X射线产生装置以及x射线产生装置的控制方法

X射线产生装置以及x射线产生装置的控制方法
【专利摘要】本发明提供一种X射线产生装置以及X射线产生装置的控制方法。X射线产生装置(10)具备：电子枪(12)，其产生电子束；线性加速器(14)，其通过微波对由电子枪(12)产生出的电子束进行加速；X射线靶(16)，其通过被照射由线性加速器(14)进行加速后的电子束，从而产生X射线；微波产生装置，其产生导入线性加速器(14)的微波；和脉冲调制器，其对微波产生装置进行控制，以使得微波功率发生变化。由于线性加速器(14)具有多个聚束腔(40)，因此即使由于微波功率降低而产生从加速相位偏离了的电子，也能够使该电子在下一个时间周期的加速相位进行加速，因此即使微波功率降低，也能控制射出的电子束的强度降低。
【专利说明】X射线产生装置以及X射线产生装置的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种X射线产生装置以及X射线产生装置的控制方法。
【背景技术】
[0002]例如，在利用了用于在机场的行李检查等的X射线的非破坏检查装置中，搭载着由数十到数百千伏左右的管电压驱动的X射线管。这样的非破坏检查装置，将从X射线管输出的X射线照射行李等的检查对象物，根据透过了检查对象物的X射线的线量的空间分布，将检查对象物的体积密度(物质的比重与密度的积)的浓淡作为图像而构成。
[0003]此外，上述非破坏检查装置有些情况下利用不同元素对X射线衰减(放射线源衰弱系数)的X射线能量依赖性不同的原理，进行检查对象物的原子序号的确定(元素特定)。以这样的元素特定为目的，上述非破坏检查装置使X射线管的管电压发生变化，并照射X射线，或者采用多个X射线管，来进行不同管电压的X射线的照射，得到例如2个不同的管电压、即2个不同的X射线的能量下的透视图像，从而对检查对象物的原子序号进行确定。
[0004]另一方面，在针对港湾、国境的集装箱(container)等体积密度大的行李进行利用X射线的非破坏检查中，由以数百千伏左右的管电压进行驱动的X射线管所产生的X射线，其透过能力不足，因此进行使用了更高能量的X射线的非破坏检查。
[0005]为了得到高能量的X射线，主要使用被称为线性加速器(Linear Accelerator:LINAC)的加速器，通过将在线性加速器的作用下被加速到高能量(3MeV到9MeV左右)的电子照射至祀(target)材料,通过韧致福射从祀材料产生高能量的X射线。这样，使用了线性加速器的非破坏检查装置，由于能够得到比由X射线管产生的X射线更高能量的X射线，因此对于集装箱等相对体积密度大的检查对象物而言，也能够使X射线透过，得到透视图像。
[0006]这里，对于使用了线性加速器的X射线产生装置进行说明。
[0007]使用了线性加速器的X射线产生装置，具备:电子枪、聚束器(buncher)、加速管、X射线靶、脉冲调制器、以及微波产生装置。通过电子枪产生出的电子束，通过聚束器以及加速管进行加速，并照射至X射线靶。
[0008]更具体来讲，脉冲调制器产生高电压脉冲，产生出的高电压脉冲被施加到电子枪和微波产生装置。
[0009]如果电子枪被施加来自脉冲调制器的高电压脉冲，则产生电子束，并将产生出的电子束入射到聚束器。另外，入射到聚束器的电子束的电子密度，在整个高电压脉冲宽度中，在时间上是一样的。
[0010]另一方面，如果微波产生装置被施加来自脉冲调制器的高电压脉冲，则产生数兆瓦特(MW)的大功率的微波。另外，高电压脉冲的脉冲宽度，比通过微波产生装置产生的微波的周期长足够多。
[0011]并且，通过微波产生装置产生出的微波，入射到由多个共振腔连结构成的加速管。另外，构成加速管的共振腔称为加速腔。入射到了加速管的微波，通过各加速腔产生共振，在各加速腔，激励根据微波的频率而产生振动的向着中心轴方向的、用于使电子束加速的加速电场。另外，在相邻的加速腔被激励的加速电场之间的相位差是180度。
[0012]此外，聚束器也由共振腔构成，入射到加速管的微波，沿着加速管内部，也被聚束器激励加速电场。并且，从电子枪入射到聚束器的电子束，通过由聚束器激励起的加速电场，接受速度调制。也就是说，在聚束器的加速电场为正的定时，入射到聚束器的电子束速度增加，另一方面在加速电场为负的定时，入射到聚束器的电子束速度减小。
[0013]因此，在入射到聚束器的时刻，在高电压脉冲宽度内在时间上相同的电子束的电子密度，受到上述速度调制的影响，慢慢被聚束(bunching)，在由微波的频率决定的时间周期，变得有疏有密。
[0014]聚束器中的共振腔的形状，设计为使得被聚束后的电子束的电子密度高的部分入射到加速管的定时，与加速管最初的加速腔的加速电场为正的定时同步，通过这样的同步，使电子能够被正的加速电场有效率地加速，并且能够使由于负的加速电场而向电子枪侧逆行加速的电子减少。
[0015]另外，虽然加速管中各个相邻的加速腔的加速电场的相位差为180度，但加速腔的形状被设计为使通过加速管的最初的加速腔而被加速的电子到达相邻的加速腔的定时，与相邻的加速腔的加速电场为正的定时同步，通过这样的同步，电子进一步被加速。线性加速器同样地即使在多个加速腔，通过在加速电场为正的定时被同步的同时，使电子加速，从而产生目的的高能量的电子束。
[0016]并且，通过将被加速了的高能量的电子束照射至X射线靶，从而能得到高能量的轫致辐射X射线。
