X射线辐射源、用于产生x射线辐射的方法以及发射单色x射线辐射的x射线辐射源的应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种X射线辐射源，在该X射线辐射源中尤其能够产生单色X射线辐射。此外，本发明涉及一种用于产生X射线辐射的方法以及该X射线辐射源用于透射主体（例如人体）的应用。根据本发明规定，在壳体中气凝胶（12）例如以杆（45）的形式被提供作为靶标。该杆利用电子束（13）来轰击，其中在此情况下气凝胶（12）由于其极其小的密度和高能量而蒸发。因此，靶标通过辊（46）被供给，使得总是未被消耗的靶标可供用于产生尤其单色X射线辐射。
【专利说明】X射线辐射源、用于产生X射线辐射的方法以及发射单色X射线辐射的X射线辐射源的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种X射线辐射源，其具有壳体，在该壳体中设置有靶标，该靶标在以电子束轰击的情况下可以发射X射线辐射。此外，本发明涉及一种用于产生X射线辐射的方法，其中在X射线辐射源的壳体中以电子束轰击靶标并且发射X射线辐射。另外，本发明涉及发射单色X射线辐射的X射线辐射源的应用。
【背景技术】
[0002]开头所说明的类型的X射线辐射源、其应用和用于产生X射线辐射的方法例如在US 2008/0144774 Al中已知。根据该文献，X射线辐射源例如可以通过将电极布置在壳体中来实现。电子束在壳体中通过电极产生，该电极具有OV的电势。在该电极对面布置有阳极，该阳极用作用于电子辐射的靶标。该阳极处于10kV上。此外集电器位于该阳极之后，该集电器处于1kV的电势上。如果电子束射到阳极上，则释放X射线辐射，该X射线辐射可以通过合适的窗口(对于X射线辐射来说透明的)从壳体耦合输出并且输送给应用。
[0003]用作靶标的阳极可以必须被实施为薄壁的结构，因为只在第一原子层中产生单色X射线辐射。更厚的靶标导致韧致辐射的增加的、不期望的产生。例如，该阳极可以具有由硼构成的基板，该基板具有ΙΟμπι到200 μ m之间的厚度。薄钨层被施加到该基板上，该钨层具有100 nm到500 nm的层厚度，该钨层被用作靶标。然而，非常薄的钨层遭受由电子束引起的闻热负荷。
【发明内容】
[0004]本发明的任务在于，改善开头所说明的X射线辐射源，使得X射线辐射源的比较长的运行持续时间是可能的，而不必替换靶标。此外，本发明的任务是说明一种用于运行所提及的X射线辐射源的方法。最后，本发明的任务是找到这种X射线辐射源的应用。
[0005]本发明的任务利用开头所说明的X射线辐射源根据本发明通过如下方式来解决:使用气凝胶作为靶标材料。该气凝胶通过以下方式具有极小的密度，即在具有非常薄的壁的气凝胶材料的网中形成气孔(类似于泡沫)。X射线辐射源的电子束穿透这种由气凝胶形成的活性介质并且激发气凝胶材料的原子的K壳层。一旦这些原子从其被激发的状态返回到K壳层，能量就以特定量子作为单色X射线辐射被输出。在此，由于气凝胶的密度非常小而不形成韧致辐射或仅形成非常少的韧致辐射，其中该韧致辐射(如果到底有)朝着电子束的方向传播并且因此可以容易地与单色X射线辐射分离。因此，未受干扰的单色X射线辐射可以被输送给所期望的应用(例如为了医学目的)。
