CN104022004A - X-射线窗口 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X-射线窗口。自洁式X-射线窗口装置包括使环境压力区域与中间区域分隔的主X-射线-透明窗口元件以及使中间区域与减压区域分隔的副X-射线-透明窗口元件。污染物预期沉积在面朝减压区域的副元件的侧面上。热源适合于加热副窗口元件的一部分，从而蒸发污染物。副元件使主元件与存在污染物的减压区域隔绝，而压力密封的主窗口元件承载环境压力区域和减压区域之间的大部分差压。本发明的几个特点有助于降低污染物进入中间区域的速率。通过维持中间区域中的压力接近减压，副窗口元件上的机械应力以及对有害气体的暴露可被限制。

Description

X-射线窗口

本申请是申请日为2009年1月26日，申请号为200980155094.7，发明名称为“X-射线窗口”的申请的分案申请。

技术领域

本发明大体上涉及电子碰撞X-射线源。更特别地，本发明涉及在用于X-射线生成、具有液体-射流阳极的设备中使用的X-射线窗口。

背景

具有作为阳极的液态金属射流的X-射线源是X-射线生成中最新的技术范式之一。这样的源以其极好的亮度为特征，这带来与曝光持续时间、空间分辨率和新的成像方法例如相衬成像有关的益处。

在技术水平上，这种X-射线源包括电子源和在真空腔内部设置的液体射流(优选地是具有低熔点的液态金属，如锡、铟、镓、铅或铋或者其合金)。更确切地，电子源可以通过例如冷场发射、热场发射和热电子发射的原理起作用。用于提供液体射流的装置可包括加热器和/或冷却器、加压装置(如机械泵或化学惰性推进剂气体的源)、喷嘴以及在射流的末端处收集液体的容器(液体收集器)。在操作过程中被电子束击中的液体射流的部分被称为互作用区。由电子束和液体射流之间的相互作用所生成的X-射线辐射通过窗口离开真空腔。在可用的X-射线源中，窗口由合适材料的加框的薄箔构成。对窗口材料的要求包括高X-射线透明度(即，低原子序数)和使真空与环境压力分隔的足够的机械强度。铍已普遍用在这样的窗口中。

在X-射线源的正常操作过程中，通过沉积碎片，窗口变得逐渐模糊。不仅平均通量由于在这样的沉积碎片中的X-射线的吸收而减少，而且较大的喷溅也使其自身表现为由不均匀照射引起的图像中的黑斑。碎片主要由来自液体射流阳极的材料组成，其以气态形式或作为喷溅运输到窗口。碎片主要通过在射流喷嘴(特别是当它开启或关闭时)处、在电子束击中液体射流的区域中、以及在包含在射流末端处的容器中的液体的表面处的喷射效果产生。已采取步骤以减少碎片的产生，参照授权专利SE530 094，但在输出X-射线功率和碎片产生率之间仍然存在令人气馁的正相关性。

发明概述

本发明的目的是提供具有到X-射线阳极的改良入口以及增加的维修间隔的液体-射流X-射线源。液体-射流X-射线源生成沉积在输出窗口上的碎片-喷溅、蒸汽和其他类型的物质。除了其它因素以外，沉积速率还取决于阳极和输出窗口之间的距离以及所施加的功率。事实上，就使用寿命换得距离来说，本领域的许多技术人员承认阳极到窗口距离为设计难题。短阳极到窗口距离对所生成的X-射线辐射的灵活和高效使用有吸引力。为此，本领域已尽力将阳极定位成接近设备的输出窗口。然而，在常规的解决方案中，不存在清除窗口的沉积物而不释放真空和拆卸X-射线源的可用方法。因此，本文所公开的本发明的特定目的是减缓由于碎片沉积而随时间过去产生的退化，该退回通过减少液体-射流X-射线源中输出窗口和阳极之间的距离而加速。

发明者已经认识到，真空腔中的低压(通常是10^-7巴)通过热产生蒸发——一种从输出窗口去除污染物的有利方式。一方面，可用窗口材料特别是铍，在高温下表现不佳并且往往在化学性质上不稳定。然而，另一方面，经得起热并具有可接受的X-射线透明度的这样的已知材料往往缺乏充当真空破坏器的足够的机械强度。一些材料尤其是碳箔，也将在大气气体尤其是氧气存在的情况下加热时氧化。

