116。如例子I中那样，通过使用利用氩作为载气的溅射法来形成靶层116。
[0124]接下来，为了将靶层116和阳极构件118彼此电连接，将电极123形成为从靶层116的周边延伸到金刚石基板117的周边，电极123是宽度为IOOym并且包括铜钛合金的条状物。将电极123形成为与靶层116重叠50 μ m的宽度。通过使用丝网印刷法和燃烧法，从具有金属含量的膏状物形成电极123。
[0125]通过由银焊料制成的钎焊接头119将金刚石基板117的侧面117c和阳极构件118彼此接合。执行钎焊，以使得钎焊接头119的一部分与电极123接触。如例子I中那样，阳极构件118的材料是钨。
[0126]如例子I中那样，通过将如以上所述那样制作的靶结构114安装在图2A中所示的放射线产生管102中来制作图2B中所示的放射线产生设备101。然后，操作放射线产生设备101，并检查放射线输出的稳定性。
[0127]此外，在例子2中，没有观测到放射线产生管102中的放电，并且确认放射线产生设备101稳定地操作。而且，对放射线输出的变化进行测量，没有观测到显著的输出变化。也就是说，在根据例子2的放射线产生设备101中，也没有发生由于靶层116与阳极构件118之间的松动电连接而导致的故障。
[0128]而且，如图3中所示那样制作包括根据例子2的放射线产生设备101的放射线照相装置60，并执行放射线照相装置60的测试操作。结果，稳定地执行放射线照相成像。在测试操作和放射线照相成像中，将管电压Va设置为llOkV。
[0129]接下来，从放射线产生管102移除靶结构114，并观测靶结构114。在靶115中没有发现暴露区域。
[0130]比较例子2
[0131]使用形状与例子2的形状相同的金刚石基板。通过使用双折射测量装置来识别残留应力较高的表面。另外，通过使用电子显微镜和光学显微镜来观测微裂纹的存在。在残留应力较高的表面中，发现三个微裂纹。以与例子I相同的方式对微裂纹的数量进行计数。
[0132]接下来，如例子I中那样在金刚石基板的残留应力较高的表面上形成靶层216和电极223。然后，通过经由钎焊接头219将电极223和阳极构件218彼此接合来制成靶结构214。将靶结构214安装在放射线产生管中，并通过将放射线产生管和与放射线产生管电连接的驱动电路安装在容器中来制成放射线产生设备。随后，以与例子2相同的方式执行测试操作。
[0133]在比较例子2中，在一小时评估时间期间，可以连续地施加管电压。然而，在评估时间期间四次观测到被估计为由于微放电而发生的输出变化。
[0134]接下来，从比较例子2中所使用的放射线产生管移除靶结构214，并通过使用光学显微镜来观测靶结构214。在其中形成电极223的区域中发现了 4D和4F中所示的暴露区域217f。通过使用扫描电子显微镜来详细观测暴露区域217f。结果，发现了其中电极223与金刚石基板217分离的暴露区域、以及其中电极223和金刚石基板的碎粒都从靶215脱离的暴露区域。
[0135]估计前一暴露区域是在金刚石基板的碎粒和电极223两者都脱离之后接着产生的。
[0136]在例子I和2以及比较例子I和2中的每个中，在靶115和215被安装在放射线产生管中之前，在靶115和215两者中都没有观测到金刚石基板的碎粒的脱离。估计，在比较例子I和2中，在靶215被从放射线产生管移除之后发现的暴露区域217e和217f由于以下机理而出现。
[0137]除了金刚石基板的其上形成靶层216的表面的残留应力之外，张应力也施加于该表面。当由于放射线产生管的温度升高而导致靶层或电极膨胀(线性膨胀系数比率α钨/α金刚石=4.5>1)时，产生张应力。结果，在金刚石基板中产生并显现微裂纹，从而导致金刚石基板的脱离。
