DE102008047215A1

DE102008047215A1 - X-ray source e.g. ring tube type X-ray source, for use in e.g. computed tomography scanner, for radiographing examination object, has thin-layer anode, where X-ray radiation bundles are formed from X-ray emission parts emerging from anode

Info

Publication number: DE102008047215A1
Application number: DE102008047215A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr. Fürst
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-09-15
Filing date: 2008-09-15
Publication date: 2010-04-15

Abstract

The X-ray source (2) has an electron source (6) emitting electron radiation (8), which is directed to a front side (10) of an annular thin-layer anode (12). An excitation center is produced in the anode, where X-ray emission is produced from the center. X-ray radiation bundles (22, 24) are formed from respective X-ray emission parts emerging from the respective front side and a rear side (20) of the anode. The rear side of the anode faces away from the electron radiation. The anode has a sandwich construction made of a support layer (14) and an anode layer (16) made of graphite and tungsten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenquelle sowie einen Röntgenscanner mit einer solchen Röntgenquelle, wie sie beispielsweise aus der US 7,349,525 B2 hervorgeht.The invention relates to an X-ray source and an X-ray scanner with such an X-ray source, as for example from the US 7,349,525 B2 evident.

Zur Erzeugung von Röntgenstrahlen werden von einer Elektronenquelle ausgehende Elektronen auf eine Anode beschleunigt. Zu diesem Zweck liegt zwischen der Elektronenquelle und der Anode eine hohe elektrische Potentialdifferenz an, so dass die von der Elektronenquelle ausgehenden Elektronen stark beschleunigt werden und mit einer Energie von ca. 30 bis 300 KeV auf die Anode treffen. Beim Auftreffen der Elektronen auf das Anodenmaterial, beispielsweise Wolfram, entsteht die Röntgenstrahlung. Bei diesem Prozess wird jedoch lediglich ca. 1% der in das Anodenmaterial eingebrachten Leistung in Röntgenstrahlung umgewandelt, der übrige Teil liegt in Form von Abwärme vor, und muss aus dem Anodenmaterial abgeführt werden.to Generation of X-rays are from an electron source accelerating outgoing electrons to an anode. To this end Between the electron source and the anode is a high electrical Potential difference, so that emanating from the electron source Electrons are strongly accelerated and with an energy of approx. 30 to 300 KeV hit the anode. Upon impact of the electrons on the anode material, such as tungsten, the X-radiation is formed. at However, this process is only about 1% of the anode material converted power converted into X-rays, the rest is in the form of waste heat, and must be removed from the anode material.

Der Leistungssteigerung von Röntgenquellen sind vor allem aufgrund des hohen thermischen Verlustanteils Grenzen gesetzt. So kann zur Erzeugung intensiver Röntgenstrahlung die Leistung der Elektronenquelle nicht beliebig vergrößert werden, da das Anodenmaterial ansonsten aufzuschmelzen droht, wodurch die Anode zerstört wird. Die Anforderungen hinsichtlich der Röntgenemissionsleistung moderner Röntgenquellen steigt jedoch stetig, da mit steigender Röntgenleistung höhere Auflösungen und kürzerer Messzeiten erzielt werden können.Of the Performance increase of x-ray sources are mainly due to of the high thermal loss ratio limits. So can to Generation of intense X-radiation the power of the electron source can not be increased arbitrarily, since the anode material otherwise it threatens to melt, which destroys the anode becomes. The requirements for the X-ray emission performance more modern However, X-ray sources is increasing steadily, as rising X-ray power higher resolutions and shorter Measuring times can be achieved.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Röntgenquelle sowie einen Röntgenscanner mit einer solchen Röntgenquelle anzugeben, deren emittierte Strahlungsleistung verbessert ist.task The present invention is an X-ray source as well an x-ray scanner with such an x-ray source indicate whose emitted radiation power is improved.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Röntgenquelle mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch einen Röntgenscanner mit den Merkmalen nach Anspruch 14.The Task is solved by an X-ray source with the features of claim 1 and by an X-ray scanner with the features of claim 14.

Die erfindungsgemäße Röntgenquelle umfasst eine Elektronenquelle und eine Dünnschichtanode, wobei ein von der Elektronenquelle ausgehender Elektronenstrahl auf eine diesem zugewandte Vorderseite der Dünnschichtanode gerichtet ist. Dieser ruft in der Dünnschichtanode ein Anregungszentrum hervor, von dem eine Röntgenemission ausgeht. Aus einem auf der Vorderseite der Dünnschichtanode austretenden Teil der Röntgenemission wird ein erstes Röntgenstrahlbündel gebildet, aus einem auf der dem Elektronenstrahl abgewandten Rückseite der Dünnschichtanode austretenden Teil der Röntgenemission wird ein zweites Röntgenstrahlbündel gebildet.The X-ray source according to the invention comprises an electron source and a thin film anode, wherein an outgoing electron beam from the electron source to a directed to this facing front of the thin-film anode is. This calls an excitation center in the thin-film anode from which an X-ray emission emanates. From a on the front of the thin-film anode emerging part the X-ray emission becomes a first X-ray beam formed from a remote on the electron beam backside the thin-film anode emerging part of the X-ray emission a second x-ray beam is formed.