[0006]根据本发明的一种构型，气凝胶被固定在金属薄膜上，所述金属薄膜由一种轻金属或多种轻金属(合金)、尤其是铝构成。该气凝胶由于其极其小的密度而对机械应力敏感，使得具有该气凝胶的载体结构的载体薄膜有助于该气凝胶的稳定。载体薄膜本身必须足够薄地被实施，以便形成尽可能少的韧致辐射并且该韧致辐射根据电子束的取向保持其方向。优选地，如果不使用被打孔的载体，则金属薄膜应具有0.5 μ m到10 μ m、优选地I μ m的厚度。如果载体薄膜是被打孔的薄膜，则金属薄膜也可以明显更厚并且因此机械上更稳定地被实施，因为其对所发射的辐射无贡献。在此，金属薄膜有利地可以具有孔，这些孔通过靶标材料被桥接。以此方式也可以使用更厚的薄膜，其中这些薄膜形成格栅状的支承结构。这些孔例如可以是圆形孔，这些圆形孔按规则的图案布置。以此方式，形成规则的格栅结构。特别有利的是，这些孔具有规则的六边形的横截面并且蜂巢状地布置在金属薄膜中。在此情况下，形成由接片构成的支承结构，这些接片按蜂巢图案布置(对应于蜜蜂蜂巢的俯视图)。在此情况下，在材料花费有利地尽可能小的情况下可以实现最大的支承作用。韧致辐射的形成在此有利地在很大程度上被避免。在产生单色X射线辐射时容忍靶标的热损毁。
[0007]在靶标是薄膜状的(被增强或未被增强)时，特别有利的是，靶标被实施为带，该带可以从第一辊被展开并且可以被卷绕到第二辊上。阳极的带状的构型具有如下大的优点:可以通过简单的操作步骤引导该带经过电子束。由此，可以产生在靶标与电子束之间的相对移动。特别有利的是，将该带以辊的形式输送给X射线辐射源并且将被消耗的带卷绕到相应的辊上，使得可以简单地在X射线辐射源的运行期间将带可靠地保存在壳体中并且引导到电子束。此外，当该带用完时，可以通过取出辊对带进行简单更换。特别有利地，为此目的可以规定，第一辊和第二辊被安置在壳体的真空闸中。本申请意义上的真空闸应理解为壳体内的单独的封闭的空间，该空间一方面朝向壳体内部具有用于带状靶标材料的通道。此外，存在向外的可封闭的闸开口，所使用的辊穿过所述闸开口。辊更换于是可以通过仅涌进(Fluten)可供使用的闸室来进行，使得壳体的剩余壳体空间保持排空。为此要注意的是，X射线辐射的产生优选地在排空的壳体中进行。至少第二辊也应有利地以机械方式与驱动装置耦合，该驱动装置优选地被固定在壳体外部。固定在壳体外部具有如下优点:该驱动装置可以较简单地维护，因为该驱动装置可容易地到达并且使维护工作不需要壳体空间的涌进。
[0008]确保电子束与靶标材料之间的相对移动的另一可能性在于，用于电子束的产生装置可回转地实施。通过产生装置的回转，电子束也在靶标材料上来回游移，由此可以均匀地冲击整个靶标材料。自然，可回转的产生装置也可以与辊机构组合。辊机构可以引起电子束在带上在卷绕方向上移动，而产生装置尤其可以垂直于带的移动方向可回转。这确保，带也可以在其完整的宽度上被利用，由此可以最佳地充分利用靶标材料。
[0009]本发明的一种替代的构型规定，气凝胶具有杆的形状并且可以利用引导设备被引导穿过电子束。该杆有利地可以具有如下横截面，该横截面适于被电子束完全穿透。因此，电子束的引导在该变型方案中是不必要的。如果气凝胶被消耗，则可以通过引导设备来移动杆，使得未被消耗的材料可被引入电子束的影响范围中。杆形状可以有利地非常简单地来制造。有利地，杆形状在考虑其固有弹性的情况下被支承在辊上，该辊位于引导设备的另一端上。通过棍的滚动，气凝胶的杆自动地通过引导设备被供给(nachgefiihrt),其中该引导设备同时能够有助于杆材料的矫直。
[0010]根据本发明的一种有利的构型规定，气凝胶由如下材料构成，该材料的原子的K壳层具有对于应用有用的发射特性。详细地，该定义适用于如下轻金属:所有碱金属、除镭之外的所有碱土金属、此外钪、钇、钛和铝。用于构造气凝胶的其他有利的材料族是钨、钥和镧系元素的族。详细地，在此涉及元素镧和在元素周期表中跟随在镧之后的14种元素。
