专利名称：工业用x射线管的制作方法
技术领域：
本发明涉及在进行工厂的配管管路等之类的构造物的无损检验时使用的工业用X 射线管，涉及使从阴极发射的电子碰撞阳极而从该阳极产生X射线的工业用X射线管。
背景技术：
作为上述的工业用X射线管，以往公知有由灯丝形成阴极，通过通电从该灯丝发射热电子，使该热电子碰撞阳极，由此从该阳极产生X射线的结构的工业用X射线管。该X 射线管由于需要高压电源，而且需要灯丝电源，因此具有大型且重之类的问题。虽然不是X射线管的领域，但是，在例如显示器、即图像显示领域中，公知有使用碳纳米管基于场致发射(Field Emission)发射电子的电子发射元件(例如，非专利文献1、 专利文献1)。另外，在X射线管领域中，也公知有使用碳纳米管形成电子发射元件的情况 (例如，专利文献5、专利文献6、专利文献7)。场致发射为在对物质表面施加强的电位时，从该物质的表面发射电子的现象。碳纳米管为用六碳环构成的针状，即长宽比(粒子长/粒子径)非常大的状态的管状的粒子。在显示器领域中，还公知有使用石墨粒子基于场致发射发射电子的电子发射元件 (例如，专利文献2)。所谓石墨为碳六角网面(多个六碳环相连构成一个层的面)层叠为多个层状而成的层状构造物质。另外，公知有将相对于石墨块、碳棒、碳膜或碳纤维的碳六角网面的层方向垂直切割的端面作为电子发射面的电子发射元件(例如，专利文献3)。另外，虽然不是X射线管，但是在荧光显示装置中，公知有由柱状石墨构成发射电子的部分即阴极构造体的发射器部分(电子发射部分)(例如，专利文献4)。所谓柱状石墨是多个碳纳米管朝向大致同一方向集合的构造体。现有技术文献专利文献
专利文献1 日本特开2000 — 090813号公报(
段、图10、11、12、13、
14)
专利文献2 日本特开2000 — 090813号公报(
段、图2、7、8) 专利文献3 日本特开2000 — 156148号公报(第2 3页、图1、2) 专利文献4:日本特开平11 — 135042号公报(
段、图1) 专利文献5 日本特开2001 - 250496号公报(第3页、图1) 专利文献6 日本特开2001 - 266780号公报(第3页、图1) 专利文献7 美国专利第6，456，691号说明书非专利文献
非专利文献1 斋藤弥八、“碳纳米管场发射器”、表面科学，Vol. 23，No. 1，pp. 38 一 43， 2002、三重大学工学部。但是，在非专利文献1、专利文献1、专利文献4、专利文献5及专利文献6中公开的碳纳米管，制成直径0. 4 50nm左右的长宽比(粒子长/粒子径)极大的构造，在许多碳纳米管集合体中，放电电压首先从低的部分放电。而且，在大电流局部流过后，在其他部分进行放电。大电流局部流过的部分在短时间内劣化，因此，存在电流容易变得不稳定，寿命短的问题。
专利文献2公开的电子发射元件即使用了石墨的电子发射元件是作为图像显示装置的零件使用的，不在X射线管中使用。另外，该电子发射元件的导电度大，功函数小，因此适于作为场致发射电极，但是，存在成型困难，使用时的形状不稳定等之类的问题。专利文献3公开的电子发射元件即将相对于石墨块等的碳六角网面的层方向垂直切割的端面作为电子发射面的电子发射元件，是作为图像显示装置等之类的电子束利用设备的零件使用的，不是用于X射线管的。在该电子发射元件中，如该文献的图2所示，多个碳六角网面的层的结晶轴即a轴、b轴、c轴在各层间彼此一致。因此，存在来自电子发射面的电子的发射量少之类的问题。
发明内容