这些因素引导发明者设想如所附权利要求1中所陈述的双窗口配置。

因此，根据本发明的第一方面，提供自洁式X-射线窗口装置。X-射线窗口装置包括使环境压力区域与中间区域分隔的主X-射线-透明窗口元件，以及使中间区域与减压区域分隔的副X-射线-透明窗口元件。污染物预期沉积在面朝减压区域的副窗口元件的侧面上。窗口装置还包括热源，热源适合于加热副窗口元件的至少一部分，从而蒸发已沉积在其上的任何污染物。热源可以是专用加热器或附近的空间热区，足够的热量从空间热区被传送到副窗口元件以使污染物的蒸发发生。

副窗口元件使不适于通过加热清洁的主窗口元件与存在污染物的减压区域隔绝。本发明的几个特点有助于降低污染物进入中间区域的速率；在理想情况下，污染物被防止进入此区域。另一方面，压力密封的主窗口元件承载环境压力区域和减压区域之间的大部分差压。通过维持中间区域中的压力相对接近或等于减压，副窗口元件上的机械应力可以被限制。这具有限制潜在有害的气体特别是氧气的局部压力的额外益处，否则有害气体在高温下可能损坏副窗口元件。

根据本发明的窗口装置可被设置在X-射线源的真空或接近真空腔(减压区)的壁中，并允许生成的X-射线离开腔，同时保持必要的(接近)真空条件。在液态-金属-射流X-射线源的情况下，污染物可以是来自阳极的金属碎片。即使碎片在X-射线源的正常操作期间累积在副窗口元件上，根据本发明也可以方便地清洁副窗口元件而无需拆卸X-射线源或释放真空。值得注意的是，甚至在X-射线源的正常操作期间，碎片从副窗口元件的去除也可以发生。

作为本发明的可选特点，副窗口元件——至少面朝减压区域的窗口元件的那个侧面——导电。具有这个可选特点的窗口装置特别适合于用在电子碰撞X-射线源的外壳中。副窗口元件很可能由散射电子轰击，并因此存在电荷积聚的风险。通过提供部分或完全导电的副窗口，任何电荷可以从窗口元件排出。

中间区域和减压也可至少部分连通，即，气体分子可能可以在这些区域之间行进，因此将避免任何显著的压力差。这可通过提供连接中间区域和减压区域的孔如通道或缝隙来实现。如果孔具有低流阻(这取决于例如它的直径、长度和弯曲度)，则可以非常快地均衡压力差；然后，可恰当的说，中间区域和减压区域自由连通并具有相同的压力。

此外，减压区域和中间区域可以通过通道连接，通道适于在污染物以蒸汽、悬浮颗粒或悬浮液滴的形式出现在通道中时促进污染物的沉积。因此，进入通道的至少一些污染物将从不离开通道，但在沉积之后通过粘合到通道的某个部分例如内壁而保持固定。由于是促进沉积的区域，通道防止污染物进入中间区域，其中污染物可能以其它方式沉积在主窗口元件的表面上，从主窗口元件的表面去除沉积是麻烦的。刺激污染物沉积的通道的特点可包括：

·通道是细的和/或细长的；

·通道是有分支的；

·通道是曲折的(弯曲的)；

·通道的壁维持在比减压区域低的温度；

·通道内部是粗糙的；

·通道内部被污染物-吸收材料覆盖；和/或

·多孔过滤器被设置在通道中；

在操作过程中，中间区域中的压力可大于减压区域中的压力。这可能是当这些区域之间不存在自由连通时的情况，例如，如果中间区域气密性地被密封或具有狭窄的入口通道。气密性地密封中间区域和/或与减压区域相比的中间区域中具有更高的压力的优点是，任何污染物很难从减压区域进入中间区域。

可选地，中间区域和减压区域中的压力可本质上相等。这可能是如果这两个区域彼此部分地连通或自由连通的情况。这种情况的优势是，副窗口元件上的机械应力至少在横向方向(垂直于表面)上将会非常低，因为窗口不承载任何显著的压力差。

作为本发明的有吸引力的可选特点，副窗口元件优选地被非刚性地固定。优势是，窗口在其温度变化时被允许扩张和收缩。从绝对数上来说，线性尺寸的变化在切线方向(沿表面)上将相对大于在横向方向上；如果副窗口元件已经被完全刚性地固定，则切向机械应力会比横向大。因此，副窗口元件可有利地在切线方向上非刚性地固定。

