CN101042975A - X射线发生方法和x射线发生装置 - Google Patents
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Abstract
从能量束源使能量束辐照到靶上，从而产生具有要辐照到目标上的辐照区域的X射线。然后，将X射线引入分光计，从而通过选择波长和波长范围产生平行X射线。
Description
技术领域
本发明涉及特别用于医疗的X射线发生方法和X射线发生装置。
背景技术
在医用X射线摄影中，使用指定的X射线管，并且将X射线从X射线管辐照目标从而对通过目标的X射线摄影，并在检测区域例如X射线敏感膜对其进行检测，然后为医用目的分析这样获得的图象。
例如，由常规X射线管产生的X射线具有1mm×1mm的有效焦点。当目标上的辐照表面区域为10cm×10cm时，有必要将X射线大小放大到10cm×10cm。在这种情况下，X射线的亮度以(1mm×1mm)/(100mm×100mm)的比率削弱。换言之，当采用常规X射线管时，X射线的亮度降低到来自X射线管的X射线初始亮度的10-4倍。
而且，在常规X射线管的医疗应用中，将以一些滤光器削减具有不需要波长的成分。这样无法有效去除不需要的成分。
为在医疗应用中以高分辨率拍摄运动目标例如冠状动脉，要求短时间内以具有良好平行性和大功率的高强度X射线辐照运动目标。然而，在常规X射线管中，当X射线辐照运动目标时会明显降低X射线的亮度，并且不能充分实现X射线的平行性。考虑到这一点，常规X射线管的医疗应用受到限制因此不能用于广泛的医疗应用。
发明内容
考虑到传统的问题，本发明的一个目标是提供一种X射线发生方法和X射线发生装置，其可以产生具有高平行性和大功率的高强度X射线。解决该问题的手段
为实现该目标，本发明涉及一种产生X射线的方法，包括如下步骤：
将能量束从能量束源辐照到靶上，从而产生具有要辐照到目标上的辐照区域的X射线；以及
将所述X射线引入分光计，从而通过选择波长和波长范围产生平行X射线。
而且，本发明涉及产生X射线的装置，包括：
用于通过能量束辐照产生X射线的靶；
用于产生所述能量束来产生所述X射线以具有辐照到目标上的辐照区域的能量束源；以及
用于通过引入所述X射线而选择所述X射线波长和波长范围以从所述X射线产生平行的X射线的分光计。
在本发明中制备靶不同于常规X射线管，并且能量束辐照到靶。因而如果针对靶控制能量束辐照强度和辐照截面的话，这样获得的X射线的输出强度和亮度可以容易提高。考虑到这点，X射线的输出强度和亮度可以根据目标而变化。
本发明中，将从靶产生的X射线引入分光计。因此，可使X射线具有平行性，并且可将X射线的辐照表面增大到几乎等于目标的辐照表面。此外，因为将X射线引入分光计，经过分光计后可将X射线的波长限制在指定的范围内。
在本发明一方面，分光计包括晶体片。在这种情况下，晶体片可以是要组合的两个或多个晶体片。至少一个晶体片用作X射线表面反射型晶体片。至少一个晶体片用作X射线透射式(劳厄式)晶体片。根据该方面，可容易获得预期的平行X射线。而且，如果改变晶片组合，可以使平行的X射线变成单色。
此外，晶体片由立方晶体例如LiF制成，以起垂直设置的两个晶体片的作用。在这种情况下，因为立方晶体中包含至少两个相互垂直的相同反射面，因此当将反射角确定为α时，在两个反射面上以反射角α反射X射线。因而，因为立方晶体片可起两个(反射)晶体片的作用，可在降低晶体片数量的条件下获得期望的平行X射线。在这种情况下，可由随后的晶体片使平行X射线转为单色。
所有的晶体片可以是X射线表面反射式晶体片或者X射线透射式晶体片。而且，一个或多个X射线表面反射式晶体片可以和一个或多个X射线透射式晶体片组合。
为获得大的X射线截面，除了由LiF制成的晶体片外，晶体片可由从硅、石墨、锗和石英构成的组中选择的材料制成。
晶体片可由X射线多层反射片制成。该多层反射片可设置为使得周期性地层叠两层或多层以提高X射线的亮度，并且可借助X射线衍射在指定宽度内获得期望的单色X射线。在这种情况下，根据多层反射片的周期性确定波长和反射角之间的关系。然后，如果改变多层反射片的层数和周期性，那么反射X射线波长的宽度也改变。
