專利名稱：工業(yè)用x射線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在進(jìn)行工廠的配管管路等之類的構(gòu)造物的無損檢驗(yàn)時(shí)使用的工業(yè)用X 射線管，涉及使從陰極發(fā)射的電子碰撞陽極而從該陽極產(chǎn)生X射線的工業(yè)用X射線管。
背景技術(shù)：
作為上述的工業(yè)用X射線管，以往公知有由燈絲形成陰極，通過通電從該燈絲發(fā)射熱電子，使該熱電子碰撞陽極，由此從該陽極產(chǎn)生X射線的結(jié)構(gòu)的工業(yè)用X射線管。該X 射線管由于需要高壓電源，而且需要燈絲電源，因此具有大型且重之類的問題。雖然不是X射線管的領(lǐng)域，但是，在例如顯示器、即圖像顯示領(lǐng)域中，公知有使用碳納米管基于場(chǎng)致發(fā)射(Field Emission)發(fā)射電子的電子發(fā)射元件(例如，非專利文獻(xiàn)1、 專利文獻(xiàn)1)。另外，在X射線管領(lǐng)域中，也公知有使用碳納米管形成電子發(fā)射元件的情況 (例如，專利文獻(xiàn)5、專利文獻(xiàn)6、專利文獻(xiàn)7)。場(chǎng)致發(fā)射為在對(duì)物質(zhì)表面施加強(qiáng)的電位時(shí)，從該物質(zhì)的表面發(fā)射電子的現(xiàn)象。碳納米管為用六碳環(huán)構(gòu)成的針狀，即長(zhǎng)寬比(粒子長(zhǎng)/粒子徑)非常大的狀態(tài)的管狀的粒子。在顯示器領(lǐng)域中，還公知有使用石墨粒子基于場(chǎng)致發(fā)射發(fā)射電子的電子發(fā)射元件 (例如，專利文獻(xiàn)2)。所謂石墨為碳六角網(wǎng)面(多個(gè)六碳環(huán)相連構(gòu)成一個(gè)層的面)層疊為多個(gè)層狀而成的層狀構(gòu)造物質(zhì)。另外，公知有將相對(duì)于石墨塊、碳棒、碳膜或碳纖維的碳六角網(wǎng)面的層方向垂直切割的端面作為電子發(fā)射面的電子發(fā)射元件(例如，專利文獻(xiàn)3)。另外，雖然不是X射線管，但是在熒光顯示裝置中，公知有由柱狀石墨構(gòu)成發(fā)射電子的部分即陰極構(gòu)造體的發(fā)射器部分(電子發(fā)射部分)(例如，專利文獻(xiàn)4)。所謂柱狀石墨是多個(gè)碳納米管朝向大致同一方向集合的構(gòu)造體?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1 日本特開2000 — 090813號(hào)公報(bào)(

段、圖10、11、12、13、
14)
專利文獻(xiàn)2 日本特開2000 — 090813號(hào)公報(bào)(

段、圖2、7、8) 專利文獻(xiàn)3 日本特開2000 — 156148號(hào)公報(bào)(第2 3頁、圖1、2) 專利文獻(xiàn)4:日本特開平11 — 135042號(hào)公報(bào)(

段、圖1) 專利文獻(xiàn)5 日本特開2001 - 250496號(hào)公報(bào)(第3頁、圖1) 專利文獻(xiàn)6 日本特開2001 - 266780號(hào)公報(bào)(第3頁、圖1) 專利文獻(xiàn)7 美國專利第6，456，691號(hào)說明書非專利文獻(xiàn)
非專利文獻(xiàn)1 齋藤彌八、“碳納米管場(chǎng)發(fā)射器”、表面科學(xué)，Vol. 23，No. 1，pp. 38 一 43， 2002、三重大學(xué)工學(xué)部。但是，在非專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)4、專利文獻(xiàn)5及專利文獻(xiàn)6中公開的碳納米管，制成直徑0. 4 50nm左右的長(zhǎng)寬比(粒子長(zhǎng)/粒子徑)極大的構(gòu)造，在許多碳納米管集合體中，放電電壓首先從低的部分放電。而且，在大電流局部流過后，在其他部分進(jìn)行放電。大電流局部流過的部分在短時(shí)間內(nèi)劣化，因此，存在電流容易變得不穩(wěn)定，壽命短的問題。

專利文獻(xiàn)2公開的電子發(fā)射元件即使用了石墨的電子發(fā)射元件是作為圖像顯示裝置的零件使用的，不在X射線管中使用。另外，該電子發(fā)射元件的導(dǎo)電度大，功函數(shù)小，因此適于作為場(chǎng)致發(fā)射電極，但是，存在成型困難，使用時(shí)的形狀不穩(wěn)定等之類的問題。專利文獻(xiàn)3公開的電子發(fā)射元件即將相對(duì)于石墨塊等的碳六角網(wǎng)面的層方向垂直切割的端面作為電子發(fā)射面的電子發(fā)射元件，是作為圖像顯示裝置等之類的電子束利用設(shè)備的零件使用的，不是用于X射線管的。在該電子發(fā)射元件中，如該文獻(xiàn)的圖2所示，多個(gè)碳六角網(wǎng)面的層的結(jié)晶軸即a軸、b軸、c軸在各層間彼此一致。