本发明是为了消除现有装置中的上述问题而做成的，其目的在于提供一种小型、 重量轻、χ射线发射量多的工业用χ射线管。本发明的工业用X射线管是在内部为真空的容器的内部收纳阴极和阳极而成，使在阴极产生的电子碰撞阳极而从该阳极产生X射线，其特征在于，所述阴极由石墨形成，该石墨为多个碳六角网面层叠而成的层状结晶，基于所述碳六角网面的结晶轴切断石墨，将该切断面作为电子发射面。根据该X射线管，不是由灯丝构成阴极，而是由石墨构成阴极，因此，不需要灯丝电源，因此，能够制造小型且重量轻的X射线管。另外，一般而言，工业用X射线管利用高电压产生高强度的X射线。石墨适于高电压，通过施加高电压而能够产生高强度的电子。因此，使用了石墨的工业用X射线管一边是小型且重量轻，一边还能够产生高强度的X射线。以往，存在如下情况在图像显示装置领域中使用石墨粒子形成阴极，在荧光显示装置领域中使用柱状石墨形成阴极。但是，却不知道在工业用X射线管中由石墨形成阴极。 在本发明中由石墨形成工业用X射线管的阴极，由此，能够实现小型、重量轻且能够产生高强度的X射线的工业用X射线管。另外，虽然以往在图像显示装置等领域中使用石墨形成电子发射元件，但是，在以往的情况中，对于石墨的结晶轴而言没有进行特別的考虑。与之相对，在本发明中，考虑石墨的结晶轴来对电子发射面进行特别指定，因此，能够实现适合的阴极来作为工业用X射线管的阴极。例如，关于在结晶轴的c轴方向进行层生长的石墨，若设定为使碳六角网面的各层内的结晶轴的a轴及b轴在各层间朝向随机的方向，则在切断这些层形成电子发射面时， 面临到电子发射面的结晶构造具有适度的偏差，其结果是，能够增多来自电子发射面的电子的发射量。另外，例如，将在结晶轴的c轴方向进行层生长的石墨在与c轴成直角的面切断， 将该切断面研磨为约0. 5μπι (rms)左右的表面粗糙度，可以将研磨后的该面作为电子发射面。当将该表面用原子等级的标度表现时，为由碳的六角网面构成的群集的集合体，且各自的群集采用绕C轴随机地旋转配置。在采用这样的配置的情况下，与在与C轴平行的面切断石墨的情况相比电子发射效率落后，但是，有抗劣化强、寿命变长的效果。 作为其理由，认为有如下方面。一般而言，在X射线管中，使从阴极发射的电子向阳极入射，由此产生X射线。这时，从阳极发射反冲电子或离子。反冲电子为电子与靶冲撞时由该靶弹回的电子。另外，离子为在电子与靶冲撞时其靶的表面的金属进行离子化而跳出的离子。另外，即使说灯泡内为真空，在其灯泡内也存在杂质，该杂质承受电子的冲撞进行离子化。上述的离子也包括这样的离子。公知当反冲电子、离子再飞行到阴极而与该阴极的表面冲撞时，会对阴极材料造成损伤，使阴极的特性劣化。与该情况相关联地，将与c轴成直角的方向，即与六角网面平行的方向作为电子发射面，使该电子发射面朝向阳极，由此，能够使比较稳定的六角网面冲撞反冲电子或离子。而且，由此，能够降低阴极材料的劣化。本发明的其他实施方式的工业用X射线管是在内部为真空的容器的内部收纳阴极和阳极而成，使在阴极产生的电子碰撞阳极而从该阳极产生X射线，其特征在于，所述阴极由石墨形成，该石墨为多个碳六角网面层叠而成的层状结晶，该石墨的层生长方向为结晶轴的C轴方向，结晶轴的a轴及b轴的方向在各碳六角网面的各层之间为任意方向，在与所述c轴平行的面切断所述石墨，该切断面为电子发射面。根据该X射线管，石墨在结晶轴的c轴方向进行层生长，碳六角网面的各层内的结晶轴的a轴及b轴在各层间朝向随机的方向，因此，在切断这些层而形成电子发射面时，面临到电子发射面的结晶构造具有适度的偏差，其结果是，能够使来自电子发射面的电子的发射量增多。