专利名称：X射线管的制作方法
技术领域：
本发明涉及X射线管，具体地说，涉及控制在所述管外壳中产生的热。
背景技术：
提供这样一种X射线管是众所周知的，该X射线管包括电子发射器和金属阳极，其中该阳极具有相对于电子发射器的正电势(例如100kV)。来自发射器的电子在电场的影响下向着阳极加速。在到达阳极时，电子损失其一些或所有的动能给了阳极，同时超过99％的这种能量被释放为热。除去这些热量需要仔细设计阳极。
以低初始能量从阳极反向散射的电子向下沿着电势线向着电子源往回移动，直到它们的动能降为零。它们随后往回被向着阳极加速，在那里它们的动能导致了热(或X辐射)的进一步产生。
以高能量从阳极散射的电子可逃离在阳极终止的电势线并开始向着管的外壳移动。在大多数X射线管中，电子可以以高动能到达外壳并使外壳的加热局部化，此结果可导致管的故障。
发明内容
本发明提供一种X射线管，包括阴极，被安排提供电子源；阳极，具有相对于阴极的正电势并被安排加速来自阴极的电子以使它们撞击阳极从而产生X射线；和减速电极，具有相对于阳极的负电势从而在阳极和减速电极之间产生电场，该电场可以使从阳极散射的电子减速从而减少它们可在管中产生的热量。
最好减速电极持有相对于阴极的正电势。
最好减速电极形成电路的一部分，以使由该减速电极收集的电子可被从其导离从而保持其电势大体上不变。
X射线管可包括围住阳极和阴极的外壳，并且至少外壳的一部分可形成减速电极。另一方面，减速电极可位于阳极和外壳之间从而在电子到达外壳之前使它们减速。
阳极最好由一个具有比阳极更少的原子数量的支持层来支撑。最好阳极具有5微米或更小的数量级的厚度。
现在将仅参考附图通过示例来描述本发明的优选实施例，其中图1是根据本发明的第一实施例的X射线管的示图；图1a是显示图1的管的减速电极的衰减特征的图表；图1b是显示由图1的管的阳极所产生的X射线的能量的图表；图2是根据本发明的第二实施例的X射线管的示图；图3是根据本发明的第三实施例的X射线管的示图；图4是根据本发明的第四实施例的X射线管的示图。
具体实施例方式
参照图1，X射线管包括外壳10，其围住作为阴极12的电子源；和薄膜式阳极14。该阳极包括高原子数量的目标材料的薄膜14a，所述高原子数量的目标材料在此情况下为钨，该薄膜由低原子数量的材料的支持物14b支撑，所述低原子数量的材料在此情况下为硼。硼是适合的，这是由于其高导热性和电子相互作用的低概率，这两点都有助于减少阳极14中的热的增大。钨的薄膜14a可具有0.1至5微米的厚度，支持物14b具有10到200微米的厚度。阴极12和阳极14被连接到电路15，该电路15使阴极12保持在相对于阳极14的固定的负电势，在此情况下为-100kV。这是通过将阳极保持在固定的正电势并将阴极保持在固定的低电势或者保持在地电势而被实现的。外壳10具有穿过其的第一窗口16，其位于阳极相对于阴极的对面；和第二窗口18，其在阳极14和阴极12之间的一侧。减速电极20也位于外壳10内在阳极14和第一窗口16之间，即位于阳极14相对于阴极12的对面。减速电极的形式是一片具有100至500微米的厚度的不锈钢箔，其大体上平行于薄膜阳极14和第一窗口16延伸。钼片也可被使用。减速电极20也被连接到电路并具有相对于阴极12为正的固定的电势，但是比阳极14的小得多，在此情况下相对于阴极为10kV。
在使用中，在阴极12产生的电子11被阴极12和阳极14之间的电场加速成为朝向阳极14的电子束13。一些电子11通过光电效应与阳极14相互作用以产生X射线15，该X射线15在与入射的电子束13平行的方向上通过第一窗口16可被收集，或者在大体上与入射的电子束13的方向垂直的方向上通过第二窗口18可被收集。实际在大体所有方向上，X射线被从阳极发射出，因而需要被外壳10在除窗口16、18之外的所有区域阻挡。
