CN102246257A - 电子源及其阴极杯 - Google Patents

Abstract

本发明的一个实施例涉及一种包括用于保持电子发射体(21)的容置部的阴极杯(20)，其中阴极杯至少在面向电子发射体(21)的区域设置有包括多个空腔(23)的表面。另外，本发明还提供了一种包括阴极杯(20)的电子源和X射线系统。

Description

电子源及其阴极杯

技术领域

本发明涉及一种阴极杯以及具有阴极杯的电子源和X射线系统。

背景技术

电子源使用于不同的应用中，例如像X射线断层摄影(CT)和心脏血管(CV)系统的X射线系统。这些电子源通常包括热离子发射体，其在达到一定温度时会发射电子。形成这些热离子发射体的丝状体必定要由具有高熔点的金属例如钨、镧或它们的合金制成。这些热离子发射体通常固定在主要用作电子-光学聚焦元件的阴极杯上。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改进的阴极杯、一种电子源和一种X射线系统。

该目的通过根据独立权利要求所述的阴极杯来实现。

图1示出了一种电子源。这种电子源包括具有凹部的阴极杯10，电子发射体11固定地保持在凹部中。电子发射体11形成为具有蛇形纹的发射区域12的平板。一旦对电子发射体11施加电压，发射区域12就发射电子。为了发射这种电子，在暴露时间内，发射区域12的温度会达到2000℃以上。这种高温带来的结果是，电子发射体11的材料会蒸发并且沉积在电子发射体11周围的冷表面上。

图2示出了具有沉积材料的图1中的电子源。由于发射区域12的高温而蒸发的材料在阴极杯的表面上直接与发射区域12面对面地形成薄膜13。

图3示出了沉积材料的分离。由于不同的应用，阴极杯10的温度会变化。如果阴极杯10和电子发射体11采用不同的材料，由于热膨胀系数的不同，会产生热机械应力。所形成的剪应力可能超过粘附力，这导致薄膜13从阴极杯10的表面分离14。这种分离通常开始于薄膜13的边缘。根据薄膜13内部的温度和密度分布，存在薄膜13朝向电子发射体11弯曲并与其接触的风险。这种接触会改变电流的电路径且因此会导致电子发射体11的热电性能的巨大改变，这会导致电子源的故障。

本发明的发明人认识到通过改变薄膜相对于阴极杯10的粘附性能来避免这种分离是有利的。

根据本发明的一个实施例，提供一种包括用于保持电子发射体的容置部的阴极杯，其中阴极杯至少在面向电子发射体的区域设置有包括多个空腔的表面。由不同的热膨胀系数引起的破裂效应的主要原因是在薄膜端部的剪应力集中以及其在阴极杯表面上的粘附力太低。薄膜破裂的外观以及其可能对电子源性能造成的负面影响可以通过该提及的实施例来克服，因为该实施例中面向电子发射体的表面的粘附能力得到增强。

根据进一步的实施例，空腔形成在阴极杯的材料中。这样设置的优点是可以无需太费力就可容易地形成空腔。

根据另一实施例，空腔形成在至少部分覆盖阴极杯的覆盖层中。在该实施例中，阴极杯表面可以被覆盖层覆盖，且之后空腔形成在覆盖层中，或用已经包括了呈覆盖层的结构或纹理的形式的空腔的覆盖层来覆盖阴极杯表面。

根据另一实施例，空腔通过激光钻孔制成。这种制造方法的优点在于不会产生可能会形成应力集中区域的尖锐边缘，裂缝可能会从该应力集中区域开始产生。

可选择的，空腔通过铣削制成。

另一可选择的，空腔通过沉入腐蚀(sink eroding)而制成。

根据另一实施例，空腔形成为凹陷部，凹陷部的边界互相接触。这种设置的优点在于能够最佳地利用该区域来提供空腔。

根据进一步的实施例，容置部包括电子发射体被布置在其中的凹部和用于固定电子发射体的插口。通过提供具有凹部的电子发射体，阴极杯可以用作电子光学聚焦元件。

根据进一步的实施例，空腔设置在插口之间。这个区域是阴极杯最接近发射电子的部分的那部分，因此有利的是将空腔设置在该区域。

另外，本发明提供了一种包括根据上述实施例之一所述的阴极杯的电子源和X射线系统。这些装置具有上述相同的优点。这种阴极杯有益地适用于需要具有高发射电流的热离子发射体的任何领域。

