CN102668012A - 具有电子散射元件的x射线发生装置和x射线系统 - Google Patents

Abstract

本发明总体上涉及一种X射线产生技术。提供X射线发生装置内部电压源或电势可以帮助减少通往X射线发生装置的真空包封中的必要馈送通路。因此，提供了一种包括电子散射元件的X射线发生装置。根据本发明，提供了一种X射线发生装置，包括电子发射元件16、电子收集元件20和电子散射元件42。初级电子束17a能够布置于电子发射元件16和电子收集元件20之间。电子发射元件16和电子收集元件20操作性耦合以产生X辐射14。

Description

具有电子散射元件的X射线发生装置和X射线系统

技术领域

本专利申请总体上涉及X辐射产生技术。更具体而言，本专利申请涉及X射线发生装置、X射线系统以及X射线发生装置在X射线系统和CT系统中的至少一种中的使用。具体而言，本发明涉及具有电子散射元件的X射线发生装置。

背景技术

具有X射线发生装置，例如X射线管的X射线系统可以产生电磁辐射，用于在例如医学成像应用、检查成像应用或安保成像应用中采集X射线图像。

X射线发生装置一般包括诸如阴极元件的电子发射元件和诸如阳极元件的电子收集元件。通过用电势或电压差在电子发射元件和电子收集元件之间对电子加速，在电子发射元件和电子收集元件之间形成电子束。

电子束的电子撞击电子收集元件的区域，从而形成焦斑或焦点轨迹，由此通过电子轰击例如盘元件，尤其是电子收集元件的旋转盘元件产生电磁辐射或X辐射。

X射线发生装置的一种应用是在计算机断层摄影系统或CT系统中。X射线发生装置位于扫描架上，在扫描架的相对侧上布置X射线探测器。X射线发生装置和X射线探测器都可以绕着对象例如患者旋转，同时X射线发生装置产生X射线的扇形射束。

X辐射通过布置于X射线发生装置和X射线探测器之间路径中的对象，被对象的内部结构、密度分布或组织分布衰减，接下来到达X射线探测器。探测器将X辐射转换成电信号，用于接下来由计算机系统重建和显示对象内部结构的X射线图像。

一般在X射线发生装置的真空包封或外壳之内进行从电子发射元件到电子收集元件的电子加速。为了实现X射线发生装置的各种功能，必须要在X射线发生装置外部，尤其是真空外壳外部，和其内部之间提供外部连接，例如，用于供应高电压或加热电流。由于相符的(according)连接必须要能够经得起增大的应力并必须提供可靠的连接，同时维持外壳的真空度，所以相符的连接需要高度鲁棒的实施，这可能占X射线发生装置生产成本的显著部分。

为了实现X射线发生装置的各种内部功能，可能需要各种馈送通路，用于从高压发电机提供多个连接以及用于控制和加热的连接。

可能有益的是能够在X射线发生装置之内提供例如电流源元件或能够影响电势的元件，而无需通过外部馈送通路为每个元件特别地提供高压馈电。

发明内容

可能需要提供一种X射线发生装置，其能够按需在真空外壳之内产生个体高电压、电流或电势，而无需为每种想到的源元件提供专用的馈送通路。于是，可能需要提供一种具有电子散射元件的X射线发生装置。

在下文中，提供了一种根据独立权利要求的X射线发生装置、X射线系统以及X射线发生装置在X射线系统和CT系统中的至少一种中的使用。

根据本发明的示范性实施例，提供了一种X射线发生装置，包括电子发射元件、电子收集元件和电子散射元件。初级电子束能够布置在电子发射元件和电子收集元件之间，其中电子发射元件和电子收集元件操作性耦合以产生X辐射。

根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种X射线系统，包括根据本发明的X射线发生装置和X射线探测器。能够在X射线发生装置和X射线探测器之间布置对象，X射线发生装置和X射线探测器操作性耦合，从而能够获得所述对象的X射线图像。

根据本发明的另一示范性实施例，在X射线系统和CT系统中的至少一种中使用根据本发明的X射线发生装置。

本发明的一个方面可以被看做在电子发射元件和栅格元件(gridelement)或孔径元件之间提供电势，用于聚焦和/或切换电子束，尤其是开关电子束。

为了快速切换电子束，例如开关电子束而实际不断开高压发电机，可以采用辅助电极元件或栅格元件。

可以将辅助电极元件放在X射线发生装置的电子发射元件附近。栅格元件和电子发射元件可以具有电压差，从而在两个元件之间布置电势，通过该电势可以影响电子束。例如，通过电子发射元件和栅格元件之间适当的电势，可以开关电子束。换言之，电压差可以提供足够强的电场以排斥从电子发射元件发射的电子，从而阻止电子到达电子收集元件。