本发明的再其他实施方式的工业用X射线管是在内部为真空的容器的内部收纳阴极和阳极而成，使在阴极产生的电子碰撞阳极而从该阳极产生X射线，其特征在于，所述阴极由石墨形成，该石墨为多个碳六角网面层叠而成的层状结晶，该石墨的层生长方向为结晶轴的C轴方向，结晶轴的a轴及b轴的方向在各碳六角网面的各层之间为任意方向，在与所述c轴成直角的面切断所述石墨，该切断面为电子发射面。根据该X射线管，可以使来自阳极的反冲电子或离子与比较稳定的六角网面冲撞，其结果是，能够降低阴极材料的劣化，由此，能够提供抗劣化强、寿命长的工业用X射线管。本发明的工业用X射线管中，所述阴极的形状能够做成(1)直径0. 5 1. Omm的针形状、(2)宽度0. 5 1. 0謹且长度为5. 0 20謹的线形状、(3)直径1. 0 20謹的圆柱形状、或(4)圆筒形状。这些形状可以根据需要的X射线束的剖面形状适当地选择使用。本发明的工业用X射线管可以具有将所述阴极加热到1000°C以上的加热器。这样通过加热加热器，能够除去因污染、劣化而特性降低了的阴极的表面，能够使清洁的面露出，能够达到X射线衍射的长寿命化。另外，加热器也可以采用在阴极自身流过电流而使其发热的结构。在电子显微镜的领域中，公知有以除去进行电场放电的电子枪的表面的污染及调整电子枪的形状为目的，进行相对于电子枪称为冲洗(flushing)处理的通电处理的技术 (例如，日本特开平1 一 272039)。该冲洗处理使电子枪的整体的形状变化，但是，本发明的加热处理不应是使阴极整体的形状变化，而是调整各个碳六角网面(即石墨烯片)的形状。本发明的工业用X射线管可以具有控制向所述阴极与所述阳极之间施加的电压的电压控制单元，该电压控制单元可以存储所述阴极与所述阳极之间的电压一电流特性， 能够按照该电压一电流特性向所述阴极与所述阳极之间施加电压。根据该构成，通过重复进行X射线测定，即使在阴极长度产生变化的情况下，也能够施加最适当的电压。根据本发明的工业用X射线管，不是由灯丝构成阴极，而是由石墨构成阴极，因此，不需要灯丝电源，能够制造小型且重量轻的X射线管。在使用了灯丝的情况下，需要将粗且刚性高的电源电缆与X射线发生部连接，损害了可搬运性(轻便性)、在管线中的自动推进性(自身移动的性质)。与之相对，本发明的工业用X射线管能够达到高可搬运性及高自动推进性这两者。一般而言，在医疗用途中使用的电压为40 125kV左 右那样比较低的电压。与之相对，在工业用途中使用的电压为200 300kV左右那样的高电压。由石墨形成阴极的本发明的X射线管适合于高电压，在高电压下工作从而能够产生高强度的X射线。即，本发明的使用了石墨的X射线管适于工业用途。以往，存在以下情况在图像显示装置领域中使用石墨粒子形成阴极、在荧光显示装置领域中使用柱状石墨形成阴极。但是，却不知道在工业用X射线管中由石墨形成阴极。 在本发明中由石墨形成工业用X射线管的阴极，由此，能够实现小型、重量轻且能够产生高强度的X射线的工业用X射线管。另外，以往在图像显示装置等领域中使用石墨形成电子发射元件，但是，该现有技术对于石墨的结晶轴没有进行特別的考虑。与之相对，在本发明中，考虑石墨的结晶轴来对电子发射面进行特别指定，因此，能够实现适合的阴极来作为工业用X射线管的阴极。
图1是本发明的工业用X射线管的一实施方式的剖面图。图2是表示图1的X射线管的主要部分即阴极及其周边的构成的剖面图。图3是表示阴极的变形例的图。图4是表示阴极和阳极之间的电压一电流特性的图表的图。图5是表示阴极的构成物质即石墨的电子显微镜照片的图。图6是示意性地表示石墨的层生长过程的图，(a)是侧面图，(b)是平面图。图7是本发明的工业用X射线管的其他实施方式的剖面图。图8是表示阴极的变形例的立体图。图9是本发明的工业用X射线管的再其他实施方式的剖面图。图10是示意性地表示在本发明的工业用X射线管的再其他实施方式中使用的石墨的一例的立体图。附图标记说明
