CN104900468A - X射线管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线管，具有真空壳体(1)，在所述真空壳体(1)中安置有阳极(2)和阴极(4)，其中，所述阴极产生电子(5)，所述电子(5)朝着所述阳极(2)加速和聚焦并且在击中所述阳极(2)时在焦点斑(6)的停留区内产生X射线辐射(7)。按本发明，在所述阳极(2)的背面(24)和所述真空壳体(1)的内侧(11)之间安置有至少一个电子护板(9)。这种X射线管具有改善的热机械特性。

Description

X射线管

技术领域

本发明涉及一种X射线管.

背景技术

一般通过以电子轰击阳极在X射线管中产生X射线辐射。电子本身从电子源(具有热离子发射器或场发射器的阴极)中释放并且通过作用在电子源和阳极之间的高压加速到期望的起始能量。在电子击中焦点斑的停留区内的阳极的材料时，通过电子与阳极材料的原子核的相互作用，电子的动能大致1％转化为X射线辐射，约99％转化为热量。作为阳极材料使用具有较高的核电荷数(原子序数)Z的材料，例如钨(W，Z＝74)或由钨(W)和铼(Re，Z＝75)组成的合金。

由于击中阳极的电子的动能的大致99％(典型地约70keV至最大140keV)转化为热量，在焦点斑的停留区内形成的温度不超过约2600℃。因此，热量管理是阳极的重要任务。

技术上规划的和结构上实现的焦点斑停留区，即其上出现阴极中产生的电子的一次辐射的阳极部位，可以要么是静止不动的(立式/固定阳极)要么形成焦点带(在旋转阳极X射线管或旋转活塞X射线管中的旋转着的阳极)。

焦点斑或焦点带本身又发射一些电子。一部分是附加地从阳极材料中通过激发过程脱离出的二次电子，另一部分还是反向散射电子，即在弹性散射之后或在非弹性散射或激发过程之后又离开阳极的、一次辐射的电子。

尤其是反向散射电子至少部分地还具有比较高的能量(平均约为入射电子能量的80％)。若反向散射电子击中真空壳体的相邻部分、射出口或击中阳极本身(这次也在实际焦点斑之外或在实际焦点带之外)，则它们由于其较高的能量(分别根据在二次击中点上的材料)而产生或强或弱的X射线辐射并且引起材料的加热。尤其在具有由稳定金属制成的真空壳体的大功率X射线管中，二次击中点是不可忽略的、也称作额外焦点辐射的X射线辐射的来源。

此外，二次击中点又是用于反向散射和二次电子的来源。反向散射率、即发射电子与入射电子的数量比在此随着相关材料的核电荷数Z在0.2(Z＝10)至0.5(Z＝50)的范围内(电子相对表面法线的入射角度为40°)变化。尤其是对于大功率X射线管，在二次击中点上出现可观的反向散射。

通过反向散射电子在真空壳体中、在X射线出口中和在真空壳体和X射线出口之间的连接部位中出现的加热往往是有问题的。

通过在立式或旋转阳极中的机械和热负载以及由于形成的温度差和由于在旋转阳极中较高的离心力，却在所有的阳极类型情况下出现很大的热机械应力，这些热机械应力会导致阳极盘的损坏或毁坏或限制阳极的应用。热机械应力的类型还取决于在旋转阳极情况下阳极盘在支承系统上的连接，尤其是在转子轴上的固定。这可以是在阳极盘的内侧上的较高的切向负载，当阳极盘通过例如钎焊固定连接时也可以是径向的热机械应力。为避免由于运行中较高的热机械应力导致的裂缝，例如从DE 102010041064A1中已知，在阳极盘中引入沿径向的狭缝(消除应力的旋转阳极)。虽然狭缝相对电子的飞行轨迹倾斜地布置，但电子由于第二和第三极散射效应(二次或反向散射电子)在阳极之后击中真空壳体并且在该部位处导致局部过热。由此，能使真空壳体严重熔化，导致超高真空不复存在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有改善的热机械特性的X射线管。

所述技术问题按本发明通过一种X射线管解决，该X射线管具有真空壳体，在所述真空壳体中安置有阳极和阴极，其中，所述阴极产生电子，所述电子朝着所述阳极加速和聚焦并且在击中所述阳极时在焦点斑的停留区内产生X射线辐射。按照本发明，在所述阳极的背面和所述真空壳体的内侧之间安置有至少一个电子护板。

通过在真空壳体的内部在阳极之后设置至少一个电子护板，由于第二和第三级的散射效应在阳极之后杂散的电子(二次或反向散射电子)未击中真空壳体而是击中电子护板。由于电子护板的质量和热容量，由杂散的电子引入的热能在电子护板中首先吸收，然后散发。因此，在真空壳体中的阳极之后未出现局部过热，从而防止了真空壳体的该区域内的热损坏并且可靠地保持了超高真空。因此，通过按本发明的X射线管，可实现具有长寿命的大功率X射线管。