电子发射元件和栅格元件之间阻止形成电子束的电势的最小绝对值被称为截止电压。

电子发射元件和电子收集元件之间的电场可以具有所谓的穿透因子。例如，电子发射元件和电子收集元件之间的电势越高，穿透因子或加速电场的通过吸力可以更高。在升高的穿透因子情况下，截止电压可以相应地升高。穿透因子大的电子发射元件可能需要大的截止电压。不过，在例如利用专用线缆提供截止电压时，线缆的充电容量可能慢且消耗能量。

电子发射，例如来自热离子发射器，例如电子发射元件的表面的电子束可以取决于电子收集元件产生的牵引电场，尤其是布置于电子发射元件和电子收集元件之间的电场。

为了快速切换，在发射器附近设置辅助电极元件。例如，在电子管中还使用过相符的辅助电极元件，由线网构成。于是，即使在当前的X射线发生装置中，尽管其可能不像实际的线栅，也可以将辅助电极元件称为栅格元件。

栅格元件的优选实施方式是孔径元件，其可以是电子发射元件帽或阴极杯的静电聚焦的一部分。为了关闭电子束，可以向栅格元件施加电压以产生排斥电场。

于是，在电子发射元件的表面处产生所得的电场，其可以是栅格元件向电子发射元件以及电子收集元件向电子发射元件产生的电场之和。在两个覆盖场之和都是排斥的情况下，尤其是在电子发射元件的所有位置上都排斥时，基本完全切断了电子发射。

用于在电子发射元件和栅格元件之间获得相符的电势以阻止电子发射的最小绝对值称为截止电压。截止电压可以与X射线发生装置的电压或X射线管电压成比例，可以将其视为电子发射元件和电子收集元件电势之间的差异。

为了加速栅格元件的切换并减少要再充电的容量，可以通过采用电子散射元件，例如散射电子放大器，在X射线发生装置内部，尤其是仅X射线管的阴极杯内部，产生用于栅格元件的主要电压。可以例如通过分压变压器从电子发射元件解耦外部高压发电机的线缆容量，从而获得电浮动的电子发射元件或X射线发生装置的主要电子发射器。因此，仅需要对减小的容量再充电。

可以通过高压线缆向阴极杯馈送较小的外部控制电压，例如大约1kV，用于控制辅助电子发射元件的发射，以提供辅助电子束。辅助电子发射元件可以连接到外部高压发电机的负高压。不过，由于可以认为控制电压是低的，因此由于线缆电容造成的充电时间可以被视为相当快，尽管线缆有杂散电容。

在下文中，可以认为控制电压被电子散射元件放大。辅助电子发射元件的电子电流，从而辅助电子束，可以通过辅助控制栅格并接下来指向并撞击到电子散射元件或散射电极上，电子散射元件或散射电极可以连接到X射线发生装置的初级电子发射元件。在辅助电子束的电子在电子散射元件上以基本平角入射且表面状况适当时，例如表面为陶瓷或氧化物涂层时，可能包括高z材料，进一步有电子散射元件的带鳍或触须结构，散射系数，即每个入射电子释放的电子数可以＞1。换言之，电子散射元件释放的电子比其通过辅助电子束接收的更多。

例如，可以由X射线发生装置的金属外壳，例如X射线管的框架收集电子散射元件发射的电子。在电子散射元件与初级电子发射元件导电耦合的情况下，主要发射器可以相对于栅格元件充正电，栅格元件可以连接到外部高压发电机的负高压电源。由于采用分压变压器的电浮动布置的原因，主要发射器可以带正电。

栅格元件或孔径和电子发射元件之间的电压差或电势可以受到例如齐纳二极管，尤其是外部齐纳二极管的限制，甚至在X射线发生装置内部，受到栅格元件的场发射表面限制，栅格元件可以涂布有例如碳纳米管。类似于齐纳二极管的行为，场发射器的发射电流可以随着施加的电场陡峭升高。于是，可以产生适当的明确截止电压。

