本申請(qǐng)為分案申請(qǐng)，其原申請(qǐng)是于2015年11月10日(國(guó)際申請(qǐng)日為2014年3月12日)向中國(guó)專(zhuān)利局提交的專(zhuān)利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮?01480026566.x，發(fā)明名稱(chēng)為“x射線源、高電壓發(fā)生器、電子束槍、旋轉(zhuǎn)靶組件、旋轉(zhuǎn)靶以及旋轉(zhuǎn)真空密封件”。

本發(fā)明涉及一種x射線源，并且更具體而言涉及針對(duì)所述x射線源的高電壓發(fā)生器、電子束槍、旋轉(zhuǎn)靶組件、旋轉(zhuǎn)靶以及旋轉(zhuǎn)真空密封件。

背景技術(shù)：

x射線成像對(duì)于研究、工業(yè)應(yīng)用以及醫(yī)學(xué)應(yīng)用是一種寶貴工具。通過(guò)利用x射線輻射來(lái)照射靶對(duì)象并通過(guò)對(duì)透射通過(guò)該對(duì)象的x射線進(jìn)行探測(cè)，可以獲得該對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像。

該圖像容許識(shí)別出對(duì)象中使x射線的通過(guò)相對(duì)較多地衰減的那些部分以及使x射線的通過(guò)相對(duì)較少地衰減的那些部分。通常，較密集的材料以及包含有高比例的高原子序數(shù)的原子或離子的那些材料會(huì)傾向于相對(duì)較大程度地阻礙x射線的通過(guò)。此外，x射線在靶對(duì)象中行進(jìn)的總路徑長(zhǎng)度越長(zhǎng)，衰減程度越大。因此，x射線成像除了提供結(jié)構(gòu)信息之外，還可以提供關(guān)于對(duì)象的組分的信息。

此外，通過(guò)相對(duì)于源-探測(cè)器系統(tǒng)來(lái)旋轉(zhuǎn)靶對(duì)象，或反之亦然，以不同角度獲得關(guān)于對(duì)象的一系列x射線圖像，并且應(yīng)用計(jì)算機(jī)重構(gòu)技術(shù)，可以確定對(duì)象的3d體積圖。該圖容許重構(gòu)出對(duì)象的以更大或更小程度衰減x射線的那些體積部分，并因此容許在3d中確定關(guān)于對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組分的信息。該3d重構(gòu)被稱(chēng)為計(jì)算機(jī)斷層掃描成像或ct成像。

該x射線成像技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品和研究樣品的無(wú)損試驗(yàn)中尤其重要。例如，對(duì)渦輪葉片進(jìn)行成像容許確定鑄造缺陷，而對(duì)考古遺物進(jìn)行成像容許確定遺物的結(jié)構(gòu)和組分，即使當(dāng)對(duì)象被腐蝕或者被包覆在沉積的沉積物中時(shí)。例如，該技術(shù)在公知為antikythera機(jī)械裝置的古老的corinthian模擬計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的確定上已經(jīng)是極其重要的，甚至通過(guò)大量的礦物沉積。

然而，使x射線能夠在對(duì)對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析上是有利的的屬性，即致密物質(zhì)對(duì)x射線的部分衰減，也存在關(guān)于其效用的技術(shù)限制。更具體而言，如果對(duì)象尺寸很大或者包含大量的不透射線或射線不能透射的材料(為呈現(xiàn)出相對(duì)高的每單位x射線輻射路徑長(zhǎng)度的衰減的材料)，那么已穿過(guò)對(duì)象的x射線束可能被衰減到使得記錄的圖像中的對(duì)比度或信噪比為差的程度，并因此不能可靠地確定內(nèi)部結(jié)構(gòu)或組分。

在衰減僅是適度的情況下，增加通過(guò)對(duì)象的總x射線通量可以產(chǎn)生在探測(cè)器處的信噪比和對(duì)比度上的提高。然而，在對(duì)象很大或者極其不透射以致入射在對(duì)象上的較大比例的x射線都無(wú)法完全透射對(duì)象而是在對(duì)象內(nèi)部被吸收的情況下，需要不同的解決方案。

x射線光子在被吸收前典型地穿透的距離(“穿透深度”)隨著x射線光子能量而增加。因此，高x射線光子能量的x射線源(特別是達(dá)到300kev或更高)的產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)了對(duì)較大和較密集的對(duì)象的有用的x射線成像。然而，商業(yè)上還未生產(chǎn)出實(shí)用的適當(dāng)高能量的x射線源。

因此，本領(lǐng)域需要一種可以在高達(dá)500kev以及更高的能量下工作并且適合于用于商業(yè)x射線應(yīng)用以及研究方面的x射線應(yīng)用(諸如，計(jì)算機(jī)斷層掃描(ct))的x射線源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)第一方面，提供了一種用于x射線源的高電壓發(fā)生器，該發(fā)生器包括：輸出電極；第一電壓倍增器；第二電壓倍增器；以及屏蔽電極，該屏蔽電極被設(shè)置為至少部分圍繞輸出電極；其中，第二電壓倍增器的輸出端電連接到輸出電極；第一倍增器的輸出端電連接到第二電壓倍增器的輸入端；并且屏蔽電極電連接到第二電壓倍增器的輸入端。

在一個(gè)實(shí)施例中，屏蔽電極實(shí)質(zhì)上包圍輸出電極。

在一個(gè)實(shí)施例中，屏蔽電極周向地包圍輸出電極。

在一個(gè)實(shí)施例中，屏蔽電極具有發(fā)射孔口以容許來(lái)自安裝在輸出電極處的電子發(fā)射源的電子的發(fā)射。

在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)生器還包括具有第一端部和第二端部的延長(zhǎng)絕緣套管，其中：第一電壓倍增器和第二電壓倍增器被設(shè)置在套管內(nèi)；輸出電極被提供在套管的第二端部處；并且屏蔽電極從套管的介于套管的第一端部與第二端部之間的區(qū)域延伸。

在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)生器還包括：第三電壓倍增器；以及輔助屏蔽電極，該輔助屏蔽電極被設(shè)置為至少部分圍繞屏蔽電極，其中：第三電壓倍增器的輸出端電連接到第一電壓倍增器的輸入端；并且輔助屏蔽電極電連接到第一電壓倍增器的輸入端。

在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)生器被布置為在至發(fā)生器的輸入端與輸出電極之間生成至少500kv的dc電位差，優(yōu)選地至少750kv的dc電位差。

在一個(gè)實(shí)施例中，第一電壓倍增器和第二電壓倍增器以及可選地第三電壓倍增器中的每一個(gè)電壓倍增器被布置為在各自的輸入端與輸出端之間產(chǎn)生至少150kv，優(yōu)選地200kv，最優(yōu)選地300kv。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中，第一電壓倍增器和第二電壓倍增器以及可選地第三電壓倍增器中的每一個(gè)電壓倍增器是cockroft-walton電壓倍增器。

在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)生器還包括提供在第一電壓倍增器的輸出端與第二電壓倍增器的輸入端之間的一個(gè)或多個(gè)浪涌電阻器，以及可選地，一個(gè)或多個(gè)另外的浪涌電阻器提供在第三電壓倍增器的輸出端與第一電壓倍增器的輸入端之間。

在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)生器還包括提供在第二電壓倍增器的輸出端與輸出電極之間的一個(gè)或多個(gè)浪涌電阻器。

根據(jù)第二方面，提供了一種電子束發(fā)生器，包括：第一方面的實(shí)施例的高電壓發(fā)生器；安裝在輸出電極處的電子發(fā)射源。

在一個(gè)實(shí)施例中，電子發(fā)射源是被加熱的燈絲。

在一個(gè)實(shí)施例中，電子束發(fā)生器還包括被設(shè)置為包圍輸出電極和屏蔽電極的真空外殼。

根據(jù)第三方面，提供了一種x射線槍?zhuān)ǎ旱诙矫娴膶?shí)施例的電子束發(fā)生器；以及被放置為受電子束的照射的x射線發(fā)射靶。

根據(jù)第四方面，提供了一種電子束設(shè)備，包括：真空外殼；以及電子束發(fā)生器，該電子束發(fā)生器被安裝在真空外殼中，電子束發(fā)生器包括高電壓電極以及被安裝在高電壓電極處以產(chǎn)生電子束的電子發(fā)射源，其中：電子束發(fā)生器還包括被安裝在電子束發(fā)生器內(nèi)的控制模塊；電子束設(shè)備還包括相對(duì)于真空外殼的壁而安裝的遠(yuǎn)程模塊；控制模塊包括光電探測(cè)器和光電發(fā)射器中的一個(gè)；遠(yuǎn)程模塊包括光電探測(cè)器和光電發(fā)射器中的另一個(gè)；光電探測(cè)器被放置為接收由光電發(fā)射器發(fā)射的光；電子束設(shè)備還包括被設(shè)置在光電探測(cè)器與光電發(fā)射器之間的光學(xué)路徑的、用于覆蓋光電探測(cè)器和光電發(fā)射器中的一個(gè)的透明傳導(dǎo)屏蔽體。

在一個(gè)實(shí)施例中，透明屏蔽體被布置在高電壓電極處并且電連接到該高電壓電極，并且控制模塊被安裝在高電壓電極內(nèi)。

在一個(gè)實(shí)施例中，透明屏蔽體被布置在真空外殼的壁處，并且電連接到真空外殼的壁。

在一個(gè)實(shí)施例中，傳導(dǎo)反射鏡被放置于透明屏蔽體與光電探測(cè)器和光電發(fā)射器中未被透明傳導(dǎo)屏蔽體覆蓋的另一個(gè)之間的光學(xué)路徑中。

在一個(gè)實(shí)施例中，傳導(dǎo)反射鏡被放置于高電壓電極處或高電壓電極內(nèi)，并且電連接到高電壓電極。

在一個(gè)實(shí)施例中，傳導(dǎo)反射鏡放置于真空外殼的壁處或真空外殼的壁外，并且電連接到真空外殼的壁。

在一個(gè)實(shí)施例中，透明傳導(dǎo)屏蔽體形成在真空外殼的壁或者高電壓電極的壁處的真空屏障的部分。

在一個(gè)實(shí)施例中，提供了從透明傳導(dǎo)屏蔽體的一側(cè)到透明傳導(dǎo)屏蔽體的另一側(cè)的流動(dòng)路徑，以均衡一側(cè)與另一側(cè)之間的壓強(qiáng)。

在一個(gè)實(shí)施例中，透明傳導(dǎo)屏蔽體包括透明基板，該透明基板具有在透明基板上提供的透明傳導(dǎo)層。

在一個(gè)實(shí)施例中，透明傳導(dǎo)層是圖案化的傳導(dǎo)層。

在一個(gè)實(shí)施例中，透明傳導(dǎo)層是傳導(dǎo)膜。

在一個(gè)實(shí)施例中，透明傳導(dǎo)層由氧化銦錫組成。

在一個(gè)實(shí)施例中，透明基板是玻璃。

在一個(gè)實(shí)施例中，遠(yuǎn)程模塊以可移除的方式安裝至真空外殼的壁。

根據(jù)第五方面，提供了一種x射線槍?zhuān)ǖ谒姆矫娴膶?shí)施例的電子束設(shè)備以及靶組件，該靶組件被布置為使得來(lái)自電子束發(fā)生器的電子束照射靶組件的x射線發(fā)射靶部分。

根據(jù)第六方面，提供了一種用于旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)真空密封件，該密封件包括：用于容納軸并且在高壓強(qiáng)端部和低壓強(qiáng)端部中的每一個(gè)端部處具有端子孔口的孔；在介于高壓強(qiáng)端部與低壓強(qiáng)端部之間的位置處圍繞孔并且周向地鄰接孔的腔室；以及從腔室延伸至適合于連接到真空泵的端口的流動(dòng)路徑。

在一個(gè)實(shí)施例中，孔在高壓強(qiáng)端部與腔室以及低壓強(qiáng)端部與腔室中的每一個(gè)之間實(shí)質(zhì)上是圓柱形的。

