专利名称：X射线产生方法及x射线产生设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于产生超高强度X射线的X射线产生方法及X射线产生设备。
背景技术：
在X射线衍射测量中，可能需要以尽可能高强度的X射线辐照样品。在此情形下，将采用常规的旋转对阴极型X射线产生设备，进行X射线衍射测量。
旋转对阴极型X射线产生设备的构造，是使电子射束辐照在圆柱形对阴极(靶)的外表面，冷却媒质在圆柱形对阴极中流动的同时，对阴极以高速旋转。与不动靶型X射线产生设备比较，因为电子射束在对阴极上的辐照位置是随时间变化的，所以旋转对阴极型X射线产生设备能够呈现极高的冷却效率。因此，在旋转对阴极型X射线产生设备中，电子射束能够以大的电流辐照对阴极，从而产生高强度的X射线。
但是，当电子射束辐照靶的给定区域，例如旋转的对阴极时，靶的该区域被加热，但当电子射束被移动并辐照靶的另一区域时，先前靶的加热区域被冷却。由此可见，由于电子射束的辐照和靶的移动，靶被加热复又冷却，使靶表面因靶的热应力而变得粗糙。如果电子射束依次辐照在有粗糙表面的靶上，电子射束产生的X射线被靶表面的凹凸部分吸收，能够使产生的X射线强度下降。
因此，为了使产生的X射线强度保持恒定，需要从一开始就降低电子射束的强度，这样经常地降低产生的X射线强度，以便不使靶表面变粗糙。
本发明是在上述常规背景的基础上创立的，所以本发明的一个目的，是在靶的表面不因能量射束辐照产生的热应力而变粗糙的条件下，尽管能量射束，例如电子射束以高强度辐照在靶上，也能恒定地产生高强度的X射线。
发明内容
为了达到该目的，本发明涉及一种产生X射线的方法，包括的步骤如下把能量射束从能量源辐照在靶上，使靶被所述能量射束辐照的部分熔化；和在靶的表面粗糙度由于能量射束辐照而降低的条件下，从被能量射束辐照的靶产生X射线。
本发明还涉及一种产生X射线的设备，包括借助能量射束辐照而产生X射线的靶；和产生能量射束的能量源，其中，能量源的构成，能使能量射束辐照在靶上，以便熔化能量射束辐照的部分，且X射线是在靶的表面粗糙度由于能量射束辐照而降低的条件下，从靶产生。
以前，X射线的产生，是从能量射束的辐照，例如电子射束辐照在靶上，例如旋转对阴极上开始，一直到该能量射束的辐照使靶的辐照区域加热到接近靶的熔点为止，为的是不使靶的辐照区域熔化。还有，尽管靶的辐照区域被熔化，该熔化区域也收缩成靶辐照区域内尽可能小的一点。
相反，在本发明中，能量射束以超过上述常规技术尽可能高的强度，辐照在靶上，使能量射束的辐照区域熔化。在这种情形下，靶的熔化区域与能量射束辐照区域对应，于是，靶的熔化区域小于整个靶的大小。由此可见，能够把靶熔化区域的飞溅，抑制至尽可能小。
这样，因为能量射束以高强度辐照在靶上，可以从靶产生高强度的X射线。此外，由于能量射束的构建，能使靶被该能量射束辐照的区域熔化，所以靶的辐照区域，被能量射束的扫描而连续地熔化。这样，由于能量射束辐照导致靶的连续熔化，可以使靶表面与靶的连续熔化同样平整，以便因能量射束辐照而产生的X射线，不被靶的凹凸部分吸收。结果是，能够在延长的时间段上，恒定地以高强度产生预定的X射线。
在一个优选的实施例中，靶由旋转的对阴极构成，使能量射束辐照在抵抗旋转对阴极产生的旋转离心力的位置的区域。这样，尽管靶因能量射束辐照而部分地熔化，也能有效地和高效率地抑制靶熔化区域的外飞溅。还有，因为能够容易地移动能量射束的辐照位置，可以恒定地以高强度产生预定的X射线。