因此，甚至能够利用高发射率电子发射元件获得快速栅格切换。与外部高压发电机提供的管电压相比，可以认为控制电压低。于是，可以改善高压线缆和插头的可靠性。可以避免X射线发生装置外部和内部之间的其他连接，这可能会降低制造成本。

可以将本发明的另一方面视为提供电子束在例如电子收集元件的旋转盘元件上的径向静电偏转，于是提供焦斑的径向静电偏转。正常情况下，诊断X射线管的电子束可以包括矩形形状，由此与切向尺度相比径向尺寸可以显著更长。电子束的相符的径向静电偏转可能需要强电场，可以由大约为X射线管电压自身大小的电压产生该电场，这可能能够进行宽的偏转间隙，同时避免干扰，然后是电子束的强度轮廓。从X射线发生装置向内部产生并供应相符的高压可能是繁重的任务，可能需要通过外壳进入X射线发生装置的真空包封的专用连接。

因此，可以采用电子散射元件或散射电子放大器以产生并控制真空外壳内部的偏转电势。具体而言，与管电压相比，可以通过可接近地电势的较小控制电压控制静电射束偏转。

辅助电子发射元件可以提供撞击到电子散射元件上的辅助电子束。如前所述，具有散射系数＞1，电子束要在其间偏转的至少两个电极元件的一个电极相对于另一偏转电极元件可以带正电。因此，在偏转电极元件之间产生电场，可能会影响两个偏转电极元件之间的电子发射元件和电子收集元件之间行进的电子的路径。

辅助电子发射元件可以向电子散射元件的散射表面提供辅助电子束，该电子散射元件可能会提供电子反向散射系数＞1。可以由辅助电子发射元件相对于另一加速元件，例如接地屏蔽杯的电势控制辅助电子束的撞击电子的电流。

电子散射元件可以导电连接到一个偏转电极元件，该偏转电极元件可以额外通过分流电阻器接地。分流电阻器可以用于降低电极电势相对于小的电极电荷变化的灵敏度，因此可以稳定电极电势。

通过控制辅助电子束的发射电流，辅助电子发射元件可以控制电子散射元件的散射表面，从而控制其连接到的偏转电极元件的充电和放电。于是，初级电子束行进经过或被偏转的至少两个偏转电极元件之间的电势可以在基本为地电势，例如+1kV直到显著高的正电压电平，例如Uphvl-1kV之间变化。因此，通过改变偏转电势，即至少两个偏转电极元件之间的电势，可以改变初级电子束的焦斑在电子收集元件上的位置。

作为偏转单个辅助电子束的替代，也可以使用两个不同的辅助束，可以通过如前所述操纵栅格结构逐一控制其强度。

也可以想到不仅向一个偏转电极元件提供一个电子散射元件，而且向每个偏转电子元件连接专用电子散射元件，用于沿径向向内和沿径向向外控制电子束。

此外，可以想到通过组合电子散射元件和辅助电子发射元件来控制多个偏转电极元件。辅助电子发射元件包括其自己用于操纵和/或偏转辅助电子束的辅助偏转电极元件，辅助电子发射元件可以通过相继甚至可能同时撞击在多个电子散射元件上来改变电势。

因此，可以实现受到接近地电势的较小电压控制的静电射束偏转。

根据本发明的另一方面，可以在X射线发生装置的真空外壳之内提供离子收集器。可以提供相符的离子收集器作为具有负偏压的辅助电极元件。可以由从外部进入X射线发生装置的真空包封中的馈送通路从外部供应负偏压，或者可以采用电子散射元件通过自我充电来产生负偏压。可以由外部齐纳二极管限制电势，可能需要真空馈送通路。

例如，可以通过准直的散射电子或初级电子束的准直电子的自我充电来产生离子收集元件或离子收集电极元件的负电势。例如，带槽盘元件，可能是电子收集元件的旋转盘元件，可以包括狭槽，允许初级电子束的电子超越电子收集元件的表面、焦斑和电子孔径元件。

准直电子束，例如通过带槽盘元件的狭槽的初级电子束的部分，可以在掠入射条件下指向具有高反向散射系数η＞1的电子散射元件的表面。电子散射元件的散射表面可以与牵引电极，例如电子收集元件相对，牵引电极可能连接到地电势。散射表面可以连接到离子收集器。

