具有倾斜撞击部分的电子收集器的制作方法

本文披露的本发明总体上涉及电子撞击x射线源，其中电子束与靶标相互作用以生成x射线辐射。具体地，本发明涉及用于收集靶标下游的电子束的技术和设备。

背景技术：

x射线辐射可以通过将电子束指引到靶标上来生成。在这样的系统中，采用包括高压阴极的电子源来在真空腔室内部产生在撞击区域撞击(impinges)在靶标上的电子束。靶标通常被提供为通过相互作用区域传播的液体射流，比如液态金属射流。

如在电子束的传播方向上所见到的，可以在靶标后方布置电子收集器来处理电子束的通过相互作用区域/靶标的电子。收集器可以是用于吸收电子及其动能的电子积存器，和/或用于表征通过相互作用区域的电子的传感器。

无论是哪一种情况，确保对控制器的适当热管理以避免由所吸收的电子造成的热致损坏都是很重要的。这在提高电子束功率密度以满足对x射线源的更高性能和更高亮度的一般追求时特别重要。

因此，需要x射线源和收集器能够处理增加的热负荷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种x射线源，其中改进了电子收集器的热管理。设想的是，本发明因此将帮助这样的源以更高的性能运行，而不损坏电子收集器材料。

根据本发明的第一方面，提供了一种x射线源，该x射线源包括：液体靶标源，该液体靶标源被配置为在该x射线源的相互作用区域中提供液体靶标；电子源，该电子源适于提供被指引朝向该相互作用区域的电子束，使得该电子束与该液体靶标相互作用以生成x射线辐射；以及电子收集器，该电子收集器被布置在该相互作用区域下游一定距离处，如沿该电子束的行进方向所见到的。该电子收集器包括被配置为吸收该电子束的撞击在其上的电子的撞击部分。该撞击部分被布置成相对于该电子束在该撞击部分处的行进方向是倾斜的。

根据第二方面，提供了一种在x射线源中的方法，该x射线源被配置为在电子束与液体靶标之间相互作用时在相互作用区域中生成x射线辐射。该方法包括以下步骤：将该电子束指引朝向该相互作用区域，以及使该电子束撞击在电子收集器的撞击部分上，该电子收集器被布置在该相互作用区域下游一定距离处，如沿该电子束的行进方向所见到的。该撞击部分相对于该电子束在该撞击部分处的行进方向是倾斜的。

当电子束的电子击中电子收集器的撞击部分时，这些电子的至少一部分能量将被电子收集器吸收并转化为热能。电子收集器可能受至少两个因素的影响：传递至电子收集器的热能总量、以及电子收集器的特定部分上的功率分布。以下将讨论这两个因素。

所传输的能量的总量可以理解为电子收集器的总体发热。从电子收集器的适当热耗散或热传递可以确保收集器的平均温度保持在合适的范围内。热传递可以例如采用通过主动循环冷却流体实现的主动冷却、或者通过布置成与收集器热接触的散热器或冷却法兰实现的被动冷却。通常，电子束的总功率是收集器整体发热的决定因素，并因此可以进行控制以避免收集器过热。

收集器的特定部分上的功率分布可以理解为功率密度，该功率密度被确定为电子束的总功率与由电子束在撞击部分上形成的光斑的面积之比。可替代地，相反可以考虑供应给撞击部分的每个点的最大功率。如果假定存在损坏阈值，在该阈值下，可能发生收集器材料的热致损坏，则可以通过降低电子束的总功率或降低最大功率密度来使x射线源在低于该阈值下操作。

本发明提供了基于后者，即，通过降低最大功率密度的解决方案。这是通过将撞击部分布置成使得收集器的被电子撞击的表面面积大于电子束的截面面积(该截面与电子束的行进方向正交)来实现的。这可以通过将撞击部分布置成使得其相对于电子束在撞击部分处的行进方向是倾斜的(即，使得撞击部分与电子束非正交)和/或通过向撞击部分提供增加撞击部分的面积的表面结构来实现。增加撞击部分的面积并且从而增大电子光斑会导致功率密度降低。因此，电子束的总功率可以增加而没有超过损坏阈值的风险。