在一個(gè)實(shí)施例中，腔室實(shí)質(zhì)上是圓柱形的。

在一個(gè)實(shí)施例中，腔室具有跨孔的縱軸的最小內(nèi)部尺寸，該最小內(nèi)部尺寸為孔的縱軸的至少120％。

在一個(gè)實(shí)施例中，密封件包括用于可旋轉(zhuǎn)地支撐孔中的軸的旋轉(zhuǎn)軸承，軸承可選地被提供為在孔的高壓強(qiáng)端部和低壓強(qiáng)端部中的每一個(gè)端部處的一對(duì)旋轉(zhuǎn)軸承，優(yōu)選地為一對(duì)滾珠軸承。

在一個(gè)實(shí)施例中，密封件還包括被容納在孔中的軸。

在一個(gè)實(shí)施例中，軸實(shí)質(zhì)上是圓柱形的。

在一個(gè)實(shí)施例中，孔和軸的尺寸被設(shè)定為：使得在高壓強(qiáng)端部處維持的1巴的壓強(qiáng)以及在腔室中維持的1毫巴的壓強(qiáng)導(dǎo)致在標(biāo)準(zhǔn)溫度下高壓強(qiáng)端部與腔室之間氮的質(zhì)量流率低于1毫巴l/s。

在一個(gè)實(shí)施例中，孔和軸的尺寸被設(shè)定為：使得在腔室中維持的1巴的壓強(qiáng)以及在低壓強(qiáng)端部處維持的10^-5毫巴的壓強(qiáng)導(dǎo)致腔室與低壓強(qiáng)端部之間氮的質(zhì)量流率低于10^-3毫巴1/s。

根據(jù)第七方面，提供了一種用于x射線源的靶組件，包括：真空殼體；x射線發(fā)射靶；以及第六方面的實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)真空密封件，該旋轉(zhuǎn)真空密封件被提供至外殼的壁，其中，x射線發(fā)射靶安裝在軸上。

根據(jù)第八方面，提供了一種用于x射線源的旋轉(zhuǎn)靶組件，該裝置包括：x射線發(fā)射靶；真空殼體；安裝靶并穿過(guò)真空殼體的壁的軸；可旋轉(zhuǎn)地支撐主軸的軸承；以及支撐軸承并安裝在真空殼體的壁上的軸承殼體，其中，通過(guò)扭矩限制器來(lái)安裝軸承殼體，以使得當(dāng)軸承殼體與真空殼體之間的扭矩超過(guò)預(yù)定的扭矩時(shí)，軸承殼體相對(duì)于真空殼體旋轉(zhuǎn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，扭矩限制器包括被布置為抑制真空殼體與軸承殼體之間的旋轉(zhuǎn)并且被布置為在預(yù)定的扭矩下發(fā)生剪切的一部分。

在一個(gè)實(shí)施例中，扭矩限制器包括在真空殼體與軸承殼體之間施加摩擦力的部分并且被設(shè)置為容許真空殼體和軸承殼體在預(yù)定的扭矩下相對(duì)于彼此進(jìn)行滑動(dòng)的一部分。

在一個(gè)實(shí)施例中，軸承殼體和真空殼體中的一個(gè)具有法蘭，而軸承殼體和真空殼體中的另一個(gè)具有夾鉗組件；并且?jiàn)A鉗組件被布置為將摩擦力施加于法蘭。

在一個(gè)實(shí)施例中，夾鉗組件包括被布置為接觸法蘭的一側(cè)的能量吸收板，以及被布置為抵靠著能量吸收板推動(dòng)法蘭的夾鉗。

在一個(gè)實(shí)施例中，能量吸收板是環(huán)形的。

在一個(gè)實(shí)施例中，夾鉗包括作為夾鉗部分的滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承用于允許法蘭自由地抵靠著夾鉗部分而滑動(dòng)。

在一個(gè)實(shí)施例中，夾鉗設(shè)置有偏置彈簧，以便調(diào)整夾鉗力，其中借助夾鉗力，夾鉗裝置抵靠著能量吸收盤(pán)而被推動(dòng)。

在一個(gè)實(shí)施例中，法蘭和板至少中的至少一個(gè)沿著法蘭和板中的至少一個(gè)與法蘭和板中的另一個(gè)相接觸的路徑是周向連續(xù)的。

在一個(gè)實(shí)施例中，夾鉗被安裝至能量吸收板。

在一個(gè)實(shí)施例中，法蘭和能量吸收板被選擇為在低于100℃的溫度下是相互無(wú)磨損的。

在一個(gè)實(shí)施例中，夾鉗組件被布置為在法蘭與能量吸收板之間提供超過(guò)50kg的力，可選地提供超過(guò)80kg的力。

在一個(gè)實(shí)施例中，夾鉗組件被布置為在軸承殼體與真空殼體之間傳遞的扭矩已經(jīng)超過(guò)預(yù)定的扭矩之后，將在軸承殼體與真空殼體之間傳遞的扭矩限制為低于10nm。

在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)定的扭矩低于10nm。

根據(jù)第九方面，提供了一種x射線槍?zhuān)ǎ弘娮邮l(fā)生器以及第八方面的實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)靶組件，旋轉(zhuǎn)靶組件被布置為使得來(lái)自電子束發(fā)生器的電子束照射x射線發(fā)射靶的靶部分。

根據(jù)第十方面，提供了一種用于在電子束照射下產(chǎn)生x射線輻射的旋轉(zhuǎn)x射線發(fā)射靶，包括：限定靶的預(yù)定的旋轉(zhuǎn)軸的支撐轂，以及各自由靶材料構(gòu)成并且被支撐在轂上的多個(gè)靶板，其中，板被布置在轂上，以提供繞旋轉(zhuǎn)軸的環(huán)形靶區(qū)域。

在一個(gè)實(shí)施例中，靶板被布置為在靶區(qū)域的周向方向上彼此間隔開(kāi)，以使得靶區(qū)域的靶材料在靶板之間被中斷。

在一個(gè)實(shí)施例中，靶材料中的靶材料的中斷表示不超過(guò)靶區(qū)域內(nèi)的總周向路徑的10％，優(yōu)選地不超過(guò)靶區(qū)域內(nèi)的總周向路徑的1％，更優(yōu)選地不超過(guò)靶區(qū)域內(nèi)的總周向路徑的0.1％。

在一個(gè)實(shí)施例中，靶板重疊或者彼此鄰接，以提供靶材料的實(shí)質(zhì)上連續(xù)的靶區(qū)域。

在一個(gè)實(shí)施例中，靶板中的每一個(gè)靶板在板的相對(duì)徑向向內(nèi)位置處被錨定至轂，并且以轂相對(duì)徑向向外伸出。

在一個(gè)實(shí)施例中，靶板中的每一個(gè)靶板是以環(huán)形扇形部的形式。

在一個(gè)實(shí)施例中，靶還包括被支撐在轂上并且被布置為覆在靶區(qū)域的部分之上的多個(gè)屏蔽元件，靶板在該靶區(qū)域的該部分處鄰接或重疊，或者在該靶區(qū)域的該部分處沒(méi)有靶材料。

在一個(gè)實(shí)施例中，屏蔽元件被布置為覆在靶板的周向方向邊緣部分之上。

在一個(gè)實(shí)施例中，屏蔽元件在靶區(qū)域內(nèi)的位置處與靶板軸向地間隔開(kāi)。

在一個(gè)實(shí)施例中，屏蔽元件由由與靶材料相比具有顯著更低的原子序數(shù)的原子或離子的材料而構(gòu)成。

在一個(gè)實(shí)施例中，屏蔽元件由鈹合金或鋁合金構(gòu)成。

在一個(gè)實(shí)施例中，靶材料是鎢或鎢合金。

在一個(gè)實(shí)施例中，靶區(qū)域中的靶板具有小于在750kev下靶材料中的電子穿透深度的200％的厚度，優(yōu)選地小于電子穿透深度的150％的厚度，更優(yōu)選地小于電子穿透深度的125％的厚度。

在一個(gè)實(shí)施例中，轂具有用于將轂安裝至軸承以便繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的安裝裝置。

在一個(gè)實(shí)施例中，轂具有厚度相對(duì)減小的第一徑向內(nèi)區(qū)域和厚度相對(duì)增加的第二徑向向外區(qū)域。

在一個(gè)實(shí)施例中，第二區(qū)域設(shè)置有用于冷卻流體的多個(gè)徑向延伸的通道；第一區(qū)域的相對(duì)減小的厚度限定了轂的軸向面中的凹槽；并且多個(gè)通道終止于凹槽的周向壁中提供的相應(yīng)的端口。

在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)通道被連接為以限定從凹槽的壁延伸并返回至凹槽的壁的至少一個(gè)連續(xù)流動(dòng)路徑。

在一個(gè)實(shí)施例中，轂包括位于凹槽中的冷卻劑分配器，并且該冷卻劑分配器提供：冷卻劑入口端口和冷卻劑出口端口；用于使供給至入口端口的冷卻劑去往至少一個(gè)連續(xù)流動(dòng)路徑的供給路徑；以及用于使從至少一個(gè)連續(xù)流動(dòng)路徑返回的冷卻劑去往至少一個(gè)出口端口的返回路徑。

在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻劑分配器包括在凹槽中提供的中央凸臺(tái)，該凹槽具有至少一個(gè)入口端口和至少一個(gè)出口端口以及可選地從凸臺(tái)延伸至在凹槽的周向壁中提供的端口的多個(gè)管道，中央凸臺(tái)具有被布置為可選地經(jīng)由多個(gè)管道將冷卻劑從入口端口分配到至少一個(gè)連續(xù)流動(dòng)路徑以及從至少一個(gè)連續(xù)流動(dòng)路徑分配到出口端口的內(nèi)部通道。

根據(jù)第十一方面，提供了一種x射線槍?zhuān)ǎ弘娮邮l(fā)生器和第九方面的實(shí)施例的x射線發(fā)射靶，x射線發(fā)射靶被可旋轉(zhuǎn)地放置為使得來(lái)自電子束發(fā)生器的電子在靶旋轉(zhuǎn)的同時(shí)照射環(huán)形靶區(qū)域的一部分。

根據(jù)第十二方面，提供了一種x射線源，包括：電連接到高電壓發(fā)生器的陰極，陰極用于將電子束發(fā)射至靶；以及被布置為圍繞陰極的屏蔽電極，屏蔽電極在將陰極連接到靶的虛線的方向上具有孔口，其中，屏蔽電極維持在相對(duì)于靶的與相對(duì)于陰極不同的電位差。

在一個(gè)實(shí)施例中，x射線源還包括用于容納陰極和屏蔽電極的外殼，其中，屏蔽電極在陰極與外殼之間移動(dòng)。

在一個(gè)實(shí)施例中，屏蔽電極具有多個(gè)電極元件，電極元件具有孔口并且被設(shè)置為圍繞陰極。

在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)陰極元件中的每一個(gè)陰極元件維持在不同的電壓，以使得電極元件中的每一個(gè)電極元件與靶之間的相對(duì)電位隨著相應(yīng)的電極元件與外殼的接近度而變低。

在一個(gè)實(shí)施例中，x射線源還包括被設(shè)置在陰極周?chē)膚ehnelt，其中，wehnelt與靶之間的電位差大于陰極與靶之間的電位差。

在一個(gè)實(shí)施例中，x射線源還包括根據(jù)權(quán)利要求1至14中的任一項(xiàng)的被布置為提供陰極與靶之間的電位差的高電壓發(fā)生器。

