DE102010030713B4 - X-ray source for generating X-rays with a hollow body target and a method for generating X-radiation in a hollow body target - Google Patents

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Abstract

Röntgenquelle zur Erzeugung von Röntgenstrahlung durch Auftreffen von Elektronenstrahlen auf ein Target, wobei in dem Strahlengang des Elektronenstrahls (5) ein Hohlkörpertarget (15) zur vorteilhaften Nutzung der Rückstreuelektronen (8) angeordnet ist, dessen gesamte innere Oberfläche durch den Elektronenstrahl (5) beaufschlagt wird, die Röntgenquelle mit Beschleunigungsspannungen ab 100 kV betrieben wird und die Vorzugsrichtung der Röntgenstrahlung ausnutzt.X-ray source for generating X-radiation by impingement of electron beams on a target, wherein in the beam path of the electron beam (5) a hollow body target (15) for advantageous use of the backscattered electrons (8) is arranged, whose entire inner surface is acted upon by the electron beam (5) , the X-ray source is operated with acceleration voltages from 100 kV and utilizes the preferred direction of the X-ray radiation.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Röntgenquelle zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mit einem Hohlkörpertarget und ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung in einem Hohlkörpertarget und ist anwendbar in verschiedenen Gebieten der Röntgentechnik, beispielsweise in der Medizin, der Technik für die Analyse, der Be- und Durchstrahlung sowie der Gepäck- und Containerinspektion. Während z. B. in der medizinischen und technischen Bestrahlungstechnik und in der technischen Rückstrahltechnik eine hohe Gesamt-Strahlleistung oder in der Radiometrie ein hoch konstanter Strahlstrom im Vordergrund steht, erfordern andere Röntgentechniken wie z. B. Radiographie, Radioskopie, CT oder die Verwendung von Röntgenoptiken zusätzlich einen wohl definierten sowie spezifisch hoch belastbaren Brennfleck. Der Brennfleck beschreibt den Ort und die Größe des Auftreffpunktes der Elektronen auf dem Target der Anode und ist Erzeugungsort der Röntgenstrahlen. In der Medizin und der Technik wird der Brennfleck mit verschiedenen Normen oder Verfahren beschrieben und vermessen. Als Beispiel soll die technische Norm DIN EN 12543-1 bis 5 genannt werden.The invention describes an X-ray source for generating X-rays with a hollow body target and a method for generating X-radiation in a hollow body target and is applicable in various fields of X-ray technology, for example in medicine, the technology for analysis, irradiation and baggage and container inspection. While z. B. in medical and technical irradiation technology and in the technical Rückstrahltechnik a high total beam power or in the radiometry is a highly constant beam current in the foreground, require other X-ray techniques such. As radiography, radioscopy, CT or the use of X-ray optics in addition a well-defined and specific high-loadable focal spot. The focal spot describes the location and size of the point of impact of the electrons on the target of the anode and is the place of generation of the X-rays. In medicine and engineering, the focal spot is described and measured using various standards or procedures. As an example, the technical standard DIN EN 12543-1 to 5 should be mentioned.

Stand der TechnikState of the art

Im Vakuumgefäß einer Röntgenquelle werden die aus der Kathode austretenden Elektronen mittels eines elektrischen Feldes auf das Target der Anode beschleunigt, wo sie Röntgenstrahlen auslösen. Diese breiten sich in alle Richtungen aus, wobei die technisch nutzbaren Röntgenstrahlen den Vakuumraum durch ein speziell hierfür angeordnetes Strahlenfenster verlassen.In the vacuum vessel of an X-ray source, the electrons emerging from the cathode are accelerated by means of an electric field to the target of the anode, where they trigger X-rays. These propagate in all directions, with the technically usable X-rays leaving the vacuum space through a specially arranged beam window.

Grundsätzlich sind zwei Anordnungen des Targets zum Elektronenstrahl möglich: Das Reflektionstarget bezeichnet eine Anordnung, bei der der Elektronenstrahl und die genutzte Röntgenstrahlung auf der gleichen Seite des Targets liegen. Bei einem so genannten Durchstrahltarget trifft der Elektronenstrahl von einer - nämlich der Vakuumseite - auf das Target, während der nutzbare Röntgenstrahl auf der anderen - der Luftseite - aus dem Target und damit auch aus der Röntgenquelle austritt. Das Target ist hier also gleichzeitig das Röntgenstrahlen-Austrittsfenster.In principle, two arrangements of the target for the electron beam are possible: The reflection target designates an arrangement in which the electron beam and the used X-ray radiation lie on the same side of the target. In a so-called transmission target, the electron beam from one - namely the vacuum side - hits the target, while the usable X-ray beam on the other - the air side - emerges from the target and thus also from the X-ray source. The target is thus simultaneously the X-ray exit window.

Bei dem Betrieb der Röntgenquelle tritt eine Vielzahl von Problemen auf, von denen vier nachfolgend kurz beschrieben werden.The operation of the X-ray source presents a variety of problems, four of which are briefly described below.

ElektronenrückstreuungElectron backscatter

Erstens ist dem Fachmann bekannt, dass bei Reflektionstargets und Transmissionstargets - abhängig vom Targetmaterial, vom Targetwinkel und der Beschleunigungsspannung - ein erheblicher Anteil der auf das Target beschleunigten Elektronen das Target ohne Strahlenerzeugung als sogenannte Rückstreuelektronen wieder verlassen. Der Anteil der Rückstreuelektronen erhöht sich, je flacher die Elektronen auf die Targetoberfläche auftreffen.Firstly, it is known to the person skilled in the art that with reflection targets and transmission targets-depending on the target material, the target angle and the acceleration voltage-a significant proportion of the electrons accelerated onto the target leave the target without generating radiation as so-called backscattered electrons. The proportion of backscattered electrons increases, the shallower the electrons strike the target surface.

Durch diese Rückstreuelektronen wird nicht nur die Bilanz für die Erzeugung von Röntgenstrahlen (Wirkungsgrad) verschlechtert, sondern auch die Stabilität der Hochspannungsisolatoren in der Röntgenquelle herabgesetzt.These backscattered electrons not only degrade the X-ray generation (efficiency), but also lower the stability of the high voltage insulators in the X-ray source.

Um dies zu verhindern oder zumindest zu reduzieren sind dem Fachmann verschiedene Hilfsmittel bekannt, wie zum Beispiel der gebräuchliche voluminöse Elektronenfangkorb um das Target und die Gestaltung elektrostatischer Felder durch Elektroden oder Isolatoren zur Ablenkung der Rückstreuelektronen auf Bereiche, in denen sie nur geringe oder keine Störungen auslösen können.In order to prevent or at least reduce this, various means are known to the person skilled in the art, such as the conventional voluminous electron trap around the target and the formation of electrostatic fields by electrodes or insulators for deflecting the backscatter electrons to areas in which they cause little or no interference can.

In der EP 1 618 585 B1 wird eine Röntgenröhre mit einer Anordnung von mehreren Kanälen beschrieben, die etwa in ihrer Mitte ein Target aufweisen. Diese Bauweise, die der klaren Trennung der verschiedenen Ausstrahlungs-Kanäle dienen soll, ermöglicht es zwar auch die vom Target rückgestreuten Elektronen einzufangen, einen Beitrag zur Erhöhung der Konversion von Elektronen in Röntgenstrahlung erbringen sie jedoch nicht, da das für die Kanaltrennung dienende Material (Kupfer) einen weitaus geringeren Konversionsgrad für die Umwandlung von Elektronen- in Röntgenstrahlen aufweist. Auch würden die Rücktreuelektronen in diesem Fall in deutlichem Abstand vom eigentlichen Brennfleck Strahlung erzeugen und damit den Brennfleck unnötig vergrößern.In the EP 1 618 585 B1 For example, an X-ray tube with an array of multiple channels having a target at about its center will be described. Although this construction, which is intended to provide a clear separation of the different emission channels, also makes it possible to capture the electrons backscattered by the target, they do not contribute to increasing the conversion of electrons into X-rays since the material used for channel separation (copper ) has a much lower degree of conversion for the conversion of electron into X-rays. In this case, too, the return electrons would generate radiation at a considerable distance from the actual focal spot and thus unnecessarily increase the focal spot.

Auch in der WO 2009 / 081 312 A1 wird ein besonders großer und leistungsfähiger Kollektor zum Einfang von Rückstreuelektronen in Röntgenröhren sowie die Speicherung und Abführung der von diesen Elektronen mitgeführten Wärmeenergie beschrieben. Auf eine Nutzung dieser Elektronen ist die Konstruktion jedoch nicht ausgerichtet.Also in the WO 2009/081 312 A1 describes a particularly large and efficient collector for trapping backscattered electrons in X-ray tubes as well as the storage and removal of heat energy carried by these electrons. However, the construction is not aligned with any use of these electrons.

Der BrennfleckThe focal spot

Zweitens hat man bei der Betrachtung der Abbildungseigenschaften einer Röntgenquelle einerseits einen so kleinen Brennfleck zu wählen, dass er imstande ist, die feinsten, für die Qualitätsprüfung notwendigen Dichte- und Elementverteilungen im untersuchten Material durch z. B. Schattenprojektion oder CT sichtbar zu machen. Dies ist aber auch für die laterale Auflösung bei der Fluoreszenzanalyse und die Präzision von Beugungsreflexen erforderlich.Secondly, when considering the imaging properties of an X-ray source, one has to choose such a small focal spot on the one hand that it is capable of producing the finest density and element distributions in the examined material, which are necessary for quality testing. To make shadow projection or CT visible. However, this is also required for the lateral resolution in the fluorescence analysis and the precision of diffractive reflections.

Andererseits muss der Brennfleck so groß sein, dass der für eine schnelle Prüfung notwendige Fluss an erzeugten Röntgenstrahlen und damit auch der Fluss an erzeugenden Elektronenstrahlen gewährleistet ist, ohne das so aufgeheizte Target im Brennfleck zu schnell zu verdampfen oder gar aufzuschmelzen. On the other hand, the focal spot must be so large that the flow of generated X-rays necessary for rapid testing and thus also the flow of generating electron beams is ensured, without evaporating or even melting the heated target in the focal spot too quickly.

Die tatsächlich hier absorbierte Elektronenenergie wird dabei nur zu einem sehr geringen Teil in Röntgenstrahlenenergie umgesetzt, während der übergroße Rest in Wärme umgewandelt wird.The electron energy actually absorbed here is only converted into X-ray energy to a very small extent, while the excess amount is converted into heat.

