CN103258696A - 钎焊x射线管靶的发射层 - Google Patents

Abstract

钎焊k射线管靶的发射层。一种用于产生x射线的靶，包括：包含至少一层靶材料的靶衬底(84)、包含至少一层轨迹材料的轨迹(86)、通过高能量电子撞击到设定的轨迹上而产生x射线的该轨迹、以及将靶衬底(84)附着到该轨迹的钎焊接头(88)。

Description

钎焊x射线管靶的发射层

技术领域

本发明主要涉及x射线管，尤其是制造用于x射线产生的靶的方法和装置。

背景技术

x射线系统通常包括x射线管、探测器、及支撑x射线管和探测器的轴承组件。在操作中，使对象放置在其上的成像平台位于x射线管和探测器之间。x射线管通常朝着对象发出辐射，如x射线。该辐射通常穿过成像平台上的对象，撞击在探测器上。当辐射穿过该对象时，对象的内部结构引起探测器上接收辐射的空间变化。接着，探测器发出所接收的数据，并且系统将该辐射变化转变为图像，该图象可用于评价对象的内部结构。本领域技术人员将意识到，该对象可以包括在医学成像过程中的患者和无生命对象，例如，在CT(computedtomography)包裹扫描器中的包裹，但不局限于此。

x射线管包括旋转阳极结构，这种结构是为了分散在焦点上产生的热。通常通过感应电机转动该阳极，感应电机具有构建在悬臂轴内的圆柱形转子，该悬臂轴支撑着盘状的阳极靶和具有铜绕组的铁定子结构，该结构围绕x射线管伸长的颈部。通过该定子驱动转动阳极组件的转子。x射线管阴极提供经阴极-到-阳极(cathode-to-anode)真空间隙加速的聚焦的电子束，并且在撞击到阳极上时产生x射线。因为当电子束撞击靶时，会产生高温，所以有必要以高的转速来转动阳极组件。

新一代的x射线管对提供更高的最大功率有更多需求。然而，更高的最大功率导致靶组件中出现更高的最高温度，尤其是在靶“轨迹”(“track”)上，或在靶上撞击的点上。因此，对于应用中增加的最大功率，存在与靶有关的寿命和可靠性的问题。这种影响与例如更快地旋转靶的程度相反。然而，这样做会牵涉x射线管内其他组件的性能和可靠性。结果，通过寻找材料来改进x射线管内靶结构的更高的可靠性和性能，是更重要的解决方案。

因此，需要一种方法和装置来改进在其内具有改进的靶轨迹的x射线管的可靠性和热性能。

发明内容

本发明提供了一种用于将靶轨迹钎焊到x射线管内靶衬底的方法和装置。

根据本发明的一个方面，用于产生x射线的靶包括包含至少一层靶材料的靶衬底、包含至少一层轨迹材料的轨迹、配置为由高能量电子撞击到轨迹上而产生x射线的轨迹、以及将靶衬底附着到轨迹的钎焊接头。

根据本发明的另一个方面，制造x射线靶组件的方法包括形成具有至少一层衬底材料的衬底以及将轨迹定位在该衬底附近，该轨迹具有至少一层轨迹材料。该方法进一步包括在衬底和轨迹之间定位初始接头材料，以及提高衬底、轨迹和初始接头材料的温度以将初始接头材料分散到该衬底和该轨迹的至少一种中，从而形成在此之间的最终接头。

本发明的又一方面包括具有x射线探测器和x射线发射源的成像系统。x射线发射源包括阳极和阴极。该阳极包含靶基底材料、轨迹材料、和位于靶基底材料和轨迹材料之间的钎焊接头。

结合以下详细的说明书和附图，本发明其它的各种特征和优势将变得清楚。

附图说明

附图图示了当前设计用于实现本发明的一个优选的实施例。

在这些附图中：

图1是CT成像系统的示图，通过结合本发明的实施例该系统具有有益的效果。

图2是图1中所示系统的方框示意图。

图3是根据本发明的实施例的用于图1所示系统的x射线管的横截面视图。

图4是根据本发明的实施例的x射线管的阳极的透视图。

图5是用于非侵入包裹检查系统的CT系统的示图。

具体实施方式

描述的本发明的操作环境与CT系统中使用的x射线管的使用有关，所述CT系统例如是64层CT系统。描述的本发明有关于“第三代”CT医学成像扫描器，但也可等同地适用于其他CT系统，如行李扫描器。然而，本领域技术人员将意识到本发明可等同地应用于其他需要使用x射线管的系统中使用。这种使用包括x射线成像系统(用于医疗或非医疗用途)、乳房x射线成像系统及RAD系统，但不限于此。

