CN104364876A - X射线辐射源及其应用和用于产生x射线辐射的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线辐射源，该X射线辐射源具有壳体（11），在所述壳体中根据本发明设置有由金属蒸汽构成的离子化的云状物（12）形式的靶标（12）。该云状物可以通过电子束（23）被激发以发射单色X射线辐射（21）。在此，有利地由于原子密度低而仅形成少量韧致辐射（26）。此外，相对于固态靶标材料，等离子体相对于不可避免的热能输入的稳健性是有利的。云状物（12）任何时候都能够以靶标材料（14）来填充，该靶标材料可以通过电弧（15）蒸发。此外，本发明涉及一种用于利用上面所说明的X射线辐射源产生X射线辐射的方法。此外，本发明涉及发射单色X射线辐射的X射线辐射源用于透射主体的应用。

Description

X射线辐射源及其应用和用于产生X射线辐射的方法

技术领域

本发明涉及一种X射线辐射源，其具有壳体，在该壳体中设置有靶标，该靶标在以电子束轰击的情况下可以发射X射线辐射。此外，本发明涉及一种用于产生X射线辐射的方法，其中在X射线辐射源的壳体中以电子束轰击靶标。最后，本发明也涉及发射单色X射线辐射的X射线辐射源的应用。

背景技术

开头所说明的类型的X射线辐射源、其应用和用于产生X射线辐射的方法例如在US 2008/0144774 A1中已知。根据该文献，X射线辐射源例如可以通过将电极布置在壳体中来实现。电子束在壳体中通过电极产生，该电极具有0V的电势。在该电极对面布置有阳极，该阳极用作用于电子辐射的靶标。该阳极处于100kV上。此外集电器位于该阳极之后，该集电器处于10kV的电势上。如果电子束射到阳极上，则释放X射线辐射，该X射线辐射可以通过合适的窗口（对于X射线辐射来说透明的）从壳体耦合输出并且输送给应用。

用作靶标的阳极可以被实施为薄壁的结构。例如，该阳极可以具有由硼构成的基板，该基板具有10μm到200μm之间的厚度。薄钨层被施加到该基板上，该钨层具有0.1μm到5μm的层厚度，该钨层被用作靶标。然而，非常薄的钨层遭受由电子束引起的高负荷。

此外，根据DE 103 42 239 A1描述了一种用于利用电驱动的放电产生例如软X射线辐射的设备。这里使用激光束来蒸发被输送的介质。例如金属熔体可以用作介质，所述金属熔体被涂敷在两个电极的外表面上。在蒸汽中借助电极点燃等离子体并且耦合输出X射线辐射。

发明内容

本发明的任务在于，改善开头所说明的X射线辐射源，使得X射线辐射源的比较长的运行持续时间是可能的，而不必替换靶标。此外，本发明的任务是说明一种用于运行所提及的X射线辐射源的方法。最后，本发明的任务是找到这种X射线辐射源的应用。

该任务根据本发明通过如下方式来解决：作为阳极起作用的等离子体可以在壳体中以离子化的金属蒸汽的形式作为靶标产生，其中为了产生金属蒸汽在壳体中设置有靶标材料和蒸发器设备。靶标材料可以是固态的或液态的。通过蒸发器设备使该靶标材料蒸发，使得在壳体中形成金属蒸汽。在能够在壳体中暴露于高电压的金属蒸汽中，可以通过以电子束轰击来产生X射线辐射。

此外，该任务也通过开头所说明的用于产生X射线辐射的方法来解决，其中作为靶标在蒸发器设备中产生金属蒸汽，其中为了产生金属蒸汽设置有靶标材料。该方法的功能已经在上面予以解释。

最后，该任务也通过根据权利要求1至8之一所述的发射单色X射线辐射的X射线辐射源用于透射主体的应用来解决，该主体构成在所使用的X射线辐射的波长处可辨的对比度。该主体可以是譬如部件连接的技术主体，该部件连接应针对连接中的缺陷被检查。也可能的是检查人体或动物体。在任何情况下单色X射线辐射的波长必须以合适的方式选择，以便构成对比度。与具有波长谱的X射线辐射相比单色X射线辐射的使用具有如下优点：可以产生更清晰的图像，所述图像允许关于被检查的对象的更精确的陈述。

