CN104641447B

CN104641447B - 具有阳极以生成x射线的装置

Info

Publication number: CN104641447B
Application number: CN201280075925.1A
Authority: CN
Inventors: O.海德; T.休格斯; T.克卢格; S.戈斯曼-莱夫楚克
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: US20150228441A1; RU2015114805A; CN104641447A; KR20150056806A; WO2014044316A1; EP2885807A1; RU2636752C2; EP2885807B1; JP2015533015A

Abstract

用于生成X射线的阳极具有支架和由该支架所保持的靶层。在此该靶层包含有中间部分和边缘部分。该阳极设置用于遭受指向该靶层中间部分的电子束。在此该边缘部分关于电子束的方向而设置于该中间部分的横向旁边。另外该边缘部分在该电子束的方向上具有比该中间部分更大的厚度。

Description

具有阳极以生成X射线的装置

技术领域

本发明涉及根据权利要求1所述的用于生成X射线的一种阳极以及根据权利要求9所述的用于生成X射线的一种装置。

背景技术

用于生成X射线的X射线管在现有技术中是已知的。X射线管具有用于发射电子的阴极。所发射的电子通过高压而被加速到达阳极。在该阳极中所述电子被减速，并在此生成X射线阻滞辐射和特征性X射线。X射线阻滞辐射具有宽的频谱分布，而特征性X射线具有离散的线频谱。在由X射线管所辐射的X射线中叠加有两种辐射类型。

具有离散能量的特征性X射线比X射线阻滞辐射更适合特定的应用目的。已知利用金属过滤器来过滤X射线，以减少阻滞辐射分量。但是这种过滤器也衰减了特征性X射线的分量。

发明内容

本发明的任务在于提供用于生成X射线的一种改善的阳极。该任务通过具有权利要求1所述特征的一种阳极而得到解决。本发明的另一任务在于提供用于生成X射线的一种改善的装置。该任务通过具有权利要求9所述特征的一种装置而得到解决。优选的改进在从属权利要求中加以说明。

根据本发明的用于生成X射线的阳极具有支架和通过该支架保持的靶层。在此该靶层包含有中间部分和边缘部分。该阳极设置用于遭受指向该靶层中间部分的电子束，在此该边缘部分关于电子束的方向而被布置于该中间部分的横向旁边。另外该边缘部分在该电子束方向上具有比该中间部分更大的厚度。有利地该阳极靶层的边缘部分可以用于过滤在该阳极靶层的中间部分中所生成的X射线。从而有利地改善了由该阳极所生成的X射线的单色性。

在该阳极的一个优选的实施方式中，该边缘部分在与该电子束方向相反的方向上超出该中间部分。于是有利地在该靶层的中间部分中所生成的X射线可以与电子束的辐射方向相反地被辐射，并在此穿过该阳极靶层的边缘部分的一部分，由此导致X射线的连续波长分量的衰减。

在该阳极的一个实施方式中，该边缘部分成环形围绕该中间部分来布置。于是有利地该边缘部分就可以对在不同空间方向上所发射的X射线进行过滤。

在该阳极的一个优选实施方式中，该靶层构造为单一材料的。从而有利地得到该靶层以及整个阳极的特别简单的构造。

在该阳极的一个合适的实施方式中，该靶层具有原子序数在42和74之间的材料。有利地这些材料特别良好地适于生成X射线。

在该阳极的一个特别优选的实施方式中，该靶层具有钨。有利地钨良好地适于生成并过滤X射线。

在该阳极的一个实施方式中，该中间部分具有在50nm与10μm之间的厚度。有利地该厚度范围证实是特别合适的。

在该阳极的一个同样优选的实施方式中，该中间部分垂直于该电子束的方向而具有在1mm与20mm之间的直径。有利地这些值证实是特别合适的。

根据本发明的用于生成X射线的装置具有用于发送电子束的阴极和前述种类的阳极。在此该阳极如此来布置，使得由该阴极所发送的电子束入射到该靶层的中间部分上。有利地在该装置中在该阳极靶层的中间部分中所生成的X射线可以通过该阳极靶层的边缘部分而被过滤，由此改善了所生成的X射线的单色性。

