CN111448637A

CN111448637A - Mbfex管

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Publication number: CN111448637A
Application number: CN201880060881.2A
Authority: CN
Inventors: J·林格尔; 高波; H·加法里
Original assignee: Siting Co ltd
Current assignee: Siting Co ltd
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-07-24
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: EP3685420A1; EP3685420C0; WO2019057338A1; JP2020533767A; EP3685420B1; US20200312601A1; JP7015383B2; DE102017008810A1; US11183357B2; CN111448637B; ES2957611T3

Abstract

本发明涉及一种用于x射线装置的MBFEX管(1)，所述MBFEX管(1)包括在真空管(20)中设计为冷却剂指并牢固地固定在所述管中的阳极(30)，所述MBFEX管(1)还包括多个牢固地布置的阴极(40、41、42)。所述真空管(20)包括多个阴极供给管线(50)和不超过两个高压套管(51、52)，在高压套管(52)中，冷却剂管道(31)包括安装在套管内侧的冷却剂内管(32)。提供所述冷却剂管(31)和所述冷却剂内管(32)，以用液体冷却剂冷却所述阳极(30)，提供所述阴极(40、41、42)用于电子的场发射，且所述阴极分别布置在所述阳极(30)上以产生x射线源(Q)。

Description

MBFEX管

本发明涉及一种用于x射线装置的MBFEX管(MBFEX＝多束场发射X射线)，所述MBFEX管也被称为多焦点场发射x射线管。

例如，此类x射线管从以下论文：Yang Lu、Hengyong Yu、Guohua Cao、Jun Zhao、GeWang、Otto Zhou在2010年《医学物理学》第37卷、第3773至3781页以及从US 7 751 528 B2中获知，其中阴极含有用于电子的场发射的碳纳米管。提供前述文献中描述的MBFEX管用于计算机断层扫描，其中代替旋转x射线发射极，对呈固定布置的各个x射线发射极进行顺序电切换。

关于包括纳米柱、特别是碳纳米管的电子发射极，例如，参考文献WO 2018/086737A1和WO 2018/086744 A2。

在US 7 751 528 B2中描述的各种MBFEX管包括呈固定布置的x射线发射极，在所述x射线发射极中，在每种情况下阴极与阳极相关联。因此，总体上存在多个阴极和相对应的多个阳极。当阳极处于高直流电压电势时，阴极将被单独驱动。

因此，本发明的目的是提供一种与现有技术相比在生产技术上更易于生产且在技术设计上更紧凑的MBFEX管。

这一目的根据本发明通过具有权利要求1所述的特征的所提出的MBFEX管来实现。此外，所述目的通过根据权利要求27所述的多个MBFEX管的布置来实现。MBFEX管可以根据权利要求28生产并根据权利要求30操作。

提供所提出的用于x射线装置的MBFEX管，并且所述MBFEX管包括在真空管中牢固地布置于其中并设计为冷却指的阳极以及牢固地布置成行的多个阴极。真空管又包括多个阴极供给管线和不超过两个高压套管。在此，在高压套管中布置有冷却剂管道，在所述冷却剂管道中布置有另外的管道，即冷却剂内管道。在此，外管道或内管道可以用作冷却剂供给管道，其中相应的另一个管道设置为冷却剂排放管道。

提供冷却剂供给管道和冷却剂排放管道以用液体冷却剂冷却阳极。提供阴极用于电子的场发射，且在每种情况下，所述阴极相对于阴极的主要电子发射方向朝向公共阳极定向以用于产生x射线源。阳极上的x射线源发射x射线束，每个x射线束具有主x射线发射方向。x射线源优选地以行布置布置在阳极上。

为解决根据现有技术的与MBFEX管相关联的冷却阳极的问题，本发明的第一基本发明构思是将所提出的MBFEX管本身的阳极设计为呈冷却指形式的冷却装置。为此，在所提出的MBFEX管中，阳极设计为中空的，其中中空空间具有双壳设计，以便既能供给冷却剂又能排放冷却剂。例如，内管道是冷却剂供给管道，并且同心地围绕内管道的外管道是冷却剂排放管道。

包括冷却剂管道的阳极的一端封闭。在细长阳极的这一端，在冷却剂供给管道与冷却剂排放管道之间形成过渡。合适的液体冷却剂包括低粘度硅油，特别是沸点高于450℃的硅油。以“Shell Diala”商标市售的绝缘油也可用作冷却阳极的冷却剂。

阳极设计为冷却指虽然是特别有利的紧凑型设计，但是仍具有以下缺点：冷却剂排放管道和冷却剂供给管道都可以通过穿过真空管的通道在阳极两端中的一端处连接至冷却剂循环装置。

