CN101026077B - 亮度非常高的x-射线束的小型源 - Google Patents

亮度非常高的x-射线束的小型源 Download PDF

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Abstract

根据本发明用于发射X-射线的装置包括真空泵(1)，其密封外围壳体(1f)中包括用于发射电子束(4)的阴极(3)、安装在真空泵(1)的轴(1e)端部的旋转阳极(2)和用于聚集发射的X-射线束(6)的聚集装置(5)。这样相当大地减少了X-射线源的整体尺寸，由于附接于真空泵 (1)的转子(1a)的旋转阳极(2)非常迅速和稳定的旋转，产生了亮度非常高的源。旋转阳极(2)可以轴向移动以补偿由于来自阴极(3)的入射电子束(4)而受到的磨损。根据本发明的装置还包括至少一个冷却元件，该冷却元件固定在真空泵定子上或者固定在与旋转阳极的主径向表面之一相对的密封外围壳体上，从而吸收在操作时由旋转阳极发射的辐射热能。

Description

亮度非常高的X-射线束的小型源
技术领域
本发明涉及用于产生X-射线束的旋转阳极装置。
背景技术
众所周知，例如文献EP-0 170 551中所述，放射装置包括旋转阳极辐射管。辐射管包括由密封壁限定的真空罩和设置在其中用于产生电子流的阴极。在真空罩中还有通过具有磁性轴承的转子驱动围绕旋转轴转动的旋转阳极。该旋转阳极在其外围接收来自阴极的电子流，并且由此朝向出口发射X-射线。通过响应在出口的X-射线束的位置传感器控制该磁性轴承以沿着其旋转轴移动该转子，并且由此移动该旋转阳极，以在出口处保持X-射线束的固定位置。这样消除了旋转阳极的由于尤其装置的特定元件的热膨胀或者变形引起的不希望的移动的不利影响。
现在已知的旋转阳极X-射线发射器体积相对较大，因为除了旋转阳极和用于在真空罩中驱动旋转的其它装置以外，它们需要外部真空泵以产生和维持真空罩中的真空。
而且，用于在旋转中驱动旋转阳极的已知装置发生振动，这限制了在特定应用例如电子显微镜、监测聚合物的结晶、在半导体制造时测量小结构或者多层中的使用可能。
而且，目前使用的旋转阳极X-射线发生器价格昂贵并且需要大量的维护。而且，源的亮度不足，增加亮度的优点在于改善在小样品上的辐射聚焦。
发明内容
本发明的首要目的在于减少旋转阳极X-射线发生器装置的整体尺寸和成本。
本发明的又一目的在于减少由旋转阳极的旋转引起的振动。
本发明的再一目的在于增加X-射线源的亮度，同时减少受到大功率电子束的旋转阳极的不可避免的磨损的影响。
本发明的又一个目的在于提高在这种高亮度X-射线源中旋转阳极的使用寿命。
为了实现上述和其它目的，本发明利用现在已经成为高速驱动的装置的分子、涡轮分子和混合型真空泵，其旋转速度可以超过40 000rpm，而没有明显振动。
因此，本发明的构思在于使用真空泵本身同时在X-射线发生器的真空罩中产生真空以及产生旋转阳极的旋转。
因此，本发明提出一种用于发射X-射线的装置，包括：
真空罩，其由密封壁限定，
连接该真空罩的真空泵，用于在其中产生和保持真空，包括定子、转子和确保转子高速稳定旋转的转子控制装置，该定子、转子和控制装置被容纳在密封的外围壳体中，其本身构成全部或者部分真空罩的密封壁，
在真空罩中的阴极，适用于产生电子束，
在真空罩中的旋转阳极，其被驱动为绕旋转轴(I-I)旋转并且在其周缘接收来自阴极的电子束以朝向出口发射X-射线，该阳极与真空泵的转子连接并且与该转子同轴设置。
根据本发明的装置还包括至少一个冷却元件，该冷却元件固定在真空泵定子上或者固定在与旋转阳极的主径向表面之一相对的密封外围壳体上，从而吸收在操作时由旋转阳极发射的辐射热能。
优选提供至少两个冷却元件，其被置于与所述旋转阳极的各个主径向面相对。