此外，本发明将被描述为关于在x射线管中的使用。然而，本领域技术人员将进一步认识到，本发明可等同地应用于需要操作靶用于产生x射线的其他系统，其中，最大功率需求促使高的最高温度。

参照图1，图示的CT成像系统10包括代表“第三代”CT扫描器的机架12。机架12具有x射线源14，该射线源朝着机架12相对面上的探测器组件或准直器18发射x射线束16。现参照图2，通过多个探测器20和数据采集系统(DAS)32形成探测器组件18。多个探测器20检测透过临床患者22射出的x射线，且DAS32将数据转化为用于随后处理的数字信号。每个探测器20产生表示撞击的x射线束强度的模拟电信号，因此，当x射线束穿过患者22时，射线束被衰减。在采集x射线发射数据的扫描中，机架12和安装在其上的组件围绕旋转中心24旋转。

通过CT系统10的控制机构26来控制机架12的旋转和x射线源14的操作。控制机构26包括x射线控制器28，该x射线控制器为x射线源14提供能量和定时信号，还包括控制旋转速度和机架12位置的机架马达控制器30。图像重建器34接收来自于DAS32采样和数字化的x射线数据，并且执行高速重建。重建的图像用于作为计算机36的输入，该计算机在大容量存储设备38中存储图像。

计算机36还经由控制台40接收来自于操作者的命令和扫描参数，该控制台具有若干形式的操作接口，如键盘、鼠标、声控器或其他任意的适合输入的装置。关联的显示器42允许操作者观察来自于计算机36的重建图像和其他数据。操作者提供的命令和参数由计算机36用来给DAS32、x射线控制器28和机架马达控制器30提供控制信号和信息。此外，计算机36操作平台马达控制器44，该平台马达控制器控制电动平台46以定位患者22和机架12。特别地，平台46将患者22从图1的机架开口48中全部或部分地移动穿过。

图3图示了x射线管14的横截面视图，将该x射线管与本发明的实施例结合具有有益效果。该x射线管14包括在其中形成辐射发射通道52的外壳50。该外壳50封装真空54，且容纳阳极56、轴承组件58、阴极60和转子62。当高速电子经由阴极60和阳极46之间的电压差从阴极60指向阳极56突然减速时，产生x射线16，例如，在应用CT的情况下所述电压差是60000伏特或更高。该电子撞击焦点61上的材料层86，从之上发射x射线16。撞击点在业界中通常称为轨迹(track)，该轨迹在材料层86的表面上形成圆形区域，并且在x射线管14的操作之后在靶表面上可明显可见。x射线16通过辐射发射通道52朝着探测器阵列发射，例如图2的探测器阵列18。为了避免来自于电子的阳极56过热，围绕中心线64以高速率旋转阳极56，例如，90-250Hz。

轴承组件58包括在第一端68处附着到转子62并且在第二端70处附着到阳极56的中心轴66。前部内面72和后部内面74各自旋转地啮合多个前部滚珠76和多个后部滚珠78。轴承组件58还包括前部外面80和后部外面82，该前部外面80和后部外面82被配置成各自旋转地啮合和定位多个前部滚珠76和后部滚珠78。轴承组件58包括由x射线管14支撑的杆84。定子(未示出)被径向地定位在转子62的外部并且驱动转子62，转子62旋转地驱动阳极56的。

参照图3和4，根据本发明的实施例，阳极56包括靶衬底84，该靶衬底84具有附着到其上的材料层86。材料层86通常包含钨或钨合金，且靶衬底84通常包含钼或钼合金。此外，在本发明的实施例中，一种或两种合金以锻造的形式。钎焊接头88将材料层86附着到靶衬底84。利用初始钎焊或接头材料85制成钎焊接头88，接头材料如钎焊箔、钎焊膏或钎焊涂层。在一个实施例中，初始钎焊材料85包含锆、钛、钒、铂或类似物。