如上所述，因为根据本发明，可产生具有高平行性的高强度X射线和与目标大小相似的大横截面。代替常规X射线管，X射线源可优选用于医疗用途。利用根据本发明的X射线源，因为源于来自X射线源的X射线的大功率和高平行性而可以在短时间内将期望的X射线照向运动目标，这样可以以特殊的高分辨率在高速下实现对运动目标例如冠状动脉的X射线摄影。
例如，如果非离子碘作为造影剂从目标静脉注入，以33.17KeV的能量和0.3738的波长表示的碘吸收边沿附近(在吸收边沿前部和吸收边沿后部)的图象，由来自本发明X射线源的X射线拍摄，那么目标的血管可清楚成像。从现在起，可利用高能量同步加速器辐射(SR)(例如，在日本KEK的6GeV环SR，或者在日本SPring-8的8GeV环SR)执行成像技术。然而，在医院即医疗领域难于建立高能SR环。考虑到这一点，还不能建立该成像技术，但本发明可以通过高平行性和大功率的高强度X射线实现该成像技术。
下面说明通过将X射线引入分光计而产生这样的高平行性X射线的原因。当将X射线引入分光计例如晶体或者X射线多层膜时，X射线按照等式2dsinθ＝nλ(布拉格方程)衍射。这里，符号“d”代表晶体或X射线多层膜中的间距，符号“θ”代表反射平面的X射线入射和衍射角，符号“λ”代表X射线波长，符号“n”代表整数(谐波的阶)。由密勒指数(hkl)和晶格参数确定间距“d”。这样，可由给定的入射角“θ”确定波长“λ”。由该方程可知，不能通过衍射去除谐波波长。例如，如果X射线是单色X射线，其形状为直线，那么可根据布拉格方程将该单色X射线以角θ方向衍射并且在衍射后保持为直线。在这种情况下，所有以直线衍射的X射线必须是平行X射线。相反，单色以及形状是非常宽的线的X射线可以根据入射束方向衍射到多个不同方向上，其中入射束方向仍然保持与衍射面成θ角。在这种情况下，这样获得的X射线不可能是平行X射线。通过设置相似晶体(第二晶体)使得第二晶体的反射面与前一晶体垂直并且在反射面上衍射非平行X射线，那么只有具备平行部分的X射线可以衍射并且衍射X射线平行形成。这样，即使在包含晶体上θ方向等等的一些方向上衍射X射线，经过晶体的X射线也可以是平行X射线。
在本发明另一方面，通过吸收片和狭缝至少一个透射X射线以在将X射线引入分光计之前去除X射线的具有不需要的波长的组分。在这种情况下，可以有力地和有效地去除X射线的较低能量部分。例如，吸收片可由Al片制成。使用吸收片可减少分光计不必要的热负载。
尽管可以通过许多参数例如由靶所产生X射线的强度和硬度和要辐照的目标确定Al片的厚度，但是Al片的厚度可以确定在1-10mm的范围中。
如上所述，如果组合两个或多个反射式晶体片使得其各自的反射面相互垂直，那么可获得期望的平行X射线。然后，因为可以去除不需要的波长组分所以可通过随后的晶体片使得平行X射线变成单色。反射式晶体片可由相同或者各自不同的材料制成。
在本发明另一个方面中，部分或彻底熔化能量束辐照的靶表面部分。在前一种情形，因为可以充分增大能量束的强度以提高靶的温度到其熔点附近，所以还可提高期望X射线的强度。在这种情况下，可在靶表面上形成膜以降低由能量束引起的蒸发速度。膜由从BN、石墨、金刚石、Be、Al2O3中选取的材料制成。
在后面的情形，因为可以充分增大能量束的强度以提高靶的温度到其熔点附近并且随后与对阴极旋转造成的能量束迁移相匹配而熔化靶的辐照点，所以还可提高期望X射线的强度并且可通过熔化靶来展平靶表面从而靶表面可在能量束辐照期间维持平坦。因此，可不吸收靶的粗糙而获得期望的X射线，从而可以长时间维持X射线的高强度。
在本发明另一个方面，靶是旋转的对阴极，并且将能量束辐照在对阴极的逆着源于对阴极旋转的离心力的部分上。在这种情况下，即使从能量束辐照部分熔化靶，也可有力而有效地抑制靶熔化区域的外溅。而且，因为可以改变能量束的辐照位置，所以可以持续地以高强度产生期望的X射线。
因为旋转对阴极具有复杂的结构并且很昂贵，所以靶可以是固定式靶。
旋转对阴极可以具有沿旋转对阴极周边设置的圆柱部分，从而能量束辐照在对阴极圆柱部分的内壁上。在这种情况下，靶熔化在旋转对阴极的圆柱部分内壁上进行，并且可以更有效地抑制因为能量束辐照造成的旋转对阴极熔化区域外溅。
旋转对阴极圆柱部分的侧壁可以向内倾斜，从而可以更有效地抑制因为能量束辐照造成的旋转对阴极熔化区域外溅。相反，旋转对阴极圆柱部分的侧壁可以向外倾斜，从而可以在抑制旋转对阴极熔化区域外溅的条件下轻易地从旋转对阴极取得期望的X射线。