初级电子束入射到散射表面上的角度、初级电子束中通过带槽盘元件狭槽的部分，可以取决于电子散射元件的电势并可能取决于占优势的排斥电场。通过增大负电势将电子束排斥越多，入射角可以变得越平坦，从而进一步增大反向散射系数η。在净电荷转移，即撞击到电子散射元件上的电子减去反向散射电流对于特定电势基本为零的情况下，离子收集器的充电可能停止。

于是，为了对离子收集器进行负偏置，可以不需要独立的馈送通路和外部电源。利用电子散射，与具有通往地的附属分流电阻器的简单电子收集器的情况相比，可以更陡峭地增大本发明的有效净电流与电压的斜率

因此可以认为离子收集器的电势得到好得多的界定。

还可以想到提供弯曲表面作为散射表面，并改变散射表面相对于与离子收集器的散射表面相对的牵引电极之间的距离。两种手段都可以改善

斜率。

在下文中，尤其参考X射线发生装置描述本发明的其他实施例。不过，这些说明也适用于X射线系统以及在X射线系统和CT系统中的至少一种中使用该X射线发生装置。

要指出的是，权利要求，尤其是所主张实体之间单个或多个特征的任意变化和互换是可以想到的，并在本专利申请的范围和公开之内。

根据本发明的另一示范性实施例，电子散射元件可以具有散射系数＞1。电子散射元件可以是散射电极放大元件。

相符的电子散射元件可以适于释放比其接收的更多电子。换言之，撞击到电子散射元件上的一个电子可以从电子散射元件释放至少一个，例如2-10个电子。因此，可以通过与电子撞击来使电子散射元件带正电。

根据本发明的另一示范性实施例，X射线发生装置还可以包括辅助电子发射元件，其中辅助电子发射元件可以适于提供辅助电子束，用于撞击到电子散射元件上。

因此，例如通过操纵或控制辅助电子束，也可以影响撞击到电子散射元件上的电子量。因此，可以通过辅助电子束，从而通过辅助电子发射元件控制电子散射元件的充电或放电。

根据本发明的另一示范性实施例，电子散射元件可以适于对X射线发生装置的元件充正电和/或充负电。

具体而言，电子散射元件可以对其导电连接的元件充正电，而可以通过散射电子的撞击对另一元件充负电。

根据本发明的另一示范性实施例，电子散射元件可以适于影响X射线发生装置的电势。

例如，通过对X射线发生装置的元件充正电，该元件的行为可以像已经向元件施加电压一样。因此，由于电势也可以被理解为外加电压的差异，所以电子散射元件可以影响例如它连接到的元件和具有相对固定电压的另一元件之间的电势，另一元件例如连接到地或高压发电机的负高压。

根据本发明的另一示范性实施例，该X射线发生装置还可以包括栅格元件，其中电子散射元件可以适于影响栅格元件的电势，以向X射线发生装置提供截止电压。

尤其可以将栅格元件的电势理解为电子发射元件和栅格元件之间的电势。通过向栅格元件提供相符的电势，可以提供电场，可能抵消用于对电子发射元件和电子收集元件之间初级电子束的电子进行加速的电场，于是排斥电子，因此阻止电子发射元件发射电子从而接下来朝向电子收集元件加速。

根据本发明的另一示范性实施例，X射线发生装置还可以包括偏转元件，其中电子散射元件可以适于影响偏转元件的电场，且其中初级电子束可以被偏转元件偏转。

于是，通过影响偏转元件的电势，尤其是两个偏转电极之间的电势，可以影响偏转电极元件之间布置的电场。通过影响相符的电场，也可以影响通过电场的电子路径，可能实现焦斑在电子收集元件上的重新定位。

根据本发明的另一示范性实施例，X射线发生装置还可以包括离子收集元件，其中电子散射元件可以适于影响离子收集元件的电势和偏压之一。

通过向X射线发生装置的真空包封之内的元件提供正电荷或负电荷，可以产生、调整离子收集元件以收集带正电或带负电的离子。

根据本发明的另一示范性实施例，电子散射元件可以是包括如下的组中之一：表面、表面元件、减速元件、带鳍元件、带触须元件、线栅、包括倍增电极涂层、氧化铍(BeO)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化镁(MgO)、化学式为xCl、xBr的盐之一的元件、包括金属元素铀(U)、铌(Nb)、钨(W)、钽(Ta)、钼(Mo)、铼(Rh)、钛(Ti)的金属表面、金刚石晶体、掺杂金刚石晶体、金刚石箔、掺杂金刚石箔、碳纳米管和富勒烯。