由于这种组合，装置更加紧凑并且其总的整体尺寸最小化。同时，其成本降低，由于单个旋转装置同时产生和保持真空并且驱动旋转阳极旋转。优点在于实现了良好的稳定性和没有真空泵振动。同时，真空泵的高速旋转为旋转阳极提供了高旋转速度，确保旋转阳极能够经受更大电子束能量并且发射更亮的X-射线束。
为了制造用于发射高亮度X-射线的装置，在旋转阳极上投射高能电子束。然而，这会引起旋转阳极的迅速加热。因此，将真空泵与旋转阳极热隔离是有益的，以便防止其本身变热和退化。设定泵的旋转速度，不可能使用在空心轴中的循环水冷却的方法，因为在旋转部件和固定部件之间的连接处密封的问题是十分明显的。因此，通过X-射线束传递给阳极的热量必须优选仅仅通过辐射排掉。这等于必须传输非常少量的热量给泵的转子，以防止其被加热，从而与由非常高的旋转速度引起的应力结合，引起其制造材料(通常是铝合金)的恶化和泵的破坏。为了减少不希望的真空泵加热和减少旋转阳极的磨损，必不可少地要提供在其操作过程中促进由旋转阳极向外部的热量传输的装置。
因此一方面需要在阳极上具有最大可能的散热面积，另一方面，需要冷却面向这些散热区域并且保护泵的转子免受阳极热辐射影响。举例来说，这个问题是通过使用设置在阳极对面的冷却元件解决的，该冷却元件的组成材料具有好的导热率例如铜或铝。该元件通过在元件内部的冷却液体的循环直接冷却或者通过与具有冷却液体在其中循环的管的元件接触冷却，该管插在该元件中或者与其表面接触。
而且，同样需要保护用户以及涡轮分子泵的转子免受由阳极发射的X-射线的影响，防止同时受到高温和高机械应力以及非常强的X-射线流的材料恶化。因此，优选的方法在于改进在阳极和泵之间的冷却元件，使得其同时提供热阻挡功能和X-射线阻挡功能。同样，位于阳极相对侧上的冷却元件同样有助于对阳极发射的X-射线的吸收，因为这构成在罩的外部与X-射线之间的阻挡。
元件有利地包括足够厚的铜或者不锈钢体以吸收发射的X-射线束。该体可以是环、盘或者板状，并且由此在阳极和涡轮分子泵特别是转子级之间提供通道，从而使得该泵能够在阳极级抽吸外壳。该通道优选位于盘或者环的外围。
在具有50keV能量的电子束撞击钨靶的情况中，由靶在点25cm处发射的X-射线的量大约为2.1.1010μSv/h。为了满足辐射保护水平小于0.7μS/vh，需要3.10-11的衰减水平。例如，这种衰减是当X-射线通过164mm厚的铝时获得的。优选使用厚度在8至13mm之间的铜体或者厚度在14至19mm之间的不锈钢体，以便结合冷却(好的导热率)和辐射保护的功能。
冷却元件可以有利地包括内部冷却线路，经过其流动热交换流体而将热量排到外部。
来自旋转阳极的热量排出还可以通过为冷却元件和旋转阳极的相对表面覆盖一层高发射率材料例如黑镍或者黑铬或者陶瓷来促进。
促进来自旋转电极的热量排出的额外方法是提供其材料和结构适于承受更高温度的阳极，其与高效的真空泵绝热装置相结合。结果，旋转阳极具有更高的表面温度，从而促进辐射并且由此将热量传递给冷却元件。
而且，为了提高冷却容量，冷却元件和旋转阳极之间的相对表面可以锯齿状同心，以增加辐射面积。
绝热装置可以被另外提供在转子的轴和通过该轴承载的旋转阳极本身之间。这种绝热装置可以包括例如在轴的对应表面上制造的一层陶瓷。该陶瓷具有比组成轴和旋转阳极的金属更低的导热率，由此制造降低朝向真空泵的热传播的屏障。这种绝缘装置简单并且有效，而且由于陶瓷的硬度，不会降低旋转阳极的稳定性。
可选的是，该绝热器件可以包括绝热的或者具有低导热率的环，例如优选不锈钢环。尽管不锈钢不像陶瓷是优良的绝热体，另一方面，其具有更好的机械性能。另一种方法是在阳极和转子之间提供具有最高机械应力的不锈钢环，其结合紧密围绕该阳极安装并且保持该阳极的两个陶瓷环。
在冷却元件和旋转阳极的相对面之间的真空泵的内部气氛中存在的适当气体可以通过对流进一步促进来自阳极的热量排出。提供装置以限制气体向阴极和旋转阳极之间电子流经过的区域扩散。
真空泵优选是分子、涡轮分子或者混合泵型，从而可获得高的旋转速度和高真空。X-射线源的亮度可以以这种方法增加。