[0017]进一步地，在使用了线性加速器的非破坏检查装置中，在进行元素特定的情况下，与X射线管的情况相同，需要具有2个不同的电子束能量的线性加速器。
[0018]例如，在用于进行行李检查的非破坏检查装置中使用的X射线管的情况下，通过使X射线管的管电压发生变化，能够容易地得到不同能量的X射线。此外，由于X射线管价格比较便宜，因此将2个X射线管搭载在非破坏检查装置中在经济方面上能够成立。
[0019]但是，线性加速器价格比X射线管高，为了得到2个不同的电子能量，将2个不同的线性加速器搭载在非破坏检查装置中，是成本大大增加的原因。
[0020]这里，专利文献I中，将入射到加速管的微波的功率(下面，称为“微波功率”)设为P，将电子束的电流值设为I，电子束的能量设为E，下面的式(I)中所示的关系式成立。另外，A和B为常数。
[0021][式I]
[0022]E ==\- P -- 3B>.:1 * * * (I)
[0023]因此，如果降低导入到加速管的微波功率，并增加电子束的电流，则电子束的能量降低。
[0024]线性加速器利用(I)式所示的关系，通过将高电压脉冲的电压波高值相对于额定值降低，从而降低从微波放大器 输出的微波功率，通过将电子枪的栅极电压相对于额定值提高，从而提高由电子枪产生的电子束的电流值，由此能够输出比额定值低的加速能量的电子束。并且，线性加速器通过将这样的控制按脉冲调制器的高电压脉冲的每个脉冲进行切换，从而能够产生2个不同的加速能量的电子束。
[0025]在先技术文献
[0026]专利文献
[0027]专利文献1:美国专利第7646851号说明书
[0028]发明要解决的课题
[0029]但是，根据专利文献I所述的控制方法，如果将导入到加速管的微波功率降低，则会产生下面的问题。
[0030]如果使入射到加速管的微波功率比额定值低，则在加速腔中被激励的加速电场变小。由此，由于被加速的电子的速度，与基于额定的微波功率而进行运转的额定工作时相比变慢，因此通过I个加速腔所需要的时间与额定工作时相比变长。
[0031]因此，电子到达下一个加速腔的定时，与额定工作时相比变迟。由于该定时变迟，因此在电子到达下次共振驱动的时刻，下一个加速腔的加速电场的相位从正变为负。也就是说，如果到达下一个加速腔的定时变迟，则电子不能通过适当的正的加速电场加速，导致在加速管适当地被加速且到达X射线靶的电子束的电流变小。
[0032]上述的电子落后于加速电场的正相位的问题，在加速管中入射了电子的最初的加速腔中最成问题。理由如下。
[0033]一般，高能量的电子的速度V和加速能量E，以下面的(2)式所示的关系成立。
[0034][式2]
[0035]
【权利要求】
1.一种X射线产生装置，其特征在于，具备: 电子束产生单元，其产生电子束； 线性加速器，其具有多个聚束腔和多个加速腔，该线性加速器通过微波使由所述电子束产生单元产生出的电子束加速； 靶，其通过被照射由所述线性加速器进行加速后的电子束，从而产生X射线； 微波产生单元，其产生导入所述线性加速器的微波；和 控制单元，其对所述微波产生单元进行控制，以使得微波功率发生变化。
2.根据权利要求1所述的X射线产生装置，其特征在于， 所述控制单元根据从所述微波产生单元导入到所述线性加速器的微波的功率大小，来改变将该微波以脉冲状而反复导入的频率。
3.根据权利要求1或2所述的X射线产生装置，其特征在于， 所述控制单元通过将额定运行中的微波功率，从所述微波产生单元导入到所述线性加速器，从而产生高能量的X射线，通过将比所述额定运行中的微波功率低的微波功率从所述微波产生单元导入到所述线性加速器，从而产生低能量的X射线。
4.一种X射线产生装置，其特征在于，具备: 电子束产生单元，其产生电子束； 线性加速器，其通过微波来使由所述电子束产生单元产生出的电子束加速； 靶，其通过被照射由所述线性加速器进行加速后的电子束，从而产生X射线； 微波产生单元，其产生导入所述线性加速器的微波；和 控制单元，其对所述微波产生单元进行控制，以使得微波功率发生变化， 所述控制单元根据从所述微波产生单元导入到所述线性加速器的微波的功率大小，来改变将该微波以脉冲状反复导入的频率。
5.一种X射线产生装置的控制方法，其特征在于，该X射线产生装置具备: 电子束产生单元，其产生电子束； 线性加速器，其具有多个聚束腔和多个加速腔，该线性加速器通过微波使由所述电子束产生单元产生出的电子束加速； 靶，其通过被照射由所述线性加速器进行加速后的电子束，从而产生X射线； 微波产生单元，其产生导入所述线性加速器的微波；和 控制单元，其对所述微波产生单元进行控制，以使得微波的功率发生变化， 所述X射线产生装置的控制方法包括: 第I工序，工序将第I大小的微波功率从所述微波产生单元导入到所述线性加速器，使通过所述电子束产生单元产生出的电子束加速，并照射至所述靶来产生X射线；和 第2工序，工序将功率大小与所述第I大小的微波功率不同的微波，从所述微波产生单元导入到所述线性加速器，使通过所述电子束产生单元产生出的电子束加速，并照射至所述靶来产生X射线。
【文档编号】H05G2/00GK103493604SQ201280018764
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年1月24日 优先权日:2011年7月22日
【发明者】宫本明启, 神纳祐一郎, 石井伸也, 青井辰史, 渡部聪 申请人:三菱重工业株式会社