Der Konstruktion der Röntgenquelle liegt die folgende Erkenntnis zugrunde:
Der auf die Anode auftreffende Elektronenstrahl erzeugt in dem Anodenmaterial ein Anregungszentrum, von welchem die Röntgenstrahlung in nahezu isotroper räumlicher Verteilung ausgeht. Bei herkömmlichen Anoden wird die erzeugte Strahlung lediglich in einem geringen Raumwinkel genutzt. Der übrige Teil der Röntgenstrahlung wird ungenutzt von der Anode oder dem Gehäuse der Röntgenquelle absorbiert. Die erfindungsgemäße Röntgenquelle verwendet eine Dünnschichtanode, die unter einem flachen Winkel bestrahlt wird. Die Verwendung einer Dünnschichtanode ist dabei zwingend vorgesehen, da bei dickeren Anoden ein Teil der Röntgenstrahlung von dem Anodenmaterial selbst absorbiert wird, und somit nicht mehr zur Verfügung steht. Bei einer Dünnschichtanode steht im Vergleich zu einer herkömmlichen Anode die doppelte Strahlungsleistung zur Verfügung, denn bei der oben genannten Konstruktion wird sowohl derjenige Teil der Röntgenemission, welcher aus der Vorderseite der Dünnschichtanode austritt als auch derjenige Teil, welcher aus der dem Elektronenstrahl abgewandten Rückseite der Dünnschichtanode austritt als Röntgenemission ge nutzt. Die emittierte Strahlungsleistung der Röntgenquelle kann somit erhöht werden. Die Röntgenquelle weist zwei nutzbare Röntgenstrahlbündel auf, wodurch u. a. gleichzeitig zwei Bereiche eines mit dieser bestrahlten Untersuchungsobjektes untersucht werden können. Dem Nutzer der Röntgenquelle steht somit eine höhere Röntgenleistung zur Verfügung.The construction of the X-ray source is based on the following finding:
The electron beam impinging on the anode generates in the anode material an excitation center, from which the X-radiation emanates in almost isotropic spatial distribution. In conventional anodes, the generated radiation is used only in a small solid angle. The remainder of the X-radiation is absorbed unused by the anode or the housing of the X-ray source. The X-ray source of the invention uses a thin film anode which is irradiated at a shallow angle. The use of a thin-film anode is imperatively provided since with thicker anodes a part of the X-ray radiation is absorbed by the anode material itself, and thus is no longer available. In the case of a thin-film anode, twice the radiant power is available in comparison to a conventional anode, because in the construction mentioned above, both that part of the x-ray emission which emerges from the front side of the thin-film anode and that part which emerges from the rear side of the thin-film anode facing away from the electron beam exit as X-ray emission ge uses. The emitted radiation power of the X-ray source can thus be increased. The X-ray source has two usable X-ray beams, whereby, inter alia, two areas of an examination object irradiated with it can be examined simultaneously. The user of the X-ray source thus has a higher X-ray power available.