应理解的是，电子束的入射角(关于撞击部分的表面的法线测得)可以影响电子的散射。入射角增大可能导致撞击时反向散射的电子数量增加，而入射角减小可能导致散射减少。在热负荷方面，散射增加可能是有利的，因为这可以减少被吸收的电流，从而减少被吸收的热能。然而，可能令人期望的是收集入射电子的尽可能大的一部分，以便控制腔室中存在的反向散射的电子的数量，并在收集器用作检测器或传感器的情况下提高测量的准确性。在这种情况下，可能由于撞击部分的倾斜取向而导致的散射增加可以通过向收集器添加用于收集被散射的电子的电子捕获结构(比如孔口或凹槽)来补偿。将结合附图进一步详细讨论示例性实施例。

撞击部分可以由其中电子束的至少一部分撞击在收集器上的收集器的面积或区域来限定。撞击部分的横向延伸因此可以由撞击电子束在收集器上形成的电子光斑的宽度决定。该横向延伸可以通过倾斜撞击部分以使得电子束的入射角增大来增加。对于具有圆形截面的电子束，这将产生椭圆形或卵形的光斑，而对于具有线形截面的电子束，这将产生更厚或更长的光斑，这取决于撞击部分倾斜的方向。

然而将理解的是，撞击部分可以指由电子光斑限定的整个表面，或者指由光斑覆盖的表面的一部分。因此，在一些示例中，电子光斑可以覆盖收集器的一个或几个撞击部分，其中，这些撞击部分中的每一个可以相对于电子束具有不同的取向。换言之，同一电子束可以以多种不同的入射角撞击在收集器上。这可以例如通过金字塔结构来实现，其中，金字塔的每一侧都可以形成相对于电子束在撞击部分处的行进方向是倾斜的撞击部分。

在一些示例中，该撞击部分可以由二维表面形成。这样的表面的倾斜度可以由其法线与电子束在撞击部分处的行进方向之间的角度来限定。该角度应大于零度，从而在电子束的截面被投影到表面上时提供增大的光斑，并且优选地小于90度，以确保完全投影。

可替代地，撞击部分可以由三维表面形成，该三维表面例如可以适形于圆柱体或球体。在这样的情况下，撞击部分的倾斜度可以由电子束在撞击部分处的行进方向与撞击部分的中心点的切平面的法线之间的角度来决定。

换言之，撞击部分可以被布置成当电子束的截面投影到撞击部分上时，电子光斑的面积超过其最小值。

撞击部分可以由与上文讨论的二维表面或三维表面一致的基本上光滑的表面形成。然而将理解的是，撞击部分可以包括表面结构，比如凹槽、突起或台阶。在这些情况下，上文结合倾斜度讨论的术语“二维表面”和“三维表面”可以指撞击部分的平均表面。平均表面可以例如是实际撞击部分的二维表面近似，并且倾斜度或入射角可以通过撞击部分的中心点的切平面的法线来定义。

在示例中，该撞击部分的实际表面可以形成为阶梯状(terrace)或台阶状表面。此表面的倾斜度可以由拟合到实际表面的平均平面的法线来确定。

为了本申请的目的，术语“倾斜(oblique)”既不在平行于电子束在撞击部分处的行进方向的意义上使用，也不在与该行进方向成直角的意义上使用。在某些示例中，行进方向可以指被布置为控制电子束的电子-光学系统的光轴。电子束在撞击部分处的行进方向可以指撞击方向。如果电子束的截面在投影到撞击部分上时变形，则撞击部分可以被认为是倾斜的。比如“歪斜(slanting)”或“成角度布置”，可以贯穿本披露互换地使用。术语入射角应该理解为撞击部分的平均平面与电子束沿撞击方向的中心线之间的角度。对于平坦表面，平均平面与撞击部分相同，而对于结构化表面，平均平面可以被视为结构被定义于其上的基线。对于弯曲表面，平均平面对应于电子束在撞击部分处的中心点处的切平面。

