[发明专利]电场发射型X射线产生装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用了电场发射型冷阴极元件的X射线产生装置。

背景技术

使用了电场发射型冷阴极元件的X射线管（以下，称为“电场发射型X射线管”）能进行在常温下的电子发射，即使发热量少且小型，高性能化也容易实现。因而，被期待作为代替以往的灯丝（filament）方式（将加热后的灯丝作为电子发射源使用）的X射线管的高输出光源。但是，作为电子源的电子发射元件（冷阴极元件）的电子发射量有在工作电压以上的范围中伴随着施加电压上升而呈指数函数增加的趋势。

例如，当在施加工作电压-13.5kV时产生300μA的管电流（在X射线管内部从冷阴极元件到接地靶（target）电极之间流过的电流）的X射线管中，施加比上述工作电压高的-14.5kV的电压时，管电流变成3000μA，管电流激增为十倍。像这样的急剧的电流的增加，变得容易在管内引发局部的放电现象，该放电现象会引起作为电子发射源的冷阴极元件以及靶的破损、管内的真空程度的劣化等。其结果是，导致在额定电压范围下的X射线输出的降低，即，导致寿命的缩短。在发明者们的见解中，作为成为异常放电的原因的管电压变动的主要原因，可举出起因于积蓄在容纳有冷阴极元件的玻璃管内壁面的电荷的放电。

对此结合图6进行详述。以往的电场发射型X射线管101具有接地、上表面开口了的框体102。在该框体102内，经由绝缘体103支承玻璃管104的一个端部。玻璃管104收容在框体102内。在该玻璃管104的绝缘体103侧设置有冷阴极元件105，在该冷阴极元件105的周围设置有圆筒状的金属电极106。冷阴极元件105与金属电极106并联连接，从直流电源107向这些电极施加负电压。在玻璃管104的另一端侧内表面形成有由导电性良好的金属材料构成的靶108。在靶108接合有成为接地电位的窗部109，该窗部109露出到外部。窗部109使用具有将在靶108产生的X射线发射到外部的功能的材料，例如由X射线的透射性优越的铍（beryllium）构成。另外，玻璃管104以气密的方式构成，进而在玻璃管104和框体102的上表面端部之间架设有对框体102的玻璃管104的固定构件（以下，称为“固定构件”）110。利用这样的结构，在框体102和玻璃管104之间形成有空间S。

而且，当向冷阴极元件105施加规定的高压电压例如-13.5kV使电场发射型X射线管101动作时，电子从冷阴极元件105朝向靶108发射，从窗部109发射出X射线。

此时，因为在冷阴极元件105周边的同电位的金属电极106和接地的框体102之间形成电场，所以一部分电子由该电场朝向框体102进行供给。但是，在金属电极106和框体102之间存在作为绝缘体的玻璃管104，朝向框体102发射的电子积蓄在该玻璃管104的内表面。该电子的积蓄会继续到玻璃管104和金属电极106间的电位差消失为止。换句话说，在变为同电位（在该情况下是-13.5kV）的时候，由电子向玻璃管104内壁面的积蓄造成的增加将消失，变成平衡状态。

其结果是，相对于刚动作之后在冷阴极元件105和框体102之间有-13.5kV的电位差，在动作后的平衡状态中会变成在玻璃管104和框体102之间的空气层S产生-13.5kV的电位差，产生局部的放电的风险变高。特别是，玻璃管104的下端部A周边更容易发生电场集中，容易变成放电产生的起点。当发生该放电时，在周边伴随着急剧的电场的变化，也会影响到对冷阴极元件105的施加电压，使其变化。在该施加电压的变化成为原因，特别是施加电压增加（作为绝对电压，例如-13.5kV增加到-14kV）了的情况下，电子发射量急剧增加，由于该过电流导致冷阴极元件105的电子发射面的损伤，成为寿命劣化的较大的原因。

关于这一点，提出了在采用以往的热电子方式作为电子源的X射线管的内部，在绝缘构件的外表面粘着具有高电阻值的电阻膜的方案（专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-245806公报。