低能量x-射线的生成装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于生成X射线的装置。它特别适用于（但不限于）对医学物品、药 剂产品、或者食品或饮料的包装进行消毒的低能量X射线生成器。下面对其它可能的应用 进行了讨论。
【背景技术】
[0002] X射线生成器通常用于制作或包装设施中，其用于对医学物品、药剂产品、或者食 品或饮料的包装进行消毒。
[0003] 在这些应用中（例如对包装进行消毒），按照惯例，需要进行消毒的物品将会暴露 于放射源（例如放射性钴）产出的X射线辐射。该辐射包括"硬"X射线，即具有高能量的 辐射（测量到数兆电子伏特（eV))。
[0004] "硬"x射线通常是由放射衰变过程产生的，在该过程中，原子核经历了向元素周期 表中的不同元素的转变，同时通过电磁波放射出能量。这发生在所谓的"伽马工厂"中，它 利用了放射性钴的衰变并放射出高能量的X射线光子（在该特定实例中被称为伽马粒子， 尽管这仍然是X射线辐射，只是具有了特定的能量和波长）。
[0005] 现在的消毒标准需要25kGy(千戈瑞）数量级的剂量来实现将细菌消灭到可接受 的级别。这样的剂量需要将包装暴露到放射源中很长时间，通常需要若干小时。为了使其 可行，这种消毒通常是分批地在包含一个或多个托货盘的产品中实施的。这是可行的，因为 "硬"X射线凭借它们的高能量有能力穿入到大量堆叠的包装中。
[0006] 但是，近来，如GB2444310A中讨论的，发现低能量或"软"X射线更适合表面的消 毒。"软"X射线的特征在于相对较低的能量，并主要具有5至20keV的量子能。由于它们 的低能量，这些软X射线具有较高的吸收性。因此，在消灭表面细菌时这种X射线的效率较 高，并且所需要的总暴露时间比使用高能量X射线时更低。低能量X射线的剂量也是可取 的，它降低了损坏被消毒的材料的风险，并且这种X射线的柔和性也使得可以将它们安全 的用于生产线中，而不会对工作人员造成危险或者对于大规模铅屏蔽的需求。
[0007] 可使用粒子加速器（例如，电子枪）生成带电粒子流来生成这种"软"X射线。当 这些粒子由于与物体的相互作用（例如，当它们撞击金属目标时）而被减速时，它们会放射 出电磁辐射。如果粒子束的初始能量足够高，电磁辐射将会定位于放射光谱的X射线范围 内。
[0008] 当电子改变它们的运动方向时，它们也会放射出X射线，如同同步加速器的情况 (同步加速器辐射可在宽光谱范围中生成，包括X射线）。
[0009] 在目前的工作中，我们会讨论基于加速的X射线的生产方法。大多数的X射线源 运行在低功率水平（它们是例如医疗/牙科X射线装置、非破坏性试验（NDT)和行李扫描 设备）。这是由设备的特定任务决定的：它们必须生成确保最佳图像质量的X射线束。同 时，由于对X射线成像的需求，这些射线源通常是作为点射线源产生。生成这种用于成像应 用的粒子束的最佳方式是在真空中对电子进行加速并随后将它们引导到金属目标上。
[0010] 但是，对于消毒应用的情况，具有热阴极的真空X射线管不是很好地适合于长周 期的重负荷运行。因此，在目前的工作中，我们选择的X射线生产方法基于的是在具有冷阴 极的充气设备中生成电子，而不是具有加热丝的真空电子束射线源。
[0011] 现存的"软"x射线生成器系统，例如GB2444310A中披露的，具有许多缺点，这些 缺点至少部分地是由阴极和阳极电极的布置以及在它们之间发生的电弧放电导致的。电极 间的电弧放电、以及由此导致的电极腐蚀会导致系统运行寿命的减少。这还会影响其在发 射器头部的较大横截面上同时生产稳定的、可靠的和可再现的X射线的能力，以及提供连 续的和连贯的运行的能力。
[0012] 因此，本发明的实施例寻求实现下面的一个或多个目标：⑴提高X射线生成器系 统的运行寿命；（2)使其能够在X射线发射器头部的较大横截面上运行（3)改进设备的稳 定性和可再现性（最小化生成能量的脉冲与脉冲之间的变化）；(4)避免电弧放电并排除不 稳定性，当用于需要高水平的连续和连贯的运行的工业环境中时，这种电弧放电和不稳定 性会降低设备的稳定性。
【发明内容】
[0013] 根据本发明的第一方面，提供了如所附权利要求1限定的X射线源。于是，提供了 一种用于生成软X射线的X射线源，该X射线源包括：阴极，其具有由支撑结构支撑的电子 发射结构，该电子发射结构至少部分地对支撑结构界定的区域内的X射线是透明的；阳极， 其具有与阴极的电子发射结构平行的X射线发射表面；电绝缘隔板，其配置在阳极与阴极 之间；其中阴极的电子发射结构和阳极的X射线发射表面被配置为，在使用中，电子发射结 构可操作性地向阳极轰击电子，使得X射线从X射线发射表面发射出并穿过阴极；其中的绝 缘隔板被配置为位于阳极与阴极的支撑结构之间，并突出到支撑结构之外、跨越部分阳极 并且进入到所述区域中。
