X射線產(chǎn)生裝置以及x射線產(chǎn)生裝置的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種X射線產(chǎn)生裝置以及X射線產(chǎn)生裝置的控制方法。X射線產(chǎn)生裝置(10)具備：電子槍(12)，其產(chǎn)生電子束；線性加速器(14)，其通過微波對由電子槍(12)產(chǎn)生出的電子束進(jìn)行加速；X射線靶(16)，其通過被照射由線性加速器(14)進(jìn)行加速后的電子束，從而產(chǎn)生X射線；微波產(chǎn)生裝置，其產(chǎn)生導(dǎo)入線性加速器(14)的微波；和脈沖調(diào)制器，其對微波產(chǎn)生裝置進(jìn)行控制，以使得微波功率發(fā)生變化。由于線性加速器(14)具有多個聚束腔(40)，因此即使由于微波功率降低而產(chǎn)生從加速相位偏離了的電子，也能夠使該電子在下一個時間周期的加速相位進(jìn)行加速，因此即使微波功率降低，也能控制射出的電子束的強(qiáng)度降低。
【專利說明】X射線產(chǎn)生裝置以及X射線產(chǎn)生裝置的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種X射線產(chǎn)生裝置以及X射線產(chǎn)生裝置的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，在利用了用于在機(jī)場的行李檢查等的X射線的非破壞檢查裝置中，搭載著由數(shù)十到數(shù)百千伏左右的管電壓驅(qū)動的X射線管。這樣的非破壞檢查裝置，將從X射線管輸出的X射線照射行李等的檢查對象物，根據(jù)透過了檢查對象物的X射線的線量的空間分布，將檢查對象物的體積密度(物質(zhì)的比重與密度的積)的濃淡作為圖像而構(gòu)成。
[0003]此外，上述非破壞檢查裝置有些情況下利用不同元素對X射線衰減(放射線源衰弱系數(shù))的X射線能量依賴性不同的原理，進(jìn)行檢查對象物的原子序號的確定(元素特定)。以這樣的元素特定為目的，上述非破壞檢查裝置使X射線管的管電壓發(fā)生變化，并照射X射線，或者采用多個X射線管，來進(jìn)行不同管電壓的X射線的照射，得到例如2個不同的管電壓、即2個不同的X射線的能量下的透視圖像，從而對檢查對象物的原子序號進(jìn)行確定。
[0004]另一方面，在針對港灣、國境的集裝箱(container)等體積密度大的行李進(jìn)行利用X射線的非破壞檢查中，由以數(shù)百千伏左右的管電壓進(jìn)行驅(qū)動的X射線管所產(chǎn)生的X射線，其透過能力不足，因此進(jìn)行使用了更高能量的X射線的非破壞檢查。
[0005]為了得到高能量的X射線，主要使用被稱為線性加速器(Linear Accelerator:LINAC)的加速器，通過將在線性加速器的作用下被加速到高能量(3MeV到9MeV左右)的電子照射至祀(target)材料,通過韌致福射從祀材料產(chǎn)生高能量的X射線。這樣，使用了線性加速器的非破壞檢查裝置，由于能夠得到比由X射線管產(chǎn)生的X射線更高能量的X射線，因此對于集裝箱等相對體積密度大的檢查對象物而言，也能夠使X射線透過，得到透視圖像。
[0006]這里，對于使用了線性加速器的X射線產(chǎn)生裝置進(jìn)行說明。
[0007]使用了線性加速器的X射線產(chǎn)生裝置，具備:電子槍、聚束器(buncher)、加速管、X射線靶、脈沖調(diào)制器、以及微波產(chǎn)生裝置。通過電子槍產(chǎn)生出的電子束，通過聚束器以及加速管進(jìn)行加速，并照射至X射線靶。
[0008]更具體來講，脈沖調(diào)制器產(chǎn)生高電壓脈沖，產(chǎn)生出的高電壓脈沖被施加到電子槍和微波產(chǎn)生裝置。
[0009]如果電子槍被施加來自脈沖調(diào)制器的高電壓脈沖，則產(chǎn)生電子束，并將產(chǎn)生出的電子束入射到聚束器。另外，入射到聚束器的電子束的電子密度，在整個高電壓脈沖寬度中，在時間上是一樣的。
[0010]另一方面，如果微波產(chǎn)生裝置被施加來自脈沖調(diào)制器的高電壓脈沖，則產(chǎn)生數(shù)兆瓦特(MW)的大功率的微波。另外，高電壓脈沖的脈沖寬度，比通過微波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的微波的周期長足夠多。