旋转阳极可以优选是附接于与转子同轴的轴端部的元件。因此，旋转阳极可以是可互换零件，当损坏时容易替换。
实际上，旋转阳极可以具有通常的盘形，其外缘表面构成接收来自阴极的电子束的至少一个靶。这种结构简单和紧凑。
在操作过程中在旋转阳极的外缘表面上的电子束的撞击导致其不断磨损。这可能引起旋转阳极的尺寸的变化，并且由此偏移和/或不利于从该装置出口处的X-射线束的聚焦。为了减少这种现象，根据本发明，可以提供用于沿着其旋转轴移动转子的装置，由此调节在旋转阳极外围上电子束的撞击区域。
实际上，转子可以被由电子轴承控制单元控制的磁轴承负载，这种结合在定子中确定转子的轴向位置和径向位置。电子轴承控制单元可以适于沿着其旋转轴有意识地调节转子的至少轴向位置。
特别是，电子控制单元可以适于根据旋转阳极的磨损调节转子的轴向位置，以将旋转阳极的磨损区域移动为远离电子束的撞击区域。
电子控制单元另一可选择的或者另外的方案是，在操作过程中能够沿着转子的旋转轴往复移动转子，由此在旋转阳极的更大圆周区域上移动电子束的撞击区域，并且由此在更大的区域上分布磨损。
根据另一可选方案，旋转阳极的外缘表面可以由多个相邻的环形带组成，每一个由不同的材料制成，每一个用于产生具有不同的特定能量的X-射线。然后，电子轴承控制单元可以轴向移动转子以置于对应于预定应用的选定环形带的入射电子束之下。
根据另一可选方案，电子轴承控制单元可以还适于有意识地调节转子的径向位置，以便补偿旋转阳极的磨损，并且由此通过聚集装置保持在出口处精确会聚区域上的X-射线束的聚焦。
可以通过调节转子径向位置实现的另一功能是，移动焦点以及时调节X-射线在聚集装置上的撞击区域，并且由此增加聚集装置的寿命。
由于这种装置性能的改进，本发明提供在结晶监测系统中的X-射线源、在水窗X-射线显微镜中的X-射线源或者作为在半导体制造中测量小型结构或者多层的X-射线源。
附图说明
本发明的其它目标、特征和优点将从以下参考附图给出的具体实施方式的描述中显露出来，其中：  
图1是根据本发明一个实施例的X-射线发生器装置的纵剖面侧视图；和
图2是根据本发明第二个实施例的X-射线发生器装置的纵剖面部分侧视图。
具体实施方式
在图1中示出的装置包括：分子、涡轮分子或者混合型的真空泵1、旋转阳极2、产生电子束4的阴极3以及聚集和调节由装置产生的X-射线束6的聚集装置5。
真空泵1以本领域公知的方式包括在定子1b中围绕轴I-I旋转移动的转子1a，其通过电机1c旋转驱动，并且由示意性示出的轴承10a、10b、10c、10d和10e保持在位。
轴承10a-10e可以是通常在真空泵中使用的结构，例如球形或者滚针轴承、平滑轴承、气体轴承或者磁性轴承。后者能够以超过40 000rpm的转速快速旋转，而没有振动并且具有大约1微米量级的可控稳定性。
转子1a通过电机轴1d连接于电机1c。
旋转阳极2附接于泵1的转子1a，并与转子1a同轴设置。实际上，旋转阳极2是附接于与转子1a同轴的轴1e端部的元件。
真空泵1的吸气部件，例如转子1a、定子1b和轴1d，被容纳在密封圆周壳体1f中，该壳体可以部分由定子1b组成并且设有排气出口1g，通过该排气出口排出泵送的气体。
泵的密封外围壳体1f还包围旋转阳极2并且其本身组成真空罩7的密封壁的至少一部分，其中传播电子束4和X-射线束6。该端部的真空罩7包含旋转阳极2以及阴极3和聚集装置5。由阴极3产生的电子束4从阴极3开始在真空中传播，并且撞击旋转阳极2的外缘表面2a，产生朝向聚集装置5传播的X-射线束6。
聚集装置5可以整体地容纳在真空罩7中。可选的是，聚集装置5可以包含在附接到真空罩7的部分中。
在图1中示出的实施方式中，旋转阳极2的外缘表面2a是圆柱形并且与轴I-I同轴。阴极3取向为，使得入射电子束4相对于轴I-I倾斜，产生同样倾斜的发射X-射线束6。
可选的是，接收电子束4的旋转阳极的外缘表面2a可以是旋转阳极2的径向表面2b或2c的外缘部分。