因此，存在來自電子發(fā)射面的電子的發(fā)射量少之類的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了消除現(xiàn)有裝置中的上述問題而做成的，其目的在于提供一種小型、 重量輕、χ射線發(fā)射量多的工業(yè)用χ射線管。本發(fā)明的工業(yè)用X射線管是在內(nèi)部為真空的容器的內(nèi)部收納陰極和陽極而成，使在陰極產(chǎn)生的電子碰撞陽極而從該陽極產(chǎn)生X射線，其特征在于，所述陰極由石墨形成，該石墨為多個(gè)碳六角網(wǎng)面層疊而成的層狀結(jié)晶，基于所述碳六角網(wǎng)面的結(jié)晶軸切斷石墨，將該切斷面作為電子發(fā)射面。根據(jù)該X射線管，不是由燈絲構(gòu)成陰極，而是由石墨構(gòu)成陰極，因此，不需要燈絲電源，因此，能夠制造小型且重量輕的X射線管。另外，一般而言，工業(yè)用X射線管利用高電壓產(chǎn)生高強(qiáng)度的X射線。石墨適于高電壓，通過施加高電壓而能夠產(chǎn)生高強(qiáng)度的電子。因此，使用了石墨的工業(yè)用X射線管一邊是小型且重量輕，一邊還能夠產(chǎn)生高強(qiáng)度的X射線。以往，存在如下情況在圖像顯示裝置領(lǐng)域中使用石墨粒子形成陰極，在熒光顯示裝置領(lǐng)域中使用柱狀石墨形成陰極。但是，卻不知道在工業(yè)用X射線管中由石墨形成陰極。 在本發(fā)明中由石墨形成工業(yè)用X射線管的陰極，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)小型、重量輕且能夠產(chǎn)生高強(qiáng)度的X射線的工業(yè)用X射線管。另外，雖然以往在圖像顯示裝置等領(lǐng)域中使用石墨形成電子發(fā)射元件，但是，在以往的情況中，對(duì)于石墨的結(jié)晶軸而言沒有進(jìn)行特別的考慮。與之相對(duì)，在本發(fā)明中，考慮石墨的結(jié)晶軸來對(duì)電子發(fā)射面進(jìn)行特別指定，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)適合的陰極來作為工業(yè)用X射線管的陰極。例如，關(guān)于在結(jié)晶軸的c軸方向進(jìn)行層生長(zhǎng)的石墨，若設(shè)定為使碳六角網(wǎng)面的各層內(nèi)的結(jié)晶軸的a軸及b軸在各層間朝向隨機(jī)的方向，則在切斷這些層形成電子發(fā)射面時(shí)， 面臨到電子發(fā)射面的結(jié)晶構(gòu)造具有適度的偏差，其結(jié)果是，能夠增多來自電子發(fā)射面的電子的發(fā)射量。另外，例如，將在結(jié)晶軸的c軸方向進(jìn)行層生長(zhǎng)的石墨在與c軸成直角的面切斷， 將該切斷面研磨為約0. 5μπι (rms)左右的表面粗糙度，可以將研磨后的該面作為電子發(fā)射面。當(dāng)將該表面用原子等級(jí)的標(biāo)度表現(xiàn)時(shí)，為由碳的六角網(wǎng)面構(gòu)成的群集的集合體，且各自的群集采用繞C軸隨機(jī)地旋轉(zhuǎn)配置。在采用這樣的配置的情況下，與在與C軸平行的面切斷石墨的情況相比電子發(fā)射效率落后，但是，有抗劣化強(qiáng)、壽命變長(zhǎng)的效果。 作為其理由，認(rèn)為有如下方面。一般而言，在X射線管中，使從陰極發(fā)射的電子向陽極入射，由此產(chǎn)生X射線。這時(shí)，從陽極發(fā)射反沖電子或離子。反沖電子為電子與靶沖撞時(shí)由該靶彈回的電子。另外，離子為在電子與靶沖撞時(shí)其靶的表面的金屬進(jìn)行離子化而跳出的離子。另外，即使說燈泡內(nèi)為真空，在其燈泡內(nèi)也存在雜質(zhì)，該雜質(zhì)承受電子的沖撞進(jìn)行離子化。上述的離子也包括這樣的離子。公知當(dāng)反沖電子、離子再飛行到陰極而與該陰極的表面沖撞時(shí)，會(huì)對(duì)陰極材料造成損傷，使陰極的特性劣化。與該情況相關(guān)聯(lián)地，將與c軸成直角的方向，即與六角網(wǎng)面平行的方向作為電子發(fā)射面，使該電子發(fā)射面朝向陽極，由此，能夠使比較穩(wěn)定的六角網(wǎng)面沖撞反沖電子或離子。而且，由此，能夠降低陰極材料的劣化。本發(fā)明的其他實(shí)施方式的工業(yè)用X射線管是在內(nèi)部為真空的容器的內(nèi)部收納陰極和陽極而成，使在陰極產(chǎn)生的電子碰撞陽極而從該陽極產(chǎn)生X射線，其特征在于，所述陰極由石墨形成，該石墨為多個(gè)碳六角網(wǎng)面層疊而成的層狀結(jié)晶，該石墨的層生長(zhǎng)方向?yàn)榻Y(jié)晶軸的C軸方向，結(jié)晶軸的a軸及b軸的方向在各碳六角網(wǎng)面的各層之間為任意方向，在與所述c軸平行的面切斷所述石墨，該切斷面為電子發(fā)射面。