1、X射线管；2、封入容器；3、测定对象物；4A、4B、4C、4D、4E、阴极；4a、电子发射面；6、 阳极 ’7、X射线窗；8、支承框；9、加热器；11、引出电极；12、静电透镜；13、磁透镜；14、电压施加电路(电压控制单元)；16、控制器(电压控制单元)；17、二维X射线检测器；18、电流计； 21、X射线管；22、台车；23a、23b、车轮；24、电池；25、容器；26、阳极(透过型靶)；27、电气控制系统；28、通信用电缆；29、操作输入单元；30、电源电路；31、管；B、层生长方向；G、石墨； M、碳的六角网面；P1、相对于c轴平行的面；P2、相对于c轴成直角的面；R、X射线。
具体实施例方式下面，基于实施方式说明本发明的工业用X 射线管。另外，本发明当然不限于该实施方式。另外，在这以后的说明中参照附图，但是，在该附图中有时为了容易理解地表示特征部分，而以与实际不同的比率表示构成要素。(第一实施方式)
图1表示本发明的工业用X射线管的一实施方式的剖面图。本实施方式的X射线管1 具有陶瓷(例如氧化铝(Al2O3))制或玻璃制的封入容器2。封入容器2为圆筒形状，其内部被维持真空。封入容器2在通过固体模制、绝缘油浸渍、高压绝缘气体封入等方法进行电绝缘后，收纳于可搬运型的容器。封入容器2被测定者搬运至测定对象物3、例如建筑构造物的框架等处所。在封入容器2的内部的一端侧(图1的下端侧)设有阴极4A，在另一端侧(图1的上端侧)设有阳极6。通常，公知的是在暴露于高电压的构造体中，会从空气、绝缘体、金属这3个重点发生沿面放电。在本实施方式中，为了防止该沿面放电，使陶瓷制的封入容器2 的端部凹陷地设置了阴极4A、阳极6。在本实施方式的X射线管中，例如在阴极4A和阳极6之间施加200kV的高电压，从阳极6产生最高200keV能量的X射线，拍摄厚度50mm以上的铁制管的X射线透过像。这样的高能量的X射线容易透过陶瓷制的容器，因此，在本实施方式中，用于向封入容器2的外部取出X射线的特別的X射线窗未设于封入容器2。但是，在如食品等的透过拍摄那样使用20keV以下的低能量区域时，例如在阳极6 的附近即由符号7表示的部分，利用例如Be (铍)设置X射线透过用的窗。如图2所示，阴极4A由具有导电性及热传导性的支承框8支承。支承框8例如由不锈钢形成。在支承框8的周围设有作为加热单元的加热器9。支承框8例如如图3 (b)所示，形成为圆筒形状。阴极4A被收容于在支承框8的前端设置的剖面圆形状的凹部空间内，且形成为圆柱形状。阴极4A其长度例如为IOOym 以上，其直径例如为1.0 20mm范围内的适当的值。该尺寸的圆柱形状的阴极4A在以流过大电流为目标的情况下为优选。阴极4A如后面详细说明的那样，利用层叠多片由碳六角网面(S卩，石墨烯 (graphene))构成的层而成的物质即石墨形成。而且，按与层叠方向平行的方向切断这些多片的碳六角网面得来的端面4a (参照图2)成为电子发射面。图1中，沿着自阴极4A到阳极6的电子的行进路径，从阴极4A侧依次分别设置有引出电极(即，栅极)11、静电透镜12、磁透镜13。引出电极11及静电透镜12设置于封入容器2的内部，磁透镜13设置于封入容器2的外部。电压施加电路14根据来自控制器16的指令控制引出电极11相对于阴极4A的电压Vg，结果是控制阳极6相对于阴极4A的电压Va。电压施加电路14还向静电透镜12施加规定的电压。磁透镜13在本实施方式中为永久磁铁。磁透镜13也可以设定为电磁铁。 电压施加电路14和控制器16协作，构成用于控制阴极一阳极间的电压的电压控制单元。