在一個(gè)實(shí)施例中，屏蔽電極在與孔口不同的位置處具有第二孔口。

附圖說(shuō)明

為了更好地理解本發(fā)明并且為了示出如何可以使本發(fā)明生效，僅以示例的方式參考附圖，其中：

圖1示出了公知的x射線源的示例；

圖2示出了為本發(fā)明的實(shí)施例的x射線源的示意性概圖；

圖3示出了圖2的實(shí)施例中的電子束槍的示意圖；

圖4示出了圖3中的電子束槍的高電壓電極的放大視圖；

圖5示出了圖3中的電子束槍的高電壓電極的另一個(gè)細(xì)節(jié)；

圖6示出了與圖2的實(shí)施例中所示的電子束槍一起使用的遠(yuǎn)程模塊的細(xì)節(jié)；

圖7是示出了使用旋轉(zhuǎn)透射靶從聚焦的電子束產(chǎn)生高通量微聚焦x射線束的原理的示意圖；

圖8a示出了用于旋轉(zhuǎn)軸的傳統(tǒng)類(lèi)型的真空密封件；

圖8b示出了用于旋轉(zhuǎn)軸的另一個(gè)傳統(tǒng)類(lèi)型的真空密封件；

圖9示出了用于在圖2的實(shí)施例中使用的旋轉(zhuǎn)軸的真空密封件的實(shí)施例；

圖10示出了適合于與圖2中所示的x射線源一起使用的旋轉(zhuǎn)靶組件的實(shí)施例；

圖11a示出了用于支撐靶板以形成用在圖2的實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)x射線發(fā)射靶的實(shí)施例的轂；

圖11b示出了沿著圖11a中所示的線i-ii的橫截面；

圖12a示出了適合于用在圖2的實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)靶組件的實(shí)施例的一部分；

圖12b示出了沿著圖12a中的線iii-iv的橫截面。

具體實(shí)施方式

基本結(jié)構(gòu)以及一般性原理

可以通過(guò)利用適當(dāng)?shù)母吣芰侩娮邮丈溆砂^大比例的高原子序數(shù)原子或離子的材料所組成的靶來(lái)產(chǎn)生x射線。通過(guò)使電子加速跨大電位差并且然后將束引導(dǎo)至靶來(lái)產(chǎn)生電子束。電子束中的電子與高原子序數(shù)核的電場(chǎng)相互作用，并且通過(guò)軔致輻射過(guò)程發(fā)射x射線光子。因此，生成的x射線具有連續(xù)譜，該連續(xù)譜具有由入射光子的能量所決定的能量上限。

然而，在100kev的示范性電子束的情況下，通常僅1％的入射電子束能量轉(zhuǎn)換為x射線輻射；剩下的入射電子束能量作為熱而沉積在靶中。盡管束能量中轉(zhuǎn)換為x射線輻射的比例隨著漸增的電子束能量而增加，但是對(duì)于大部分商業(yè)應(yīng)用和研究應(yīng)用而言，大部分束能量作為熱沉積在靶中。

由于通過(guò)軔致輻射過(guò)程產(chǎn)生的x射線是以角分布來(lái)發(fā)射，所以x射線的束可以在反射模式下源自于靶的與入射束相同的一側(cè)，或者在透射模式下源自于靶的與入射束相反的一側(cè)。為了高分辨率成像，優(yōu)選透射模式，因?yàn)殡娮邮梢跃劢篂樾」獍?，?dǎo)致產(chǎn)生小尺寸的x射線源。然而，由于靶必須要足夠薄以便不會(huì)吸收發(fā)射的x射線，所以透射模式中使用的靶不能使由高通量的電子所生成的熱能容易地耗散。

在圖1中示出了適合于ct成像的公知的x射線源。圖1的x射線源封裝在真空外殼910中，真空外殼910被泵至通常10^-5毫巴或者更好的高真空。通過(guò)確保適當(dāng)?shù)卣婵彰芊馔鈿げ⑶胰缓笸ㄟ^(guò)將諸如渦輪泵之類(lèi)的適當(dāng)?shù)恼婵毡脩?yīng)用于泵端口911來(lái)實(shí)現(xiàn)該真空。高真空是支持電子束所必需的。

將真空外殼保持在地電位，并且通過(guò)高電壓發(fā)生器920在高電壓電極923處產(chǎn)生高電壓。在高電壓發(fā)生器920中，高電壓電極923被提供在外殼910內(nèi)，并通過(guò)電壓倍增器922被提高至相對(duì)于接地外殼910的適當(dāng)高(負(fù))的電位差。

在圖1的示例中，電壓倍增器是cockroft-walton電壓倍增器，其由適當(dāng)?shù)夭贾玫碾娙萜骱碗娮杵鞯木W(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其通過(guò)輸入隔離變壓器927來(lái)接收交變輸入電壓，并將高電壓負(fù)dc電位輸出至電極923。該高電壓發(fā)生器在本領(lǐng)域是公知的，并且電壓倍增因子由倍增器每條管腳上串聯(lián)的電容器的數(shù)量以及這些電容器的值來(lái)確定。

然而，在高電壓電極處可達(dá)到的電壓實(shí)際上受某電壓限制，在該電壓下，存在于高電壓電極923與接地真空外殼910之間的高電位差將導(dǎo)致真空外殼910中的殘余氣體電離。該電離導(dǎo)致所達(dá)到的高電壓通過(guò)電弧放電至外殼910的壁而耗散。因此，可達(dá)到的電壓實(shí)際上受許多實(shí)際因子限制。

第一因子是腔室內(nèi)可達(dá)到的真空度，因?yàn)檩^軟(soft)，即高電壓真空將在較低電壓下經(jīng)受電擊穿。在10^-4毫巴或者更好的真空下，真空介電強(qiáng)度接近最大值。

第二因子是高電壓電極923的表面離腔室的壁的距離，較近的接近距離與在其下會(huì)出現(xiàn)電擊穿的較低電壓相關(guān)。實(shí)際上，該距離并非與電壓成線性比例；在高電壓下，可在亞擊穿(sub-breakdown)密度下生成的離子會(huì)被加速，并且它們本身可以生成二次離子。沿著被加速的離子的路徑的二次離子的密度可以足夠高以觸發(fā)放電事件，即使在長(zhǎng)距離范圍內(nèi)。

第三因子是高電壓電極923的形狀，急劇彎曲的表面聚集電位梯度并且激勵(lì)電離。因此，通常以圓柱形形狀、鐘形形狀或環(huán)形形狀來(lái)提供高電壓電極923的形狀，以便確保高電壓電極923中最靠近壁910的那些部分未呈現(xiàn)出大曲率半徑。

通過(guò)其使高電壓電極923可以放電的另一個(gè)路線是通過(guò)積聚電壓倍增器922內(nèi)的各種電位的部件。因此，電壓倍增器本身被包圍在延長(zhǎng)的絕緣套管924內(nèi)，延長(zhǎng)的絕緣套管924從外殼910的后壁延伸并且在其其它端部處支撐高電壓電極923?？梢岳弥T如介電油之類(lèi)的絕緣物質(zhì)填充套管924的內(nèi)部，以進(jìn)一步抑制套管內(nèi)的放電。在此，套管924是圓柱形的。

最終的放電路線可能沿著套管924的外部表面。一定要將套管924做得足夠長(zhǎng)以降低沿著套管的電位梯度并且抑制這種放電。此外，套管924的最大安全長(zhǎng)度不與電壓成線性比例。

然而，通常在x射線源以及高電壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在某些情況下即使設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)也會(huì)經(jīng)受高電壓電極與處于地電位的附近表面之間的意想不到的電弧放電。然而，在為了維護(hù)而需要打開(kāi)的真空系統(tǒng)中，真空系統(tǒng)的部分內(nèi)的微腔可以立即釋放足夠的氣體來(lái)降低真空介電強(qiáng)度并允許放電。在該事件中，非常大的電流將通過(guò)電弧從電壓倍增器流動(dòng)至地，如果該電弧未受阻，那么將傾向于損壞電壓倍增器的部件。因此，浪涌電阻器928安裝在電壓倍增器922的輸出端與高電壓電極923之間，以限制在高電壓倍增器中的總存儲(chǔ)電位的放電的情況下會(huì)沿著意想不到的路徑流動(dòng)的最大電流。

高電壓發(fā)生器的功能是提供適當(dāng)?shù)拇?負(fù))電壓以加速來(lái)自維持在高電壓的電子源的電子，以形成電子束。圖1的公知示例中的電子源920是在高電壓電極923處提供的經(jīng)加熱的燈絲921。高電壓電極923在電極的前表面處具有小孔口，燈絲921通過(guò)該小孔口伸出。燈絲也連接到電壓倍增器922，并且因此維持在與高電壓電極923實(shí)質(zhì)上相同的電壓下。

將被加熱的燈絲加熱至一溫度，在該溫度下，燈絲中的電子通過(guò)熱電子發(fā)射來(lái)釋放，并且可以在高電壓電極923與接地真空外殼910之間的高電位差的影響下在自由空間中遠(yuǎn)離燈絲行進(jìn)。為了達(dá)到此高溫度，借助于隔離變壓器926將震蕩電位施加至利用電壓倍增器922已達(dá)到的高電壓之上的燈絲，隔離變壓器926也通過(guò)加熱電流源來(lái)抑制高電壓放電至地。用于加熱電流源的隔離變壓器也包含在絕緣套管924內(nèi)。

高電壓電極923除了提供相對(duì)于地的加速電位之外，也充當(dāng)法拉第屏蔽，以便從電極923與真空外殼910的壁之間的電位差來(lái)屏蔽電極的內(nèi)部。因此，在圖1的布置中，高電壓電極923在本領(lǐng)域中也稱(chēng)為“法拉第殼體”。因此，法拉第殼體也可以將在電壓倍增器922的高電壓側(cè)處的概念性地表示為控制模塊925的任何控制電子設(shè)備與真空外殼910內(nèi)的電位梯度屏蔽。高電壓電極923的內(nèi)部像套管924一樣可以由諸如介電油之類(lèi)的絕緣材料、絕緣氣體或填充樹(shù)脂來(lái)填充，以進(jìn)一步降低套管內(nèi)放電的可能性。

因此，在圖1中，當(dāng)高電壓電極923提高至適當(dāng)高的電位時(shí)，并且當(dāng)燈絲921提高至適當(dāng)高的溫度時(shí)，將從維持在接近高電壓的電壓(例如，與高電壓的差在0.1％至1％之內(nèi)的電壓)下的燈絲加速電子束，并且由高電壓電極923在正方向上朝著外殼910的殼體引導(dǎo)該電子束。鐘形形狀或環(huán)形形狀的高電壓電極923產(chǎn)生了適當(dāng)形狀的等電位，其激勵(lì)電子在前向束中加速而不是具有寬的角分布。替代地，具有輻射式邊緣的圓柱形電極可以與維持在與高電壓電極相同的電位下并且被布置為圍繞燈絲且具有像前向束一樣引導(dǎo)電子的幾何形狀的平面焦距杯或微凹焦距杯一起使用。因此，圖1中所示的電子源與高電壓發(fā)生器的組合充當(dāng)電子束發(fā)生器。

在該配置中，最靠近燈絲921的高電壓電極923的前表面充當(dāng)所謂的“wehnelt”(該wehnelt充當(dāng)控制柵極和會(huì)聚式靜電透鏡)，以使得通過(guò)控制高電壓電極923相對(duì)于燈絲921的電壓，使電子束可以漸進(jìn)地局限于前向筆型束并且最終由于wehnelt的斥力場(chǎng)而切斷。如上所述，可以將電極相對(duì)于燈絲921與接地外殼之間的加速電壓的負(fù)柵極電壓設(shè)置為加速電壓的0.1％至1％，其中0.1％提供少量的束整形以激勵(lì)前向發(fā)射，而1％則完全切斷束。然而，在不同的幾何形狀的情況下，可以選擇柵極電壓與加速電壓的比率以適合應(yīng)用要求。法拉第殼體和wehnelt可以是整體式或者也可以是分立的。在一些應(yīng)用中，可以將法拉第殼體和wehnelt設(shè)置為具有與燈絲相同的電位，或者可以將法拉第屏蔽體設(shè)置為具有與燈絲相同的電位而wehnelt具有相對(duì)于燈絲較小的負(fù)電位。

從燈絲產(chǎn)生的電子束進(jìn)入具有聚焦線圈931的磁透鏡930，聚焦線圈931起到了將電子束聚焦為靶941上的光斑的作用。在產(chǎn)生光斑的區(qū)域中的靶941包括在電子束照射下發(fā)射x射線的材料。例如，可以使用鎢或者具有高原子序數(shù)和高熱導(dǎo)率的類(lèi)似的材料。靶941維持在諸如地電位之類(lèi)的與外殼相同或相似的電位。