阳极包括例如钼和/或钨，并且可选地包括适合于在外表面上发射x射线的涂层。根据有利的改进，阳极的相对于细长基础形式倾斜的表面区段由阳极的突出部形成。在此，各个突出部相对于阳极的细长基体具有不同的倾斜角度。通过这种方式，可以以特别高的效率将入射电子在各个突出部上产生的x射线辐射定向到包括MBFEX管的x射线设备的等中心方向上。也可以在阳极中将所提及的表面区段接地来实现这种结果。阳极涂层可以位于阳极的整个表面上，或可以仅位于表面的区段上，即位于突出部上或接地区段中。

x射线管的阳极优选地设计为非旋转阳极。为了进一步改善冷却，原则上还可以提供阳极围绕其自身的轴的旋转。

可以使用关于与外部大气的密封的简单生产技术，通过用于x射线装置的真空管来生产小套管。所提出的MBFEX管的阴极供给管线被提供为阴极与通常几kV，尤其高达4kV量值的电压的连接，并被设计为例如导线供给管线。例如，如果真空管由玻璃制成，则呈导线形式的阴极供给管线可以简单地熔化到真空管中，其中此类套管具有较高且持久的抗渗性。

另一方面，例如用于高压电连接或用于真空管中的管道的较大套管需要精心密封。因此，避免在真空管上大量使用这种较大套管是有利的。根据第二基本发明构思，在所提出的MBFEX管中实现这一点，因为冷却剂排放管道与冷却剂供给管道一起穿过高压套管。提供高压套管用于阳极至高压的连接。在每种情况下，阳极至高压的连接优选地在所述阳极上的一端进行。

在阴极与阳极之间，聚焦电极以固定布置布置在真空管中，所述真空管可以例如经由阴极供给管线中的供电线连接至电压。聚焦电极位于与阴极间隔小距离的引出栅与阳极之间的空间中。

可以通过激光加工特别精确地制造引出栅的结构。具体来说，皮秒或飞秒激光器特别适合于构造引出栅。精确地制造引出栅的必要前提是确保阴极以平面模式发射的电子以高传输率到达阳极。在MBFEX管的操作期间，包括电子栅的电子源尤其暴露于热应力。为了最大程度地减小由于这些应力引起的引出栅的变形，优选地实施引出栅的特殊设计。

引出栅原则上具有适合于相关联电子源，即阴极的形式的基础形式，特别是矩形的基础形式。此矩形的长边由引出栅的所谓边缘条形成。两个边缘条彼此连接以通过横向于所述边缘条延伸的栅条形成单件。对于热致变形的吸收，栅条与边缘条之间的过渡区尤为重要。已经发现，栅条与边缘条之间的弯曲过渡尤为有利。在此，栅条两端处的曲率优选地在相反方向上定向。例如，如果在引出栅的俯视图中，栅条的一端在栅条过渡至边缘条的过程中向上弯曲，则栅条的另一端在过渡至相对的边缘条的过程中向下弯曲。因此，栅条各自具有细长S形式，其中各个栅条之间的间隔在栅条的整个长度上至少近似恒定。每个栅条在此与边缘条围成非直角。代替栅条的细长S形式，所述栅条也可以具有适合于长度补偿的另一种形式。例如，在尤其靠近至边缘条的过渡区的每个栅条中，可以集成弓形的，尤其是半圆形的弯曲区段。也可以设计优选地圆形形状的具有简单或Z形角度的栅条的区段。在所有情况下，相邻栅条之间的间隔优选地在栅条的整个长度上是恒定的。

不仅在MBFEX管的冷态而且还在根据预定用途操作的过程中，引出栅的每个点与电子发射极之间的间隔是恒定的且具有很好的近似性。除了引出栅之外，聚焦装置的部件还可以通过脉冲激光辐射进行精确加工。像聚焦部件一样，引出栅也可以由例如钢，尤其是不锈钢制成。

可以在阳极上的x射线源处产生的x射线束各自具有所发射x射线辐射强度最大的方向，所述方向对应于相应主x射线发射方向。在不同于球形束源的所有x射线源中存在这样的主x射线发射方向。由x射线检测器获取的x射线束的几何形状不仅取决于电子束的聚焦，而且还取决于x射线辐射的准直。在此，可以在真空管中将x射线窗口设计为准直仪装置和/或可以将准直仪附接在真空管上的x射线窗口的前面。

借助于MBFEX管，可以产生例如扇形的x射线束(扇形束)和/或锥形的x射线束(锥形束)。在阳极上形成的x射线源中的每个单独x射线源可以例如大致呈点形、平面形或线形。在x射线设备、特别是断层扫描设备的等中心的x射线辐射的横截面轮廓不仅取决于x射线源的形式，而且尤其取决于x射线辐射的准直。

在所提出的MBFEX管中，阴极优选地以固定布置成行布置，其方式使得在与阳极上的聚焦电极配合的情况下，也产生x射线源的成行布置。提供阴极用于顺序电致动。在计算机断层摄影装置中，可以使用所提出的MBFEX管代替旋转的x射线源。

下文讨论所提出的MBFEX管的各个有利的发展。

在MBFEX管的优选实施方案中，高压套管和阴极供给管线成行布置并与真空管上的阳极相对。这意味着：从MBFEX管的横截面看，一方面阴极供给管线和高压套管，以及另一方面阳极在直径上彼此相对。通过这种布置，高压套管和阴极供给管线仅暴露于最小的二次电子或离子辐射。特别有利的是，这种布置还能实现容易地将所提出的MBFEX管安装在x射线装置中，例如安装在计算机断层摄影装置的机架中。