然后，可以以V形沟或者U形沟形成旋转对阴极中能量束的辐照区域，从而可以有效地抑制因为能量束辐照造成的靶熔化区域外溅。在这种情况下，V形辐照区域或者U形辐照区域可以按照在旋转对阴极旋转期间离心力影响靶的熔化区域的形状形成。在这种情况下，可以有效抑制旋转对阴极的靶表面粗糙，从而可以持续地以高强度产生期望的X射线。
在本发明另一方面，靶中能量束辐照区域周围的区域由比靶本身熔点高且/或导热性高的材料制成。在这种情况下，可以完全地提高靶的冷却效率以及有效地抑制靶的变形，从而可以持续地在更长时间内以高强度产生期望的X射线。
具体地，将产生期望X射线的靶配置成冷却水沿靶的能量束辐照区域背面流动以实现持续冷却靶。然而，如果将能量束的强度设置得太高、将能量束得辐照周期设置得太长，那么能量束可能会穿透靶从而冷却水漏到X射线发生侧，从而使得X射线发生装置出现旋转对阴极故障。
考虑到这一点，靶可以是由用于发射期望的特征X射线的靶金属以及在靶背面提供的高熔点和/或高导热性物质构成的双重结构靶，从而将能量束辐照在靶上并且冷却介质例如冷却水沿该物质背面流动。在这种情况下，能量束不能穿透靶，从而由于该物质的高熔点带来的大热阻和该物质的高导热性带来的高冷却性能，冷却介质不可能漏到X射线发生侧。
根据本发明，可提供一种X射线发生方法和X射线发生装置，其可以产生高平行性和大功率的高强度X射线，其可用于工业领域，例如纳米机械制造和集成电路设计或者需要X射线的大表面和平行性的实验室领域如X射线摄影和成像。
附图说明
为更好的理解本发明，参照附图，其中：
图1是表示根据本发明的X射线发生装置横截面图，
图2是表示图1所示X射线发生装置一部分的放大横截面图，
图3是表示根据本发明的另一个X射线发生装置的结构图，以及
图4是表示由图3所示X射线发生装置改变的X射线发生装置的结构图。
具体实施方式
下面将参照附图详细说明本发明。
图1是表示根据本发明的X射线发生装置横截面图，图2是表示图1所示X射线发生装置一部分的放大横截面图。
X射线发生装置包括容纳旋转对阴极1的对阴极腔2、容纳阴极3的阴极腔4和容纳用于使对阴极1旋转的驱动电动机5的旋转驱动腔6，它们相互靠近设置并由图1和2中的气密部件2a、4a和6a相互隔开。在隔开对阴极腔2和阴极腔4的分隔壁2b形成使电子束30从阴极3通过分隔壁2b发出的小孔2c。然后，在对阴极腔2和阴极腔4上提供有真空泵(未表示)分别连接到上面的真空出口2d和4d。这里，将管设置在孔2c。
这些附图中，尽管线性地描述了电子束30，但是可以广泛地描述电子束30以实现目标的更宽辐照表面。还可将二极管电子束源或者三极管电子束源用作下面所述的电子束源3。考虑到这一点，尽管应当将电子束30描述得更宽，但是在该实施例中为简单起见线性地描述了电子束30。因此，要求小孔2c的大小足以使电子束30在那里通过。
旋转对阴极1包括由金属(如Cu、Mo、W等等)制成以发射期望的特征X射线的圆柱部分11a、形成以关闭圆柱部分11一个开口的圆盘12以及具有和整体形成的圆柱部分11和圆盘12公用中心轴的转轴13。圆柱部分11、圆盘12和转轴13的内部形成冷却水可在其内部流动的空腔。将电子束辐照在圆柱部分11的内壁11a上。
转轴13由在旋转驱动腔6中提供的一对轴承13a和13b可旋转地支撑。驱动电动机5的转子5c设置在转轴13的外围，并且旋转转子5c的固定感应器5b覆盖转子5c。将连到转子5c的圆柱电动机轴紧密地固定到转轴13，转轴13连接到旋转驱动腔6中的气密密封件13c上。
在圆盘12附近的转轴13根部提供转轴密封件13c例如铁磁流体密封件，以通过在密封状态下设置转轴13和密封容器6a而维持对阴极腔2内部处于真空中。
在旋转对阴极1中插入固定隔离件14以使冷却水沿着电子束辐照部分11a的内壁流动。固定隔离件14形成为圆柱形状，沿着圆形12的形状扩展并沿着圆柱部分11的内壁稍微伸长。
换言之，固定隔离件14分开旋转对阴极1的内部空间以成为双管结构。双管结构的外管14a与冷却水入口16连通。这里，在转轴13的左侧外围提供轴向密封件14从而将来自入口16的冷却水引入双管结构的外管14a中，不会漏到设置轴承13a、13b和驱动电动机5的容纳空间中。
从入口16引入的冷却水在双管结构的外管14a中流动，从圆柱部分11的内壁返回并在双管结构的内管14b中流动。在这种情况下，电子束辐照部分11a的内壁由冷却水冷却，剩余冷却水在内管14b中流动并从出口17排出。