Aus den vorgenannten Gründen muss man anstelle eines idealen Punktes von einer kleinen (etwa kreisförmigen oder rechteckigen) Strahlfläche auf dem ebenen Target als Brennfleck ausgehen und die Konstruktion des Targets derart auslegen, dass eine hohe elektrische Leistung pro Flächeneinheit des wirksamen und nutzbaren Brennflecks - hier Brillanz genannt - erreicht wird.For the reasons given above, instead of an ideal point, one must start with a small (approximately circular or rectangular) beam surface on the flat target as the focal point and design the target such that a high electrical power per unit area of the effective and usable focal spot - here brilliance called - is achieved.

Das Target wird daher als Mehrschicht-System aufgebaut, bei dem das Konversionsmaterial, also das Material, in dem die Elektronen- effizient in Röntgen-Energie konvertiert wird, auf ein Trägermaterial mit besserer Wärmeleitfähigkeit aufgebracht wird. Die beiden Schichten können auch aus mehreren verschiedenartigen Materialien bestehen, um die jeweiligen Eigenschaften zu verbessern.The target is therefore constructed as a multi-layer system in which the conversion material, ie the material in which the electron is efficiently converted into X-ray energy, is applied to a carrier material with better thermal conductivity. The two layers can also consist of several different materials to improve the respective properties.

Stand der Technik ist die Verwendung eines Wolfram-, oder Wolfram-Rhenium-Targets, sofern nicht aus anderen Gründen wie z. B. der Röntgen-Analytik (Bsp. Beugung, Fluoreszenz) oder der Nutzung niederenergetischer Strahlung (Bsp. Mammographie) ein anderes Targetmaterial benötigt wird. Diese Materialien zeichnen sich sowohl durch eine hohe Ordnungszahl, was für die Umwandlung von Elektronen- in Röntgenenergie vorteilhaft ist, als auch durch eine relativ gute Wärmeleitfähigkeit, hohe Schmelztemperatur und niedrigen Dampfdruck aus.The prior art is the use of a tungsten, or tungsten rhenium target, unless for other reasons such. As the X-ray analysis (eg diffraction, fluorescence) or the use of low-energy radiation (eg mammography) another target material is needed. These materials are characterized by both a high atomic number, which is advantageous for the conversion of electron into X-ray energy, as well as by a relatively good thermal conductivity, high melting temperature and low vapor pressure.

Bekanntermaßen wird in Drehanoden-Röhren, Drehkolben-Röhren und Röhren mit oszillierenden Targets dem Elektronenstrahl eine sich ständig erneuernde Targetfläche angeboten, wobei der Brennfleck im Raum stehen bleibt. Dieser Vorteil wird mit einem größeren technischen Aufwand erkauft.As is known, in rotating anode tubes, rotary tubes and tubes with oscillating targets, the electron beam is offered a constantly renewing target surface, the focal spot remaining in space. This advantage is paid for with a greater technical effort.

Es sind auch seit Jahrzehnten Röntgenröhren mit sogenannten Kegeltargets aus Konversionsmaterial bekannt, bei denen auf die massive Kegelspitze ein Elektronen-Hohlstrahl gerichtet wird, der eine strahlende Zone in Form eines hohlkegelartigen Ringes um die massive Kegelspitze erzeugt. Hier war das Ziel der Entwicklung, eine Röntgenquelle zu schaffen, die es ermöglicht, die Schweißnaht an Rohrverbindungen oder die Karkasse von Fahrzeugreifen von innen nach außen mit einer einzigen Belichtung senkrecht zu durchstrahlen. Die sich auf dem Kegeltarget ausbildende strahlende Zone ist dreidimensional und führt in der Projektion senkrecht zum Elektronenstrahl (und zur Kegelachse) zu einem strich- oder halbmondförmigen Brennfleck.There are also known for decades X-ray tubes with so-called cone targets of conversion material, in which an electron hollow beam is directed to the massive cone tip, which generates a radiating zone in the form of a hollow cone-like ring around the massive cone apex. Here, the goal of the development was to create an X-ray source which allows the weld on pipe joints or the carcass of vehicle tires to be radiated vertically from the inside to the outside with a single exposure. The radiating zone forming on the cone target is three-dimensional and leads in the projection perpendicular to the electron beam (and the cone axis) to a dash or crescent-shaped focal spot.

Nach der US 7 050 540 B2 wird ein kegelförmig auslaufender massiver Stift aus Konversionsmaterial senkrecht zu seiner Achse mit Elektronen bestrahlt. In beiden zuletzt genannten Fällen handelt es sich um Reflektionstargets, bei denen ein massives räumliches Gebilde von außen mit beschleunigten Elektronen beaufschlagt und keinerlei Vorkehrungen gegen die rückgestreuten Elektronen getroffen wird.After US Pat. No. 7,050,540 B2 For example, a tapered solid pin of conversion material is irradiated perpendicular to its axis with electrons. Both of these latter cases are reflection targets in which a massive spatial structure is exposed to accelerated electrons from the outside and no precautions are taken against the backscattered electrons.

Vorzugsrichtungpreferred direction

Drittens ist dem Fachmann bekannt, dass sich die Röntgenstrahlung in einer sogenannten Vorzugsrichtung ( US 4 229 651 A ; US 4 821 304 A ; US 5 029 195 A ; US 5 128 977 A ; US 5 206 895 A . A. Ganguly, N.J. Pelc, ‚On the Angular Dependence of Bremsstrahlung X-Ray Emission‘, Proc. f SPIE, Vol. 6913, 69134P-1 (2008)) ausbreitet. Je höher die Beschleunigungsspannung ist, desto flacher soll der Einfallswinkel der Elektronen zur Targetoberfläche und der Abnahmewinkel zur Targetoberfläche des Röntgenstrahls sein, um die höchstmögliche Intensität auszunutzen. Es ist auch anzumerken, dass sich hier der für die Defektoskopie vorteilhafte Umstand ergibt, dass sich das Röntgenspektrum aufhärtet. Dies bedeutet, dass die Intensitäten insbesondere bei den höheren Energien des Spektrums verstärkt werden. Bei der Konstruktion von Röntgenquellen konnte dieser letztere Umstand bisher nicht umgesetzt werden, da sich der negative Effekt der Rückstreuelektronen bei kleinen Einstrahlwinkeln gegen die Targetoberfläche mit dem positiven Effekt der Vorzugsrichtung fast kompensiert.Third, it is known to the person skilled in the art that the X-ray radiation is in a so-called preferred direction (FIG. US 4,229,651 A ; US 4,821,304A ; US 5 029 195 A ; US 5 128 977 A ; US 5,206,895 A , A. Ganguly, NJ Pelc, 'On the Angular Deposition of Bremsstrahlung X-Ray Emission', Proc. f SPIE, Vol. 6913, 69134P-1 (2008)) spreads. The higher the acceleration voltage, the shallower the angle of incidence of the electrons to the target surface and the decrease angle to the target surface of the X-ray should be to exploit the highest possible intensity. It should also be noted that this results in the circumstance advantageous for the defectoscopy that the X-ray spectrum hardens. This means that the intensities are amplified, especially at the higher energies of the spectrum. In the construction of X-ray sources of this latter circumstance could not be implemented so far, since the negative effect of the backscattered electrons at small angles of incidence against the target surface with the positive effect of the preferred direction almost compensated.

Es kann aber der Verlust des Stroms der rückgestreuten Elektronen durch einen so genannten Kompensationsstrom ausgeglichen und der Brennfleck wieder höher belastet werden. Da dieser Kompensationsstrom aber so wie der eigentliche Röhrenstrom aus ein- und derselben Kathode kommt, muss die Leistung der Kathode erhöht und somit ihre Lebensdauer verkürzt werden.However, it is possible to compensate for the loss of the current of the backscattered electrons by means of a so-called compensation current and to load the focal spot again higher. However, since this compensation current, like the actual tube current, comes from one and the same cathode, the power of the cathode must be increased and thus its service life must be shortened.

Durch die ungenutzten Rückstreuelektronen wird aber die Energiebilanz nach wie vor belastet.However, the energy balance is still burdened by the unused backscattered electrons.

DurchstrahltargetBy ray target

Viertens sind bei den üblichen Durchstrahltargets die Anforderungen an die Targetkonstruktion wesentlich schwerer zu erfüllen als bei Reflektionstargets, da hier mit der Bauweise mehrere Funktionen und damit mehrere Eigenschaften, wie hohe Ordnungszahl, geringe Strahlenschwächung, gute Wärmeleitung, hohe mechanische Festigkeit und ausreichende Vakuumtauglichkeit vereinigt werden müssen.Fourth, the requirements of the target construction are much more difficult to meet in the conventional transmission targets than in the case of reflection targets, since here with the construction several functions and thus several properties, such as high Ordnungszahl, low radiation attenuation, good heat conduction, high mechanical strength and sufficient vacuum capability must be combined.

So ist auch die bisher benutzte Geometrie einer in ihrer Mitte thermisch belasteten dünnen Scheibe für die Abfuhr der Wärme aus ihrer Mitte zum Rand extrem ungünstig. Die nach DE10 2008 014 897 A1 vorgeschlagene Verwendung von pyrolytischem Graphit als Fenstermembran mit darauf mittig aufgetragener Konversionsschicht verbessert zwar die Wärmeabfuhr im Vergleich zu bisher üblichen Fenstermaterialien, die größere Konversionsschicht vom Target zum Kühlmedium bei gleich bleibendem Brennfleck wie beim Holkörpertarget wird jedoch nicht erreicht.Thus, the previously used geometry of a thermally loaded in their middle thin disc for the removal of heat from its center to the edge is extremely unfavorable. The after DE10 2008 014 897 A1 Although the proposed use of pyrolytic graphite as a window membrane with conversion layer applied centrally improves the heat dissipation in comparison to previously customary window materials, the larger conversion layer from the target to the cooling medium with the same focal spot as the holkörper target is not achieved.

Die US 4 521 903 A beschreibt eine Röntgenquelle mit einem Hohlkörpertarget, wobei die Röntgenstrahlung aus der gleichen Öffnung des Hohlkörpertargets austritt, in welche der Elektronenstrahl eintritt. Damit ist es mit dieser Röntgenquelle nicht möglich, die Röntgenvorzugsrichtung, wie sie bei höheren Energien in Richtung der Primärelektronen auftritt, zu nutzen.The US 4 521 903 A describes an X-ray source with a hollow body target, wherein the X-radiation exits from the same opening of the hollow body target into which the electron beam enters. Thus, it is not possible with this X-ray source to use the X-ray preferred direction, as it occurs at higher energies in the direction of the primary electrons.

Die DE 195 44 203 A1 beschreibt eine Röntgenröhre, welche eine Anode mit einem Durchtrittskanal, durch welchen die Elektronen zu einem herkömmlichen Target geleitet werden, aufweist.The DE 195 44 203 A1 describes an x-ray tube having an anode with a passageway through which the electrons are directed to a conventional target.

