用于产生x射线的装置的制造方法
【专利说明】用于产生X射线的装置
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的用于产生X射线的装置以及一种根据权利要求13的运行用于产生X射线的装置的方法。
[0002]用于产生X射线的X射线管在现有技术中是已知的。X射线管具有用于发射电子的阴极。发射的电子通过高压加速至阳极。在阳极内电子被减速并且在此产生X射线轫致辐射(或连续辐射)和典型的X射线。X射线轫致辐射具有较宽频谱的分布，同时典型的X射线具有离散的线光谱。在由X射线管发射的X射线中两种射线是相叠加的。
[0003]具有离散能量的典型的X射线比X射线轫致辐射更好地适用于特定的使用目的。已知的是，X射线通过金属过滤器过滤，以便减少轫致辐射。但是，这种过滤器也会减弱典型的X射线的份额。
[0004]还已知的是，从X射线管发射的X射线的轫致辐射份额是各向异性的，并且具有沿由轰击的电子的方向定义的前进方向的最大部分。反之，典型的X射线是各项同性的。US7，436, 931 B2建议安置一种用于从X射线管中沿着与轰击阳极的电子的方向相反的方向导出X射线的窗口。为了可以在这个区域以外安置电子源，所述文献建议，通过磁力偏转装置偏转指向阳极的电子束。
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种改进的用于产生X射线的装置。所述技术问题通过具有权利要求1的特征的装置解决。本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种运行这种装置的方法。所述技术问题通过具有权利要求13的特征的方法解决。优选的改进方案在从属权利要求中给出。
[0006]按照本发明的用于产生X射线的装置具有具备目标层的阳极、用于发射电子束的阴极、用于借助电场将所述电子束偏转到所述目标层上的导流单元、用于聚焦所述电子束的聚焦单元和X射线窗口，用于使在所述阳极的目标层内产生的X射线沿着与轰击所述目标层的电子束相反的反向方向脱离。在此，所述阴极相对于从所述阳极出发的反向方向侧向错移地布置。所述装置以有利的方式被设计得特别紧凑。通过聚焦单元可以有利地在阳极上产生一个特别小的电子束的焦点。导流单元使得可以有利地将由阳极产生的X射线沿着相对于轰击阳极的电子相反的反向方向导出。由此，导出的X射线具有相对较低比例的X射线轫致辐射和相对较高比例的典型的X射线。
[0007]在所述装置的一个实施方式中，所述聚焦单元沿所述电子束的传播方向布置在所述导流单元的后面。由此聚焦单元可以有利地将电子束随后直接聚焦在阳极的目标层的一个点上。
[0008]在所述装置的一个实施方式中，所述导流单元包括弯曲的屏蔽管。在此，在所述屏蔽管的内部安置有第一电极和第二电极。由此在导流单元的部件可以有利地施加电压，该电压使通过导流单元延伸的电子束沿着屏蔽管的曲率偏转。
[0009]在所述装置的一个实施方式中，所述聚焦单元包含内壳。在此，所述阳极安置在所述内壳的内部。由此聚焦单元可以有利地将电子束聚焦在阳极上。在此，阳极安置在无场强的区域内。
[0010]在所述装置的一个实施方式中，所述内壳被设计为球壳。从而聚焦单元有利地具有较高的对称性，由此产生容易定义的电场。
[0011 ] 在所述装置的一个实施方式中，所述聚焦单元包含外壳，其中，所述外壳至少部分围绕所述内壳。电子束可以有利地在外壳和内壳之间聚焦。此外，电子束的电子可以在外壳和内壳之间沿运动方向加速。
[0012]在所述装置的一个实施方式中，所述外壳被设计为球壳。由此有利地获得装置的聚焦单元的特别简单和对称的结构设计。
[0013]在所述装置的另一个实施方式中，所述外壳被设计为截球壳。在此也有利地获得聚焦单元的紧凑、简单和对称的结构设计。