根据本发明的一种有利的构型规定，壳体具有用于待蒸发的金属的蒸发室，该蒸发室通过开口、尤其是喷嘴与壳体的剩余体积连接。该构造具有如下优点：通过喷嘴能够比较精确地对金属蒸汽进行计量。例如也可以通过喷嘴形状影响云状物的形态。最后，蒸发室有利地与壳体的剩余体积分离。这例如使清洁措施容易，所述清洁措施在壳体的多个部分中由于金属蒸汽可能沉积在室壁上的事实而变得必需。

根据本发明的另一构型规定，作为蒸发器设备设置有电极以在电极与靶标材料之间点燃电弧。蒸发器设备位于壳体中，在该壳体中所形成的金属蒸汽也应通过电子束被激发以发射X射线辐射。在此情况下，作为优点应提到的是，这样的壳体单元在构造上是简单的。该壳体单元例如可以在出现由于金属蒸汽的沉积引起的污物时简单地被替换。

在最简单的情况下，将简单的电极设置为电子发射器也足够了。等离子体状的靶标的激发通过高电流放电从电极出发进行。

有利的是，在壳体的壁中布置有窗口，该窗口对于要产生的X射线辐射而言是透明的。通过该窗口可以有利地从壳体耦合输出形成的X射线辐射并且输送给所规划的应用。

根据本发明的一种有利的构型规定，金属蒸汽由一种轻金属或多种轻金属、尤其是铝构成。如下金属及其合金应被称作本申请意义上的轻金属，这些金属的密度处于5g/cm³之下。详细地，该定义适用于如下轻金属：所有碱金属、除镭之外的所有碱土金属、此外钪、钇、钛和铝。用于构造金属蒸汽的其他有利的材料族是钨、钼和镧系元素的族。在选择靶标材料时重要的是K壳层的发射谱。该发射谱有利地与应用相协调。详细地，在此涉及元素镧和在元素周期表中跟随在镧之后的14种元素。

金属蒸汽的使用此外有如下优点：通过利用电子束激发靶标可以有利地产生单色X射线辐射。在此，涉及具有仅仅一种波长的X射线辐射，这具有如下优点：例如利用单色X射线辐射可以更清晰地成像X射线图。因此，本发明的一种替代的解决方案也是使用该单色X射线辐射照射主体，其中必须提供该主体，使得在所使用的单色X射线辐射的波长处在图像上显现主体的对比度。该主体可以是技术结构（技术的或无生命的主体）、譬如部件连接，其必须针对空气流入被检查。其他可能性是记录人体或动物体的X射线图。

附图说明

随后借助附图来描述本发明的其他细节。相同或相应的附图元素分别配备有相同的附图标记并且只在各个图之间产生差别的范围内多次予以解释。

图1以示意性剖面示出根据本发明的X射线辐射源的一个实施例，该X射线辐射源具有单独的蒸发室和用于接收金属蒸汽的壳体，以及

图2以示意性剖面示出根据本发明的X射线辐射源的另一实施例，在该X射线辐射源中靶标材料的蒸发和云状物的接收在同一壳体本体中发生。

具体实施方式

在图1中示出了X射线辐射源，其中提供壳体11，在该壳体中可以产生由金属蒸汽构成的云状物12作为用于X射线辐射21的靶标。除了该壳体12之外还存在蒸发室13，在该蒸发室中通过电弧15蒸发液态的靶标材料14。靶标材料可以通过电弧15的能量输入已经在蒸发之前被液化。为了能够点燃电弧15，设置有电极16和电压源17。通过蒸发室13形成的蒸发器设备18通过喷嘴19而完备，其中该喷嘴被构造在通过壳体11形成的用于单色X射线束21的产生空间20与蒸发室13之间的分离壁中。壳体11与蒸发室13通过电绝缘层22分离。

为了产生电子束23，设置有电子枪24，其中电子束23进入到壳体11中。电子束与气态靶标相互作用并且由集电器28静电制动和捕获。最后，存在窗口29，形成的X射线辐射21可以通过该窗口从壳体11耦合输出。