在本发明的一些实施方式(其可包括或可不包括上面所陈述的可选特点)中，副窗口元件的至少一部分由具有小于200微米、优选地小于100微米、以及最优选地小于60微米的厚度的玻璃碳箔制造。有时被称为无定形或玻璃状碳的玻璃碳是相当好地满足对副窗口的要求的材料。如上所述，这些要求包括耐热性和有用厚度值处的X-射线透明度。

如果液体射流包括低蒸汽压材料(例如熔融金属和合金)，则热源优选地以副窗口元件的至少一部分被维持在至少500摄氏度的温度的这种方式操作。适当地，X-射线源的主光线的交叉点周围的区域被保持在这样的温度下，大部分X-射线辐射预期通过该区域。副窗口元件(的该部分)可被保持在500度以上的恒定温度，或可具有不低于500度的时间变化的温度。然而，应理解，也可在不需要窗口的连续自洁的情况下间歇地应用加热。凭经验已经发现，至少500摄氏度的温度适用于以足以抵消碎片沉积的速率蒸发金属碎片。在碎片高速累积的情况下，副窗口元件可能需要维持在较高的温度，以加速蒸发过程。一旦已经阅读和理解此说明书，技术人员将通过例行实验找到对于不同的操作参数、阳极材料、阳极到窗口距离等的合适的操作温度。

欧姆热源是特别有利的。热源可以是与副窗口元件热接触的散热电气元件。然而，优选地，副窗口元件通过窗口元件的两个区域之间的电流直接加热。在可位于窗口元件的边缘上或内部中的所述区域的每个中，可设置电接触构件。副窗口元件可具有每单位面积始终相等的电阻。然而，最优选地，X-射线源的主光线的交叉点周围的一部分适于消耗每单位面积相对较高的电力；这可以例如在这部分中使用不同材料和/或改变窗口元件的厚度来实现。只加热所生成的X-射线束通过的副窗口元件的该部分是有利的，因为，首先，长时间加热可能加速副窗口元件的老化，以及其次，这减轻了按照隔热方式固定窗口元件的要求。

在窗口装置中同样有用的热源包括红外线源、微波源、激光器或电子束源。热源也可是组合。这些热源的每个的优势是，它们传输用于按照非接触的方式加热副窗口元件的能量。电子束源可以是与用于X-射线产生相同的电子源；适当地，所发射的电子束的一部分然后被偏转以直接击中副窗口元件。应认识到，作为特定的情况，热源还可包括互作用区本身，其发射红外辐射和散射电子。

可选地，可按照以下方式固定副窗口元件。包含导电液体的一个或多个容器被设置在副窗口元件的边缘周围。在每个容器的壁中，设置具有这样的尺寸的一个或多个缝隙，使得一方面，导电液体的表面张力足以防止液体从容器逸出，以及另一方面，副窗口元件在保持在这样的缝隙中时没有被夹紧，但可以在切线方向上扩张和收缩。另一优选实施方式包括通过将每个边缘穿过缝隙插入各自的容器中来固定副窗口元件的边缘的两个相对部分，如上所详述的。通过将不同电势施加到容器，可然后实现窗口元件的直接欧姆加热。

根据本发明的第二方面，提供根据上文的包括自洁式X-射线窗口装置的X-射线源。

在X-射线源的特定实施方式中，基于电子源和液体-射流目标的操作数据来控制X-射线窗口装置的热源。例如，在碎片累积速率(例如，被测量为每单位时间的沉积物质的质量)已知随击中阳极的电子束的强度而增加的X-射线源中，根据电子束的强度调节热源的功率可能是有利的，使得在每一时刻提供用于蒸发的适量能量。