在这种情形下，旋转的对阴极可以有沿旋转对阴极周边设置的圆柱形部分，使能量射束辐照在对阴极圆柱形部分的内壁。在这种情形下，因为靶的熔化出现在旋转对阴极圆柱形部分的内壁，旋转对阴极熔化区域因能量射束辐照引起的外飞溅，能够更有效地被抑制。
旋转对阴极圆柱形部分的侧壁，可以向内倾斜，以便旋转对阴极熔化区域因能量射束辐照引起的外飞溅，能够更有效地被抑制。相反，旋转对阴极圆柱形部分的侧壁，可以向外倾斜，以便在能够抑制旋转对阴极熔化区域的外飞溅条件下，使预定的X射线能够容易从旋转对阴极中射出。
于是，旋转对阴极中能量射束的辐照区域，可以按V形槽或U形槽形成，以便靶的熔化区域因能量射束辐照引起的外飞溅，能够有效地抑制。在这种情形下，该V形辐照区域或U形辐照区域，可以按像旋转对阴极旋转时离心力作用于靶熔化区域那样的形状形成。在这种情形下，能够有效地抑制旋转对阴极靶表面的粗糙度，使预定的X射线能够以高强度恒定地产生。
在本发明另一个优选的实施例中，靶中围绕能量射束辐照区域的区域，是用比靶自身有更高熔点和/或更高导热性的材料制成。在这种情形下，能够整体地提高靶的冷却效率和能够高效地抑制靶的形变，这样，能够在延长的时间段上，恒定地以高强度产生预定的X射线。
具体地说，产生预定X射线的靶的构造，要能使冷却水沿靶中被能量射束辐照的区域的背面流动，以便不断地使靶冷却。但是，如果能量射束的强度设得过高和能量射束的辐照时间段设得过长，能量射束可能穿透靶，使冷却水泄漏到X射线产生的一侧，从而使有旋转对阴极的X射线产生设备不能正常工作。
由此可见，靶可以是双重结构靶，由靶和高熔点和/或高导热性物质构成，该物质设在靶的背面，使能量射束辐照在靶上和使冷却水沿该物质的背面流动。在这种情形下，能量射束不能穿透靶，这样，冷却水不能泄漏到X射线产生的一侧，这是起源于该物质高熔点产生的大的热阻，和该物质高的热导性产生的高冷却性能。
如上所述，按照本发明，能够提供一种X射线产生方法和一种X射线产生设备，尽管能量射束，例如电子射束以高强度辐照在靶上，也能够在抑制热应力使靶表面粗糙的条件下，从靶产生高强度的X射线。
为更好地理解本发明，请参考附图，附图中图1是断面视图，按照本发明画出一种X射线产生设备，和图2是放大的断面视图，画出图1所示X射线产生设备的一部分。
具体实施例方式
现在参照附图详细说明本发明。图1是断面视图，按照本发明画出一种X射线产生设备，而图2是放大的断面视图，画出图1所示X射线产生设备的一部分。
该X射线产生设备包括容纳旋转对阴极1的对阴极室2，容纳阴极3的阴极室4，和容纳旋转对阴极的驱动电机5的旋转驱动室6，这些室相互邻接并被气密单元2a、4a、和6a相互分隔。在用于分隔对阴极室2和阴极室4的分隔壁2b上，形成小孔2c，以便让阴极发射的电子射束30通过分隔壁2b。然后是，在对阴极室2和阴极室4设有真空排气口2d和4d，把真空泵(未画出)分别连接至该两个口。其中，在孔2c上设有管。
旋转对阴极1包括由Cu(铜)之类制成的圆柱形部分11；为封闭圆柱形部分11的一个开孔而形成的圆形板12；和有与圆柱形部分11及圆形板12共有的中心轴的旋转轴13，它们一起整体地形成。圆柱形部分11、圆形板12、和旋转轴13的内部，按通气孔形成，以便使冷却水能在它们内部流动。电子射束辐照圆柱形部分11的内壁。
旋转轴13由一对设在旋转驱动室6中的滚珠轴承13a和13b可旋转地支承。围绕旋转轴13，设置驱动电机5的转子5b，又在旋转驱动室6中的气密单元6a上设置定子5a，用于旋转转子5b。
在旋转轴13的根部接近圆形板12处，设置旋转轴密封单元13c，通过在气密条件下安装旋转轴13和气密单元6a，保持对阴极室2的内部处于真空状态。