在该装置的一个优选的实施方式中，该阳极如此来布置，使得由该阴极所发送的电子束垂直入射到该靶层的中间部分上。从而有利地得到了该装置对称而紧凑的构造。

在该装置的一个优选的实施方式中，该装置具有窗口以导出在该靶层中所生成的X射线。在此该窗口如此来布置，使得在该靶层的中间部分中所生成的并通过该窗口所导出的X射线首先穿透该靶层的边缘部分。于是有利地在该靶层的中间部分中所生成的X射线在穿透该靶层的边缘部分时被过滤，由此提高了该X射线的单色性。

在该装置的一个优选的实施方式中，该窗口如此来布置，使得所导出的X射线平均以10μm与100μm之间的长度穿透该靶层的边缘部分。证实这种穿透长度导致X射线单色性的有利的提高，而不会从总体上太大地削弱X射线的强度。

在该装置的一个优选的实施方式中，该窗口如此来布置，使得可以通过该窗口导出关于电子束的方向反向的X射线。反向的X射线相对于前向的X射线有利地具有更高的特征性X射线分量，使得从该装置所导出的X射线在通过该阳极靶层的边缘部分过滤之后具有特别高的单色性。

在该装置的一个优选的实施方式中，该装置具有集电极，该集电极设置用于收集电子束的已穿透该阳极的电子。有利地可以通过该集电极使在该装置的阴极与集电极之间的电流回路闭合，由此改善了该装置的能效。

附图说明

前述的本发明的特性、特征和优点以及其实现的方式和方法结合下文实施例的描述而被更清晰而明确地理解，所述实施例结合附图来被详细解释。其中：

图1示出了由具有阳极的X射线管所发射的X射线频谱，其中该阳极具有钨靶层；

图2示出了钨的线性吸收系数；

图3示出了用于生成X射线的一种装置的示意图；

图4示出了根据第一实施例的阳极靶层的示意透视图；以及

图5示出了根据第二实施例的阳极靶层的示意透视图。

具体实施方式

图1以曲线图示出了X射线频谱100。在水平轴上记录了以keV为单位的能量101。在垂直轴上记录了以1/(keV·mA·mm²·s)为单位的光子通量102。

第一频谱110说明了X射线的频谱分布，其中该X射线通过X射线管的阳极的钨靶层来发射，并通过由铝构成的厚度为2mm的过滤器而被过滤。该第一频谱110具有连续的阻滞辐射分量111。另外该第一频谱110在离散的能量值处还具有最大值，其中这些能量值通过特征性X射线112来构成。

图2借助曲线图200示出了通过由钨构成的过滤器对X射线的衰减。在水平轴上再次记录了以keV为单位的能量101。在垂直轴上记录了以cm^-1为单位的吸收系数202。

图2示出了钨的线性吸收系数的变化曲线210。可以看出，钨的线性吸收系数随着能量的增加而下降。但是该吸收系数变化曲线210具有K边沿213（K-edge），其中下降的吸收系数变化曲线210在该边沿上跳跃式上升。该K边沿213出现在如下的能量101中，该能量与钨原子的K壳中所布置电子的结合能量相对应。

另外在图2的图200中标记了钨的特征性X射线的两条重要的线。其为K_α1线211和K_α2线212。

如果具有图1中所示第一X射线频谱110的X射线通过由钨构成的附加过滤器而被过滤，那么就导致该X射线的附加衰减。由于在钨的吸收系数变化曲线210中的K边沿213，在此该第一频谱110的高能分量比该第一频谱110的特征性X射线112的K_α1线和K_α2线区域有更大的衰减。从而提高了过滤后的X射线的频谱中所述线的相对强度。

图1借助第二频谱120示出了第一频谱110的X射线在利用50μm厚度的钨过滤器进行附加过滤110之后的频谱分布。可以看出，第二频谱120的阻滞辐射分量121相对于第一频谱110的阻滞辐射分量111被大大降低。第二频谱120的特征性X射线分量122相对于该第一频谱110的特征性X射线分量112被稍弱地衰减。由此该第二频谱120具有比该第一频谱110更高的单色性。