[0138]通过本发明，可以提供可靠性高的透射型X射线靶。通过该透射型X射线靶，防止金刚石基板的碎粒从靶脱离。而且，可以提供可靠性高的放射线产生管。通过该放射线产生管，抑制放射线输出的变化，并且可以防止放射线产生管中与导电物质粘附的金刚石碎粒的散布。此外，可以提供包括可靠性高的放射线产生管的放射线产生设备和放射线照相
>J-U ρ?α装直。
[0139]尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示例性实施例。权利要求的范 围应遵循最广泛的解释，以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。
【权利要求】
1.一种透射型X射线靶，包括: 平板形金刚石基板，所述平板形金刚石基板具有第一表面和面对第一表面的第二表面；以及 靶层，所述靶层位于第一表面上， 其中，第一表面的残留应力低于第二表面的残留应力。
2.根据权利要求1所述的透射型X射线靶， 其中，在残留应力的分布存在于第一表面和第二表面中的每个上的情况下，当且仅当第一表面的最大残留应力低于第二表面的最大残留应力时，第一表面的残留应力才低于第二表面的残留应力。
3.根据权利要求1或2所述的透射型X射线靶， 其中，所述金刚石基板还具有侧面，以及 其中，第一表面与所述侧面之间的角度大于第二表面与所述侧面之间的角度。
4.根据权利要求3所述的透射型X射线靶， 其中，第一表面与所述侧面之间的角度是钝角。
5.根据权利要求1所述的透射型X射线靶， 其中，所述金刚石基板是单晶金刚石。
6.根据权利要求5所述的透射型X射线靶， 其中，所述金刚石基板是通过从由单晶制成的基材分离所述基材的一部分而制成的。
7.根据权利要求6所述的透射型X射线靶， 其中，所述金刚石基板是通过局部加热光的照射将所述基材的一部分从所述基材分离而制成的。
8.根据权利要求1所述的透射型X射线靶， 其中，所述靶层的层厚度在Iym至20 μπι的范围内。
9.根据权利要求1所述的透射型X射线靶，还包括: 电极，所述电极在金刚石基板上被设置为从靶层的周边延伸到金刚石基板的周边，所述靶层的周边与所述金刚石基板的周边分离。
10.根据权利要求9所述的透射型X射线靶， 其中，所述电极包括具有负的碳化物标准生成自由能的金属元素。
11.根据权利要求10所述的透射型X射线靶， 其中，所述电极包括钛、锆或铬。
12.根据权利要求9所述的透射型X射线靶， 其中，所述电极的层厚度在IOOnm至10 μ m的范围内。
13.—种祀结构,包括: 根据权利要求3或4所述的透射型X射线靶；以及 阳极构件，所述阳极构件沿着所述侧面和第一表面的周边中的至少一个安置，并且与所述靶层电连接。
14.根据权利要求13所述的靶结构， 其中，所述靶层和所述阳极构件通过钎焊接头彼此电连接。
15.一种放射线产生管，包括:根据权利要求1至12中的任何一个所述的透射型X射线靶； 电子发射源，所述电子发射源包括面对所述靶层的电子发射单元；以及 绝缘管，所述绝缘管使所述靶层和所述电子发射源彼此电绝缘。
16.—种放射线产生设备,包括: 根据权利要求15所述的放射线产生管；和 驱动电路，所述驱动电路与所述靶层和所述电子发射单元中的每一个电连接，所述驱动电路输出施加于所述靶层和所述电子发射单元之间的管电压。
17.一种放射线照相装置，包括: 根据权利要求16所述的放射线产生设备； 放射线检测器，所述放射线检测器检测所述放射线产生设备产生的放射线；以及 控制单元，所述控制单元对所 述放射线产生设备和所述放射线检测器进行整体控制。
【文档编号】A61B6/00GK103943442SQ201410022341
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2013年1月18日
【发明者】五十岚洋一, 小仓孝夫, 塚本健夫 申请人:佳能株式会社