当对引出电极11施加引出电压Vg时，从阴极4A的电子发射面4a基于场致发射 (Field Emission)而发射电子。该电子由于阴极4A和阳极6之间的电压Va而加速，并冲撞向阳极6，从该部分产生X射线R，从X射线窗7向外部取出。对测定对象物3照射该X 射线R，利用透过了测定对象物3的X射线对二维X射线检测器17进行曝光。利用该X射线曝光在二维X射线检测器17的受光面形成X射线像，通过观察该X射线像，能够检查测定对象物3的特性、例如是否有伤、缺陷等。二维X射线检测器由例如X射线胶片、成像板、CCD (Charge Coupled Device 电荷耦合器件)检测器、半导体像素检测器等构成。静电透镜12及磁透镜13分别适当地修正电子轨道。在连结阴极4A和阳极6的电路中设有电流计18。电流计18例如由电阻及电压计测电路构成。电流计18的输出信号向控制器16传送。控制器16包括微处理器及存储器而构成。在存储器的内部设定有存储表示阳极电压Va和流过阳极的电流I的关系的图表即图4的电压一电流特性的区域。控制器16在进行测定的期间的任意一次或多次的定时测定电压一电流特性，在存储器内的规定的存储区域存储该特性数据。认为当X射线测定继续进行时，阴极4A的放电特性发生随时间变化。当阴极4A的放电特性随时间变化时，有时流过阳极6的电流值会产生变化，但是，控制器16能够按照电压一电流特性选定最适当的电压。另外，作为阴极4A的放电特性随时间变化的原因之一，认为是构成阴极4A的石墨的形状发生变化。另外，也认为通过反复使用X射线管及反复进行阴极的净化处理即冲洗处理等而使阴极的表面污染的程度、阴极的长度发生了变化。图5是用扫描型电子显微镜从箭头A方向拍摄图2的阴极4A的电子发射面4a的照片，是所谓的SEM照片。从图5 (a)明显可知，片状的石墨烯即碳六角网面有多片与电子发射方向(图5 (a)的纸面垂直方向即贯通纸面的方向)平行排列。图5 (b)表示切断后的电子发射面4a，顶端部分表示向倾斜方向倾斜的状态。即使在该情况下，也能够在视觉上确认出多片碳六角网面与电子发射方向(图5 (b)的纸面垂直方向)平行排列。 本实施方式的阴极4A即石墨如图6 (a)所示意性地表示的那样为层状结晶，层生长方向B为结晶轴的c轴方向。即，各碳六角网面的层的c轴方向一致。另一方面，彼此层叠的各碳六角网面的层内的结晶轴即a轴及b轴如图6 (b)所示意性地表示的那样，在各层的(001)面内彼此角度上随机(S卩无秩序)偏移。而且，在结晶轴偏移的状态下层叠的多个碳六角网面在与c轴方向(即碳六角网面的层叠方向透过图6 (b)的纸面的方向)平行的面Pl切断，将该切断面作为电子发射面使用。这样，构成阴极4A即石墨的多层的碳六角网面的a轴及b轴在各层间随机偏移， 由此，能从切断它们获得的电子发射面效率良好地发射大量的电子。当以原子等级看石墨时，石墨为厚度10 数IOOnm的碳六角网面(即石墨烯片) 的层叠构造体，片面内通过η电子的电传导，而电阻小，功函数也小，作为电子发射体最合适。作为阴极4Α即石墨的制造方法，考虑例如将特氟龙(商标名)那样的石墨前体以例如1100°c成型，在真空中加热使之结晶化，在成型后在400°C 600°C下在真空中进行1小时以上的退火处理进行脱气的方法。结晶化以各层的结晶轴的a轴及b轴彼此随机偏移的方式进行。