图3以强烈示意图示出了用于生成X射线的装置300的剖面。在图3中所示的用于生成X射线的该装置300的部件例如可以布置在真空管中。在这种情况下，用于生成X射线的该装置300也可以被称作X射线管。

用于生成X射线的该装置300具有阴极310。该阴极310设置用于发射电子，以生成电子束320。该阴极310例如可以通过热发射或通过场发射来发射电子。由该阴极310所发射的电子形成的电子束320通过未示出的高压而在辐射方向325上被加速。

用于生成X射线的该装置300另外还包含有阳极400。该阳极400具有支架410以及由该支架所保持的靶层420。该靶层420再次包含有中间部分430和边缘部分440。该边缘部分440关于辐射方向325相对于该中间部分430横向偏移地布置。

该中间部分430和边缘部分440优选构造为单一材料的。在此该靶层420的中间部分430和边缘部分440优选由原子序数在42和74之间的材料来构成。该靶层420的中间部分430和边缘部分440特别优选地由钨来构成。该支架410例如可以由钻石构成。

该阳极400具有前侧421和背侧422。该阳极400的前侧421朝向该阴极310。该阳极400如此来布置，使得从该阴极310所发出的电子束320大致垂直地入射到该靶层420的中间部分430的中间区域上。

入射到该阳极400的靶层420的中间部分430上的电子束320在该靶层420的中间部分430上被减速，其中产生X射线330。该X射线330被辐射到多个或全部空间方向上，尤其是在发射方向335上。该发射方向335优选地相对于该电子束320的辐射方向325反向地定向。这意味着，该发射方向335从该阳极400的靶层420的中间部分430指向其中布置有阴极310的半空间中。

用于生成X射线的该装置300具有窗口350，该窗口用于把在发射方向335上所发射的X射线330从该装置300中导出。该窗口350例如可以由铝或由铍来构成。

该靶层420的中间部分430垂直于辐射方向325具有直径432。该直径432例如可以处于1mm与20mm之间。在辐射方向325上，该靶层420的中间部分430具有厚度431。该厚度431例如可以处于50nm与10μm之间。在所示例子中该靶层420的在外部围绕该中间部分430布置的边缘部分440具有直径442，该直径大于该中间部分430的直径432。另外该靶层420的边缘部分440在辐射方向325上具有厚度441，该厚度大于该中间部分430的厚度431。该边缘部分440在此在前侧421上（也即与辐射方向325相反）超出该靶层420的中间部分430。

该靶层420的边缘部分440的厚度441和直径442、该靶层420的中间部分430的直径432以及该窗口的位置相互之间如此来协调，使得在发射方向335上从该阳极400的靶层420的中间部分430所辐射的X射线330在其到该窗口350的路径上穿透该靶层420的边缘部分440的用作过滤区域450的部分。该X射线330在此平均以穿透长度455来穿透该边缘部分440的过滤区域450，其中该穿透长度例如可以在10μm与100μm之间。在穿透该过滤区域450期间，该X射线330被过滤，使得其单色性提高，如借助图1和2所解释的。

用于生成X射线的该装置300另外还包含有集电极340，其在辐射方向325上布置在该阳极400后面。该集电极340用于收集该电子束320的已穿透该阳极400的电子。由该集电极340所收集的电子可以在电流回路中被输送返回，由此改善了用于生成X射线的该装置300的能效。

图4示出了用于生成X射线的图3装置300的阳极400的靶层420的示意透视图。可以看出，该边缘部分440成环形围绕该靶层420的中间部分430来布置。该靶层420的这种构造所具有的优点是，在用于生成X射线的该装置300中该阳极400可以围绕与该电子束320相平行的旋转轴来旋转。这导致在用于生成X射线的该装置300运行期间该阳极400的靶层420均匀的加热和损耗。但是也可以放弃该阳极400的旋转。

图5示出了根据第二实施方式的靶层1420的示意透视图。图5的靶层1420可以替换图3的用于生成X射线的装置300的阳极400的靶层420。该靶层1420再次包含有中间部分1430和边缘部分1440。该靶层1420具有前侧1421和背侧1422。该靶层1420设置用于如此通过该阳极400的支架410而被保持，使得由该阴极310所生成的电子束320入射到该中间部分1430的前侧1421上。