根據(jù)該X射線管，石墨在結(jié)晶軸的c軸方向進(jìn)行層生長(zhǎng)，碳六角網(wǎng)面的各層內(nèi)的結(jié)晶軸的a軸及b軸在各層間朝向隨機(jī)的方向，因此，在切斷這些層而形成電子發(fā)射面時(shí)，面臨到電子發(fā)射面的結(jié)晶構(gòu)造具有適度的偏差，其結(jié)果是，能夠使來自電子發(fā)射面的電子的發(fā)射量增多。本發(fā)明的再其他實(shí)施方式的工業(yè)用X射線管是在內(nèi)部為真空的容器的內(nèi)部收納陰極和陽極而成，使在陰極產(chǎn)生的電子碰撞陽極而從該陽極產(chǎn)生X射線，其特征在于，所述陰極由石墨形成，該石墨為多個(gè)碳六角網(wǎng)面層疊而成的層狀結(jié)晶，該石墨的層生長(zhǎng)方向?yàn)榻Y(jié)晶軸的C軸方向，結(jié)晶軸的a軸及b軸的方向在各碳六角網(wǎng)面的各層之間為任意方向，在與所述c軸成直角的面切斷所述石墨，該切斷面為電子發(fā)射面。根據(jù)該X射線管，可以使來自陽極的反沖電子或離子與比較穩(wěn)定的六角網(wǎng)面沖撞，其結(jié)果是，能夠降低陰極材料的劣化，由此，能夠提供抗劣化強(qiáng)、壽命長(zhǎng)的工業(yè)用X射線管。本發(fā)明的工業(yè)用X射線管中，所述陰極的形狀能夠做成(1)直徑0. 5 1. Omm的針形狀、(2)寬度0. 5 1. 0謹(jǐn)且長(zhǎng)度為5. 0 20謹(jǐn)?shù)木€形狀、(3)直徑1. 0 20謹(jǐn)?shù)膱A柱形狀、或(4)圓筒形狀。這些形狀可以根據(jù)需要的X射線束的剖面形狀適當(dāng)?shù)剡x擇使用。本發(fā)明的工業(yè)用X射線管可以具有將所述陰極加熱到1000°C以上的加熱器。這樣通過加熱加熱器，能夠除去因污染、劣化而特性降低了的陰極的表面，能夠使清潔的面露出，能夠達(dá)到X射線衍射的長(zhǎng)壽命化。另外，加熱器也可以采用在陰極自身流過電流而使其發(fā)熱的結(jié)構(gòu)。在電子顯微鏡的領(lǐng)域中，公知有以除去進(jìn)行電場(chǎng)放電的電子槍的表面的污染及調(diào)整電子槍的形狀為目的，進(jìn)行相對(duì)于電子槍稱為沖洗(flushing)處理的通電處理的技術(shù) (例如，日本特開平1 一 272039)。該沖洗處理使電子槍的整體的形狀變化，但是，本發(fā)明的加熱處理不應(yīng)是使陰極整體的形狀變化，而是調(diào)整各個(gè)碳六角網(wǎng)面(即石墨烯片)的形狀。本發(fā)明的工業(yè)用X射線管可以具有控制向所述陰極與所述陽極之間施加的電壓的電壓控制單元，該電壓控制單元可以存儲(chǔ)所述陰極與所述陽極之間的電壓一電流特性， 能夠按照該電壓一電流特性向所述陰極與所述陽極之間施加電壓。根據(jù)該構(gòu)成，通過重復(fù)進(jìn)行X射線測(cè)定，即使在陰極長(zhǎng)度產(chǎn)生變化的情況下，也能夠施加最適當(dāng)?shù)碾妷骸８鶕?jù)本發(fā)明的工業(yè)用X射線管，不是由燈絲構(gòu)成陰極，而是由石墨構(gòu)成陰極，因此，不需要燈絲電源，能夠制造小型且重量輕的X射線管。在使用了燈絲的情況下，需要將粗且剛性高的電源電纜與X射線發(fā)生部連接，損害了可搬運(yùn)性(輕便性)、在管線中的自動(dòng)推進(jìn)性(自身移動(dòng)的性質(zhì))。與之相對(duì)，本發(fā)明的工業(yè)用X射線管能夠達(dá)到高可搬運(yùn)性及高自動(dòng)推進(jìn)性這兩者。一般而言，在醫(yī)療用途中使用的電壓為40 125kV左 右那樣比較低的電壓。與之相對(duì)，在工業(yè)用途中使用的電壓為200 300kV左右那樣的高電壓。由石墨形成陰極的本發(fā)明的X射線管適合于高電壓，在高電壓下工作從而能夠產(chǎn)生高強(qiáng)度的X射線。即，本發(fā)明的使用了石墨的X射線管適于工業(yè)用途。以往，存在以下情況在圖像顯示裝置領(lǐng)域中使用石墨粒子形成陰極、在熒光顯示裝置領(lǐng)域中使用柱狀石墨形成陰極。但是，卻不知道在工業(yè)用X射線管中由石墨形成陰極。 在本發(fā)明中由石墨形成工業(yè)用X射線管的陰極，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)小型、重量輕且能夠產(chǎn)生高強(qiáng)度的X射線的工業(yè)用X射線管。另外，以往在圖像顯示裝置等領(lǐng)域中使用石墨形成電子發(fā)射元件，但是，該現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于石墨的結(jié)晶軸沒有進(jìn)行特別的考慮。與之相對(duì)，在本發(fā)明中，考慮石墨的結(jié)晶軸來對(duì)電子發(fā)射面進(jìn)行特別指定，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)適合的陰極來作為工業(yè)用X射線管的陰極。