電子束的聚焦在應(yīng)用于靶941之前是有利的，因?yàn)槭怯墒c靶941相互作用的體積的大小來(lái)確定用于對(duì)靶進(jìn)行成像的x射線源的尺寸的。從簡(jiǎn)單的射線光學(xué)可以理解的是，當(dāng)照射光源的尺寸大時(shí)，放置于光源與投影平面之間的不透明的對(duì)象所投射的陰影具有軟邊緣，并因此會(huì)提供對(duì)象的較低分辨率圖像；相反，當(dāng)源小時(shí)，投射的陰影清晰，并且投影圖像將具有相對(duì)較高的分辨率。x射線成像也是如此；當(dāng)源小時(shí)，產(chǎn)生的圖像較清晰、具有較高的放大率，并因此將提供較高的分辨率以及更多的信息。因此，將束聚焦為小光斑對(duì)于ct過(guò)程中的3d重構(gòu)是有利的。

然而，當(dāng)將電子束聚焦至小光斑尺寸(其可以包括在所謂的微聚焦x射線系統(tǒng)中具有微米量級(jí)尺寸的光斑)時(shí)，在靶中的光斑的位置處每單位面積沉積的能量是高的，特別是在高電子能量的情況下將導(dǎo)致高x射線光子能量，而對(duì)于高電子通量，導(dǎo)致高x射線通量。未轉(zhuǎn)換為發(fā)射的x射線的所沉積的能量(入射束能量中的大部分)作為熱耗散在靶中。

因此，存在靶在劇烈的局部加熱下可能會(huì)開(kāi)始熔化或變形的問(wèn)題。因而，為了避免給靶施加熱應(yīng)力，傳統(tǒng)上靶形成為延伸的一塊靶材料，其持續(xù)地足夠快地移動(dòng)通過(guò)聚焦光斑以便持續(xù)地向入射束呈現(xiàn)新的、涼的靶表面，并因此來(lái)確保即使瞬時(shí)的入射能量密度很大，靶材料中每秒每單位面積所沉積的平均能量也不會(huì)過(guò)大。在圖1的布置中，這通過(guò)將靶形成為盤(pán)941并且然后通過(guò)借助于軸942使盤(pán)941繞軸旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于靶941也在真空外殼910內(nèi)，所以軸通過(guò)真空密封件943轉(zhuǎn)(pass)到真空外殼的外部。

源自燈絲921的電子束照射靶的結(jié)果是，從靶發(fā)射的x射線束通過(guò)x射線窗口912離開(kāi)真空外殼。因此，靶對(duì)象可以置于在x射線窗口912與諸如一片x射線敏感膜之類(lèi)的適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)器之間，然后可以獲得x射線圖像。

在圖1的設(shè)備中，在不將真空外殼910做得極大的情況下，對(duì)于致密的靶對(duì)象或延伸的靶對(duì)象在高電壓電極923處難以實(shí)現(xiàn)足夠高的電壓。此外，難以使套管924足夠耐受如此高的電壓。特別地，難以實(shí)現(xiàn)接近或超過(guò)500kev的電子束，優(yōu)選地750kev的電子束。因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了圖2中所示的修改布置。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，圖2中的x射線源在保留了許多結(jié)構(gòu)和功能上的相似性的同時(shí)，在若干重要方面不同于圖1所示的x射線源。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為圖2中具有附圖標(biāo)記1xx的部件與圖1所示的具有形式9xx的相應(yīng)的附圖標(biāo)記的部件具有實(shí)質(zhì)上相似的結(jié)構(gòu)和功能，除了另作說(shuō)明的情況之外。

高電壓發(fā)生器

首先，圖2的實(shí)施例的高電壓發(fā)生器120的構(gòu)造不同于圖1中公開(kāi)的高電壓發(fā)生器的構(gòu)造。特別是，圖2的高電壓發(fā)生器120具有由串聯(lián)設(shè)置的三個(gè)單獨(dú)的cockroft-walton電壓倍增器122a、122b、122c所構(gòu)成的多級(jí)電壓倍增器122。除了最后的電壓倍增器之外，每一個(gè)單獨(dú)的電壓倍增器的輸出端連接到下一個(gè)電壓倍增器的輸入端，最后的電壓倍增器具有被連接到高電壓電極的輸出端，以使得作為一個(gè)整體來(lái)看，高電壓電極123a是高電壓發(fā)生器的輸出電極。此外，除了末端的電壓倍增器122a之外，每一個(gè)電壓倍增器的輸出端連接到屏蔽電極123b、123c。

每一個(gè)屏蔽電極123b、123c設(shè)置為圍繞，優(yōu)選同軸圍繞，高電壓電極123a，并且也圍繞任何的屏蔽電極，其在工作中實(shí)現(xiàn)相對(duì)于它較高的電位。因此，屏蔽電極123c圍繞屏蔽電極123b和高電壓電極123a。盡管在圖2所示的多級(jí)電壓倍增器有三級(jí)，但是級(jí)數(shù)可以變化并且例如可以省略第一級(jí)122c和第一屏蔽電極123c。替代地，可以提供四級(jí)或更多級(jí)，每一級(jí)與其本身的屏蔽電極相關(guān)聯(lián)。有利的是每一個(gè)屏蔽電極在前向表面處還具有發(fā)射孔口，該發(fā)射孔口允許從燈絲121生成的電子束自由通過(guò)，并且進(jìn)一步有利的是電子束的出口點(diǎn)處的每一個(gè)場(chǎng)電極123b、123c和高電壓電極123a沿著等電位線以避免干擾束軌跡。然而，在大多數(shù)情況下，可選地具有輻射式邊緣的圓柱形屏蔽電極足以避免擊穿，并且在不存在超出實(shí)際約束的限制的情況下可以采用其它幾何形狀。屏蔽電極可以是連續(xù)的，或者可以由網(wǎng)孔構(gòu)成。如果由網(wǎng)孔構(gòu)成，那么網(wǎng)孔的孔口可以避免對(duì)限定的發(fā)射孔口的要求。

以圖2所示的方式來(lái)提供嵌套的電極的優(yōu)點(diǎn)在于，相比于被包圍的電極與外殼110的壁之間存在的電位差，在每一個(gè)屏蔽電極與其直接包圍的電極之間存在更小的電位差。此布置的結(jié)果是，由于在電位差的情況下?lián)舸┻^(guò)程的非線性行為，當(dāng)工作在中間電壓下的電極被放置于那些電極之間的中間距離處時(shí)，導(dǎo)致真空中的電弧或者沿著由給定距離隔開(kāi)的兩個(gè)電極之間的套管的放電的電位差不會(huì)導(dǎo)致電弧或放電。

有利地是，中間電極或屏蔽電極放置于高電壓表面與低電壓表面之間近似等距離處，并且維持在介于那些表面之間的電位。因此，在諸如圖2所示的發(fā)生器之類(lèi)的發(fā)生器中，高電壓電極123a可以維持在750kv，第一屏蔽電極123b可以維持在500kv，而第二屏蔽電極123c可以維持在250kv，每一個(gè)電壓都相對(duì)于接地外殼110。然而，在其它實(shí)施例中，屏蔽電極之間的電位可以交替為至少150kv、至少200kv、或者至少300kv。

例如，在一些配置中，在兩個(gè)圓柱形電極之間的電位為500kv、壓強(qiáng)為1×10^-4毫巴并且兩個(gè)電極之間的間距為150mm的情況下，擊穿可能以高于每小時(shí)一次的頻率出現(xiàn)，但是具有維持在250kv的額外的中間等距離屏蔽電極的相同配置會(huì)很少出現(xiàn)擊穿。

因此，高電壓電極123a與接地真空外殼110之間可以維持提高(較高)程度的電位差，同時(shí)保持設(shè)備的整個(gè)尺寸相對(duì)較小。高電壓電極123a處的該高電壓的供給容許在離開(kāi)通過(guò)輸出端、第一屏蔽電極和第二屏蔽電極中的孔口、進(jìn)入磁透鏡130并且到達(dá)靶500上的焦點(diǎn)的電子束中實(shí)現(xiàn)750kev的電子能量。因此，在從靶500產(chǎn)生的x射線束中可以實(shí)現(xiàn)非常高的x射線光子能量，即具有在500kev處產(chǎn)生并延伸直到750kev的峰值的電子束光譜。

在圖2所示的多級(jí)電壓倍增器中，同樣有利的是，將向燈絲121提供交變加熱電流的隔離變壓器依次分為三個(gè)隔離變壓器126c、126b和126a，以避免需要將額定值定為高于倍增器中的每一級(jí)之間的電位差的隔離變壓器、并且使沿著套管124的長(zhǎng)度的給定位置處的所有部件維持在類(lèi)似的電位并且因此來(lái)避免需要套管124內(nèi)的增強(qiáng)的絕緣。

同樣有利地是，在多級(jí)電壓倍增器的每一級(jí)的輸出端處提供浪涌電阻器128a、128b和128c。這樣做容許每一個(gè)浪涌電阻器僅經(jīng)歷一定比例的總電壓，容許較低電阻的電阻器用于給定電壓以及最大可容許浪涌電流。例如，如圖3所示，為了清楚省略了用于燈絲的驅(qū)動(dòng)變壓器、并且將名義值(notionalvalue)用于一個(gè)電壓倍增器的輸出端與至下一個(gè)電壓倍增器的輸入端之間的每一個(gè)電阻器rs、并且提供具有值rs/2的末端的浪涌電阻器128a容許每一個(gè)中間電阻器僅經(jīng)歷總電壓的三分之一。此外，將末端的電阻器128a選擇為具有值rs/2還容許跨電壓倍增器中的每一級(jí)的電壓以相同的速率崩潰(假設(shè)所有電容器是等值的)。因此，即使不想要的擊穿出現(xiàn)，也可以安全地使能量耗散。結(jié)果，僅需要將套管124的額定值定為250kv，因?yàn)檫@是其在擊穿事件期間需要承受的最大電位差。最后，中間電阻器使電壓倍增器免受至彼此的與電極的本身電容相關(guān)的高電流，并且保護(hù)所有可能的放電路徑。

實(shí)際上，可以根據(jù)位置的要求來(lái)選擇浪涌電阻器128a、128b和128c的值；降低浪涌電阻器的值將增大將驅(qū)動(dòng)電壓轉(zhuǎn)移至上一級(jí)的效率，而增大浪涌電阻器的值則傾向于提高倍增器部件免受放電事件的影響。

圖3所示的高電壓發(fā)生器的配置的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，在套管124內(nèi)的高電壓發(fā)生器的元件與圍繞套管的任何部分的屏蔽電極之間存在減小的電位差。因此，可以降低套管的厚度，而不需要針對(duì)高電壓電極123a與地之間的全電位差設(shè)定該厚度的額定值。相反，其僅需要將針對(duì)嵌套的電極之間的最大電位差(例如針對(duì)250kv)設(shè)定額定值。

當(dāng)然，圖2所示的布置完全是示范性的，并且取決于對(duì)x射線源的工程要求可以做出多種修改。

例如，在圖2中，屏蔽電極123b和123c實(shí)質(zhì)上包圍了高電壓電極123a，但是在其中重要尺寸是真空外殼110相對(duì)于束路徑的半徑并且其中可以沿著束發(fā)射方向在高電壓電極123a與外殼的前壁110a之間提供額外間隙的布置中，兩個(gè)屏蔽電極中的每一個(gè)屏蔽電極僅需要周向地包圍高電壓電極。然而，該設(shè)計(jì)要求套管124的額定值被設(shè)定為承受跨其厚度的在高電壓電極與接地真空外殼110之間的全電位差。

使用圖2所示的布置，即使不要求非常高的電子束能量，對(duì)于給定的束能量也可以使得設(shè)備在尺寸上更緊湊。然而，在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)前優(yōu)選的是由電壓發(fā)生器的每一級(jí)128a、128b和128c提供至少150kv，優(yōu)選地250kv，并且最優(yōu)選地300kv。該設(shè)置容許從緊湊的外殼提供750kev的束能量。

