专利名称：热能储存和传递组件及其制造方法
技术领域：
一般来说，本发明的实施例涉及热管理系统，更具体来说，涉及用于例如在电子束 生成装置中收集和分散电子的辐射热能和动能的热能储存和传递组件。
背景技术：
电子束生成装置、如χ射线管和电子束焊机工作在高温环境下。通常，X射线生成 装置或X射线管包括包封在圆筒真空容器中的相对电极，即阴极和阳极。热阴极丝发射热 电子，它们在20kv至200kV的典型电压差之间被加速，并且以高速率撞击阳极的靶区。由 阴极所生成的初级电子束在阳极靶中沉积很大的热负荷，以致达到使得靶在操作中发赤热 光(red-hot)的程度。X射线在所有方向发射，从焦点发出，并且可从真空容器导出。例如， 在具有金属真空容器的χ射线管中，χ射线透射窗口制作到金属真空容器中，以便允许χ射 线束在预期位置射出。但是，不到的初级电子束能量被转换成χ射线。射束能量的平衡包含在反向散 射电子中或者转换成热量。把来自热靶的这种热能放射到X射线管的真空容器中的其它部 件。另外，电子的一部分从靶反向散射，并且撞击到真空容器中的其它部件，从而引起X射 线的附加发热。由于这种热能所引起的高温，X射线管部件受到高热应力。由于医疗诊断χ射线管中的χ射线的产生本来就是一种非常低效的过程，所以X 射线生成装置中的部件工作在升高的温度下。例如，阳极焦斑的温度可高达大约2700°C，同 时阳极的其它部分的温度可在大约1800°C以下的范围。在χ射线管中建立的过高温度可降低透射窗口以及其它χ射线管部件的使用寿 命。由于它与焦斑的接近性，X射线透射窗口经受产生于热辐射和反向散射电子的极高热 负荷。高热负荷引起透射窗口中的极大和循环应力，并且可导致窗口及其气密性密封件的 过早失效。解决χ射线管的热负荷的一些方法依靠通过使用真空容器中容纳的结构中的循 环冷却剂流体来快速消散热能。已经提出其它方法，以电磁方式偏转反向散射的电子，使得 它们没有撞击到X射线窗口。但是，这些方式常常没有充分地使透射窗口上的热应力为最因此，希望设计一种热能管理和传递组件，它以热和机械方式隔离透射窗口，以便 使透射窗口上的热应力为最小。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种设备包括其中包含主体的电子收集器，主体具有沿 第一方向通过其中所形成的内膛(internal bore)以及窗口侧，窗口侧具有在其第一部分 中沿不同于第一方向的第二方向所形成的孔径(aperture)。该设备还包括盖板，它具有 联接到电子收集器的第一表面的第二部分的底面以及联接到盖板并且沿第二方向与孔径 对齐的X射线透射窗口，其中凹陷部在电子收集器的第一表面的第一部分和盖板的底面的一部分其中之一沿第二方向形成，并且间隙在盖板的底面与电子收集器的第一表面之间形 成。根据本发明的另一个方面，一种制造组件的方法包括提供热储存主体，它具有在 其中沿第一方向形成的膛以便允许电子束穿过其中，并且具有与膛的中心轴线平行定向的 窗口侧表面，其中窗口侧表面包括第一部分和第二部分，并且孔径在该膛与窗口侧表面的 第二部分之间形成。该方法还包括将盖板的底面的第一部分联接到热储存主体的窗口侧 表面的第一部分，使得内袋在盖板的底面的第二部分与热储存主体的窗口侧表面的第二部 分之间形成；以及在盖板中设置X射线透射窗口。根据本发明的另一个方面，一种设备包括真空室；阴极，定位在真空室中并且配 置成发射电子；以及阳极，定位在真空室中以接收从阴极所发射的电子，并且配置成从电子 生成X射线束。该设备还包括配置成允许X射线束经过其中的电子收集器。电子收集器包 括收集器主体，它具有阳极侧、阴极侧以及与阳极和阴极侧相邻的窗口侧，其中膛在阳极侧 与阴极侧之间形成，并且窗口侧包括具有第一部分和第二部分的窗口表面，第二部分具有 在其中形成的孔径。电子收集器还包括板，它具有第一表面部分和第二表面部分，其中第一 表面部分联接到收集器主体的窗口表面的第一部分，以及其中真空间隙在盖板的第二表面 部分与收集器主体的窗口表面的第二部分之间形成，以及窗口设置在该板中并且定位成允 许X射线束的一部分穿过其中。通过以下详细描述和附图，使其它各种特征和优点非常明显。