尤其是采用具有鳍或触须结构的元件，鳍或触须结构可能还包括涂层，这样可以进一步将散射系数从＞1增大直到2-10。

本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考其加以阐述。

下文将参考以下附图描述本发明的示范性实施例。

附图中的例示仅是示意性的。在不同附图中，为类似或相同的元件提供类似或相同的附图标记。

图不是按比例绘制的，不过可以定性成比例的绘制。

附图说明

图1示出了根据本发明的X射线系统的示范性实施例；

图2示出了包括控制栅格的X射线发生装置的示范性实施例；

图3示出了根据本发明采用电子散射元件提供截止电压的示范性实施例；

图4示出了根据本发明包括电子散射元件的用于偏转电子束的第一实施例；

图5示出了根据本发明包括电子散射元件的用于偏转电子束的第二实施例；

图6示出了根据本发明提供包括电子散射元件的离子收集元件的示范性实施例；

图7A-D示出了根据本发明的具有狭槽的电子收集元件的旋转盘元件的个体实施；

图8-9C示出了电子反向散射的示范性实施例；以及

图10A-C示出了根据本发明的示范性电子反向散射系数值。

附图标记：

2  X射线系统

4  X射线发生装置

6  X射线探测器

7  扫描架

8  对象

10 支撑

12 控制系统

14 X辐射

16 电子发射元件

17a，b 电子束

18 偏转元件

20 电子收集元件

21 绝缘体

23 分压变压器元件

24 孔径元件/栅格元件

25 支撑结构

27 电场

29 辅助控制栅格

31 分流电阻器

32 负电压

33 加热电流(馈送通路)

34 地电势

35 控制电压(馈送通路)

36 正电势/电压

37 接地屏蔽杯

38 焦斑/焦点轨迹

39 辅助电子发射元件

41 加热和电压源

42 电子散射元件

43 外壳

44 散射电子收集元件

45 偏转元件

46 散射电子

47 狭槽

49 孔径元件

51 更陡峭的入射

52 鳍/触须

53 更平坦的入射

54 电场

55 离子收集元件

56 反向散射电子

57 牵引电极元件

59 电子孔径元件

61 栅格电压

63 辅助偏转元件

65 辅助偏转元件控制电压

具体实施方式

现在参考图1，描绘了根据本发明的X射线系统的示范性实施例。

在图1中，提供了X射线系统2，包括X射线发生装置4和X射线探测器6。X射线发生装置4和X射线探测器6布置在扫描架7上并彼此相对，用于绕布置在支撑10上的对象8旋转。X射线发生装置在X射线探测器6的方向上发射X辐射14，可能穿透对象8，对象8接下来在X射线扇形射束14撞击X射线探测器6之前在空间上衰减X射线扇形射束14。提供控制系统12以控制X射线系统2采集X射线图像并由显示和计算X射线探测器6采集的数据的X射线图像。

现在参考图2，描绘了包括控制栅格的X射线发生装置的示范性实施例。

在图2中，描绘了X射线发生装置4，例如X射线管的剖开详细视图。X射线发生装置4是具有电子收集元件20的示范性X射线发生装置4，电子收集元件20被实现为旋转阳极元件。电子发射元件16朝向电子收集元件20产生电子束17。撞击到电子收集元件20上的电子束17的电子产生X辐射14。电子束撞击在电子收集元件20的焦斑38上。

在电子发射元件16附近提供孔径元件24，为孔径元件提供栅格电压61，用于控制，例如打开和关闭电子束17。提供电子孔径元件59以引导和/或在电子收集元件20上聚焦电子束。

通过供应给孔径元件24的栅格电压61，可以产生孔径元件24和电子发射元件16之间的电场，这可能会排斥发射的电子，从而阻碍它们形成电子束17。

现在参考图3，描绘了采用根据本发明的电子散射元件提供截止电压的示范性实施例。

X射线发生装置4包括电子发射元件16，其朝向电子收集元件20，尤其是焦斑38产生初级电子束17a。

X射线发生装置4的外壳43连接到地电势34。提供了用于开关电子束17a的孔径元件24或栅格元件24。栅格元件24直接连接到负电压源，无需专用的控制电压。

通过采用分压变压器23，电子发射元件16是电浮动的。连接到电子发射元件16的是电子散射元件42，它是导电连接的。

为辅助电子发射元件39和电子发射元件16两者提供加热电流馈送通路33。布置辅助电子发射元件39以朝向电子散射元件42提供辅助电子束17b。辅助电子束17b受辅助控制栅格29控制，辅助控制栅格29连接到控制电压馈送通路35。

