CN110870037A - 紧凑型电离射线生成源、包括多个源的组件以及用于生产该源的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生成电离辐射并且特别是X射线的源，涉及一种包括多个源的组件，并且涉及一种用于生产该源的方法。所述源包括：真空腔室(12)；阴极，其能够向所述真空腔室(12)中发射电子束(18)，所述电子束(18)在轴线(19)周围发展；以及阳极(76)，其接收所述电子束(18)并且包括靶(20)，所述靶(20)能够从自所述电子束(18)接收的能量生成电离辐射(22)；所述电离辐射(22)是朝向所述真空腔室(12)的外部生成的；所述阳极(76)包括腔穴(80)，所述电子束(18)意在穿透到所述腔穴(80)中以到达所述靶(20)，并且所述腔穴(80)的壁(88、90)形成阻挡寄生离子(91)的法拉第笼，所述寄生离子(91)可以由所述靶(20)发射到所述真空腔室(12)的内部中；并且与所述腔穴(80)的壁(88、19)分开并且意在捕获所述寄生离子(91)的至少一个吸气物(92)放置在所述腔穴(80)中。

Description

紧凑型电离射线生成源、包括多个源的组件以及用于生产该 源的方法

技术领域

本发明涉及一种用于生成电离辐射并且特别是X射线的源，涉及一种包括多个源的组件，并且涉及一种用于生产该源的方法。

背景技术

目前，X射线特别是在成像和放射治疗中具有许多用途。X射线成像得到了广泛的应用，特别是在医学领域、用于执行无损检测的工业中、以及用于检测危险材料或物体的安全领域中。

从X射线产生图像已取得很大进展。最初仅使用光敏膜。后来，出现了数字检测器。这些与软件包相关联的检测器允许借助扫描仪快速重构二维或三维图像。

相反，自1895年伦琴

发现X射线以来，X射线发生器的变化很小。第二次世界大战后出现的同步加速器允许生成强烈且聚焦良好的发射。发射是由于带电粒子的加速或减速引起的，该粒子可选地在磁场中运动。

线性加速器和X射线管实现了轰击靶的加速电子束。由于靶的核的电场而引起的束的减速允许生成韧致辐射X射线。

X射线管通常由在其中产生真空的泡组成。泡由金属结构和通常由氧化铝或玻璃制成的电绝缘体形成。两个电极放置在此泡中。偏置到负电位的阴极电极配备有电子发射器。相对于第一电极偏置到正电位的阳极第二电极与靶相关联。通过两个电极之间的电位差加速的电子会在他们撞击靶时通过减速而产生电离辐射(轫致辐射)的连续谱。金属电极必须具有大尺寸并具有大的曲率半径，以使表面上的电场最小化。

根据X射线管的功率，X射线管可以配备有固定阳极或使得其可以分散热功率的旋转阳极。固定阳极管具有几千瓦的功率，并且特别是用于低功率医学、安全和工业应用中。旋转阳极管可能超过100千瓦，并且主要用于医学领域，用于需要高X射线通量的成像，允许提高对比度。举例来说，工业管的直径在450kV下为约150mm，在220kV下为约100mm，并且在160kV下为约80mm。指示的电压对应于两个电极之间施加的电位差。对于医学旋转阳极管，直径从150到300mm变化，取决于要消耗在阳极上的功率。

因此，已知的X射线管的尺寸仍然大，约为几百毫米。成像系统已经出现了具有越来越快速和高性能的3-D重构软件包的数字检测器，而与此同时，X射线管技术实际上已经保持未变化达一个世纪之久，并且这是对X射线成像系统的主要技术限制。

数个因素是当前X射线管小型化的障碍。

电绝缘体的尺寸必须足够大，以确保针对30kV至300kV的高电压具有良好的电绝缘性。通常用于生产这些绝缘体的烧结氧化铝典型地具有约18MV/m的介电强度。

金属电极的曲率半径不能太小，以使施加到表面的静电电场保持在可接受的极限以下，典型地为25MV/m。在此之上，通过隧穿效应进行的寄生电子的发射变得难以控制，并导致对壁的加热、不期望的X射线的发射和微放电。因此，在高电压下，诸如在X射线管中遇到的电压下，阴极电极的尺寸大，以限制电子的寄生发射。

热离子阴极通常用于常规管中。这类阴极的尺寸及其工作温度(典型地高于1000℃)导致膨胀问题，并导致导电元素(诸如钡)的蒸发。这使得与电介质绝缘体接触的这种类型的阴极的小型化和集成变得困难。

当使用的电介质(氧化铝或玻璃)的表面位于电子束附近时，与库仑相互作用有关的表面电荷效应出现在该电介质(氧化铝或玻璃)的表面上。为了防止电子束和电介质表面之间的接近，或者使用放置在电介质前面的金属屏形成静电屏蔽，或者增大电子束和电介质之间的距离。屏的存在或这种增大的距离也倾向于增大X射线管的尺寸。

形成靶的阳极必须耗散高热功率。这种耗散可以通过传热流体的流动或通过生产大尺寸的旋转阳极来实现。对这种耗散的需求还要求增大X射线管的尺寸。

在新兴的技术解决方案中，文献描述了在X射线管结构中使用基于碳纳米管的冷阴极，但是当前提出的解决方案仍然基于常规X射线管结构，该常规X射线管结构实现了围绕冷阴极的金属维内特(wehnelt)。该韦内特是被升高到高电压的电极，并且在限制电子的寄生发射方面总是受到严格的尺寸约束。

发明内容

本发明的目的是通过提供一种电离辐射源，例如采用高电压三极管或二极管的形式，来减轻所有或某些上述问题，该高电压三极管或二极管的尺寸比常规X射线管的尺寸小得多。电离辐射的产生机理与已知管中实现的机理相似，即用电子束轰击靶子。电子束在阴极和阳极之间加速，在阴极和阳极之间施加例如高于100kV的电位差。对于给定的电位差，本发明允许根据本发明的源的尺寸相对于已知的管显着减小。