[0014] 上面和本文使用的表达"支撑结构界定的区域"应当被广泛地解释为，包括支撑结 构只存在于正在谈论的区域的两个相对面上的配置，以及支撑结构基本上或完全包围正在 谈论的区域的配置。
[0015] 凭借绝缘隔板突出到阴极支撑结构之外、进入到所述区域中、跨越部分阳极，避免 了或至少减少了电场强度会大大升高的阴极或阳极附近的位置的构造。实际上，绝缘隔板 对阳极和阴极附近的电场分布进行了"平滑"。这降低了阴极和阳极之间的电击穿的概率， 从而降低了电极之间的电弧放电的可能性，并降低了电极腐蚀的发生。因而，这增加了X射 线生成系统的运行寿命，使其更适用于在升高的功率水平上连续和连贯的运行，使其能够 在X射线发射器头部的较大横截面上传递更均匀的放电，并提高设备的整体稳定性、可靠 性和可再现性。
[0016] 在优选的实施例中，绝缘隔板突出到支撑结构之外、进入到所述区域中的距离是 大约15_。已经发现这种情况会得到最佳结果。
[0017] 优选地，X射线发射表面上未被绝缘隔板覆盖的宽度处于大约3cm至大约IOcm的 范围内。
[0018] 优选地，绝缘隔板的厚度是大约2_。
[0019] 优选地，绝缘隔板是由陶瓷材料制成的，例如氧化铝（Al2O3)。但是，可使用其它绝 缘材料（特别是，其它陶瓷）替代。
[0020] 优选地，阴极的电子发射结构具有栅格或网孔结构。特别优选地，栅格或网孔结构 的几何透明度是大约70 %至80%。
[0021] 优选地，该X射线源还包括X射线透明窗口，其位于与阳极相对的阴极侧面上，该 窗口界定了一个位于窗口与阳极之间的腔室。在优选的实施例中，腔室包含亚大气压的气 体。气体是例如氦气的惰性气体或氮气，或者可以是空气。优选地，还提供位于气体供应装 置与腔室之间的分子筛，从而防止水分或灰尘等进入到腔室中。还可提供与腔室连接的真 空汞，从而实现和保持腔室中的亚大气压。
[0022]优选地，X射线透明窗口包括KaptorT(RTM)，因为已经发现它具有有益的特性（包 括当暴露到X射线中时会变得更加坚固，而其它材料会损坏或随着时间变得易坏）。
[0023] 特别优选地，窗口由导电材料形成，或者进一步包括由导电材料形成的涂层。这使 得窗口能够被保持在与阴极的电子发射结构相同的电位上，从而防止来自阴极的带电粒子 被朝向窗口加速并损坏窗口。相应地，有利的是将窗口与阴极的电子发射结构电连接。
[0024] 优选地，阳极是由金属块构成的，金属块的厚度是至少几毫米。。
[0025] 优选地，阳极还包括冷却装置，例如一个或多个与阳极热连通的冷却管。
[0026] 优选地，阴极的电子发射结构至少部分是由铜构成的。优选地，阳极同样至少部分 是由铜构成的。例如，它可以是由块状铜、或者涂覆铜的铁构成的。尽管铜是阴极和阳极优 选的材料，但是可使用其它材料替代，只要它们的特征发射谱线位于10_12keV以下的光谱 范围中。
[0027]X射线源还可包括与阳极电连接的电源线缆。
[0028] 优选地，X射线源还包括绝缘材料，该绝缘材料被配置为将阳极的波阻抗与电源线 缆的波阻抗进行匹配。这有利地降低了施加到发射器头部的电压脉冲的反射。
[0029] 优选地，阴极的电子发射结构处于地电位。
[0030] 优选地，阴极的电子发射结构与阴极支撑结构电连接，使得能够将电子发射结构 与阴极支撑结构保持在共同的电位。
[0031] 优选地，阴极支撑结构与X射线源的外壳结构连接，或者与外壳结构一体形成。可 将外壳结构配置为包围至少部分阳极。
[0032] 优选地，绝缘隔板在外壳结构与阳极之间延伸。
[0033]优选地，X射线源还包括用于生成阳极与阴极之间的电压的装置。
[0034]特别优选地，用于生成电压的装置包括电感能量存储装置。利用该布置，上升的电 流会导致电感器上的电压上升，因此有效地降低施加到可能在X射线生成器中产生的任何 电电花上的电压，从而有效地充当自阻尼限制器。这还提高了X射线设备的运行稳定性和 寿命。
[0035] 优选地，用于生成电压的装置被配置为向阳极供应高压短脉冲。
[0036] 优选地，X射线源被配置为发射出具有5keV至20keV的量子能的X射线，尽管如 果特定应用需要可以将该能量提升。
[0037] 根据本发明的第二方面，提供了一种包含如本发明的第一方面所述的X射线源的 消毒装置。
[0038] 根据本发明的第三方面，提供了一种包含如本发明的第二方面所述的消毒装置的 生产线或者制造或包装设施。
[0039] 根据本发明的第四方面，提供了一种对物品进行消毒的方法，该方法包括使用X 射线源利用X射线辐射对物品进行照射，该X射线源为如本发明的第一方面所述的X射线 源。
[0040] 被照射的物品可以是例如医疗物品、药物物品、食物