Mit der US 2004 / 0 165 699 A1 wird eine Miniaturröntgenröhre offenbart, welche mit einer Beschleunigungsspannung bis maximal 70 kV konzipiert ist. Diese Beschleunigungsspannung ist nicht ausreichend, um den Effekt der Röntgenvorzugsrichtung zu erreichen.With the US 2004/0 165 699 A1 a miniature X-ray tube is disclosed, which is designed with an acceleration voltage up to 70 kV maximum. This acceleration voltage is not sufficient to achieve the effect of the X-ray preferred direction.

Aus der US 2004 / 0 120 463 A1 ist eine Röntgenquelle zur Erzeugung von Röntgenstrahlung durch Auftreffen von Elektronenstrahlen auf ein Target bekannt, wobei in dem Strahlengang des Elektronenstrahls ein Hohlkörpertarget angeordnet ist, von dem eine beschichtete Fläche bestrahlt wird.US 2004/0 120 463 A1 discloses an X-ray source for generating X-ray radiation by impinging electron beams on a target, wherein a hollow body target, from which a coated surface is irradiated, is arranged in the beam path of the electron beam.

Die DE 20 04 359 A schließlich beschreibt einen Röntgenstrahlen-Generator zur Röntgenstrahlen-Beugung und Röntgenstrahlen-Mikroskopie. Es findet eine Röntgenquelle mit einem Hohlkörpertarget Anwendung, wobei die Röntgenquelle mit Spannungen um 30 kV arbeitet.The DE 20 04 359 A finally describes an X-ray generator for X-ray diffraction and X-ray microscopy. An X-ray source with a hollow body target is used, the X-ray source operating at voltages around 30 kV.

Aufgabetask

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenquelle mit einem solchen Target zu schaffen, welches die vorgenannten Nachteile vermeidet, die Energie der Rückstreuelektronen effektiv ausnutzt, eine hohe spezifische Belastbarkeit gewährleistet, die Vorzugsrichtung ausnutzt und mit hoher Energieeffizienz zuverlässig betrieben werden kann.The invention has for its object to provide an X-ray source with such a target, which avoids the aforementioned disadvantages, the energy of the backscatter electrons effectively used, ensures a high specific load capacity, exploits the preferred direction and can be reliably operated with high energy efficiency.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im Hauptanspruch 1 und 8. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Die vorliegende Erfindung verbessert in überraschender Weise den Stand der Technik von Röntgenquellen.This object is achieved by the features in the main claim 1 and 8. Advantageous embodiments of the invention are contained in the subclaims. The present invention surprisingly improves the prior art of x-ray sources.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Hohlkörpertarget besteht aus einem zumindest einseitig offenen Hohlkörper aus Konversionsmaterial. Das Hohlkörpertarget wird durch dieses offene Ende mit einem quasi-parallelen oder mehr oder minder divergenten Elektronenstrahl oder einem Elektronenhohlstrahl auf seiner Innenseite beaufschlagt und wird als Reflektions- oder als Transmissionstarget aufgebaut. Durch die Form als Hohlkörper entsteht eine größere aufgespannte Fläche aus Konversionsmaterial bei gleich bleibender Brennfleckgröße nach DIN EN 12543-1 bis 5 . Der Brennfleck weist damit eine höhere Brillanz als der Stand der Technik auf. Die Nutzung der Vorzugsrichtung und der Rückstreuelektronen erhöht den Wirkungsgrad.The hollow body target according to the invention consists of a hollow body of conversion material which is open at least on one side. The hollow body target is acted upon by this open end with a quasi-parallel or more or less divergent electron beam or a hollow electron beam on its inner side and is constructed as a reflection or as a transmission target. Due to the shape as a hollow body creates a larger spanned surface of conversion material with the same focal spot size after DIN EN 12543-1 to 5 , The focal spot thus has a higher brilliance than the prior art. The use of the preferred direction and the backscattered electrons increases the efficiency.

Vorteilhaft ist ein möglichst homogenes Elektronenstrahlbündel. Die Elektronen können aus aller Art von Quellen kommen, die wie z. B. Kalt-, Warm- und Heißkathoden, Linear- oder Kreisbeschleunigern oder Anderen. Die Führung des Elektronenstrahlbündels kann durch das Beschleunigungsfeld und/oder durch zusätzliche elektrische Felder oder magnetische Felder erfolgen.It is advantageous to have a very homogeneous electron beam. The electrons can come from all kinds of sources, such as. As cold, hot and hot cathodes, linear or circular accelerators or others. The guidance of the electron beam may be effected by the acceleration field and / or by additional electric fields or magnetic fields.

Das Hohlkörpertarget wird auf seiner Außenseite in einer dem Fachmann bekannten Weise gekühlt.The hollow body target is cooled on its outside in a manner known to those skilled in the art.

Damit ist die gesamte Röntgenanlage in mobiler wie auch stationärer Ausführung effizienter und energiesparender als konventionelle Röntgenanlagen. Die Brennfleckgröße kann einige mm betragen, aber auch bis in den Nano-Bereich beliebig verkleinert werden. This makes the entire X-ray system in both mobile and stationary design more efficient and energy-saving than conventional X-ray systems. The focal spot size can be a few mm, but can also be reduced arbitrarily down to the nano range.

Der Brennfleck ist stabil in seiner Form und in seiner Lage zu einem Bezugspunkt auf der Röhrenhülle und dabei effizienter und höher belastbar und damit brillanter als der Brennfleck von sonst vergleichbaren Röntgenquellen.The focal spot is stable in its shape and position to a reference point on the tube shell and thereby more efficient and more resilient and thus more brilliant than the focal spot of otherwise comparable X-ray sources.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine völlig neuartige Gestaltung des Targets bei Röntgenquellen mit den vier folgenden Hauptaspekten.The present invention relates to a completely novel design of the target in X-ray sources with the four following main aspects.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung behandelt die vorteilhafte Nutzung der Rückstreuelektronen. A first aspect of the present invention deals with the advantageous use of the backscattered electrons.

Ein großer Teil dieser Rückstreuelektronen tritt nach nur einer oder nur wenigen Kollisionen mit dem Konversionsmaterial wieder aus der Konversionsschicht aus und hat daher nur relativ wenig von ihrer ursprünglichen Beschleunigungsenergie verloren. In der Enge des Hohlkörpertargets haben die Rückstreuelektronen nur eine geringe Chance das Hohlkörpertarget zu verlassen, sondern treffen vielmehr wieder auf einer anderen Stelle der Innenwand des Hohlkörpertargets auf, und haben eine erneute Chance erhalten, Röntgenstrahlung zu erzeugen statt nur nutzlose Wärme. Der Wirkungsgrad der Röntgenstrahl-Erzeugung wird somit deutlich verbessert. Damit wird auch die Einführung eines oben erwähnten Kompensationsstroms vermieden, der Wirkungsgrad der Röntgenquelle erhöht und der erste Aspekt der Erfindung erfüllt.A large part of these backscatter electrons reemerges from the conversion layer after only one or only a few collisions with the conversion material and has therefore lost relatively little of their original acceleration energy. In the narrowness of the hollow body target, the backscattered electrons have little chance of leaving the hollow body target, but instead re-encounter another location on the interior wall of the hollow body target, and have a renewed chance of producing X-radiation rather than just useless heat. The efficiency of X-ray generation is thus significantly improved. This also avoids the introduction of a compensation current mentioned above, increases the efficiency of the X-ray source and meets the first aspect of the invention.

Da nur noch wenige Rückstreuelektronen aus dem Hohlkörpertarget und einem vorgeschalteten targetnahem Elektronenfangkorb austreten, wird auch der effektive Brennfleck durch deren eventuelles Wiederauftreffen auf Konversionsmaterial und damit Erzeugung einer verstärkten Untergrundstrahlung um den Brennfleck herum der Letztere nicht mehr vergrößert. Dadurch sind die ansonsten im Vakuumraum vagabundierenden Rückstreuelektronen so weit reduziert, dass durch sie hervorgerufene Hochspannungsüberschläge deutlich vermindert werden.Since only a few backscattered electrons emerge from the hollow body target and an upstream target-oriented electronic catcher basket, the effective focal spot is no longer enlarged by its eventual reoccurrence with conversion material and thus generation of intensified background radiation around the focal spot. As a result, the backscattered electrons which otherwise stray in the vacuum space are reduced so much that high-voltage flashovers caused by them are markedly reduced.

Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft den thermischen Brennfleck des Hohlkörpertargets und seine thermische Belastbarkeit.The second aspect of the invention relates to the thermal focal spot of the hollow body target and its thermal capacity.

In der Röntgentechnik ist ein Maß für die Qualität eines Brennflecks seine Brillanz, also die thermische Belastbarkeit bezogen auf die wirksame Brennfleckgröße.In X-ray technology is a measure of the quality of a focal spot its brilliance, so the thermal capacity based on the effective focal spot size.

Die thermische Belastung ist gegeben durch die Energie der Strahlung/Wärme erzeugenden Elektronen multipliziert mit ihrer Anzahl pro Zeiteinheit.The thermal load is given by the energy of the radiation / heat generating electrons multiplied by their number per unit of time.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten massiven ebenen oder kegelförmigen von außen mit Elektronen beaufschlagten Rückstrahltargets bzw. den ebenfalls ebenen Durchstrahltargets bildet sich beim Hohlkörpertarget die Röntgenstrahlen erzeugende Fläche dreidimensional in dem von einer Konversionsschicht aufgespannten Hohlkörper des Hohlkörpertargets aus.In contrast to the hitherto known solid plane or cone-shaped reflection targets which are acted upon from the outside by electrons or the equally planar transmission targets, the surface generating X-rays forms three-dimensionally in the hollow body target in the hollow body of the hollow body target spanned by a conversion layer.

Die Größe des wirksamen, sogenannten optischen Brennflecks wird durch die Projektion eines Röntgenstrahlen aussendenden Gebildes, also des räumlich verteilten und mit beschleunigten Elektronen beaufschlagten Konversionsmaterials von einem Punkt, sozusagen als eine virtuelle Fläche beschrieben und wird z. B. nach DIN EN 12543 - 1 bis 5 ermittelt.The size of the effective, so-called optical focal spot is described by the projection of an X-ray emitting structure, so the spatially distributed and acted upon by accelerated electrons conversion material from a point, so to speak as a virtual surface and is z. B. after DIN EN 12543 - 1 to 5 determined.

Zur Erzielung einer hohen Brillanz kommt es darauf an, im „optischen Schatten“ bzw. in der Projektion dieses optischen Brennflecks eine möglichst große Fläche von Konversionsmaterial unterzubringen. Diese Aufgabe wird vom Hohlkörpertarget in besonders effektiver Weise gelöst.In order to achieve high brilliance, it is important to accommodate the largest possible area of conversion material in the "optical shadow" or in the projection of this optical focal spot. This task is solved by the hollow body target in a particularly effective manner.