承载旋转阳极2的轴1e的端部由绝热层1h覆盖，结果旋转阳极2与提供绝热的层1h接触。特别是，该层1h可以包括不锈钢环。
在旋转阳极2的任一轴向侧上具有根据本发明设置的第一冷却元件8和第二冷却元件9，两者都固定于定子1b或者泵体，或者固定于泵的密封外围壳体1f，面向盘形旋转阳极2的主径向表面2b或2c之一。冷却元件8和9在旋转阳极2的主径向表面2b和2c附近并且接收由在操作时旋转阳极2辐射的热量。
冷却元件8和9包括各自的内部冷却线路8a和9a，通过其传输热交换流体，从而将从旋转阳极2接收的热量排到外部。
冷却元件8覆盖有高发射率材料层8b，例如黑镍或者黑铬或者特定陶瓷。同样地，冷却元件9覆盖有这种层9b。
同样地，旋转阳极2的主径向表面2b和2c都覆盖有高发射率材料层。这增加了由旋转阳极2辐射到冷却元件8和9的热量传递，促进了旋转阳极2的冷却。
冷却元件8包括10.5mm厚的环形铜体，其作为X-射线的屏障并且防止它们到达罩的外部。铜环可以由16.5mm厚的不锈钢环取代。
同样地，冷却元件9包括10.5mm厚的板形或者盘形铜体，其作为X-射线的屏障并且防止它们到达罩的外部。铜盘可以由16.5厚的不锈钢环同样取代。然而，真空罩的壁通常由不锈钢制成，以便在泵损坏时保护外部环境。在其中冷却元件9固定于壁的情况中，壁本身有助于X-射线屏蔽功能。然后，考虑冷却元件9和壁的结合计算防止外部受到X-射线的材料厚度，以便能够获得需要的衰减水平。
优选还提供沿着其旋转轴I-I移动转子1a的装置。明显，这种转子1a的轴向移动引起旋转阳极2的相同轴向移动，并且调节在旋转阳极2的外缘表面2a上电子束4的撞击区域4a。
例如，转子1a可通过示意性示出的磁性轴承10a至10e承载，所述磁性轴承10a至10e通过电子轴承控制单元10f控制，该组合在定子1b中确定转子1a的轴向位置和径向位置。
通常在真空泵中使用的磁性轴承包括多个独立的磁极，这些磁极分布在真空泵的支架上和轴上，并且其磁场通过由电子轴承控制单元根据来自位置传感器的信号激励的线圈产生，该位置传感器也分布在真空泵的支架和轴之间。
转子的位置可以沿着五个轴控制，包括被容纳在两个不同横截面中的纵轴和四个径向轴。然而，同样可以通过与电子控制单元连接的电磁体仅仅沿着特定的“活动”轴或者径向轴控制转子，同时其它“非活动”轴通过永久磁体控制，不再需要这种控制单元。
在标准真空泵中，电子轴承控制单元被编程，以在定子1b中尽可能恒定地保持转子1a的轴向和径向位置。
根据本发明，在第一实施例中，通常径向定位转子1a的磁性轴承的径向元件10a至10d保持径向位置恒定。同时，调整轴向定位转子的磁性轴承的轴向元件10e使得电子轴承控制单元10f可以有意地沿着其旋转轴I-I调节转子1a的轴向位置。显然，这需要调节轴向位置设定点，所述设定点通过控制电路10g产生并通过电子轴承控制单元10f接收。
在可选择的或者额外的第二实施例中，电子轴承控制单元10f还可以控制磁轴承的径向元件10a至10d以在定子1b中有意识地调节转子1a的径向位置。从而调节通过控制电路10g产生的径向位置设定点。
根据本发明，根据从设置在装置其它元件上的传感器接收的信息，控制电路10g可以产生轴向和/或径向位置设定点。
例如，可以提供磨损传感器10h用于检测旋转阳极2的外缘表面2a的磨损，并且使用控制电路10g使用来自该磨损传感器10h的信号，以通过旋转阳极2的轴向移动来将旋转阳极的磨损区域移动远离电子束4的撞击区域4a。
对于控制电路10g和电子轴承控制单元10f另一可能是在操作过程中沿着其旋转轴I-I往复移动转子1a。其结果是移动了在旋转阳极2的外缘表面上电子束4的撞击区域4a，由此将磨损分配到更大的表面上，并且同时减少了旋转阳极2的外缘表面2a上各个部分的局部磨损。
可选的是或者另外，可以提供用于调节阴极3的位置和/或方向的装置，由此调节在旋转阳极2的圆周区域2a上电子束4撞击的区域4a。