为了实现该目的，本发明提供了一种包括真空腔室的电离辐射源，在该真空腔室中，塞子执行多种功能。

更准确地，本发明的一个主题是用于生成电离辐射的源，包括：

真空腔室；

阴极，其能够向所述真空腔室中发射电子束，所述电子束在轴线周围发展(develop)；阳极，其接收所述电子束并且包括靶，所述靶能够从自所述电子束接收的能量生成电离辐射；所述电离辐射是朝向所述真空腔室的外部生成的；所述阳极包括腔穴，所述电子束意在穿透到所述腔穴中以到达所述靶，并且所述腔穴的壁形成阻挡寄生离子的法拉第笼，所述寄生离子可以由所述靶发射到所述真空腔室的内部中，并且与所述腔穴的壁分开并且意在捕获所述寄生离子的至少一个吸气物放置在所述腔穴中。

所述吸气物有利地由与所述腔穴的材料不同的材料制成。

所述源有利地包括围绕所述腔穴的至少一个磁体或电磁体。所述腔穴的壁然后由非磁性材料制成。

所述源有利地包括机械保持器，所述机械保持器保持所述吸气物并且由磁性材料制成。所述机械保持器放置在所述腔穴中，以引导由所述磁体或电磁体生成的磁通量。

所述至少一个磁体或电磁体有利地被布置成使所述寄生离子朝向所述至少一个吸气物偏离。

所述腔穴的壁中的至少一个壁有利地形成所述真空腔室的壁。

所述腔穴的壁有利地与所述轴线同轴地布置。

所述腔穴的壁有利地包括围绕所述轴线的圆柱形部分，所述圆柱形部分在所述靶和环形部分之间延伸，所述环形部分包含孔并封闭所述圆柱形部分。所述电子束经所述部分中的所述孔穿透到所述腔穴中。

有利地，所述源包括由电介质制成并且形成所述真空腔室的壁的机械部件。所述阳极能够密封地固定到所述机械部件。

所述靶可以相对于垂直于所述轴线的平面倾斜。

所述源有利地包括有源磁系统，所述有源磁系统在所述腔穴中生成横向于所述轴线的磁场，并且被配置为改变所述电子束在所述靶上形成的电子斑的形状。

所述腔穴的壁有利地相对于在所述真空腔室的内部中生成的寄生电离辐射形成屏蔽屏。

附图说明

通过阅读以示例方式给出的一个实施例的详细描述，将更好地理解本发明，并且其他优点将变得显而易见，该描述通过附图进行说明，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的X射线生成源的主要元件。

图2示出了图1的源的变体，其允许其他模式的电连接。

图3是图1的源在其阴极周围的局部放大图。

图4a和4b是根据两个变体的图1的源在其阳极周围的局部放大图。

图5以截面图示出了根据本发明的包括多个源的集成模式。

图6a、6b、6c、6d和6e示出了在同一真空腔室中包括多个源的组件的变体。

图7a和7b示出了包括多个源的组件的电连接的多种模式；以及

图8a、8b和8c示出了包括根据本发明的多个源并且能够根据图5和6所示的变体来生产的组件的三个示例。

为了清楚起见，在各个图中，相同的元件被赋予相同的附图标记。

具体实施方式

图1以截面图示出了X射线生成源10。源10包括真空腔室12，在该真空腔室中放置有阴极14和阳极16。阴极14旨在沿阳极16的方向向腔室12中发射电子束18。阳极16包括靶20，该靶20被束18轰击，并且取决于电子束18的能量，发射X射线22。束18是围绕穿过阴极14和阳极16的轴线19生成的。

X射线生成管常规地采用在典型地约1000℃的高温下工作的热电子阴极。这种类型的阴极通常称为热阴极。这种类型的阴极由金属或金属氧化物基质组成，该基质会发射电子通量，该电子通量是由归因于高温的原子振动而引起的。然而，热阴极受到许多缺点的影响，诸如与热过程的时间常数有关的电流对控制的缓慢动态响应，以及诸如需要使用位于阴极和阳极之间并偏置到高电压的格栅来控制电流。这些格栅因此位于非常高的电场区域中，并且他们经受约1000℃的高工作温度。所有这些约束大大地限制了集成方面的选择，并导致了大尺寸的电子枪。

最近，已经开发出采用场发射机制的阴极。这些阴极在室温下工作，并且通常称为冷阴极。它们大部分由带有浮雕结构的导电的平的表面组成，电场集中在该表面上。当尖端处的场足够高时，这些浮雕结构发射电子。浮雕发射器可以由碳纳米管形成。这样的发射器例如在以WO2006/063982A1号公开并且以申请人的名义提交的专利申请中进行了描述。冷阴极没有热阴极的缺点，并且最重要的是紧凑得多。在所示的示例中，阴极14是冷阴极，并且因此通过场效应发射电子束18。用于控制阴极14的装置未在图1中示出。也可以如文献WO2006/063982A1中所述地对阴极进行电或光学控制。

在阴极14和阳极16之间的电位差的作用下，电子束18被加速并撞击靶20，该靶20例如包括膜20a，该膜20a例如由涂覆有薄层20b的金刚石或铍制成，薄层20b由基于高原子序数的材料(诸如，特别是钨或钼)的合金制成。层20b可以具有可变的厚度，该厚度例如取决于束18的电子的能量，包括在1至12μm之间。电子束18的电子(该电子被加速至高速)之间的相互作用，以及薄层20b的材料允许产生X射线22。在所示的示例中，靶20有利地形成真空腔室12的窗口。换句话说，靶20形成真空腔室12的壁的一部分。该布置特别针对以透射方式工作的靶实施。对于这种布置，膜20a由低原子序数的材料形成，诸如金刚石或铍，以使其对X射线22透明。膜20a被配置为与阳极16一起确保腔室12的真空密封性。