附图示出当前考虑用于实现本发明的若干实施例。附图包括图1是可获益于结合本发明的实施例的成像系统的示意图。图2是可获益于结合本发明的实施例的成像系统的示意框图。图3是结合根据本发明的一个实施例的电子收集器组件的χ射线管组件的透视 图。图4是结合根据本发明的一个实施例的电子收集器组件的χ射线管的剖视透视 图。图5是根据本发明的一个实施例的电子收集器组件的分解剖视透视图。图6是根据本发明的一个实施例的电子收集器组件的剖视顶部透视图。图7是根据本发明的一个实施例的电子收集器组件的侧视图。图8是结合在根据本发明的一个实施例的χ射线管中的电子收集器组件的剖视 图。图9是根据本发明的另一个实施例的电子收集器组件的剖视图。图10是与无创包裹检查系统配合使用的CT系统的图示。
具体实施例方式针对64-层片计算机断层扫描(CT)系统来描述本发明的实施例的操作环境。但 是，本领域的技术人员会理解，本发明同样可适合与其它多层片配置配合使用。此外，关于
4X射线的检测和转换来描述本发明。但是，本领域的技术人员还会理解，本发明同样适用于 其它高频电磁能量的检测和转换。关于“第三代”CT扫描仪来描述本发明，但是本发明同样 适用于其它CT系统。参照图1，计算机断层扫描(CT)成像系统10示为包括表示“第三代” CT扫描仪的 机架12。机架12具有χ射线源14，它向机架12对侧的检测器组件或准直仪18投射χ射 线束16。现在参照图2，检测器组件18由多个检测器20和数据获取系统(DAQ32来形成。 多个检测器20感测经过治疗患者22的投射χ射线，并且DAS 32将数据转换成数字信号供 后续处理。各检测器20产生表示照射χ射线束强度并且因而也表示经过患者22时的衰减 射束的模拟电信号。在获取χ射线投射数据的扫描期间，机架12和安装在其上的部件绕旋 转中心M旋转。机架12的旋转和χ射线源14的操作由CT系统10的控制机构沈来管理。控制 机构沈包括χ射线控制器观，其向χ射线源14提供功率和定时信号；以及机架马达控制 器30，其控制机架12的转速和位置。图像重构器34从DAS 32接收取样和数字化χ射线数 据，并且执行高速重构。重构图像作为输入施加到计算机36，计算机36将图像存储在大容 量存储装置38中。计算机36还经由控制台40接收来自操作员的命令和扫描参数，控制台40具有例 如键盘、鼠标、语音激活控制器或者任何其它适当输入设备等的某种形式的操作员接口。关 联显示器42允许操作员观察来自计算机36的重构图像和其它数据。操作员提供的命令和 参数由计算机36使用以用于向DAS 32,χ射线控制器观和机架马达控制器30提供控制信 号和信息。另外，计算机36操作工作台马达控制器44，工作台马达控制器44控制马达驱动 的工作台46以便定位患者22和机架12。具体来说，工作台46使患者22整体或部分通过 图1的机架开口 48。现在参照图3，根据本发明的一个实施例示出结合热储存主体或电子收集器11的 X射线管组件14的透视图。管组件14包括外壳单元52、冷却剂泵54、阳极端56、阴极端58 以及定位在阳极端56与阴极端58之间的中心部分60，它包含χ射线管18。X射线管18包 封在铅内衬的套筒(lead-lined casing)64中的流体室62中。室62通常填充有例如介电 油等流体，但是可使用包含水或空气的其它流体。流体通过外壳52循环以便冷却χ射线管 18，并且可使套筒64与χ射线管18中的高电荷绝缘。现在参照图4，根据本发明的一个实施例示出结合电子收集器11的χ射线管18的 剖视透视图。X射线管18包括具有靶82的旋转阳极80以及设置在真空容器86的真空中 的阴极组件84。电子收集器11插入阳极80与阴极组件84之间。在对连接阴极组件84的 电路通电时，电子流90通过电子收集器11的内膛92被导向靶82并且被加速。电子流90 撞击靶82上的焦斑94，并且产生高频电磁波96或χ射线和残余能量。残余能量由χ射线 管18中的部件作为热量来吸收。X射线96通过真空被导向电子收集器设备11中的χ射线 透射窗口 100，它有效地允许χ射线96通过。根据实施例，χ射线透射窗口 100可包括铍或 铍合金。备选地，χ射线透射窗口 100可包括非含铍的合金，例如不锈钢、钛或钛合金。现在参照图5-8，示出根据本发明的实施例示出电子收集器11。图5-8相对于相 同的参考标号来论述电子收集器11的公共元件和部件。首先参照图5，根据本发明的一个实施例示出电子收集器11的分解剖视透视图。