圖1是本發(fā)明的工業(yè)用X射線管的一實(shí)施方式的剖面圖。圖2是表示圖1的X射線管的主要部分即陰極及其周邊的構(gòu)成的剖面圖。圖3是表示陰極的變形例的圖。圖4是表示陰極和陽極之間的電壓一電流特性的圖表的圖。圖5是表示陰極的構(gòu)成物質(zhì)即石墨的電子顯微鏡照片的圖。圖6是示意性地表示石墨的層生長(zhǎng)過程的圖，(a)是側(cè)面圖，(b)是平面圖。圖7是本發(fā)明的工業(yè)用X射線管的其他實(shí)施方式的剖面圖。圖8是表示陰極的變形例的立體圖。圖9是本發(fā)明的工業(yè)用X射線管的再其他實(shí)施方式的剖面圖。圖10是示意性地表示在本發(fā)明的工業(yè)用X射線管的再其他實(shí)施方式中使用的石墨的一例的立體圖。附圖標(biāo)記說明
1、X射線管；2、封入容器；3、測(cè)定對(duì)象物；4A、4B、4C、4D、4E、陰極；4a、電子發(fā)射面；6、 陽極 ’7、X射線窗；8、支承框；9、加熱器；11、引出電極；12、靜電透鏡；13、磁透鏡；14、電壓施加電路(電壓控制單元)；16、控制器(電壓控制單元)；17、二維X射線檢測(cè)器；18、電流計(jì)； 21、X射線管；22、臺(tái)車；23a、23b、車輪；24、電池；25、容器；26、陽極(透過型靶)；27、電氣控制系統(tǒng)；28、通信用電纜；29、操作輸入單元；30、電源電路；31、管；B、層生長(zhǎng)方向；G、石墨； M、碳的六角網(wǎng)面；P1、相對(duì)于c軸平行的面；P2、相對(duì)于c軸成直角的面；R、X射線。
具體實(shí)施例方式下面，基于實(shí)施方式說明本發(fā)明的工業(yè)用X 射線管。另外，本發(fā)明當(dāng)然不限于該實(shí)施方式。另外，在這以后的說明中參照附圖，但是，在該附圖中有時(shí)為了容易理解地表示特征部分，而以與實(shí)際不同的比率表示構(gòu)成要素。(第一實(shí)施方式)
圖1表示本發(fā)明的工業(yè)用X射線管的一實(shí)施方式的剖面圖。本實(shí)施方式的X射線管1 具有陶瓷(例如氧化鋁(Al2O3))制或玻璃制的封入容器2。封入容器2為圓筒形狀，其內(nèi)部被維持真空。封入容器2在通過固體模制、絕緣油浸漬、高壓絕緣氣體封入等方法進(jìn)行電絕緣后，收納于可搬運(yùn)型的容器。封入容器2被測(cè)定者搬運(yùn)至測(cè)定對(duì)象物3、例如建筑構(gòu)造物的框架等處所。在封入容器2的內(nèi)部的一端側(cè)(圖1的下端側(cè))設(shè)有陰極4A，在另一端側(cè)(圖1的上端側(cè))設(shè)有陽極6。通常，公知的是在暴露于高電壓的構(gòu)造體中，會(huì)從空氣、絕緣體、金屬這3個(gè)重點(diǎn)發(fā)生沿面放電。在本實(shí)施方式中，為了防止該沿面放電，使陶瓷制的封入容器2 的端部凹陷地設(shè)置了陰極4A、陽極6。在本實(shí)施方式的X射線管中，例如在陰極4A和陽極6之間施加200kV的高電壓，從陽極6產(chǎn)生最高200keV能量的X射線，拍攝厚度50mm以上的鐵制管的X射線透過像。這樣的高能量的X射線容易透過陶瓷制的容器，因此，在本實(shí)施方式中，用于向封入容器2的外部取出X射線的特別的X射線窗未設(shè)于封入容器2。但是，在如食品等的透過拍攝那樣使用20keV以下的低能量區(qū)域時(shí)，例如在陽極6 的附近即由符號(hào)7表示的部分，利用例如Be (鈹)設(shè)置X射線透過用的窗。如圖2所示，陰極4A由具有導(dǎo)電性及熱傳導(dǎo)性的支承框8支承。支承框8例如由不銹鋼形成。在支承框8的周圍設(shè)有作為加熱單元的加熱器9。支承框8例如如圖3 (b)所示，形成為圓筒形狀。陰極4A被收容于在支承框8的前端設(shè)置的剖面圓形狀的凹部空間內(nèi)，且形成為圓柱形狀。陰極4A其長(zhǎng)度例如為IOOym 以上，其直徑例如為1.0 20mm范圍內(nèi)的適當(dāng)?shù)闹?。該尺寸的圓柱形狀的陰極4A在以流過大電流為目標(biāo)的情況下為優(yōu)選。陰極4A如后面詳細(xì)說明的那樣，利用層疊多片由碳六角網(wǎng)面(S卩，石墨烯 (graphene))構(gòu)成的層而成的物質(zhì)即石墨形成。而且，按與層疊方向平行的方向切斷這些多片的碳六角網(wǎng)面得來的端面4a (參照?qǐng)D2)成為電子發(fā)射面。圖1中，沿著自陰極4A到陽極6的電子的行進(jìn)路徑，從陰極4A側(cè)依次分別設(shè)置有引出電極(即，柵極)11、靜電透鏡12、磁透鏡13。引出電極11及靜電透鏡12設(shè)置于封入容器2的內(nèi)部，磁透鏡13設(shè)置于封入容器2的外部。電壓施加電路14根據(jù)來自控制器16的指令控制引出電極11相對(duì)于陰極4A的電壓Vg，結(jié)果是控制陽極6相對(duì)于陰極4A的電壓Va。電壓施加電路14還向靜電透鏡12施加規(guī)定的電壓。磁透鏡13在本實(shí)施方式中為永久磁鐵。磁透鏡13也可以設(shè)定為電磁鐵。 電壓施加電路14和控制器16協(xié)作，構(gòu)成用于控制陰極一陽極間的電壓的電壓控制單元。