替代地，可以将靶20或至少由高原子序数的合金制成的层完全放置在真空腔室12的内部，然后X射线穿过形成真空腔室12的壁的一部分的窗口离开真空腔室12。该布置特别针对以反射方式工作的靶实施。靶于是与窗口独立。X射线产生所在的层可以是厚的。靶可以是固定的，或旋转的以允许在与束18的电子相互作用期间生成的热功率分散。

有利地，放松对阴极电极或维内特的表面处的电场水平的严格约束是可能的。这种约束与电极和电子束传播通过的腔室中存在的真空之间的界面的金属性质有关。具体地，在电极上，金属/真空界面被电介质/真空界面代替，该电介质/真空界面不允许通过隧穿效应进行电子的寄生发射。这样，接受比以金属/真空界面可接受的电场高得多的电场是可能的。初步的内部试验表明，可以在没有电子的寄生发射的情况下获得远高于30MV/m的静态场。该电介质/真空界面可以例如通过代替金属电极而获得，金属电极的外表面受到电场的作用，电极由电介质组成，该电介质的外表面受到电场的作用，并且该电介质的内表面涂有执行静电维内特功能(wehnelt function)的完美附着的导电沉积物。用电介质覆盖受到电场的作用的金属电极的外表面，以用电场高的电介质/真空界面代替已知电极的金属/真空界面也是可能的。特别地，该布置允许增大最大电场，在该最大电场以下，不会发生电子的寄生发射。

允许的电场的增大使X射线源(更一般地说是电离辐射源)得以小型化。

为此目的，源10包括电极24，该电极24放置在阴极14附近并且允许电子束18聚焦。电极24形成维内特。在所谓的冷阴极的情况下，电极24被放置成与阴极接触。冷阴极通过场效应发射电子束。这种类型的阴极例如在以申请人的名义提交的文献WO2006/063982A1中进行了描述。在冷阴极的情况下，将电极24放置成与阴极14接触。机械部件28有利地形成阴极14的保持器。电极24由放置在电介质的凹面26上的连续导电区域形成。电介质的凹面26形成面对阳极16的电极24的凸面。为了执行维内特功能，电极24具有基本上凸形的形状。面26的凹面(concavity)的外部朝向阳极16取向。局部地，在阴极14和电极接触的地方，电极24的凸度可以为零或略微倒置。

在电极24的该凸面上形成高电场。在现有技术中，在电极的该凸面上存在金属-真空界面。因此，在真空腔室的内部的电场的作用下，该界面有可能成为电子发射的场所。去除电极与腔室的真空的该界面，并用电介质/真空界面代替它。电介质由于不包含自由电荷，因此不能成为电子的持续发射的场所。

重要的是防止在电极24和电介质的凹面26之间形成空气填充的或真空的腔穴。具体地，在电极24与电介质之间的不确定的接触的情况下，电场可以在界面处被非常高地放大，并且可以发生电子发射或者可以在该处生成等离子体。因此，源10包括由电介质制成的机械部件28。机械部件28的面之一是凹面26。在这种情况下，电极24由完美附着至凹面26的导体的沉积物组成。可以采用各种技术来产生这种沉积物，诸如特别是物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)，化学气相沉积(CVD)可选地是等离子体增强的(PECVD)。

替代地，在块状(bulk)金属电极的表面上产生电介质的沉积物是可能的。附着至块状金属电极的电介质沉积物再次允许在电极/电介质界面处避免空气填充的或真空的腔穴。将该电介质沉积物选择为承受典型地高于30MV/m的高电场，并具有与块状金属电极的潜在热膨胀相兼容的足够的柔韧性。然而，在将在由电介质制成的块状部件的内部面上实施导体的沉积的相反布置具有其他优点，特别是允许使用机械部件28来执行其他功能的优点。

更精确地，机械部件28可以形成真空腔室12的一部分。真空腔室的该部分甚至可以是真空腔室12的主要部分。在所示的示例中，机械部件28一方面形成阴极14的保持器，并且另一方面，形成阳极16的保持器。部件28确保阳极16和阴极电极24之间的电绝缘。

关于机械部件28的生产，仅使用常规的电介质，诸如例如烧结氧化铝，就可以避免任何金属/真空界面。但是，这种类型的材料的介电强度大约为18MV/m，仍然限制了源10的小型化。为了进一步使源10小型化，选择介电强度高于20MV/m且有利地高于30MV/m的电介质。例如，介电强度的值在包括在20和200℃之间的温度范围内保持在30MV/m以上。复合氮化物陶瓷可以满足该标准。内部试验表明，一种这种性质的陶瓷甚至允许超过60MV/m。

在源10的小型化中，当建立电子束18时，表面电荷可累积在真空腔室12的内部面30上，并且特别是在机械部件28的内部面上。能够排出这些电荷是有用的，并且由于这个原因，内部面30具有在室温下测得的包括在1×10⁹Ω·平方和1×10¹³Ω·平方之间并且典型地在1×10¹¹Ω·平方附近的表面电阻率。可以通过向电介质的表面添加与电介质兼容的导体或半导体来获得这种电阻率。通过半导体，例如在内部面30上沉积硅是可能的。为了获得正确的电阻率范围，例如对于基于氮化物的陶瓷，通过向其添加一些百分比(典型地小于10％)的氮化钛的粉末或诸如碳化硅SiC的半导体来改变其固有特性是可能的，氮化钛以其低电阻率(大约4×10^-3Ω.m)而所知。