5如图所示，电子收集器11包括收集器主体110和盖板112，盖板112具有在其中设置的透射 窗口 100。收集器主体110包括阳极侧116以及与阳极侧116相对的阴极侧118。内膛92 在阳极侧116与阴极侧118之间贯穿收集器主体110。收集器主体110还包括面向χ射线 透射窗口 100的窗口侧120。热交换器封套或袋122在收集器主体110中限定，并且确定大小为收容热交换单 元或热交换组件124，例如用于冷却收集器主体110的散热片组(fin pack)。根据一个实 施例，热交换器封套122在收集器主体110中定位成邻近收集器主体110的窗口侧120和 阳极侧116。但是，本领域的技术人员易于认识到，热交换器封套122可定位于其中温度调 节会是有益的收集器主体110中的任何位置。此外，根据备选冷却策略，多个散热片组可定 位在收集器主体110的各个位置。收集器主体110的窗口侧120包括第一部分1 和第二部分130。窗口侧120的 第一部分126限定窗口侧120的外周长。在一个实施例中，第二部分130在朝内膛92并且 垂直于膛92的中心轴线132(图7所示)的方向从第一部分凹陷。收集器主体110的第二 部分130与盖板112的底面134之间的空间限定它们之间的间隙136 (如图6_8所示)。现在参照图6和图7，示出已装配状态的电子收集器11。图6提供电子收集器11 的剖视透视图，以及图7是电子收集器11的侧视图。如图所示，电子收集器的形状一般为 立方体，并且在阳极侧116与阴极侧118之间包括三个侧面138、140、142。透射窗口 100在 接合部144例如通过真空焊接、扩散结合、摩擦焊接或者涂敷具有气密性能力的密封剂来 气密性地密封到盖板112。同样，接合部146将盖板112气密性地密封到收集器主体110。 接合部144、146共同用于保持真空容器86中的真空。图8是联接到真空容器86的电子收集器11的剖视图。接合部148将收集器主体 110气密性地密封到真空容器86。如图所示，收集器主体110的阳极侧116包括阳极收容区 150，其中阳极80可定位成邻近电子收集器11。阴极组件84、电子收集器11和阳极80设 置成使得电子流90撞击焦斑94，并且所得χ射线96的一部分被导向χ射线透射窗口 100。 虽然电子流90示为偏离膛92的中心轴线132，但是本领域的技术人员易于认识到，阴极组 件84可配置成沿中心轴线132或者膛92中的任何其它期望投射线来引导电子流90。如图8所示，还有孔径152，它沿垂直于膛92的中心轴线132的方向从内膛92延 伸到收集器主体110的窗口侧120。孔径152在收集器主体110中定位成与χ射线透射窗 口 100对齐，使得来自焦斑94的χ射线96穿过其中。图9是根据本发明的另一个实施例的电子收集器11的剖视图。如图所示，盖板112 的底面134包括第一部分156，它联接到收集器主体110的窗口侧120的第一部分126。底 面134的第二部分158沿离开内膛92并且朝向χ射线透射窗口 100的方向从第一部分156 凹陷。收集器主体110与底面134的第二部分158之间的空间限定它们之间的间隙160。 孔径152与盖板112的底面134的第二部分158对齐。根据一个实施例，热交换元件IM定位在热交换器封套122中，它定位在电子收集 器主体110的阳极侧116。但是，本领域的技术人员会知道，热交换元件IM可根据预期冷 却特性而定位在备选位置。在操作中，窗口 100与收集器主体110之间的所得间隔连同真空容器86中存在的 真空一起将窗口 100与收集器主体110中存在的高温热隔离。也就是说，电子收集器11的几何形状是使得窗口 100与收集器主体110之间的热传导传递路径充分长，以便足以将窗 口 100及关联接合部144与收集器主体110中的高温的任何区域有效地热隔离。