在旋转对阴极1的电子束辐照部分11a附近的气密部件2a上设置用于取出通过使电子束30辐照电子束辐照部分11a所产生的X射线20的X射线窗口21。在X射线窗口21上设置由可通过X射线的材料例如Be、Al制成的X射线透射膜22从而可从维持对阴极腔2真空状态的装置中取出期望的X射线。该实施例中，因为X射线20具有几乎等于目标上有效辐照表面的大横截面，所以X射线窗口21形成得足够宽以使更宽的X射线通过其中。
在X射线窗口21外部设置使X射线20平行的分光计70。分光计70由从由下面物质形成的组中选取的至少一种材料制成的晶体片形成，即硅、氟化锂(LiF)、石墨、锗和石英或者X射线多层膜反射片。
晶体片可以具有X射线表面反射式晶体片和/或X射线透射式晶体片的功能。而且，如果晶体片由例如LiF的立方晶体制成，那么存在许多对相互垂直的相同的反射面。因此，如果采用这样的晶体片，那么只有该晶体片可以产生平行X射线20。考虑到这一点，如果采用晶体片本身或者与另外的晶体片的组合，那么可使得这样获得的平行X射线成为平行的单色X射线。
形成X射线多层反射膜片使得层压几种材料从而可通过X射线衍射获得具有预定波长范围(Δλ)的单色X射线(λ)。在这种情况下，要生成的X射线的波长和反射角之间的关系通过X射线多层膜反射片的周期长度确定。如果改变X射线多层膜反射片的层数和/或层周期性，那么可以改变X射线波长的宽度。
而且，可以采用两个或多个晶体片。在这种情况下，可以去除X射线的具有不需要的波长的组分。晶体片可以是相似的晶体片，也可以是不同的晶体片。
图1中电子束源3可以是依赖其用途的任何一种电子束源。图1和2所示的X射线发生装置的情形用于医疗用途，例如，要求平行X射线40最终具有数厘米到数十厘米的量级的辐照区域。采用含有管式电子束源的阳极是理想的，采用三极管式源以产生脉冲X射线也是理想的。将预定电压从高压引入部分31施加到电子束源3。
那么，下面将解释采用在图1和2中所描述的X射线发生装置的X射线发生方法。如上所述，冷却水从入口16引入，旋转电动机5使得旋转对阴极1绕转轴高速旋转并且必要时沿着转轴重复运动。同时，将电子束30从阴极辐照到对阴极1的电子束辐照部分11a上，从而产生X射线20。在这种情况下，将电子束30的强度设置为至少可以部分或全部熔化电子束辐照部分11a的强度。
当辐照具有高强度足以至少部分地熔化电子束辐照部分11a的电子束30时，可将部分11a加热到在其熔点(例如W的熔点)附近的温度。所以，可由旋转对阴极1(电子束辐照部分11a)产生高强度X射线。
而且，当辐照具有高强度足以全部熔化电子束辐照部分11a的电子束30时，可以连续展平对阴极1的电子束辐照部分11a从而旋转对阴极1的电子束辐照部分11a在电子束30辐照期间可以具有平表面。因此，由于旋转对阴极1电子束辐照部分11a的表面粗糙度，不能在凸起处吸收产生的X射线，从而可长时间稳定地产生X射线20并维持X射线20的高强度。
该实施例中，旋转对阴极1电子束辐照部分11a的表面粗糙度可以作为表面平均粗糙度降低到1μm或以下，以及特别地在非常大的离心力(旋转速度：12,000rpm，对阴极直径：280mm)下作为表面平均粗糙度降低到100nm或以下。换言之，在该实施例中，可以长时间使得旋转对阴极1电子束辐照部分11a表面维持平坦。在常规技术中，相反，在长期使用后旋转对阴极的表面粗糙度会提高到2-10μm的范围。因此，由此实施例可以清楚，由于小表面粗糙度可以长时间稳定的产生期望的高强度X射线。
该实施例中，因为电子束辐照部分11a位于对阴极1的圆柱部分11内壁上，所以可由电子束的辐照至少部分地熔化内壁。然而，因为电子束辐照部分11a定位为逆着源自旋转对阴极1旋转的离心力，所以内壁的熔化部分不可能溅到外面。
该实施例中，没有对旋转对阴极1的圆柱部分11a实施特殊的工艺，使得电子束辐照部分11a在将圆柱部分11的侧壁设置成与转轴平行的条件下位于圆柱部分11的内壁上。然而，可将圆柱部分11的内壁倾斜几十分之一度(几秒)到几度。
具体地，圆柱部分11的内壁可以向内朝转轴倾斜几十分之一度到几度。在这种情况下，即使电子束辐照部分11a熔化，也可更有效地阻止电子束辐照部分11a的外溅。