Die im Hohlkörpertarget erzeugten strahlenden Flächen sind die vom Elektronenstrahl aufgeheizten Flächen, zu deren Kühlung jetzt nicht nur eine Grundfläche entsprechend dem bisher üblichen ebenen Brennfleck, sondern auch seine Seitenwände nennenswert beitragen. Bezogen auf die bisher üblichen Brennflecke erhält man erfindungsgemäß bei der dreidimensional aufgebauten konvertierenden Fläche eine vergrößerte Konversionsfläche. Eine verbesserte Kühlung ermöglicht aber eine erhöhte Wärmeeinbringung durch die auftreffenden Elektronen. Damit wird eine auf den wirksamen Brennfleck bezogene erhöhte spezifische Elektronenleistung, eine erhöhte Gesamt-Strahlleistung und schließlich die erstrebte Verkürzung der Aufnahmezeit erreicht.The radiating surfaces generated in the hollow body target are the surfaces heated by the electron beam, for the cooling of which not only a base area according to the usual flat focal spot, but also its sidewalls contribute significantly. Based on the previously customary focal spots obtained according to the invention in the three-dimensional conversion surface converted an enlarged conversion area. However, improved cooling allows increased heat input by the incident electrons. This achieves an increased specific electron power, an increased overall beam power, and finally the desired shortening of the recording time, based on the effective focal spot.

Ein dritter Aspekt der Erfindung ist in der Tatsache begründet, dass die Vorzugsrichtung der erzeugten Röntgenstrahlung immer eine verstärkte und - mit der Beschleunigungsspannung wachsende - Komponente in Richtung der beschleunigten Elektronen aufweist. Bei einem Hohlkörpertarget liegt der Abnahmewinkel der Röntgenstrahlung ebenfalls in einem relativ kleinen Winkel zur Richtung der beschleunigten Elektronen. Dadurch kann mit dem Aufbau des Hohlkörpertargets der Vorteil der Vorzugsrichtung genutzt werden.A third aspect of the invention is based on the fact that the preferential direction of the generated X-radiation always has an amplified and - with the acceleration voltage - - growing component in the direction of the accelerated electrons. For a hollow body target, the acceptance angle of the X-radiation is also at a relatively small angle to the direction of the accelerated electrons. As a result, the advantage of the preferred direction can be utilized with the structure of the hollow body target.

Ein vierter Aspekt der Erfindung beruht auf der Geometrie des Hohlkörpertargets, die einen flachen bis streifenden Einfall der beschleunigten Elektronen im Auftreffpunkt auf die zylindrische oder konische Konversionsschicht bewirkt.A fourth aspect of the invention is based on the geometry of the hollow body target which causes a flat to grazing incidence of the accelerated electrons at the point of impact on the cylindrical or conical conversion layer.

Durch diesen schrägen Einfall und Durchdringung der beschleunigten Elektronen auf und durch die Konversionsschicht kann diese noch dünner als die Reichweite der einfallenden Elektronen ausgeführt werden. Dadurch kann eine besser wärmeleitende Schicht dichter an der Konversionsschicht gefügt werden und bei voller Elektronenabsorption eine bessere Kühlung erreicht werden. Im Vergleich zu einem üblichen dünn beschichteten Transmissionstarget kann die Konversionsschicht auf ca. 1/3 bis 1/10 verringert werden.Due to this oblique incidence and penetration of the accelerated electrons on and through the conversion layer, this can be carried out even thinner than the range of the incident electrons. As a result, a better heat-conducting layer can be joined closer to the conversion layer and better cooling can be achieved with full absorption of the electrons. Compared to a conventional thinly coated transmission target, the conversion layer can be reduced to about 1/3 to 1/10.

Diese sehr geringe Dicke der Konversionsschicht des Hohlkörpertargets erlaubt es auch der erzeugten Röntgenstrahlung, das Hohlkörpertarget mit nur äußerst geringer Schwächung im Konversionsmaterial - Eigenabsorption genannt - dieses zu verlassen und nutzbar zu werden.This very small thickness of the conversion layer of the hollow body target also allows the generated X-ray radiation, the hollow body target with only extremely low attenuation in the conversion material - called self-absorption - to leave this and become usable.

Die Vorteile können wie folgt zusammengefasst werden:

  • - Die Reduzierung der nutzlosen und schädlichen Rückstreuelektronen;
  • - die Nutzung eines großen Teils der eingefangenen Rückstreuelektronen zur Strahlenerzeugung;
  • - die Vergrößerung der Konversionsschicht und der Wärmeübergangsfläche für die Kühlung des Targets;
  • - die Nutzung der Vorzugsrichtung;
  • - eine hohe Absorption der einfallenden, beschleunigten Elektronen bei dünnen Konversionsschichten;
  • - Dadurch kann eine besser wärmeleitende Schicht dichter an der Konversionsschicht gefügt werden und bei voller Elektronenabsorption eine bessere Kühlung erreicht werden;
  • - die Verringerung der Eigenabsorption der erzeugten Röntgenstrahlung
The advantages can be summarized as follows:
  • - The reduction of useless and harmful backscattered electrons;
  • - The use of a large part of the trapped backscattered electron beam generation;
  • - The increase of the conversion layer and the heat transfer surface for the cooling of the target;
  • - the use of the preferred direction;
  • a high absorption of the incident, accelerated electrons in thin conversion layers;
  • - This allows a better heat-conducting layer are joined closer to the conversion layer and at full absorption of the electrons better cooling can be achieved;
  • - The reduction of the self-absorption of the generated X-radiation

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

  • 1 Stand der Technik der Röntgenstrahlerzeugung, dargestellt an einer anodengeerdeten Seitenfenster-Röntgenröhre mit ebenem Reflektionstarget
  • 2a - 2k Räumliche Prinzipdarstellungen verschiedener Hohlkörpertargets
  • 3a - 3b Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Hohlkörpertargets
  • 4 Zur Messung des sich auf einem Hohlkörpertarget ergebenden Brennflecks nach Norm am Beispiel eines Hohlpyramiden-Targets.
  • 5 Darstellung einer Strahlgeometrie für eine Röntgenröhre mit Doppelfokus
  • 6 Prinzip-Darstellung einer anodengeerdeten Endfenster-Röntgenröhre mit Hohlkörpertarget
  • 7 Prinzip-Darstellung einer anodengeerdeten Seitenfenster-Röntgenröhre mit Hohlkörpertarget
  • 8 Prinzip-Darstellung der Anordnung eines Hohlkörpertargets in einer bipolaren Röntgenröhre
  • 9 Prinzip-Darstellung der Anreihung mehrerer Elektronenemitter-Hohlkörpertarget-Paare in einem gemeinsamen Vakuumgefäß
  • 10 Prinzip-Darstellung der Austrittsrichtung des nutzbaren Röntgenstrahls entgegen der Richtung des Elektronenstrahls
The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown at least partially in the figures. Show it:
  • 1 Prior art X-ray generation shown on an anode-grounded side window X-ray tube with a flat reflection target
  • 2a - 2k Spatial schematic representations of various hollow body targets
  • 3a - 3b Exemplary embodiments of hollow body targets according to the invention
  • 4 For measuring the resulting on a hollow body target focal spot according to standard on the example of a hollow pyramid target.
  • 5 Representation of a beam geometry for an x-ray tube with double focus
  • 6 Schematic representation of an anode-grounded end-window X-ray tube with hollow body target
  • 7 Schematic representation of an anode-grounded side window x-ray tube with hollow body target
  • 8th Schematic representation of the arrangement of a hollow body target in a bipolar X-ray tube
  • 9 Schematic representation of the arrangement of several electron emitter hollow body target pairs in a common vacuum vessel
  • 10 Principle representation of the exit direction of the usable X-ray beam opposite to the direction of the electron beam

In 1 ist der Stand der Technik am Beispiel einer Röntgenröhre dargestellt: In einem Vakuumgefäß 1 ist die Kathode 2 auf negativem Potential gegenüber der geerdeten Anode 3 isoliert aufgebaut. Der in der Kathode 2 eingebaute Elektronenemitter 4, beispielsweise eine geheizte Wolframwendel, liefert ein Elektronenstrahlbündel 5, das im elektrischen Hochspannungsfeld (nicht gezeichnet) zwischen Kathode 2 und Anode 3 in einen kleinen thermischen Brennfleck auf dem massiven und ebenen Target 7 fokussiert und beschleunigt wird. Ein nennenswerter Anteil 8 der auf die Targetfläche 7 auftreffenden beschleunigten Elektronen wird hier rückgestreut und erzeugt nutzlose Wärme, wenn er nicht sogar zu einer ungewollten Vergrößerung des Brennflecks oder Störung der Hochspannungsfestigkeit der Röhre führt. Auch die im Target 7 absorbierten Anteile der beschleunigten Elektronen 5 erzeugen weit überwiegend Wärme, während der geringe Rest zur Erzeugung von Röntgenstrahlen 11 führt, die durch das Röntgenstrahl-Austrittsfenster Fenster 9 den Vakuumraum 10 verlassen und genutzt werden können oder im Inneren der Röhre absorbiert werden. Die in nutzlose Wärme in der Anode 3 umgesetzte Energie der Elektronen wird über die Kühlkanäle 14, die beispielsweise von Wasser durchflossen werden, abgeführt.In 1 the state of the art is shown using the example of an x-ray tube: in a vacuum vessel 1 is the cathode 2 at negative potential to the grounded anode 3 isolated. The one in the cathode 2 built-in electron emitter 4 For example, a heated tungsten filament provides an electron beam 5 in the high voltage electric field (not shown) between cathode 2 and anode 3 into a small thermal focal spot on the massive and flat target 7 focused and accelerated. A noteworthy share 8th the on the target surface 7 incident accelerated electrons are backscattered here and generate useless heat unless it results in unwanted enlargement of the focal spot or disturbance of the high voltage strength of the tube. Also in the target 7 absorbed portions of accelerated electrons 5 generate predominantly heat while the small remainder generate X-rays 11 leads through the X-ray exit window window 9 the vacuum space 10 can be left and used or absorbed inside the tube. The useless heat in the anode 3 converted energy of the electrons is through the cooling channels 14 , which are traversed by water, for example, dissipated.

Die vorliegende Erfindung beruht demgegenüber auf der Verwendung von Anoden mit Hohlkörpertargets 15 als Reflektions- oder Transmissionstargets wie in den 2 a - 2 k beispielsweise dargestellt.In contrast, the present invention is based on the use of anodes with hollow body targets 15 as reflection or transmission targets as in the 2 a - 2 k, for example.