Nach einer ersten Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen der Vorderseite der Anode und der Richtung aus welcher der Elektronenstrahl auf diese trifft, zwischen 5 und 45°, vorzugsweise beträgt dieser zumindest annähernd 10°. Um sowohl denjenigen Teil der Röntgenemission, welcher auf der Vorderseite der Dünnschichtanode austritt als auch denjenigen Teil, welcher auf der Rückseite der Dünnschichtanode austritt, nutzen zu können, ist es nötig, die Dünnschichtanode unter einem flachen Winkel mit dem Elektronenstrahl zu beschießen. Anhand empirischer Messungen haben sich Winkel im Bereich zwischen 5° und 15°, insbesondere Winkel von in etwa 10° als besonders vorteilhaft herausgestellt. Bei diesen Winkeln ist der aus der Vorderseite und der aus der Rückseite der Dünnschichtanode austretende Teil der Röntgenemission in etwa gleich intensiv.To In a first embodiment, the angle is between the front of the anode and the direction from which the electron beam strikes it, between 5 and 45 °, preferably, this is at least approximately 10 °. In order to cover both that part of the X-ray emission, which exits on the front side of the thin-film anode as well as the part which on the back of the Thin film anode exits to use, is it is necessary to place the thin-film anode under a flat Shoot angle with the electron beam. Based on empirical Measurements have angles in the range between 5 ° and 15 °, in particular angle of about 10 ° as particular advantageously proved. At these angles is the one from the front and the one from the back of the thin film anode emerging part of the X-ray emission in about the same intensity.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Dünnschichtanode einen Sandwichaufbau auf, der zumindest aus einer Trägerschicht und einer Anodenschicht besteht. Vorzugsweise beträgt dabei die Dicke der Anodenschicht zumindest annähernd 1–5 μm. Ein Sandwichaufbau der Dünnschichtanode erlaubt die Verwendung einer dünnen Anodenschicht, wobei mit Hilfe der Trägerschicht die mechanische Stabilität der Dünnschichtanode gewährleistet werden kann. Anhand empirischer Untersuchungen hat sich eine Dicke der Anodenschicht von in etwa 1 μm Wolfram als vorteilhaft herausgestellt. Wird die Anodenschicht zu dick gewählt, so hat dies auf denjenigen Teil der Röntgenemission, welcher aus ihrer Vorderseite austritt, praktisch keinen Einfluss. Derjenige Teil der Röntgenemission, welcher an der Rückseite der Dünnschichtanode austritt, wird jedoch mit zunehmender Dicke der Anodenschicht von dieser selbst ab sorbiert, und somit geringer. Bei einer nur wenige μm dicken Anodenschicht kann praktisch keine Röntgenemission mehr beobachtet, welche auf der Rückseite der Dünnschichtanode austritt.According to a further embodiment, the thin-film anode has a sandwich construction, which consists of at least one carrier layer and one anode layer. Preferably, the thickness of the anode layer is at least approximately 1-5 microns. A sandwich construction of the thin-film anode allows the use of a thin anode layer, wherein the mechanical stability of the thin-film anode can be ensured with the aid of the carrier layer. Based on empirical studies, a thickness of the anode layer of approximately 1 μm tungsten has proven to be advantageous. If the anode layer is chosen to be too thick, this has virtually no influence on that part of the X-ray emission which emerges from its front side. That part of the X-ray emission which emerges at the rear side of the thin-film anode, however, is absorbed by the anode layer itself as the thickness of the anode layer increases, and is thus lower. With an anode layer only a few μm thick, practically no X-ray emission which emerges on the rear side of the thin-film anode can be observed.

Bei einer Anodenschicht mit einer Stärke von etwa 1 μm sind die Anteile der Röntgenemission, welche auf der Vorder- und der Rückseite der Dünnschichtanode austreten, in etwa gleich groß, wodurch das erste und zweite Röntgenstrahlbündel in gleicher Weise nutzbar sind. Die Dicke der Anodenschicht ist jedoch nicht auf einen Wert von 1 μm festgelegt. Die Stärke der Anodenschicht wird entsprechend dem Anodenmaterial und der Elektronenenergie angepasst.at an anode layer with a thickness of about 1 micron are the proportions of the X-ray emission which are on the front and exit the back of the thin film anode, about the same size, whereby the first and second X-ray beam are usable in the same way. However, the thickness of the anode layer is not set to a value of 1 μm. The strenght the anode layer becomes according to the anode material and the electron energy customized.