[0011]并且，通過微波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生出的微波，入射到由多個共振腔連結(jié)構(gòu)成的加速管。另外，構(gòu)成加速管的共振腔稱為加速腔。入射到了加速管的微波，通過各加速腔產(chǎn)生共振，在各加速腔，激勵根據(jù)微波的頻率而產(chǎn)生振動的向著中心軸方向的、用于使電子束加速的加速電場。另外，在相鄰的加速腔被激勵的加速電場之間的相位差是180度。
[0012]此外，聚束器也由共振腔構(gòu)成，入射到加速管的微波，沿著加速管內(nèi)部，也被聚束器激勵加速電場。并且，從電子槍入射到聚束器的電子束，通過由聚束器激勵起的加速電場，接受速度調(diào)制。也就是說，在聚束器的加速電場為正的定時，入射到聚束器的電子束速度增加，另一方面在加速電場為負(fù)的定時，入射到聚束器的電子束速度減小。
[0013]因此，在入射到聚束器的時刻，在高電壓脈沖寬度內(nèi)在時間上相同的電子束的電子密度，受到上述速度調(diào)制的影響，慢慢被聚束(bunching)，在由微波的頻率決定的時間周期，變得有疏有密。
[0014]聚束器中的共振腔的形狀，設(shè)計為使得被聚束后的電子束的電子密度高的部分入射到加速管的定時，與加速管最初的加速腔的加速電場為正的定時同步，通過這樣的同步，使電子能夠被正的加速電場有效率地加速，并且能夠使由于負(fù)的加速電場而向電子槍側(cè)逆行加速的電子減少。
[0015]另外，雖然加速管中各個相鄰的加速腔的加速電場的相位差為180度，但加速腔的形狀被設(shè)計為使通過加速管的最初的加速腔而被加速的電子到達(dá)相鄰的加速腔的定時，與相鄰的加速腔的加速電場為正的定時同步，通過這樣的同步，電子進(jìn)一步被加速。線性加速器同樣地即使在多個加速腔，通過在加速電場為正的定時被同步的同時，使電子加速，從而產(chǎn)生目的的高能量的電子束。
[0016]并且，通過將被加速了的高能量的電子束照射至X射線靶，從而能得到高能量的軔致輻射X射線。
[0017]進(jìn)一步地，在使用了線性加速器的非破壞檢查裝置中，在進(jìn)行元素特定的情況下，與X射線管的情況相同，需要具有2個不同的電子束能量的線性加速器。
[0018]例如，在用于進(jìn)行行李檢查的非破壞檢查裝置中使用的X射線管的情況下，通過使X射線管的管電壓發(fā)生變化，能夠容易地得到不同能量的X射線。此外，由于X射線管價格比較便宜，因此將2個X射線管搭載在非破壞檢查裝置中在經(jīng)濟(jì)方面上能夠成立。
[0019]但是，線性加速器價格比X射線管高，為了得到2個不同的電子能量，將2個不同的線性加速器搭載在非破壞檢查裝置中，是成本大大增加的原因。
[0020]這里，專利文獻(xiàn)I中，將入射到加速管的微波的功率(下面，稱為“微波功率”)設(shè)為P，將電子束的電流值設(shè)為I，電子束的能量設(shè)為E，下面的式(I)中所示的關(guān)系式成立。另外，A和B為常數(shù)。
[0021][式I]
[0022]E ==\- P -- 3B>.:1 * * * (I)
[0023]因此，如果降低導(dǎo)入到加速管的微波功率，并增加電子束的電流，則電子束的能量降低。
[0024]線性加速器利用(I)式所示的關(guān)系，通過將高電壓脈沖的電壓波高值相對于額定值降低，從而降低從微波放大器 輸出的微波功率，通過將電子槍的柵極電壓相對于額定值提高，從而提高由電子槍產(chǎn)生的電子束的電流值，由此能夠輸出比額定值低的加速能量的電子束。并且，線性加速器通過將這樣的控制按脈沖調(diào)制器的高電壓脈沖的每個脈沖進(jìn)行切換，從而能夠產(chǎn)生2個不同的加速能量的電子束。
[0025]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0026]專利文獻(xiàn)
[0027]專利文獻(xiàn)1:美國專利第7646851號說明書
[0028]發(fā)明要解決的課題
[0029]但是，根據(jù)專利文獻(xiàn)I所述的控制方法，如果將導(dǎo)入到加速管的微波功率降低，則會產(chǎn)生下面的問題。
[0030]如果使入射到加速管的微波功率比額定值低，則在加速腔中被激勵的加速電場變小。由此，由于被加速的電子的速度，與基于額定的微波功率而進(jìn)行運轉(zhuǎn)的額定工作時相比變慢，因此通過I個加速腔所需要的時間與額定工作時相比變長。