按本发明优选的实施形式，电子护板通过固持部固定在真空壳体上。通过该固持部，存储在电子护板中的热能散发到真空壳体中，该真空壳体作为X射线管的一部分布置在辐射器壳体中并被冷却介质绕流。因此，确保了电子护板特别可靠的散热。

电子护板的优选材料按本发明是钼或钼基合金，优选TZM(钛锆钼合金)。其他的重金属也适合用于制造电子护板。TZM具有下列的化学组成：重量百分比0.5％的钛(Ti)、0.08％的锆(Zr)和0.02％的碳(C)，其余的是钼(Mo)。钼钛混晶的形成和细微分布的钛锆碳化物确保在不超过约1400℃的温度时良好的强度特性。在本发明的范围内，也可以使用另外的重金属(具有较高核电荷数/原子序数的材料)。

按本发明的解决方案既适合用于具有立式/固定阳极的X射线管，也适合用于具有旋转阳极的X射线管。在旋转阳极中，焦点斑内产生的热量由于阳极的旋转分散在焦点带上。由此通过热过载避免了阳极材料过快熔化。在计算机层析X射线摄影仪中，旋转阳极在几平方毫米的面积上必须吸收多于100kW的功率。每个病人的拍摄周期不超过100秒。

尤其是根据本发明的X射线管中，所述阳极构造为旋转阳极，所述旋转阳极的阳极盘抗扭地固定在转子轴上，其中，阳极构造为热负荷大的旋转阳极，按本发明的解决方案的实现是特别有效的。

在按照本发明的X射线管中有利于补偿运行中出现的切向应力的是，布置在阳极盘中的径向延伸的狭缝。

附图说明

下列根据附图进一步阐述本发明示意性的实施例，但并不限于此。附图中：

图1示出通过X射线管的纵剖面以及

图2示出通过按图1的X射线管的横截面。

具体实施方式

在图1和2中，以1标记X射线管的真空壳体。在所示的实施例中，在真空壳体1中设置旋转阳极2，此旋转阳极2的阳极盘21抗扭地固定在转子轴3上。

此外，在真空壳体1中设置仅在图1中可见的产生电子5的阴极4。电子5朝旋转阳极2加速并且聚焦。在击中旋转阳极2时，聚焦成电子束的电子5在焦点斑6(焦点带)的停留区内在涂在旋转阳极2上的阳极涂层22中产生X射线辐射7。X射线辐射7通过射线出口8离开真空壳体1。

阳极盘21具有径向延伸的狭缝23，由此补偿了运行中由于最大许可温度而出现的切向应力。

按本发明，在旋转阳极2的背面24和真空壳体1的内侧11之间设置至少一个电子护板9，此电子护板9例如由钼或TMZ构成。在按本发明的X射线管的所示结构方案中，具体设置有一个电子护板9。但根据应用情况和设计条件也可能在旋转阳极2的背面24的区域内设置多于一个的电子护板9。

通过在真空壳体1的内部的旋转阳极2的后方设置电子护板4，由于第二和第三级的散射效应，在旋转阳极2后方杂散的电子51(二次或反向散射电子)未击中真空壳体1的内侧11而是击中电子护板9。由此有效地防止在此部位处出现可能导致真空壳体1的熔化的局部过热，。

由于电子护板4的质量和热容量，由杂散的电子51引入的热能首先在电子护板4中吸收，然后导出。因此，在真空壳体1中的旋转阳极2后方不会出现局部过热，从而防止了真空壳体1的该区域内的热损坏并且可靠地保持了超高真空。

对于图1和2中所示的结构方案，电子护板9通过固持部10固定在真空壳体1上。通过该固持部10，存储在电子护板9中的热能导出到真空壳体1中，该真空壳体作为X射线管的一部分布置在附图中未示出的辐射器壳体中并且被冷却介质绕流。因此，确保电子护板9的特别可靠的散热。

电子护板9的优选的材料例如是钼或钼基合金，优选TZM。

虽然通过优选的实施例详细地进一步阐述了本发明，但本发明不受图1和2中所示的实施例的限制。而对于本领域技术人员来说，可以容易推导出按本发明的解决方案的其他变型，只要不偏离本发明的基本构思即可。

Claims (7)

1.一种X射线管，具有真空壳体(1)，在所述真空壳体(1)中安置有阳极(2)和阴极(4)，其中，所述阴极产生电子(5)，所述电子(5)朝着所述阳极(2)加速和聚焦并且在击中所述阳极(2)时在焦点斑(6)的停留区内产生X射线辐射(7)，其特征在于，在所述阳极(2)的背面(24)和所述真空壳体(1)的内侧(11)之间安置有至少一个电子护板(9)。

2.按权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述电子护板(9)通过固持部(10)固定在所述真空壳体(1)上。

3.按权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述电子护板(9)由钼构成。

4.按权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述电子护板(9)由钼基合金构成。

5.按权利要求4所述的X射线管，其特征在于，所述钼基合金是TZM。

6.按权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述阳极(2)构造为旋转阳极，所述旋转阳极的阳极盘(21)抗扭地固定在转子轴(3)上。

7.按权利要求6所述的X射线管，其特征在于，所述阳极盘(21)具有径向延伸的狭缝(23)。