发射器装置的制作方法

本发明涉及发射器装置。

背景技术：

这种发射器装置包括至少一个热电子发射器，其设置在阴极中，处于高电压，并且用于生成热电子(所谓的“发射电流”)。由发射器生成的电子然后在电场中朝向阳极加速，并且在阳极材料中生成X射线。

X射线管中的热电子发射器的寿命(表面发射器、灯丝发射器)主要由所使用的发射器材料(通常是钨)的热诱导蒸发来确定。因此，较高的寿命可以通过较高的发射器材料厚度和/或通过降低的最大发射器温度实现。这里，增加发射器的材料厚度实现寿命的线性增加，而温度对材料蒸发的影响受制于指数相关性。

由于其指数温度相关性，蒸发导致寿命开始时在最热点的发射器的层厚度的选择性减少，并且最后导致发射器烧坏。H.等人的出版物“The lifetime of incandescent lamps:the burnout mechanism of a tungsten wire in vacuum”[Zur Lebensdauer von Glühlampen:Der Durchbrennmechanismus eines Wolframdrahtes im Vakuum](用德语),in“Our research in Germany”[Unsere Forschung in Deutschland],Vol II(1972),pages 76 to 80,Philips GmbH(出版商)使用所谓的“斑模型”详细地描述了这个过程。在发射器寿命期间，在发射器的最热点的发射器材料的层厚度的减少以指数形式加剧。来自发射器的发射分布的改变在于，电子发射集中在最热点的方向。总的来说，虽然恒定的发射电流需要随着时间减少的加热电流，发射器的最大温度相对于恒定的发射电流增加，并且确切地讲，直到发射器烧坏。根据发射器材料中的晶界的形式，在最热点处，发射器可以以低于原始厚度的50％的方式被烧坏，虽然厚度的平均损失相对于整个发射器只是大约15％。

还已知一种方法，使用该方法，在阴极中的发射器的修改机械并入实现了在运行期间发射器中发生的热机械应力的减少。

发射器温度的降低需要发射表面的扩大，以及因此发射器的扩大。因此，聚焦发射电子以形成电子束通常需要更大的支出。

增加发射表面的区域中的材料厚度(表面发射器片越厚，灯丝线直径越大)需要更高的加热电流并且导致更高的热惯性。在具有连接腿的表面发射器(不是直接焊接的表面发射器)的情况下，只可能将连接弯曲为与特定发射器厚度一样远。这限制了材料厚度的增加。

DE2727907C2描述具有矩形的发射器表面的表面发射器。发射器表面具有大约0.05mm到大约0.25mm的层厚度，并且例如由钨、钽或铼制成。用钨掺杂的钾也是已知的。通过滚压产生的表面发射器具有切口，该切口借助于线腐蚀或激光切割方法产生，并且从两对边交替地并且横向于纵向方向来设置。在X射线管的运行期间，加热电压应用于阴极的表面发射器，其中大约5A到大约20A的加热电流流动，并且电子在阳极的方向上被发射和加速。当电子到达阳极时，在阳极表面生成X射线。

在根据DE2727907C2中的表面发射器中，侧向切口的形状、长度和设置使得能够实现特殊类型的温度分布，因为通过电流通过而加热的一部分的加热取决于电流路径上的电阻分布。因此，在表面发射器的电活性片横截面的点处比在具有更小的横截面的点(具有更高的电阻的点)处生成较少的热量。

在DE19914739C1中公开的表面发射器由滚压钨片制成并且具有圆形的发射器表面。发射器表面被分成传导轨道，传导轨道在旋涡方向上通过蛇形切口彼此间隔开延伸。

此外，2014年6月18日使用文件参考102014211688.0提交的德国专利申请公开了单片表面发射器。有选择地增加温度临界点处的发射器表面的厚度引起这些点处的局部温度下降(“三维”发射器概念)。

DE102009005454B4公开一种间接加热的表面发射器。表面发射器包括主发射器和与主发射器间隔开的加热发射器，主发射器和加热发射器两者都具有圆形的主表面。主发射器包括未结构化的主发射表面，即无缝的均匀发射表面。直接加热的加热发射器包括结构化的热量发射表面，即具有缝或蛇形轨道的发射表面。主发射表面和热量发射表面基本上彼此平行对准并且彼此绝缘。其他间接加热的表面发射器从DE102010060484A1和US8,000,449B2已知。

例如在DE19955845A1中描述具有灯丝发射器(盘绕的灯丝)的阴极。

从EP0235619A1中已知的是指定为“带发射器”、由至少两个不同层构成的表面发射器。例如，表面发射器是由钨制成的一层和由钽制成的至少一个其他层(例如两个外层)构成。表面发射器的层可以由相同材料的不同结构(例如正常结构的钨和多晶钨)组成。这确保在两层之间的转变处的晶界不是连续的，使得整个材料厚度上形成的、沿着这种晶界的表面发射器的裂缝的风险是明显减少的。然而，这未实现发射器材料的蒸发的任何减少。