电子收集器可以被称为电子积存器，参考吸收电子束的电子的主要功能。可替代地或附加地，收集器可以被称为用于表征撞击在其上的电子的检测器或传感器。收集器可以设有电连接，以允许被吸收的电子作为电流传送出去。在收集器用作传感器的情况下，可以测量电流以便检测或量化被吸收的电子。传感器可以是适合于检测撞击在传感器上的电子束的存在(以及如果适用的话，功率或强度)的布置。仅举几个示例，电子收集器可以是或者包括电荷敏感区域(例如，经由电流表接地的导电板)、闪烁体、光传感器、电荷耦合设备(ccd)等。

优选地，电子收集器的撞击部分以x射线源的电子-光学轴线为中心，并且在相互作用区域的下游或后方(如从电子源所见的)，以确保允许电子束撞击在撞击部分上。

“液体靶标(liquidtarget)”或“液体阳极(liquidanode)”可以被理解为被迫使通过喷嘴并传播通过x射线源的真空腔室内部的液体射流或液流。在液体靶标的行进方向与电子束的行进方向相交的空间中的位置可以被称为相互作用区域。尽管液体靶标通常可以由基本上连续的液流或液体流形成，但将理解的是，射流另外地或可替代地可以包括多个液滴或甚至由多个液滴形成。液体靶标的进一步实施例可以包括多个射流，该多个射流可以被布置成顺序地或同时地与一个或几个电子束相互作用。

将理解的是，用于靶标的液体可以是优选地具有低熔点的液态金属，比如铟、锡、镓、铅、或铋、或其合金。其他示例或液体包括水和甲醇。

根据一些实施例，该撞击部分可以包括表面结构，该表面结构用于降低由该撞击电子束递送的吸收功率密度。表面结构可以例如是折叠结构或台阶式结构，其增加了撞击部分的表面积。

根据实施例，该撞击部分可以被布置成允许该电子束以一定入射角撞击在其上，该入射角被选择为使得和撞击部分与撞击方向正交的情况相比，吸收功率密度降低至少降低因数。这样的降低可以例如通过以下方式获得：将撞击部分布置成使得当在撞击部分上形成电子光斑时，电子束的截面增加至少相似因数。如果入射电子束的局部入射角不垂直于撞击部分，则可以降低吸收功率。因此，在这样的实施例中，将吸收功率密度降低所述降低因数的目的可以在电子束的截面不增加相同因数的情况下实现。降低因数可以至少是五，比如至少是十。入射角可以被选择为在1.5度到30度的范围内，比如从3度到20度，比如从3度到10度。

根据实施例，该撞击部分被配置为容纳该电子束的整个截面。此配置可以通过选择面积大于电子光斑的面积的撞击部分和/或通过选择产生不大于撞击部分的投影电子光斑的入射角来实现。本实施例的优点在于其允许整个电子束或至少其整个截面撞击在撞击部分上。这有助于吸收电子和更准确地测量电子束提供的电流。

根据一些实施例，该撞击部分可以形成延伸到该电子收集器的主体中的凹槽或凹陷的内表面的一部分。该凹槽可以例如是在电子收集器中形成盲孔的钻孔或通道。由于电子收集器将被布置在真空腔室内，所以电子收集器中的孔无法是真正意义上开放的。孔的底部可以作为孔本身以外的其他构件的一部分，但出于所有实际目的，该孔必须被认为是盲孔。孔的截面可以具有许多形状并且沿钻孔长度不必是恒定的。可以采用凹槽来捕获被散射的电子，从而提供相对较高的吸收。这在使用收集器作为传感器时是优点，因为减少的反向散射本身将表现为对给定辐照电荷量而言在信号电平上相对较高的响应。凹槽可以制作得更深(并且可能更窄)，以增加吸收比和改善被测量信号的质量。