當(dāng)對(duì)引出電極11施加引出電壓Vg時(shí)，從陰極4A的電子發(fā)射面4a基于場(chǎng)致發(fā)射 (Field Emission)而發(fā)射電子。該電子由于陰極4A和陽極6之間的電壓Va而加速，并沖撞向陽極6，從該部分產(chǎn)生X射線R，從X射線窗7向外部取出。對(duì)測(cè)定對(duì)象物3照射該X 射線R，利用透過了測(cè)定對(duì)象物3的X射線對(duì)二維X射線檢測(cè)器17進(jìn)行曝光。利用該X射線曝光在二維X射線檢測(cè)器17的受光面形成X射線像，通過觀察該X射線像，能夠檢查測(cè)定對(duì)象物3的特性、例如是否有傷、缺陷等。二維X射線檢測(cè)器由例如X射線膠片、成像板、CCD (Charge Coupled Device 電荷耦合器件)檢測(cè)器、半導(dǎo)體像素檢測(cè)器等構(gòu)成。靜電透鏡12及磁透鏡13分別適當(dāng)?shù)匦拚娮榆壍?。在連結(jié)陰極4A和陽極6的電路中設(shè)有電流計(jì)18。電流計(jì)18例如由電阻及電壓計(jì)測(cè)電路構(gòu)成。電流計(jì)18的輸出信號(hào)向控制器16傳送?？刂破?6包括微處理器及存儲(chǔ)器而構(gòu)成。在存儲(chǔ)器的內(nèi)部設(shè)定有存儲(chǔ)表示陽極電壓Va和流過陽極的電流I的關(guān)系的圖表即圖4的電壓一電流特性的區(qū)域?？刂破?6在進(jìn)行測(cè)定的期間的任意一次或多次的定時(shí)測(cè)定電壓一電流特性，在存儲(chǔ)器內(nèi)的規(guī)定的存儲(chǔ)區(qū)域存儲(chǔ)該特性數(shù)據(jù)。認(rèn)為當(dāng)X射線測(cè)定繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，陰極4A的放電特性發(fā)生隨時(shí)間變化。當(dāng)陰極4A的放電特性隨時(shí)間變化時(shí)，有時(shí)流過陽極6的電流值會(huì)產(chǎn)生變化，但是，控制器16能夠按照電壓一電流特性選定最適當(dāng)?shù)碾妷?。另外，作為陰極4A的放電特性隨時(shí)間變化的原因之一，認(rèn)為是構(gòu)成陰極4A的石墨的形狀發(fā)生變化。另外，也認(rèn)為通過反復(fù)使用X射線管及反復(fù)進(jìn)行陰極的凈化處理即沖洗處理等而使陰極的表面污染的程度、陰極的長(zhǎng)度發(fā)生了變化。圖5是用掃描型電子顯微鏡從箭頭A方向拍攝圖2的陰極4A的電子發(fā)射面4a的照片，是所謂的SEM照片。從圖5 (a)明顯可知，片狀的石墨烯即碳六角網(wǎng)面有多片與電子發(fā)射方向(圖5 (a)的紙面垂直方向即貫通紙面的方向)平行排列。圖5 (b)表示切斷后的電子發(fā)射面4a，頂端部分表示向傾斜方向傾斜的狀態(tài)。即使在該情況下，也能夠在視覺上確認(rèn)出多片碳六角網(wǎng)面與電子發(fā)射方向(圖5 (b)的紙面垂直方向)平行排列。 本實(shí)施方式的陰極4A即石墨如圖6 (a)所示意性地表示的那樣為層狀結(jié)晶，層生長(zhǎng)方向B為結(jié)晶軸的c軸方向。即，各碳六角網(wǎng)面的層的c軸方向一致。另一方面，彼此層疊的各碳六角網(wǎng)面的層內(nèi)的結(jié)晶軸即a軸及b軸如圖6 (b)所示意性地表示的那樣，在各層的(001)面內(nèi)彼此角度上隨機(jī)(S卩無秩序)偏移。而且，在結(jié)晶軸偏移的狀態(tài)下層疊的多個(gè)碳六角網(wǎng)面在與c軸方向(即碳六角網(wǎng)面的層疊方向透過圖6 (b)的紙面的方向)平行的面Pl切斷，將該切斷面作為電子發(fā)射面使用。這樣，構(gòu)成陰極4A即石墨的多層的碳六角網(wǎng)面的a軸及b軸在各層間隨機(jī)偏移， 由此，能從切斷它們獲得的電子發(fā)射面效率良好地發(fā)射大量的電子。當(dāng)以原子等級(jí)看石墨時(shí)，石墨為厚度10 數(shù)IOOnm的碳六角網(wǎng)面(即石墨烯片) 的層疊構(gòu)造體，片面內(nèi)通過η電子的電傳導(dǎo)，而電阻小，功函數(shù)也小，作為電子發(fā)射體最合適。作為陰極4Α即石墨的制造方法，考慮例如將特氟龍(商標(biāo)名)那樣的石墨前體以例如1100°c成型，在真空中加熱使之結(jié)晶化，在成型后在400°C 600°C下在真空中進(jìn)行1小時(shí)以上的退火處理進(jìn)行脫氣的方法。結(jié)晶化以各層的結(jié)晶軸的a軸及b軸彼此隨機(jī)偏移的方式進(jìn)行?