x射线源、高电压发生器、电子束枪、旋转靶组件、旋转靶以及旋转真空密封件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种X射线源，并且更具体而言涉及针对所述X射线源的高电压发生器、电子束枪、旋转靶组件、旋转靶以及旋转真空密封件。
【背景技术】
[0002]X射线成像对于研究、工业应用以及医学应用是一种宝贵工具。通过利用X射线辐射来照射靶对象并通过对透射通过该对象的X射线进行探测，可以获得该对象的内部结构的图像。
[0003]该图像容许识别出对象中使X射线的通过相对较多地衰减的那些部分以及使X射线的通过相对较少地衰减的那些部分。通常，较密集的材料以及包含有高比例的高原子序数的原子或离子的那些材料会倾向于相对较大程度地阻碍X射线的通过。此外，X射线在靶对象中行进的总路径长度越长，衰减程度越大。因此，X射线成像除了提供结构信息之外，还可以提供关于对象的组分的信息。
[0004]此外，通过相对于源-探测器系统来旋转靶对象，或反之亦然，以不同角度获得关于对象的一系列X射线图像，并且应用计算机重构技术，可以确定对象的3D体积图。该图容许重构出对象的以更大或更小程度衰减X射线的那些体积部分，并因此容许在3D中确定关于对象的内部结构和组分的信息。该3D重构被称为计算机断层扫描成像或CT成像。
[0005]该X射线成像技术在工业产品和研究样品的无损试验中尤其重要。例如，对涡轮叶片进行成像容许确定铸造缺陷，而对考古遗物进行成像容许确定遗物的结构和组分，即使当对象被腐蚀或者被包覆在沉积的沉积物中时。例如，该技术在公知为Antikythera机械装置的古老的Corinthian模拟计算机的内部结构的确定上已经是极其重要的，甚至通过大量的矿物沉积。
[0006]然而，使X射线能够在对对象的内部结构进行分析上是有利的的属性，即致密物质对X射线的部分衰减，也存在关于其效用的技术限制。更具体而言，如果对象尺寸很大或者包含大量的不透射线或射线不能透射的材料(为呈现出相对高的每单位X射线辐射路径长度的衰减的材料)，那么已穿过对象的X射线束可能被衰减到使得记录的图像中的对比度或信噪比为差的程度，并因此不能可靠地确定内部结构或组分。
[0007]在衰减仅是适度的情况下，增加通过对象的总X射线通量可以产生在探测器处的信噪比和对比度上的提高。然而，在对象很大或者极其不透射以致入射在对象上的较大比例的X射线都无法完全透射对象而是在对象内部被吸收的情况下，需要不同的解决方案。
[0008]X射线光子在被吸收前典型地穿透的距离(“穿透深度”)随着X射线光子能量而增加。因此，高X射线光子能量的X射线源(特别是达到300keV或更高)的产生实现了对较大和较密集的对象的有用的X射线成像。然而，商业上还未生产出实用的适当高能量的X射线源。
[0009]因此，本领域需要一种可以在高达500keV以及更高的能量下工作并且适合于用于商业X射线应用以及研究方面的X射线应用(诸如，计算机断层扫描(CT))的X射线源。
【发明内容】
[0010]根据第一方面，提供了一种用于X射线源的高电压发生器，该发生器包括:输出电极；第一电压倍增器；第二电压倍增器；以及屏蔽电极，该屏蔽电极被设置为至少部分围绕输出电极；其中，第二电压倍增器的输出端电连接到输出电极；第一倍增器的输出端电连接到第二电压倍增器的输入端；并且屏蔽电极电连接到第二电压倍增器的输入端。
[0011]在一个实施例中，屏蔽电极实质上包围输出电极。
[0012]在一个实施例中，屏蔽电极周向地包围输出电极。