电子的能量越高，它就越可能通过光电效应与阳极14相互作用。结果，任何电子与阳极14的第一次相互作用是最可能产生荧光光子的一次相互作用。在目标中散射的电子具有产生轫致辐射(bremsstrahlung)X射线光子的概率，但是该光子通常在能量上将比荧光光子低(尤其当来自诸如钨的高原子数量的目标时)。因此面对于大多数的成像应用，由光电相互作用产生的X射线更可取。
使用Monte Carlo的研究，可显示出事实上所有的荧光光子是由目标14中的第一次电子相互作用所引起。如果第一次相互作用没有产生荧光光子，很可能任何随后的相互作用也将不产生荧光光子。在高原子数量的材料，诸如钨中，第一次电子相互作用典型地发生得非常接近于阳极表面，例如表面的1微米之内。因此，使用薄目标14以使荧光辐射对轫致辐射之比被最大化是有利的。此外，在这样的薄目标14中散发出的热较低。
不与薄目标14相互作用的电子通常将以与它们从电子源12进入目标14相同的直线轨道中继续前进，该直线轨道是它们在束13中所跟随的。穿过阳极14的电子将减速，这是因为它们被阳极14后面的区域中的电场的力减速，该电场由阳极14与减速电极20之间的电势引起。当电子与减速电极20相互作用时，它们具有较低的动能，因而仅有较少的热能被留存在电极中。在本实施例中，附加的电极处于相对于电子源12为10kV的电势上，但是阳极处于相对于电子源12为100kV的电势上，那么在该X射线管中的全部热能散发将是传统的厚目标X射线源中的10％左右。
穿过窗口16的X射线还必须穿过减速电极20。在此情况下，确保减速电极尽可能少地阻挡阳极14中产生的X射线很重要。参照图1a，随着X射线能量的增加，减速电极20的X射线衰减系数μ一般减少，但是具有明显的中断，在那里它在继续减少之前急剧地增加。这导致了在该中断正下方的能量处的最小衰减区域。参照图1b，随着由于辐射的轫致辐射分量而引起的能量的增加，在阳极产生的X射线的能量稳定地减少，但是在峰值能量处具有尖峰点，其对应于荧光X射线的产生。为了使穿过减速电极20的荧光X射线的比例最大化，在减速电极中最小衰减的能量被选择以对应于峰值X射线能量。例如，对于钨目标，其以Kα1＝59.3keV和Kα2＝57.98keV的能量产生荧光X射线，铼(rhemium)减速电极可被使用，其具有在59.7keV和61.1kev的吸收边缘并因而大体上对于59.3keV的能量的X射线透明，在更少的程度上对于57.98keV的能量的X射线透明。
参照图2，在本发明的第二实施例中，阴极112和阳极114被这样设置，从而电子束113以斜角与阳极114相互作用。在这种设置中，与传统的反射阳极X射线管相比，留存在阳极114中的能量被显著地减少。使用Monte Carlo建模可以显示，通过使用该几何学，X射线输出被相对小地影响。然而，在向前的方向上逃离阳极114的电子的数量较高。减速电极120因而被设置使前向引导的散射电子减速，从而留存在管外壳110中的热能被减少到可容忍的等级。在此安排中的X射线可通过第一窗口116被收集，该第一窗口116位于减速电极120之后从而X射线必须穿过减速电极120以到达窗口116，或者X射线可通过第二窗口118被收集，该第二窗口118在外壳110面对阳极114的一侧中。如第一实施例，外壳110阻挡在除了通过窗口116、118的方向之外的方向上发射的X射线。
参照图3，在本发明的第三实施例中，来自电子源212的电子束213被用于照射典型的反射阳极214。这里，阳极214和电子源212被减速电极220包围。在本实施例中，减速电极220包括金属箔，但是导电网可被等同地使用。减速电极220持有相对于阳极214的负电势，但是持有相对于电子源212的正电势。再一次，来自阳极214的高能量的散射电子将在阳极214与减速电极220之间的电场中减速，从而减少X射线管中总的热负荷。