将氮化钛分散在电介质的体积中，以便在整个机械部件28的材料中获得均匀的电阻率是可能的。替代地，通过在1500℃以上的温度下进行高温热处理而从内部面30扩散氮化钛来获得电阻率梯度是可能的。

源10包括确保真空腔室12的密封性的塞子32。机械部件28包括腔穴34，阴极14放置在腔穴34中。腔穴34由凹面26界定。塞子32封闭腔穴34。电极24包括沿轴线19隔开的两个端部36和38。第一端部36与阴极14接触并且与其电连续。第二端部38与第一端部相对。机械部件28包括围绕束18的轴线19放置的，具有圆形横截面的内部圆锥形平截头体(interiorconic frustum)40。圆锥形平截头体40位于电极24的第二端部38。圆锥形平截头体随着距阴极14的距离而变宽。塞子32具有与圆锥形平截头体40互补的形状以便被放置在其中。圆锥形平截头体40确保了塞子32在机械部件28中的定位。塞子32可以独立于电极24是否采用放置于电介质的凹面26上的导电区域的形式(如在该实施例中那样)来实现。

有利地，塞子32由与机械部件28相同的电介质制成。这允许在使用源期间限制在机械部件28和塞子32之间的热膨胀差异的潜在影响。

塞子32例如通过在圆锥形平截头体40中并且更一般地在塞子32与机械部件28之间的界面区域中产生的钎焊膜42固定到机械部件28。可以金属化塞子32和机械部件28的期望钎焊的表面，然后通过熔点高于源10使用的最高温度的金属合金来进行钎焊。金属化和钎焊膜42放置成与电极24的端部38电连续。塞子32和机械部件28之间的金属化界面的平截头体形状允许避免对于电极24和延伸电极24的导电区域有过于明显的角度的形状，以便限制对电场的潜在边缘影响。

替代地，可以通过在钎焊合金中加入与塞子32的材料和机械部件28的材料反应的活性元素来避免对表面进行金属化的需要。对于氮化物基陶瓷，钛被集成到钎焊合金中。钛是一种与氮反应的材料，并且允许与陶瓷形成强的化学键。可以使用其他反应性金属，诸如钒、铌或锆。

有利地，钎焊膜42是导电的，并且用于将电极24电连接到源10的电源。借助于钎焊膜42的电极24的电连接可以与其他类型的电极一起实施，特别是覆盖有电介质沉积物的金属电极。为了加强与电极24的连接，可以在钎焊膜42中嵌入金属接触部。该接触部对于连接覆盖有电介质沉积物的块状金属电极是有利的。通过该电接触确保了电极24的电连接。替代地，可以对塞子32的表面43进行部分金属化。表面43位于真空腔室12的端部。表面43的金属化与钎焊膜42进行电接触。可以在表面43的金属化上钎焊可以电连接到源10的电源的接触部。

钎焊膜42延伸电极24的轴对称形状，并且因此有助于电极24的主要功能。当电极24由放置在凹面26上的导电区域形成时，这特别有利。钎焊膜42延伸直接形成电极24的导电区域，而没有远离轴线19延伸的不连续或角边缘。当钎焊膜42导电时，与钎焊膜42相关联的电极24形成用于帮助聚焦电子束18并偏置阴极14的等电位区域。这可以使局部电场最小化，以增加源10的紧凑性。

面26可包含局部凸出的区域，诸如例如在其与圆锥形平截头体40的接合处。实际上，面26至少是部分凹陷的。面26整体上是凹陷的。

在图1中，源10通过高电压源50偏置，该高电压源的负极端子例如通过钎焊膜42的金属化而连接至电极24，并且其正极端子连接至阳极16。这种类型的连接是源10在单极模式下的工作特性，其中阳极16连接到地52。也可以用串联的两个高电压源56和58代替高电压源50，以使源10如图2所示地以双极模式工作。这种类型的操作是有利的，因为它简化了相关联的高电压发生器的生产。例如，在高电压、高频率、脉冲工作模式下，通过将源10处的正和负两个半电压相加来降低绝对电压可能是有利的。因此，高电压源可以包括通过半H桥驱动的输出变压器。

对于诸如图1所示的源10，可以通过将发生器56和58的公共点连接到地52来实现双极工作模式。替代地，还可以保持高电压电源50相对于地52浮置，如图2所示。

通过使两个串联连接的高电压源的公共点保持浮置，可以使用诸如图1中所示的源来实现双极工作模式。替代地，如图2所示，该公共点可以用于使源10的另一个电极偏置。在该变体中，源10包括将机械部件28分成两个部分28a和28b的中间电极54。中间电极54垂直于束18的轴线19延伸并且被束18穿过。电极54的存在允许通过将电极54连接到两个串联连接的高电压源56和58的公共点来实现双极工作模式。在图2中，由两个高电压源56和58形成的组件相对于地52浮置。如图1所示，也可以将源10的电极之一(例如中间电极54)连接到地52。

图3是源10在阴极14的周围的局部放大图。阴极14放置在腔穴34中，邻接倚靠电极24的端部36。保持器60允许阴极14相对于电极24居中。由于电极24关于轴线19是轴对称的，所以阴极14以轴线19为中心，从而允许其沿着轴线19发射电子束18。保持器60包括以轴线19为中心的沉孔(counter bore)61并且阴极14放置在沉孔61中。保持器60在其外围上包括以电极24为中心的环形区域63。弹簧64支承依靠保持器60，以将阴极14保持为邻接倚靠电极24。保持器60由绝缘体制成。弹簧64可以具有允许将控制信号传送到阴极14的电功能。更精确地，阴极14经由面65(称为正面)发射电子束18，该面沿阳极16的方向取向。阴极14通过其背面66，即其与正面65相对的面，而受到电控制。保持器60可包括以轴线19为中心的圆形横截面的孔67。孔67可被金属化，从而将弹簧64和阴极14的背面66电连接。塞子32可以允许用于控制阴极14的装置通过从其穿过的金属化过孔68和牢固地固定到塞子32的接触部69电连接。接触部69沿轴线19支承倚靠弹簧64，以使阴极14保持邻接倚靠电极24。接触部69确保过孔68和弹簧64之间的电连续性。