或 者，也可以切断石墨单结晶来制造石墨。在该情况下，当向端面施加机械力时， 可能碳六角网面会弯折，因此，为了调整表面形状而可以使用Ar (氩)离子蚀刻、氧等离子体等。成型后在400°C 600°C下在真空中进行1小时以上的退火处理进行脱气。在制造石墨时，碳六角网面的各层的结晶轴的a轴及b轴以随机偏移的方式进行。当反复进行X射线测定时，阴极物质从阴极4A的端面即电子发射面4a升华起来。 另外，由于杂质导致的污染、来自阳极6的金属离子的冲击导致的缺陷发生等，使阴极4A的表面特性劣化。在判断为发生了特性劣化的情况下，控制器16在未进行X射线测定的适当的定时对加热器9通电，使其发热，将阴极4A加热到例如1000°C以上。通过该加热，阴极 4A的表面在真空中升华，除去劣化等的表面，将该阴极4A的表面净化。通过该净化，能够防止阴极中的场致发射特性的劣化，能达到长寿命化。该净化处理有时称为冲洗处理，根据需要可适时执行多次。另外，也可以代替使用加热器9加热阴极4A，而通过在阴极4A其自身即石墨其自身流过电流来加热该阴极4A。(第二实施方式)
图7表示本发明的工业用X射线管的其他实施方式的剖面图。图7中，与图1所示的构成要素同样的构成要素标注同样的附图标记来表示，并省略其说明。在图1所示的X射线管1中，使从阴极4A发射的电子与阳极6冲撞，向该阳极6的前方侧放射X射线。与之相对，在图7所示的X射线管21中，作为阳极26使用透过型靶。 当从阴极4A发射的电子与阳极26冲撞时，向该阳极26的后方侧射出X射线。作为透过型靶，例如使用层叠W (钨)和Be (铍)而成的片。当在X射线管的内侧配置W时，被加速的电子与W片冲撞而产生白色X射线及荧光X射线，这些X射线透过Be 片。减速的电子通过作为导电性的靶而被电源回收。W及Be片的厚度根据从X射线管取出的X射线能量来计算X射线吸收，并基于此设定为最佳值。(第三实施方式)
图9表示本发明的工业用X射线管的再其他实施方式。该实施方式的X射线管为图1 所示的X射线管1。当然，也可以将该X射线管1做成图7所示的X射线管21或具有其他近似的结构的X射线管。X射线管1与电池24、电源电路30及电气控制系统27 —起，在通过固体模制、绝缘油浸渍、高压绝缘气体封入等方法进行电绝缘后，收纳于可搬运型的容器25中。而且，将该容器25固定于台车22上。台车22具有车轮23a、23b。车轮23a、23b的至少一个为由动力源驱动的驱动轮。包括动力源的驱动系统的图示省略。另外，也可以代替在台车22上装载容器25，而在容器25上直接设置车轮23a、23b。电气控制系统27例如包括图1所示的电压施加电路14及控制器16。通信用电缆28从电气控制系统27向容器25的外部延伸，在该通信用电缆28的顶端连接有操作输入单元29。操作输入单元29具备按钮开关、输入量调整开关等之类的各种开关，由测定者进行操作。通信用电缆28为具备可挠性、柔软性的轻的线材，良好地追踪台车22的动作。台车22在装载有X射线管1、电池24、电源电路30及电气控制系统27的状态下，配置于测定对象即管31中。管31例如为工厂(plant)内的配管。台车22通过测定者进行的操作输入单元29的操作，在管31的内部行进并配置于任意的测定部位。当X射线管 1随着台车22而配置于规定部位时，根据测定者的指示从X射线管1放射X射线R，在设置于管31外部的X射线检测器17上成像管31的X射线拍摄像现有的工业用X射线管使用灯丝作为阴极，通过通电使该灯丝发热而使热电子发射，从该热电子获得X射线。在该情况下，需要对灯丝施加高电压并供给大电流。