根据实施例，该钻孔可以以防止该电子束直接撞击在该钻孔的底部上的角度定向。换言之，由该钻孔的侧表面形成的撞击部分可以被定向成使得其可以容纳电子束的整个截面。从撞击部分散射的电子可以到达钻孔的底部而没有过热的风险，因为这些电子在散射事件期间会损失能量，此外由于吸收和散射，电子密度将会降低。该钻孔应该布置成使得对于电子束而言不存在没有在撞击部分处经历至少一次散射事件就到达钻孔的底部的直接路径。

根据实施例，该凹槽的入口可以设置有锥形或漏斗形表面部分，从而将电子引导至该凹槽中。

根据一些实施例，该x射线源可以包括布置在该凹槽的入口上游的孔口。孔口可以被设置用于捕获反向散射的电子，并且在一些实施例中，孔口可以小于凹槽的截面。孔口可以起到提供在电子束的对准和宽度测量期间可以使用的已知大小和/或位置参考的作用。孔口可以进一步限制电子束可以到达电子收集器的哪些部分，从而防止电子收集器局部过热。

根据一些实施例，该x射线源进一步包括用于将热量从该电子收集器传送走的冷却布置。该冷却布置可以例如包括用于引导冷却液体通过该收集器的冷却通道。在一些示例中，该冷却流体可以是去离子的。

根据实施例，该x射线源可以包括用于测量由该电子收集器吸收的电流的布置。该布置可以例如包括被配置为生成表示该电流的信号的电流表。此外，电子收集器可以与系统的其余部分电绝缘，以确保所有电流都通过电流表。该撞击部分可以被划分为多个子部分，这些子部分彼此电绝缘并且各自连接到一个电流表。通过测量通过每个相应子部分的电流，可以计算电子束撞击在撞击部分上的位置。在对电子束进行对准时，可以使用此信息。

所测得的电流可以用于计算由电子束递送的吸收功率密度。假定入射电子的可忽略部分从收集器散射出去，并且因此对总测得电流没有贡献，则总入射功率可以通过将所测得的被吸收电流乘以加速电压来计算。功率密度的最大值将出现在电子束与电子收集器的第一次撞击时。从第一次撞击散射并在与电子收集器的后续撞击后被吸收的电子可以以较低的功率密度被吸收，因为在第一次撞击期间入射电子中的至少一些将被吸收，并且散射会将剩余电子分布在更大的表面上。因此，第一次撞击期间的被吸收功率可以通过将总入射功率乘以由电子收集器中的材料、加速电压、以及电子束与撞击部分之间的角度决定的吸收概率来计算。为了获得吸收功率密度，需要电子束撞击在撞击部分上的面积。该面积可以根据电子束截面的形状、聚焦角度、从焦点到撞击部分的距离、以及电子束和撞击部分之间的角度来计算。于是，吸收功率密度可以计算为被吸收功率除以电子束撞击在撞击部分上的面积。

然后，可以将所计算的吸收功率密度用作输入来调整聚焦角度、入射角和电子束功率中的至少一个，以便将吸收功率密度保持低于预定损坏阈值。聚焦角度可以例如通过电子-光学系统来调整，而入射角可以通过移动或倾斜电子收集器来调整。

可以进一步采用电子-光学系统将电子束移动到液体靶标上，使得在扫描期间电子收集器至少部分地被靶标遮蔽。在电子收集器处检测到的所产生的信号可以用于计算电子束截面的大小。

根据本发明的x射线源可以在包括用于处理和分析来自传感器的数据的一个或几个处理装置(比如电子收集器)的系统中实施。根据本申请中披露的方法，该系统还可以包括用于操作x射线源的不同部分(比如电子源、液体靶标源和电子光学器件)的一个或几个控制器。