Um ein Elektronenstrahlbündel 5 auf die Innenwände eines Hohlkörpertargets 15 zu schicken, muss die Einstrahlung unter einem kleinen Winkel gegen dessen Wände geneigt sein, wie dies in 2 a, 2 b und 2 c wiedergegeben ist. Es ist offenbar, dass bei dieser Geometrie nicht die ganze zur Verfügung stehende Konversionsfläche getroffen werden kann, sondern allenfalls ein Bruchteil ≤ ½.To an electron beam 5 on the inner walls of a hollow body target 15 To send, the radiation must be inclined at a small angle against the walls, as in 2 a, 2 b and 2 c is reproduced. It is obvious that with this geometry not all the available conversion surface can be hit, but at most a fraction ≤ ½.

Um die gesamte innere Fläche des Hohlkörpertargets 15 mit beschleunigten Elektronen 5 zu bestrahlen, wird beispielsweise ein divergentes Elektronenstrahlbündel 5 verwendet, das die gesamte innere Oberfläche eines Hohlkörpertargets 15 gleichmäßig beaufschlagt, wie dies z. B. an einem quadratischen (2 d) und einem kreisförmigen Querschnitt (2 e) demonstriert wird.Around the entire inner surface of the hollow body target 15 with accelerated electrons 5 to irradiate, for example, a divergent electron beam 5 that uses the entire inner surface of a hollow body target 15 evenly applied, as z. B. on a square ( 2 d) and a circular cross section ( 2 e) is demonstrated.

Bildet man dagegen das Hohlkörpertarget 15 beispielsweise so aus, dass es sich - in Richtung des Elektronenstrahlbündels 5 gesehen - verjüngt und eine Hohlpyramide ( 2 f) oder einen Hohlkegel (2 g) bildet, kann das Hohlkörpertarget 15 auch mit einem schwach divergenten, quasi-parallelen Elektronenstrahlbündel 5 beaufschlagt werden. On the other hand, if you form the hollow body target 15 for example, so that it is - in the direction of the electron beam 5 seen - rejuvenated and a hollow pyramid ( 2 f) or a hollow cone ( 2 g), the hollow body target can 15 also with a weakly divergent, quasi-parallel electron beam 5 be charged.

Auch ist es möglich, das Hohlkörpertarget 15 so auszubilden, dass es sich - in Richtung des Elektronenstrahlbündels 5 gesehen - nicht verjüngt sondern erweitert und wieder einen Hohlkegel oder eine Hohlpyramide 15 bildet. Die Targetspitze, die jetzt auf die Elektronenquelle zeigt, weist eine Öffnung auf, durch die das hier stark divergente Elektronenstrahlbündel 5 einstrahlt, um sich dann aufzufächern und um die sich schräg nach außen neigenden Flächen innen zu treffen.It is also possible to use the hollow body target 15 so that it forms - in the direction of the electron beam 5 seen - not rejuvenated but expanded and again a hollow cone or a hollow pyramid 15 forms. The target tip, which now faces the electron source, has an opening through which the electron beam, which is highly divergent, passes through 5 radiates in order to then fan out and to meet the sloping outward surfaces inside.

Auch andere Formen des Hohlkörpertargets 15, wie z. B. mit elliptischem oder sternförmigem Querschnitt sind möglich.Other forms of hollow body targets 15 , such as B. with elliptical or star-shaped cross-section are possible.

Die erfindungsgemäße Konstruktion des Hohlkörpertargets 15 bewirkt, dass das primäre Elektronenstrahlbündel 5 nicht nur Röntgenstrahlung und Wärme auf den beaufschlagten Flächen erzeugt, sondern auch rückgestreute Elektronen erneut die Chance haben, auf einer Wand des Holkörpertargets 15 wechselzuwirken. Der Fachmann wird die Form des Hohlkorpertargets 15 so wählen, dass eine gleichmäßige Verteilung von primär auftreffenden Elektronen und rückgestreuten Elektronen auf die Hohlkörperwände entsteht. Die Ordnungszahl des Targets, die Beschleunigungsspannung, der Einfallwinkel der Elektronen, der Abnahmewinkel der Röntgenstrahlung sind Optimierungsparameter. Vergleicht man die erzielbaren mit beschleunigten Elektronen beaufschlagten Flächen in den Fällen der 2 a bis 2 h so erhält man offensichtlich eine größere aufgespannte Konversionsfläche als bei den üblichen Flachtargets.The construction according to the invention of the hollow body target 15 causes the primary electron beam 5 not only X-rays and heat generated on the impacted surfaces, but also backscattered electrons have the chance again, on a wall of the Holkörpertarget 15 interact. The person skilled in the art becomes the shape of the hollow body target 15 so that a uniform distribution of primarily incident electrons and backscattered electrons on the hollow body walls is formed. The atomic number of the target, the acceleration voltage, the angle of incidence of the electrons, the acceptance angle of the X-radiation are optimization parameters. Comparing the achievable with accelerated electrons acted surfaces in the cases of 2 a to 2 h, one obviously obtains a larger spanned conversion surface than with the usual flat targets.

Die rein geometrische Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche von einem Flachtarget zu einem Hohlkörpertarget 15 z. B. nach 2 d liegt in der Größenordnung von vier.The purely geometric enlargement of the heat transfer surface from a flat target to a hollow body target 15 z. B. after 2 d is on the order of four.

In einer einfachen Ausführung (2 i und 2 j) kann das Hohlkörpertarget 15 aber auch durch nur eine oder auch zwei aufgestellte Wände aus Konversionsmaterial in der Nähe des Brennflecks, beispielsweise durch das Weglassen von ein oder zwei Wänden eines Hohlkörpertargets 15 nach 2b, gebildet werden, ohne den Brennfleck nach DIN EN 12543-5 zu vergrößern. Diese Wände aus Konversionsmaterial können Streuelektronen aus dem Brennfleck auffangen und so zur Erzeugung von Röntgenstrahlen beitragen. Der Wirkungsgrad ist zwar nicht so hoch wie bei einem Hohlkörpertarget 15 nach 2 a bis 2 g, die vereinfachten Anordnungen können aber trotzdem den Wirkungsgrad effektiv erhöhen. Wird auf die Nutzung der Vorzugsrichtung verzichtet kann in diesem Fall wie in 2 k das Elektronenstrahlbündel 5 auch wesentlich steiler, z. B. in einem Auftreffwinkel von 70°-90° erfolgen.In a simple version ( 2 i and 2 j) may be the hollow body target 15 but also by only one or even two erected walls of conversion material in the vicinity of the focal spot, for example by omitting one or two walls of a hollow body target 15 to 2 B , are formed without increasing the focal spot according to DIN EN 12543-5. These walls of conversion material can capture scattered electrons from the focal spot and thus contribute to the generation of X-rays. The efficiency is not as high as with a hollow body target 15 to 2 a to 2 However, the simplified arrangements can still increase the efficiency effectively. Is waived on the use of the preferred direction can in this case as in 2 k is the electron beam 5 also much steeper, z. B. in an incidence angle of 70 ° -90 °.

Eine solches Hohlkörpertarget 15, kann innerhalb des Vakuumgefäßes der Röntgenquelle vorzugsweise so aufgebaut werden, dass die Achse des von der Beschleunigungsspannung abhängigen Kegels der Vorzugsrichtung mit der Fensternormalen zusammenfällt oder zumindest innerhalb des Strahlenaustrittswinkels der nutzbaren Röntgenstrahlen 11 liegt und die Vorzugsrichtung daher nutzbar wird.Such a hollow body target 15 , can preferably be constructed within the vacuum vessel of the X-ray source so that the axis of the acceleration voltage dependent cone of the preferred direction coincides with the window normal or at least within the beam exit angle of the usable X-rays 11 is and therefore the preferred direction is available.

Wird das Hohlkörpertarget 15 beispielsweise durch eine Ausnehmung nach 3 a als Reflektionstarget in einem massiven Block aus Targetmaterial oder stark absorbierenden Kühlmaterial 16 gebildet, so wird ein dünner, hoch kollimierter Bleistiftstrahl aus einem zylindrischen bzw. quadratischen Hohlkörpertarget 15 austreten und nutzbar sein.Will the hollow body target 15 for example, by a recess after 3 a as a reflection target in a massive block of target material or highly absorbent cooling material 16 formed, so is a thin, highly collimated pencil beam from a cylindrical or square hollow body target 15 emerge and be usable.

In 3 b ist die Ausbildung des Hohlkörpertargets 15 beispielsweise als Transmissionstarget dargestellt.In 3 b is the formation of the hollow body target 15 For example, shown as a transmission target.

Wird daher erfindungsgemäß das Hohlkörpertarget 15 mit einer die erzeugte Röntgenstrahlung nur gering schwächenden, dünnen Konversionsschicht aufgebaut und wird die erzeugte Röntgenstrahlung durch das umgebende Kühlmaterial 16 ebenfalls nur wenig geschwächt, ist auch die Nutzung der gesamten Ausstrahlung (in Richtung der beschleunigten Elektronen) über den Raumwinkel 2 π(Halbkugel) hinaus ermöglicht.Therefore, according to the invention, the hollow body target 15 constructed with a low-attenuation of the generated X-ray, thin conversion layer and is the generated X-ray radiation through the surrounding cooling material 16 also weakly weakened, is also the use of the entire radiation (in the direction of the accelerated electrons) over the solid angle 2 π (hemisphere) also allows.

Dadurch, dass der zur Erzeugung der Röntgenstrahlung eingestrahlte Elektronenstrahl 15 auf die Innenfläche eines Hohlkörpertargets 15 geleitet wird, werden bei einem gleichen, nach DIN EN 12543 -1 bis 5 vermessenen Brennfleck die Aspekte 1 bis 4 erreicht.Characterized in that the irradiated for generating the X-ray electron beam 15 on the inner surface of a hollow body target 15 will be conducted at a same, after DIN EN 12543-1 to 5 measured focal spot the aspects 1 to 4 reached.

Zur Abführung der durch die erfindungsgemäß mögliche höhere Belastbarkeit eines Hohlkörpertargets 15 entstehenden höheren Verlustwärme auf dem Hohlkörpertarget 15 wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das dünne Hohlkörpertarget 15 auf seiner gesamten Außenfläche mit einem Kühlkörper 16 verbunden oder in einem Kühlkörper 16 eingebettet (3 b).To dissipate the higher load capacity of a hollow body target that is possible according to the invention 15 resulting higher heat loss on the hollow body target 15 In a preferred embodiment, the thin hollow body target 15 on its entire outer surface with a heat sink 16 connected or in a heat sink 16 embedded ( 3 b).

