CN107768211A - 热电子发射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热电子发射装置，该热电子发射装置包括：可间接加热的主发射器(1)和至少一个可连接的热发射器(2)，该主发射器(1)被设计为具有主发射面(11)的平面发射器，该热发射器(2)具有热发射面(21)。热发射面(21)相对于主发射面(11)具有可预设距离(4)，主发射面(11)能够被热发射面(21)非对称地加热。在工作状态下，主发射器(1)处于主电势(U1)，并且热发射器(2)处于与主电势(U1)不同的加热电势(U2)。包括这种热电子发射装置的X射线管在相同图像质量的情况下具有更长的使用寿命。

Description

热电子发射装置
技术领域
本发明涉及一种热电子发射装置。
背景技术
此类热电子发射装置例如从DE 10 2009 005 454 B4中是已知的，并且在X射线管中充当阴极。已知的热电子发射装置包括被间接加热的主发射器，该主发射器被实施为具有非结构化主发射面的平面发射器，已知热电子发射装置还具有热发射器，该热发射器被实施为具有结构化热发射面的平面发射器。
非结构化发射面可被理解为表示平坦的、基本均匀的、没有槽或类似凹部的发射面。当发射面被例如槽中断或者具有曲折形导体路径时，将其称为是结构化的。
在从DE 10 2009 005 454 B4已知的热电子发射装置中，主发射器和热发射器各自具有至少两个连接凸耳，其中热发射器在一定程度上被嵌套在主发射器中。主发射面和热发射面基本上彼此平行且居中对准。主发射器的连接凸耳基本上成直角对准到主发射面，并且在横向方向上不会突出到超过主发射面。在该已知热电子发射装置中，通过使用设计简单的装置实现了所能达到的最高焦斑质量，并且还避免了在高热负荷下不期望的电子束扩大或散焦。
在热电子发射装置中所生成的电子束在焦斑处撞击旋转阳极。取决于电子束的焦斑轮廓，在聚焦路径上可产生高达2400℃的表面温度。聚焦路径的这种表面温度增长总是伴随着不期望的旋转阳极使用寿命缩短，因而在极短的时段和随后的冷却阶段内最多只能实现极少的功率增加。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种用于X射线管的热电子发射装置，该热电子发射装置确保/保证X射线管在相同图像质量的情况下具有更长的使用寿命。
根据本发明，上述目的通过如权利要求1所述的热电子发射装置来实现。在任何情况下，本发明的有利实施例均是进一步的权利要求主题。
根据权利要求1所述的热电子发射装置包括：可间接加热的主发射器和至少一个可连接的热发射器，主发射器被设计为具有主发射面的平面发射器，该热发射器具有热发射面，其中热发射面相对于主发射面具有可预设距离，并且主发射面能够被热发射面非对称地加热，并且其中在工作状态下，主发射器处于主电势，热发射器处于与主电势不同的加热电势。
根据本发明的热电子发射装置包括热发射器，该热发射器的热发射面发射电子，并且因而加热被放置在该热发射面上方的主发射器。由此，热发射器充当主发射器的热源。主发射器继而在其主发射面上发射电子，这些电子相当于实际的管电流，并且导致了阳极上的焦斑形状并因此导致成像。
在根据本发明的热电子发射装置中，主发射器的主发射面被热发射器的热发射面非对称地加热。由此，在主发射面中实现了对应的非对称电子发射，这种非对称电子发射聚焦到具有对应形状的电子束上，并且在撞击阳极时形成非对称焦斑。这样，在相同图像质量的情况下，电子束在阳极上可能的最低表面温度方面被优化。由于主发射器所发射的电子的焦斑轮廓得到优化，所以由撞击电子引入到阳极中的热量显著减少。由此，在不降低图像质量的情况下，阳极的使用寿命以及因此X射线管的使用寿命得以相应地增加。
根据热电子发射装置的应用场景或应用领域，在本发明的范围内，如权利要求2至9所述的以下有利实施例可以单独或组合地实现。
根据一个有利实施例，热发射面相对于主发射面非对称地布置(权利要求2)，从而实现主发射面的非对称加热。根据其他同样优选的实施例，热发射面能够相对于主发射面非对称切换(权利要求3)。这两个示例实施例表示基本上等同的变型，这些变型也可以同时实现。因此，在本发明的范围内，热发射器的热发射面和主发射器的主发射面能够相对于彼此非对称地布置，同时热发射面可以相对于主发射面非对称切换。
特别有利的是，热发射器包括至少两个能够单独切换的子热发射器，这些子热发射器具有对应的热发射面(子热发射面)(权利要求4)。通过该实施例，所需的子热发射器可以易于被电连接和电断开，由此可以实现主发射面的可靠非对称加热。