塞子32的位于真空腔室12的外部上的该表面43可以被金属化成两个独立的区域：以轴线19为中心的区域43a和围绕轴线19的外围环形区域43b。金属化区域43a与金属化过孔68电连续。金属化区域43b与钎焊膜42电连续。中心接触部70支承倚靠区域43a，并且外围接触部71支承倚靠区域43b。两个接触部70和71形成同轴连接器，该同轴连接器通过金属化区域43a和43b以及通过金属化过孔68和钎焊膜42电连接阴极14和电极24。

阴极14可以包括可独立访问的多个独立的发射区域。背面66于是具有多个独立的电接触区域。保持器60和弹簧64被相应地修改。类似于接触部69的多个接触部和类似于过孔68的多个金属化过孔允许背面66的各个区域被连接。塞子32的表面43、接触部69和弹簧64被相应地分隔，以便在其中提供多个与区域43a类似，并且与每个金属化过孔电连续的区域。

可以在阴极14和塞子32之间的腔穴34中放置至少一个吸气物35，以捕获易于降低腔室12中的真空的质量的任何颗粒。吸气物35通常通过化学吸附起作用。可以采用基于锆或钛的合金来捕获由围绕腔穴34的源10的各个组件发出的任何颗粒。在所示的示例中，吸气物35固定到塞子32。吸气物35由堆叠并环绕接触部69的环形圆盘组成。

图4a示出了电离辐射的变体源75，在该源中，上述阳极16被阳极76代替。图4a是源75在阳极76周围的局部放大图。就像阳极16一样，阳极76包括被束18轰击并发射X射线22的靶20。与阳极16不同，阳极76包括腔穴80，电子束18穿透该腔穴80以到达靶20。更精确地，电子束18经由支承薄层20b的其内部面84撞击靶20，并经由其外部面86发射X射线22。在所示的示例中，腔穴80的壁具有绕轴线19的圆柱形部分88，圆柱形部分88在两个端部88a和88b之间延伸。端部88a与靶20接触，并且端部88b更靠近阴极14。腔穴80的壁还具有环形部分90，该环形部分90包含孔89并且在端部88b处封闭圆柱形部分。电子束18经由部分90中的孔89穿透到腔穴80中。

在电子束18轰击靶20期间，靶20的温度的升高可能导致分子从靶2脱气，其在X射线22的作用下被电离。如果出现在靶20的内部面84处的离子91在位于阳极和阴极之间的加速电场中迁移，则该离子91可能损坏阴极。有利地，腔穴80的壁可用于捕获离子91。为此，腔穴80的壁88和90是电导体，并且相对于可能由靶20发射到真空腔室12的内部的寄生离子形成法拉第笼。可能由靶20发射到真空腔室12的内部的离子91在很大程度上被捕获在腔穴80中。仅部分90的孔89允许这些离子从腔穴80中离开，并且然后可能被朝向阴极14加速。为了更好地将离子捕获在腔穴80中，将至少一个吸气物92放置在腔穴80中。吸气物92与腔穴80的壁88和90独立。吸气物92是放置于腔穴80中的特定组件。就像吸气物35一样，吸气物92通常通过化学吸附起作用。基于锆或钛的合金可用于捕获发射的离子91。

除了捕获离子之外，腔穴80的壁可以相对于在真空腔室12的内部生成的寄生电离辐射82形成屏蔽屏，并且可选地相对于在阴极14和阳极76之间生成的电场形成静电屏蔽。X射线22形成由源75发射的有用发射。然而，寄生X射线可经由内部面84从靶20离开。这种寄生发射既无用，也不合乎需要。常规地，阻挡这种类型的寄生辐射的屏蔽屏被放置在X射线发生器周围。然而，这种类型的实施方式具有缺点。具体而言，屏蔽屏距离X射线源越远，即他们距靶越远，则屏的面积必然越大，这是由于它们的距离。本发明的这个方面提出将这种屏尽可能地靠近寄生源放置，从而允许它们被小型化。

阳极76，并且特别是腔穴80的壁有利地由高原子序数的材料制成，诸如例如由基于钨或钼的合金制成，以便阻止寄生发射82。钨或钼对于捕获寄生离子几乎没有影响。与腔穴80的壁独立地生产吸气物92允许自由选择其材料，以确保由吸气物92执行的捕获寄生离子的功能和对由腔穴80的壁执行的对寄生发射92的屏蔽功能两者都尽可能好地执行而在它们之间没有折衷。为此原因，吸气物92和腔穴80的壁由不同的材料制成，每种材料都适合于赋予它的功能。相对于腔穴34的壁，吸气物35也是如此。

腔穴80的壁在靶20附近环绕电子束18。

有利地，腔穴80的壁形成真空腔室12的一部分。

有利地，腔穴80的壁与轴线19同轴地布置，从而围绕轴线19径向地以恒定距离定位，并且因此尽可能靠近寄生辐射。在端部88a处，圆柱形部分88可以部分地或完全地环绕靶20，从而防止任何寄生X射线相对于轴线19从靶20径向逸出。

因此，阳极76执行几种功能：其电功能；阻挡可能由靶20发射到真空腔室12的内部中的寄生离子的法拉第笼功能；屏蔽寄生X射线的功能；并且还有，真空腔室12的壁的功能。通过利用单个机械部件(在这种情况下为阳极76)执行数种功能，增加了源75的紧凑性并且降低了其重量。