旋转阳极2可以由完全相同的材料构成。可选的是，其可以由基体材料组成，其被局部覆盖有用于在其外缘表面2a上形成X-射线所需的材料。该基体材料必须具有与阳极的操作约束兼容的机械和热特性，例如铝、铜、不锈钢、钛或碳化硅，但是本发明不限于此。旋转阳极2的外缘表面2a可以优选是这种材料如铜、钼、钨、氧化铍、阳极化铝、陶瓷氧化物或者其它氧化物，但是本发明并不限于此。可以需要X-射线源的应用所需要的能量来选择所述材料。铜产生8keV的X-射线。钼产生17keV的X-射线。
可以证明由金属制成旋转阳极2是有益的，与在高温下是热量的不良导体的氧化物相比，金属能够有助于改善由电子束4撞击产生的热量的分散和排出。换句话说，金属有助于排出旋转阳极2全部的热量，防止热量在电子束4的撞击区域4a中局部剩余。
冷却元件8和9可以优选由热的良导体的金属例如铜制成。
在特定实施例中，旋转阳极2的外缘表面2a可由多个不同材料的相邻环形带组成，每一个用于产生具有不同的特定能量的X-射线。例如，可以提供铜的第一环形带和钼的第二环形带。然后，电子轴承控制单元10f能够使转子轴向移动以将选择的环形带置于入射电子束4下。置于电子束4下面的铜环形带产生8keV的X-射线，而置于电子束4下面的钼环形带产生17keV的X-射线。其它性质的X-射线可以由其它材料例如不锈钢、铬镍铁合金的带获得。    
可以将旋转阳极2加工为对称的，使得其被磨损时可以整体反转。
在图2示出的实施例中，可以同样看到本发明的装置的主要元件，即安装在轴1e端部的旋转阳极2、第一冷却元件8、第二冷却元件9和旋转阳极2的外缘表面2a。
在该实施例中，冷却元件8和9的相对面8b和9b以及旋转阳极2的主要径向表面2b和2c锯齿状同心，形成连续的同心三角剖面环形肋以通过辐射增加用于冷却的热交换区域。
再次考虑图1，很明显旋转阳极2的外缘表面2a的磨损倾向于朝向转子1a移动电子束4的撞击区域4a，其同时趋向于在相同的方向移动发射的X-射线束6的会聚区域11。因此，如图1所示设置的磨损传感器10h，检测会聚区域11的移动。为了弥补这种磨损，电子轴承控制单元10f可以用于有意识地朝向图1的右侧调节转子1a的径向位置，以弥补旋转阳极2的磨损并且由此保持在出口处在准确的会聚区域11上聚焦的X-射线束。为此，在出口处会聚区域11的任何移动可以通过磨损传感器10h来检测，并且这样产生的信号发送至驱动电子轴承控制单元10f的控制电路10g中，以便径向地在减少会聚区域11的这种移动的方向上移动转子1a和旋转阳极2。
在轴1e的端部提供电子连接装置，用于极化旋转阳极2并且排出由电子束4的撞击产生的电流。该装置可以是滑动导电接触结构。可选地是，可以通过在旋转阳极2的至少一部分和导电固定部分之间提供在导电气体中的放电区域来提供导电。
在图2中，旋转阳极2是盘形，其边缘稍微倾斜以朝向聚集装置5定向X-射线束。
涡轮分子泵的操作依赖于与分子的热速率量级相同的叶片的圆周速率，即几百米每秒。使用真空泵技术以旋转旋转阳极2，由此能够非常准确控制并且几乎没有振动地在旋转阳极2的外缘表面2a上以非常高的速率旋转。旋转阳极2非常快的旋转意味着可以增加入射电子束4的能量，由此产生非常高亮度的X-射线源。
阴极3优选尽可能地接近旋转阳极2的外缘表面2a，并且聚集装置5同样优选尽可能地接近旋转阳极2的外缘表面2a。这进一步增加了X-射线源的紧凑性，增加了发射的X-射线束的会聚容量，由此增加了撞击置于会聚区域11的样品上的通量，并且减少了损耗。
这样生产了一种小型、无振动X-射线源，其输送聚焦到非常小会聚区域11上的非常亮的单色束。
由于这种X-射线束的质量，可以预计其应用到迄今未被利用的各个领域中。
在第一领域中，该装置可以用作结晶监测系统中的X-射线源。在这方面上，根据本发明的小尺寸X-射线源可以预计作为用于系统地监测蛋白质结晶的装置。这种控制，目前使用非常昂贵并且体积大的旋转阳极源，可以使用根据本发明的X-射线源而更容易地实现，本发明的X-射线源产生高强度且具有较好限定的特性(光谱纯度、散度和稳定性)的束。通过X-射线束检测，可以更准确并且更自动化地监测结晶装置。