相反，圆柱部分11的内壁可以从转轴向外倾斜几十分之一度到几度。在这种情况下，在阻止熔化的电子束辐照部分11a外溅的条件下可以容易地从该装置取得期望的X射线。
如果形成电子束辐照部分11a使得横截面形状成为V形沟或者U形沟，那么可更有效地阻止电子束辐照部分11a的外溅。在这种情况下，确定V形沟或者U形沟的宽度和深度从而可以容易地从该装置取得期望的X射线。
此外，如果电子束辐照部分11a由根据要生成的特征X射线波长的靶材料制成，并且电子束辐照部分11a周围的区域由和靶材料相比熔点更高和/或导热性更高的材料制成，那么可以完全提高对阴极1的冷却效率使得对阴极1不可能变形。在这种情况下，可以长时间持续地生成期望的X射线。
另外，对阴极11特别是电子束30辐照的圆柱部分11a可由靶材料制成，并且高熔点和/或高导热性物质可以提供在靶材料背面从而柱形部分11的内部可以是双重结构。在这种情况下，当期望的X射线通过电子束30辐照由冷却介质冷却的柱形部分11而产生时，从而根据源于在靶材料背面提供的物质的高熔点和/或高导热性物质的大热阻与大冷却效应的协同效应，电子束30不能穿过柱形部分11a。因此，冷却介质不可能泄漏。
作为冷却介质可以以冷却水和冷却油为例。
将由旋转对阴极1(柱形部分11a)产生的X射线20引入分光计70从而可获得期望的从X射线20提取的平行X射线41。在这种情况下，X射线41包括指定波长范围内的组分。因此，当在医疗用途中采用平行X射线41时，由于X射线41期望的平行性和窄波长宽度，可以在低剂量曝光下以高分辨率对给定的患病部位成像。如上所述，因为X射线20的强度(亮度)很大，所以X射线41的强度也很大。因此，可以由X射线41的高平行性带来的高分辨率和短时间曝光的X射线41的高强度的协同作用对运动目标例如冠状动脉成像。
该实施例中，因为熔化了电子束辐照部分11a，所以可通过熔化对阴极腔2中的靶材料来提高金属蒸气压力，从而污染X射线透射窗口22。在这种情况下，由防止反冲电子并且可替换的Ni、BN、Al或聚脂薄膜制成的辊压(rolled)保护膜可以设置在X射线透射窗22前。辊压保护膜在设置在X射线窗口21内的进给辊和卷绕辊之间张紧。考虑反冲电子能量和X射线吸收而适当调整保护膜的厚度。
在该实施例中，尽管用电子束作为能量束，仍然可以采用另一个能量束例如激光束和离子束。
在该实施例中，柱形部分11的背面11a可由一些材料例如不锈钢、Mo、Cu制成。
在该实施例中，尽管采用旋转对阴极，但是当电子束辐照部分不熔化时还可采用平面对阴极，从而产生强度不太高的X射线。
图3是表示另一个使用固定和平面靶的X射线发生装置的结构图。在图1-3中对相同的部件始终采用相同的附图标记。在这种情况下，可产生具有大辐照区域的X射线从而所使用分光计结构是重要的。考虑到这一点，该实施例中，将详细描述分光计的结构。
在图3所示的X射线发生装置中，将对阴极51设置在真空腔50中，并且将阴极52设置在对阴极51的对面。阴极52通过绝缘材料例如陶瓷材料固定在维纳尔(wehnelt)53中。在阴极52和维纳尔53之间施加指定电压从而维纳尔53用作用于电子束的透镜。
在对阴极51和阴极52之间提供孔栅54和阳极55。根据各种不同的条件使孔栅54的电位相对于阴极52在±7kv的范围内改变。如果孔栅54的电位相对于阴极52设置为负，则切断电子束。如果孔栅54的电位相对于阴极52设置为正，则可以补偿来自阴极52的空间电荷从而可从阴极52提取电子。根据孔栅54，在该实施例中可以通过控制孔栅54电压而改变电子束的电流。根据阳极55，可以通过阴极52和阳极55之间的电势加速从阴极52发射的电子束30。通过阳极后，电子束30没有电势场地行进到对阴极51。这样，可通过阳极55减小靶高温的影响。当阳极55不必要时，可省略阳极55。在图3和4所示的该实施例中，因为提供了阴极52、孔栅54和阳极55，即X射线发生器组成三极管式。在真空腔50中提供X射线透射窗口56，通过该窗口可从该腔中取出由对阴极51产生的X射线20。
通常地，形成为网式的栅以高效率产生比毫秒短的脉冲电子束，但在该实施例中，如果栅形成为网状，那么电子束不能均匀辐照对阴极51，并且当其用于产生更长脉冲特别是直流电时网被电流加热且容易破坏。例如，通过栅开口的电子束可以充分辐照对阴极51，但与栅线碰撞的电子束不能充分辐照对阴极51。考虑到这一点，在该实施例中，栅形成为环形从而电子束30可通过环形栅内部的开口。这样，将环形栅称作孔栅。