[0011]气凝胶的使用此外有如下优点:通过利用电子束激发靶标可以有利地产生单色X射线辐射。在此，涉及具有仅仅一种波长的X射线辐射，这具有如下优点:例如利用单色X射线辐射可以更清晰地成像X射线图。因此，本发明的一种替代的解决方案也是使用该单色X射线辐射照射主体，其中必须提供该主体，使得在所使用的单色X射线辐射的波长处在图像上显现主体的对比度。该主体可以是技术结构(技术的或无生命的主体)、譬如部件连接，其必须针对空气流入进行检查。其他可能性是记录人或兽类身体的X射线图。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]随后借助附图来描述本发明的其他细节。相同或相应的附图元素在各个图中分别配备有相同的附图标记并且只在各个图之间产生差别的范围内多次予以解释。
[0013]图1以示意性剖面示意性地示出单色X射线辐射在由气凝胶构成的薄膜中的产生，
图2以示意剖面示出根据本发明的X射线光源的一个实施例，其中使用根据图1的薄膜，以及
图3示出用于根据本发明的X射线辐射源的杆形式的靶标材料的另一实施例。
【具体实施方式】
[0014]在图1中，作为靶标11设置有气凝胶12 (作为片段示出)。电子束13以电子14射到靶标材料(例如镧)的原子15上。也示出了原子15的K壳层16，其中电子束引起K壳层16的电子17之一被激发并且被提升到另一壳层上。当这些电子跃回时，在此情况下发射单色X射线辐射18。
[0015]气凝胶12被施加在金属薄膜40上，该金属薄膜支承该气凝胶12。此外，金属薄膜40具有孔41，这些孔可以按规则的图案被布置在金属薄膜40中以便确保在金属薄膜40的支承作用尽可能大的情况下材料密度/原子层数尽可能小。如可从断面图42(金属薄膜的俯视图)中获悉的那样，这些孔41尤其可以具有蜂巢43的形状。金属薄膜40的材料于是以接片44的形式构造。接片的宽度可以在考虑到所需要的支承作用的情况下在结构上被确定。
[0016]从图2中可以获悉根据本发明的X射线辐射源的构造。X射线辐射源本身被安置在可排空的壳体19中，该壳体具有窗口 22。电子束射到靶标11上，其中该靶标由于其小的厚度而几乎不吸收电子束的能量。然而，能量的一部分通过以已经描述的方式激发原子15(参见图1)而被转换成单色X射线辐射18，该单色X射线辐射可以通过窗口 22离开壳体。穿透靶标的电子束通过集电器以静电方式减速到如下程度，即电子束的电子低能地击入在集电器上，使得不能产生韧致辐射。为了将电子束13中的电子14充分加速，设置有所谓的E枪(即电子枪)。该E枪具有被加热的阴极23，该阴极在存在电场的情况下发射电子。这些电子借助电透镜24被聚束，以便电子束在靶标上产生尽可能小的点状的辐射源。该电场通过如下方式来构建:靶标作为阳极来连接。该阳极可以利用10kV到300kV的电势来运行，其中附加地在靶标之后还使用电势为40kv到120kV的集电器27。
[0017]此外，在壳体中设置有第一辊28和第二辊29。根据图1的以带30的形式存在的靶标在第一辊28上被卷起并且以未更详细示出的方式借助调节驱动装置M2 (在壳体之外以本身已知的方式位于用于使辊29转动的驱动轴上)来驱动。在此，靶标11从辊28被展开并且被卷绕到辊29上。为了可以简单地进行辊28、29的更换，设置有以点划线勾画的真空闸31，使得在更换辊28、29时不必涌进壳体的剩余空间。辊28、29通过所勾画的活门32来取出。