在本发明的范围内，热发射器能够被实现为平面发射器(权利要求5)或线圈发射器(权利要求6)。
在一个特别有利的实施例中，聚焦装置被布置在主发射器与热发射器之间，从而实现主发射面的非对称加热(权利要求7)。由于这种聚焦装置，热发射面所发射的电子被聚焦，并且以非对称方式被导向主发射面的后部，使得主发射面所发射的电子形成非对称焦斑轮廓。因此，这个实施例属于热发射面可以非对称切换的实施例的一种替代方案。
在另一有利实施例中，热发射器能够被至少一个栅格至少部分地阻挡，从而实现主发射面的非对称加热(权利要求8)。同样地，通过该项措施，热发射面发射的电子以非对称方式被导向主发射面的后部，使得主发射面所发射的电子形成焦斑轮廓。因此，这个实施例也属于热发射面可以非对称切换的实施例的一种替代方案。
有利地，为了放大用于成像电子的发射的温度梯度，主发射器不仅在两个窄边上与聚焦头电接触，而且还在两个纵向边之一上与聚焦头电接触(权利要求9)。
根据本发明或本发明的有利实施例(权利要求2至9)的热电子发射装置适于被顺利安装到聚焦头中(权利要求10)。
热电子发射装置(权利要求1至9)或配备有该热电子发射装置的聚焦头(权利要求10)易于被安装在X射线管中(权利要求11至13)。
这种X射线管(权利要求11至13)无需修改即可被安装在X射线发射器的发射器壳体中(权利要求14)。
附图说明
下文将参考附图来更详细描述本发明的五个示意图示的示例实施例，然而本发明并不限于这些实施例。在附图中：
图1示出了根据现有技术的热电子发射装置；
图2示出了热电子发射装置的第一实施例；
图3示出了根据热电子发射装置的第二实施例的发射器的顶视图；
图4示出了热电子发射装置的第三实施例；
图5示出了热电子发射装置的第四实施例；以及
图6示出了热电子发射装置的第五实施例。
具体实施方式
图1(现有技术)和图2(第一示例实施例)中所示的热电子发射装置均包括可间接加热的主发射器1和可连接的热发射器2，该主发射器1具有主发射面11，该热发射器2具有热发射面21。主发射器1和热发射器2二者都被实施为平面发射器。
主发射器1和热发射器2可以一起被布置在聚焦头3中。在这种情况下，主发射器1被以机械方式保持在聚焦头3中，并与聚焦头3以导电方式连接。为此，主发射器1总是在两个窄边处通过电接触件12或13连接到聚焦头3。
与此不同，虽然热发射器2也被以机械方式保持在聚焦头3中，但热发射器2与聚焦头3电绝缘。因此，热发射器2可以独立于主发射器1而被切换。
此外，主发射器1和热发射器2相对于彼此被如下布置，使得热发射面21和主发射面11以可预设距离4基本彼此平行地延伸。
在工作状态下，主发射器1处于主电势U1，并且热发射器2处于与主电势U1不同的加热电势U2。
在图1和图2所示的热电子发射装置中，主发射器1处于主电势U1＝-70kV，热发射器2处于加热电势U2＝-71kV。
在图1所示的热电子发射装置中，主发射器1的主发射面11能够被热发射器2的热发射面21加热。由于热发射面21和主发射面11平行布置并且彼此成直角，所以热发射面21相对于主发射面11被对称布置。
在工作状态下，加热电势U2比主电势U1具有更低的负值(U2<U1)。因此，在正常操作期间，由聚焦头3聚焦在电子束5上的电子被热发射器2发射出去。电子束5撞击主发射器1并将主发射器1加热。主发射器1被电子束5对称地加热。主发射器1从主发射面11发射电子，这些电子聚焦成电子束6，并且朝着阳极8的方向被加速。当电子束6撞击时，以已知方式在阳极8的材料中生成X射线辐射。
如图2所示，在第一示例实施例中，根据本发明，主发射器1的主发射面11能够被热发射器2的热发射面21非对称地加热。因此，热发射面21与主发射面11不对称或不一致。
主发射器1的非对称加热形成了对应的温度梯度，这导致了主发射面11中对应的非对称电子发射。这种非对称电子发射聚焦在具有对应形状的电子束7上，并且在电子束撞击阳极8时形成具有非对称轮廓的焦斑或者形成具有非对称聚焦路径轮廓的聚焦路径。优选地，阳极8被实施为旋转阳极。这样，在相同图像质量的情况下，电子束7在阳极8上可能的最低表面温度方面被优化。由于主发射器1发射的电子的焦斑轮廓被优化，撞击的电子在阳极8中引入的热量得以显著降低。由此，在不降低图像质量的情况下，阳极8的使用寿命以及因此X射线管的使用寿命得以相应地增加。