进一步的备选(其是基于电子的场发射并且因此被称为“场发射器”)例如在2014年12月16日使用文件参考102014226048.5提交的德国专利申请中进行了描述。至今，这样的场发射器未使用在高功率X射线管中。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有更长寿命的、同时具有好的发射性质的紧凑发射器装置。

该目的根据本发明通过如权利要求1中要求保护的发射器装置来实现。根据本发明的发射器装置的有利实施例在每种情况下是进一步权利要求的主题。

如权利要求1中要求保护的发射器装置包括至少一个发射器和与至少一个发射器间隔开的至少一个蒸发器元件，其中

–发射器中的至少一个发射器包括由至少一种第一电子发射材料制成的至少一个发射表面，并且处于第一电势，并且其中

–蒸发器元件中的至少一个蒸发器元件包括由至少一种第二电子发射材料制成的至少一个蒸发表面，并且处于第二电势。

使用根据本发明的发射器装置，蒸发器元件与发射器间隔开。发射器的发射表面和蒸发器元件的蒸发表面在每种情况下由至少一种电子发射材料制成，并且处于预指定的电势。在电子的热发射期间由于电子发射材料的热蒸发而减少的电子发射材料以简单且有效的方式被替换为蒸发器元件的电子发射材料。电子发射材料的替换优选发生在其中发射器不发射任何电子的停止期间。因此，这是防止通过蒸发器元件发射的电子到达阳极且因此能够对图像质量产生消极影响的简单方式。

如权利要求1中要求保护的发射器装置中的发射器具有更长的寿命，因为在运行期间从发射表面蒸发的电子发射材料通过蒸发器元件进行替换。为此，沉积发生在发射器的单独点处未必是优选的；代之，在运行停止期间在大区域上且连续不断地进行沉积通常是足够的，以便避免根据所描述的斑模型的斑形成。

只要从发射器蒸发的第一电子发射材料被替换为蒸发器元件的第二电子发射材料，均匀的发射分布得到保证。这获得恒定的焦斑质量，并且结果是，发射器明显延长的寿命内的恒定的图像质量。因此，由于发射表面的尺寸减少而可能发生的可能变得太小的焦斑所造成的阳极的寿命问题也被可靠地避免。

对于发射器的更高的发射器寿命而言备选地或附加地，根据本发明的解决方案还可以实现更高的发射器温度。例如，这可以用于更高的发射电流(在较低的阳极电压的情况下)，或用于使用较小的发射器。通常较小的发射器提供关于发射器可锁定性和可聚焦性或可实现的图像质量的优势。

在本发明的范围内，第一电子发射材料(发射器电子发射材料)和/或第二电子发射材料(蒸发器元件电子发射材料)可以是相同的或不同的。

例如，根据如权利要求2中要求保护的优选实施例，第一电子发射材料由钨(W)、钽(Ta)或铼(Re)制成。

根据如权利要求3中要求保护的进一步实施例，第二电子发射材料是钨(W)、钽(Ta)或铼(Re)。

在如权利要求4中要求保护的示例性实施例中，第一电子发射材料由氧化镧(La₂O₃)、碳化铪(HfC)、碳化钽(TaC)或碳化钽铪(Ta_xHf_1-xC_y)制成。

在如权利要求5中要求保护的进一步实施例中，氧化镧(La₂O₃)、碳化铪(HfC)、碳化钽(TaC)或碳化钽铪(Ta_xHf_1-xC_y)被提供作为第二电子发射材料。

在本发明的范围内，发射器的发射表面和蒸发器元件的蒸发表面两者可以由一系列不同的电子发射材料的层制成。例如，发射器的发射表面可以由钨(W)制成并且附加地涂覆有氧化镧(La₂O₃)，以便减少热发射电子的功函数。使用这个实施例，例如可能的是，如果必要的话，使用第一蒸发器元件用钨涂覆发射表面的后侧面，并且使用第二蒸发器元件用氧化镧涂覆发射表面的前侧面。

在本发明的范围内，存在针对蒸发器元件的间隔的若干可能性。例如，如权利要求6中要求保护的，蒸发器元件可以被设置在距离发射器的后侧面的一定距离处。在进一步备选中，如权利要求7中要求保护的，蒸发器元件可以借助于调整单元移动到距离发射器的可预指定的距离。例如，这种调整单元可以用于借助于摇动运动或滑动运动而将蒸发器元件带到必要的位置。

根据如权利要求8到13中要求保护的不同有利实施例，发射器的发射表面和/或蒸发器元件的蒸发表面体现为矩形、圆形或螺旋形。

如果如权利要求10中要求保护的发射器包括至少一个螺旋形发射表面，那么如权利要求14中要求保护的，蒸发器元件可以包括至少一个灼热线。这种蒸发器元件结构适合于以特别简单的方式将消耗的电子发射材料应用于发射表面的后侧面。备选地，蒸发器元件还可以包括具有比发射器的直径小的直径的螺旋形蒸发表面。