；?者，也可以切斷石墨單結(jié)晶來制造石墨。在該情況下，當(dāng)向端面施加機(jī)械力時(shí)， 可能碳六角網(wǎng)面會(huì)彎折，因此，為了調(diào)整表面形狀而可以使用Ar (氬)離子蝕刻、氧等離子體等。成型后在400°C 600°C下在真空中進(jìn)行1小時(shí)以上的退火處理進(jìn)行脫氣。在制造石墨時(shí)，碳六角網(wǎng)面的各層的結(jié)晶軸的a軸及b軸以隨機(jī)偏移的方式進(jìn)行。當(dāng)反復(fù)進(jìn)行X射線測(cè)定時(shí)，陰極物質(zhì)從陰極4A的端面即電子發(fā)射面4a升華起來。 另外，由于雜質(zhì)導(dǎo)致的污染、來自陽極6的金屬離子的沖擊導(dǎo)致的缺陷發(fā)生等，使陰極4A的表面特性劣化。在判斷為發(fā)生了特性劣化的情況下，控制器16在未進(jìn)行X射線測(cè)定的適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)對(duì)加熱器9通電，使其發(fā)熱，將陰極4A加熱到例如1000°C以上。通過該加熱，陰極 4A的表面在真空中升華，除去劣化等的表面，將該陰極4A的表面凈化。通過該凈化，能夠防止陰極中的場(chǎng)致發(fā)射特性的劣化，能達(dá)到長(zhǎng)壽命化。該凈化處理有時(shí)稱為沖洗處理，根據(jù)需要可適時(shí)執(zhí)行多次。另外，也可以代替使用加熱器9加熱陰極4A，而通過在陰極4A其自身即石墨其自身流過電流來加熱該陰極4A。(第二實(shí)施方式)
圖7表示本發(fā)明的工業(yè)用X射線管的其他實(shí)施方式的剖面圖。圖7中，與圖1所示的構(gòu)成要素同樣的構(gòu)成要素標(biāo)注同樣的附圖標(biāo)記來表示，并省略其說明。在圖1所示的X射線管1中，使從陰極4A發(fā)射的電子與陽極6沖撞，向該陽極6的前方側(cè)放射X射線。與之相對(duì)，在圖7所示的X射線管21中，作為陽極26使用透過型靶。 當(dāng)從陰極4A發(fā)射的電子與陽極26沖撞時(shí)，向該陽極26的后方側(cè)射出X射線。作為透過型靶，例如使用層疊W (鎢)和Be (鈹)而成的片。當(dāng)在X射線管的內(nèi)側(cè)配置W時(shí)，被加速的電子與W片沖撞而產(chǎn)生白色X射線及熒光X射線，這些X射線透過Be 片。減速的電子通過作為導(dǎo)電性的靶而被電源回收。W及Be片的厚度根據(jù)從X射線管取出的X射線能量來計(jì)算X射線吸收，并基于此設(shè)定為最佳值。(第三實(shí)施方式)
圖9表示本發(fā)明的工業(yè)用X射線管的再其他實(shí)施方式。該實(shí)施方式的X射線管為圖1 所示的X射線管1。當(dāng)然，也可以將該X射線管1做成圖7所示的X射線管21或具有其他近似的結(jié)構(gòu)的X射線管。X射線管1與電池24、電源電路30及電氣控制系統(tǒng)27 —起，在通過固體模制、絕緣油浸漬、高壓絕緣氣體封入等方法進(jìn)行電絕緣后，收納于可搬運(yùn)型的容器25中。而且，將該容器25固定于臺(tái)車22上。臺(tái)車22具有車輪23a、23b。車輪23a、23b的至少一個(gè)為由動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪。包括動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的圖示省略。另外，也可以代替在臺(tái)車22上裝載容器25，而在容器25上直接設(shè)置車輪23a、23b。電氣控制系統(tǒng)27例如包括圖1所示的電壓施加電路14及控制器16。通信用電纜28從電氣控制系統(tǒng)27向容器25的外部延伸，在該通信用電纜28的頂端連接有操作輸入單元29。操作輸入單元29具備按鈕開關(guān)、輸入量調(diào)整開關(guān)等之類的各種開關(guān)，由測(cè)定者進(jìn)行操作。通信用電纜28為具備可撓性、柔軟性的輕的線材，良好地追蹤臺(tái)車22的動(dòng)作。臺(tái)車22在裝載有X射線管1、電池24、電源電路30及電氣控制系統(tǒng)27的狀態(tài)下，配置于測(cè)定對(duì)象即管31中。管31例如為工廠(plant)內(nèi)的配管。臺(tái)車22通過測(cè)定者進(jìn)行的操作輸入單元29的操作，在管31的內(nèi)部行進(jìn)并配置于任意的測(cè)定部位。當(dāng)X射線管 1隨著臺(tái)車22而配置于規(guī)定部位時(shí)，根據(jù)測(cè)定者的指示從X射線管1放射X射線R，在設(shè)置于管31外部的X射線檢測(cè)器17上成像管31的X射線拍攝像現(xiàn)有的工業(yè)用X射線管使用燈絲作為陰極，通過通電使該燈絲發(fā)熱而使熱電子發(fā)射，從該熱電子獲得X射線。在該情況下，需要對(duì)燈絲施加高電壓并供給大電流。