用于產(chǎn)生倫琴輻射的倫琴射線源和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種倫琴射線源，所述倫琴射線源具有:可抽成真空的外殼體，所述外殼體具有至少一個倫琴射線束可穿透的射束出射窗口 ；用于發(fā)射電子射束的電子源和用于產(chǎn)生倫琴輻射的陽極。此外，本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生倫琴輻射的方法，其中陽極通過與電子射束的相互作用發(fā)射倫琴輻射。
【背景技術(shù)】
[0002]在已知的倫琴射線源中，在可抽成真空的外殼體一一所謂的倫琴射線管內(nèi)將電子朝著陽極加速，所述陽極的材料適合用于將經(jīng)加速的電子的能量轉(zhuǎn)換為倫琴輻射。通過倫琴射線束可穿透的出射窗，倫琴輻射從倫琴射線源耦合輸出。在應(yīng)用在成像系統(tǒng)中的情況下，然后通常使輻射朝待檢查的對象定向并且接著借助成像倫琴射線探測器測量所述輻射。主要在醫(yī)學(xué)成像中，這樣的系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛流行。對于人的身體部分的診斷性檢查而言一般值得期望的是，以盡可能低的倫琴射線劑量實現(xiàn)盡可能高的圖像質(zhì)量。為此，盡可能單色的倫琴輻射是有利的，其中所述輻射基本上由獨特的倫琴輻射組成并且僅僅在盡可能小的部分上由分布在寬的能量范圍上的軔致輻射組成。
[0003]在US 7436931B2中描述了一種用于產(chǎn)生單色倫琴輻射的倫琴射線源。在此應(yīng)用很薄的陽極，其施加在由具有低的原子核電荷數(shù)的材料制成的陽極載體上。由此實現(xiàn)了，通過陽極層基本上形成在窄的能量范圍中的獨特的倫琴輻射。此外，通過陽極的低的層厚度并且通過載體的低的原子核電荷數(shù)少地發(fā)射軔致輻射，使得由該源僅僅產(chǎn)生小份額的、寬帶的倫琴輻射。在此公開的解決方案的一個缺點是在陽極層中和在陽極載體中的高的放熱。在這樣的倫琴射線源中，在陽極中的放熱通常對于電子射束的功率密度和因此也對于由倫琴射線源發(fā)射的射束功率而言是限制性的。另一個缺點是薄的陽極層的低的機械強度和與此相關(guān)的高的磨損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的任務(wù)是，說明一種用于產(chǎn)生盡可能單色的倫琴輻射的倫琴射線源，所述倫琴射線源避免了上述缺點。本發(fā)明的另一個任務(wù)是，說明一種用于產(chǎn)生倫琴輻射的方法。
[0005]這些任務(wù)通過在權(quán)利要求1中描述的倫琴射線源和在權(quán)利要求10中描述的方法解決。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的倫琴射線源包括可抽成真空的外殼體、用于發(fā)射電子射束的電子源和用于產(chǎn)生倫琴輻射的陽極，所述外殼體具有至少一個倫琴射線束可穿透的射束出射窗口。陽極在所述倫琴射線源運行的情況下以蒸氣相存在，其中所述蒸氣態(tài)陽極能夠通過以冷凝相存在的陽極材料儲備的通過電子射束作用的蒸發(fā)來產(chǎn)生。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的倫琴射線源能夠?qū)崿F(xiàn):通過應(yīng)用蒸氣態(tài)陽極產(chǎn)生具有高份額的、基本上單色的獨特的輻射的倫琴輻射。蒸氣態(tài)陽極的直接在電子射束中的動態(tài)產(chǎn)生直接在應(yīng)用的位置處提供為此所應(yīng)用的蒸氣陽極。通過陽極以蒸氣態(tài)的存在，自動地以對于產(chǎn)生單色輻射而言有利的少的材料量提供陽極材料。通過少的可供相互作用使用的材料量，僅僅產(chǎn)生小份額的、寬帶的軔致輻射和高份額的、單色的獨特的倫琴輻射。