在供给高电压及大电流时，需要粗且刚性高的电源电缆。因此，使现有的工业用X射线管在测定对象即管中行进进行测定是伴随有困难的。尤其是，在管弯曲的情况下，测定非常困难。在本实施方式的工业用X射线管1中，阴极由石墨形成，基于场致发射使电子产生，因此，不需要供给使用灯丝的情况那样的大电流。因此，本实施方式中使用的电池24为小型，并还不需要粗且刚性高的电源电缆。作为向容器25的外部延伸出的线状部材，只要是用于传送电信号的细且有柔软性的通信用电缆即可。因此，搭载有X射线管1及小型的电池24的台车22不会承受大的负荷，能在管31中自由地行进，X射线管1能够无障碍地进行X射线测定。另外，所谓电气控制系统27和操作输入单元29是指可以代替通信用电缆28而使用无线LAN。这样，在台车22的管31内的行进更自由。另外，具有自动推进功能的X射线管1能够容易执行对于人不能到达的高处的配管、错综复杂的配管密集部等的测定。使用了在石墨烯各层间随机错开结晶轴的石墨的本实施方式的X射线管1其功耗非常低。因此，例如，搭载SOWh的锂离子电池，能够驱动50W的X射线管1小时以上。(第四实施方式)
在以上记载的实施方式中，如图6 (b)所示，将在结晶轴的c轴方向进行层生长的石墨在相对于c轴平行的面Pl切断。与之相对，在本实施方式中，如图10所示，将在结晶轴的c 轴方向进行层生长的石墨G在相对于c轴成直角的面P2切断。进而，在本实施方式中，研磨切断的面P2使其成为约0. 5 μ rn (rms)左右的表面粗糙度，将研磨的该面作为电子发射面。该表面当用原子等级的标度表现时，为由碳的六角网面M构成的群集的集合体。 而且，各个群集采用绕c轴随机旋转的配置。通过采用这样的配置，阴极的电子发射效率与在与c轴平行的面切断的情况相比落后，但是，能提供抗劣化强、寿命长的阴极。这样，作为能够延长阴极的寿命的理由之一，认为有如下的理由。S卩，在一般的X射线管中，通过使从阴极发射的电子向阳极入射而产生X射线。此时，公知从阳极发射反冲电子或离子，该反冲电子再飞行到阴极而与该阴极的表面冲撞，由此，对阴极材料造成损伤，使特性劣化。如本实施方式那样将与c轴成直角的方向、即与六角网面平行的方向作为电子发射面，使该面朝向阳极，由此，可以使比较稳定的六角网面冲撞反冲电子或离子，由此，能够降低阴极材料的劣化。(其他实施方式)
以上，列举优选的实施方式说明了本发明，但是，本发明不限于该实施方式，在一同附上的权利要求书记载的发明的范围内可进行各种改变。例如，在上述实施方式中，将阴极4A做成如图3 (b)所示那样的圆柱形状的构成。 但是，阴极可以做成如图3 (a)所示那样的直径0.5 1.0mm的针形状的阴极4B。该阴极4B在形成微聚焦的X射线束时为优选。另夕卜，阴极可以做成为如图3 (c)所示那样的宽度0. 5 1. 0mm、长度为5. 0 20mm的线状的阴极4C。该阴极4C在形成线聚焦的X射线束时为优选。进而，阴极可以做成为如图3 (d)所示那样的圆筒形状的阴极4D。该阴极4D优选相对于透过型靶使用。在上述实施方式中，如图6 (a)所示，在箭头B所示的一个方向上使结晶层生长， 由此形成大概平板状的石墨。但是，使结晶层生长的方向不限于一个方向，也可以成为多个方 向。例如图8所示，在放射状延伸的三个方向Cl C3使结晶层生长，由此形成所谓花瓣状的石墨，也可以将其作为阴极4E使用。在以上的实施方式中，在相对于结晶的c轴平行或成直角的方向切断石墨，将该切断面作为电子发射面。但是，石墨的切断方向不限于相对于c轴平行或成直角的方向，也可以设为相对于c轴的任意的倾斜方向。
权利要求