Um aber die im Hohlkörpertarget 15 erzeugten Röntgenstrahlen in alle Richtungen möglichst gering zu schwächen, wird bei der Ausgestaltung dieses Kühlkörpers 16 erfindungsgemäß die physikalische Tatsache genutzt, dass das Durchdringungsvermögen von Röntgenstrahlen extrem höher ist als das von Elektronenstrahlen gleicher Energie. Die in einer dünnen Konversionsschicht erzeugte Röntgenstrahlung kann diese Schicht direkt zu seiner Außenseite wie auch erst zu seiner Innenseite verlassen, um dann auch eine etwa gegenüberliegende Schicht leicht zu durchdringen und schließlich bei geeigneter Materialwahl und -dimensionierung auch den umgebenden Kühlkörper 16 nur wenig geschwächt zum Außenraum hin zu verlassen.But in the hollow body target 15 X-rays generated in all directions as low as possible, is in the design of this heat sink 16 According to the invention, the physical fact that the penetrating power of X-rays is extremely higher than that is used that of electron beams of the same energy. The X-ray radiation generated in a thin conversion layer can leave this layer directly to its outside as well as only to its inside, and then easily penetrate even an approximately opposite layer and finally, with a suitable material choice and dimensioning, the surrounding heat sink 16 only a little weakened to leave the exterior.

In 3 b wird diese Geometrie genauer erläutert.In 3 b this geometry is explained in more detail.

Auf die dünne, beispielsweise hohlkegelartige Wand des Hohlkörpertargets 15, das in das gut wärmeleitende und nur gering Röntgenstrahlung absorbierende Kühlmaterial 16 eingebettet ist, trifft beispielsweise das quasi-parallele Elektronenstrahlbündel 5 und erzeugt hier Röntgenstrahlen 11 und rückgestreute Elektronen 8, wobei Letztere die erneute Chance für die Erzeugung von Röntgenstrahlen haben.On the thin, for example, hollow cone-like wall of the hollow body target 15 , which is in the good heat-conducting and low-X-ray absorbing cooling material 16 embedded, for example, meets the quasi-parallel electron beam 5 and generates x-rays here 11 and backscattered electrons 8th the latter having a renewed chance of generating X-rays.

Das Entsprechende gilt für eine Ausbildung des Hohlkörpertargets 15 als Hohlzylinder (2 e), als Hohlpyramide (2 f), als hohlen Quader (2 d) oder umgestülpten Kegel (2 h).The corresponding applies to a design of the hollow body target 15 as a hollow cylinder ( 2 e), as a hollow pyramid ( 2 f), as a hollow cuboid ( 2 d) or everted cones ( 2 H).

Der Kühlkörper 16 wiederum ist erfindungsgemäß für Dauerbetrieb aus vorzugsweise gut wärmeleitendem und bei Pulsbetrieb vorzugsweise aus zusätzlich gut wärmespeicherndem Material hergestellt und kann grundsätzlich im festen, flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand verwendet werden.The heat sink 16 In turn, according to the invention for continuous operation preferably made of good heat-conducting and preferably pulsed operation of good heat-storing material and can in principle be used in solid, liquid or gaseous state.

So kann z. B. bei geringeren Gesamtbelastungen hierfür forcierte Luft, sonst eine Flüssigkeit wie Wasser oder Öl eingesetzt werden, die alle die erzeugte Röntgenstrahlung relativ gering schwächen.So z. For example, at lower total loads forced air, otherwise a liquid such as water or oil are used, all weaken the X-ray radiation generated relatively low.

Bei höheren Verlustleistungen wird der Kühlkörper 16 sowohl als heat spreader verwendet wie letztendlich auch als Wärmeübertrager in bekannter Weise auf Luft, Wasser, Isoliergas, Öl oder ein anderes Medium. Hier wird darauf geachtet, dass die Röntgen-Nutzstrahlung hiervon nicht oder nur geringfügig beeinträchtigt wird.At higher power losses, the heat sink 16 used as heat spreader as well as ultimately as a heat exchanger in a known manner to air, water, insulating gas, oil or other medium. Here it is ensured that the X-ray useful radiation of this is not or only slightly affected.

Weiterhin kommen als besonders gut wärmeleitendes/speicherndes und gut strahlendurchlässiges Kühlmaterial Metalle, Nichtmetalle und Keramiken niedriger Ordnungszahl, wie z. B. Aluminium, Beryllium, AIN und Kohlenstoff, letzteres in allen Modifikationen, insbesondere als Diamant und HOPG zum Einsatz. Alle diese Elemente/Verbindungen weisen einen höheren Wärmeleitwert als Wolfram auf. Es können auch Kühlmaterialien mit höherer Ordnungszahl wie z. B. Kupfer verwendet werden, da sie gleichzeitig zur Strahlenfilterung und Strahlaufhärtung eingesetzt werden können.Furthermore come as a particularly good heat conducting / storing and good radiolucent cooling material metals, non-metals and ceramics low atomic number, such. As aluminum, beryllium, AlN and carbon, the latter in all modifications, especially as diamond and HOPG used. All these elements / compounds have a higher thermal conductivity than tungsten. It can also cool materials with higher atomic number such. As copper can be used, since they can be used simultaneously for beam filtering and beam hardening.

So hat es sich z. B. bei der Vermessung von Automobilbauteilen durch Röntgen-SchattenProjektion als hilfreich erwiesen, zur Verbesserung der Abbildungsschärfe von Kanten, die noch mit Schmierölen aus der Produktion verschmutzt sind, relativ harte Röntgenstrahlung von etwa 80 kV, gefiltert durch 2 mm Aluminium, zu verwenden.So it has z. For example, in the measurement of automotive components by X-ray shadow projection, it has been found helpful to use relatively hard X-rays of about 80 kV filtered through 2 mm aluminum to improve the image sharpness of edges that are still contaminated with lubricating oils from production.

Schließlich kann auch das reine Konversionsmaterial im Hohlkörpertarget 15 zur Monochromatisierung dienen.Finally, also the pure conversion material in the hollow body target 15 serve for monochromatization.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Bauweise ist die Möglichkeit, das hoch wärmeleitende Kühlmaterial 16 geringer Ordnungszahl selbst als Strahlenaustrittsfenster 9, wie in 3 a dargestellt, und somit auch als Vakuumabschluss zu verwenden, der auch vagabundierende beschleunigte Elektronen schadfrei übersteht. In 3 b wird dargestellt, wie Kühlkörper 16 und Strahlenaustrittsfenster 9 aus einem Material und auch aus einem Stück hergestellt sein können. Das sonst übliche separate Röntgenstrahlen-Austrittsfenster kann in diesem Fall entfallen.Another advantage of the construction according to the invention is the possibility of the highly heat-conductive cooling material 16 low atomic number itself as a radiation exit window 9 , as in 3 a, and thus also to be used as a vacuum termination, which also survives stray accelerated electrons. In 3 b is shown as a heat sink 16 and beam exit window 9 can be made of a material and also of one piece. The usual separate X-ray exit window can be omitted in this case.

Als zusätzliche Vorkehrung gegen den Austritt gestreuter Elektronen aus dem Hohlkörpertarget 15 kann entweder (3 a) ein targetnaher Elektronenfangkorb 12 des Durchmessers oder der Weite D aus schwach konvertierendem Material eingesetzt werden oder (3 b) eine targetnahe Blende 17 mit Durchmesser D aus stark Strahlung absorbierendem Material vor den Eingang des Hohlkörpertargets 15 gesetzt werden.As an additional precaution against leakage of scattered electrons from the hollow body target 15 can either ( 3 a) a target-oriented electron trap 12 of diameter or width D be used from weakly converting material or ( 3 b) a target near aperture 17 with diameter D of highly radiation absorbing material in front of the entrance of the hollow body target 15 be set.

Diese beiden Maßnahmen dienen aber gleichzeitig dazu, aus dem fokussierten und beschleunigten Elektronenstrahlbündel 5 etwa ausscherende Strahlen 20 entweder (3 a) nicht auf Konversionsmaterial treffen zu lassen oder (3 b) diese Elektronenstrahlen 20 zwar Röntgenstrahlen erzeugen, diese aber nicht in Richtung der Röntgen-Nutzstrahlen 11 austreten zu lassen.However, these two measures are used simultaneously, from the focused and accelerated electron beam 5 about ausscherende rays 20 either 3 a) not to encounter conversion material or ( 3 b) these electron beams 20 Although generate X-rays, but not in the direction of the X-ray Nutzstrahlen 11 to let escape.

Trotz ihrer dreidimensionalen Form sind mit Hohlkörpertargets 15 aber auch extrem kleine Brennflecke dadurch erzielbar, dass z. B. aus Konversionsmaterial bestehenden oder beschichteten Röhrchen im Nano-Bereich Hohlkörpertargets 15 im Sinne dieser Erfindung hergestellt und verwendet werden.Despite their three-dimensional shape are with hollow body targets 15 but also extremely small focal spots thereby achievable that z. B. made of conversion material or coated tubes in the nano-area hollow body targets 15 manufactured and used in accordance with this invention.

Anhand der 4 wird die dreidimensionale Ausbildung der Röntgenstrahlung erzeugenden Fläche am Beispiel eines Hohlpyramiden-Targets erläutert. Betrachtet man die strahlenden Flächen eines Hohlkörpertargets 15 unter dem Blickwinkel 6 der Messvorrichtung, so erscheint die optisch wirksame, zweidimensionale Schatten-Fläche des Brennflecks, der optische Brennfleck mit seiner Länge I und seiner Breite w.Based on 4 the three-dimensional formation of the X-ray generating surface is explained using the example of a hollow pyramid target. Looking at the radiating surfaces of a hollow body target 15 from the perspective 6 the measuring device, the optically effective, two-dimensional shadow area of the focal spot, the optical focal spot appears with its length I and its width w.

Die Kantenlänge der Öffnung des Hohlkörpertargets 15 oder sein Durchmesser D bestimmt bei axialer Betrachtung den optischen Brennfleck in w und I. The edge length of the opening of the hollow body target 15 or its diameter D determines the optical focal spot in w and I when viewed axially.

Zur Erzielung einer hohen Abbildungsschärfe wird ein möglichst kleiner optischer Brennfleck gewünscht. Verwendet man ein pyramidenförmiges Hohlkörpertarget 15 mit der Eingangsöffnung D = 1mm und der Pyramidenhöhe 5 mm ergibt sich ein Bereich für den technisch nutzbaren Ausstrahlwinkel von etwa +/- 12°, innerhalb dessen die optische Brennfleckgröße w ≤ 1 mm bzw. I ≤ 1 mm bleibt.To achieve a high image sharpness as small as possible optical focal spot is desired. If one uses a pyramidal hollow body target 15 with the entrance opening D = 1mm and the pyramid height 5 mm results in a range for the technically usable beam angle of about +/- 12 °, within which the optical focal spot size w ≤ 1 mm or I ≤ 1 mm remains.

Bei einer Pyramidenhöhe von nur 2,5 mm erweitert sich dieser Bereich für den nutzbaren Ausstrahlwinkel auf etwa +/- 23°.With a pyramid height of only 2.5 mm, this range expands to about +/- 23 ° for the usable beam angle.