此外，在一些實(shí)施例中，例如，如果不考慮沿著套管的長(zhǎng)度放電的顯著可能性，而不是以上所描述的發(fā)生器的串聯(lián)布置，屏蔽電極可以各自由不同的高電壓發(fā)生器驅(qū)動(dòng)至驅(qū)動(dòng)高電壓電極123a的發(fā)生器。

高電壓電極控制系統(tǒng)

在圖2的布置中，向位于高電壓電極123a內(nèi)的控制模塊提供控制信號(hào)以及提供來(lái)自該控制模塊的控制信號(hào)以便例如監(jiān)測(cè)燈絲921的狀態(tài)以及控制燈絲921的溫度及其相對(duì)電位有時(shí)是必要的。然而，僅僅運(yùn)行沿著套管的控制線路不是優(yōu)選的，因?yàn)樾枰诟唠妷喊l(fā)生器的每一級(jí)處隔離這些控制線路以便防止沿著控制線路的高電壓放電。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，圖2的布置采用了光耦合控制機(jī)制，其包含光電發(fā)射器201a和光電探測(cè)器201b(未示出)，光電發(fā)射器201a和光電探測(cè)器201b起到安裝在高電壓電極123a處并且被包圍在高電壓電極123a內(nèi)的控制模塊的作用并且與起到安裝在真空外殼110的壁處的遠(yuǎn)程模塊的作用的相應(yīng)的光電發(fā)射器202a和光電探測(cè)器202b(未示出)進(jìn)行光通信。光電發(fā)射器和光電探測(cè)器通過(guò)從真空外殼110的壁至高電壓電極123a的內(nèi)部(反之亦然)的真空來(lái)相互中繼模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，而無(wú)需提供有利地由每一個(gè)電極123a、電極123b和電極123c中的孔口(允許通信中所采用的波長(zhǎng)的光通過(guò))所實(shí)現(xiàn)的任何傳導(dǎo)路徑。

在圖2的實(shí)施例中，光電發(fā)射器201a、202a是預(yù)聚焦的近紅外led，而光電探測(cè)器201b、202b是工作在近紅外的光電二極管。

由于從電子束槍120發(fā)射的電子束，然而在真空外殼110內(nèi)剩余的殘余氣體可以變?yōu)殡婋x的，并且取決于相關(guān)離子上的電荷而傾向于漂移至高電位或低電位的區(qū)域。該離子可以沉積在光電發(fā)射器和光電探測(cè)器的通常為絕緣塑料的光表面上。

因此，在擴(kuò)展操作期間以及未對(duì)這些光表面進(jìn)行維護(hù)和清潔時(shí)期，由于光表面的污染，對(duì)于通信可能存在隨著時(shí)間而失效的趨勢(shì)。

此問(wèn)題的一個(gè)方案是在每一個(gè)相應(yīng)的光電發(fā)射器和光電探測(cè)器前提供透明的屏蔽體以實(shí)現(xiàn)較容易的清潔并且允許在屏蔽體被污染時(shí)替換屏蔽體。然而，當(dāng)傳統(tǒng)的透明塑料或透明玻璃用于該屏蔽體時(shí)，當(dāng)前發(fā)明人發(fā)現(xiàn)仍然存在光通信的效率隨著時(shí)間而劣化的可能性，可能導(dǎo)致不可預(yù)知的設(shè)備故障。

當(dāng)前發(fā)明人已經(jīng)意識(shí)到塑料表面易于獲得并且維持來(lái)自入射離子的靜電荷的趨勢(shì)在此現(xiàn)象中可以是重要的影響因子。因此，在圖2的布置中，提供了各自具有透明傳導(dǎo)涂層的透明屏蔽體203a、203b(未示出)、透明屏蔽體203c和203d(未示出)以覆蓋各自的中繼光電發(fā)射器201a和光電探測(cè)器201b、光電發(fā)射器202a以及光電探測(cè)器202b，以使得取決于屏蔽體的位置而將傳導(dǎo)涂層耦合到高電壓電極或接地的被壁圍住的真空外殼110。

在圖2的實(shí)施例中，透明的屏蔽體被提供作為分別形成高電壓電極123a和真空外殼110的真空密封件的部分的窗口，并且被布置為在屏蔽體的與布置了光電發(fā)射器或光電探測(cè)器的一側(cè)相反的一側(cè)(暴露在真空中的一側(cè))具有其傳導(dǎo)涂層。因此，不僅僅透明屏蔽體收集否則可能已經(jīng)直接沉積在光電發(fā)射器或光電探測(cè)器上的任何沉積物，它們也能夠借助傳導(dǎo)涂層來(lái)使局部靜態(tài)電荷耗散并且因此而不太可能吸引和保留該涂層。

可以以傳統(tǒng)上本領(lǐng)域公知的任何方式來(lái)提供傳導(dǎo)透明屏蔽體。圖2的布置采用了涂覆有氧化銦錫(ito)的透明傳導(dǎo)涂層的諸如硼硅酸鹽之類(lèi)的透明的玻璃基板，盡管其它透明基板以及例如沉積在透明的塑料基板上的傳導(dǎo)金屬模之類(lèi)的其它透明傳導(dǎo)涂層也是可用的。

圖2的布置還采用了防止不想要的沉積物的另外的對(duì)策，如結(jié)合真空外殼110的壁中所提供的光電探測(cè)器202a示出的，盡管同樣可適合于真空外殼的壁中的光電發(fā)射器或者高電壓電極123a內(nèi)的光電探測(cè)器或光電發(fā)射器。在圖6中最清楚地示出了該對(duì)策的細(xì)節(jié)，圖6是包括形成真空外殼110的壁的部分的光電探測(cè)器202a的遠(yuǎn)程模塊的放大。

在圖6的布置中，在外殼205中提供的通道(channel)207的端部處提供了覆蓋光電探測(cè)器202a并形成真空腔110的真空密封件的部分的透明傳導(dǎo)屏蔽體203c，外殼205形成了真空外殼110的可移除部分。通道207具有通往包圍高電壓電極123a的真空外殼110的一部分的一個(gè)端部以及終止于在位于光電二極管202a的前面的屏蔽體203c中的另一個(gè)端部。通道207具有彎曲(在圖6的實(shí)施例中為近似直角的彎曲)，并且反射鏡204a位于通道207的彎曲中以將來(lái)自在高電壓電極123a中提供的光電發(fā)射器201a的光重定向至光電探測(cè)器202a中。

提供通道207和反射鏡204a的優(yōu)點(diǎn)在于：由于電子束的影響而產(chǎn)生的離子將沿著通道207發(fā)射地行進(jìn)并且傾向于沉積在反射鏡204a的表面上而不是沉積在屏蔽體203c上。反射鏡204a可以容易地由諸如金屬之類(lèi)的傳導(dǎo)材料構(gòu)成，并因此甚至降低了由于靜電荷的存在而引起的電離的離子沉積在反射鏡204a上的趨勢(shì)。然而，如果出現(xiàn)這種沉積，那么反射鏡可以容易地被去除并且由來(lái)自真空外殼110的分離的殼體205替換并且替換反射鏡，而無(wú)需打擾相對(duì)更加精密的傳導(dǎo)透明屏蔽體203c。

然而，如果針對(duì)設(shè)備安排定期維護(hù)，那么這種布置可能不是必要的，并且可以省略這些對(duì)策中的部分或所有對(duì)策。例如，圖5示出了被提供作為由高電壓電極123a形成的真空密封件的部分并且覆蓋了光電探測(cè)器201b的透明傳導(dǎo)屏蔽體203b，其中所示的光電探測(cè)201b由介電油圍繞。

然而，如圖4所示，透明屏蔽體203a不需要同樣地被提供作為由真空外殼或高電壓電極所提供的真空密封件的部分，但是可以放置在真空外殼或高電壓電極處或者真空外殼或高電壓電極內(nèi)。如果提供在真空外殼的壁處或高電壓電極處，那么可能會(huì)提供真空卸載通道206(如在圖4中的實(shí)施例的高電壓電極123a中所示出的)以允許透明屏蔽體203a的每一側(cè)上的空間達(dá)到相等的壓強(qiáng)。

原理上，透明屏蔽體可以安裝在光電探測(cè)器或光電發(fā)射器前面的某個(gè)距離處。然而，該布置將需要屏蔽體具有相對(duì)較大的區(qū)域以有效地降低到達(dá)光電探測(cè)器或光電發(fā)射器處的污染物。因此，圖2中所示的其中透明屏蔽體203a、203c安裝在高電壓電極和真空外殼110的壁處的當(dāng)前布置是優(yōu)選的。

此外，取決于到達(dá)這些部分中的每一個(gè)的容易程度、清潔這些部件中的每一個(gè)的容易程度、以及經(jīng)驗(yàn)上確定的在這些部分中的每一個(gè)上的沉積率，可以僅針對(duì)在高電壓電極中提供的光電探測(cè)器和光電發(fā)射器、僅針對(duì)在真空外殼110的壁處提供的光電探測(cè)器和光電發(fā)射器、僅針對(duì)光電探測(cè)器、或僅針對(duì)光電發(fā)射器提供傳導(dǎo)屏蔽體。

優(yōu)選地是，圖6中所示的殼體205從真空外殼110的剩余壁可移除地安裝以使得用戶能夠替換反射鏡204a并且清潔透明屏蔽體203c，但是根據(jù)需要，殼體205可以替代地與真空外殼110的壁形成一個(gè)整體。

低摩擦旋轉(zhuǎn)真空密封件

一旦電子束從位于高電壓電極123a中的燈絲121發(fā)射出，其就被磁透鏡131形成焦點(diǎn)，并且與旋轉(zhuǎn)靶500相互作用。

圖7示意性地示出了從旋轉(zhuǎn)靶上的微聚焦電子束光斑處生成x射線束的過(guò)程。然而，由于高電子束能量在圖2的布置的情況下是可能的以及為達(dá)到優(yōu)越的信噪比所必要的高通量，所以沉積至旋轉(zhuǎn)靶941上的微聚焦光斑中的能量可以非常高。因此，提供至靶941的冷卻必須非常有效率且靶941必須具有非常高的熱容量，或者靶材料必須足夠迅速地移動(dòng)通過(guò)電子束的微聚焦位置以便在熱負(fù)荷下不會(huì)變形或熔化。

為了使用旋轉(zhuǎn)靶圓盤(pán)實(shí)現(xiàn)靶材料足夠快地通過(guò)微聚焦點(diǎn)需要以高角速度驅(qū)動(dòng)大直徑靶圓盤(pán)。在諸如圖1中所示的旋轉(zhuǎn)靶布置中，可以由經(jīng)由旋轉(zhuǎn)真空密封件943從真空外殼910的內(nèi)部通過(guò)至真空外殼910的外部的軸942來(lái)驅(qū)動(dòng)靶圓盤(pán)941，其在抑制氣流從真空外殼910的外部流至內(nèi)部的同時(shí)允許軸旋轉(zhuǎn)。在圖8a中示出了傳統(tǒng)的真空密封件布置，其中，外殼943a限定了軸942通過(guò)的孔943c，并且支撐抑制氣流從孔943c的一個(gè)端部流至另一個(gè)端部的密封件元件943b?？梢詫⒚芊饧?43b提供為o-環(huán)型密封件、唇形密封件或者甚至鐵磁流體密封件。然而，所有的這些布置具有以下缺點(diǎn)：軸942與密封件943b之間的接觸在系統(tǒng)中生成摩擦，并且將實(shí)際速度限制至約6000轉(zhuǎn)每分鐘(rpm)。諸如使用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和靶上的隨動(dòng)磁鐵來(lái)驅(qū)動(dòng)靶之類(lèi)的其它布置在針對(duì)快速但受控制旋轉(zhuǎn)的大靶傳遞足夠的扭矩上具有困難。