Als optimale Materialien zur Verwendung in einer Röntgenquelle der oben genannten Art, haben sich Graphit für die Trägerschicht und Wolfram für die Anodenschicht herausgestellt. Der auf die Vorderseite der Dünnschichtanode auftreffende Elektronenstrahl ruft in dem Anodenmaterial, d. h. in der Anodenschicht, ein Anregungszentrum hervor. Die auf der Rückseite der Anodenschicht vorhandene Trägerschicht absorbiert also ggf. einen Teil der Röntgenemission, welcher auf der Rückseite der Dünnschichtanode austritt. Durch die Verwendung von Graphit, welches einen geringen Absorptionskoeffizient für Röntgenstrahlung aufweist, kann eine unnötig Abschwächung des zweiten Röntgenstrahlbündels (welches durch denjenigen Teil der Röntgenemission, welcher auf der Rückseite der Dünnschichtanode austritt, gebildet wird) vermieden werden.When optimal materials for use in an X-ray source of the above type, have become graphite for the backing layer and tungsten exposed for the anode layer. The on the front side of the thin film anode incident electron beam calls in the anode material, i. H. in the anode layer, an excitation center out. The existing on the back of the anode layer Carrier layer thus absorbs possibly a part of the X-ray emission, which on the back of the thin-film anode exit. Through the use of graphite, which has a low Has absorption coefficient for X-radiation, may be an unnecessary attenuation of the second X-ray beam (which by that part of the X-ray emission which is on the back of the thin-film anode emerges formed will be avoided).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Röntgenquelle einen Kühlkanal auf, der an die Rückseite der Dünnschichtanode angrenzt. Zur Abfuhr der in der Dünnschichtanode entstehenden Verlustwärme ist es vorteilhaft, wenn sich in deren unmittelbarer Nähe ein Kühlkanal befindet. Besonders vorteilhaft ist es, gemäß einer weiteren Ausführungsform, wenn der Kühlkanal von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbar ist, welches in direktem Kontakt mit der Rückseite der Dünnschichtanode steht. Durch den unmittelbaren Kontakt zwischen dem Kühlmittel und der Dünnschichtanode kann eine besonders gute Wärmeankopplung erreicht werden. Da die Dünnschichtanode eine geringe Masse aufweist, und außerdem die von dem Elektronenstrahl in das Anodenmaterial eingetragene Verlustwärme nicht, wie beispielsweise bei einer Drehanodenröhre auf ein größeres Volumen verteilt wird, ist eine effektive Kühlung der Dünnschichtanode unabdingbar. Eine effektive Kühlung erlaubt es, die Röntgenquelle mit hoher Leistung zu betreiben.According to one Another embodiment, the X-ray source a cooling channel on the back of the Thin-film anode adjacent. For removal of the in the thin-film anode resulting heat loss, it is advantageous if in the immediate vicinity of a cooling channel is located. It is particularly advantageous, according to another Embodiment, when the cooling channel of a liquid coolant can flow through, which is in direct contact with the back of the thin film anode. Due to the direct contact between the coolant and the thin-film anode can be a particularly good heat coupling be achieved. Because the thin-film anode has a low mass and also that of the electron beam in the Anode material registered loss heat not, such as in a rotary anode tube to a larger one Volume is distributed, is an effective cooling of the thin-film anode essential. An effective cooling allows the X-ray source with to operate at high power.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Elektronenquelle eine Beschleunigungsspannung von mehr als 80 kV auf. Die ansonsten nahezu isotrop von dem Anregungszentrum ausgehende Röntgenemission verändert ihre Form bei Beschleunigungsspannung oberhalb von 80 kV. Bei solchen Beschleunigungsspannungen wird eine bevorzugt vorwärts gerichtete Röntgenemission beobachtet, d. h. die räumliche Verteilung der Röntgenemission bildet ein Maximum unter einem Emissionswinkel aus, der in etwa dem Auftreffwinkel des Elektronenstrahls auf die Anode entspricht. Der Emissionswinkel und der Auftreffwinkel liegen in einer Ebene, wobei nach der Art einer Reflektion der Elektronenstrahl unter dem Auftreffwinkel auf die Anodenoberfläche trifft und die Röntgenemission diese unter dem in etwa gleichen Emissionswinkel verlässt. Dies trifft sowohl für denjenigen Teil der Röntgenemission zu, welcher die Vorderseite der Dünnschichtanode verlässt, als auch für denjenigen Teil, der die Rückseite der Dünnschichtanode verlässt. Bei Beschleunigungsspannungen oberhalb von 80 kV führt die vorwärtsgerichtete Verteilung der Röntgenemission dazu, dass ein größerer Anteil von dieser in dem ebenfalls vorwärtsgerichteten ersten und zweiten Röntgenstrahlbündel genutzt werden kann.According to one Embodiment, the electron source has an acceleration voltage of more than 80 kV. The otherwise almost isotropic from the excitation center Outgoing X-ray emission changes its shape at acceleration voltage above 80 kV. At such accelerating voltages becomes a preferred forward x-ray emission observed, d. H. the spatial distribution of the X-ray emission forms a maximum at an emission angle that is approximately corresponds to the angle of incidence of the electron beam on the anode. The emission angle and the angle of incidence lie in one plane, wherein after the type of reflection of the electron beam at the angle of incidence meets the anode surface and the X-ray emission leaves them under the approximately same emission angle. This is true for the part of the X-ray emission to which leaves the front of the thin-film anode, as well as for the part that covers the back the thin-film anode leaves. At acceleration voltages above of 80 kV leads the forward distribution the X-ray emission that a larger proportion from this in the likewise forward-looking first and second X-ray beam are used can.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Röntgenquelle nach der Art einer Ringröhre ausgestaltet und weist eine im Wesentlichen ringförmige Dünnschichtanode auf. Eine ringförmige Röntgenquelle ist besonders für Röntgentomographen, welche eine Röntgenquelle mit feststehenden Anoden verwenden, sogenannte non-mechanical-CTs, geeignet. Um eine bei diesen Geräten notwendige Beleuchtung des Untersuchungsobjekts aus verschiedenen Richtungen zu ermöglichen, ist die Elektronenquelle, gemäß einer weiteren Ausführungsform, entlang des Umfangs der Ringröhre beweglich. Alternativ besteht die Elektronenquelle aus einer Vielzahl von Subemittern, die entlang des Umfangs der Ringröhre angeordnet sind.According to one Another embodiment is the X-ray source configured in the manner of a ring tube and has a essentially annular thin-film anode. An annular X-ray source is especially for X-ray tomography, which is an X-ray source using fixed anodes, so-called non-mechanical CTs, suitable. To a necessary with these devices lighting to allow the object to be examined from different directions, is the electron source, according to another Embodiment, along the circumference of the ring tube movable. Alternatively, the electron source consists of a plurality of Subemittern, which are arranged along the circumference of the ring tube are.

