专利名称：电子源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别适合应用在X射线管的、包含多个电子发射阴极和至少一个控制电极的电子源，以及一种用于运行电子源的方法。
背景技术：
可应用在成像医学技术设备的X射线管中的电子源，例如由DE 10 2007 042108 B4所公知。该电子源包含电子发射阴极以及多个控制电极。在此，设置了电隔离的尤其是光隔离的数据传输链路(Datenilbertragimgsstrecke)，以便在为了给电子源供给能量而设置的高电压单元和低电压单元之间传输数据，在所谓的多焦点X射线管中的带有例如设计为栅极(Gitter)的控制电极的电子源，典型地与场发射体一起工作，所述场发射体比如说基于碳纳米管(CNT = Carbon Nano Tubes)的CNT发射体或者热发射体。在原理上，带有碳纳米管的电子源例如在DE 10 2009 003 673中被公知。电子的发射由电子发射阴极表面上的电场强决定，并且通常可以通过施加在栅极形状的控制电极(简称为控制栅极)的电压来调节。可以通过指数特性曲线描述所述电压和所产生的电流之间的关系。该特性曲线在电子源的生命期内经历着改变。该特性曲线的这些改变是由例如电子发射阴极的损失和/或改变引起的，并且原则上可以通过与控制电压相适应的调节器得到补偿，所述控制电压是指施加在运行中的电子发射阴极和控制栅极之间的电压。在X射线管中，通过施加在X射线管阳极上的高电压，由阴极发射出的电子被加速至产生X射线辐射所必须的能量。该击中阳极的电子决定了管电流或阳极电流。此外，该电流取决于X射线管内部的单个部件的几何排列、所述控制电压以及众多进一步的影响因素，比如电子源部件的温度、尤其是发射体的温度、X射线管的启动时间、阴极电流以及X射线管内部的真空水平。另外，典型地，X射线管的迄今为止的运行(也就是其历史)对给定剂量的(dosisgebend)管电流有影响。尤其是所使用的控制栅极和其运行状态影响到管电流。一般地，将该阴极电流减去通过控制电极流出的电流，得到决定X射线剂量的阳极电流。将阳极电流与阴极电流的比例定义为传输率(Transmissions-rate)，并且例如可以借助学习程序来确定。所确定的所述传输率通常被假定为常数或者至少只是缓慢变化。 由此，对阴极电流的测量适合用于确定X射线辐射的所产生的剂量。例如，可以通过测量电阻来进行该测量。然而，由于在X射线管的操纵电子设备中使用的测量布局中的电容性负载，造成了在快速切换过程中该测量原理的局限性。也就是说，为了确定由电子发射阴极的电子释放而产生的X射线的剂量，需要特别地考虑两个相互关系第一个是电子源的特性曲线，而第二个是X射线管的传输率。通常，借助电压控制进行对电子源的调节，其中，对于每个电子发射阴极，电流/ 电压特性曲线都是可以借助于学习程序来确定的。对于单独的电子发射阴极，与电压值相关联的电流值分别被存储在表格中。该描述电子发射阴极的特性曲线的表格保持不变。在此，和传输率的变化一样，电子发射阴极的老化或者漂移因此同样地不被考虑。原则上，对于大约从Ims起的足够长的脉冲，通过对电压的额定值预给进行重调， 所述老化和漂移通过叠加电流调节被补偿。然而，在该重调中发生了电荷转移，该电荷转移歪曲了阴极电流。尤其在小的阳极电流的情况下，电容性的电流对测量产生了很大的影响。特别地，电容性的电荷转移效应限制了在短脉冲情况下的叠加电流控制的适用性。典型地，因为电荷转移效应，在大约40μ S以后才可能估计阳极电流。因此，重调的前提条件是明显较长的脉冲持续时间。不是对阴极电流进行测量和调节，而是对给定剂量的阳极电流进行理论意义上可行的直接测量和调节，在现有技术下对于上述数量级的脉冲持续时间无论如何是不可能的。因此，通常在低电势时在发生器基点(Generatorfuiipimkt) 处测量振荡器的阳极电流，其需要强的低通滤波，以避免干扰变量。此处，所给出的时间常数典型地处于与期望的短脉冲持续时间相应的70 μ s的数量级。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，实现一种对能够以脉冲方式运行的尤其低于 Ims脉冲持续时间的电子源进行特别精确并且快速地控制和调节的方法。按照本发明，上述技术问题是通过一种电子源以及一种运行电子源的方法解决的。下面结合电子源所阐述的实施例和优点类似地也适用于所述方法，反之亦然。该电子源以本身已知的方式包含多个电子发射阴极和至少一个控制电极，并且根据本发明该电子源的特征在于为了控制流过控制电极的电流而构造的栅极电流调节器。由此，提供了无延迟地对参数(也就是栅极电流)施加影响的可能性，其在X射线管中与给定剂量的阳极电流成比例。所述栅极电流调节器是调节回路的一部分，该调解回路还包含控制元件和栅极电流探测元件，并且使得很快的调节成为可能。尤其是很快地达到稳定状态，由此该栅极电流调节方法特别适合用于小于0. Ims的脉冲持续时间，例如70μ S的脉冲持续时间。