在旋转对阴极1中插入不动的分隔单元14，供冷却水沿电子射束辐照部分1a的内壁流动。不动的分隔单元14按圆柱形形成，顺着圆形板12的形状增大，和在到达圆柱形11内壁之前延长。
换句话说，不动的分隔单元14把旋转对阴极1的内部空间分开，以便形成双管结构。双管结构的外管14a与冷却水进水口16连通。从进水口16进入的冷却水，被引进双管结构的内管14b，不致向设置滚珠轴承13a、13b和驱动电机5的容纳空间泄漏。
从进水口16进入的冷却水，流进双管结构的外管14a，从圆柱形部分11的内壁返回，并流进双管结构的内管14b。在这种情形下，电子射束辐照部分1a的内壁被冷却水冷却，而用过的冷却水流进内管14b并从出水口17排出。
在旋转对阴极1电子射束辐照部分1a邻域中的气密单元2a上，设置X射线窗21，让电子射束30辐照在电子射束辐照部分1a产生的X射线20射出。在X射线窗上，设置X射线透射膜22，该膜由能够让X射线从中通过的材料，例如Be制成，以便在对阴极室2保持真空的条件下，使预定的X射线能够从设备射出。
阴极3包括绝缘结构单元32、灯丝33、和文纳尔电极34，阴极3的构造还便于借助从高电压引进部分31施加的高电压和灯丝电功率，以产生电子射束30并把电子射束30辐照在对阴极1上。
在如上所述的X射线产生设备中，冷却水从进水口16引进，旋转对阴极1被驱动电机5高速旋转，和电子射束30从阴极辐照在对阴极1的电子射束辐照部分1a上，据此产生X射线20。在这种情形下，电子射束30的强度被设定为能够熔化电子射束辐照部分1a的强度。
按照上述的X射线产生设备，因为旋转对阴极1被驱动电机5高速旋转，电子射束辐照部分1a不断变化，使对阴极熔化部分不断变化。结果是，对阴极1表面借助对阴极1的不断熔化，能够变平，使对阴极1表面能够在电子射束30辐照时保持为平面。换句话说，因为对阴极1表面不能是粗糙的，所以产生的X射线不能被对阴极1表面的凹凸部分吸收。
那么，因为电子射束30的强度，被设定为能够熔化对阴极1的电子射束辐照部分1a的强度，所以能够以高强度产生预定的X射线。结果是，借助在对阴极1表面的凹凸部分上防止X射线吸收的最佳协同作用，能够在延长的时间段上，恒定地产生预定的X射线。
在本实施例中，按照对阴极1表面上电子射束辐照部分1a的熔化，对阴极表面的表面粗糙度被降低至1μm或以下作为表面平均粗糙度，特别是降低至100nm或以下作为表面平均粗糙度。这样，按照本实施例，对阴极1表面能够在延长的时间段上，保持为平面。相反，按照常规的技术，对阴极1表面只能够收缩到2-10μm范围之内作为平均表面粗糙度。常规技术与按照本发明涉及表面粗糙度的本实施例比较，因为本实施例能够展示优良的粗糙度，所以本实施例能够恒定地以高强度产生X射线。
在本实施例中，因为把电子射束辐照部分1a设在对阴极1圆柱形部分11的内壁，使该圆柱形部分11的内壁部分地熔化。在这种情形下，因为熔化的电子射束辐照部分1a位于抵抗对阴极1旋转产生的离心力的位置，所以能够防止对阴极1熔化区域的外飞溅。
在本实施例中，没有为对阴极1的圆柱形部分11实施一种特殊的处理，所以在圆柱形部分11侧壁设成平行于旋转轴的条件下，把电子射束辐照部分1a放在圆柱形部分11的内壁。然而，圆柱形部分11的内壁能够倾斜数十分之一度到数十度。
具体说，圆柱形部分11的内壁能够向着旋转轴向内倾斜数十分之一度到数十度。在这种情形下，熔化的电子射束辐照部分1a，可以更稳定地定放在抵抗离心力的圆柱形部分11的内壁。结果是，能够更有效地防止电子射束辐照部分1a的外飞溅。相反，圆柱形部分11的内壁能够从旋转轴向外倾斜数十分之一度到数十度。这样，在能够防止熔化的电子射束辐照部分1a外飞溅的条件下，预定的X射线能够容易地从设备射出。