在该实施例中，以绝缘油冷却其它部分例如除了X射线发生装置的X射线透射窗口56外的对阴极51和真空腔50。然而，可将管连到要冷却的部分如对阴极51。在这种情况下，冷却介质在管中循环。循环类型的优点在于可将对阴极51在没有外部压力造成变形的情况下全部设置在真空腔50中。
然后，在真空腔50的X射线透射窗口56外部以给定角度提供第一晶体片61和第二晶体片62。
在图3所示的X射线发生装置中，由栅54控制从阴极52产生的电子束流30，然后，由阳极55加速电子束30。这样，加速的电子束30在适当控制电子束流30从而可产生X射线20(白色并且不平行)的条件下辐照在对阴极51上。然后，从X射线透射窗56取出X射线20，并且X射线20在由立方晶体如LiF制成的第一晶片61(透射式)反射，随后反射的X射线41被由任何类型晶体制成的第二晶片62反射，从而产生平行的单色X射线。这里，因为X射线在经过第一透射式晶体片61的反射后可以是平行X射线。
该实施例中，因为采用第一晶体片61和第二晶体片62，所以一些具有不需要波长的组分可从X射线20去除。例如，因为在第一晶体片61处的X射线20的入射角(α)和X射线41的反射角(α)与在第二晶体片62处的入射角和反射角相同，这里将第一和第二晶体反射平面之间的角设置为2α，X射线41到第二晶体片的入射角为α。这意味着可在第二晶体片62反射X射线41，并因此将其辐照到目标上(在图3中，以符号“α”代表入射角和反射角)。然而，具有与X射线41不同波长的X射线40以角度“β”入射到第一晶体片61上并从那里反射，然后以角度“γ”射入第二晶体片62。在这种情况下，因为第二晶体片62的X射线40的入射角“γ”与第一晶体片61的反射角“β”不同，所以不能从第二晶体片62反射X射线40。
该实施例中，不使用由立方晶体例如LiF制成的第一晶体片61，可通过组合两个晶体片从而晶体片的反射面可以相互垂直而形成第一晶体片61。
晶体片可从由下面物质组成的组中选取的至少一种物质制成，即硅、氟化锂(LiF)、石墨、锗和石英。
然后，解释使用固定且更平的靶的改良X射线发生装置。在附图1-4中相同的附图标记始终用于指代相同部件。在该实施例中，X射线发生器如图3所示的构造，只有分光计与图3所示的不同。
在图3中，分光计由两种晶体片组成，即透射“劳厄”式61和反射式62。但是在与该实施例相关的图4中，分光计由两个X射线透射式(劳厄式)晶体片71、73和一个X射线表面反射式晶体片72组成。如图4所示，按照X射线发生器的数字顺序相继设置这些晶体片。
将第二晶体片72的反射平面设置为几乎与页空间(page space)平行从而对页空间向前反射X射线。将第一晶体片71和第三晶体片73的反射面设置为几乎与页空间垂直。因此，将第二晶体片72的反射面设置为几乎与第一晶体片71和第三晶体片73的反射面垂直。可将Si的d(111)反射面用于第一晶体片71和第二晶体片72，并且将Si的d′(200)反射面用于第三晶体片73。在这种情况下，虽然d和d′的间隔相互不同，但是设置晶体片使得对于不同入射角δ和δ′满足关系2dsinδ＝λ和2d′sinδ′＝λ，并且对于波长为λ的X射线，第一和第二晶体片71，72对应前一方程，第三晶体片73对应后一方程，
该实施例中，具有大辐照区域的X射线20(白色又不平行)从X射线透射窗口56取出，并且入射束以如图4所示以角度δ行进到第一晶体片71上，还以角度δ向下传播至页空间(但是该角度未在附图中表示)以将第二晶体片的衍射平面设置为与页空间接近平行。在这种情况下，X射线20按照布拉格方程2dsinδ＝λ衍射通过第一晶体片71。没有清楚示出，如果当入射X射线行进到第一晶体片71上时具有不同波长λ′的另一X射线满足布拉格方程，那么该X射线在衍射之后可通过第一晶体片71。考虑到这一点，即使X射线20通过第一晶体片71，X射线20仍然保持为固有的不平行白色X射线。
因为波长λ的X射线20具有更大的辐照区域，所以如此获得的通过第一晶体片71的X射线具有与相对于页空间成δ角度的平面平行的组分以及与该平面不平行的其它组分。因为波长λ′的X射线的衍射方向与波长λ的X射线的衍射方向不同，所以波长λ′的X射线不可能与波长λ的X射线平行。