本发明提供了一种自洁式X-射线窗口装置，包括：

主X-射线-透明窗口元件，其使环境压力区域与中间区域分隔；

副X-射线-透明窗口元件，其使所述中间区域与减压区域分隔，污染物预期沉积在面朝所述减压区域的所述副窗口元件的侧面上；以及

热源，其适合于加热所述副窗口元件的至少一部分，从而蒸发已沉积在其上的任何污染物。

面朝所述减压区域的所述副窗口元件的所述侧面可以是导电的。

所述中间区域和所述减压区域可至少部分连通。

所述自洁式X-射线窗口装置还可包括连接所述中间区域和所述减压区域的压力均衡通道，所述通道适于促使所述污染物沉积，因此防止所述污染物到达所述中间区域。

所述中间区域中的压力可大于所述减压。

所述中间区域中的压力可本质上等于所述减压。

所述副窗口元件可被非刚性地固定，以允许热膨胀。

所述副窗口元件的至少一部分可由具有小于200微米、优选地小于100微米、最优选地小于60微米的厚度的玻璃碳箔构成。

所述热源可操作来将所述副窗口元件维持在至少500摄氏度的温度处。

所述热源可包括装置，所述装置可用于在所述副窗口元件的导电部分的区域之间施加电压，以实现对所述副窗口元件的欧姆加热。

所述热源可包括下列项中的一个或多个：

红外线源；

微波源；

激光器；以及

电子束源。

所述副窗口元件的边界的至少一部分可通过被插入到包含导电液体的贮液器中的缝隙来固定。

所述副窗口元件的所述边界的两个相对的部分如以上所定义的那样固定。

本发明还提供了一种X-射线源，包括：

气密外壳；

电子源，其被设置在所述外壳内部；

液体-射流电子目标，其被设置在所述外壳内部；以及

根据前述权利要求的任一项所述的自洁式X-射线窗口装置，其被设置在所述外壳的外壁中。

所述X-射线源还可包括用于基于所述电子源和所述液体-射流电子目标的操作数据来控制所述自洁式X-射线窗口装置的热源的控制器。

参考下文所述的实施方式，本发明的这些和其他方面将是明显的并被阐明。

本文所使用的所有术语根据其在技术领域中的普通含义来解释，除非本文另有明确定义。对“a/an/the[元件、设备、部件、装置、步骤等]”的所有提及被开放式地解释为是指元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例，除非另有明确规定。

附图的简要说明

现参考附图，将进一步阐明本发明，在附图上：

图1是根据本发明的X-射线窗口装置的中央部分的图解横截面视图；

图2是根据本发明的实施方式的X-射线窗口装置的图解横截面视图，其中中间区域和减压区域自由连通；

图3是示出根据本发明的方面的副窗口元件的固定的透视图；以及

图4是根据本发明在电子束和液体射流的平面上所看到的包括X-射线窗口的X-射线源的图解横截面局部视图。

本发明的实施方式的详述

在附图上示出并在此节中描述本发明的一些实施方式。然而，本发明可体现在许多不同的形式中并且不应被理解为限于本文所陈述的实施方式；更确切地，这些实施方式作为例子被提供，使得此公开内容将是透彻的和完整的，并将本发明的范围充分传达到本领域的那些技术人员。此外，相似的数字始终指代相似的元件。

图1是根据本发明的第一实施方式的X-射线窗口装置100的中央部分的图解横截面视图。窗口装置100的预期用途是在X-射线源的外壳中的防真空X-射线孔的设置。X-射线源的主光线方向R由附图上的虚水平线表示。窗口装置100使减压区域110(在包含用于X-射线生成的装置的外壳内部)与环境压力区域114(环境)分隔。在此实施方式中，窗口装置110包括两个实质上平行的窗口元件：主窗口元件122和副窗口元件124。主窗口元件和副窗口元件包围中间区域112。污染物C预期沉积在面朝减压区域的副窗口元件124的侧面上。污染物C可能以蒸汽、悬浮颗粒或液滴的形式或者作为喷溅到达副窗口元件124。此外，热源120适合于发射朝向主光线方向R周围的副窗口元件的区域的红外(IR)光束。在图1所示的示例性实施方式中，热源包括布置在抛物面镜的焦点附近的电阻器，其可操作来发射IR光。因此，由热源120发射的IR光束是基本上准直的，使得副窗口元件124的加热区域接收近似恒定的每单位面积热功率。应注意，热源120没有布置在主射线轴R上，而是略有偏移，以便不阻塞向外的X-射线辐射的路径。在本发明的任何实施方式中，应以类似的考虑选择热源的放置。

图2是根据本发明的第二实施方式的X-射线窗口装置200的图解横截面视图。如在第一实施方式中的，相对较小、真空密封的主窗口元件222和相对较大、耐热的副窗口元件224分隔空间的三个区域：减压区域210、中间区域212和环境区域214。如上所述，用于主窗口元件222的合适材料包括铍，以及用于副窗口元件224的合适材料包括玻璃碳箔；这两种材料在有用的厚度值处都是X-射线透明的。窗口元件222、224被固定到气密性外壳232。为了允许热膨胀，该固定以在副窗口元件224的每个边缘处的空隙234、236为特征；类似的空隙可设置在位于附图平面以外的副窗口元件224的那些边缘处。