初始钎焊材料85位于靶衬底84和材料层86之间，要么将初始钎焊材料85相分离地定位在其之间，要么在钎焊处理中提高初始钎焊材料85的温度之前，将该初始钎焊材料附着到靶衬底84和材料层86中的一个或两者。在一个实施例中，根据所需的轨迹角度，来使轨迹衬底84成斜角。在一个实施例中，通过在轨迹衬底84和材料层86之间定位初始钎焊材料85，在阳极56中形成钎焊接头88。一旦定位了初始钎焊材料85，则对着靶衬底84材料层86加压或者压到例如，15KSI、30KSI或更高。当在压力下时，包含靶衬底84、初始钎焊材料85和材料层86的阳极56的温度升到或超过初始钎焊材料85的钎焊扩散温度，但低于初始钎焊材料85的熔化温度。这种情况下，压力和热两者允许初始钎焊材料85与靶衬底84和材料层86相互扩散，并在其之间形成结合(bond)。因此，无需将温度升高超过初始钎焊材料的熔化温度来形成最终的钎焊接头88。在实例中，例如，阳极56的温度可升至1500℃，并在钎焊接头88的形成期间保持这种温度。这样，初始钎焊材料85(即，在一个实施例中，具有例如1670℃的熔化温度的钛)将与靶衬底84和材料层86相互扩散，由此形成钎焊接头88。这样形成的钎焊接头88具有比初始钎焊材料85熔化温度更高的熔化温度。在结合形成中，靶衬底84的材料和材料层86的材料进入初始钎焊材料85的富集带，并且初始钎焊材料85的浓度将随着结合的形成以及随着初始钎焊材料85与靶衬底84和材料层86相扩散而减小。

仍参照图3和4，根据本发明的另一个实施例，通过将阳极56加热到初始钎焊材料85的熔化温度之上而形成钎焊接头88，该阳极包括靶衬底84、初始钎焊材料85和材料层86。在实例中，对于具有1670℃熔化温度的初始钎焊材料85，可将阳极56升高到之上，并在钎焊接头88形成期间保持这种温度。将阳极56升至熔化温度之上的优势是，形成结合和钎焊接头88可以不需要高压。

如图3所示，蓄热介质90，如石墨，可用于降低和/或驱散靶轨迹63附近聚集的热。在一个实施例中，在形成钎焊接头88的同时将蓄热介质90钎焊到阳极56。即是，阳极56的组件可包括将材料层86钎焊到靶衬底84，同时在蓄热介质90和靶衬底84之间形成钎焊接头91。按照如上所述的方式，可将蓄热介质90钎焊到阳极56。即是，可通过使用钎焊材料来形成钎焊接头91，同样地，通过将组件的温度升高到低于其初始钎焊材料的熔化温度来形成钎焊接头91。可替换地，通过使用具有熔化温度低于升高的组件温度的钎焊材料，来形成钎焊接头91。

在另一个实施例中，将蓄热介质90附着到独立于形成钎焊接头88的靶衬底84。以这种方式，经由如上所述的钎焊处理来形成钎焊接头91，或经由现有的其他工艺，将蓄热介质90附着到靶衬底84。

由此，，在一个实施例中，钎焊接头88的形成使用具有初始熔化温度1670℃的钛来在例如钨的靶衬底84和例如钼的材料层86之间形成钎焊接头88，导致钎焊接头88的熔化温度为2000℃。一旦钨和钼完全扩散到钛的富集带时，形成的钎焊接头88具有将超过初始钎焊材料85的熔化属性。

图5是用于非侵入的包裹检查系统的CT系统的图示。包裹/行李检查系统100包括在具有开口104的旋转机架102，包裹或行李件可从该开口中通过。旋转机架102容纳高频电磁能源106，以及具有由闪烁器单元构成的闪烁器阵列的检测组件108。还提供了传送系统110，传送系统110包括由结构114支撑的传送带112，以自动且连续地将要扫描的包裹或行李件116从开口104中穿过。由传动带112将物件116馈送通过开口104，然后采集成像数据，并且传送带112以控制和连续的方式将包裹116从开口104移走。结果，邮政检查员、行李操作员和其他安检人员可以针对爆炸物、刀、枪和违禁品等，非侵入地检查包裹116的内含物。

根据本发明的一个实施例，用于产生x射线的靶包括包含至少一层靶材料的靶衬底、至少包含一层轨迹材料的轨迹、配置为由高频电子撞击其上而产生x射线的轨迹、和将靶衬底附着到轨迹的钎焊接头。

根据本发明的另一个实施例，制造x射线靶组件的方法包括形成具有至少一层衬底材料的衬底和将轨迹定位在衬底附近，以及具有至少一层轨迹材料的轨迹。该方法进一步包括在衬底和轨迹之间定位初始接头材料，以及提高衬底、轨迹和初始接头材料的温度，以使初始接头材料分散到衬底和轨迹的至少一种中，从而在其之间形成最终接头。

本发明的又一个实施例包括具有x射线探测器和x射线发射源的成像系统。该x射线发射源包括阳极和阴极。该阳极包括靶基底材料、轨迹材料、以及位于靶基底材料和轨迹材料之间的钎焊接头。