Der erfindungsgemäße Röntgenscanner weist eine Röntgenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auf, wobei deren erstes und zweites Röntgenstrahlbündel zur Durchstrahlung eines Untersuchungsobjektes in einem ersten und zweiten Untersuchungsbereich auf einen ersten bzw. zweiten Detektor gerichtet sind. Der Röntgenscanner weist zwei Nutzstrahlen auf, wodurch im Vergleich zu Systemen mit nur einem Nutzstrahl in der gleichen Zeit ein doppelt so großer Bereich des Untersuchungsobjektes abgetastet werden kann. Dabei werden, gemäß einer weiteren Ausführungsform, das Untersuchungsobjekt und die Röntgenquelle in einer Scanrichtung relativ zueinander bewegt. Die Scanrichtung ist dabei im Wesentlichen senkrecht zu den Richtungen des ersten und zweiten Röntgenstrahlbündels orientiert.The X-ray scanner according to the invention has an X-ray source according to any one of claims 1 to 13, wherein the first and second X-ray beam for irradiating an examination subject in a first and second examination area are directed to a first and second detector. The X-ray scanner has two useful beams, which compared to systems with only one useful beam in the same time a twice as large area of the object to be examined can be sampled. In this case, according to a further embodiment, the examination subject and the x-ray source are moved relative to one another in a scanning direction. The scanning direction is oriented substantially perpendicular to the directions of the first and second X-ray beam.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Röntgenquelle sowie des erfindungsgemäßen Röntgenscanners gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Unteransprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the invention X-ray source and the inventive X-ray scanners go from the above not mentioned Subclaims forth.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung weiter erläutert:
Dabei zeigt derenIn the following the invention will be further explained with reference to the figures of the drawing:
It shows their

1 eine Röntgenquelle in einem Längsschnitt 1 an X-ray source in a longitudinal section

2 eine Detailansicht einer Röntgenquelle in einer Perspektivansicht, 2 a detailed view of an X-ray source in a perspective view,

3 einen Röntgenscanner in Querschnitt und 3 an x-ray scanner in cross-section and

4 einen Röntgenscanner in Längsschnitt, jeweils in schematischer Darstellung. 4 an x-ray scanner in longitudinal section, each in a schematic representation.

Die in 1 dargestellte Röntgenquelle 2 weist ein evakuiertes Gehäuse 4 aus Edelstahl auf. In diesem befindet sich eine Elektronenquelle 6, von der ein Elektronenstrahl 8 ausgeht, der von der Vorderseite 10 her auf eine Dünnschichtanode 12 trifft. Die Dünnschichtanode 12 weist einen Sandwichaufbau auf und besteht aus einer 500 μm dicken Trägerschicht 14 aus Graphit, welche auf ihrer dem Elektronenstrahl 8 zugewandten Vorderseite 10 eine 1 μm dicke Anodenschicht 16 aus Wolfram aufweist. Der Elektronenstrahl 8 hat eine Energie zwischen 80 KeV und 200 KeV, und trifft unter einem Winkel α von in etwa 10° auf die Vorderseite 10 der Dünnschichtanode 12 auf. Der Winkel α wird von der Auftreffrichtung des Elektronenstrahls 8 und der Ebene, in der sich die Vorderseite 10 der Dünnschichtanode 12 erstreckt, eingeschlossen.In the 1 illustrated X-ray source 2 has an evacuated housing 4 made of stainless steel. In this there is an electron source 6 , from which an electron beam 8th emanating from the front 10 on a thin-film anode 12 meets. The thin-film anode 12 has a sandwich construction and consists of a 500 μm thick carrier layer 14 made of graphite, which on its the electron beam 8th facing front 10 a 1 micron thick anode layer 16 made of tungsten. The electron beam 8th has an energy between 80 KeV and 200 KeV, and hits at an angle α of about 10 ° to the front 10 the thin film anode 12 on. The angle α is determined by the direction of impact of the electron beam 8th and the plane in which the front 10 the thin film anode 12 extends, included.