此外，由 于电子收集器11的双物件构造(即，联接到收集器主体110的盖板112)，主要在收集器主 体110与盖板112之间的接合部146(而不是窗口 100与盖板112之间的接合部144)遭遇 到产生于收集器主体110、盖板112和窗口 100之间的任何温差的机械应力。因此，透射窗 口 100的接合部144与收集器主体110的非对称热负荷及关联热生长有效地机械隔离，由 此降低接合部144中的塑性应变。现在参照图10，包裹/行李检验系统200包括可旋转机架202，其中具有开口 204， 包裹或行李件可通过其中。可旋转机架202容置高频电磁能量源206和检测器组件208。还 提供传送系统210，它包括传送带212，由结构214支承以便自动连续地使包裹或行李件216 通过开口 204以便扫描。对象216由传送带212通过开口 204馈送，然后获取成像数据，并 且传送带212以可控且连续的方式从开口 204取下包裹216。因此，邮政检验人员、行李搬 运人员和其它安全人员可通过非侵入方式来检查包裹216的内含物中的炸药、刀、枪支、违
不口口寸。因此，根据本发明的一个实施例，一种设备包括其中包含主体的电子收集器，主体 具有通过其中沿第一方向所形成的内膛以及窗口侧，窗口侧具有在其第一部分沿不同于第 一方向的第二方向所形成的孔径。该设备还包括盖板，它具有联接到电子收集器的第一表 面的第二部分的底面以及联接到盖板并且沿第二方向与孔径对齐的X射线透射窗口，其中 凹陷部在电子收集器的第一表面的第一部分和盖板的底面的一部分其中之一沿第二方向 形成，并且间隙在盖板的底面与电子收集器的第一表面之间形成。根据本发明的另一个实施例，一种制造组件的方法包括提供热储存主体，它具有 在其中沿第一方向形成以便允许电子束穿过其中的膛并且具有与膛的中心轴线平行定向 的窗口侧表面，其中窗口侧表面包括第一部分和第二部分，并且孔径在膛与窗口侧表面的 第二部分之间形成。该方法还包括将盖板的底面的第一部分联接到热储存主体的窗口侧 表面的第一部分，使得内袋在盖板的底面的第二部分与热储存主体的窗口侧表面的第二部 分之间形成；以及在盖板中设置X射线透射窗口。根据本发明的又一个实施例，一种设备包括真空室；阴极，其定位在真空室中并 且配置成发射电子；以及阳极，其定位在真空室中以接收从阴极所发射的电子，并且配置成 从电子生成X射线束。该设备还包括配置成允许X射线束经过其中的电子收集器。电子收 集器包括收集器主体，它具有阳极侧、阴极侧以及与阳极和阴极侧相邻的窗口侧，其中膛在 阳极侧与阴极侧之间形成，并且其中窗口侧包括具有第一部分和第二部分的窗口表面，第 二部分具有在其中形成的孔径。电子收集器还包括板，它具有第一表面部分和第二表面部 分，其中第一表面部分联接到收集器主体的窗口表面的第一部分，以及其中真空间隙在板 的第二表面部分与收集器主体的窗口表面的第二部分之间形成，以及窗口设置在板中并且 定位成允许X射线束的一部分穿过其中。本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明，并且还使本领域的技术人员 能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。本发明的专利 范围由权利要求书来限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它 示例具有与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则它们意在落入权利要求书的范围之内。部件列表
10计算机断层扫描(CT)成40操作员使用的控制台
像系统
11热储存主体或电子收集器42关联显示器
12机架44工作台马达控制器
14χ射线源46马达驱动的工作台
16χ射线束48机架开口
18检测器组件或准直仪52外壳单元
20多个检测器54冷却剂泵
22治疗患者56阳极端
24旋转中心58阴极端
26控制机构60中心部分
28χ射线控制器62流体室
30机架马达控制器64铅内衬的套筒中
32数据获取系统80旋转阳极
34图像重构器82靶
36计算机84阴极组件
38大容量存储装置86真空容器
90电子流140侧面
92内膛142侧面
94焦斑144接合部