如果电子射束辐照部分1a的形成，能使断面变成V形槽或U形槽的形状，则能够更有效地防止电子射束辐照部分1a的外飞溅。在这种情形下，确定V形槽或U形槽的宽度和深度，以便预定的X射线能够容易地从设备射出。此外，如果槽是按与熔化区域相同的形状形成的，就是说，按电子射束辐照部分1a因离心力而发生形变的形状，则电子射束辐照部分通过熔化的表面形变，能够被抑制。
再有，如果电子射束辐照部分1a是用属于要产生的X射线类型的靶材料制成，而围绕电子射束辐照部分1a的区域是用比该靶材料有更高熔点和/或更高导热性的材料制成，则能够整体地提高靶的冷却效率，并能够在延长的时间段上，恒定地产生预定的X射线。
还有，对阴极1，特别是电子射束30辐照的圆柱形部分11，可以用该靶材料制成，而高熔点和/或高导热性物质，可以设在靶材料的背面，以便使圆柱形部分11形成双重结构。在这种情况下，在通过电子射束30辐照圆柱形部分11产生预定的X射线的同时，用冷却媒质冷却圆柱形部分11，以便借助大的热阻和大的冷却效应的最佳协同作用，使电子射束30不能穿透圆柱形部分11，这些都是起源于靶材料背面物质的高熔点和/或高导热性。结果是，冷却媒质不会泄漏。
作为冷却媒质的例子，可以是冷却水和冷却油。
在本实施例中，因为电子射束辐照部分1a是熔化的，对阴极室2中的金属蒸汽压可能因靶材料的熔化而增加，从而污染X射线透射窗22。在这种情形下，可以在X射线透射窗22前面设置滚动保护膜，该保护膜由Ni、BN、Al、或抗反冲电子及可交换的聚酯薄膜制成。滚动保护膜可以拉紧在供膜滚筒与卷膜滚筒之间，该两个滚筒设在X射线窗21之内。保护膜的厚度可以根据反冲电子能量及X射线的吸收，作适当调整。
在本实施例中，虽然采用电子射束作为能量射束，但也可以采用其他能量射束，诸如激光射束和离子射束。
虽然已经参照上述例子详细说明本发明，但本发明不受上述公开内容的限制，且在不偏离部分的精神和范围下，可以作各种变化及修改。
权利要求
1.一种X射线产生方法，包括如下步骤把能量射束从能量源辐照在靶上，使所述靶中被能量射束辐照的部分熔化；和在所述靶的表面粗糙度由于所述能量射束辐照而降低的条件下，从被所述能量射束辐照的所述靶产生X射线。
2.按照权利要求1的产生方法，其中所述靶的表面粗糙度，降低至1μm或以下的范围内作为表面平均粗糙度。
3.按照权利要求1的产生方法，其中所述能量射束，是电子射束。
4.按照权利要求1的产生方法，其中所述靶包括旋转的对阴极，使所述能量射束辐照在所述旋转对阴极抵抗所述旋转对阴极旋转产生的离心力的部分上。
5.按照权利要求4的产生方法，其中所述旋转对阴极包括沿所述旋转对阴极周边设置的圆柱形部分，使所述能量射束辐照所述圆柱形部分的内壁。
6.按照权利要求5的产生方法，其中所述圆柱形部分的侧壁，向着所述旋转对阴极中心轴向内倾斜，使被所述能量射束辐照的所述靶的所述部分的外飞溅，通过所述部分的熔化而抑制。
7.按照权利要求5的产生方法，其中所述圆柱形部分的侧壁，从所述旋转对阴极中心轴向外倾斜，使所述X射线能够容易从所述靶中射出。
8.按照权利要求4的产生方法，其中所述能量射束辐照的所述部分，形成V形槽或U形槽。
9.按照权利要求8的产生方法，其中所述V形槽或U形槽，按与熔化条件下所述离心力作用于被所述能量射束辐照的所述部分相同的形状形成。