在第二种应用中，根据本发明的装置可以用作水窗X-射线显微镜的X-射线源。在这方面，水窗显微镜是非常有前途的技术，但是目前由于需要非常昂贵的同步加速器辐射源以发射功率和单色性令人满意的X-射线源而受到限制。这些辐射源的价格阻止了它们应用的扩展。利用根据本发明的X-射线源，可以获得足以用于水窗显微镜中的X-射线功率。
本发明不限于已经明确描述的这些实施例，而是包括对于本领域技术人员来说显而易见的其变形和推广。

Claims (13)

1.一种用于发射X-射线的装置，包括：
真空罩(7)，其由密封壁(1f)限定，
真空泵(1)，其在密封外围壳体(1f)中包括定子(1b)、转子(1a)和用于所述转子(1a)的控制装置(10a-10e)，所述控制装置(10a-10e)使所述转子(1a)能够以非常高的速度稳定地旋转，并且所述真空泵(1)连接至所述真空罩(7)，以在其中产生和保持真空，
在真空罩(7)中的阴极(3)，其适于产生电子束(4)，
在真空罩(7)中的旋转阳极(2)，其被驱动以绕旋转轴(I-I)旋转、并且在其周缘(2a)接收来自所述阴极(3)的电子束(4)以朝向出口(11)发射X-射线(6)，
所述旋转阳极(2)附接到所述真空泵(1)的转子(1a)，并被置为与所述转子(1a)同轴，
所述真空泵(1)的密封外围壳体(1f)本身构成所述真空罩(7)的全部或者部分密封壁，
其特征在于，其还包括至少两个冷却元件(8，9)，所述至少两个冷却元件被置于与所述旋转阳极的各个主径向面相对，从而吸收在操作时由所述旋转阳极(2)发射的辐射热能，其中所述至少两个冷却元件中的一个固定在所述真空泵定子(1b)上，所述至少两个冷却元件中的不同于固定在所述真空泵定子(1b)上的冷却元件的一个冷却元件被固定在密封外围壳体(1f)上。
2.根据权利要求1的装置，其中至少两个冷却元件(8，9)被提供，其被置于与所述旋转阳极(2)的各个主径向面(2b，2c)相对。
3.根据权利要求1和2中任一的装置，其中所述冷却元件(8，9)包括具有用于吸收X-射线流的厚度的铜或者不锈钢体。
4.根据权利要求1和2中任一的装置，其中所述冷却元件(8，9)具有内部冷却线路(8a，9a)，其中流动有热交换流体以将热量排到外部。
5.根据权利要求1和2中任一的装置，其中所述冷却元件(8，9)和旋转阳极(2)的相对表面(8b，9b，2b，2c)被覆盖有一层高发射率材料。
6.根据权利要求1和2中任一的装置，其中所述冷却元件(8，9)和旋转阳极(2)的相对表面(8b，9b，2b，2c)是锯齿状同心的。
7.根据权利要求1和2中任一的装置，还包括绝热装置(1h)，该绝热装置包括设置在所述旋转阳极的轴(1e)和旋转阳极(2)之间的不锈钢环。
8.根据权利要求1和2中任一的装置，还包括用于沿着所述转子(1a)的旋转轴(I-I)移动转子(1a)的装置(10e，10f，10g)，由此调节所述电子束(4)在所述旋转阳极(2)的周缘(2a)上的撞击区域(4a)。
9.根据权利要求8的装置，其中所述转子(1a)被由电子轴承控制单元(10f)控制的磁轴承(10a-10e)负载，所述电子轴承控制单元(10f)确定所述转子(1a)在所述定子(1b)中的轴向位置和径向位置，所述电子轴承控制单元(10f)适于沿着所述转子(1a)的旋转轴有意识地调节转子(1a)的至少轴向位置。
10.根据权利要求9的装置，其中所述电子控制单元(10f)根据所述旋转阳极(2)的磨损调节所述转子(1a)轴向位置，以将所述旋转阳极(2)的磨损区域移动为远离所述电子束(4)的撞击区域(4a)。
11.根据权利要求9的装置，其中所述电子控制单元(10f)在操作过程中沿着所述转子(1a)的旋转轴(I-I)往复移动转子(1a)，由此移动电子束(4)在所述旋转阳极(2)的周缘(2a)上的撞击区域(4a)。