96高频电磁波146接合部
100X射线透射窗口148接合部
110收集器主体150阳极收容区
112盖板152孔径
116阳极侧156第一部分
118阴极侧158第二部分
120窗口侧160间隙
122热交换器封套或袋200包裹/行李检验系统
124热交换单元或热交换组件202可旋转机架
126第一部分204开口
130第二部分206高频电磁能量源
132中心轴208检测器组件
134底面210传送系统
136间隙212传送带
138侧面214由结构来支承
216包裹或行李件
权利要求
1.一种设备，包括电子收集器(11)，其包括主体(110)，具有通过其中沿第一方向所形成的内膛(9 ；以及窗口侧(120)，具有在其第一部分沿不同于所述第一方向的第二方向所形成的孔径 (152)；盖板(112)，具有联接到所述电子收集器(11)的第一表面的第二部分的底面；以及χ射线透射窗口(100)，联接到所述盖板(112)，并且沿所述第二方向与所述孔径(152) 对齐；其中，凹陷部在所述电子收集器(11)的第一表面的所述第一部分和所述盖板(112)的 底面的一部分其中之一沿所述第二方向形成；以及其中，间隙(136)在所述盖板(11 的所述底面与所述电子收集器(11)的所述第一表 面之间形成。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述主体(110)、盖板(112)和χ射线透射窗口 (100)设置成使得所述χ射线透射窗口(100)经由所述主体(110)与所述盖板(11 之间 的所述间隙(136)与所述电子收集器(11)的窗口侧(120)的所述第二部分热隔离，并且经 由所述间隙(136)与所述主体(110)机械隔离。
3.如权利要求2所述的设备，其中，所述接合部包括硬钎焊接合部。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述χ射线透射窗口(100)包括铍、铍合金和非含 铍的合金其中之一。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述主体(110)包括与所述主体(110)的所述窗口侧(120)相邻的阳极侧；以及与所述阳极侧相对的阴极侧，其中所述内膛(9 在所述阳极侧与所述阴极侧之间延伸。
6.如权利要求1所述的设备，还包括热交换元件(IM)，在所述主体(110)中封装在 邻近主体(Iio)的所述窗口侧(120)的所述第二部分的位置。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述热交换元件(124)定位成邻近所述主体(110) 的阴极侧表面。
8.如权利要求6所述的设备，其中，所述热交换元件(124)定位成邻近所述主体(110) 的阳极侧表面。
9.如权利要求6所述的设备，其中，所述热交换元件(124)包括散热片组。
10.如权利要求1所述的设备，其中，所述凹陷部在所述电子收集器(11)的所述窗口侧 (12)的所述第一部分中沿所述第二方向形成。
全文摘要
本发明公开了一种热能储存和传递组件及其制造方法。一种设备，包括其中包含主体(110)的电子收集器(11)，主体(110)具有通过其中沿第一方向所形成的内膛以及窗口侧(120)，窗口侧(120)具有在其第一部分沿不同于第一方向的第二方向所形成的孔径(152)。该设备还包括盖板(112)，它具有联接到电子收集器(11)的第一表面的第二部分的底面以及联接到盖板(112)并且沿第二方向与孔径(152)对齐的x射线透射窗口(100)，其中凹陷部在电子收集器(11)的第一表面的第一部分和盖板(112)的底面的一部分其中之一沿第二方向形成，并且间隙(136)在盖板(112)的底面与电子收集器(11)的第一表面之间形成。
文档编号H01J35/24GK102087948SQ201010585360
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者D·R·艾伦, G·A·施泰因拉格, J·J·范博加特, M·S·赫伯特, M·T·苏布拉亚 申请人:通用电气公司