电子枪24具有阴极30，该阴极处于0V的电势上。该电子枪发射电子束23，该电子束通过透镜31被聚焦，从电子枪耦合输出。对此的驱动力是电势，这通过如下方式构建，即离子化的气态靶标被置于+100到+300 kV的电势上。集电器28处于+40到+120 kV之间的电势上。

在图2中示出了X射线辐射源的替代的构型。这里所使用的壳体11具有仅仅一个壳体空间33，该壳体空间不仅承担蒸发器设备18的功能而且承担根据图1的产生空间20的功能。靶标材料14位于壳体11的底部上，该靶标材料同样通过电极16借助电弧15被熔融和蒸发。电极16如在图1中那样利用绝缘体34与剩余壳体电绝缘。根据图2的电极16通过交流电压源35供电，其中电弧通过镇流器36来稳定。电弧的稳定是必要的，因此被用作靶标的云状物连续地以被蒸发的靶标材料来填充。即在根据图2的构型中缺少如根据图1的喷嘴19那样的计量设备。

然而与关于图1所描述的方式相同的方式产生X射线束21。这在图1中也更详细地被示出。这里示范性地示出了具有其核56的镧原子。此外，示出了原子的K壳层37，电子38位于该K壳层上。该电子通过激发电子束被激发并且被提升到更高的壳层39上。当该电子跃回时，其发射单色X射线辐射21。

根据图2不是电子枪24而是简单的电极40用作电子发射器，其中该电极如已经关于图1所描述的那样处于0V的电势上。不仅电极40而且集电器28被布置在外部壳体41中，该外部壳体具有附加的窗口42，X射线辐射21可以经由该窗口耦合输出。壳体11简单地被置入外部壳体41中。有利地，可以暂时提供壳体11中的多个，以便例如在壳体11必须被清洁或靶标材料14被消耗时能够实现快速替换。此外有利地也可能的是，可以暂时提供具有不同靶标材料14的多个壳体，以便能够快速地改装X射线辐射源以产生不同波长的单色X射线辐射。原则上这种改装自然在根据图1的构造的情况下也是可能的。

Claims (10)

1.X射线辐射源，该X射线辐射源具有壳体（11），在所述壳体中设置有靶标（12），所述靶标在以电子束（23）轰击的情况下能够发射X射线辐射，

其特征在于，

能够在所述壳体中产生离子化的金属蒸汽作为靶标（12），其中为了产生所述金属蒸汽，在所述壳体（11）中设置有靶标材料（14）和蒸发器设备（18）。

2.根据权利要求1所述的X射线辐射源，

其特征在于，

所述壳体具有用于待蒸发的金属的蒸发室（13），该蒸发室通过开口、尤其是喷嘴（19）与所述壳体（11）的剩余体积连接。

3.根据权利要求1或2所述的X射线辐射源，

其特征在于，

作为蒸发器设备（18）设置有电极（16）以在所述电极（16）与所述靶标材料（14）之间点燃电弧。

4.根据上述权利要求之一所述的X射线辐射源，

其特征在于，

所述壳体（11）在壁中具有第一窗口（25），该第一窗口对于所述电子束（23）而言是透明的。

5.根据上述权利要求之一所述的X射线辐射源，

其特征在于，

在所述壳体（11）的壁中布置有窗口（29），该窗口对于要产生的X射线辐射而言是透明的。

6.根据上述权利要求之一所述的X射线辐射源，

其特征在于，

所述靶标材料由一种轻金属、尤其是铝构成。

7.根据权利要求1至5之一所述的X射线辐射源，

其特征在于，

所述靶标材料由镧系元素、钨、钼或所提到的金属中的至少两种的合金构成。

8.用于产生X射线辐射的方法，其中在X射线辐射源的壳体（11）中以电子束（23）轰击靶标（12）并且发射X射线辐射，

其特征在于，

作为在蒸发器设备（18）中的靶标（12）在所述壳体（11）中产生金属蒸汽，其中为了产生所述金属蒸汽，设置有靶标材料（14）。

9.根据权利要求8所述的方法，

其特征在于，

利用所述靶标产生单色X射线辐射。

10.根据权利要求1至8之一所述的发射单色X射线辐射的X射线辐射源用于透射主体的应用，该主体构成在所使用的X射线辐射的波长处可辨的对比度。