应当理解，根据一些方面的方法的上述实施例中的特征中的任何特征都可以与根据其他方面的设备组合。

通过研究以下详细披露内容、附图和所附权利要求，本发明的进一步的目的、特征和优点将变得清楚。本领域技术人员将认识到，可以组合本发明的不同特征以创建除了下文描述的实施例之外的实施例。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施例。

图1是根据本发明的实施例的x射线源的图解透视图。

图2是根据实施例的x射线源的一部分的图解截面，披露了电子收集器的取向。

图3a至图3d示意性地展示了电子收集器的各种示例以及其撞击部分的取向。

图4是根据实施例的x射线源的电子收集器的截面图。

图5是示出了功率密度降低与入射角之间的关系的图。

图6是展示了根据本发明的实施例的方法的流程图。

相似的附图标记用于附图上相似的要素。除非另有说明，否则附图是示意性的，并且未按比例绘制。

具体实施方式

图1示出了x射线源100，通常包括液体靶标源110、电子源120和电子收集器130。此设备可以位于气密性壳体10内部，电压源30、传感器装置150和控制器装置40可能是例外的，该电压源、传感器装置和控制器装置可以位于壳体10的外部，如附图所示。如果壳体没有在很大程度上屏蔽电磁场，则通过电磁相互作用而起作用的各种电子-光学部件20也可以这样设置在壳体10的内部，或位于壳体10的外部。

电子源120通常包括阴极，该阴极由电压源30供电并且被配置为生成电子束122，该电子束可以被朝向加速孔口加速，在该加速孔口处，该电子束进入电子光学系统20，该电子-光学系统包括对准板布置、透镜和偏转板布置。对准装置、偏转装置和透镜的可变特性可通过由控制器40提供的信号来控制。尽管附图以表明对准装置、聚焦装置和偏转装置是静电类型的方式象征性地描绘了这些装置，但是通过使用电磁设备或静电和电磁电子-光学部件的混合也同样可以很好地体现本发明。

在电子-光学系统20的下游，出射电子束122在相互作用区域i处与液体靶标j相互作用，该液体靶标可以通过启用液体靶标源110的高压喷嘴来产生。该相互作用区域就是可能产生x射线之处。x射线可以在不与电子束122重合的方向上从壳体10引出。电子束122的穿过相互作用区域i继续行进的部分会到达电子收集器130，除非被设置有孔口140的导电屏幕阻挡。在该实施例中，该屏幕是接地板，该接地板具有布置在相互作用区域i与电子收集器130之间的圆形孔口140。孔口140限定了明确有限区域，该区域可以在对电子束122进行对准时用作参考结构，并用于收集从电子收集器130散射的电子。此外，该孔口可以防止电子束到达电子收集器的最外边缘。在一些实施例中，这些外边缘可能很薄，并且距任何散热器相对较远。防止电子撞击在这些部分上可以是一种保护这些部分免受热过载影响(例如熔化)的方式。另一方面，该孔口可能受到高热负荷的影响，并且需要单独冷却(未示出)。

电子收集器130包括撞击部分132，该撞击部分被配置为吸收撞击在其上的电子中的至少一些。在此示例中，撞击部分132可以由电子收集器130的面向电子束122的表面部分形成。限定了撞击部分132的表面部分可以被布置成相对于电子束122的撞击方向成一定倾斜角度。在此示例中，撞击部分132可以表示与电子束122的撞击方向既不平行也不正交的倾斜表面。

电子收集器130可以被形成为导电板，该导电板与系统的其余部分电绝缘从而允许被吸收的电流通过与该导电板连接的电流表150。通过研究电流表的信号，可以估计被吸收电子的总数量。相对于撞击部分的表面的切线测得的入射角可以被选择为使得与电子束122垂直入射相比，吸收功率密度降低。根据撞击部分的实际倾斜度，吸收功率密度可以例如降低至少因数五。