[0008]此外，根據(jù)本發(fā)明的倫琴射線源能夠?qū)崿F(xiàn)在電子射束的特別高的功率密度的情況下的運行，因為通過蒸發(fā)材料儲備中的陽極材料連續(xù)地重新形成蒸氣態(tài)陽極。因此，不出現(xiàn)通過材料磨損引起的問題。此外，不必采取用于使陽極散熱的特殊措施，因為通過與電子射束相互作用在蒸氣陽極中形成的熱通過蒸氣的擴散和流動連續(xù)地從形成倫琴輻射的位置處運離。因此，相比在具有固體陽極層的倫琴射線源的情況下，可以使用具有顯著更高的功率密度的電子射束。即使在使用快速轉(zhuǎn)動的陽極一一所謂的旋轉(zhuǎn)陽極的情況下，陽極層在與電子射束相互作用的區(qū)域中的散熱對于常規(guī)倫琴射線源的全部射束功率而言是限制性的因素。
[0009]恰恰對于單色倫琴輻射的產(chǎn)生而言，具有高功率的電子射束的應(yīng)用是特別重要的，因為在與少量陽極材料相互作用的情況下也僅僅可以將小份額的電子射束功率轉(zhuǎn)化成倫琴輻射。因此，為了實現(xiàn)對于不同成像方法所需的最小輻射功率，所應(yīng)用的電子射束的功率相比于在使用具有較高層厚度和較高轉(zhuǎn)化份額的常規(guī)固體陽極的情況下還必須明顯更高。除了電子射束的高的絕對功率之外，電子射束的在與陽極材料相互作用的位置處的高的功率密度也是重要的。如果電子射束可以聚焦到具有相應(yīng)高的功率密度的很小的區(qū)域上，則可以產(chǎn)生在空間上特別良好地限定的倫琴輻射，借助所述倫琴輻射能夠?qū)崿F(xiàn)特別高的位置分辨率的倫琴射線圖像的拍攝。
[0010]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在倫琴射線源的可抽成真空的外殼體內(nèi)通過以電子射束轟擊以冷凝相存在的陽極材料連續(xù)地形成蒸氣態(tài)陽極。所述蒸氣態(tài)陽極通過與所述電子射束的相互作用發(fā)射倫琴輻射。根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生倫琴輻射的方法的優(yōu)點與根據(jù)本發(fā)明的倫琴射線源的優(yōu)點相似地得出。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的倫琴射線源的有利的構(gòu)型和擴展方案由從屬于權(quán)利要求1的權(quán)利要求得知。因此，倫琴射線源可以附加地具有以下特征:
所述倫琴射線源可以包括用于將陽極儲備中的以冷凝相存在的陽極材料饋入到所述電子射束的區(qū)域中的交互區(qū)中的饋入裝置。借助該實施方式，可以連續(xù)地為在電子射束中的蒸發(fā)提供陽極材料，從而新材料持續(xù)地為在電子射束中的蒸發(fā)準(zhǔn)備好。因此，也可以持續(xù)在交互區(qū)中形成新的蒸氣態(tài)陽極材料，從而持續(xù)地保證在該區(qū)中的足夠高的蒸氣密度。交互區(qū)通過電子射束與所形成的蒸氣云在空間上的重疊來得出。沿與電子射束的軸線垂直的方向，交互區(qū)的寬度因此通過電子射束自身的側(cè)向延展來得出。沿著電子射束的軸線，交互區(qū)的延展通過饋入?yún)^(qū)域的寬度和所形成的蒸氣云的形狀和大小來得出。符合目的地，交互區(qū)的寬度在不同的空間方向上類似大小。優(yōu)選地，電子射束的側(cè)向延展和饋入?yún)^(qū)域的有效寬度分別在500 μ m以下，特別優(yōu)選地，兩個延展可以在250 μ m以下。