12.根据权利要求9的装置，其中所述旋转阳极(2)的周缘(2a)由多个相邻的不同材料的环形带组成，其每一个适于产生具有不同特定能量的X-射线，所述电子轴承控制单元(10f)能够使转子(1a)轴向移动以将选定环形带置于所述入射电子束(4)的下面。
13.根据权利要求9的装置，其中所述电子轴承控制单元(10f)还适于有意识地调节转子(1a)的径向位置，以便补偿所述旋转阳极(2)的磨损，并且由此在出口处保持X-射线束(6)聚焦到精确的会聚区域(11)上。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2882886B1 (fr) * 2005-03-02 2007-11-23 Commissariat Energie Atomique Source monochromatique de rayons x et microscope a rayons x mettant en oeuvre une telle source
DE102008062671B4 (de) * 2008-12-17 2011-05-12 Siemens Aktiengesellschaft Röntgeneinrichtung
JP5675987B2 (ja) * 2010-08-27 2015-02-25 ジーイー センシング アンド インスペクション テクノロジーズ ゲ−エムベーハー 高分解能ｘ線装置用の微小焦点ｘ線管
DE102011083729A1 (de) * 2011-09-29 2013-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Verschleißes einer Röntgenanode
JP6166145B2 (ja) * 2013-10-16 2017-07-19 浜松ホトニクス株式会社 Ｘ線発生装置
TWI552187B (zh) * 2014-11-20 2016-10-01 能資國際股份有限公司 冷陰極ｘ射線產生器的封裝結構及其抽真空的方法
JP6558908B2 (ja) * 2015-02-09 2019-08-14 株式会社大阪真空機器製作所 Ｘ線発生装置用ターゲットマウントおよびこれを備えたｘ線発生装置
CN107546089A (zh) * 2016-08-04 2018-01-05 上海丞铭电子技术有限公司 一种大功率x射线球管
JP6966863B2 (ja) * 2017-04-17 2021-11-17 ブルカージャパン株式会社 Ｘ線発生装置
CN109343105B (zh) * 2018-09-11 2021-07-13 东莞中子科学中心 一种用于白光中子源带电粒子探测谱仪的控制系统
CN113205986B (zh) * 2021-05-10 2021-11-19 浙江万森电子科技有限公司 一种高效散热的x射线管

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4688239A (en) * 1984-09-24 1987-08-18 The B. F. Goodrich Company Heat dissipation means for X-ray generating tubes
CN1487560A (zh) * 2002-09-03 2004-04-07 西门子公司 带有环形阳极的x射线管及其应用

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH231981A (de) * 1940-12-02 1944-04-30 C H F Mueller Aktiengesellscha Röntgenröhre mit Drehanode.