Dies ist ein weiterer entscheidender Vorteil gegenüber den bisher üblichen Röntgenquellen mit Reflektionstarget, bei dem schon unter relativ geringen Winkeln gegen den Zentralstrahl eine Vergrößerung des optischen Brennflecks erfolgt.This is another decisive advantage over the hitherto conventional X-ray sources with reflection target, in which even at relatively low angles to the central beam, an enlargement of the optical focal spot takes place.

Ein Teil der heute üblichen Röntgenröhren für die Durchstrahlungsprüfung wird mit zwei Brennflecken ausgerüstet: Ein großer Brennfleck mit hoher Leistung für Übersichtsaufnahmen geringerer Auflösung und ein kleiner Brennfleck mit kleiner Leistung für Detail-Aufnahmen erhöhter Auflösung. Ein Nachteil dieser Röhren ist darin zu sehen, dass beim Umschalten von einem auf den anderen Brennfleck das Bild „springt“, weil die beiden die Brennflecke erzeugenden Elektronenemitter in der Kathode seitlich nebeneinander aufgebaut sind.Part of today's standard X-ray tubes for radiographic testing is equipped with two focal spots: a large focal spot with high power for overview images of lower resolution and a small focal spot with low power for detail images of increased resolution. A disadvantage of these tubes is the fact that when switching from one to the other focal spot the image "jumps", because the two focal spots generating electron emitter are constructed laterally side by side in the cathode.

Dieser Nachteil wird bei einer erfindungsgemäßen Röntgenquelle mit Hohlkörpertarget, z. B. mit einem Hohlkegel- oder Hohlpyramiden-Target, nach 5 dadurch vermieden, dass die zu beschleunigenden Elektronenstrahlbündel 24 und 25 für die beiden Brennflecke aus zwei konzentrischen kreis- und streifenförmigen Elektronenemittern 22 und 23 kommen. Das Elektronenstrahlbündel 24 des inneren, kreisförmigen Emitters erzeugt den kleinen Brennfleck 26 in der Spitze des Hohlkörpertargets 15, während der äußere, größere Emitterstreifen das Elektronenstrahlbündel 25 für den größeren Brennfleck 27 auf die Innenseite des weiten Endes des Hohlkörpertargets 15 legt. Beide Brennflecke liegen also ebenfalls konzentrisch und das „Springen“ des Bildes wird vermieden.This disadvantage is in an inventive X-ray source with hollow body target, z. B. with a hollow cone or Hohlpyramiden target after 5 thereby avoiding that the electron beam to be accelerated 24 and 25 for the two focal spots of two concentric circular and stripe-shaped electron emitters 22 and 23 come. The electron beam 24 of the inner circular emitter produces the small focal spot 26 in the tip of the hollow body target 15 while the outer, larger emitter stripe is the electron beam 25 for the larger focal spot 27 on the inside of the wide end of the hollow body target 15 sets. Both focal spots are therefore also concentric and the "jumping" of the image is avoided.

Wird das Hohlkörpertarget 15 aus einer Kathode bestrahlt, die das Elektronenstrahlbündel 5 in seinem Durchmesser variieren kann, so kann die Leistung je nach der bestrahlten Fläche im Hohlkörpertarget 15 angepasst werden. Dieses ermöglicht in dynamischen Prüfprozessen die ständig Optimierung der Brennfleckgröße und Prüfgeschwindigkeit. Das Höhlkörpertarget 15 kann weiter aufgeteilt werden, um mehr als zwei Brennfleckgrößen unterzubringen, oder die Konversionsschicht aus Materialien unterschiedlicher Ordnungszahl nebeneinander aufzubauen.Will the hollow body target 15 irradiated from a cathode, which is the electron beam 5 may vary in diameter, so the power depending on the irradiated area in the hollow body target 15 be adjusted. This allows continuous optimization of the focal spot size and test speed in dynamic test processes. The cave body target 15 can be further split to accommodate more than two focal spot sizes, or build the conversion layer of materials of different atomic number next to each other.

In dieser 5 wird beispielsweise auch die Kühlung des Hohlkegel- oder Hohlpyramiden-Targets 15 über das Kühlmaterial 16 und die die Kühlkanäle 14 gezeigt.In this 5 For example, the cooling of the hollow cone or hollow pyramid target 15 over the cooling material 16 and the the cooling channels 14 shown.

Die 6 zeigt den Einbau eines Hohlkörpertargets 15 mit Kühlkörper 16 nach 5 in die Anode 3 einer Röntgenquelle, beispielsweise für ein quasi-paralleles Elektronenstrahlbündel 5. Die Kathodenbaugruppe 2 ist auf dem Isolator 19 mit Hochspannungssteckdose 21 isoliert aufgebaut und emittiert das Elektronenstrahlbündel 5 aus dem Emitter 4. Das gut wärmeleitende Kühlmaterial 16 weist hier beispielsweise die Kühlkanäle 14 auf und die Anode 3 ist mit einer Ausnehmung 13 versehen, um die im Hohlkörpertarget 15 erzeugte Röntgenstrahlung 11 vom Material der Anode 3 gänzlich ungeschwächt austreten zu lassen. Bei geringeren Verlustleistungen bietet es sich auch an, anstelle der Kühlkanäle 14 die Ausnehmung 13 mit einem Kühlgas, z. B. Luft, zu spülen.The 6 shows the installation of a hollow body target 15 with heat sink 16 to 5 into the anode 3 an X-ray source, for example for a quasi-parallel electron beam 5 , The cathode assembly 2 is on the insulator 19 with high voltage socket 21 constructed in isolation and emits the electron beam 5 from the emitter 4 , The good heat-conducting cooling material 16 Here, for example, the cooling channels 14 on and the anode 3 is with a recess 13 provided to the in the hollow body target 15 generated x-ray radiation 11 from the material of the anode 3 leave completely undisturbed. At lower power losses, it also makes sense, instead of the cooling channels 14 the recess 13 with a cooling gas, eg. As air, to rinse.

Das am dünnen Hohlkörpertarget 15 in gutem Wärmekontakt anliegende Kühlmaterial 16 muss in diesen Fällen zu einem hochvakuumdichten Hohlkegel/Hohlpyramide geformt sein, der dem äußeren Luftdruck widersteht und die erzeugte Strahlung nur geringfügig schwächt.The thin hollow body target 15 in good thermal contact fitting cooling material 16 In these cases, it must be formed into a high-vacuum-sealed hollow cone / hollow pyramid, which withstands the external air pressure and only weakens the generated radiation.

Andererseits ist das für die Anode 3 vorgesehene Volumen so groß, dass hier auch weitere Kühlvorrichtungen wie Heat Pipe und/oder Peltier-Element untergebracht werden könnten.On the other hand, this is for the anode 3 provided volume so large that here also other cooling devices such as heat pipe and / or Peltier element could be accommodated.

Eine Röntgenröhre dieser Geometrie wird als Endfensterröhre bezeichnet.An X-ray tube of this geometry is referred to as Endfensterröhre.

Ein entsprechender Aufbau als Seitenfensterröhre ist in 7 wiedergegeben, wobei auch hier die Kühlung über das Kühlmaterial 16 und die Kühlkanäle 14 erfolgt.A corresponding structure as a side window tube is in 7 reproduced, where also the cooling over the cooling material 16 and the cooling channels 14 he follows.

Weiterhin ist in 8 der prinzipielle Aufbau einer bipolaren Röntgenröhre mit Hohlkörpertarget 15 aufgezeigt. Hier befinden sich Kathode 2 und Anode 3 jeweils in einem eigenen Teilbereich der Vakuumhülle 1, die durch einen Rohransatz 18 miteinander verbunden sind, welcher das Elektronenstrahlbündel 5 vom Emitter 4 zum Hohlkörpertarget 15 in der Anode 3 durchlässt. Die im Hohlkörpertarget 15 erzeugte Röntgenstrahlung 11 tritt durch die Ausnehmung 13 und durch das Röntgenstrahlenfenster 9 aus der Röhre aus.Furthermore, in 8th the basic structure of a bipolar X-ray tube with hollow body target 15 demonstrated. Here are cathodes 2 and anode 3 each in its own part of the vacuum envelope 1 passing through a pipe socket 18 connected to each other, which the electron beam 5 from the emitter 4 to the hollow body target 15 in the anode 3 pass through. The in the hollow body target 15 generated x-ray radiation 11 enters through the recess 13 and through the X-ray window 9 out of the tube.

Die hohe Belastbarkeit des Hohlkörpertargets 15 macht Röntgenquelle mit einem solchen Target für Anwendungen sowohl im Puls- als auch im Dauerbetrieb hervorragend geeignet. The high load capacity of the hollow body target 15 makes X-ray source with such a target for applications both in pulse and in continuous operation excellent.

Dies gilt insbesondere auch für die Anwendung im CT-Bereich. Neben dem Einsatz solcher Röntgenquellen als End- oder Seitenfensterröhren oder als bipolare Röhren, bietet sich auch eine hochintegrierte Bauweise mit einer größeren Anzahl von Elektronenemitter-Hohlkörpertarget-Paaren 4 und 15 in einer gemeinsamen Vakuumhülle 1 an, wie dies in 9 schematisch dargestellt ist. Während sich die Hohlkörpertargets 15 alle auf einem gemeinsamen positiven Hochspannungspotential befinden, sind die einzeln isolierten Elektronenemitter 4 einzeln mit negativem Potential belegt und können auch einzeln angesteuert werden. Diese Paare können in Reihen oder Kreisen oder in anderen geeigneten Anordnungen aufgebaut sein.This is especially true for CT applications. In addition to the use of such X-ray sources as end or side window tubes or as bipolar tubes, there is also a highly integrated design with a larger number of electron emitter hollow body target pairs 4 and 15 in a common vacuum envelope 1 like this in 9 is shown schematically. While the hollow body targets 15 all are on a common positive high voltage potential, are the individually isolated electron emitter 4 individually occupied with negative potential and can also be controlled individually. These pairs may be constructed in rows or circles or other suitable arrangements.

Das z. B. für die CT notwendige mechanische Anfahren von einzelnen Winkelpositionen kann dann entfallen, wenn für jede dieser Winkelpositionen jeweils ein Elektronenemitter-Hohlkörpertarget-Paar 4 und 15 vorgesehen wird.The Z. B. necessary for CT mechanical approach of individual angular positions can then be omitted, if for each of these angular positions in each case an electron emitter hollow body target pair 4 and 15 is provided.

Aber auch nur zwei Elektronenemitter-Hohlkörpertarget-Paare 4 und 15 in etwa Augenabstand und in einem gemeinsamen Vakuumgehäuse aufgebaut dienen vorteilhaft zur Aufnahme von Stereo-Röntgenbildern.But only two electron emitter hollow body target pairs 4 and 15 At about eye relief and built in a common vacuum housing are used advantageously for recording stereo X-ray images.