为了设置减速电极220的电势，减速电极220与管中的所有部件电绝缘，并随后通过电阻R被连接到阳极214的电势+HV。当电子到达减速电极220时，电流I将通过电阻R流回阳极供电装置并且该电极的电势将降到相对于阳极为负。在这种情况下，减速电极的电势将受管的操作特性影响并将在某种程度上是自调节的。这样的方法也可被用于如图1和图2所示的减速电极。
参照图4，在本发明的第四实施例中，通过使用导电材料的容器310并使它的电势固定在相对于电子源312稍稍为正，X射线管的整个容器310被用作减速电极320。
权利要求
1.一种发射目标X射线管，包括一个阴极，被安排提供电子源；一个阳极，保持有相对于阴极的正电势并被安排加速来自阴极的电子以使它们撞击阳极从而产生X射线，其中，所述阳极是薄膜阳极；和一个减速电极，保持有相对于阳极的负电势从而在阳极和减速电极之间产生电场，该电场可以使已穿过阳极的电子减速从而减少它们在管中产生的热量，其中，所述减速电极位于阳极相对于阴极的对面。
2.一种根据权利要求1的发射目标X射线管，其中，所述减速电极保持有相对于阴极的正电势。
3.一种根据权利要求1或权利要求2的发射目标X射线管，其中，所述减速电极由导电材料制成。
4.一种根据任何前述权利要求的发射目标X射线管，其中，所述减速电极形成电路的一部分，以使由减速电极收集的电子可被从其导离，从而将保持它的电势大体上不变。
5.一种根据权利要求4的发射目标X射线管，其中，所述减速电极经由电阻被导电地连接到阳极，从而流过电阻的电流将确定减速电极相对于阳极的电势。
6.一种根据任何前述权利要求的发射目标X射线管，包括一个包围阳极和阴极的外壳，其中，至少外壳的一部分形成减速电极。
7.一种根据权利要求1至5的任何一个的发射目标X射线管，还包括一个外壳，其中，减速电极位于阳极和外壳之间从而在电子到达外壳之前使它们减速。
8.一种根据任何前述权利要求的发射目标X射线管，其中，所述阳极由一种具有比该阳极更少的原子数量的支持层所支撑。
9.一种根据任何前述权利要求的发射目标X射线管，其中，所述阳极具有5微米或更小的数量级的厚度。
10.一种根据任何前述权利要求的发射目标X射线管，该X射线管限定了一个X射线通过其将被发射的窗口，其中，所述减速电极在阳极和该窗口之间延伸，从而通过该窗口穿出的X射线将穿过所述减速电极。
11.一种根据权利要求10的发射目标X射线管，其中，所述阳极被安排产生具有一定能量范围的X射线，该能量范围包括一个峰值能量，并且所述减速电极具有X射线衰减，该衰减随着X射线的能量变化并在最小衰减能量附近具有最小值，其中，所述减速电极的材料是这样选择的，以使最小衰减能量与所述峰值能量一致。
12.一种大体上如以上参照附图的图1、1a和1b、图2、图3或图4所描述的发射目标X射线管。
全文摘要
一种X射线管，包括外壳内的阴极(12)形式的电子源和阳极(14)。阳极(14)是薄膜阳极，以便不与其相互作用从而产生X射线的大多数电子直接穿过它。X射线可通过阳极(14)正后方的第一窗口(16)而被收集，或者可被位于阳极的一侧的第二窗口(10)而被收集。减速电极(20)位于阳极(14)之后并持有相对于阳极(14)为负，以及相对于阴极(12)稍稍为正的电势。该减速电极(20)产生使穿过阳极(14)的电子减速的电场，从而当电子与其相互作用时，电子处于相对较低的能量。这减少了管上的热负荷。
文档编号H01J35/08GK1781177SQ200480011229
公开日2006年5月31日 申请日期2004年4月23日 优先权日2003年4月25日
发明者爱德华·J.·摩顿, 拉塞尔·D.·卢加, 保罗·德·安东尼斯 申请人:Cxr有限公司