此外，可以在腔穴80周围放置至少一个磁体或电磁体94，以使电子束18聚焦在靶20上。有利地，磁体或电磁体94也可以被布置为使寄生离子91朝向一个或多个吸气物92偏离，以防止这些寄生离子经由部分90中的孔89从腔穴离开，或者至少使他们相对于穿过阴极14的轴线19偏离，使它们朝着一个或多个吸气物92流动。为此，磁体或电磁体94生成沿轴线19取向的磁场B。在图4a中，朝向吸气物92偏离的离子91遵循路径91a，并且离开腔穴80的离子遵循路径91b。

用于捕获可以由靶20发射的寄生离子91的手段有多种：由腔穴80的壁形成的法拉第笼，腔穴80中吸气物92的存在和用于偏离寄生离子的磁体或电磁体94的存在。这些手段可以独立地实现，或者附加于屏蔽寄生X射线的功能和真空腔室12的壁的功能而实现。

阳极76有利地采取关于轴线19轴对称的一件式机械部件的形式。腔穴80形成阳极76的中央管状部分。磁体或电磁体94围绕腔穴80在环形空间95中放置，环形空间95有利地位于真空腔室12的外部。为了确保磁体或电磁体94的磁通量影响电子束18和由靶20脱气到腔室12的内部的离子，腔室80的壁由无磁性材料制成。更一般地，整个阳极76由相同的材料制成，并且例如被机加工。

吸气物92位于腔穴80中，并且磁体或电磁体94位于腔穴的外部。有利地，吸气物92的机械保持器97保持吸气物92并且由磁性材料制成。保持器97被放置在腔穴中，以便引导由磁体或电磁体94生成的磁通量。在电磁体94的情况下，其可以围绕磁路99形成。保持器97有利地被放置在磁路99的延伸部中。使用机械保持器97执行两个功能(保持吸气物92和引导磁通量)的事实允许进一步减小阳极76的尺寸，并因此进一步减小源75的尺寸。

在环形空间95的外围上，阳极包括支承倚靠机械部件28的区域96。该支承区域96例如采取垂直于轴线19延伸的扁平环的形式。

在图4a中，定义了正交坐标系X、Y、Z。Z是轴线19的方向。沿着Z轴的场Bz允许电子束18聚焦在靶20上。靶20上的电子斑18a的尺寸在XY平面中的靶20附近示出。电子斑18a是圆形的。还在XY平面中的靶20附近示出了由靶20发射的X射线斑22a的尺寸。由于靶20垂直于轴线19，因此X射线斑22a也是圆形的。

图4b示出了阳极76的变体，其中靶21相对于垂直于轴线19的XY平面倾斜。该倾斜允许靶20的被电子束18轰击的区域扩大。通过扩大该区域，可以更好地分布由于与电子的相互作用而引起的靶20的温度的上升。当使用源75进行成像时，如在图4a的变体中那样，保持尽可能点状或至少圆形的X射线斑22a是有用的。为了用倾斜的靶21保持该斑22a，修改XY平面中的电子斑的形状是有用的。在图4b的变体中，电子斑已经用参考标记18b来标记，并且在其XY平面中的靶21附近被示出。该斑有利地为椭圆形。可以使用以与对斑18b所期望的形状类似的形状分布在阴极的平面中的阴极发射区域来获得这种斑形状。替代地或附加地，可以借助沿Y轴取向并且例如由具有绕组98的四极磁体生成的磁场By来改变电子束18的横截面的形状，该绕组也位于环形空间95中。四极磁体形成有源磁系统，该有源磁系统生成横向于轴线19的磁场，容许获得对电子斑18b期望的形状。例如，对于相对于X方向倾斜的靶，电子束18在X方向上展开并在Y方向上集中，以保持圆形的X射线斑22a。有源磁体系统也可以被驱动以便获得其他电子斑形状以及可选地其他X射线斑形状。当靶21倾斜时，有源磁系统是特别有利的。有源磁系统也可以与垂直于轴线19的靶20一起使用。

不管电极24是否采用放置于电介质的凹面26上的导电区域的形式，并且不管是否采用塞子32，都可以实现阳极16和76的每个变体。

在图1至图4所示的变体中，所有组件可以通过其每一个沿同一轴线(在当前情况下为轴线19)的平移而组装在一起。这允许通过自动化其制造来简化根据本发明的光源的生产。

更精确地，由电介质制成并且在其上已经产生了各种金属化(特别是形成电极24的金属化)的机械部件28形成整体式保持器。可以在该保持器的一侧上组装阴极14和塞子32。在该保持器的另一侧上，可以组装阳极16或76。可以通过超高真空钎焊将阳极16或17以及塞子32固定到机械部件上。靶20或21还可以通过沿轴线19的平移而与阳极76组装在一起。

图5示出了安装在同一保持器100中的两个相同的源75。可以使用这种类型的安装来安装两个以上的源。该示例也适用于源10。诸如图1和图2所示的源10也可以安装在保持器100中。不论源的数量如何，保持器100和补充部分的描述仍然有效。机械部件28的在真空腔室12的外部的表面有利地包括两个平截头体形状102和104，平截头体形状102和104围绕轴线19延伸。形状102是朝着阳极16张开的外部圆锥形平截头体。形状104是从阴极14并且更确切地说从塞子32的外部面43张开的内部圆锥形平截头体。两个圆锥形平截头体102和104在同样以轴线19为中心的冠部106上相遇。冠部106形成圆锥形平截头体102的最小直径和圆锥形平截头体104的最大直径。冠部106例如是环面(torus)的一部分的形状，从而允许两个圆锥形平截头体102和104无尖边缘地连接。机械部件28的外表面的形状便于将源75放置在保持器100中，该保持器100具有也包括两个平截头体形状108和110的互补的表面。保持器100的圆锥形平截头体108与机械部件28的圆锥形平截头体104互补。同样，保持器100的圆锥形平截头体110与机械部件28的圆锥形平截头体104互补。保持器100具有与机械部件28的冠部106互补的冠部112。