那么，X射线20在通过第一晶体片71之后入射至第二晶体片72，然后相对于页空间向前反射。如此获得的反射X射线以角度δ′入射至第三晶体片73上，从而可取出X射线平行组分，其对第三晶体片73满足布拉格方程。这样，可从不平行的白色X射线20获得平行的单色X射线41。
只有可通过旋转唯一的第三晶体片73选取波长λ和λ′的X射线以满足布拉格方程，才可从X射线获得期望的平行X射线。换言之，由多个平行且各自不同波长的X射线，可仅仅使用第三晶体片73的旋转而获得期望的单色平行X射线。当X射线波长变化很大时，平行X射线的面积会减小。在这种情况下，可通过旋转地重新调整所有三个晶体片来恢复它。
尽管参考上述示例详细描述了本发明，但是本发明不限于上述公开内容，并且可进行各种改变和变更而不偏离本发明的范围。
具体地，在与图1-4相关的实施例中，可在对阴极表面上提供膜(涂层)以降低电子束辐照部分的蒸发速度。该膜由从下面物质组成的组中选取的物质制成，即BN、石墨、金刚石、Be和氧化铝Al2O3。
Claims (52)
1.一种产生X射线的方法，包括如下步骤：
将能量束从能量束源辐照到靶上，从而产生具有要辐照到目标上的辐照区域的X射线；以及
将所述X射线引入分光计，从而通过选择波长和波长范围产生平行X射线。
2.如权利要求1所述的产生X射线的方法，其中所述分光计包括晶体片。
3.如权利要求2所述的产生X射线的方法，其中所述晶体片由从硅、氟化锂(LiF)、石墨、锗和石英中选取的材料制成。
4.如权利要求2所述的产生X射线的方法，其中所述晶体片是组合的两个或多个晶体片。
5.如权利要求4所述的产生X射线的方法，其中所述晶体片中的至少一个用作X射线表面反射式晶体片。
6.如权利要求4所述的产生X射线的方法，其中所述晶体片中的至少一个用作X射线透射式(劳厄式)晶体片。
7.如权利要求4-6中任何一项所述的产生X射线的方法，其中所述晶体片由例如LiF的立方晶体制成，其中两个相同反射面相互垂直以起垂直设置的两个晶体片的作用。
8.如权利要求2所述的产生X射线的方法，其中所述晶体片包括X射线多层反射片。
9.如权利要求1-8中任何一项所述的产生X射线的方法，还包括以下步骤：在将所述X射线引入分光计之前，将所述X射线透射通过吸收片和狭缝中的至少一个以去除所述X射线的具有不需要的波长的组分。
10.如权利要求9所述的产生X射线的方法，其中所述吸收片是铝片。
11.如权利要求1所述的产生X射线的方法，其中所述能量束辐照的所述靶的表面部分被部分地熔化。
12.如权利要求11所述的产生X射线的方法，其中所述能量束辐照的所述靶的表面部分被完全熔化。
13.如权利要求11所述的产生X射线的方法，还包括在所述靶的表面上形成膜以降低所述能量束引起的所述靶的蒸发速度的步骤。
14.如权利要求13所述的产生X射线的方法，其中所述膜由从BN、石墨、金刚石、Be和氧化铝(Al2O3)中选取的材料制成。
15.如权利要求1所述的产生X射线的方法，其中所述靶固定式靶。
16.如权利要求1所述的产生X射线的方法，其中所述靶为旋转对阴极，并且所述能量束辐照在所述对阴极的逆着源于所述对阴极的旋转的离心力的部分上。
17.如权利要求16所述的产生X射线的方法，其中所述旋转对阴极包括沿所述旋转对阴极周边设置的圆柱部分，从而所述能量束辐照在所述圆柱部分的内壁上。
18.如权利要求17所述的产生X射线的方法，其中所述圆柱部分的侧壁朝所述旋转对阴极的中心轴向内倾斜，从而通过熔化所述部分而抑制所述能量束辐照的所述靶的所述部分的外溅。
19.如权利要求17所述的产生X射线的方法，其中所述圆柱部分的侧壁从所述旋转对阴极的中心轴向外倾斜，从而可以轻易地从所述靶取得所述X射线。
20.如权利要求16所述的产生X射线的方法，其中所述能量束辐照的所述部分形成为V形沟或者U形沟。
21.如权利要求20所述的产生X射线的方法，其中所述V形沟或者所述U形沟以和所述离心力影响所述能量束辐照的所述熔化部分相同的形状形成。
22.如权利要求1所述的产生X射线的方法，还包括以下步骤：在所述靶中，由比对所述靶的所述X射线生成有贡献的靶材料熔点高且/或导热性高的物质制成所述能量束辐照的所述部分周围的区域。
23.如权利要求22所述的产生X射线的方法，其中所述靶是由所述靶材料和比所述靶材料熔点高且/或导热性高的所述物质构成的双重结构靶，所述物质设置在所述靶材料背面，从而冷却介质沿所述物质的所述背面流动。