10.按照权利要求1的产生方法，还包括步骤，在所述靶中围绕所述能量射束辐照的所述部分，用一种物质制作一区域，该物质有比有助于产生所述X射线的靶材料更高的熔点和/或更高的导热性。
11.按照权利要求4的产生方法，还包括步骤，在所述靶中围绕所述能量射束辐照的所述部分，用一种物质制作一区域，该物质有比有助于产生所述X射线的靶材料更高的熔点和/或更高的导热性。
12.按照权利要求10的产生方法，其中所述靶是双重结构靶，由所述靶材料和有比所述靶材料更高熔点和/或更高导热性的所述物质构成，且所述物质设在所述靶材料的背面，使冷却媒质沿所述物质的所述背面流动。
13.按照权利要求11的产生方法，其中所述靶是双重结构靶，由所述靶材料和有比所述靶材料更高熔点和/或更高导热性的所述物质构成，且所述物质设在所述靶材料的背面，使冷却媒质沿所述物质的所述背面流动。
14.一种X射线产生设备，包括借助能量射束辐照而产生X射线的靶；和产生所述能量射束的能量源，其中，所述能量源被配置，使所述能量射束辐照在所述靶上，以便熔化所述能量射束辐照的部分，且所述X射线是在所述靶的表面粗糙度由于所述能量射束的辐照而降低的条件下，从所述靶产生。
15.按照权利要求14的产生设备，其中所述靶的表面粗糙度，降低至1μm或以下的范围内作为表面平均粗糙度。
16.按照权利要求14的产生设备，其中所述能量源是电子射束源，所以所述能量射束可以是电子束。
17.按照权利要求14的产生设备，其中所述靶包括旋转的对阴极，使所述能量射束辐照在所述旋转对阴极抵抗所述旋转对阴极旋转产生的离心力的部分上。
18.按照权利要求17的产生设备，其中所述旋转对阴极包括沿所述旋转对阴极周边设置的圆柱形部分，使所述能量射束辐照所述圆柱形部分的内壁。
19.按照权利要求18的产生设备，其中所述圆柱形部分的侧壁，向着所述旋转对阴极中心轴向内倾斜，使被所述能量射束辐照的所述靶的所述部分的外飞溅，通过所述部分的熔化而抑制。
20.按照权利要求18的产生设备，其中所述圆柱形部分的侧壁，从所述旋转对阴极中心轴向外倾斜，使所述X射线能够容易从所述靶中射出。
21.按照权利要求17的产生设备，其中所述能量射束辐照的所述部分，形成V形槽或U形槽。
22.按照权利要求21的产生设备，其中所述V形槽或U形槽，按与熔化条件下所述离心力作用于被所述能量射束辐射的所述部分相同的形状形成。
23.按照权利要求14的产生设备，其中在所述靶中，围绕所述能量射束辐照的所述部分的区域，是用有比有助于产生所述X射线的靶材料更高熔点和/或更高导热性的物质制成。
24.按照权利要求17的产生设备，其中在所述靶中，围绕所述能量射束辐照的所述部分的区域，是用有比有助于产生所述X射线的靶材料更高熔点和/或更高导热性的物质制成。
25.按照权利要求23的产生设备，其中所述靶是双重结构靶，由所述靶材料和有比所述靶材料更高熔点和/或更高导热性的所述物质构成，且所述物质设在所述靶材料的背面，使冷却媒质沿所述物质的所述背面流动。
26.按照权利要求24的产生设备，其中所述靶是双重结构靶，由所述靶材料和有比所述靶材料更高熔点和/或更高导热性的所述物质构成，且所述物质设在所述靶材料的背面，使冷却媒质沿所述物质的所述背面流动。
全文摘要
把能量射束从能量源辐照在靶上，以便熔化被能量射束辐照的靶的一个部分，于是，在靶的表面粗糙度由于能量射束辐照而降低的条件下，从被能量射束辐照的靶产生X射线。
文档编号H01J35/26GK1925100SQ200610126708
公开日2007年3月7日 申请日期2006年9月1日 优先权日2005年9月2日
发明者坂部知平 申请人:坂部知平, 坂部贵和子