通过相对于电子束122倾斜撞击部分132，与垂直入射相比，撞击面积可以增大。随着入射角减小，圆形电子束光斑可以例如更椭圆。此外，随着入射角减小，被吸收能量将减少。对于垂直入射而言，大约一半的入射电子可以被吸收，而另一半则从表面散射。当入射角接近0°时，被吸收能量接近零；对于平行于撞击部分的表面的入射，基本上不会有任何吸收。

图2展示了x射线源100的一部分，该x射线源可以类似地被配置为结合图1披露的实施例。在本示例中，电子收集器130也可以被称为电子积存器或电子传感器，其可以由包括凹槽134的主体形成。如在此示例中所示，该凹槽可以是在主体中形成盲孔的钻孔134。钻孔134的纵轴可以相对于电子束122的撞击方向倾斜，使得电子束可以撞击在钻孔134的内表面132上。优选地，电子收集器130的倾斜角度被选择为使得电子束122形成的整个光斑可以被钻孔134的内壁132形成的撞击部分容纳，使得电子束122的截面的任何部分都无法到达盲孔134的底部。

电子收集器130的附加功能可以是用于测量电子束122的入射电子的量。这可以在校准系统时以及在测量撞击部分132上形成的电子光斑大小时使用。针对此情况，令人期望的是最小化未被电子收集器130吸收的电子的量，即，从撞击部分132散射的电子的数量。实现这一点的一种方式是使得电子束可以进入凹槽，比如图2所示的钻孔。这有效地减小了被散射的电子可以通过其从收集器130逃逸的立体角。具有歪斜底表面的直孔134可能不是可行的解决方案，因为孔底部处的吸收功率密度可能导致材料发热，直到开始熔化。因此，孔134可以是倾斜的，使得撞击部分相对于入射电子束122倾斜，从而允许电子撞击在孔134的内壁132而不是底表面上。尽管例如在孔134具有圆形对称性的情况下，电子所撞击的表面132可能是弯曲的，但是类似于上面概述的参数也将适用于其他配置。

孔134的直径应该选择为使得对于所有可能的电子束配置，整个电子束122都可以撞击在内壁132上。另一方面，如上所述，应该尽可能地减小被散射的电子能够通过其逃逸的立体角。为了满足这些要求，可以提供锥形入口孔。为了进一步改善测量能力，可以提供外部孔口140，比如图1中所披露的孔口。在扫描进出孔口140的电子束时，孔口140可以提供已知的参考。

对于孔134为圆柱形的实施例，与电子束不应直接撞击孔的底部相对应的钻孔角度要求可以被表达为孔的宽度与长度之间的关系。对于圆柱体，相关宽度就是钻孔的直径。对于其他圆柱形几何形状，相关宽度由钻孔的方向限定。如果相关宽度用d表示，并且钻孔的长度用l表示，则对电子束与钻孔之间的角度的要求是其应当大于tan^-1(d/l)。在电子收集器上扫描电子束的实施例中，电子束的撞击方向在扫描期间可能略有变化，并且在这样的情况下，该条件应针对所有可达到的撞击方向都被满足，以确保电子束不会直接撞击孔的底部。

图3a是电子收集器130的撞击部分132相对于电子束的撞击方向(或者在此示例中为电子-光学系统的光轴o)的倾斜角度θ的取向或倾斜度的示意性图示。电子束122可以具有位于撞击部分132上游距离l处的焦点。在此情况下，聚焦角度α可以与距离l共同决定投影到撞击部分132上的电子光斑的大小。在此示例中，电子光斑的大小可以小于撞击部分132的总可用表面的大小d。以下将是对吸收电子能量、聚焦角度α、以及撞击部分的相对取向和大小间的关系的更详细描述。