Im Obenstehenden wurde die Brennfleck-Gestaltung für eine abbildende Geometrie mit nach Goetze optimierten kleinen Brennflecken behandelt. Bei Röntgenquellen für die reine Bestrahlungstechnik, z. B. für die Röntgen-Therapie oder die Sterilisierung, Keimhemmung, Polymerisierung u. Ä. ist kein kleiner Brennfleck mit hoher spezifischer Belastbarkeit erforderlich. Trotzdem ist der Einsatz von Hohlkörpertargets 15 einzeln, in Paaren, Linien, Kreisen oder flächenhaften Rastern schon wegen der Nutzung der Rückstreuelektronen von großem Vorteil. Auch die Möglichkeit, die einzelnen Hohlkörpertargets 15 zu Gruppen zusammenzuschalten und damit auf flexible Weise gewünschte Bestrahlungsreliefs zu schaffen, bietet eine neue Grundlage für eine wirtschaftliche Bestrahlungstechnik.In the above, the focal spot design was treated for an imaging geometry with Goetze's optimized small focal spots. For X-ray sources for pure radiation technique, z. B. for X-ray therapy or sterilization, germ inhibition, polymerization u. Ä. No small focal spot with high specific load capacity is required. Nevertheless, the use of hollow body targets 15 singly, in pairs, lines, circles or areal grids already because of the use of the backscatter electrons of great advantage. Also, the possibility of the individual hollow body targets 15 grouping together into groups and thus creating the desired radiation reliefs in a flexible way offers a new basis for an economical irradiation technique.

Bei einer Bauform nach 10 wird der nutzbare Röntgenstrahl 11 entgegen der Richtung der einfallenden beschleunigten Elektronen 25 abgenommen. In diesem Fall kann die Vorzugsrichtung nicht ausgenutzt werden. Da sich die Vorzugsrichtung erst bei höheren Beschleunigungsspannungen (etwa ab 100 kV) nennenswert ausbildet, ist diese Anordnung und Nutzung des Hohlkörpertargets 15 eher für weiche Strahlung geeignet, wie sie z. B für die Analytik benötigt wird. Der Röntgen-Nutzstrahl wird gegenüber der Eintrittsöffnung des Hohlkörpertargets 15 auf der Seite des Elektronenemitters abgenommen. Das Hohlkörpertarget 15 wirkt wie ein Reflektionstarget, nur mit erhöhtem Wirkungsgrad und einer erhöhten Brillanz.In a design after 10 becomes the usable x-ray beam 11 contrary to the direction of the incident accelerated electrons 25 decreased. In this case, the preferred direction can not be exploited. Since the preferred direction forms appreciably only at higher acceleration voltages (approximately from 100 kV), this arrangement and use of the hollow body target 15 rather suitable for soft radiation, as z. B is needed for the analysis. The X-ray useful beam is opposite to the inlet opening of the hollow body target 15 taken on the side of the electron emitter. The hollow body target 15 acts as a reflection target, only with increased efficiency and increased brilliance.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist es möglich, durch Variation und Kombination der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiments shown here. Rather, it is possible to realize by variation and combination of said means and features further embodiments, without departing from the scope of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vakuumhüllevacuum envelope
22
Kathode, KathodenbaugruppeCathode, cathode assembly
33
Anode, AnodenbaugruppeAnode, anode assembly
44
Elektronenemitterelectron emitter
55
Elektronenstrahlbündel beschleunigter ElektronenElectron beam of accelerated electrons
66
Blickwinkel der MessvorrichtungViewing angle of the measuring device
77
Targettarget
88th
Rückstreuelektronen, gestreute ElektronenBackscatter electrons, scattered electrons
99
Röntgenstrahl-AustrittsfensterX-ray emission window
1010
Vakuumvacuum
1111
Nutzbare RöntgenstrahlenUsable X-rays
1212
Targetnaher ElektronenfangkorbTarget close electronic catch basket
1313
Ausnehmung im AnodenmaterialRecess in the anode material
1414
Kanal für KühlwasserChannel for cooling water
1515
HohlkörpertargetHollow target
1616
Kühlmaterial, KühlkörperCooling material, heat sink
1717
Targetnahe BlendeTarget near aperture
1818
Rohransatzpipe extension
1919
Isolatorinsulator
2020
Schlecht fokussierte beschleunigte ElektronenBadly focused accelerated electrons
2121
HochspannungssteckdoseHigh voltage socket
2222
Kleiner ElektronenemitterSmall electron emitter
2323
Größerer ElektronenemitterLarger electron emitter
2424
Kleines ElektronenstrahlbündelSmall electron beam
2525
Größeres ElektronenstrahlbündelLarger electron beam
DD
Durchmesser oder Weite der Öffnung des HohlkörpertargetsDiameter or width of the opening of the hollow body target

Claims (11)

Röntgenquelle zur Erzeugung von Röntgenstrahlung durch Auftreffen von Elektronenstrahlen auf ein Target, wobei in dem Strahlengang des Elektronenstrahls (5) ein Hohlkörpertarget (15) zur vorteilhaften Nutzung der Rückstreuelektronen (8) angeordnet ist, dessen gesamte innere Oberfläche durch den Elektronenstrahl (5) beaufschlagt wird, die Röntgenquelle mit Beschleunigungsspannungen ab 100 kV betrieben wird und die Vorzugsrichtung der Röntgenstrahlung ausnutzt.X-ray source for generating X-radiation by impingement of electron beams on a target, wherein in the beam path of the electron beam (5) a hollow body target (15) for advantageous use of the backscattered electrons (8) is arranged, whose entire inner surface is acted upon by the electron beam (5) , the X-ray source is operated with acceleration voltages from 100 kV and utilizes the preferred direction of the X-ray radiation. Röntgenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkörpertarget (15) ein Hohlkörper mit rechteckigem oder quadratischem oder kreisförmigem oder elliptischem oder sternförmigem Querschnitt ist, und/oder das Hohlkörpertarget (15) ein Hohlkörper mit L- oder U- oder V-förmigem Querschnitt ist, und/oder das Hohlkörpertarget (15) hohlpyramidenförmig hohlkegelförmig oder hohlkugelförmig ausgebildet ist.X-ray source after Claim 1 characterized in that the hollow body target (15) is a hollow body of rectangular or square or circular or elliptical or star-shaped cross-section, and / or the hollow body target (15) is a hollow body of L- or U- or V-shaped cross-section, and / or the hollow body target (15) is hollow-pyramidal hollow cone-shaped or hollow-spherical. Röntgenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkörpertarget (15) eine Eintrittsöffnung für beschleunigte Elektronen von 1 nm bis 5 mm aufweist, und/oder das Hohlkörpertarget (15) nach dem Goetze-Prinzip optimiert ist, und/oder die Länge das Hohlkörpertargets (15) das 1- bis 20-fache seines Durchmessers beträgt.X-ray source after Claim 1 , characterized in that the hollow body target (15) has an inlet opening for accelerated electrons of 1 nm to 5 mm, and / or the hollow body target (15) is optimized according to the Goetze principle, and / or the length of the hollow body target (15) 1 to 20 times its diameter. Röntgenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkörpertarget (15) aus Konversionsmaterial ausgebildet ist, und/oder das Hohlkörpertarget (15) dreidimensional und als mit Konversionsmaterial beschichtete Oberfläche einer konkaven Ausnehmung in einem wärmeleitenden Material ausgebildet ist, und/oder das Hohlkörpertarget (15) aus einem festen, flüssigen, oder gasförmigen Konversionsmaterial ausgebildet ist.X-ray source after Claim 1 , characterized in that the hollow body target (15) is formed of conversion material, and / or the hollow body target (15) is formed three-dimensionally and as a conversion material coated surface of a concave recess in a thermally conductive material, and / or the hollow body target (15) of a solid, liquid, or gaseous conversion material is formed. Röntgenquelle nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkörpertarget (15) aus Konversionsmaterial der Elemente Be, B, C, Mg, AI, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Sn, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Th, U oder deren Verbindung ausgebildet ist.X-ray source after Claim 1 or 4 , characterized in that the hollow body target (15) consists of conversion material of the elements Be, B, C, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Sn, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Th, U or their compound is trained. Röntgenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkörpertarget (15) mit einem Kühlkörper (16) verbunden oder in einem Kühlkörper (16) eingebettet ist und/oder ein Teil des Kühlmaterials (16) selbst das Strahlenaustrittsfenster (9) bildet und somit den Vakuumabschluss realisiert.X-ray source after Claim 1 , characterized in that the hollow body target (15) is connected to a heat sink (16) or embedded in a heat sink (16) and / or a part of the cooling material (16) itself forms the radiation exit window (9) and thus realizes the vacuum seal. Röntgenquelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenquelle als bipolare Röntgenröhre ausgebildet ist.X-ray source according to one of the preceding claims, characterized in that the X-ray source is designed as a bipolar X-ray tube. Verfahren zur Erzeugung eines Brennflecks der Röntgenstrahlung einer Röntgenquelle, wobei der zur Erzeugung der Röntgenstrahlung eingestrahlte Elektronenstrahl (5) auf die gesamte Innenfläche eines Hohlkörpertargets (15) geleitet wird, die Rückstrahlelektronen zur Verbesserung des Wirkungsgrades genutzt werden und die Vorzugsrichtung der erzeugten Röntgenstrahlung eine verstärkte und mit einer Beschleunigungsspannung ab 100 kV wachsende Komponente in Richtung der beschleunigten Elektronen aufweist.Method for producing a focal spot of the X-ray radiation of an X-ray source, wherein the electron beam (5) irradiated to generate the X-ray radiation is directed onto the entire inner surface of a hollow body target (15), the reflected electrons are used to improve the efficiency and the preferential direction of the generated X-ray radiation is amplified and having an acceleration voltage from 100 kV growing component in the direction of the accelerated electrons. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkörpertarget (15) durch sein offenes Ende mit einem quasi-parallelen oder divergenten Elektronenstrahl oder einem Elektronenhohlstrahl auf seiner Innenseite beaufschlagt wird.Method according to Claim 8 , characterized in that the hollow body target (15) is acted upon by its open end with a quasi-parallel or divergent electron beam or a hollow electron beam on its inner side. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronen aus Emittern stammen, wie Kalt-, Warm- und Heißkathoden, Linear- oder Kreisbeschleunigern.Method according to Claim 8 , characterized in that the electrons are emitters, such as cold, hot and hot cathodes, linear or circular accelerators. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenstrahl (5) in einem sehr flachen Winkel im Bereich von 2 bis 30 Grad auf die Innenfläche des Hohlkörpertargets (15) geleitet wird.Method according to Claim 8 , characterized in that the electron beam (5) at a very shallow angle in the range of 2 to 30 degrees on the inner surface of the hollow body target (15) is passed.
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