限制靶材的迁移的制作方法
【技术领域】
[0001] 本文所公开的发明总体上设及电子照射系统。特别地，其设及具有阴极保护装置 的电子撞击X射线源。
【背景技术】
[000引用于通过照射液体祀产生X射线的系统在本申请人的国际申请PCT/ EP2009/000481、PCT/EP2009/002464、PCT/EP2010/068843 和 PCT/SE2011/051557 中进行了 描述。在该些系统中，其通常在非常低的压力下运行，包括高电压阴极的电子枪被利用，W 产生撞击祀的电子束。自由粒子（包括碎片和来自液体祀的蒸汽）倾向于逐渐使阴极退化 (例如，通过腐蚀），并减少其使用寿命。已经在高能电子照射系统（其带在高电位和/或 高温运行的阴极）中注意到与化学阴极退化相关的类似的问题。
[000引概述
[0004] 鉴于现有技术的上述缺点，本发明的目的是提出具有增加阴极寿命的高能量电子 照射系统。特定的目的是将具有减少的迁移率的祀材料的电子撞击X射线源提供到阴极。 另一个特定的目的是将具有减少的迁移率的汽化祀材的液体射流X射线源提供到阴极。
[0005] 因此，本发明提供了根据独立权利要求的用于电子照射的设备和方法。
[0006] 在电子照射系统中，气密外壳围绕阴极区和照射区，该些区凭借一个或多个通道 相通。气密性使低压条件下的运行成为可能，其中可提供一个或多个出口，通过出口外壳被 抽空，例如通过抽气。在阴极区，布置有用于发射电子束的高电压阴极。在照射区中，存在 有布置成容纳待被照射的静止或移动的物体的照射部位。该些区相通，特别是经由围绕从 阴极到照射部位的至少一个可能的电子轨迹的至少一段的孔。为了本发明的目的，什么结 构元件来划定孔或，就此而言，该孔是否被划定在所有侧面上，是不重要的。加速电场或磁 场的存在W及可能的另外的因素确定电子轨迹的位置。因为阴极和照射部位可W具有非零 空间范围，可能存在一定的粒子能量扩散，且加速场可随时间而变化，通常存在多个可能的 电子轨迹。当孔围绕一个或多个电子轨迹的段时，其不需要W该些电子轨迹段中的任何电 子轨迹段为中屯、。
[0007] 气密外壳包括第一导电元件，诸如金属真空包膜部件的组件。气密外壳可W是整 体的，包括单个导电元件，照射设备和其它设备被安装在其上，例如，安装在隔离器上的高 电压阴极。可替换地，外壳还可包括非导电部件。特别地，外壳可包括多个相互绝缘的导电 元件，允许每个绝缘导电元件被施加独立于构成外壳的其它元件的电位。
[000引根据本发明的第一方面，该电子照射系统还包括至少一个第二导电元件和电源， 该电源可运行W在第一导电元件和第二导电元件之间施加非零偏置电压。选择第一导电元 件和第二导电元件的几何结构和偏置电压的大小，W便产生的电场防止带正电荷的粒子通 过孔进入阴极区。
[0009] 本发明基于该样的认识，即带电的自由阴极退化粒子的百分比高得惊人。该表明， 静电装置为了控制朝向阴极的粒子的传输的目的（例如，倒转、捕获或转移）可W是高效 的。没有默许特定的物理模型，本发明人目前相信，电离发生在电子束的附近，主要是照射 部位的上游，其中电子束与被照射的物体相互作用且产生蒸汽。（如在本公开中使用的，术 语"上游"和"下游"指的是其中电子束传播的方向。）
[0010] 本发明给予静电装置优先级而非给予磁性装置优先级，主要是因为静电场影响带 电粒子，与它们的能量无关。相反，由于电子束中的电子通常运动的比带电粒子快得多，故 设计一个有效地防止碎片朝向阴极传输但仍然没有扰乱电子束到显著程度的磁场将是更 棘手的任务。
[0011] 众所周知，用于聚焦、对准、偏转电子束等的常规电子光学系统可在某些情况下趋 向于朝向系统的光轴（即更靠近电子束）推动带电粒子。除了该一点之外，如本发明人已 注意到的，静电吸入作用与电子束相关联，其在某些条件下朝向其本身吸引带正电的粒子。 带正电的粒子可与在静止的延长的负电荷附近的电荷的表现相似。因为将照射区连接到阴 极区的孔通常W电子束路径为中屯、，该两种效应中的每一种将增加带电粒子找到"并进 入在上游方向的孔的趋势，从而到达阴极区。换言之，也可W说该两种效应增加了孔的接受 角。在此基础上，本发明人已经认识到，防止带正电荷的粒子进入阴极区是必要的，由于带 电粒子将最可能与紧接在高电压阴极下游的强烈的加速度场相互作用，并与阴极或在阴极 区中的其它元件碰撞。表面上，特别是在阴极表面上，所产生的高速碰撞可引起瓣射损害， 该增加了已经讨论过的更广泛已知的化学腐蚀。最后，本发明人已经认识到，防止带电粒子 通过围绕电子轨迹或朝向阴极的视线角的孔进入是首要重要的。事实上，带电碎片粒子通 常将粘在（通过吸附）和/或中和在导电壁元件上，诸如接地真空包膜部分，其意味着弯 曲的或成角度的路径或由挡板部分地隔断的路径，通常不是可能对阴极有害粒子的重要来 源。粘在表面上的趋势，其可被量化为粘着系数，对于撞击在金属表面的大多数金属粒子， 粘着系数是相对较高的。