在栅极端的分流电阻测量得到的电流在现有技术条件下不具有如上所述的必然的、电容性的电流，由此直接表征栅极电流。对栅极电流的所述测量和调节使得叠加的调节成为可能，其中，通过从阴极电流减去栅极电流来确定在X射线管中给定剂量的电流。在此，可以在必要时借助叠加调节回路来补偿传输率与存储值的偏差。与直接的栅极电流调节相比，该叠加的调节能够相对缓慢地进行，因为通常情况下只出现小偏差并且所述传输率仅缓慢变化。通过存储处于稳定状态的偏差以及考虑接下来脉冲运行的阴极的电子发射中的该已有偏差，产生了具有高度可重复性的精确的阳极电流。在控制电极处的被称为栅极电势的电压典型地为直到5kV，其与例如可能的对阳极电流的测量相比，使得对栅极电流的相对简单且同时高动态的测量成为可能。为了该测量原则上考虑分离设计的隔离放大器，然而同时必须考虑关于带宽的限制。为了保证宽的带宽，例如可以借助用于高电压的、带有置为高阻的运算放大器的减法电路，对栅极电流进行测量。对栅极电流的测量另一个可能是带有成对光电耦合器的测量单元，也就是一个
4测量耦合器和一个参考耦合器。此外，可以借助分流器、快速模拟-数字变换器、栅极电势上的辅助电源以及数字信号经由光波导体或光电耦合器的传输，来实现对栅极电流的测量。栅极电流调节的优选的应用领域是多阴极X射线管。在此，电子发射阴极被优选地设计为场发射体或者热发射体。优选地，基于碳纳米管(CNT)或者基于石墨来实现所述场发射体。可选地，为此优选地设置所谓的扩散式阴极(Dispenserkathode)。通常，将多个电子发射阴极与唯一的设置在微小距离处的控制栅极相关联。该栅极能够同样地被分块， 其中其分块能够被单独地控制。本发明的优势尤其在于不依赖X射线管中的老化效应和漂移效应地对参数(也就是栅极电流)进行调节，该参数直接与给定剂量的电流成比例，其中同时不产生电容性干扰变量，使得即使在脉冲非常短以及电子发射阴极的发射行为发生变化的情况下，也进行具有最高可重复性的调节。在以HlAs给出的短脉冲的条件下，可以实现精确的HlAs断开。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细描述。在此，部分示意性地图1示出了具有栅极电流调节器的电子源；图2-4分别示出了图1中电子源的栅极电流测量单元的变体。
具体实施例方式在图1中，X射线管2以及操纵单元3可以被识别为总体以附图标记1表示的X射线设备的组成部分。X射线管2包含原理上公知结构的管单元4，后者具有多个电子发射阴极5的、一般地以控制电极表示的控制栅极6、以及阳极7。关于管单元4 (即X射线设备1的实际电子管)的基本功能，请参考本文开始部分所援引的现有技术以及文献DE 10 2009 011 642 Al。电子发射阴极5被设计为场发射体，并且借助场致发射来发射电子，其中，在该电子发射阴极5和控制栅极6之间借助栅极电源8将电压设置为直到5kV。具有电子发射阴极5、控制栅极6以及栅极电源8的所述布置被总体地表示为电子源9。单独的电子发射阴极5或者电子发射阴极5的组群可以分开地被操纵，以便能够改变电子源9的几何参数，并且由此同样最后能够改变产生的X射线辐射，而不用例如通过其移动来改变电子源9的布置。将电子源9发射出的电子通过高电压进行加速，并且击中阳极7，在管单元4中产生X射线辐射，其中，该高电压由高压电源单元10产生并且被施加在电子发射阴极5和阳极7之间，其数量级为典型的20kV至180kV。从电子发射阴极5释放出的被表示为阴极电流的电子电流分为两个部分电流第一部分电流，也就是栅极电流(IG)，通过控制栅极6流出；第二部分电流到达阳极7，以便在那里产生X射线辐射。第二部分电流表示为阳极电流(IA)。阳极电流(IA)与阴极电流(IK)之间的比例被定义为X射线管2的传输率(TR)。在栅极电流(IG)、阳极电流(IA)以及传输率(TR)之间存在如下关系
IG = IAx (I-TR)/TR为了测量栅极电流，设置了栅极电流测量单元11，其如图1简化所示例如包括分流器12和运算放大器13。栅极电流测量单元11的辅助电源可以集成在栅极电源8中。该栅极电流测量单元11是调节回路的一部分，其中调节回路还包含栅极电流调节器14以及多个分别与电子发射阴极5相关联的控制元件15。在此，通过栅极(6)和阴极( 之间的电压差根据上述公式对栅极电流进行调节。栅极电流调节器14与微控制器16相连，该微控制器除了别的之外对存储在存储器17中的辐射参数额定值进行处理。在微控制器16中实现的栅极电流发生器18与同样是在微控制器16中实现的阳极电流重调部件19共同作用，以便给栅极电流调节器14预先规定栅极电流额定值(Gs。u)，其中该栅极电流发生器18预先给定了可由上述公式计算的栅极电流标称值。栅极电流的实际值相应地用Gist标记。由阳极电流重调部件19处理的阴极电流的实际值ICist借助分流器20被测量，并且借助模拟-数字变换器21被数字化。设置了另一个与该阳极电流重调元件19共同作用的模拟-数字变换器22，以便将栅极电流的实际值Gist数字化。两个模拟-数字变换器21、22可以被集成在阳极电流重调元件19中。 