[0013]在一个实施例中，屏蔽电极具有发射孔口以容许来自安装在输出电极处的电子发射源的电子的发射。
[0014]在一个实施例中，发生器还包括具有第一端部和第二端部的延长绝缘套管，其中:第一电压倍增器和第二电压倍增器被设置在套管内；输出电极被提供在套管的第二端部处；并且屏蔽电极从套管的介于套管的第一端部与第二端部之间的区域延伸。
[0015]在一个实施例中，发生器还包括:第三电压倍增器；以及辅助屏蔽电极，该辅助屏蔽电极被设置为至少部分围绕屏蔽电极，其中:第三电压倍增器的输出端电连接到第一电压倍增器的输入端；并且辅助屏蔽电极电连接到第一电压倍增器的输入端。
[0016]在一个实施例中，发生器被布置为在至发生器的输入端与输出电极之间生成至少500kV的DC电位差，优选地至少750kV的DC电位差。
[0017]在一个实施例中，第一电压倍增器和第二电压倍增器以及可选地第三电压倍增器中的每一个电压倍增器被布置为在各自的输入端与输出端之间产生至少150kV，优选地200kV，最优选地300kV。
[0018]在一个实施例中，其中，第一电压倍增器和第二电压倍增器以及可选地第三电压倍增器中的每一个电压倍增器是Cockroft-Walton电压倍增器。
[0019]在一个实施例中，发生器还包括提供在第一电压倍增器的输出端与第二电压倍增器的输入端之间的一个或多个浪涌电阻器，以及可选地，一个或多个另外的浪涌电阻器提供在第三电压倍增器的输出端与第一电压倍增器的输入端之间。
[0020]在一个实施例中，发生器还包括提供在第二电压倍增器的输出端与输出电极之间的一个或多个浪涌电阻器。
[0021]根据第二方面，提供了一种电子束发生器，包括:第一方面的实施例的高电压发生器；安装在输出电极处的电子发射源。
[0022]在一个实施例中，电子发射源是被加热的灯丝。
[0023]在一个实施例中，电子束发生器还包括被设置为包围输出电极和屏蔽电极的真空外壳。
[0024]根据第三方面，提供了一种X射线枪，包括:第二方面的实施例的电子束发生器；以及被放置为受电子束的照射的X射线发射靶。
[0025]根据第四方面，提供了一种电子束设备，包括:真空外壳；以及电子束发生器，该电子束发生器被安装在真空外壳中，电子束发生器包括高电压电极以及被安装在高电压电极处以产生电子束的电子发射源，其中:电子束发生器还包括被安装在电子束发生器内的控制模块；电子束设备还包括相对于真空外壳的壁而安装的远程模块；控制模块包括光电探测器和光电发射器中的一个；远程模块包括光电探测器和光电发射器中的另一个；光电探测器被放置为接收由光电发射器发射的光；电子束设备还包括被设置在光电探测器与光电发射器之间的光学路径的、用于覆盖光电探测器和光电发射器中的一个的透明传导屏蔽体。
[0026]在一个实施例中，透明屏蔽体被布置在高电压电极处并且电连接到该高电压电极，并且控制模块被安装在高电压电极内。
[0027]在一个实施例中，透明屏蔽体被布置在真空外壳的壁处，并且电连接到真空外壳的壁。
[0028]在一个实施例中，传导反射镜被放置于透明屏蔽体与光电探测器和光电发射器中未被透明传导屏蔽体覆盖的另一个之间的光学路径中。
[0029]在一个实施例中，传导反射镜被放置于高电压电极处或高电压电极内，并且电连接到高电压电极。
[0030]在一个实施例中，传导反射镜放置于真空外壳的壁处或真空外壳的壁外，并且电连接到真空外壳的壁。
[0031]在一个实施例中，透明传导屏蔽体形成在真空外壳的壁或者高电压电极的壁处的真空屏障的部分。