通过参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将得到更加清除的阐释。

可见的是，本发明的主旨是给保持电子发射体的阴极杯至少在面向电子发射体的区域提供具有改善了粘附性能的表面，以避免沉积的蒸发的材料的分离。

附图说明

图1示出了电子源；

图2示出了具有沉积材料的图1中的电子源；

图3示出了沉积材料的分离；

图4示出了根据本发明第一实施例的电子源；

图5示出了根据本发明第二实施例的电子源。

具体实施方式

图4示出了根据本发明第一实施例的电子源。图示的电子源包括具有圆柱形状的阴极杯20，其中，在阴极杯20的表面侧(图4中上侧)设置具有矩形横截面区域且沿圆柱形的直径走向的凹部。凹部的底面设置有用于保持电子发射体21的两个插口。电子发射体21是大体呈矩形的平板，在其中心区域形成发射区域22，发射区域22通过制成具有接近电子发射体21的宽度的80％到90％的长度且交替地通向电子发射体21的一侧或另一侧的切口来形成蛇形纹。一旦对电子发射体21施加电压，发射区域22发射电子。为此，蛇形纹的形状减小了沿着电流流动路径的横截面面积，因此电子发射体在发射区域22的电阻增加。在电子发射体21面向阴极杯20的一侧设置有插脚，插脚插入阴极杯20的插口中。通过将插脚插入插口中使阴极杯20能够固定地保持电子发射体21。电子发射体21由具有高熔点的金属例如钨、镧或它们的合金制成。阴极杯20面向发射区域22的表面设置有通过激光钻孔、铣削或沉入焊接来得到的空腔23。空腔23以凹陷形式形成在两个插口之间，它们的边界互相接触。尽管这是优选的形式，空腔23还可以具有多种可能形式，例如沿着图中的竖直方向的通孔、沉孔、树干形状的孔、向底部收缩的圆锥孔、圆柱形孔、凹痕、钻孔、凹槽、裂缝等等。

一旦对电子发射体21施加电压，由于增大的电阻，发射区域22会被电流加热到2000℃以上的温度。当达到这个温度时，电子被发射，且发射体材料被蒸发。在阴极杯面向发射区域22的表面上会沉积薄膜，如参考图2的描述。在这个过程中，阴极杯20达到几百摄氏度的温度。当关闭电子发射体21时，阴极杯20冷却下来，且在沉积材料的薄膜与阴极杯20之间的接触面内形成剪应力。该应力的最大值位于薄膜的边缘。根据该实施例，可以通过减小薄膜与阴极杯20之间的接触面内的最大剪应力来避免薄膜从阴极杯20表面的分离。这种最大剪应力的减小可以通过将在平坦表面下的单纯剪应力分解为横向(剪应力)和垂直方向(拉应力或合力)的分量来实现。在该实施例中，通过构造具有空腔23的沉积表面来实现，也就是说通过构造具有上述形式的空腔的表面，改变面向发射体的阴极表面的布局来实现。空腔23的尺寸可以根据沉积薄膜的估测厚度来优化，使得即使在薄膜破裂的情况下，薄膜的碎片仍会保持在空腔23中。

图5示出了根据本发明的第二实施例的电子源。为了避免重复，只对本实施例不同于第一实施例的方面进行描述。该实施例与第一实施例的不同在于空腔23不是直接形成在阴极杯20的材料中。而是，阴极杯20在两个插口之间的表面也就是与发射区域22面对面的区域被覆盖层24所覆盖。覆盖层24在施加到阴极杯20上之前已经包括了具有空腔的纹理或结构，或者覆盖层24在施加到阴极杯20之后通过与第一实施例相关描述的处理方式在覆盖层24上形成空腔23。

尽管本发明已经在附图和前述说明中进行了详细的示意和描述，但所述示意和描述应该被理解为例证性的或示范性的而不是限制性的，且不能有意地将本发明限制于所公开的实施例。术语“包括”并不排除其他元件或步骤，且“一”或“一个”并不排除多数。单个处理器或其他单元同样可以实现权利要求中记载的几项的作用。基本的事实是，在不同的从属权利要求中记载的某些措施并不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何参考标记都不构成对本发明保护范围的限制。

Claims (12)

1.一种阴极杯(20)，包括：

用于保持电子发射体(21)的容置部；

其中，所述阴极杯至少在面向电子发射体(21)的区域设置有包括多个空腔(23)的表面。

2.根据权利要求1所述的阴极杯，其特征在于，所述空腔(23)形成在所述阴极杯(20)的材料中。

3.根据权利要求1所述的阴极杯(20)，其特征在于，所述空腔(23)形成在至少部分地覆盖所述阴极杯(20)的覆盖层(24)中。

4.根据前述权利要求任一所述的阴极杯(20)，其特征在于，所述空腔(23)通过激光钻孔制成。

5.根据前述权利要求任一所述的阴极杯(20)，其特征在于，所述空腔(23)通过铣削制成。

6.根据前述权利要求任一所述的阴极杯(20)，其特征在于，所述空腔(23)通过沉入腐蚀制成。

7.根据前述权利要求任一所述的阴极杯(20)，其特征在于，所述空腔(23)形成为凹陷部，所述凹陷部的边界互相接触。

8.根据前述权利要求任一所述的阴极杯(20)，其特征在于，所述容置部包括所述电子发射体(21)被布置在其中的凹部和用于固定所述电子发射体(21)的插口。

9.根据前述权利要求任一所述的阴极杯(20)，其特征在于，所述空腔(23)被设置在所述插口之间。

10.一种电子源，包括：

根据权利要求1至9任一所述的阴极杯(20)；和

电子发射体(21)。

11.根据权利要求10所述的电子源，其特征在于，所述电子发射体(21)具有增大电阻的区域面向所述空腔(23)。

12.一种X射线系统，包括：

根据权利要求1至9任一所述的阴极杯(20)；和

电子发射体(21)。

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