在圖8b中示出了該機(jī)械密封件的一種公知的替代方案，其中，缺少了密封件943b并且孔953c的尺寸設(shè)置為以便緊密地配合軸942?？着c軸之間的間隙示出為圖8b上的尺寸c，并且例如對(duì)于60mm的孔長(zhǎng)度以及20mm的孔直徑，該間隙可以是20μm。軸942與孔943c之間如此緊密的配合抑制了氣流從高壓強(qiáng)側(cè)(空氣)流動(dòng)至低壓強(qiáng)側(cè)(真空)。

圖8b的布置降低了摩擦，因?yàn)闆](méi)有密封件元件與旋轉(zhuǎn)軸942滑動(dòng)接觸，但是該布置需要非常嚴(yán)格的容限來(lái)工作。此外，圖8b的傳統(tǒng)密封件中的20μm的示范性間隙盡管抑制了氣體的自由流動(dòng)，但是仍然允許氣體沿著大氣側(cè)與真空側(cè)之間的孔的長(zhǎng)度的某些粘滯流動(dòng)。通過(guò)該密封件的流導(dǎo)(conductance)(體積流率)近似為0.0005l/s，并且因此來(lái)自從大氣壓至10^-5毫巴的壓強(qiáng)降的質(zhì)量流率是0.5mbarl/s(1000mbar×0.0005l/s)。

因此，需要能夠從10^-5mbar的腔中去除0.5mbarl/s的通過(guò)密封件的質(zhì)量流量(即，體積流率為5×10⁴l/s)的非常強(qiáng)大的泵，以便為了高電壓發(fā)生器和電子束設(shè)備的工作而將真空側(cè)維持在足夠高的真空。

進(jìn)一步降低間隙在技術(shù)上是有挑戰(zhàn)性的，并且旋轉(zhuǎn)軸942與孔943c的壁之間的接觸會(huì)引起大量的摩擦生熱以及損傷，并且在大的旋轉(zhuǎn)靶以高的角速度旋轉(zhuǎn)的情況下可能會(huì)導(dǎo)致較大的扭矩傳遞至真空殼體。因此，圖2的實(shí)施例有利地利用了用于旋轉(zhuǎn)軸的改進(jìn)的真空密封件，其能夠避免過(guò)緊的間隙，但是也能夠有效地抑制氣體從軸承的大氣側(cè)流至軸承的真空側(cè)。

圖9中示出了圖2的實(shí)施例中使用的無(wú)接觸旋轉(zhuǎn)真空密封件的實(shí)施例。該密封件具有限定孔301的殼體403，靶驅(qū)動(dòng)軸401通過(guò)孔301。孔具有分別在真空端部301a和大氣端部301b處的端子孔口，以及在高壓強(qiáng)端部與低壓強(qiáng)端部之間提供的中間腔室302。腔室302經(jīng)由流動(dòng)路徑303來(lái)連通至泵或泵端口，泵可以耦合到泵端口。在一些實(shí)施例中，腔室302具有比跨孔的縱軸本身的最小內(nèi)部尺寸的120％更小的跨孔的縱軸的最小內(nèi)部尺寸。然而，在一些實(shí)施例中，腔室僅需要在相對(duì)于孔的最小內(nèi)直徑上大于孔與軸之間的最小間隙不到30倍，甚至不到20倍。

在工作中，將前級(jí)泵(未示出)提供至真空端口303。這能夠?qū)⑶皇?02維持在約3毫巴的低壓強(qiáng)。軸401與孔301的壁之間的間隙與圖8b中所示的間隙相當(dāng)，但是維持在較低壓強(qiáng)的中間腔室302的存在能夠有效地限制通過(guò)密封件的氣體總流量。

假設(shè)腔室中維持約3毫巴的壓強(qiáng)，那么當(dāng)氣體分子的平均自由程小于軸與孔的壁之間的間隙時(shí)，氣體在粘滯流動(dòng)狀態(tài)下從維持在約1巴的大氣側(cè)流動(dòng)。

由于大氣端部端子孔口301b與中間腔室302之間的孔301的301c部分(采用30mm的示范性長(zhǎng)度)約為圖8b的孔的長(zhǎng)度的一半，所以粘滯流動(dòng)流導(dǎo)約為圖8b的粘滯流動(dòng)流導(dǎo)的兩倍，近似為0.001l/s。因此，從大氣至中間腔室302的質(zhì)量流量約為1毫巴l/s。在中間腔室302中為3毫巴時(shí)，粘滯流動(dòng)流導(dǎo)為0.33l/s。通常，維持中間腔室302中的3毫巴的真空的小的前級(jí)泵能夠通過(guò)抽取0.33l/s來(lái)維持中間腔室302中的3毫巴壓強(qiáng)。

然而，在3毫巴的壓強(qiáng)下，例空氣的主要成分氮在室溫下的平均自由程約為20μm，與孔301與軸401之間的間隙相當(dāng)。當(dāng)該平均自由程與該間隙相當(dāng)或者大于該間隙時(shí)，在中間腔室302與孔301的高真空端子孔口301a之間氣體分子沿著孔301的部分301d的流動(dòng)在分子流動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行，在該分子流動(dòng)狀態(tài)中，從中間腔室302沿著孔的部分301d的流導(dǎo)并非實(shí)質(zhì)上取決于中間腔室302中的壓強(qiáng)。

在超過(guò)30mm的長(zhǎng)度并且軸401與孔301之間的間隙再次為20μm的情況下，可以估計(jì)通過(guò)孔301的部分301d的分子流動(dòng)流導(dǎo)約為10^-4l/s，或者為通過(guò)孔301的區(qū)域301c中的部分的分子流動(dòng)流導(dǎo)的十分之一。因此，從腔室302通過(guò)孔301的部分301d至高真空端子孔口301a的質(zhì)量流率約為3×10^-4毫巴l/s。這是小于通過(guò)孔301的部分301c的質(zhì)量流量超過(guò)10³倍的因子，并且是小于通過(guò)圖8b的密封件的流量超過(guò)10³倍的因子，兩者都是由于從通過(guò)流動(dòng)通道303的腔室302去除的氣體比例，以及由于孔301的部分301d在分子狀態(tài)而非粘滯的流動(dòng)狀態(tài)下的工作。

因此，圖9的布置能夠提供比圖8b的布置更加有效的真空密封件，而無(wú)需引發(fā)提供圖8a的密封件所涉及的摩擦損耗，并且也無(wú)需將工程容差降低為超出圖8b的布置所需要的工程容差。

盡管圖9所示的孔301如中間腔室302一樣實(shí)質(zhì)上是圓柱形的，但是這對(duì)于圖9的實(shí)施例的操作并非是必需的。特別地，孔301可以具有其它幾何形狀而沒(méi)有限制，例如具有輕微的錐度。然而，在圖9中使用了圓柱形孔，因?yàn)槠湟子谥圃觳⑶页尸F(xiàn)出相對(duì)于圓柱形軸的不變間隙。此外，孔的將大氣孔口301b與中間腔室302連接的部分301c無(wú)需具有與孔的將中間腔室302與真空孔口301a連接的部分301d相同的尺寸。然而，再次為了制造的簡(jiǎn)單，圖9的實(shí)施例使孔的這些部分維持為具有相同的尺寸。最后，盡管從加工的角度來(lái)看圓柱形腔室302是有利的，但是這并非是必需的。

在一些實(shí)施例中，將尺寸選擇為使得維持在高壓強(qiáng)端部處的1巴的壓強(qiáng)以及維持在腔室中的1毫巴的壓強(qiáng)導(dǎo)致在標(biāo)準(zhǔn)溫度下高壓強(qiáng)端部與腔室之間氮的質(zhì)量流率小于1毫巴l/s。在一些實(shí)施例中，將尺寸選擇為使得維持在腔室中的1毫巴的壓強(qiáng)以及維持在低壓強(qiáng)端部的10^-5毫巴的壓強(qiáng)導(dǎo)致腔室與低壓強(qiáng)端部之間氮的質(zhì)量流率小于10^-3毫巴l/s。

當(dāng)在圖2的實(shí)施例中實(shí)施時(shí)，在孔301的每一個(gè)端部處提供滾珠軸承以使得軸401實(shí)質(zhì)上維持在軸承內(nèi)中心。在該配置下，該布置提供了集成的旋轉(zhuǎn)真空密封件以及用于旋轉(zhuǎn)軸的軸承，并且消除了使外部軸承與密封件對(duì)齊的任何困難。

軸承超扭矩限制器以及動(dòng)能吸收器

在圖9的布置中，仍然存在一個(gè)或其它滾珠軸承的故障可以導(dǎo)致軸401接觸孔301的壁的可能性。由于通常通過(guò)經(jīng)由變速箱145起作用的發(fā)動(dòng)機(jī)144來(lái)將軸401驅(qū)動(dòng)至非常高的速度，在該情況下，軸相對(duì)于孔301的壁的摩擦力可以將大的扭矩施加于真空密封件以及設(shè)備中連接到其的任何部件。替代地，污染物或顆粒物進(jìn)入軸401與滾珠軸承之間的間隙中可以導(dǎo)致類(lèi)似的摩擦力。在諸如圖2所示的大直徑迅速旋轉(zhuǎn)的靶盤(pán)的情況下，產(chǎn)生的摩擦力可以到如此程度以致迅速地加熱軸401，并且導(dǎo)致軸401卡在滾珠軸承內(nèi)。然后，存儲(chǔ)在以飛輪的方式起作用的旋轉(zhuǎn)靶中的全部能量經(jīng)由產(chǎn)生的扭矩傳遞至軸承殼體，引發(fā)對(duì)整個(gè)設(shè)備的大量機(jī)械損傷的可能性以及操作人員的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

因此，圖2的布置包括以圖10中詳細(xì)示出的形式的旋轉(zhuǎn)靶組件，其具有在失效的情況下防止過(guò)大的扭矩從軸承殼體傳遞至設(shè)備的剩余部分的扭矩限制器，以及使傳遞至軸承殼體的動(dòng)能安全地耗散的動(dòng)能吸收器。在圖2中，通過(guò)圖10所示的靶組件400的共同方面來(lái)提供這些功能元件。

在圖10所示的靶組件中，旋轉(zhuǎn)x射線靶500安裝在驅(qū)動(dòng)軸401上，該軸401通過(guò)真空外殼110的壁并且由安裝在軸承殼體403中的滾珠軸承402a和402b來(lái)支撐。軸承殼體403可移除地安裝至真空外殼110的壁，并且借助于密封件409來(lái)密封軸承殼體403，因而形成真空外殼110的部分。軸401的旋轉(zhuǎn)輪流地驅(qū)動(dòng)靶500。

在圖2的實(shí)施例中，通過(guò)采用有關(guān)圖9所描述的旋轉(zhuǎn)真空密封件抑制了通過(guò)軸承殼體403中的孔404的氣體的流動(dòng)，軸401通過(guò)軸承殼體403。然而，密封件的細(xì)節(jié)對(duì)于扭矩限制功能以及動(dòng)能吸收功能的工作并不重要。

在圖10中，軸承殼體403在外輪廓上通常是圓柱形的，并且具有從軸承殼體403的外部徑向表面徑向延伸的法蘭411。法蘭411是環(huán)形的，并且與真空外殼110的相應(yīng)的環(huán)形板412滑動(dòng)接觸，以使得軸承部件403能夠圍繞由軸承部件403的孔404所限定的軸相對(duì)于真空外殼110的剩余部分來(lái)旋轉(zhuǎn)，該真空外殼110的剩余部分具有與板412滑動(dòng)摩擦接觸的法蘭411的表面。軸承殼體403的外部圓周旋轉(zhuǎn)地插入真空外殼110的壁中形成的相應(yīng)的圓形孔口410中，其同時(shí)借助于環(huán)形密封元件409提供真空密封件。

提供夾鉗420以推動(dòng)法蘭411和板412進(jìn)行滑動(dòng)摩擦接觸。夾鉗420包括滾珠軸承421，滾珠軸承421旋轉(zhuǎn)安裝在臂422的軸422a上并且由端蓋422b保留。滾珠軸承421安裝為以便圍繞孔404的半徑的軸來(lái)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)彈簧426來(lái)相對(duì)于孔404軸向地推動(dòng)滾珠軸承421，彈簧426將軸向力施加于襯圈423，滾珠軸承421經(jīng)由臂422安裝在襯圈423上。