在供給高電壓及大電流時(shí)，需要粗且剛性高的電源電纜。因此，使現(xiàn)有的工業(yè)用X射線管在測(cè)定對(duì)象即管中行進(jìn)進(jìn)行測(cè)定是伴隨有困難的。尤其是，在管彎曲的情況下，測(cè)定非常困難。在本實(shí)施方式的工業(yè)用X射線管1中，陰極由石墨形成，基于場(chǎng)致發(fā)射使電子產(chǎn)生，因此，不需要供給使用燈絲的情況那樣的大電流。因此，本實(shí)施方式中使用的電池24為小型，并還不需要粗且剛性高的電源電纜。作為向容器25的外部延伸出的線狀部材，只要是用于傳送電信號(hào)的細(xì)且有柔軟性的通信用電纜即可。因此，搭載有X射線管1及小型的電池24的臺(tái)車22不會(huì)承受大的負(fù)荷，能在管31中自由地行進(jìn)，X射線管1能夠無障礙地進(jìn)行X射線測(cè)定。另外，所謂電氣控制系統(tǒng)27和操作輸入單元29是指可以代替通信用電纜28而使用無線LAN。這樣，在臺(tái)車22的管31內(nèi)的行進(jìn)更自由。另外，具有自動(dòng)推進(jìn)功能的X射線管1能夠容易執(zhí)行對(duì)于人不能到達(dá)的高處的配管、錯(cuò)綜復(fù)雜的配管密集部等的測(cè)定。使用了在石墨烯各層間隨機(jī)錯(cuò)開結(jié)晶軸的石墨的本實(shí)施方式的X射線管1其功耗非常低。因此，例如，搭載SOWh的鋰離子電池，能夠驅(qū)動(dòng)50W的X射線管1小時(shí)以上。(第四實(shí)施方式)
在以上記載的實(shí)施方式中，如圖6 (b)所示，將在結(jié)晶軸的c軸方向進(jìn)行層生長(zhǎng)的石墨在相對(duì)于c軸平行的面Pl切斷。與之相對(duì)，在本實(shí)施方式中，如圖10所示，將在結(jié)晶軸的c 軸方向進(jìn)行層生長(zhǎng)的石墨G在相對(duì)于c軸成直角的面P2切斷。進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，研磨切斷的面P2使其成為約0. 5 μ rn (rms)左右的表面粗糙度，將研磨的該面作為電子發(fā)射面。該表面當(dāng)用原子等級(jí)的標(biāo)度表現(xiàn)時(shí)，為由碳的六角網(wǎng)面M構(gòu)成的群集的集合體。 而且，各個(gè)群集采用繞c軸隨機(jī)旋轉(zhuǎn)的配置。通過采用這樣的配置，陰極的電子發(fā)射效率與在與c軸平行的面切斷的情況相比落后，但是，能提供抗劣化強(qiáng)、壽命長(zhǎng)的陰極。這樣，作為能夠延長(zhǎng)陰極的壽命的理由之一，認(rèn)為有如下的理由。S卩，在一般的X射線管中，通過使從陰極發(fā)射的電子向陽極入射而產(chǎn)生X射線。此時(shí)，公知從陽極發(fā)射反沖電子或離子，該反沖電子再飛行到陰極而與該陰極的表面沖撞，由此，對(duì)陰極材料造成損傷，使特性劣化。如本實(shí)施方式那樣將與c軸成直角的方向、即與六角網(wǎng)面平行的方向作為電子發(fā)射面，使該面朝向陽極，由此，可以使比較穩(wěn)定的六角網(wǎng)面沖撞反沖電子或離子，由此，能夠降低陰極材料的劣化。(其他實(shí)施方式)
以上，列舉優(yōu)選的實(shí)施方式說明了本發(fā)明，但是，本發(fā)明不限于該實(shí)施方式，在一同附上的權(quán)利要求書記載的發(fā)明的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種改變。例如，在上述實(shí)施方式中，將陰極4A做成如圖3 (b)所示那樣的圓柱形狀的構(gòu)成。 但是，陰極可以做成如圖3 (a)所示那樣的直徑0.5 1.0mm的針形狀的陰極4B。該陰極4B在形成微聚焦的X射線束時(shí)為優(yōu)選。另夕卜，陰極可以做成為如圖3 (c)所示那樣的寬度0. 5 1. 0mm、長(zhǎng)度為5. 0 20mm的線狀的陰極4C。該陰極4C在形成線聚焦的X射線束時(shí)為優(yōu)選。進(jìn)而，陰極可以做成為如圖3 (d)所示那樣的圓筒形狀的陰極4D。該陰極4D優(yōu)選相對(duì)于透過型靶使用。在上述實(shí)施方式中，如圖6 (a)所示，在箭頭B所示的一個(gè)方向上使結(jié)晶層生長(zhǎng)， 由此形成大概平板狀的石墨。但是，使結(jié)晶層生長(zhǎng)的方向不限于一個(gè)方向，也可以成為多個(gè)方 向。例如圖8所示，在放射狀延伸的三個(gè)方向Cl C3使結(jié)晶層生長(zhǎng)，由此形成所謂花瓣?duì)畹氖?，也可以將其作為陰極4E使用。在以上的實(shí)施方式中，在相對(duì)于結(jié)晶的c軸平行或成直角的方向切斷石墨，將該切斷面作為電子發(fā)射面。但是，石墨的切斷方向不限于相對(duì)于c軸平行或成直角的方向，也可以設(shè)為相對(duì)于c軸的任意的傾斜方向。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)用X射線管，在內(nèi)部為真空的容器的內(nèi)部收納陰極和陽極而成，使在陰極產(chǎn)生的電子碰撞陽極而從該陽極產(chǎn)生X射線，其特征在于，所述陰極由石墨形成，該石墨為多個(gè)碳六角網(wǎng)面層疊而成的層狀結(jié)晶，基于所述碳六角網(wǎng)面的結(jié)晶軸切斷石墨，將該切斷面作為電子發(fā)射面。