1.一种工业用X射线管，在内部为真空的容器的内部收纳阴极和阳极而成，使在阴极产生的电子碰撞阳极而从该阳极产生X射线，其特征在于，所述阴极由石墨形成，该石墨为多个碳六角网面层叠而成的层状结晶，基于所述碳六角网面的结晶轴切断石墨，将该切断面作为电子发射面。
2.—种工业用X射线管，在内部为真空的容器的内部收纳阴极和阳极而成，使在阴极产生的电子碰撞阳极而从该阳极产生X射线，其特征在于，所述阴极由石墨形成，该石墨为多个碳六角网面层叠而成的层状结晶，该石墨的层生长方向为结晶轴的c轴方向，结晶轴的a轴及b轴的方向在各碳六角网面的各层之间为任意方向，在与所述c轴平行的面切断所述石墨，该切断面为电子发射面。
3.—种工业用X射线管，在内部为真空的容器的内部收纳阴极和阳极而成，使在阴极产生的电子碰撞阳极而从该阳极产生X射线，其特征在于，所述阴极由石墨形成，该石墨为多个碳六角网面层叠而成的层状结晶，该石墨的层生长方向为结晶轴的c轴方向，结晶轴的a轴及b轴的方向在各碳六角网面的各层之间为任意方向，在与所述c轴成直角的面切断所述石墨，该切断面为电子发射面。
4.根据权利要求1 3的任一项所述的工业用X射线管，其特征在于，所述阴极的形状为直径0. 5 1. Omm的针形状、宽度0. 5 1. Omm且长度是5. 0 20mm的线形状、直径 1. 0 20mm的圆柱形状、或圆筒形状。
5.根据权利要求1 3的任一项所述的工业用X射线管，其特征在于，具有将所述阴极加热到1000°c以上的加热器。
6.根据权利要求4所述的工业用X射线管，其特征在于，具有将所述阴极加热到 1000°C以上的加热器。
7.根据权利要求6所述的工业用X射线管，其特征在于，所述加热器为在阴极自身流过电流而使其发热的结构。
8.根据权利要求4所述的工业用X射线管，其特征在于，具有控制向所述阴极与所述阳极之间施加的电压的电压控制单元，该电压控制单元存储所述阴极与所述阳极之间的电压一电流特性，按照该电压一电流特性向所述阴极与所述阳极之间施加电压。
9.根据权利要求6所述的工业用X射线管，其特征在于，具有控制向所述阴极与所述阳极之间施加的电压的电压控制单元，该电压控制单元存储所述阴极与所述阳极之间的电压一电流特性，按照该电压一电流特性向所述阴极与所述阳极之间施加电压。
10.根据权利要求7所述的工业用X射线管，其特征在于，具有控制向所述阴极与所述阳极之间施加的电压的电压控制单元，该电压控制单元存储所述阴极与所述阳极之间的电压一电流特性，按照该电压一电流特性向所述阴极与所述阳极之间施加电压。
全文摘要
本发明提供一种小型、重量轻、X射线发射量多的工业用X射线管。该工业用X射线管(1)在内部为真空的容器(2)的内部收纳阴极(4A)及阳极(6)而成，使在阴极(4A)产生的电子碰撞阳极(6)而从该阳极产生X射线，其中，阴极(4A)由石墨形成，该石墨为多个碳六角网面层叠而成的层状结晶，该石墨的层生长方向为结晶轴的c轴方向，基于碳六角网面的结晶轴切断石墨，将该切断面作为电子发射面。例如，可以设定结晶轴的a轴及b轴的方向使其在各碳六角网面的各层之间为任意方向，在与c轴平行的面切断石墨，将该切断面作为电子发射面。另外，也可以在与c轴成直角的面切断石墨。
文档编号H01J35/06GK102347186SQ20111021561
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月29日 优先权日2010年7月30日
发明者佐藤贵久, 可儿哲男, 大坂尚久, 尾形洁, 武田佳彦, 神部亮 申请人:株式会社理学