窗口装置200进一步包括热源(未示出)。应注意，空隙234、236的每个也作为副窗口元件224和外壳232之间的热绝缘体。另外，围绕窗口装置200的外壳232的部分可由具有低导热性的材料构成。使远离副窗口元件224的热通量减少是有利的，因为更少能量需要被提供，以便使窗口元件224(或其一部分)保持在期望的温度处。这也减少了对设置有窗口装置200的区域中X-射线源的冷却的需要。

通道230连接减压区域210和中间区域212，因此就气体分子来说，这两个区域自由连通。由于通道230的形状、直径和长度，污染物很难到达主窗口元件222。来自减压区域210的碎片对主窗口元件222的直接影响明显是不可能的。至于蒸汽和悬浮污染物，实验上已发现，沉积速率随着离源的距离的平方反比降低，至少沿自由视线。沉积速率也可通过引入弯曲和其他障碍急剧降低。因此，由于从存在于减压区域210中的任何污染源到主窗口元件222的路径不是直接的并且比到副窗口元件224的路径长得多，副窗口元件上的沉积速率极度降低。应注意，路径长度上的这种有益差别可以进一步通过扩大副窗口元件224来增加。这种扩大不可能增加副窗口元件224上的机械应力，因为它并不具有压力差。

增加窗口装置200中的路径长度差异的可选方式将是用减压区域210和中间区域212之间的两条或两条以上的更细通道取代通道230。如果每条通道做得更细，从而增加面积与体积的比，则对污染物的运输的额外阻碍产生，只要通道内壁上的沉积被激发。促进通道230内壁上的沉积的另一种方式将是定位通道，使得其与加热的副窗口元件224分隔开足够的距离，由此通道230的内壁保持在相对较低的温度。使运输污染物到中间区域212中的运输更难的又一种方式是使通道230的内表面粗糙或用污染物容易沉积在其上的物质覆盖它。

图3是示出根据本发明的X-射线窗口装置中的副窗口元件310的有利固定的透视图。副窗口元件310的两个边缘被插入设置在贮液器320、330的外壁中的相应的缝隙322、332中。应认识到，缝隙322、332不对副窗口元件310施加任何显著的摩擦力，但是窗口元件可以响应于温度变化至少切向地延伸和收缩，而不改变形状。一些导电液体如熔化金属被包含在贮液器320、330中并依靠表面张力保留在其中，甚至在缝隙322、332处。为了实现此，缝隙322、332的宽度被限制。图3中所示的实施方式特别适于使用直接欧姆加热作为用于蒸发污染物的热源。通过施加电压源，副窗口元件310的各个边缘然后连接到不同电势，通过合适的接触装置，连接到贮液器320、330的每个中包含的液体。为将电荷排出窗口，贮液器之一接地(未示出)。

作为上面实施方式的更简单的可选方案，还设想对副窗口元件的仅仅一个边缘使用图3所示的固定。即使它的另一端是固定的——例如通过组合夹具和电气接触装置——副窗口元件仍然可以承受热膨胀和收缩。

作为另一可选方案，可按照所公开的方式固定两个以上的侧面。特别是，副窗口元件的整个边界可通过插入包含导电液体的贮液器中的缝隙来固定；可选地，副窗口元件插入(装框到)接纳窗口元件的整个外围的一个缝隙中，缝隙被设置在单个贮液器中。由于副窗口元件可以然后被气密性地固定到外壳，这是实施方式的有吸引力的特点，其中限制中间区域和减压区域之间的物质运输是重要的。另外，如果期望通过直接欧姆加热来加热副窗口元件，则可提供相互电绝缘的多个贮液器。通过这种方式，不同电势可以被施加到窗口元件的不同边缘部分。如上所指出的，窗口元件的外围的至少一个部分应接地，使得可以排出电子。