Die auftreffenden Elektronen erzeugen in der Dünnschichtanode 12, genauer gesagt in deren Anodenschicht 16, ein Anregungszentrum 18. Von diesem geht eine Röntgenemission aus, von der ein Teil die Dünnschichtanode 12 auf deren Vorderseite 10 verlässt und ein weiterer Teil die Dünnschichtanode 12 auf deren Rückseite 20 verlässt. Die räumliche Verteilung der Röntgenemission ist in erster Nährung isotrop. Erst bei Elektronenenergien von mehr als 80 KeV weist diese eine Vorzugsrichtung auf, die in etwa den gleichen Winkel zu der Oberfläche der Dünnschichtanode 12 aufweist, wie die auf die Dünnschichtanode 12 treffenden Elektronen 8. Aus den zu beiden Seiten der Dünnschichtanode 12 austretenden Teilen der Röntgenemission wird ein erstes und zweites Röntgenstrahlbündel 22, 24 gebildet. Dabei wird als erstes Röntgenstrahlbündel derjenige Teil der Röntgenemission bezeichnet, welcher auf der Vorderseite der Dünnschichtanode 12 austritt und wahlweise von dem ersten Austrittsfenster 26 oder der ersten Kollimatorblende 28 begrenzt ist. Analog wird als zweites Röntgenstrahlbündel 24 derjenige Teil der Röntgenemission bezeichnet, welcher auf der Rückseite 20 der Dünnschichtanode 12 austritt, und durch ein in 1 nicht näher dargestelltes zweites Austrittsfenster bzw. durch eine zweite Kollimatorblende 30 begrenzt wird. Im Bereich der Austrittsfenster 26 ist die Wandstärke des Gehäuses 4 beispielsweise auf 200 μm reduziert, um die Absorption der Röntgenstrahlung durch die Gehäusewand zu minimieren. Die Abweichung der ersten und zweiten Emissionsrichtung 32, 34 des ersten und zweiten Röntgenstrahlbündels 22, 24 ist in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit stark übertrieben dargestellt. In Wirklichkeit weichen die erste und zweite Emissionsrichtung 32, 34 lediglich wenige Grad voneinander ab.The incident electrons generate in the thin film anode 12 more precisely in its anode layer 16 , an excitation center 18 , From this emanates an X-ray emission, of which a part of the thin-film anode 12 on the front side 10 leaves and another part of the thin-film anode 12 on the back 20 leaves. The spatial distribution of the X-ray emission is isotropic in the first approximation. Only at electron energies of more than 80 KeV, this has a preferred direction, which is approximately the same angle to the surface of the thin-film anode 12 such as the thin-film anode 12 meeting electrons 8th , From the on both sides of the thin-film anode 12 leaking portions of the X-ray emission becomes a first and a second X-ray beam 22 . 24 educated. In this case, the part of the X-ray emission which is on the front side of the thin-film anode is referred to as the first X-ray beam 12 exit and optionally from the first exit window 26 or the first collimator aperture 28 is limited. Analog is used as the second X-ray beam 24 the part of the X-ray emission referred to, which on the back 20 the thin film anode 12 exit, and through an in 1 not shown in detail second exit window or through a second collimator 30 is limited. In the area of the exit window 26 is the wall thickness of the housing 4 For example, reduced to 200 microns to minimize the absorption of the X-ray radiation through the housing wall. The deviation of the first and second emission direction 32 . 34 of the first and second x-ray beams 22 . 24 is in 1 for the sake of clarity greatly exaggerated. In reality, the first and second emission directions are different 32 . 34 only a few degrees apart.

An die Rückseite 20 der Dünnschichtanode 12 grenzt ein Kühlkanal 36 an. Dieser kann beispielsweise durch ein auf die Außenseite des Gehäuses 4 aufgesetztes Aluminiumprofil mit einer Wandstärke von 1 mm gebildet sein. In dem Kühlkanal 36 strömt Kühlwasser oder Kühlöl, welches die Dünnschichtanode 12 von ihrer Rückseite 20 her in direktem Kontakt kühlt.To the back 20 the thin film anode 12 borders a cooling channel 36 at. This can, for example, by a on the outside of the housing 4 mounted aluminum profile be formed with a wall thickness of 1 mm. In the cooling channel 36 flows cooling water or cooling oil, which is the thin-film anode 12 from her back 20 cool in direct contact.

2 zeigt eine perspektivische Detailansicht einer Röntgenquelle. Diese weist ein zweiteiliges Gehäuse auf, wobei die Dünnschichtanode 12 zwischen einem ersten Gehäuseteil 38 und einem zweiten Gehäuseteil 40 gehalten ist. In 2 ist lediglich das zweite Röntgenstrahlbündel 24 dargestellt. Dieses ist ein Teil der Röntgenemission, welche ausgehend von dem Anregungszentrum 18 die Dünnschichtanode 12 auf ihrer Rückseite 20 verlässt. Der zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil 38, 40 vorhandene Spalt 42 wirkt dabei für das zweite Röntgenstrahlbündel 24 wie ein Kollimator. 2 shows a perspective detail view of an X-ray source. This has a two-part housing, wherein the thin-film anode 12 between a first housing part 38 and a second housing part 40 is held. In 2 is only the second X-ray beam 24 shown. This is a part of the X-ray emission which originates from the excitation center 18 the thin-film anode 12 on her back 20 leaves. The between the first and second housing part 38 . 40 existing gap 42 acts for the second X-ray beam 24 like a collimator.