与靶层420的边缘部分440不同，图5的靶层1420的边缘部分1440不是成环形围绕该靶层1420的整个中间部分1430来布置。而是该边缘部分1440具有环扇形的形状，该环扇形仅仅在该靶层1420的中间部分1430横向旁边一个有限角度范围内来布置。该边缘部分1440在此如此布置在该靶层1420的中间部分1430旁边，使得在该靶层1420的中间部分1430中所生成的X射线330在发射方向335上穿透该靶层1420的边缘部分1440。在用于生成X射线的该装置300的阳极400中采用这种靶层1420时，该阳极400不旋转。

虽然详细地通过优选实施例来详细地示出和描述了本发明，但本发明并不局限于所公开的例子。在不脱离本发明保护范围的情况下，专业人员可以由此导出其他的变化方案。

Claims

1.用于生成X射线（330）的阳极（400），具有支架（410）和由该支架（410）所保持的靶层（420，1420），

其中该靶层（420，1420）包含有中间部分（430，1430）和边缘部分（440，1440），其中所述中间部分始终与所述边缘部分垂直，

其中该阳极（400）设置用于遭受指向该靶层（420，1420）的中间部分（430，1430）的电子束（320），

其中该边缘部分（440，1440）关于所述电子束（320）的方向（325）而设置于该中间部分（430，1430）的横向旁边，

其中该边缘部分（440，1440）在该电子束（320）的方向（325）上具有比该中间部分（430，1430）更大的厚度，以及

其中该靶层（420，1420）构造为单一材料的，

其中所述中间部分（430，1430）和所述边缘部分（440，1440）被构造为使得所产生的X射线（330）以平均在10μm与100μm之间的长度（455）穿透所述边缘部分（440，1440）的用作滤波区域（450）的部分。

2.根据权利要求1所述的阳极（400），

其中该边缘部分（440，1440）在与该电子束（320）的方向（325）相反的方向上超出该中间部分（430，1430）。

3.根据前述权利要求之一所述的阳极（400），

其中该边缘部分（440）成环形围绕该中间部分（430）来布置。

4.根据权利要求1至2之一所述的阳极（400），

其中该靶层（420，1420）具有原子序数在42与74之间的材料。

5.根据权利要求4所述的阳极（400），

其中该靶层（420，1420）具有钨。

6.根据权利要求1至2之一所述的阳极（400），

其中该中间部分（430，1430）具有在50nm与10μm之间的厚度（431）。

7.根据权利要求1至2之一所述的阳极（400），

其中该中间部分（430，1430）垂直于该电子束（320）的方向（325）而具有在1mm与20mm之间的直径（432）。

8.用于生成X射线（330）的装置（300），

具有用以发送电子束（320）的阴极（310）

以及根据前述权利要求之一所述的阳极（400），

其中该阳极（400）被布置为，使得由该阴极（310）所发送的电子束（320）入射到该靶层（420，1420）的中间部分（430，1430）上。

9.根据权利要求8所述的装置（300），

其中该阳极（400）被布置为，使得由该阴极（310）所发送的电子束（320）垂直入射到该靶层（420，1420）的中间部分（430，1430）上。

10.根据权利要求8或9之一所述的装置（300），

其中该装置（300）具有窗口（350）以导出在该靶层（420，1420）中所生成的X射线（330），

其中该窗口（350）被布置为，使得在该靶层（420，1420）的中间部分（430，1430）中所生成的并通过该窗口（350）所导出的X射线（330）首先穿透该靶层（420，1420）的边缘部分（440，1440）。

11.根据权利要求10所述的装置（300），

其中该窗口（350）被布置为，使得指向其中布置有所述阴极（310）的半空间的X射线（330）能够通过该窗口（350）而被导出。

12.根据权利要求8至9之一所述的装置（300），

其中该装置（300）具有集电极（340），该集电极设置用于收集所述电子束（320）的已穿透该阳极（400）的电子。