采用控制电压35，可以控制辅助电子束17b，即打开和关闭其电流设置。辅助电子束17b的电子以平角入射角撞击到电子散射元件42上，可能会产生反向散射电子56，反向散射电子撞击到X射线发生装置4的接地外壳43上。

电子散射元件42的反向散射系数大于1。换言之，对于撞击到电子散射元件42上的电子束17b的单个电子而言，释放至少一个，例如2-10个反向散射电子56。

因此，由于失去的电子比接收的多，电子散射元件42带上正电。由于与电子发射元件16的导电连接且电子发射元件16具有电浮动布置，所以电子发射元件16的浮动电势也升高，于是在栅格元件24和电子发射元件16之间产生电势差，获得电场27。

于是电场27抵消电子发射元件16和电子收集元件20之间的加速电场。在电场27完全排斥来自电子发射元件16电子的情况下，阻止了电子束17a的形成。

因此，提供相符的电场27可以实现初级电子束17a的打开和关闭。于是，通过控制电压35可以控制辅助电子束17b，通过在电子散射元件42上撞击，可以控制初级电子束17a，从而控制X辐射14的产生。

可以将栅格元件24和电子散射元件42之间的场27看做场发射电压限制器，因为电流随着电势差呈指数升高。

现在参考图4，描绘了包括根据本发明的电子散射元件的用于使电子束偏转的第一实施例。

X射线发生装置4包括电子发射元件16，用于在电子发射元件16和电子收集元件20之间产生初级电子束17a，以产生X辐射14。向电子发射元件16供应加热电流33和负电压32，例如-120kV，可能需要通往X射线发生装置4的真空包封或外壳43中的馈送通路。外壳43连接到地电势34。

在外壳43之内还布置了包括绝缘体21的支撑结构25。布置偏转元件45，使得初级电子束17a在撞击到电子收集元件21上之前通过个体偏转电极元件45之间。一个偏转电极元件45连接到外壳43的地电势34，另一个偏转电极元件45通过分流(shunt)电阻器31连接到外壳。

电子散射元件42导电连接到偏转电极元件45，偏转电极元件45经由分流电阻器31连接到外壳。辅助电子发射元件39具备外壳，可能具有个体加热和电压供应馈送通路41。采用接地屏蔽杯37用于从辅助电子发射元件39朝向电子散射元件42产生辅助电子束17b。

辅助电子束17b撞击到电子散射元件42上，从而产生反向散射电子56，例如，反向散射电子56可以指向电子收集元件20。如前所述，由于电子散射元件42导电连接到一个偏转电极元件45，所以电子散射元件为相应偏转电极元件45充正电，从而在偏转电极元件45之间产生电场54。

通过影响次级电子束17b，从而影响电子散射元件42如何对两个偏转电极元件45之一充正电，则可以例如沿径向影响初级电子束17a的路径，如图4中由初级电子束17a的间断箭头所示。

现在参考图5，描绘了包括根据本发明的电子散射元件的用于使电子束偏转的第二实施例。

图5类似于图4的实施方式，主要区别是两个分流电阻器31在每个偏转电极元件45和外壳43的地电势34之间连接。此外，每个偏转电极元件45导电连接到各个电子散射元件42。

辅助电子发射元件39具备辅助偏转元件63，辅助偏转元件具有其自己的辅助偏转元件控制电压65的馈送通路。通过辅助偏转元件，尤其是通过控制电压65，可以朝向任一电子散射元件42，可能以在两个元件之间平稳过渡的方式，操纵辅助电子束17b，从而在示范性的两个电子散射元件42之间划分辅助电子束17b。

因此，可以沿径向向内和沿径向向外操纵初级电子束17a。电子收集元件20可以是地电势或正电势36。

可以为两个偏转电极元件的电子散射元件42的散射表面交替充电。控制电压65可以控制辅助电子束17b的方向，例如从一个电子散射元件42交替到另一个，并通过其控制反向散射效果的充电量。