[0018]电子枪同样通过轴33可回转地支承。驱动通过马达Ml进行。轴33与绘图平面平行地处于轴承34中，使得电子枪的回转导致电子束13能够在带30的整个宽度上回转。辊28、29的驱动引起电子束也可以在带30的纵向伸展方向上更换在靶标上的击中部位。
[0019]在图3中示出了杆45形式的靶标。该靶标被卷绕到具有足够大的直径的储备辊46上，以便由于辊46的直径所引起的变形不损坏靶标的气凝胶12，尤其是仅弹性变形。通过引导设备47将靶标45输送给电子束13。在此情况下，以关于图2所描述的方式使用马达M2。与图2不同，用于卷绕靶标的另一辊是不必要的，因为该靶标在以电子束13照射时蒸发。尽管如此可以设想通过以下方式将根据图3的设备安装到根据图2的X射线辐射源中，即代替辊28使用该设备。在此情况下不使用辊29。
【权利要求】
1.X射线辐射源，该X射线辐射源具有壳体(19)，在所述壳体中设置有靶标(11 )，所述靶标在以电子束(13)轰击的情况下能够发射X射线辐射， 其特征在于， 作为靶标材料使用气凝胶(12)。
2.根据权利要求1所述的X射线辐射源， 其特征在于， 所述气凝胶(12)被固定在由一种轻金属或多种轻重金属、尤其是铝构成的金属薄膜(40)上。
3.根据权利要求2所述的X射线辐射源， 其特征在于， 所述金属薄膜(40)具有0.5 μ m到10 μ m、优选地I μ m的厚度。
4.根据权利要求2或3之一所述的X射线辐射源， 其特征在于， 所述金属薄膜(40 )具有孔(41)，所述孔通过靶标材料被桥接。
5.根据权利要求4所述的X射线辐射源， 其特征在于， 所述孔(41)按规则图案布置。
6.根据权利要求5所述的X射线辐射源， 其特征在于， 所述孔(41)具有规则的六边形的横截面并且蜂巢状地布置在所述金属薄膜(40)中。
7.根据上述权利要求之一所述的X射线辐射源， 其特征在于， 所述靶标被实施为带(30)，所述带能够从第一辊(28)被展开并且被卷绕到第二辊(29)上。
8.根据权利要求1所述的X射线辐射源， 其特征在于， 所述气凝胶(12)具有杆(45 )的形状并且能够利用引导设备(47 )被引导穿过所述电子束(13)。
9.根据上述权利要求之一所述的X射线辐射源， 其特征在于， 在靶标材料中包含有来自镧系元素系列的元素。
10.根据权利要求1至8之一所述的X射线辐射源， 其特征在于， 靶标材料由一种轻金属、尤其是铝构成。
11.用于产生X射线辐射的方法，其中在X射线辐射源的壳体(19)中以电子束(13)轰击革El标(11)并且发射X射线福射， 其特征在于， 气凝胶(12)被用作靶标(11)。
12.根据权利要求11所述的方法， 其特征在于， 利用所述靶标(11)产生单色X射线辐射。
13.根据权利要求11或12所述的方法， 其特征在于， 在所述气凝胶(12)的老的靶标材料被所述电子束(13)消耗时，新的靶标材料被供给。
14.根据权利要求1至10之一所述的发射单色X射线辐射的X射线辐射光源用于透射主体的应用，该主体构成在所使用的X射线辐射的波长处可辨的对比度。
【文档编号】H01J35/08GK104350572SQ201280073906
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2012年6月14日 优先权日:2012年6月14日
【发明者】O.海德, T.休格斯, J.西尔特尔 申请人:西门子公司