该阳极电流重调元件19特别考虑了 X射线管2的传输率的长期缓慢变化。微控制器16允许对例如多达数百个电子发射阴极5进行有针对的选择，此外该微控制器16通过控制导线23与连接在栅极电流调节器14与控制元件15之间的切换装置(SchaItvorrichtimg)M共同作用。每个电子发射阴极5通过阴极导线25和真空引线 (Vakuumdurchfuhrung) 26与所属的控制元件15相连。阴极一侧的寄生电容用Cpa,表示，其相应的电流用Ikap表示。借助栅极电流测量单元11、栅极电流调节器14和控制元件15对栅极电流的调节不会被寄生电容Cpm影响；所述栅极电流的实际值IGist被可靠地测量。图2至图4描述了栅极电流测量单元11的用于精确快速地测量栅极电流的不同设计可能性。图2所示的实施例中，栅极电流测量单元11包含用于高电压的减法电路，其中通过使用不同的电阻R1、R2，在图1的简单描述中可知的运算放大器13被连接为高阻。被测电压Us与流过分流器12的电流Ishunt成比例。根据图3，在栅极电流测量单元11中设置了成对的光电耦合器观、29，它们被用作测量耦合器以及参考耦合器。在图4的变体中，对流过分流器12、运算放大器13以及后接的快速模拟-数字变换器30的栅极电流进行测量，模拟-数字变换器30提供借助光电耦合器31或光波导体被传输到栅极电流调节器14的数字信号。在图2至图4每一个中，用附图标记32表示与控制栅极6相连并且传输直接被调栅极电流(direkt geregelter Gatestrom)的导线。在所有情况下，该栅极电流以及由此在考虑所有短期和长期影响时的阳极电流，在脉冲持续时间已经是70μ s时也是精确可调节的。附图标记列表IX射线设备2Χ射线管3操纵单元
4管单元5电子发射阴极6控制栅极7 阳极8栅极电源9电子源10高压电源单元11栅极电流测量单元12分流器13运算放大器14栅极电流调节器15控制元件16微控制器17存储器18栅极电流发生器19阳极电流重调元件20分流器21模拟-数字变换器22模拟-数字变换器23控制导线24切换装置25阴极导线沈真空引线27减法电路沘光电耦合器四光电耦合器30模拟-数字变换器31光电耦合器32 导线
权利要求
1.一种电子源，包含多个电子发射阴极( 和至少一个控制电极(6)，其特征在于为了调节流过所述控制电极(6)而被设置的栅极电流调节器(14)。
2.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，在包含栅极电流调节器(14)的调节回路中的栅极电流测量单元(11)具有减法电路07)。
3.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，在包含栅极电流调节器(14)的调节回路中的栅极电流测量单元(11)具有成对的光电耦合器08二9)。
4.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，在包含栅极电流调节器(14)的调节回路中的栅极电流测量单元(11)具有分流器(12)、模拟-数字变换器(30)以及光电耦合器(31)。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的X射线管，其特征在于，所述电子发射阴极(5) 被设计为场发射体或者间接被加热的发射体。
6.根据权利要求5所述的X射线管，其特征在于，所述电子发射阴极(5)包含碳纳米管或者石墨，或者被构造为扩散式阴极。
7.一种运行电子源(9)的方法，具有以下特征-多个电子发射阴极( 发射电子，其中，在所述电子发射阴极( 和控制电极(6)之间施加电压，-调节流过所述控制电极(6)的栅极电流。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，用低于Ims的脉冲时间、尤其是低于 0. Ims的脉冲时间来运行所述电子发射阴极(5)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，为了确定所述电子源(9)的传输率， 从流过所述电子发射阴极(5)的阴极电流中减去流过所述控制电极(6)的栅极电流。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述传输率的改变包括在对所述栅极电流的调节中。
全文摘要
本发明涉及一种包含多个电子发射阴极(5)以及至少一个控制电极(6)的电子源，其中，为了控制流过所述控制电极(6)的电流，设置了栅极电流调节器(14)。
文档编号H01J35/02GK102468102SQ20111034475
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月4日 优先权日2010年11月8日
发明者A.波姆, F.斯普伦格, H.贾法里, J.奥伊尔施莱格尔, J.福斯特, M.贝克曼, M.赫莫林, Q.邱, W.贝耶林, Y.程 申请人:西门子公司