[0032]在一个实施例中，提供了从透明传导屏蔽体的一侧到透明传导屏蔽体的另一侧的流动路径，以均衡一侧与另一侧之间的压强。
[0033]在一个实施例中，透明传导屏蔽体包括透明基板，该透明基板具有在透明基板上提供的透明传导层。
[0034]在一个实施例中，透明传导层是图案化的传导层。
[0035]在一个实施例中，透明传导层是传导膜。
[0036]在一个实施例中，透明传导层由氧化铟锡组成。
[0037]在一个实施例中，透明基板是玻璃。
[0038]在一个实施例中，远程模块以可移除的方式安装至真空外壳的壁。
[0039]根据第五方面，提供了一种X射线枪，包括第四方面的实施例的电子束设备以及靶组件，该靶组件被布置为使得来自电子束发生器的电子束照射靶组件的X射线发射靶部分。
[0040]根据第六方面，提供了一种用于旋转轴的旋转真空密封件，该密封件包括:用于容纳轴并且在高压强端部和低压强端部中的每一个端部处具有端子孔口的孔；在介于高压强端部与低压强端部之间的位置处围绕孔并且周向地邻接孔的腔室；以及从腔室延伸至适合于连接到真空栗的端口的流动路径。
[0041 ] 在一个实施例中，孔在高压强端部与腔室以及低压强端部与腔室中的每一个之间实质上是圆柱形的。
[0042]在一个实施例中，腔室实质上是圆柱形的。
[0043]在一个实施例中，腔室具有跨孔的纵轴的最小内部尺寸，该最小内部尺寸为孔的纵轴的至少120%。
[0044]在一个实施例中，密封件包括用于可旋转地支撑孔中的轴的旋转轴承，轴承可选地被提供为在孔的高压强端部和低压强端部中的每一个端部处的一对旋转轴承，优选地为一对滚珠轴承。
[0045]在一个实施例中，密封件还包括被容纳在孔中的轴。
[0046]在一个实施例中，轴实质上是圆柱形的。
[0047]在一个实施例中，孔和轴的尺寸被设定为:使得在高压强端部处维持的1巴的压强以及在腔室中维持的1毫巴的压强导致在标准温度下高压强端部与腔室之间氮的质量流率低于1毫巴1/s。
[0048]在一个实施例中，孔和轴的尺寸被设定为:使得在腔室中维持的1巴的压强以及在低压强端部处维持的10 5毫巴的压强导致腔室与低压强端部之间氮的质量流率低于10 3毫巴1/s。
[0049]根据第七方面，提供了一种用于X射线源的靶组件，包括:真空壳体；x射线发射靶；以及第六方面的实施例的旋转真空密封件，该旋转真空密封件被提供至外壳的壁，其中，X射线发射靶安装在轴上。
[0050]根据第八方面，提供了一种用于X射线源的旋转靶组件，该装置包括:x射线发射靶；真空壳体；安装靶并穿过真空壳体的壁的轴；可旋转地支撑主轴的轴承；以及支撑轴承并安装在真空壳体的壁上的轴承壳体，其中，通过扭矩限制器来安装轴承壳体，以使得当轴承壳体与真空壳体之间的扭矩超过预定的扭矩时，轴承壳体相对于真空壳体旋转。
[0051]在一个实施例中，扭矩限制器包括被布置为抑制真空壳体与轴承壳体之间的旋转并且被布置为在预定的扭矩下发生剪切的一部分。
[0052]在一个实施例中，扭矩限制器包括在真空壳体与轴承壳体之间施加摩擦力的部分并且被设置为容许真空壳体和轴承壳体在预定的扭矩下相对于彼此进行滑动的一部分。
[0053]在一个实施例中，轴承壳体和真空壳体中的一个具有法兰，而轴承壳体和真空壳体中的另一个具有夹钳组件；并且夹钳组件被布置为将摩擦力施加于法兰。
[0054]在一个实施例中，夹钳组件包括被布置为接触法兰的一侧的能量吸收板，以及被布置为抵靠着能量吸收板推动法兰的夹钳。
[0055]在一个实施例中，能量吸收板是环形的。