为了防止在保持器100与机械部件28之间的高电压界面处形成任何空气填充的腔穴，在保持器100与机械部件28之间，并且更准确地说是在互补的圆锥形平截头体和冠部之间，放置例如基于硅树脂的柔软密封件114。有利地，保持器100的圆锥形平截头体108在顶点处的角比机械部件28的圆锥形平截头体102在顶点处的角更张开。类似地，保持器100的圆锥形平截头体110在顶点处的角比机械部件28的圆锥形平截头体104在顶点处的角张开更大。圆锥形平截头体之间在顶点处的角度值的差可以小于1度，并且例如约0.5度。因此，当将源75安装在其保持器100中时，并且更确切地说，当密封件114压在保持器100与机械部件28之间时，空气可能从冠部106和112之间的界面一方面沿阳极16的方向朝向两个圆锥形平截头体102和108张开更大的部分逸出，并且另一方面沿阴极14的方向(并且更确切地说，沿塞子32方向)朝向两个圆锥形平截头体104和110的较窄的部分逸出。位于两个圆锥形平截头体102和108之间的空气逸出到周围环境，并且位于两个圆锥形平截头体104和110之间的空气逸出到塞子32。为了防止捕获的空气受到高电场的影响，源75及其保持器100被配置成使得位于两个圆锥形平截头体104和110之间的空气逸入由两个接触部70和71形成并向阴极14供电的同轴链接的内部。为此，确保电极24的供电的外部接触部71通过允许接触部71和塞子32之间的功能游隙的弹簧116与金属化区域43b接触。此外，塞子32可以包括将两个金属化区域43a和43b分开的环形凹槽118。因此，从圆锥形平截头体104和110之间逸出的空气穿过接触部71和塞子32之间的功能游隙(functional play)，到达位于接触部70和71之间的腔穴120。保护该腔穴120免受高电场的影响，因为其位于同轴接触部71的内部。换句话说，将腔穴120从源10的主电场，即归因于阳极16和阴极电极24之间的电位差的电场，屏蔽。

在安装了配备有其阴极14和其阳极76的机械部件28之后，封闭板130可以将配备有其阴极14和其阳极76的机械部件28保持在保持器100中。板130可以由导电材料制成或包括金属化面，以确保阳极76的电连接。板130可以使阳极76冷却。这种冷却可以通过阳极76与例如阳极76的腔穴80的圆柱形部分88之间的接触的传导来实现。为了加强这种冷却，可以在板130中设置通道132，并且通道132环绕圆柱形部分88。传热流体流经通道132，以冷却阳极76。

在图5中，源75全部具有独立的机械部件28。图6a示出了多源组件150的变体，其中多个源75(在所示示例中为四个)所共有的机械部件152执行机械部件28的所有功能。真空腔室153是各个源75是共用的。保持器152有利地由电介质制成，在电介质中，对于这些源75中的每个源，产生凹面26。对于每个源，将电极24(未示出)放置在对应的凹面26上。为了不使图过载，未示出各个源75的阴极14。

在图6a的变体中，所有源75的阳极有利地是共用的，并且一起被给以附图标记154。为了便于其生产，阳极包括与机械部件152接触并钻有4个孔158的板156，每个孔158都允许由源75的阴极中的每一个生成的电子束18通过。对于每一个源75，板156执行上述部分90的功能。由其壁88和靶20界定的腔穴80放置在每个孔口158上方。替代地，可以保留独立的阳极，从而允许断开它们的电连接。

图6b示出了多源组件160的另一变体，其中机械部件162也是多个源共用的，该多个源各自的阴极14在穿过每个阴极14的轴线164上对准。轴线164垂直于这些源中的每个的轴线19。允许由各个阴极14发射的电子束聚焦的电极166是所有阴极14共用的。图6b的变体允许将两个相邻源分开的距离进一步减小。

在所示的示例中，机械部件162由电介质制成并且包括放置在各个阴极14附近的凹面168。电极166由放置在凹面168上的导电区域形成。电极166执行上述电极24的所有功能。

替代地，多个源共用的电极可以采取不与电介质相关联的金属电极的形式，即具有金属/真空界面。同样，阴极可以是热电子的。在该实施例中，公共金属电极形成各个源的各个阴极的保持器。由于该电极尺寸大，所以将其连接到多源组件的发生器的地是有利的。然后将一个或多个阳极连接到发生器的一个或多个正电位。

多源组件160可包括所有源共用的塞子170。塞子170可以执行上述塞子32的所有功能。塞子170可以特别地借助于用于电连接电极166的导电钎焊膜172而固定到机械部件162。

如在图6a的变体中那样，多源组件160可以包括各个源共用的阳极174。阳极174类似于图6a的变体的阳极154。阳极174包括板176，板176执行参照图6a描述的板156的所有功能。为了避免图6b过度充电，对于阳极174，仅示出了板176。

在图6b中，轴线164是直线的。也可以将阴极放置在弯曲的轴线上，诸如例如图6c所示的圆弧，从而允许所有源的X射线22聚焦在位于圆弧中心的点上。其他形状的弯曲轴线，特别是抛物线形状的弯曲轴线，也允许X射线聚焦在点上。弯曲轴线保持局部垂直于每个轴线19，每个源的电子束是围绕每个轴线19生成的。

阴极14在轴线上的布置允许获得沿一个方向分布的源。还可以生产其中阴极沿多个并发轴线(concurrent axes)分布的多源组件。例如，可以沿着多个弯曲轴线放置源，每个弯曲轴线位于一个平面中，这些平面是割线的。举例来说，如图6d所示，例如可以规定分布在旋转抛物面184之上的多个轴线180和182。这允许所有源的X射线22聚焦于抛物面的焦点上。在图6e中，多源组件的各个阴极14分布所沿着的各个轴线190、192和194彼此平行。