襯圈423被布置為以以下方式在調(diào)整螺釘424(其本身保留在殼體110的螺紋孔427內(nèi))的軸424a上軸向地滑動(dòng)：調(diào)整螺釘424的螺帽424b的旋轉(zhuǎn)對(duì)螺帽424b與襯圈423之間的距離進(jìn)行調(diào)整，因而對(duì)介于螺帽424b與襯圈423之間的彈簧426的壓縮進(jìn)行調(diào)整，并從而對(duì)被施加于螺帽424b與襯圈423之間的力進(jìn)行調(diào)整。因此，可以容易地對(duì)經(jīng)由滾珠軸承421施加于法蘭411與板412之間的力進(jìn)行調(diào)整。

在圖10中，在軸承殼體403的兩側(cè)上彼此正好相反地提供了夾鉗的兩個(gè)實(shí)例，以便在軸承的兩側(cè)上提供推力；當(dāng)然這是示范性的，并且可以提供更多或更少數(shù)量的夾鉗420并將更多或更少數(shù)量的夾鉗420繞孔404的軸周向間隔開(kāi)。優(yōu)選地，以等角度間隔提供三個(gè)或更多個(gè)夾鉗。

在工作中，提供在法蘭411與環(huán)形板412之間的壓縮夾鉗力足夠大，以致于法蘭411與板412之間的摩擦力抑制了軸承殼體403相對(duì)于真空外殼110的旋轉(zhuǎn)。然而，如果軸401相對(duì)于軸承殼體403卡住，例如通過(guò)滾珠軸承402a或402b中的一個(gè)滾珠軸承的故障，通過(guò)真空密封件的故障，或者通過(guò)孔404的污染物或者軸401相對(duì)于孔404的移動(dòng)以使得軸401卡在孔404中，那么經(jīng)由軸401從旋轉(zhuǎn)靶500傳遞至軸承殼體403的扭矩足以克服法蘭411與板412之間的靜摩擦，并且因此軸承組件403整體上相對(duì)于真空外殼110以及設(shè)備的剩余部分而旋轉(zhuǎn)。

盡管某些扭矩將經(jīng)由法蘭411與板412之間的滑動(dòng)接觸傳遞至真空外殼110，但是由于軸承的失效或者軸的卡滯(sticking)，這個(gè)傳遞的扭矩實(shí)質(zhì)上小于已從靶500施加于真空外殼110的總扭矩。因此，由于較小的扭矩傳遞至真空外殼，存在較小的損壞設(shè)備的可能性并且對(duì)于操作人員存在較小的風(fēng)險(xiǎn)。

所傳遞的扭矩上的差異是由與抵靠著板412滑動(dòng)的法蘭411所做的功(work)的結(jié)果。所做的功生成熱。因此，不僅僅夾鉗420、法蘭411和板412的布置充當(dāng)用于抑制過(guò)大的扭矩傳遞至真空外殼110的扭矩限制器，其還通過(guò)法蘭411與板412之間的摩擦接觸使存儲(chǔ)在旋轉(zhuǎn)靶500中的飛輪能量能夠相對(duì)慢地耗散為熱。相反，由于夾鉗420經(jīng)由滾珠軸承421將夾鉗力施加于法蘭411，僅很少的能量耗散在夾鉗420中。

在圖10的實(shí)施例中，板412被選擇為當(dāng)其與法蘭411處于壓縮接觸下時(shí)在低于100℃的工作溫度下無(wú)磨損的材料。因此，降低了法蘭411與板412之間隨著時(shí)間而粘附的可能性，并且可以依賴于該機(jī)制在設(shè)計(jì)條件下工作。特別地，當(dāng)真空外殼110是不銹鋼時(shí)，板412可以由黃銅制成。

當(dāng)然，圖10的布置僅是扭矩限制組件和/或動(dòng)能耗散旋轉(zhuǎn)靶組件的一個(gè)實(shí)施例。例如，為了單獨(dú)提供扭矩限制特征，可以提供借助于剪切銷(xiāo)被安裝至真空外殼110的壁的軸承殼體，剪切銷(xiāo)適合于在至軸承的預(yù)定的扭矩傳遞下進(jìn)行剪切。一旦已經(jīng)超過(guò)扭矩閾值，并且已經(jīng)出現(xiàn)剪切銷(xiāo)的剪切，然后軸承將相對(duì)于設(shè)備的剩余部分簡(jiǎn)單地自由旋轉(zhuǎn)。

然而，該布置并未控制或者限制靶500中的動(dòng)能在工作扭矩限制器之后耗散的速率，并且可能出現(xiàn)至真空外殼110的不可接受的熱應(yīng)力或機(jī)械應(yīng)力。為了處理該顧慮，期望一種使從旋轉(zhuǎn)靶500傳遞的動(dòng)能耗散的額外的或替代的方法。例如，可以提供具有伸出至諸如油之類(lèi)的粘性流體的周?chē)牟蹆?nèi)的鰭片的軸承，并且在其內(nèi)部具有鰭片的軸承可以旋轉(zhuǎn)。因此，將通過(guò)鰭片與油的相互作用來(lái)使動(dòng)能耗散。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，使動(dòng)能耗散的其它方法也是可能的。

然而，圖10的布置提供了針對(duì)旋轉(zhuǎn)靶組件中過(guò)大的扭矩傳遞的問(wèn)題的一種特別有效且有效率的解決方案。

在圖10的布置的一個(gè)特定的實(shí)施例中，具有8kg的主質(zhì)量、以1200rpm旋轉(zhuǎn)的400mm直徑的靶可以具有約130,000j的動(dòng)能。假設(shè)在卡住的時(shí)候?qū)⑤S承殼體加速至以靶的十轉(zhuǎn)數(shù)的靶的速度，那么可以生成約2,000nm的扭矩。然而，在圖10的布置中，如果將調(diào)整螺釘424b調(diào)整為在法蘭411與板412之間提供約80kg的力，并且假設(shè)法蘭具有約為80mm的直徑，并且還假設(shè)法蘭411與板412之間的摩擦系數(shù)為0.25，那么靶中的能量將在20秒與30秒之間完全耗散，生成10kw的熱的峰值熱功率并且僅將約8nm的峰值扭矩傳遞至真空外殼110。然而，圖10的布置可以通過(guò)調(diào)整螺釘424b的適當(dāng)調(diào)整而應(yīng)用于其它靶速度、質(zhì)量以及可能需要的任何最大扭矩。例如，在某些情況下，適當(dāng)?shù)牧梢允?0kg。

尤其是，圖10的布置可以有若干變形。例如，在一些情況下，可能期望不提供調(diào)整螺釘424b，而是施加預(yù)定的且固定的力，以避免扭矩限制器的疏忽的或者錯(cuò)誤的調(diào)整。在一些實(shí)施例中，50kg的夾鉗力或者甚至更小的夾鉗力可能是足夠的，并且允許傳遞的最大連續(xù)扭矩或最大瞬時(shí)扭矩可能是10nm或更小。

在圖10的實(shí)施例中，通常軸承殼體403是圓柱形的，并且插入在真空外殼110的壁中的相應(yīng)的圓柱形孔口410內(nèi)；然而，這并非是必需的，并且可以僅通過(guò)法蘭至板的夾鉗來(lái)提供非圓柱形軸承殼體與真空外殼的壁之間的接觸。但優(yōu)選地，用于容納軸承孔口的孔口形成于能量吸收板412中，以使得軸承的外部圓柱形壁與孔口之間的任何摩擦接觸以受控的方式來(lái)使摩擦生成的能量耗散。

可以將能量吸收板412提供給軸承殼體，并且可以將法蘭411提供給真空外殼110的外部壁。動(dòng)能吸收板或法蘭可以是間斷的，即可以形成為具有徑向縫隙，以使得法蘭或能量吸收板的至少一部分可以形成為徑向伸出的紋理(vein)。然而，連續(xù)的法蘭或者連續(xù)的能量吸收板使兩個(gè)部件之間的摩擦接觸最大化，并且還提供了所生成的熱耗散于其中的較大的熱質(zhì)量。法蘭本身不需要存在，并且可以簡(jiǎn)單地在軸承殼體的端面與真空外殼的內(nèi)部壁的表面之間提供滑動(dòng)接觸。

環(huán)形能量吸收板和法蘭可以與軸承殼體或真空外殼110的壁形成一個(gè)整體，或者環(huán)形能量吸收板和法蘭可以如圖10所示地提供為例如具有與軸承殼體和/或真空外殼的剩余部分不同的組分的分立部件。這樣有利于容許能量吸收板的屬性被選擇為：控制法蘭與板之間的靜摩擦和滑動(dòng)摩擦并且優(yōu)化板中的動(dòng)能耗散。

旋轉(zhuǎn)x射線透射靶

圖2的布置采用旋轉(zhuǎn)透射靶來(lái)從入射電子束生成x射線。傳統(tǒng)上，用于x射線發(fā)射源的旋轉(zhuǎn)靶形成為上面鍍有一層諸如鎢之類(lèi)的適當(dāng)?shù)母咴有驍?shù)靶材料的圓盤(pán)。對(duì)于從一側(cè)應(yīng)用電子束并從相對(duì)側(cè)獲得x射線發(fā)射的透射靶，對(duì)靶進(jìn)行支撐的基板應(yīng)當(dāng)既薄又具有較低的原子序數(shù)以使得x射線吸收最小，并且必須具有幾何形狀、機(jī)械屬性以及物理屬性(諸如，熱導(dǎo)率、特定的熱容量以及熔點(diǎn))以使由x射線照射所生成的熱耗散。然而，這些要求可能會(huì)有沖突。

對(duì)于約160kev的電子束能量，可以將例如約10μm的鎢薄層沉積至鈹基板、碳基板或鋁基板上。然而，隨著電子束能量增加，穿透至靶中的電子增加，并且需要較薄的靶材料層。例如，750kev的電子束能量可以穿透至鎢中超過(guò)200μm。然而，由于界面處的粘結(jié)應(yīng)力，難以將薄的該靶材料層沉積至所需的較低原子序數(shù)的基板上。此外，在高溫下并且在高速旋轉(zhuǎn)下持續(xù)工作期間，粘結(jié)應(yīng)力會(huì)增大并且導(dǎo)致靶材料的失效或分層。相對(duì)厚的靶在透射模式下不是選項(xiàng)，因?yàn)樗麄儗A向于吸收生成的x射線。

這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)解決方案是機(jī)械地將適當(dāng)?shù)陌胁牧系沫h(huán)形物附接至轂。這個(gè)方法適合于低電子通量，但是當(dāng)較高的電子通量沉積在靶中時(shí)，靶必須較快地旋轉(zhuǎn)并且必須具有較大直徑以避免靶環(huán)中過(guò)大的熱應(yīng)力。當(dāng)該布置遭受高電子束通量的熱應(yīng)力和快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于向心力引起的環(huán)向應(yīng)力、由于入射電子束引起的熱應(yīng)力、以及靶環(huán)形物與轂之間的張應(yīng)力可以導(dǎo)致靶材料中的破裂。在出現(xiàn)破裂的情況下，靶環(huán)中會(huì)形成縫隙，并且然后電子束能夠通過(guò)低密度的轂并照射x射線發(fā)射窗口，導(dǎo)致了對(duì)窗口的潛在損傷。

為了解決這些問(wèn)題，圖2的實(shí)施例采用了其中多個(gè)靶板錨定在轂上的靶，以便提供繞轂的軸的環(huán)形靶區(qū)域。通過(guò)提供多個(gè)獨(dú)立的靶板而不是靶材料的連續(xù)環(huán)，每一個(gè)板中引入的局部應(yīng)力不會(huì)傳遞至靶材料的其它區(qū)域，并且板在熱應(yīng)力下能夠局部地收縮和擴(kuò)張而沒(méi)有在單個(gè)脆弱的點(diǎn)處破裂的環(huán)的可能性。此外，靶區(qū)域中引入的環(huán)向應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致靶板的失效，因?yàn)榘邪迨遣贿B續(xù)的并且可以分別變形以容納應(yīng)力而不影響靶材料的鄰近區(qū)域。