Das erste und zweite Gehäuseteil 38, 40 ist in Längsrichtung L entlang eines Kreisbogens gebogen, so dass eine ringförmige Röntgenröhre entsteht. Entsprechend folgt auch die Form der Dünnschichtanode 12 dieser Biegung. Die Röntgenstrahlbündel 24 sind in Richtung des Innenraums des Kreisbogens gerichtet, wo sich in der Regel ein Untersuchungsraum befindet. Zur Abtastung eines in dem Untersuchungsraum befindlichen Untersuchungsobjektes aus unterschiedlichen Richtungen ist die Elektronenquelle 6 ebenfalls in Längsrichtung L beweglich. Eine solche Röntgenquelle ist insbesondere für Röntgenscanner geeignet, wobei zur Durchführung einer Messung die Elektronenquelle 6 entlang der Längsrichtung L bewegt wird.The first and second housing part 38 . 40 is bent in the longitudinal direction L along a circular arc, so that an annular X-ray tube is formed. Accordingly, the shape of the thin-film anode follows 12 this bend. The x-ray beams 24 are directed towards the interior of the circular arc, where there is usually an examination room. For scanning an examination object located in the examination room from different directions is the electron source 6 also movable in the longitudinal direction L. Such an X-ray source is especially for X-ray canner suitable, wherein to carry out a measurement, the electron source 6 along the longitudinal direction L is moved.

Alternativ zu einer Bewegung der Elektronenquelle 6 in Längsrichtung L kann diese auch aus einer Vielzahl von Subemittern bestehen, welche in Längsrichtung L entlang der Dünnschichtanode 12 angeordnet sind. Anstatt einer Bewegung der Elektronenquelle 6 in Längsrichtung L werden nun die einzelnen Subemitter der Reihe nach, wie ein Lauflicht durchgeschaltet.Alternatively to a movement of the electron source 6 in the longitudinal direction L, this may also consist of a plurality of sub-emitters, which in the longitudinal direction L along the thin-film anode 12 are arranged. Instead of a movement of the electron source 6 in the longitudinal direction L now the individual sub-emitter in turn, as a running light switched through.

3 zeigt einen Röntgenscanner 50 in einer stark schematisierten Querschnittsansicht. Zur Untersuchung eines Untersuchungsobjekts 52 wird dieses von einem fächerartigen Röntgenstrahlbündel 22 durchstrahlt, welches auf einen Detektor 54 zur Aufnahme der Messdaten gerichtet ist. Bei einem tomographischen Röntgenverfahren wird das Untersuchungsobjekt 52 aus verschiedenen Richtungen durchstrahlt. Zu diesem Zweck bewegt sich die Elektronenquelle 6 entlang der Längsrichtung L um das Untersuchungsobjekt 52 herum. Zur Erzeugung des Röntgenstrahlbündels 22 wird ein Elektronenstrahl 8 aus verschiedenen Richtungen auf die feststehende Anode 12 gerichtet. Die Ringröhre umgibt dabei den Untersuchungsraum, in dem das Untersuchungsobjekt 52 angeordnet ist. Alternativ kann das Röntgenstrahlbündel 22 von einer Drehkolben- oder Drehanodenröhre erzeugt werden, die in Längsrichtung L um das Untersuchungsobjekt 52 herum bewegt wird. 3 shows an x-ray scanner 50 in a highly schematic cross-sectional view. To examine an examination object 52 This is a fan-like X-ray beam 22 which radiates to a detector 54 directed to the recording of the measured data. In a tomographic X-ray method, the examination object 52 irradiated from different directions. For this purpose, the electron source moves 6 along the longitudinal direction L around the examination object 52 around. For generating the X-ray beam 22 becomes an electron beam 8th from different directions to the fixed anode 12 directed. The ring tube surrounds the examination room, in which the examination object 52 is arranged. Alternatively, the x-ray beam 22 be produced by a rotary or rotary anode tube, which in the longitudinal direction L around the object to be examined 52 is moved around.