图7a和7b示出了图6a所示组件的电源的两个实施例。图7a和7b是在通过各个源75的多个轴线19的平面中切开的横截面。图7a中示出了两个源，并且图7b中示出了三个源。当然，无论源的编号是75还是可选地是10，多源组件150的描述都是有效的。

在这两个实施例中，阳极114对于组件150的所有源75是公共的，并且它们的电位是相同的，例如与地52的电位是相同的。在两个实施例中，每个源10可以被独立驱动。在图7a中，两个高电压源V1和V2独立地为每个源10的电极24供电。机械部件152的绝缘性质允许分开两个高电压源V1和V2，其例如可以是在两个不同能量处脉冲处产生的。同样，分开的电流源I1和I2每个都允许控制各个阴极14之一。

在图7b的实施例中，所有源75的电极24例如通过在机械部件152上产生的金属化而连接在一起。高电压源V _Commun为所有电极24供电。仍然通过独立的电流源I1和I2控制各个阴极14。参照图7b描述的多源组件的电源非常适合于参照图6b、6d和6e描述的变体。

图8a、8b和8c示出了用于生成电离辐射的组件的多个示例，每个组件包括多个源10或75。在这些各个示例中，诸如参照图5所描述的保持器是所有源10共用的。高电压连接器140允许向各个源10供电。驱动器连接器142允许每个组件被连接到驱动模块(未示出)，该驱动模块被配置为以预设顺序切换这些源10中的每一个。

在图8a中，保持器144具有圆弧形状，并且各个源10在圆弧形状上对准。这种类型的布置例如在医学扫描仪中有用，以避免必须在患者周围移动X射线源。各个源10各自依次发射X射线。扫描仪还包括辐射检测器和模块，该模块允许根据由检测器捕获的信息来重构三维图像。为了不使图形过载，未示出检测器和重构模型。在图8b中，保持器146和源10在直线段上对准。在图8c中，保持器148具有板形形状，并且源在两个方向上分布在保持器148之上。对于图8a和8b所示的用于生成电离辐射的组件，图6b的变体是特别有利的。该变体允许减小各个源之间的间距。

Claims (12)

1.用于生成电离辐射的源，包括：

真空腔室(12)；

阴极(14)，其能够向所述真空腔室(12)中发射电子束(18)，所述电子束(18)在轴线(19)周围发展；以及

阳极(76)，其接收所述电子束(18)并且包括靶(20；21)，所述靶(20；21)能够从自所述电子束(18)接收的能量生成电离辐射(22)；所述电离辐射(22)是朝向所述真空腔室(12)的外部生成的，

其特征在于，所述阳极(76)包括腔穴(80)，所述电子束(18)意在穿透到所述腔穴(80)中以到达所述靶(20)，并且其特征在于，所述腔穴(80)的壁(88、90)形成阻挡寄生离子(91)的法拉第笼，所述寄生离子(91)能够由所述靶(20)发射到所述真空腔室(12)的内部中，并且其特征在于，与所述腔穴(80)的壁(88、19)分开并且意在捕获所述寄生离子(91)的至少一个吸气物(92)放置在所述腔穴(80)中。

2.根据权利要求1所述的源，其特征在于，所述吸气物(92)由与所述腔穴(80)的材料不同的材料制成。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的源，其特征在于，所述源包括围绕所述腔穴(80)的至少一个磁体或电磁体(94)，并且其特征在于，所述腔穴(80)的壁由非磁性材料制成。

4.根据权利要求2和3所述的源，其特征在于，所述源包括机械保持器(97)，所述机械保持器(97)保持所述吸气物(92)并且由磁性材料制成，并且其特征在于，所述机械保持器(97)放置在所述腔穴(80)中，以引导由所述磁体或电磁体(94)生成的磁通量。

5.根据权利要求2和3或权利要求4所述的源，其特征在于，所述至少一个磁体或电磁体(94)被布置成使所述寄生离子朝向所述至少一个吸气物(92)偏离。

6.根据前述权利要求中的一项所述的源，其特征在于，所述腔穴(80)的壁(88)中的至少一个壁形成所述真空腔室(12)的壁。

7.根据前述权利要求中的一项所述的源，其特征在于，所述腔穴(80)的壁(88、90)与所述轴线(19)同轴地布置。

8.根据前述权利要求中的一项所述的源，其特征在于，所述腔穴(80)的壁包括围绕所述轴线(19)的圆柱形部分(88)，所述圆柱形部分(88)在所述靶(20)和环形部分(90)之间延伸，所述环形部分(90)包含孔(89)并封闭所述圆柱形部分(88)，并且其特征在于，所述电子束(18)经所述部分(90)中的所述孔(89)穿透到所述腔穴(80)中。

9.根据前述权利要求中的一项所述的源，其特征在于，所述源包括由电介质制成并且形成所述真空腔室(12)的壁的机械部件(28)，并且其特征在于，所述阳极(76)能够密封地固定到所述机械部件(28)。

10.根据前述权利要求中的一项所述的源，其特征在于，所述靶(21)相对于垂直于所述轴线(19)的平面倾斜。

11.根据前述权利要求中的一项所述的源，其特征在于，所述源包括有源磁系统(98)，所述有源磁系统(98)在所述腔穴(80)中生成横向于所述轴线(19)的磁场(By)，并且被配置为改变所述电子束(18)在所述靶(20；21)上形成的电子斑(18)的形状。

12.根据前述权利要求中的一项所述的源，其特征在于，所述腔穴(80)的壁(88、90)相对于在所述真空腔室(12)的内部中生成的寄生电离辐射(82)形成屏蔽屏。

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