现在参考图6，描绘了根据本发明提供包括电子散射元件的离子收集元件的示范性实施例。

X射线发生装置4包括布置在真空外壳43之内的电子发射元件16，可以由绝缘体21将电子发射元件附接到外壳43。电子发射元件16朝向电子收集元件20产生电子束17a，用于产生X辐射14。电子收集元件20包括独立的狭槽47，允许电子束17a超越电子收集元件20。提供孔径元件49以朝向附接于离子收集器55的电子散射元件42进一步加速、聚焦和/或引导电子束17a。

电子束17a通过电子收集元件20并撞击到电子散射元件42上，可能产生反向散射电子56。与电子散射元件42相对设置牵引(pull)电极57，用于朝向其自身牵引反向散射电子56。

因此，由于散射系数＞1，尤其是对于掠入射，电子散射元件42，从而离子收集器54带正电，用于收集离子。在电子散射元件42，从而离子收集器55具有中性电势时，入射角相当陡峭51，并且散射系数＜1，而在电子散射元件42，从而离子收集器54具有负电势时，入射角变得平坦53，从而有助于进一步增加反向散射电子56的产生。散射表面的散射系数强烈取决于入射角，这可以比简单的电子收集器提供优选的电势稳定。

现在参考图7A-D，描绘了具有狭槽的电子收集元件的旋转盘元件的个体实施。

在图7A中，在电子收集元件20的盘元件上布置狭槽47，即径向槽47，在它们之间具有90°的角。示出了焦点轨迹38。

在图7B中，有槽区域47和无槽区域具有基本类似的形状和尺寸，角度基本为45°。

根据图7C的旋转盘元件与图7A的旋转盘元件相似，不过有两倍多的狭槽47，因此它们之间的角度为22.5°。

参考图7D，仅在焦斑或焦点轨迹38的区域中切出狭槽47，在图7D中，示范性示出了4个狭槽。不过，可以想到不同数量的狭槽47，例如，1、2、3、5、6、7、8、9、10、11或12个，可能在它们之间采用等角度间隔。

由于旋转盘元件的旋转速度可能很高，因此可能尤其有益的是具有狭槽的旋转对称布置。

现在参考图8a到9c，描绘了电子反向散射的示范性实施例。

在图8a中，描绘了大约为1的散射比η。掠入射的电子，因此入射角小的电子，进入例如电子不透明的表面，例如金或钨。不过，在靠近例如钨主体的表面以下的结构之内行进的电子，可能与电子倍增式交互。可以认为50％的散射电子被释放到X射线发生装置4的真空半球中，从而构成大约为1的散射比。剩余的50％可能由于主体之内的多重散射而损耗在主体中。这些情况对于释放也是至少部分适用的。

参考图8b，在可以将图8a的主体视为箔或一种带鳍结构或带触须结构的情况下，本来会损耗在主体中的电子的至少一部分也可能被释放到真空中，尤其是在电子进入主体的相对侧上。在箔的厚度在撞击电子的穿透深度范围之内时，尤其是这种情况。因此，可以通过η＝η_顶部+η_底部＞1实现散射比η＞1。

参考图9，相对于能量描绘了反射散射比η。

倍增电极涂层，例如氧化铍、氧化镁和氧化铝可以提供2到10的电子散射系数η。采用夹层结构可能尤其有利，夹层结构采用高z材料，例如钨，作为底层，这可以有效地散射高能电子，并且利用相符的倍增电极涂层或前述涂层的混合物在底层上方进行额外涂布以增强次级电子发射可以尤其有益。

关于图9b、c，描绘了采用带鳍结构或带触须结构来产生反向散射电子56。通过粗糙结构，尤其是具有鳍或触须的表面结构，可以进一步增强掠入射下的反向散射。突出的元件可以尤其比撞击电子46的平均穿透深度更薄。于是，可以从个体鳍的顶侧和后侧释放反向散射电子56，于是获得＞2的散射增益，例如对于具有如80到150keV的钨，实现散射比η≥2.0。

散射电子46进入具有独立触须或鳍52的散射元件42的梳状结构。在进入和离开单个鳍或触须52时，电子在逐个穿透多个触须时产生反向散射电子56。由电场54朝向散射电子收集元件44对反向散射电子56加速。于是，单个散射电子46可以产生多个反向散射电子56，例如10个，从而实现反向散射比η＝10。