[0012]所述饋入裝置可以被構(gòu)型成，使得陽極材料可彈射到所述電子射束的交互區(qū)中。因此，在該實施方式中，饋入?yún)^(qū)域是彈道，陽極材料在該彈道上彈道式地被引入到交互區(qū)中。小的材料部分?jǐn)S入到交互區(qū)中使該部分在電子射束中的完全蒸發(fā)變得容易并且引起:在倫琴輻射的產(chǎn)生期間在交互區(qū)中最多存在小的殘余份額的未蒸發(fā)的陽極材料。
[0013]倫琴射線源尤其可以被構(gòu)型成，使得陽極材料作為分成份的固體材料可彈射到交互區(qū)中。例如，固體材料可以以粉末射束形式通過噴嘴被引導(dǎo)到交互區(qū)中。替代地，固體材料也可以以粒子或者其他單獨的顆粒的形式脈沖式地射入到電子射束中。以固體形式存在的陽極材料優(yōu)選地可以包括金屬材料，特別優(yōu)選地包括具有原子核電荷數(shù)至少40的材料。特別適合的材料是具有原子核電荷數(shù)42的鉬和具有原子核電荷數(shù)74的鎢。這樣的重金屬材料也可以以具有其他金屬的合金存在，作為氧化材料、作為鹽或者作為其他化學(xué)化合物存在。陽極顆粒例如也可以以多孔固體的形式、尤其以氣凝膠的形式存在。
[0014]替代地，倫琴射線源可以被構(gòu)型成，使得陽極材料以液態(tài)的微滴形式可彈射到所述交互區(qū)中。在此，陽極材料也可以優(yōu)選地包括上面所提及的金屬材料、尤其具有原子核電荷數(shù)至少40的金屬材料。然而，附加地，陽極材料也有利地包括在室溫下或者在略微提高的溫度下是液態(tài)的其他材料。因此，陽極材料例如可以是低熔點的合金，或者固體的金屬顆粒也可以分散地存在于另一液體中。重要的是，陽極材料在該實施方式中逐份地以小滴的形式可彈射到交互區(qū)中。因此，饋入裝置例如可以包括噴嘴，所述噴嘴將陽極材料以精細(xì)地噴灑的霧的形式或者以規(guī)則的各個微滴饋入到交互區(qū)中。該噴嘴例如可以類似于噴墨打印機的噴嘴來構(gòu)型。
[0015]陽極材料的饋入一般可以連續(xù)地或者脈沖式地進行，其中在脈沖式饋入中頻率例如可以在高于1kHz的范圍中、優(yōu)選在高于10kHz的范圍中。因此，在脈沖式饋入的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)倫琴射線源的準(zhǔn)連續(xù)的運行。倫琴射線源的電子射束一般也可以脈沖式地或者連續(xù)地運行。在脈沖式運行中，電子射束的脈沖與材料饋入的脈沖的同步是符合目的的。
[0016]在所述可抽成真空的外殼體內(nèi)可以布置蒸氣器皿，所述蒸氣器皿在所述倫琴射線源的運行中至少部分地包圍所述蒸氣態(tài)陽極。該實施方式的優(yōu)點在于，蒸氣器皿能夠?qū)崿F(xiàn)具有相對來看較高的蒸氣密度的、交互區(qū)周圍的區(qū)域與具有更好的真空的外部區(qū)域的空間分離。符合目的地，電子源布置在蒸氣器皿之外，使得電子源位于具有較好的真空的區(qū)域中。外殼體與蒸氣器皿之間的區(qū)域也可以連續(xù)地借助真空栗抽真空。替代地或者附加地也可能的是，借助真空管路將在蒸氣器皿內(nèi)的區(qū)域栗空，以便因此又去除連續(xù)地引入的陽極材料量