[0014]在所述装置的一个实施方式中，所述内壳和所述外壳分别具有至少一个开口，所述开口设置用于使所述电子束通过。由此，电子束可以有利地指向并聚焦在安置于内壳中的阳极上。
[0015]在所述装置的一个实施方式中，所述装置具有收集器，所述收集器设置用于收集穿过所述阳极的电子束的电子。通过收集器收集的电子可以有利地在电流回路中回收，由此改进了装置的能效。
[0016]在所述装置的一个实施方式中，所述收集器和所述聚焦单元的外壳共同包围所述聚焦单元的内壳。由此，收集器有利地适用于收集在较大空间角度范围内散射的电子。
[0017]在所述装置的一个实施方式中，所述收集器具有圆柱形部段，其中，所述收集器的圆柱形部段邻接在所述外壳上。在此，所述外壳和所述圆柱形部段相互电绝缘。由此，收集器有利地适用于收集电子束的指向阳极的电子的大部分。在此，收集器可以有利地处于与聚焦单元的外壳不同的另一个电位。
[0018]在按照本发明的运行用于产生X射线的装置的方法中，屏蔽管和外壳相对于阴极被施以第一电压。在此，第一电极相对于阴极被施以第二电压。此外，内壳相对于阴极被施以第三电压。在此，所述第一电压具有比所述第二电压更大的正电压值。此外，所述第三电压具有比所述第一电压更大的正电压值。由此，电子束有利地在导流单元中被偏转。此外，电子束在聚焦单元的外壳和内壳之间被聚焦。此外，电子束的电子在外壳和内壳之间沿运动方向被加速。
[0019]在所述方法的一个实施方式中，第二电极相对于阴极同样被施以第一电压。由此，电子束的电子有利地在导流单元的内部不会改变其速度值。
[0020]在所述方法的一个实施方式中，收集器相对于阴极被施以第四电压。在此，所述第四电压具有比所述第一电压更大的正电压值。此外，所述第三电压具有比所述第四电压更大的正电压值。由此，电子束的穿过阳极的电子有利地被收集器减速，从而电子的一部分能量被回收。由此，所述方法有利地具有较高的能效。
[0021 ] 上述的本发明的特性、特征和优点以及所实现的方式方法结合以下对参照附图的实施例的说明详细阐述。在附图中:
[0022]图1示出按照第一实施方式的用于产生X射线的装置的剖面示意图，
[0023]图2示出用于产生X射线的装置的立体示意图，
[0024]图3示出按照第二实施方式的用于产生X射线的装置的剖面示意图，和
[0025]图4示出按照第二实施方式的用于产生X射线的装置的立体示意图。
[0026]图1示出用于产生X射线的装置100的简化剖面示意图。图1中所示的用于产生X射线的装置100的部件可以安置在真空管中。在这种情况下，用于产生X射线的装置100也可以称为X射线管。图2示出用于产生X射线的装置100的立体示意图。出于视线的原因，在图2没有示出装置100的一些部件。
[0027]装置100具有阴极200。阴极200设置用于发射电子，以便产生电子束210。阴极200可以例如通过放热或场放射发射电子。
[0028]装置100还包含导流单元300。导流单元300设置用于将从阴极200发出的电子束210偏转，即改变电子束210的方向。导流单元300包括弯曲的由导电材料、例如金属制成的屏蔽管330。屏蔽管330的第一纵向端部331朝向阴极200。从阴极200发射的电子束210的电子可以通过第一纵向端部331进入屏蔽管330。
[0029]在导流单元300的屏蔽管330内部安置有第一电极310和第二电极320。第一电极310和第二电极320分别具有纵向延伸的弯曲的条带的形状，并且基本上相互平行地沿屏蔽管330的纵向延伸。电极310、320的曲率基本上等于屏蔽管330的曲率。电极310、320相互间隔。屏蔽管330的中线在第一电极310和第二电极320之间延伸。第一电极310和第二电极320分别有导电材料、例如金属制成。