4 zeigt den Röntgenscanner 50 in einem stark schematisierten Längsschnitt. Das Untersuchungsobjekt 52 wird in einem ersten und zweiten Untersuchungsbereich 56, 58 durchstrahlt. Zu diesem Zweck ist das erste und zweite Röntgenstrahlbündel 22, 24 auf das Untersuchungsobjekt 52 gerichtet. Die Messergebnisse werden von einem ersten und zweiten Detektor 54, 55 detektiert. Nachdem das Untersuchungsobjekt 52 Idealerweise durch einen vollständigen Umlauf in Längsrichtung L aus allen Richtungen durchstrahlt wurde, wird dieses in Scanrichtung S weiterbewegt. Die Scanrichtung S ist dabei im Wesentlichen senkrecht zu den Emissionsrichtungen 32, 34 des ersten und zweiten Röntgenstrahlbündels 22, 24 orientiert. Das Scanverfahren kann dabei besonders zügig durchgeführt werden, wenn der erste und zweite Untersuchungsbereich 56, 58 nach der Scanbewegung in Scanrichtung S so gewählt werden, dass diese sich mit den vorherigen Untersuchungsbereichen nicht überlappen. Bei dem Röntgenscanner 50 kann es sich um einen Computertomographen auf dem Gebiet der Medizin, ebenso aber auch um einen Gepäckscanner für die Sicherheitstechnik handeln. 4 shows the x-ray scanner 50 in a highly schematic longitudinal section. The examination object 52 is in a first and second study area 56 . 58 irradiated. For this purpose, the first and second X-ray beams 22 . 24 on the examination object 52 directed. The measurement results are from a first and second detector 54 . 55 detected. After the examination object 52 Ideally, through a complete rotation in the longitudinal direction L was irradiated from all directions, this is moved in the scanning direction S. The scanning direction S is substantially perpendicular to the emission directions 32 . 34 of the first and second x-ray beams 22 . 24 oriented. The scanning process can be carried out particularly quickly, if the first and second examination area 56 . 58 After the scan movement in the scanning direction S are chosen so that they do not overlap with the previous examination areas. In the X-ray scanner 50 It may be a computer tomograph in the field of medicine, as well as a baggage scanner for security technology.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 7349525 B2 [0001]

Claims

X-ray source ( 2 ) with an electron source ( 6 ) and a thin film anode ( 12 ), one of the electron source ( 6 ) outgoing electron beam ( 8th ) on a facing this front ( 10 ) of the thin film anode ( 12 ), and in this an excitation center ( 18 ), from which an X-ray emission emanates, whereby from one on the front ( 10 ) of the thin film anode ( 12 ) emitting part of the X-ray emission, a first X-ray beam ( 22 ) is formed and from a on the electron beam ( 8th ) facing away from the back ( 20 ) of the thin film anode ( 12 ) emitting part of the X-ray emission, a second X-ray beam ( 24 ) is formed.

X-ray source ( 2 ) according to claim 1, wherein the front side ( 10 ) of the thin film anode ( 12 ) and the direction from which the electron beam ( 8th ) to meet this meets an angle (α) between 5 ° and 15 °.

X-ray source ( 2 ) according to claim 2, wherein the angle (α) between the front ( 10 ) of the thin film anode ( 12 ) and the direction of the electron beam ( 8th ) is at least approximately 10 °.

X-ray source ( 2 ) according to one of claims 1 to 3, in which the thin-film anode ( 12 ) a sandwich construction of at least one carrier layer ( 14 ) and an anode layer ( 16 ) having.

X-ray source ( 2 ) according to claim 4, wherein the anode layer ( 16 ) has a thickness of at least approximately 1 μm.

X-ray source ( 2 ) according to claim 4 or 5, wherein the carrier layer ( 14 ) of graphite and the anode layer ( 16 ) is made of tungsten.

X-ray source ( 2 ) according to one of the preceding claims, one to the back of the thin-film anode ( 12 ) adjacent cooling channel ( 36 ).

X-ray source ( 2 ) according to claim 7, wherein a in the cooling channel ( 36 ) existing liquid coolant in direct contact with the back ( 20 ) of the thin film anode ( 12 ) stands.

X-ray source ( 2 ) according to one of the preceding claims, a first and second collimator diaphragm ( 28 . 30 ) comprising the first and second x-ray beams ( 22 . 24 ) limit.

X-ray source ( 2 ) according to one of the preceding claims, whose electron source ( 6 ) has an acceleration voltage of more than 80 kV.

X-ray source ( 2 ) according to one of the preceding claims, wherein it is designed in the manner of a ring tube and a substantially annular thin-film anode ( 12 ) having.

X-ray source ( 2 ) according to claim 11, an electron source ( 6 ) movable along the circumference of the toroidal tube.

X-ray source ( 2 ) according to claim 11, wherein the electron source ( 6 ) consists of a plurality of sub-emitters, which are arranged along the circumference of the ring tube.

X-ray source ( 2 ) according to one of claims 1 to 10, wherein this is designed in the manner of a rotary or rotary anode tube.

X-ray scanner with an X-ray source ( 2 ) according to one of claims 1 to 13, whose first and second X-ray beams ( 22 . 24 ) for irradiating an examination subject ( 52 ) in a first and second research area ( 56 . 58 ) to a first or a second detector ( 54 . 55 ) are directed.

X-ray scanner according to claim 15 in conjunction with any one of claims 11 to 13, wherein the ring tube surround an examination room.

X-ray scanner according to Claim 15 or 16, in which the examination subject ( 52 ) and the x-ray source ( 2 ) are movable relative to one another in a scanning direction (S), wherein the scanning direction (S) is substantially perpendicular to the emission direction (S). 32 . 34 ) of the first and second x-ray beams ( 22 . 24 ) is oriented.