图3b展示了具有弯曲撞击部分132的电子收集器130的一部分。撞击部分的132的倾斜角度或倾斜度θ可以被定义为撞击部分132的中心点c(或者在此情况下，电子光斑)处的入射角。中心点c可以被确定为由电子光斑所限定的区域的中间或质心。在图3b中，入射角θ被示出为质心的切平面与电子束122的撞击方向o之间的角度。在本发明的实施例中，有利的是对弯曲的撞击部分也提供倾斜的撞击，因为与撞击方向垂直于切平面的情况相比，射束功率将分布在更大的区域上。

图3c示出了根据实施例的电子收集器的撞击部分132，其中电子束122被布置成要进行撞击的表面包括多个区段。每个区段被布置成提供电子束的倾斜撞击。在图3c的实施例中，对于连续的区段而言，入射角θ将具有相同的大小，但是符号不同。结果将是，对于为提供相同的入射角而布置的平坦表面，同样会增大面积并且会产生反向散射。图3c中所示的实施例的优点可能在于，与朝向撞击方向o成一定角度设置的平坦表面相比，其所需的体积更小。

图3d示出了根据实施例的电子收集器的撞击部分132，该电子收集器可以与结合图1、图2、图3a和图3b讨论的电子收集器类似地配置。撞击部分132可以设有形成撞击部分132的折叠表面的表面结构，比如台阶136。在此情况下，入射角θ可以定义为电子束122与拟合到撞击部分132的表面的平均平面p(或表面)之间的角度。与上述情况类似，撞击部分132的倾斜可以通过在表面(或平面)p的中间处的入射角θ来表征。该实施例是在撞击部分上设置结构化表面的实施例和撞击部分被设置为相对于撞击方向成一定倾斜角度的实施例的组合。如果结构足够小，则该组合可能导致电子束在电子收集器上的投影面积由入射角决定，而反向散射的可能性将由局部撞击角度决定。局部撞击角度将受入射角和表面结构二者的影响。对于图3d中所示的特定实施例，可以注意到的是，电子可以垂直于表面局部撞击，因此，与其他入射角θ相比，这有效地降低了反向散射的可能性。因此，与以另一种取向提供相同表面的情况相比，此配置可以吸收更大一部分的入射电子，从而吸收更多能量。表面的取向也将决定撞击部分的面积，该面积对由被吸收电子引起的热负荷的分布有影响。本领域技术人员将找到表面结构和入射角的合适组合，以确保指定空间内的测量准确性和热管理。

尽管为使电子束功率分布在电子收集器130上做出了这些努力，但是可能仍然需要进一步改进x射线源的热管理。这可以例如通过主动冷却电子收集器130来实现。图4示出了电子收集器130的示例，其可以与图1至图3d中的实施例类似地配置，其中撞击部分132设置在具有相对较大的热容量的主体中。该主体可以进一步设置有冷却布置，比如通道136，冷却剂可以通过该通道被泵送通过主体。如果需要测量被吸收电流，则冷却布置可以与电子收集器主体电隔离，从而避免干扰测量。一种可能是将冷却部件与系统的其余部分电隔离，并提供非离子冷却剂(例如去离子水)。为了使对电子收集器接收到的电子的数量的测量对冷却剂电阻(coolantresistance)的变化具有鲁棒性，可能需要在电子设计期间注意一些问题，本领域技术人员将能够在不进行任何创造性劳动的情况下解决这些问题。

电子收集器130的所展示的示例进一步包括孔口140和用于将电子指引到钻孔134中的倾斜表面138，该钻孔以与电子束的撞击方向o成非零和非正交的角度延伸，从而提供倾斜布置的撞击部分132。孔口可以与撞击部分电绝缘，以确保所测得的被吸收电流受通过该孔口的电子支配(governed)。

如已经提到的，被散射的电子的数量可能随着入射角θ的减小而增大。因此，被吸收的能量可以被表达为入射角θ的函数。该行为可以建模为正弦函数，其中被吸收的能量可以被设置为常数乘以入射能量乘以入射角θ的正弦。对于电子束122非圆形的情况，例如，在应用线焦点的情况下，可能有利的是提供被布置成使得较小尺寸的电子光斑被拉长(drawnout)的倾斜表面130。