[0030]在屏蔽管330的第一纵向端部331上进入屏蔽管330内的电子束210的电子可以在第一电极310和第二电极320之间穿过屏蔽管330。通过在第一电极310、第二电极320和屏蔽管330上施加的适合大小的电压，使得在导流单元300的屏蔽管330内部产生电场，该电场在电子束210的电子经过屏蔽管330时如此使电子束的电子偏转，从而使电子束210符合屏蔽管330的曲率。由此改变电子束210的方向。在穿过导流单元300后，电子束210的电子在屏蔽管的第二纵向端部332上离开屏蔽管330。
[0031]用于产生X射线的装置100还包含聚焦单元400。聚焦单元400用于将电子束210聚焦到阳极500的目标层510的焦点上。其目的是，产生尽可能小直径的焦点，这例如用于医学目的、如血管造影是有利的。
[0032]在所示实施方式中，聚焦单元400包含外壳410和内壳420。外壳410和内壳420分别由导电材料、如金属制成。外侧410和内侧420分别设计为球壳。外侧410和内侧420相互同心地布置。外壳410具有第一开口 411。内壳420具有第一开口 421。从同轴布置的壳体410、420的中心向外观察，内壳420的第一开口 421和外壳410的第一开口 411出于共同的径向上，其朝向导流单元300的屏蔽管330的第二纵向端部332。穿过导流单元300的屏蔽管330离开第二纵向端部332的电子束210的电子可以穿过外壳410的第一开口 411和内壳420的第一开口 421进入聚焦单元400。
[0033]在聚焦单元400的其它实施方式中，外壳410和内壳420可以设计为不是球壳形状的(例如设计为椭圆形的)，并且也不必一定同轴地布置。
[0034]如果适合大小的电压施加到聚焦单元400的外壳410和内壳420上，则由此在聚焦单元400的外壳410和内壳420之间形成沿径向指向的电场，使得在外壳410的第一开口411和内壳420的第一开口 421之间延伸的电子束210产生聚焦的作用。电子束210在此通过电场的径向延伸近似地聚焦在聚焦单元400的外壳400和内壳420的共同的中心上。此外，外壳410和内壳420之间的电子束210的电子被如此加速，使得电子束210的电子的速度升高。电子束210的电子的增长的动能在此来自外壳410和内壳420之间的电势差。
[0035]在被聚焦单元400的内壳420围绕的空间内安置有用于产生X射线的装置100的阳极500。阳极500具有支架520，该支架固定目标层510。阳极500的支架520例如可以具有金刚石或者由其制成。目标层510例如可以具有钨或者由其制成。阳极500具有前侧501和后侧502。阳极500的前侧501由目标层510构成。
[0036]如此布置阳极500，使得穿过外壳410的第一开口 411和内壳420的第一开口 421进入聚焦单元400内的电子束210接触阳极500的前侧501上的目标层510。优选电子束210基本垂直地接触目标层510。阳极500优选如此布置在聚焦单元400的内壳420的内部空间内，使得目标层510处于通过聚焦单元400被作用聚焦的电子束210的焦点内。随之使焦点具有最小的直径，电子束210的电子在该焦点内轰击阳极500的目标层510。
[0037]轰击阳极500的目标层510的电子束210的电子在目标层510内被减速，其中产生X射线。该X射线在多个或所有空间方向上放射。在此，X射线包括X射线轫致辐射和典型的X射线。X射线轫致辐射在由轰击目标层510的电子束210的方向定义的向前方向上的比例大于相反的反向方向。
[0038]因为对于不同的医学和技术目的，希望X射线轫致辐射的比例尽可能地小，所以在用于产生X射线的装置100中用于导出在阳极500的目标层510内产生的X射线的X射线窗口 110位于反向方向上，即在与电