[001引因为带电荷q和质量m的粒子上的电场加速度与商q/m成比例，理论上的考虑显 示可能无法完全防止具有无界速度分布的带电粒子群经由孔进入阴极区。然而，如果存在 进入该阴极区的祀材料数量的减少，本发明将已实现其目的中的至少一个。关于电场的定 性的（几何形状）和定量的（强度）参数的考虑将在下面更详细地讨论。
[0013] 值得注意的是，第二导电元件可W是多个物理上分开的导电元件，其W共同的偏 置电压从第一导电元件分开。可替换地，第二导电元件可包括多个（组）导电元件，其被连 接到独立的（但不一定是不同的）电位，使得它们通过多个独立偏置电压从第一导电元件 分离。
[0014] 在第二方面中，本发明提供用于照射位于照射区的照射部位中的物体的方法，该 照射区被包围在至少部分地包括第一导电元件的气密外壳中。该方法包括下列步骤，其通 常在时间上重叠：
[0015] ?电子束从设置在与照射区一样包围在相同的气密外壳中的阴极区中的高电压阴 极发射，阴极区与照射区连通。
[0016] ?电子束被引导通过连接阴极区和照射区的孔。
[0017] ?借助于电位不同于第一导电元件的电位的第二导电元件来产生电场。电场防止 在照射区中的带正电荷的粒子穿过孔进入阴极区。
[001引在照射区中，该电子照射会产生碎片（例如，蒸汽）。因为电离的原因，如本发明人 已经认识到，在上游方向朝向孔运动的碎片部分包含意想不到百分比的带电材料。无论带 电粒子源自哪里，本发明的该方面还可有效地减少经由孔进入阴极区的带电粒子的数量。
[0019] 本发明的有利的实施方案由附属权利要求来限定，且现在将简要讨论。实施方案 中的第一组设及照射系统，其中带正电的粒子的传输被通过方向基本上平行于电子束的电 场控制或减少。可优选地借助于旋转对称电极来产生电场。利用该种设置，电场将扰乱电 子束到有限的程度或通过散焦或重聚焦可容易地被补偿的某种程度。特别地，旋转对称电 极的主要作用是改变电子束的散度。第二组实施方案利用带横向分量的电场，该横向分量 使带电粒子偏转远离导致到达阴极或在与高电压阴极相关联的强烈加速度场中的点的该 样的轨迹。另一组实施方案可使用电场的任意的方向。
[0020] 在实施方案中，第二导电元件与第一导电元件绝缘，并且通过部分地为阴极或阴 极区遮挡照射部位来对照射区与阴极区进行划界。该是用于产生平行于电子束延伸的电场 的有利的几何形状。第二导电元件可W是实屯、限定器，向上延伸到外壳且离开作为阴极区 与照射区之间的仅有的通道的孔。可替换地，第二导电元件可部分地或完全地从外壳分离， 或可W是其自身内穿孔的，使得阴极区和照射区之间存在多于一个的通道。第二导电元件 可用该样的方式限制孔，即其限定该孔的边界的至少一段。特别地，该孔（或至少其一个轴 向段）完全由第二导电元件限定。因此，第二导电元件可因此说包围该孔的一部分。可替 换地，第二导电元件被布置在孔的附近，但在距离该孔非零的距离。优选地，如果第二导电 元件被布置在孔的附近或在孔的附近内，则其是排斥的。
[0021] 围绕该孔的第二导电元件可用作待设置在与高电压阴极不同的电位的虚阳极， 即，其将相对于接地电位为弱阳性。加速电场将被定位在阴极和虚阳极之间的加速间隙内。 在使用时，其W如在横截面中看到的基本对称的方式在下游方向对电子进行加速。该意味 着从阴极发射的相当大份额的电子将集中在进入虚阳极中的孔的轨迹上。W该种方式加速 的电子将然后在虚阳极的下游高速行进。
[0022] 如将要在下一部分更详细讨论的，W该样的方式来选择被施加W产生平行电场的 偏置电压，即；将具有低于最大能量的动能的单电荷阳离子通过电场从照射部位移动到孔 的动作需要比所述最大能量更大的功。换言之，平行电场被设计为使得其实现了能量阔值 足够高W阻止具有低于最大能量的动能的所有离子。
[0023] 在实施方案中，第二导电元件布置在孔的内部。其也可布置在照射区，该照射区位 于孔的下游和通过其将照射区与阴极区连通的任何另外的通道的下游。如上所述，蒸汽的 电离化发生在整个电子束的范围