[0031]因此，電子到達(dá)下一個加速腔的定時，與額定工作時相比變遲。由于該定時變遲，因此在電子到達(dá)下次共振驅(qū)動的時刻，下一個加速腔的加速電場的相位從正變?yōu)樨?fù)。也就是說，如果到達(dá)下一個加速腔的定時變遲，則電子不能通過適當(dāng)?shù)恼募铀匐妶黾铀?，?dǎo)致在加速管適當(dāng)?shù)乇患铀偾业竭_(dá)X射線靶的電子束的電流變小。
[0032]上述的電子落后于加速電場的正相位的問題，在加速管中入射了電子的最初的加速腔中最成問題。理由如下。
[0033]一般，高能量的電子的速度V和加速能量E，以下面的(2)式所示的關(guān)系成立。
[0034][式2]
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種X射線產(chǎn)生裝置，其特征在于，具備: 電子束產(chǎn)生單元，其產(chǎn)生電子束； 線性加速器，其具有多個聚束腔和多個加速腔，該線性加速器通過微波使由所述電子束產(chǎn)生單元產(chǎn)生出的電子束加速； 靶，其通過被照射由所述線性加速器進(jìn)行加速后的電子束，從而產(chǎn)生X射線； 微波產(chǎn)生單元，其產(chǎn)生導(dǎo)入所述線性加速器的微波；和 控制單元，其對所述微波產(chǎn)生單元進(jìn)行控制，以使得微波功率發(fā)生變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線產(chǎn)生裝置，其特征在于， 所述控制單元根據(jù)從所述微波產(chǎn)生單元導(dǎo)入到所述線性加速器的微波的功率大小，來改變將該微波以脈沖狀而反復(fù)導(dǎo)入的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的X射線產(chǎn)生裝置，其特征在于， 所述控制單元通過將額定運行中的微波功率，從所述微波產(chǎn)生單元導(dǎo)入到所述線性加速器，從而產(chǎn)生高能量的X射線，通過將比所述額定運行中的微波功率低的微波功率從所述微波產(chǎn)生單元導(dǎo)入到所述線性加速器，從而產(chǎn)生低能量的X射線。
4.一種X射線產(chǎn)生裝置，其特征在于，具備: 電子束產(chǎn)生單元，其產(chǎn)生電子束； 線性加速器，其通過微波來使由所述電子束產(chǎn)生單元產(chǎn)生出的電子束加速； 靶，其通過被照射由所述線性加速器進(jìn)行加速后的電子束，從而產(chǎn)生X射線； 微波產(chǎn)生單元，其產(chǎn)生導(dǎo)入所述線性加速器的微波；和 控制單元，其對所述微波產(chǎn)生單元進(jìn)行控制，以使得微波功率發(fā)生變化， 所述控制單元根據(jù)從所述微波產(chǎn)生單元導(dǎo)入到所述線性加速器的微波的功率大小，來改變將該微波以脈沖狀反復(fù)導(dǎo)入的頻率。
5.一種X射線產(chǎn)生裝置的控制方法，其特征在于，該X射線產(chǎn)生裝置具備: 電子束產(chǎn)生單元，其產(chǎn)生電子束； 線性加速器，其具有多個聚束腔和多個加速腔，該線性加速器通過微波使由所述電子束產(chǎn)生單元產(chǎn)生出的電子束加速； 靶，其通過被照射由所述線性加速器進(jìn)行加速后的電子束，從而產(chǎn)生X射線； 微波產(chǎn)生單元，其產(chǎn)生導(dǎo)入所述線性加速器的微波；和 控制單元，其對所述微波產(chǎn)生單元進(jìn)行控制，以使得微波的功率發(fā)生變化， 所述X射線產(chǎn)生裝置的控制方法包括: 第I工序，工序?qū)⒌贗大小的微波功率從所述微波產(chǎn)生單元導(dǎo)入到所述線性加速器，使通過所述電子束產(chǎn)生單元產(chǎn)生出的電子束加速，并照射至所述靶來產(chǎn)生X射線；和 第2工序，工序?qū)⒐β蚀笮∨c所述第I大小的微波功率不同的微波，從所述微波產(chǎn)生單元導(dǎo)入到所述線性加速器，使通過所述電子束產(chǎn)生單元產(chǎn)生出的電子束加速，并照射至所述靶來產(chǎn)生X射線。
【文檔編號】H05G2/00GK103493604SQ201280018764
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月22日
【發(fā)明者】宮本明啟, 神納祐一郎, 石井伸也, 青井辰史, 渡部聰 申請人:三菱重工業(yè)株式會社