针对第一电势(发射器电势)和第二电势(蒸发器元件电势)，存在两个可能的备选。根据如权利要求15中要求保护的实施例，第一电势和第二电势具有相同的值。

根据如权利要求16中要求保护的进一步实施例，第二电势比第一电势更正。使用如权利要求16中要求保护的实施例，例如，在蒸发器元件和发射器之间的小的差分电压(例如小于100V的)是有利的，以便有选择地在发射表面的方向上转移以离子形式存在的第二电子发射材料。

附图说明

下文参照附图更详细地描述本发明的两个示意性地描绘的示例性实施例，但不限于此。出示：

图1是根据本发明的发射器装置的第一实施例的透视描绘，

图2是根据本发明的发射器装置的第二实施例的透视描绘。

具体实施方式

图1示出发射器1，发射器1体现为表面发射器并且包括圆形的发射表面2。圆形的发射表面2被分成通过蛇形切口4彼此间隔开的、以旋涡形状延伸的导体轨道3。两个腿5被成型到发射器1上，发射器1经由该两个腿5而处于第一电势，其中再一次存在对应的加热电流流动。

蒸发器元件11被设置为与发射器1间隔开。蒸发器元件11包括圆形的蒸发表面12。圆形的蒸发表面12被分成以旋涡形状延伸的导体轨道13，导体轨道13通过蛇形切口14彼间隔开。两个腿15被成型到蒸发器元件11上，蒸发器元件11经由两个腿15而处于第二电势，其中再一次具有对应的加热电流流动。

图2示出发射器21，发射器21体现为表面发射器并且包括矩形的发射表面22。矩形的发射表面22包括切口24，切口24从两对边交替地并且横向于纵向方向来设置。切口24再次形成在矩形发射表面22中的对应导体轨道23。为了在X射线管的运行期间向发射器21应用第一电势(加热电压)并且供给对应加热电流，这个发射器再一次还包括两个腿25。

蒸发器元件31被设置为与发射器21间隔开。在所示的示例性实施例中，蒸发器元件31包括螺旋形的蒸发表面32。螺旋形蒸发表面32由彼此间隔开的螺旋形的导体轨道33形成。为了使得能够向蒸发表面32供给加热电压，蒸发器元件31包括两个腿35，使用两个腿35，蒸发器元件31采取第二电势，其中再一次存在对应的加热电流流动。

使用图1和图2中示出的示例性实施例，发射器1或发射器21各自体现为结构化的常规表面发射器，其经由它的两个腿5或25被直接供给有电流。关联的蒸发器元件11或31在每种情况下间隔开地设置在表面发射器1或21的下面或后面，其中在发射器1或21与蒸发器元件11或31之间指定的距离是从几个100μm到几个mm。

这里，蒸发器元件11或31的蒸发表面12或32不应该大于发射器1或21的发射表面2或22，仅仅为了向发射器1或21后侧面上的最热点有选择地应用电子发射材料(例如钨)。理想地，蒸发器元件11或31具有与发射器1或21相同的温度分布。

优选地当没有X射线正被生成或至少没有高电压被应用到阳极时，沉积电子发射材料。在沉积期间，蒸发器元件11或31可以被关闭或具有可自由地选择的温度(例如待机温度)。

当钨被用作电子发射材料时，可以通过足够高的温度来抑制在沉积过程期间氧化钨的形成。蒸发器元件具有大约2500℃到3000℃的温度；发射器可以被加热至大约2000℃到2200℃而没有明显的寿命损失。

使用图1和图2中示出的实施例，沉积的钨是排他地补偿在发射器1的发射表面2或发射器21的发射表面22的后侧面上。电子发射材料(钨)的损失在发射表面2或22的后侧面上比在发射表面2或22的前侧面上高，因为不像使用发射表面2或22的前侧面的情况，在聚焦头或蒸发器元件11或31的环境中发射的热量被反射。

在图1和图2中示出的发射器装置的情况下，寿命的预期增加是由于如下事实：将使用发射器1或21补偿的电子发射材料的量(由于排他地从下面的沉积)在一级近似下可以借助于具有两倍厚度的蒸发表面12或32的(直接地供给有电流的)蒸发器元件11或31来补偿。

尽管本发明通过优选示例性实施例被更详细地阐明和描述，本发明不限于附图中所示的示例性实施例。代之，本领域的技术人员还可以得出根据本发明的解决方案的其他变体，而未脱离本发明的底层概念。

例如，钨蒸发器还可以附接在聚焦头或在X射线管中，使得电子发射材料从前面或上面被沉积到发射器1或21上。在一些情况下，这需要调整单元，调整单元在电子发射材料沉积之前将蒸发器元件带到必要的位置中，并且在电子发射材料沉积后再次将蒸发器元件摇动或滑动离开。这个实施例(使用该实施例，电子发射材料从上面沉积到发射器上)适用于所有类型的热发射器。

还可能在单独的情况下将实际的发射器和蒸发器元件两者体现为间接加热的发射器。

如从附图中示出的示例性实施例的描述显而易见的，在包括发射器的发射器装置的情况下，还要提供与发射器间隔开的蒸发器元件的根据本发明的解决方案实现发射器较长的寿命，同时具有好的发射性质。