フローティングフィラメントX線ジェネレータと長大な高圧ケーブルが引き起こす可能性のあるトラブルについて

AN-03

背景:
スペルマンは30年以上にわたってX線ジェネレータを製造してきました。その多くは、3つの基本カテゴリーに分類されます：

• 接地基準フィラメントコントロール
• フローティングフィラメント制御
• バイポーラ出力フィラメント制御

接地基準フィラメントX線ジェネレータタイプ：
接地基準フィラメント制御X線ジェネレータには、以下のものがあります。XMPG、XLG、FF、DXM、MNX、uX、uXHP、VMX、PMXがあります。これらのX線ジェネレータは、通常、接地に対して正の出力電圧を持っています。フィラメントはDCで、接地基準になっています。フィラメントの温度（アンペア）、電位（kV）、露光時間により、出力されるX線画像特性が決定されます。フィラメントは接地されDCであるため、このX線ジェネレータのフィラメント制御の実装は、かなり単純でシンプルです。

フローティングフィラメントX線ジェネレータタイプ：
フローティングフィラメント式X線ジェネレータには、XMPF、DF、XRF、DXM、DXM100、XLF、DXB、MFXがあります。この「フローティングフィラメント」X線ジェネレータは、フィラメント電源がカソードの出力電圧を基準にしている点が異なります。つまり、フィラメント電源は、場合によっては-160kV以上のメイン高圧出力に接続されながら、（接地基準・プログラミングとフィードバック信号を使って）制御可能でなければなりません。フローティングフィラメントのX線ジェネレータの実装は、より複雑です。

バイポーラ出力X線ジェネレータタイプ：
バイポーラ出力X線ジェネレータは、フローティングフィラメント回路（フローティングフィラメントX線発生装置）を利用しますが、アノードを単に接地に置くのではなく、カソードと同じですが逆の極性の電位に上昇させます。これにより、X線管にかかる電圧は実質的に2倍になり、より大きな出力が可能になります。この実装は、標準的なフローティングフィラメントX線ジェネレータと同じように機能し、すべての工学的な複雑さも同じです。

接地基準フィラメント駆動回路：
接地基準フィラメント駆動回路（正極性出力X線ジェネレータ）は、ほとんどの場合、設計や製作が容易です。フィラメント電源は、通常、0～5A@10Vdcの小型電源が使用されます。これは接地基準であり、DCであるため、比較的簡単に実装・設計することができます。フィラメント出力がDCなので、長い高圧ケーブルの駆動はより寛容になる傾向があります。DCフィラメントドライバに長いケーブルを駆動するのに十分なコンプライアンス電圧が設計されていれば、すべてがうまくいくはずです。一般に、接地基準のDCフィラメント回路は、設計や実装の観点から、よりシンプルです。

フローティングフィラメントドライバー回路：
フローティングフィラメントドライバー回路は、X線管のカソードの負の高電圧出力電位に接続（参照）する必要があるため、工学的にはより複雑な回路となります。絶縁電圧は、-50kV、-100kV、-160kV以上が要求されます。トランスは交流波形でしか機能しないため、絶縁トランスは高周波の交流で使用されます。フィラメント回路は電流モードで動作するため、電流検出トランスを使用すれば、実際のフィラメント電流のサンプルを簡単に得ることができます。フィラメント出力にACを使用することで、フィラメント回路の絶縁とセンシングの要件を簡素化することができます。一般的に、フローティングフィラメント回路の動作周波数は、約30～40キロヘルツです。この周波数は聞き取れないほど高く、フィラメント絶縁トランスの磁気回路やフィラメント駆動回路を適度な大きさに抑えることができます。

AC フィラメントを使用した長い高圧ケーブルの問題点:
フローティング フィラメント X 線管アプリケーションに高周波 AC を使用すると、一部の設計作業が容易になりますが、この手法には1つの欠点がある可能性があります。高圧ケーブルがAC フィラメント ドライバの「同調共振回路」の一部となり、高圧ケーブルが長すぎると、基本的な動作上の問題が発生する可能性があります。AC フィラメントと一緒に販売されている標準的な負出力電圧のDXM は、長さ 10 フィートの高圧ケーブルで校正されています。高圧ケーブルが長すぎると、インダクタンスが大きくなり、フィラメントドライバ回路が長い高圧ケーブルを駆動するのに十分な電圧コンプライアンスを持たない可能性があり、X 線管の動作に問題が発生する可能性があります。基本的に、すべての AC高周波電圧は、長い高圧ケーブル全体で低下し、X 線管フィラメントを適切に駆動する能力が不十分になります。AC フィラメント回路は、長い高圧ケーブルを駆動するようには設計されていません。

結論/提案：
X 線ジェネレータを DC フィラメントまたは AC フィラメントで使用する場合は、高圧ケーブル (またはフィラメント ケーブル) を合理的に可能な限り短くするように、賢明な工学的アプローチを使用してください。