[0056]在一个实施例中，夹钳包括作为夹钳部分的滚动轴承或滑动轴承，滚动轴承或滑动轴承用于允许法兰自由地抵靠着夹钳部分而滑动。
[0057]在一个实施例中，夹钳设置有偏置弹簧，以便调整夹钳力，其中借助夹钳力，夹钳装置抵靠着能量吸收盘而被推动。
[0058]在一个实施例中，法兰和板至少中的至少一个沿着法兰和板中的至少一个与法兰和板中的另一个相接触的路径是周向连续的。
[0059]在一个实施例中，夹钳被安装至能量吸收板。
[0060]在一个实施例中，法兰和能量吸收板被选择为在低于100°C的温度下是相互无磨损的。
[0061]在一个实施例中，夹钳组件被布置为在法兰与能量吸收板之间提供超过50kg的力，可选地提供超过80kg的力。
[0062]在一个实施例中，夹钳组件被布置为在轴承壳体与真空壳体之间传递的扭矩已经超过预定的扭矩之后，将在轴承壳体与真空壳体之间传递的扭矩限制为低于lONm。
[0063]在一个实施例中，预定的扭矩低于lONm。
[0064]根据第九方面，提供了一种X射线枪，包括:电子束发生器以及第八方面的实施例的旋转靶组件，旋转靶组件被布置为使得来自电子束发生器的电子束照射X射线发射靶的革巴部分。
[0065]根据第十方面，提供了一种用于在电子束照射下产生X射线辐射的旋转X射线发射靶，包括:限定靶的预定的旋转轴的支撑毂，以及各自由靶材料构成并且被支撑在毂上的多个靶板，其中，板被布置在毂上，以提供绕旋转轴的环形靶区域。
[0066]在一个实施例中，靶板被布置为在靶区域的周向方向上彼此间隔开，以使得靶区域的靶材料在靶板之间被中断。
[0067]在一个实施例中，靶材料中的靶材料的中断表示不超过靶区域内的总周向路径的10%,优选地不超过靶区域内的总周向路径的1 %，更优选地不超过靶区域内的总周向路径的 0.1 % ο
[0068]在一个实施例中，靶板重叠或者彼此邻接，以提供靶材料的实质上连续的靶区域。
[0069]在一个实施例中，靶板中的每一个靶板在板的相对径向向内位置处被锚定至毂，并且以毂相对径向向外伸出。
[0070]在一个实施例中，靶板中的每一个靶板是以环形扇形部的形式。
[0071]在一个实施例中，靶还包括被支撑在毂上并且被布置为覆在靶区域的部分之上的多个屏蔽元件，靶板在该靶区域的该部分处邻接或重叠，或者在该靶区域的该部分处没有靶材料。
[0072]在一个实施例中，屏蔽元件被布置为覆在靶板的周向方向边缘部分之上。
[0073]在一个实施例中，屏蔽元件在靶区域内的位置处与靶板轴向地间隔开。
[0074]在一个实施例中，屏蔽元件由由与靶材料相比具有显著更低的原子序数的原子或离子的材料而构成。
[0075]在一个实施例中，屏蔽元件由铍合金或铝合金构成。
[0076]在一个实施例中，靶材料是钨或钨合金。
[0077]在一个实施例中，靶区域中的靶板具有小于在750keV下靶材料中的电子穿透深度的200%的厚度，优选地小于电子穿透深度的150%的厚度，更优选地小于电子穿透深度的125%的厚度。
[0078]在一个实施例中，毂具有用于将毂安装至轴承以便绕旋转轴旋转的安装装置。
[0079]在一个实施例中，毂具有厚度相对减小的第一径向内区域和厚度相对增加的第二径向向外区域。
[0080]在一个实施例中，第二区域设置有用于冷却流体的多个径向延伸的通道；第一区域的相对减小的厚度限定了毂的轴向面中的凹槽；并且多个通道终止于凹槽的周向壁中提供的相应的端口。
[0081]在一个实施例中，多个通道被连接为以限定从凹槽的壁延