本发明以优选实施例的形式进行了描述，并认为除上述详细描述以外的等价、替换、修改也是可能的，并在附加的权利要求书的范围内。

10	X线计算机断层(CT)成像系统
		12	机架
14	x射线源
		16	x射线束
18	检测器组件或准直器
		20	多个探测器
22	临床患者
		24	旋转中心
26	控制机构
		28	x射线控制器
30	机架马达控制器
		32	数据采集系统(DAS)
34	图像重建器
		36	计算机
38	大容量存储设备
		40	经控制台的操作员
42	关联的显示器
		44	平台马达控制器
46	电动平台
		48	机架开口
50	外壳
		52	辐射发射通道
54	真空
		56	阳极
58	轴承组件
		60	阴极
61	焦点
		62	转子

63	靶轨迹
		64	中心线
66	中心轴
		68	第一端
70	第二端
		72	前部内面
74	后部内面
		76	多个前部滚珠
78	多个后部滚珠
		80	前部外面
82	后部外面
		83	杆
84	靶衬底
		85	初始钎焊或接头材料
86	材料层
		88	钎焊接头
90	蓄热介质
		91	钎焊接头
100	包裹/行李检查系统
		102	旋转机架
104	具有开口的旋转机架102
		106	高频电磁能源
108	探测器组件
		110	传送系统
112	传送带
		114	由结构支撑的传送带112
116	包裹或行李件

Claims (13)

1.一种制造x射线靶组件的方法，包括：

形成具有至少一层衬底材料的衬底；

将轨迹定位在所述衬底附近，所述轨迹具有至少一层轨迹材料，被配置为通过高能量电子撞击到其上而产生x射线；以及

在所述衬底和所述轨迹之间定位初始接头材料；以及

提高所述衬底、所述轨迹和所述初始接头材料的温度至所述初始接头材料的熔化温度以下的某个温度，从而使所述初始接头材料扩散到所述衬底和所述轨迹的至少一种中以形成在此之间的最终接头，所述最终接头材料具有的熔化温度高于所述初始接头材料的熔化温度。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述轨迹材料包含钨或钨合金，并且其中所述钨合金是可锻合金，以及所述初始钎焊材料包括锆、钛、钒和铂中的一种。

3.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在提高所述衬底、轨迹和初始接头材料的温度的同时，对它们施加超过15K PSI的外部压力。

4.如权利要求1所述的方法，其中，提高所述衬底、所述轨迹和所述初始接头材料的温度还包括：提高所述温度，直到所述最终接头内的所述初始接头材料的最大浓度小于所述初始接头材料的浓度的100%。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述衬底材料包括钼或钼合金，并且其中所述钼合金是可锻合金。

6.一种用于产生x射线的靶，包括：

包括至少一层靶材料的靶衬底；

包括至少一层轨迹材料的轨迹，所述轨迹被配置为通过高能量电子撞击到其上而产生x射线；以及

钎焊接头，其将所述靶衬底附着到所述轨迹，

其中，所述钎焊接头还包括初始钎焊材料，并且

其中，所述钎焊接头通过将所述初始钎焊材料与所述靶衬底和所述轨迹材料的至少一种相互扩散而形成，并且通过对所述靶衬底、所述轨迹材料和所述初始钎焊材料施加压力并将所述靶衬底、所述轨迹材料和所述初始钎焊材料的温度提高到所述初始钎焊材料的钎焊扩散温度和熔化温度之间的某个温度而使所述钎焊接头位于所述靶衬底和所述轨迹材料之间；以及

其中，所述轨迹的所述轨迹材料选自钨和钨合金之一，所述初始钎焊材料是钛，并且所述靶衬底的所述靶材料选自钼和钼合金之一。

7.如权利要求6所述的靶，其中，所述初始钎焊材料包括在所述靶衬底和轨迹之一上设置的钎焊箔、钎焊膏和钎焊涂层中的一种。

8.如权利要求6所述的靶，其中，所述初始钎焊材料还包括锆、钒和铂中的一种。

9.如权利要求6所述的靶，其中，所述钎焊接头的再熔化温度高于所述初始钎焊材料的熔化温度。

10.如权利要求9所述的靶，其中，所述钎焊接头的所述再熔化温度为2000℃。

11.如权利要求6所述的靶，其中，所述钼合金是可锻合金。

12.如权利要求6所述的靶，其中，所述钨合金是可锻合金。

13.如权利要求6所述的靶，其中，所述轨迹材料定位在至少所述靶衬底的斜面上。

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