2.—種工業(yè)用X射線管，在內(nèi)部為真空的容器的內(nèi)部收納陰極和陽極而成，使在陰極產(chǎn)生的電子碰撞陽極而從該陽極產(chǎn)生X射線，其特征在于，所述陰極由石墨形成，該石墨為多個(gè)碳六角網(wǎng)面層疊而成的層狀結(jié)晶，該石墨的層生長(zhǎng)方向?yàn)榻Y(jié)晶軸的c軸方向，結(jié)晶軸的a軸及b軸的方向在各碳六角網(wǎng)面的各層之間為任意方向，在與所述c軸平行的面切斷所述石墨，該切斷面為電子發(fā)射面。
3.—種工業(yè)用X射線管，在內(nèi)部為真空的容器的內(nèi)部收納陰極和陽極而成，使在陰極產(chǎn)生的電子碰撞陽極而從該陽極產(chǎn)生X射線，其特征在于，所述陰極由石墨形成，該石墨為多個(gè)碳六角網(wǎng)面層疊而成的層狀結(jié)晶，該石墨的層生長(zhǎng)方向?yàn)榻Y(jié)晶軸的c軸方向，結(jié)晶軸的a軸及b軸的方向在各碳六角網(wǎng)面的各層之間為任意方向，在與所述c軸成直角的面切斷所述石墨，該切斷面為電子發(fā)射面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的工業(yè)用X射線管，其特征在于，所述陰極的形狀為直徑0. 5 1. Omm的針形狀、寬度0. 5 1. Omm且長(zhǎng)度是5. 0 20mm的線形狀、直徑 1. 0 20mm的圓柱形狀、或圓筒形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的工業(yè)用X射線管，其特征在于，具有將所述陰極加熱到1000°c以上的加熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工業(yè)用X射線管，其特征在于，具有將所述陰極加熱到 1000°C以上的加熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工業(yè)用X射線管，其特征在于，所述加熱器為在陰極自身流過電流而使其發(fā)熱的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工業(yè)用X射線管，其特征在于，具有控制向所述陰極與所述陽極之間施加的電壓的電壓控制單元，該電壓控制單元存儲(chǔ)所述陰極與所述陽極之間的電壓一電流特性，按照該電壓一電流特性向所述陰極與所述陽極之間施加電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工業(yè)用X射線管，其特征在于，具有控制向所述陰極與所述陽極之間施加的電壓的電壓控制單元，該電壓控制單元存儲(chǔ)所述陰極與所述陽極之間的電壓一電流特性，按照該電壓一電流特性向所述陰極與所述陽極之間施加電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工業(yè)用X射線管，其特征在于，具有控制向所述陰極與所述陽極之間施加的電壓的電壓控制單元，該電壓控制單元存儲(chǔ)所述陰極與所述陽極之間的電壓一電流特性，按照該電壓一電流特性向所述陰極與所述陽極之間施加電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種小型、重量輕、X射線發(fā)射量多的工業(yè)用X射線管。該工業(yè)用X射線管(1)在內(nèi)部為真空的容器(2)的內(nèi)部收納陰極(4A)及陽極(6)而成，使在陰極(4A)產(chǎn)生的電子碰撞陽極(6)而從該陽極產(chǎn)生X射線，其中，陰極(4A)由石墨形成，該石墨為多個(gè)碳六角網(wǎng)面層疊而成的層狀結(jié)晶，該石墨的層生長(zhǎng)方向?yàn)榻Y(jié)晶軸的c軸方向，基于碳六角網(wǎng)面的結(jié)晶軸切斷石墨，將該切斷面作為電子發(fā)射面。例如，可以設(shè)定結(jié)晶軸的a軸及b軸的方向使其在各碳六角網(wǎng)面的各層之間為任意方向，在與c軸平行的面切斷石墨，將該切斷面作為電子發(fā)射面。另外，也可以在與c軸成直角的面切斷石墨。
文檔編號(hào)H01J35/06GK102347186SQ20111021561
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者佐藤貴久, 可兒哲男, 大坂尚久, 尾形潔, 武田佳彥, 神部亮 申請(qǐng)人:株式會(huì)社理學(xué)