24.如权利要求1所述的产生X射线的方法，其中所述能量束源是电子束源，从而所述能量束是电子束。
25.如权利要求24所述的产生X射线的方法，其中所述电子束源是二极管或者三极管式电子束源。
26.如权利要求1所述的产生X射线的方法，其中所述平行X射线可用于医疗用途。
27.一种生成X射线的装置，包括：
用于通过能量束辐照产生X射线的靶；
用于产生所述能量束来产生所述X射线以具有要辐照到目标上的辐照区域的能量束源；以及
用于通过引入所述X射线而选择所述X射线的波长和波长范围以从所述X射线产生平行的X射线的分光计。
28.如权利要求27所述的产生X射线的装置，其中所述分光计包括晶体片。
29.如权利要求28所述的产生X射线的装置，其中所述晶体片由从硅、氟化锂(LiF)、石墨、锗和石英中选取的材料制成。
30.如权利要求28所述的产生X射线的装置，其中所述晶体片是组合的两个或多个晶体片。
31.如权利要求30所述的产生X射线的装置，其中所述晶体片中的至少一个用作X射线表面反射式晶体片。
32.如权利要求30所述的产生X射线的装置，其中所述晶体片中的至少一个用作X射线透射式(劳厄式)晶体片。
33.如权利要求30所述的产生X射线的装置，其中所述晶体片由例如LiF的立方晶体制成，其中两个相同反射面相互垂直以起垂直设置的两个晶体片的作用。
34.如权利要求28所述的产生X射线的装置，其中所述晶体片包括X射线多层反射片。
35.如权利要求27所述的产生X射线的装置，还包括吸收片和狭缝中的至少一个，以在将X射线引入分光计之前通过将所述X射线透射经过所述吸收片和狭缝中的至少一个以去除所述X射线的具有不需要的波长的组分。
36.如权利要求35所述的产生X射线的装置，其中所述吸收片是铝片。
37.如权利要求27所述的产生X射线的装置，其中所述能量束辐照的所述靶的表面部分被部分地熔化。
38.如权利要求37所述的产生X射线的装置，其中所述能量量束辐照的所述靶的表面部分被完全熔化。
39.如权利要求37所述的产生X射线的装置，还包括在所述靶的表面上形成以降低所述能量束引起的所述靶的蒸发速度的膜。
40.如权利要求39所述的产生X射线的装置，其中所述膜由从BN、石墨、金刚石、Be和氧化铝(Al2O3)中选取的材料制成。
41.如权利要求27所述的产生X射线的装置，其中所述靶为固定式靶。
42.如权利要求27所述的产生X射线的装置，其中所述靶为旋转对阴极，并且所述能量束辐照在所述对阴极的逆着源于所述对阴极的旋转的离心力的部分上。
43.如权利要求42所述的产生X射线的装置，其中所述旋转对阴极包括沿所述旋转对阴极周边设置的圆柱部分，从而所述能量束辐照在所述圆柱部分的内壁上。
44.如权利要求43所述的产生X射线的装置，其中所述圆柱部分的侧壁朝所述旋转对阴极的中心轴向内倾斜，从而通过熔化所述部分而抑制所述能量束辐照的所述靶的所述部分的外溅。
45.如权利要求43所述的产生X射线的装置，其中所述圆柱部分的侧壁从所述旋转对阴极的中心轴向外倾斜，从而可以轻易地从所述靶取得所述X射线。
46.如权利要求42-45中任何一项所述的产生X射线的装置，其中所述能量束辐照的所述部分形成为V形沟或者U形沟。
47.如权利要求46所述的产生X射线的装置，其中所述V形沟或者所述U形沟以和所述离心力影响所述能量束辐照的所述熔化部分相同的形状形成。
48.如权利要求27-47中任何一项所述的产生X射线的装置，其中在所述靶中，所述能量束辐照的所述部分周围的区域由比对所述靶的所述X射线生成有贡献的靶材料熔点高且/或导热性高的物质制成。
49.如权利要求48所述的产生X射线的装置，其中所述靶是由所述靶材料和比所述靶材料熔点高且/或导热性高的所述物质构成的双重结构靶，所述物质设置在所述靶材料背面从而冷却介质沿所述物质的所述背面流动。
50.如权利要求27-49中任何一项所述的产生X射线的装置，其中所述能量束源是电子束源，从而所述能量束可以是电子束。
51.如权利要求50所述的产生X射线的装置，其中所述电子束源是二极管或者三极管式电子束源。
52.如权利要求27-51中任何一项所述的产生X射线的装置，其中所述平行X射线可用于医疗用途。
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