图4是包括根据本发明的实施方式的X-射线窗口装置的液态-金属-射流X-射线源400的图解横截面局部视图。附图平面包含电子束e-和液态-金属射流M。真空密封(气密)外壳444和主窗口元件422包围减压区域410，其在X-射线源400的操作过程中处在真空或接近真空压力下，例如在10^-9和10^-6巴之间。为了简单起见，从附图已经省略用于从减压区域410排空空气分子的装置。作为X-射线源的阳极起作用的液态-金属射流M在操作过程中从喷嘴432不断地喷出，并由容器436收集。可选的加热装置438被设置在容器中并供给足够热量，以使金属维持在其熔点之上。在其他实施方式中，其中产生过多热量，反而可能有必要冷却液态金属。此外，在热量产生随时间变化的情况下，通用温度控制装置可被设置成与容器436连接。泵440使液态金属从容器436通过管道442到喷嘴432重新循环。电子源450发射沿主射线方向朝向液态-金属射流M的电子束e-，并使其在互作用区434处相交。互作用区434发射X-射线辐射。角辐射模式根据几个参数例如电子束和液态-金属射流的各自的宽度和形状而变化。图4所示的实施方式在主射线方向具有最强的发射X-射线强度的假设下被设想；因此，X-射线窗口装置基本上与主射线方向对齐。在互作用区434的下游，除了X射线以外，还可能存在电子的运输。

除了主窗口元件422以外，X-射线窗口装置400还包括相对较大的副窗口元件424。副窗口元件424被布置成如此靠近主窗口元件422，以至于以悬浮颗粒、液滴或蒸汽形式的污染物的扩散在很大程度被阻碍。然而，为了实现双重优势，副窗口元件424没有紧密地靠着外壳444或主窗口元件422安装。首先，促进压力均衡，其次，限制从副窗口元件424出来的热通量，从而限制每单位时间需要提供的热量。副窗口元件424包括位于相对边缘上的电连接点426、428。接地电势被施加到一个连接点428，而电压源430将非接地电势施加到另一连接点426。由于副窗口元件424由导电但电阻材料适当地制造，电流将在附图的垂直方向上流动，从而加热窗口元件424。同样，从上游方向击中副窗口元件424的任何电子将被运离窗口元件424，使得电荷不会累积。沿主射线轴，电子基本上不存在于副窗口元件的下游，而更在主窗口元件的下游。因此，作为X-射线源400的输出，X-射线辐射束从主窗口元件422的外侧被发射。

电压源430可提供恒定电压、恒定电流或根据与X-射线辐射的生成相关的某个量调节。例如，电压可根据涉及碎片产生速率的电子束强度的变化而变化。控制电压源430的有利方式是使副窗口元件424上某点的温度维持在恒定温度或允许在温度范围内的公差。合适的温度可能使得在液态-金属射流中使用的金属的蒸汽压力相对于操作真空或接近真空压力如此之高，以至于金属的蒸发以X-射线源的用户认为满意的速率发生。例如，在副窗口元件424上的金属喷溅频繁发生并且对图像质量的要求高的设备中，它可被激发来将副窗口元件加热到相对较高的温度，即使这可能加速副窗口元件424的材料的老化。原则上，用在液体射流中的任何材料的蒸汽压力(作为温度的函数)是在确定副窗口元件424应被保持的合适温度时的关键参数：低温足以蒸发液态气体；油在中间温度如200至300摄氏度适当地蒸发；具有高熔点的金属需要诸如大约500摄氏度的高温。在使用包含溶解物质的液体(溶剂)的特殊情况下，副窗口元件上的预期沉积的蒸汽压力是很大的量，使得溶剂的属性在这种情况下不很重要。作为对热源的最后备注，应注意，互作用区434可将每单位时间可观数量的热传输到副窗口元件424，特别是如果它们的距离适中。因此，图4所示的实施方式的热源是欧姆加热和互作用域424中涉及的各种装置。

根据本发明的实施方式的自洁式X-射线窗口可不仅用在具有与图4所描绘的源400相同的构造的X-射线源中。例如，击中液体-射流目标的电子束和所生成的X-射线束不一定是平行的和共线的，而可以成任意角度。在一个实施方式中，该角度为90度。让X-射线束以相对于生成的电子束的非零角度离开X-射线源可能是有利的，因为不与液体-射流目标相互作用而是越过它的电子束的部分然后不瞄准X-射线窗口装置。(在电子束有目的地瞄准液体射流的边缘的实施方式中，这部分可能具有相当大的幅度。)因此，电子束和X-射线束实质上从未在空间中重合。