现在参考图10a到10c，描绘了根据本发明的示范性电子反向散射系数值。

图10a描绘了针对60keV的电子束，电子反向散射系数η相对于入射角α的关系。

参考图10b，描绘了从半无穷大钨靶反向散射的65keV电子的总体能量谱。从图10b中可以看出，尽管大量电子是接近弹性地反向散射的，但散射电子的平均能量显著低于基本能量。在从例如W表面发生多次散射事件之后，散射电子减慢速度。可以将这样的布置用作减速元件，使得平均电子能量下降到其他材料具有高散射产出η的范围中。

参考图10c，描绘了针对入射动能为30keV的电子的电子反向散射系数η相对于试样材料Z的原子序数的关系。具体而言，高z元素提供了高散射系数η，可用作减速元件。

应当指出，术语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词不排除多个。也可以组合结合不同实施例描述的元件。

还应当指出，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (12)

1.一种X射线发生装置(4)，包括：

至少一个电子发射元件(16)；

至少一个电子收集元件(20)；以及

至少一个电子散射元件(42)；

其中，一个或多个初级电子束能够布置在一个或多个所述电子发射元件(16)和一个或多个所述电子收集元件(20)之间；并且

其中，一个或多个所述电子发射元件(16)和一个或多个所述电子收集元件(20)操作性耦合以产生X辐射(14)。

2.根据前述权利要求所述的X射线发生装置，

其中，一个或多个所述电子散射元件(42)的散射系数＞1。

3.根据前述权利要求中的至少一项所述的X射线发生装置，

其中，一个或多个所述电子散射元件(42)是一个或多个散射电子放大元件。

4.根据前述权利要求中的至少一项所述的X射线发生装置，还包括：

至少一个辅助电子发射元件(39)；

其中，所述至少一个辅助电子发射元件(39)适于提供辅助电子(17b)束，用于撞击到至少一个电子散射元件(42)上。

5.根据前述权利要求中的至少一项所述的X射线发生装置，

其中，所述至少一个电子散射元件(42)适于对所述X射线发生装置(4)的至少一个元件充正电和/或充负电。

6.根据前述权利要求中的至少一项所述的X射线发生装置，

其中，所述至少一个电子散射元件(42)适于影响所述X射线发生装置(4)的至少一个电势。

7.根据前述权利要求中的至少一项所述的X射线发生装置，还包括：

至少一个栅格元件(24)；

其中，所述至少一个电子散射元件(42)适于影响所述栅格元件(24)的电势，用于向所述X射线发生装置(4)提供截止电压。

8.根据前述权利要求中的至少一项所述的X射线发生装置，还包括：

至少一个偏转元件(45，63)；

其中，所述至少一个电子散射元件(42)适于影响所述至少一个偏转元件(45，63)的电场(27，54)，

其中，所述初级电子束(17)能够由所述偏转元件(45，63)偏转。

9.根据前述权利要求中的至少一项所述的X射线发生装置，还包括：

至少一个离子收集元件(55)；

其中，所述至少一个电子散射元件(42)适于影响所述离子收集元件(55)的电势和偏压之一。

10.根据前述权利要求中的至少一项所述的X射线发生装置，

其中，所述至少一个电子散射元件(42)是包括如下的组中之一：表面、表面元件、减速元件、带鳍元件、带触须元件、线栅、包括倍增电极涂层、氧化铍(BeO)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化镁(MgO)、化学式为xCl、xBr的盐之一的元件、包括金属元素铀(U)、铌(Nb)、钨(W)、钽(Ta)、钼(Mo)、铼(Rh)、钛(Ti)的金属表面、金刚石晶体、掺杂金刚石晶体、金刚石箔、掺杂金刚石箔、碳纳米管和富勒烯。

11.一种X射线系统，包括：

根据前述权利要求中的至少一项所述的X射线发生装置(4)；以及

X射线探测器(6)；

其中，能够在所述X射线发生装置(4)和所述X射线探测器(6)之间布置对象；并且

其中，所述X射线发生装置(4)和所述X射线探测器(6)操作性耦合，从而能够获得所述对象(8)的X射线图像。

12.根据权利要求1到10中的至少一项所述的X射线发生装置在X射线系统(2)和CT系统中的至少一种中的使用。

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