由于热发射器2的非对称加热而在主发射器1上产生的温度梯度能够被放大，因为主发射器1不仅总是在两个窄边处具有与聚焦头3的电接触件12或13，而且还有利地在两个纵向边之一上通过电接触件14与聚焦头3接触。图3示出了这种示例实施例。
如图2和图3所示，热发射器2可以被实施为平面发射器。然而，在本发明的范围内，热发射器2也可以被实施为线圈发射器，如图4至图6所示。
在图4至图6所示的热电子发射装置的实施例中，为了清楚起见，在每种情况下都没有示出聚焦头3。
图4所示的示例实施例包括具有单个线圈发射器的热发射器2。在撞击主发射器1之前，线圈发射器2发射的电子通过电磁聚焦装置10而被聚焦成电子束5，并且被非对称地偏转到主发射器1的后部上的期望位置。
在图5所示的实施例中，热发射器2由例如三个单独的线圈发射器2a、2b和2c组成，这些线圈发射器可彼此独立地被切换。在撞击主发射器1之前，线圈发射器2a、2b和2c(子热发射器)发射的电子总是依次被聚焦在电子束5a、5b或5c上。由于线圈发射器2a、2b和2c分别可以被可选地连接或断开，所以主发射器1能够在定义的位置处被非对称地加热。
在图6所示的实施例中，热发射器2被设计为一个线圈发射器。可控的栅格11被布置在线圈发射器2与主发射器1之间，该栅格具有三个栅格区域11a、11b和11c，并且能够通过栅格电压而选择性地阻挡。在所示的示例实施例中，电子通过中间栅格区域11b离开栅格11，并且作为聚焦电子束5b而撞击主发射器1。通过栅格区域11a、11b和11c的选择性阻挡，主发射器1能够在定义的位置处被非对称地加热。
在图4至图6所示的实施例中，发射器2(图4、图6)或子发射器2a、2b、2c(图5)被设计为线圈发射器。然而，在本发明的范围内，发射器2或子发射器2a、2b、2c也可以被设计为平面发射器。
从以示例方式示出的根据本发明的热电子发射装置的五个实施例的描述，可以清楚知道，热电子发射装置及其有利实施例适于被顺利安装在聚焦头3中。
热电子发射装置或装配有该热电子发射装置的聚焦头3易于被安装在X射线管中。这种X射线管无需修改即可被安装在X射线发射器的发射器壳体中。
虽然已经基于优选示例实施例详细示出和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的实施例，并且在不脱离本发明的保护范围的情况下，本领域技术人员能够从本文获得其他变型。

Claims (14)

1.一种热电子发射装置，包括：
-可间接加热的主发射器(1)，所述主发射器(1)被设计为具有主发射面(11)的平面发射器，以及
-至少一个可连接的热发射器(2)，所述热发射器(2)具有热发射面(21)，
-所述热发射面(21)相对于所述主发射面(11)具有可预设距离(4)，
-所述主发射面(11)能够被所述热发射面(21)非对称地加热，
-在工作状态下，所述主发射器(1)处于主电势(U1)，并且所述热发射器(2)处于与所述主电势(U1)不同的加热电势(U2)。
2.根据权利要求1所述的热电子发射装置，其中所述热发射面(21)相对于所述主发射面(11)非对称地布置。
3.根据权利要求1或2所述的热电子发射装置，其中所述热发射面(21)能够相对于所述主发射面(11)非对称切换。
4.根据权利要求1所述的热电子发射装置，其中所述热发射器(2)包括至少两个能够单独切换的子热发射器(2a、2b、2c)。
5.根据权利要求1或2所述的热电子发射装置，其中所述热发射器(2)被设计为平面发射器。
6.根据权利要求1或2所述的热电子发射装置，其中所述热发射器(2)被设计为线圈发射器。
7.根据权利要求1所述的热电子发射装置，其中聚焦装置(10)被布置在所述主发射器(1)与所述热发射器(2)之间。
8.根据权利要求1所述的热电子发射装置，其中所述热发射器(2)能够被至少一个栅格(11)至少部分地阻挡。
9.根据权利要求1所述的热电子发射装置，其中所述主发射器(1)还具有在两个纵向边之一上的电接触件(14)。
10.一种聚焦头，具有根据权利要求1至9中任一项所述的热电子发射装置。
11.一种X射线管，包括阳极(8)以及根据权利要求1至9中任一项所述的热电子发射装置。
12.一种X射线管，包括阳极(8)以及根据权利要求10所述的聚焦头(3)。
13.根据权利要求10所述的X射线管，其中所述阳极(8)被实施为旋转阳极。
14.一种具有辐射器壳体的X射线辐射器，在所述辐射器壳体中布置有根据权利要求11至13中任一项所述的X射线管。
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