圖11a、圖11b、圖12a和圖12b示出了適合于用在圖2的實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)x射線發(fā)射靶。

在圖12a中，以環(huán)形扇形部形式的靶板560錨定至靶轂500的外部圓周511，以便形成實(shí)質(zhì)上環(huán)形的靶區(qū)域。在圖12a的布置中，將靶板560在每一個(gè)板的相對(duì)徑向向內(nèi)位置處夾鉗至轂500，并且具有相對(duì)于轂500而以此位置相對(duì)徑向向外伸出至靶區(qū)域中的靶部分565。然而，倘若轂材料足夠薄以容許x射線的透射，那么可以如可能所要求的那樣將板布置為位于轂的外部圓周內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，靶板在靶區(qū)域中可以750kev下具有低于靶材料中的電子穿透深度的200％，優(yōu)選地低于電子穿透深度的150％，更優(yōu)選地低于電子穿透深度的125％的厚度的靶板。選擇該厚度容許降低通過(guò)靶材料的x射線衰減。

有利地是，在圖12a的布置中，靶板560由使靶區(qū)域的靶材料中斷的縫隙561而隔開(kāi)。在圖12a中，縫隙561被提供為在靶板560之間的徑向方向上延伸，但是可以在沒(méi)有限制的情況下以至徑向方向的某些其它角度來(lái)提供。縫隙在其尺寸上也沒(méi)有特定的限制，除了縫隙足夠小以使得當(dāng)靶圓盤(pán)工作在工作旋轉(zhuǎn)速度下時(shí)靶板向入射電子束呈現(xiàn)實(shí)質(zhì)上連續(xù)的靶表面。例如，靶材料中的中斷可以表示不超過(guò)靶區(qū)域內(nèi)的總周向路徑的10％、不超過(guò)靶區(qū)域內(nèi)的總周向路徑的1％、不超過(guò)靶區(qū)域內(nèi)的總周向路徑的0.1％或者不超過(guò)靶區(qū)域內(nèi)的總周向路徑的0.05％。因此，在50mm的周向長(zhǎng)度的情況下，鄰近的板之間的0.1mm至0.2mm之間的周向長(zhǎng)度的縫隙可能是適當(dāng)?shù)摹?/p>

替代地，板可以鄰接或者部分重疊，以便允許一個(gè)板的邊緣在鄰接的板下滑動(dòng)。在這種情況下，可能有利的是，形成具有斜切的周向方向邊緣的板，以容許板與重疊部鄰接。

盡管該結(jié)構(gòu)用于有效地降低靶材料中引入的總應(yīng)力并且因此來(lái)防止失效，但是在特別高的束通量或能量下，板560的邊緣本身會(huì)易于失效。特別地，當(dāng)電子束照射板560的邊緣區(qū)域時(shí)，相比于板中心中的照射，大大地降低了熱的熱耗散的可能性，因?yàn)樗傻臒醿H可以在一個(gè)圓周方向上流動(dòng)，而不是在兩個(gè)方向上流動(dòng)。因此，在特別強(qiáng)的照射下，這樣的邊緣區(qū)域會(huì)易于損壞。

為了防止這樣的損壞，采用了圖12a和圖12b中所示的布置，其中，提供了屏蔽元件570以軸向覆在相鄰靶板560的邊緣部分之上，以便當(dāng)這些區(qū)域與束路徑相交時(shí)中斷電子束。每一個(gè)屏蔽元件570是由中斷電子束但在產(chǎn)生x射線上沒(méi)有靶材料有效率、并且會(huì)優(yōu)先產(chǎn)生熱的材料構(gòu)成。例如，較低原子序數(shù)的材料可以用作屏蔽材料，將其厚度選擇為以便全部地或部分地吸收電子束。其中鈹或鋁是適當(dāng)?shù)牟牧希驗(yàn)樗麄兊牡驮有驍?shù)避免了屏蔽元件570中競(jìng)爭(zhēng)性的不想要的輔助x射線源的產(chǎn)生。

在圖12a和圖12b的布置中，屏蔽元件570包括延伸于屏蔽元件560的周向方向邊緣部分之上的指狀物572。由于每一個(gè)指狀物572相對(duì)于各自的靶板560軸向地移動(dòng)，指狀物572覆在靶板560的邊緣之上，指狀物572在下面的靶板560處從電子束的焦平面相對(duì)地散焦，并且因此沉積在指狀物572中的熱功率密度較低，并且因此由于較大的電子束光斑尺寸而更加容易耗散。特別地，如圖12b所示，在靶板560與屏蔽元件570之間提供了墊片580，以便提供所需的位移。

例如，使用在30mm焦距下將1mm直徑的束聚焦為10μm直徑的光斑的磁透鏡，如果指狀物與靶板間隔開(kāi)6mm，那么指狀物處的束直徑將約為200μm。在這樣的情況下，沉積在指狀物中的每單位面積瞬時(shí)功率將僅僅是沉積在靶中的每單位面積瞬時(shí)功率的約十二分之一，并且會(huì)更加容易耗散。

在圖12a和圖12b的布置中，屏蔽元件570和板560兩者都借助于與形成在轂500的轂周向部分511中的螺紋孔512接合的夾鉗螺釘590而夾鉗至轂500，夾鉗螺釘590通過(guò)螺紋孔512并且向靶板560和屏蔽元件570提供軸向的夾鉗力，但是其還允許在工作期間存在的熱力和動(dòng)能力下的這些元件中的每一個(gè)元件的輕微的擴(kuò)張和收縮。為了使夾鉗螺釘590能夠通過(guò)靶板560，在靶板中提供了孔563，而為了使夾鉗螺釘590能夠通過(guò)屏蔽元件570，在屏蔽元件中提供了孔573。

有利地是，每一個(gè)屏蔽元件570除了伸出的指狀物部分572之外還具有相對(duì)而言周向較寬并且軸向較深的具有孔573的安裝部分571，提供了夾鉗螺釘590的軸592可以通過(guò)其的并且?jiàn)A鉗螺釘590的螺帽591可以向其施加夾鉗力的安全錨定點(diǎn)，并且提供了用于當(dāng)其穿過(guò)電子束時(shí)吸收屏蔽元件570中生成的熱的熱質(zhì)量。

盡管圖12a和圖12b的布置有效地防止了由于工作期間的瞬時(shí)熱應(yīng)力和瞬時(shí)機(jī)械應(yīng)力而引起的對(duì)靶材料的損傷，但是有用的是使遠(yuǎn)離靶的外圍邊緣的靶區(qū)域中所生成的熱進(jìn)一步可靠地耗散。圖11a和圖11b中所示的轂的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)。

圖11a所示的轂500具有外圍邊緣部分511并且具有外圍部分511的徑向向內(nèi)的中間環(huán)形部分513，外圍邊緣部分511具有用于容納靶材料的板560的平坦的面向束(beam-facing)的表面，中間環(huán)形部分513具有增大的厚度并且容納冷卻通道515(圖11b的橫截面視圖中所示)。中間環(huán)形部分513容許吸收以及來(lái)自外圍邊緣部分511的熱傳遞。冷卻通道515以分支方式延伸貫穿中間環(huán)形部分513，并且用于輸送冷卻劑，其傳導(dǎo)來(lái)自中間環(huán)形部分513的熱，熱從外圍邊緣部分511傳導(dǎo)至中間環(huán)形部分513。

為了容許方便地將冷卻劑供給至冷卻通道515并且從冷卻通道515取出冷卻劑，向轂500提供了凸臺(tái)部分520，以便從中心凹槽514內(nèi)軸向伸出，中心凹槽514形成在轂500的中間環(huán)形部分513的徑向向內(nèi)的面中。在圖11a中，凸臺(tái)520如轂500一樣在幾何形狀上是圓盤(pán)形的。凸臺(tái)520在轂的外部周向表面處提供了供給孔口521a和返回孔口521b，并且指向凹槽514的內(nèi)部周向表面，在凹槽514中形成了相應(yīng)的孔口515a和孔口515b。供給管道530a和返回管道530b在轂中的孔口521a、孔口521b與凹槽的壁中的孔口515a和孔口515b之間延伸。

凹槽的壁中的孔口515a和孔口515b與流動(dòng)通道515連通，為通道515中流動(dòng)的流體分別提供供給端口和返回端口。端口521a和端口521b分別為從轂520流出的流體和流動(dòng)返回至轂520的流體提供供給端口和返回端口。轂520的內(nèi)部是與供給端口521a連通的供給通道521以及與返回端口521b連通的返回通道522。終止于在同軸布置的流動(dòng)通道處的內(nèi)部凸臺(tái)520的供給通道521和返回通道522被布置為匹配軸401中的同軸布置的供給通道401c和返回通道401d。軸401經(jīng)由軸凸臺(tái)401b安裝至轂，軸凸臺(tái)401b通過(guò)螺釘被夾鉗至轂500的與凸臺(tái)520相反的面，該螺釘穿透凸臺(tái)520和轂500并且其終止于軸凸臺(tái)401b中的螺紋孔。當(dāng)然，將轂500安裝在軸401b上的其它方法也是可能的，諸如花鍵和螺紋以及供給通道和返回通道的其它布置。

通過(guò)軸401中的中心供給通道401c供給的冷卻劑進(jìn)入凸臺(tái)520中的供給通道521，并且依次經(jīng)由孔口521a、管道530a以及孔口515a，然后進(jìn)入冷卻劑流動(dòng)路徑515。從流動(dòng)路徑515返回的冷卻劑依次通過(guò)孔口515b、管道530b以及孔口521b而進(jìn)入凸臺(tái)520中的冷卻劑返回通道522，并且然后沿著軸401中的外部同軸流動(dòng)路徑401d返回。

管道530通過(guò)密封元件521a和密封元件521b維持在原位，在本實(shí)施例中通過(guò)螺釘將密封元件521a和密封元件521b固定至凹槽514的內(nèi)部周向表面。管道可以是剛性的或者柔性的，并且可以沿著轂500的半徑延伸或者沿著凸臺(tái)520與流動(dòng)路徑515之間的其它路徑延伸。

因此，圖11a和圖11b的布置使得能夠通過(guò)供給至轂繞其旋轉(zhuǎn)的軸并從軸回收的冷卻劑來(lái)有效率地冷卻靶轂的外圍部分。

在替代配置中，凸臺(tái)520可以完全或部分凹進(jìn)凸臺(tái)500的表面中。在一些配置中，由于凸臺(tái)的凹陷，轂500的表面是平坦的，在該表面處提供了凸臺(tái)520。在該配置中，可以省略管道530，并且可以提供孔口521a和孔口515a、以及孔口515b和孔口521b來(lái)可選地利用各自的密封元件來(lái)彼此密封。替代地，孔口521a和孔口521b或者孔口515a和孔口515b可以位于轂500或凸臺(tái)510的軸向面中，并且通過(guò)具有角度路徑或彎曲路徑的管道來(lái)連接?？梢詫⒃撆渲锰峁榫哂腥_(kāi)槽、部分開(kāi)槽或者未開(kāi)槽的凸臺(tái)，并且在該配置的情況下可以省略中心凹槽514或者可以將中心凹槽514提供為全開(kāi)槽或部分開(kāi)槽的凸臺(tái)可容納至其中的凹槽。所有的這種變形都在本公開(kāi)內(nèi)容的范圍之內(nèi)。

當(dāng)然，可以單獨(dú)或者一起提供圖2的設(shè)備的各個(gè)元件，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是該變形考慮了本文公開(kāi)的元件中的各個(gè)元件所提供的技術(shù)效果。根據(jù)可用的材料和技術(shù)，并且根據(jù)任何已實(shí)現(xiàn)的設(shè)備的工程要求及其它要求，可以更換、替換、去除或修改元件而不背離本文所描述的本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容、精神和范圍。