在所有实际情况下，撞击部分132的表面的大小可能都是有限的。这意味着入射角θ存在下限。由于电子收集器130的目的是吸收电子束122的电子，因此优选的是整个电子束122可容纳(fit)在撞击部分132内。对于无限的表面，只要入射角θ大于聚焦角度α的一半就足够了(请参考图3a)。然而，对于有限大小的表面，假定大小为d，根据下式入射角θ应大于：

其中，l是从电子束焦点到电子收集器的中心的距离。

为了具有入射角θ的上限，可以考虑与垂直入射相比，功率密度可以降低至少某一因数。假定入射电子束122具有圆形截面，撞击部分上的投影截面将是在电子收集器130上具有撞击面积a的椭圆形，该撞击面积可以表达为：

对于θ等于π/2，这将简化成：

利用撞击面积a的该表达式，吸收功率密度p可以表达为入射角θ的函数：

其中，p0是总电子束功率，并且c是吸收分数，这至少在原则上可以取决于电子能量，即加速电压。作为入射角θ的函数的功率密度降低可以计算为：

图5是可视化对于给定期望降低因数的最大允许入射角θ的图。为了在相同的图表中可视化角θ的下限，假定电子收集器表面132的大小与电子束焦点和电子收集器l之间的距离具有相同的数量级。于是，该角的下限可以约为聚焦角度的1.5倍。

0.02弧度的聚焦角度α(图5中的虚线)可以被认为是小角度；它受到阴极亮度和使光斑大小低于20μm的期望的限制。0.2弧度的聚焦角度α(图5中的实线)可以被认为是大角度；它受到当前电子光学部件的球面像差的限制。增大聚焦角度α可能进一步需要更复杂的电子光学器件，如多极校正器。

以上计算可以用作配置x射线源的基础。特别地，可以使用以上披露的入射角来实现特定的功率密度降低。根据一些实施例，可以通过手动或自动调整撞击部分的取向、通过修改电子束的对准或取向、和/或通过改变电子束的聚焦角度来调整入射角。

图6是根据本发明的一些实施例的方法的流程图。该方法可以在根据参考图1至图5描述的先前实施例中的任何一个所述的x射线源中执行，并且可以包括以下步骤：

将电子束指引610朝向相互作用区域；

使电子束撞击620在电子收集器的撞击部分上；

测量630由撞击电子束生成的电流；

计算该电子束递送的吸收功率密度；

调整640电子束的聚焦角度和功率中的至少一个，从而使吸收功率密度保持低于预定阈值；

将电子束移动650到液体靶标上；

测量660由撞击电子束生成的电流；以及

基于该移动和测量来计算670电子束的光斑大小。

本文所披露的技术(比如图6概述的示例性方法)可以体现为计算机可读指令，这些计算机可读指令用于控制可编程计算机，其方式为使根据本文披露的实施例中的任何一个所述的x射线源执行由权利要求所限定的方法中的任一种。这样的指令可以以包括存储有指令的有形的非易失性计算机可读介质的计算机程序产品的形式分布。

本领域技术人员决不限于上文描述的示例实施例。相反地，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。具体地，在本发明构思的范围内，可以设想包括多于一个靶标或多于一个电子束的x射线源和系统。此外，本文所描述类型的x射线源可以有利地与根据特定应用而定制的x射线光学器件和/或检测器组合，这些特定应用例如但不限于以下各项：医学诊断、无损测试、光刻、晶体分析、显微镜学、材料科学、显微镜表面物理学、x射线衍射法测定蛋白质结构、x射线光谱分析(xps)、临界尺寸小角x射线散射(cd-saxs)和x射线荧光光谱分析(xrf)。另外，通过研究附图、披露内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所披露示例的变化。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。