US3610984A (en) * 1967-12-28 1971-10-05 Tokyo Shibaura Electric Co Rotating-anode x-ray tube with multiple focal areas
GB1328185A (en) * 1972-02-02 1973-08-30 Larionov I N Method of joining electrically conducting bodies
JPS5246790A (en) * 1975-10-13 1977-04-13 Toshiba Corp Anode of x-ray tube
GB1579341A (en) * 1976-04-28 1980-11-19 Emi Ltd X-ray generating tubes
DE2711847C2 (de) * 1977-03-18 1979-03-22 Kernforschungsanlage Juelich Gmbh, 5170 Juelich Röntgenröhre
DE2813935A1 (de) * 1978-03-31 1979-10-11 Siemens Ag Roentgenroehre hoher leistung mit einer drehanode
US4417355A (en) * 1981-01-08 1983-11-22 Leningradskoe Npo "Burevestnik" X-Ray fluorescence spectrometer
DE3151229A1 (de) * 1981-12-23 1983-06-30 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren und vorrichtung zur optimierung der emission einer roentgenroehre
GB2131224A (en) * 1982-11-25 1984-06-13 Atomic Energy Authority Uk Intense microfocus X-ray source
JPS59151735A (ja) * 1983-02-18 1984-08-30 Toshiba Corp 複数焦点ｘ線管
JPS6012654A (ja) * 1983-06-30 1985-01-23 Shimadzu Corp Ｘ線管の回転陽極装置
FR2566987B1 (fr) * 1984-06-29 1986-10-10 Thomson Cgr Dispositif radiologique a asservissement en position de foyer
US4943989A (en) * 1988-08-02 1990-07-24 General Electric Company X-ray tube with liquid cooled heat receptor
JP2815876B2 (ja) * 1988-09-30 1998-10-27 株式会社東芝 回転陽極ｘ線管
US4975621A (en) * 1989-06-26 1990-12-04 Union Carbide Corporation Coated article with improved thermal emissivity
US5107526A (en) * 1990-10-31 1992-04-21 The United State Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Water window imaging x-ray microscope
JPH0562622A (ja) * 1991-09-05 1993-03-12 Hitachi Medical Corp 回転陽極ｘ線管
JPH05174751A (ja) * 1991-12-20 1993-07-13 Hitachi Medical Corp 回転陽極ｘ線管用ターゲット
US5511105A (en) * 1993-07-12 1996-04-23 Siemens Aktiengesellschaft X-ray tube with multiple differently sized focal spots and method for operating same
US6327340B1 (en) * 1999-10-29 2001-12-04 Varian Medical Systems, Inc. Cooled x-ray tube and method of operation
JP2002352757A (ja) * 2001-05-24 2002-12-06 Toshiba Corp 回転陽極型ｘ線管装置
US6560315B1 (en) * 2002-05-10 2003-05-06 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc Thin rotating plate target for X-ray tube

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4688239A (en) * 1984-09-24 1987-08-18 The B. F. Goodrich Company Heat dissipation means for X-ray generating tubes
CN1487560A (zh) * 2002-09-03 2004-04-07 西门子公司 带有环形阳极的x射线管及其应用

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