可选地，本发明可以体现为具有分成两个腔的真空密封外壳的液体-射流X-射线源。电子源和液体目标位于主腔(减压区)中，主腔经由具有与上面所讨论的副窗口元件相似的特征的副窗口元件可选地连接到第二腔(中间区域)。主腔中生成的X-射线辐射可通过副窗口元件进入第二腔，并随后通过主窗口元件到达环境，主窗口元件被布置在外壳中并实质上与副窗口元件对齐。腔通过在外壳外延伸的通道自由连通。通道通过外壳中的气密性连接装置连接到每个腔。有利地，通道的温度低于腔的温度并可具有足够的沉积物出现在内部的这样的长度。进一步有利地，通道制成可更换的，因此避免阻碍通道的碎片的繁琐去除。

虽然已经在附图和前面的描述中详细示出和描述了本发明，但是这样的示出和描述认为是说明性或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施方式。例如，液体-射流材料可以选自各种材料，其中一些可能需要对窗口装置进行特定的调整和适应。应理解，包括在所公开的实施方式中的一些部件是可选的。值得注意的是，如果大量热功率在互作用区中消散，则与X-射线窗口装置相关的专用热源可证明是过剩的。实际上，如果热功率非常高，则反而可能需要冷却装置来保护构成X-射线源和/或窗口装置的部件的材料。

从对附图、本公开和所附权利要求的研究中，本领域的技术人员在实践所主张的发明中可理解并实现所公开的实施方式的其他变化形式。仅仅在互相不同的从属权利要求中陈述某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何参考符号不应该被解释为限制范围。

Claims (13)

1.一种自洁式X-射线窗口装置(100；200)，其用于使环境压力区域(114；214)与减压区域(110；210)分隔并允许X-射线离开所述减压区域，所述窗口装置包括：

主窗口元件(122；222)，其使所述环境压力区域与中间区域(112；212)分隔；

副窗口元件(124；224；310)，其使所述中间区域与所述减压区域分隔，所述副窗口元件包括一侧面，所述侧面用于接纳沉积在其上的污染物，所述侧面面朝所述减压区域；

热源(120)，其适合于加热所述副窗口元件的至少一部分，从而蒸发已沉积在其上的污染物，

其中所述中间区域是封闭的，并且所述中间区域中的压力大于所述减压。

2.根据权利要求1所述的自洁式X-射线窗口装置，其中，面朝所述减压区域的所述副窗口元件的所述侧面是导电的。

3.根据权利要求1或2所述的自洁式X-射线窗口装置，其中，所述副窗口元件被非刚性地固定，以允许热膨胀。

4.根据权利要求1或2所述的自洁式X-射线窗口装置，其中，所述副窗口元件的至少一部分由具有小于200微米的厚度的玻璃碳箔构成。

5.根据权利要求4所述的自洁式X-射线窗口装置，其中，所述副窗口元件的至少一部分由具有小于100微米的厚度的玻璃碳箔构成。

6.根据权利要求5所述的自洁式X-射线窗口装置，其中，所述副窗口元件的至少一部分由具有小于60微米的厚度的玻璃碳箔构成。

7.根据权利要求1或2所述的自洁式X-射线窗口装置，其中，所述热源可操作来将所述副窗口元件维持在至少500摄氏度的温度处。

8.根据权利要求1或2所述的自洁式X-射线窗口装置，其中，所述热源包括装置(426、428、430)，所述装置(426、428、430)用于在所述副窗口元件的导电部分的区域之间施加电压，以实现对所述副窗口元件的欧姆加热。

9.根据权利要求1或2所述的自洁式X-射线窗口装置，其中，所述热源包括下列项中的一个或多个：

红外线源；

微波源；

激光器；以及

电子束源。

10.根据权利要求9所述的自洁式X-射线窗口装置，还包括贮液器(320、330)，所述贮液器(320、330)具有至少一个缝隙(322、332)并包含导电液体，其中，所述副窗口元件(310)的边界的至少一部分通过被插入所述至少一个缝隙来固定。

11.根据权利要求10所述的自洁式X-射线窗口装置，其中，所述副窗口元件的所述边界的两个相对的部分如权利要求10中所定义的那样固定。

12.一种X-射线源(400)，包括：

气密外壳(444)；

电子源(450)，其被设置在所述外壳内部；

液体-射流电子目标(434)，其被设置在所述外壳内部；以及

根据权利要求1或2所述的自洁式X-射线窗口装置，其被设置在所述外壳的外壁中。

13.根据权利要求12所述的X-射线源，还包括用于根据所述电子源的强度来控制所述自洁式X-射线窗口装置的热源的控制器。