在所提出的MBFEX管的优选设计中，所述MBFEX管的阴极包括碳纳米管。碳纳米管的极高导电率和导热率可实现高电流传导能力，而不会在各个碳纳米管自身产生大量热量。对于电子的场发射，碳纳米管具有低于2V/m的低场强阈值。可以更进一步降低用于电子发射的包括碳纳米管的阴极中的场强阈值，因为碳纳米管在垂直的优先方向上布置在阴极表面上。由于单壁碳纳米管表示半导体，且由于多壁碳纳米管表示金属导体，因此多壁碳纳米管特别适合用作所提出的MBFEX管的阴极上的电子发射极。因此，可以特别有利地通过相对低功率的电流源来操作包括含碳纳米管的阴极的所提出的MBFEX管。

除了碳纳米管之外，通常称为纳米棒的另一种类型的纳米柱也适用于MBFEX管内的电子发射。在优选的设计中，由这种纳米棒形成作为x射线管的阴极的场发射阴极。

阴极的纳米棒优选地由就量子力学场发射效应而言提供用于电子场发射的最低可能电子逸出功的材料制成。此处纳米棒具有均匀的或不均匀的组成，并且被设计为中空体，即管或是实心的。此处，阴极可以包括相同类型的纳米棒或不同类型的纳米棒的混合物，其中纳米棒的类型与纳米棒的物质组成和物质改性相关。

除了单壁或多壁碳纳米管之外，用于电子场发射的纯净或掺杂形式的合适材料还是单壁或多壁杂氮碳纳米管；稀土硼化物，尤其六硼化镧和六硼化铈；金属氧化物，尤其TiO₂、MnO、ZnO和Al₂O₃；金属硫化物，尤其硫化钼；氮化物，尤其氮化硼、氮化铝、氮化碳、氮化镓；碳化物，尤其碳化硅；硅。由聚合物材料制成的柱状的、可选地中空的元件也适合作为生产在阴极的操作期间发射电子的纳米棒的起始产品。阴极的纳米棒可选地由仅部分地包括特别是涂层形式的聚合物材料的起始产品制成。

在特别优选的设计中，阴极在垂直的优先方向上，即在阳极方向上的表面上具有纳米棒。在x射线发射极的操作期间并且在足够的相互间隔的情况下，可以在纳米棒的尖端处产生非常强的电场，由此大大促进了电子的发射。

在所提出的MBFEX管的可能的实施方案中，在真空管中布置多于一种类型的阴极，其中术语“类型”既可以与阴极的几何形状相关，也可以与阴极的其它性质，例如材料相关。原则上可以以任何期望的方式顺序地电致动相同或不同类型的阴极。除了阴极本身之外，在聚焦方面也可能存在差异。结合例如各个阴极的表面几何形状的性质，因此可以产生不同的电子束并且最终产生不同的x射线束。

例如，阴极的纳米柱的长度小于20μm，直径小于10nm，因此相对于阴极的表面积，密度至少为10⁶纳米柱/cm²。

为了生产包含纳米柱的阴极，丝网印刷法是合适的。在此，与常规方法相比，特别是与电泳沉积(EPD)方法相比，可以实现特别均匀的层密度以及发射极的相对平滑的表面。优选地，通过至少一种类型的阴极形成设计用于电子发射的层，所述层的密度小于20μm且平均粗糙度(Ra)小于2.5μm。发射极层的高质量以及相对于引出栅的恒定间隔有助于x射线管的电子源的传输率高达90％以及更高。通过丝网印刷法，还可以通过纳米管在相对于发射极层所处的衬底表面的垂直方向上的优选定向来促进高传输率。

在同一个MBFEX管中，也可以同时使用具有碳纳米管的阴极和完全不同的阴极，例如，以原理上已知的另一方式起作用的具有钨尖端的阴极。在MBFEX管内也可以使用扩散阴极。在此上下文中，参考文献DE 10 2011 076 912 B4和DE 10 2010 043 561 A1。

就设计为场发射阴极的阴极而言，完整的发射极布置优选地具有以下分层结构：

作为发射极布置的最下层，提供扁平支撑元件，特别是陶瓷板形式的支撑元件。陶瓷板由例如刚玉制成。发射极层位于陶瓷板上。在与扁平发射极相邻的区域中，陶瓷板由称为垫片的金属中间板覆盖。在处于所定义电势的金属中间板上，放置包括与各个发射极相关联的引出栅的所谓的栅板。栅板又被由电绝缘材料，特别是陶瓷制成的板覆盖，所述板通常被称为上绝缘层。这里的术语“上”层与电子发射极在空间中的定向无关，而仅仅意味着所提及的层布置在离x射线管的阳极最近的地方。所描述的分层结构也适用于不作为整体要求的其它x射线管。

在所提出的MBFEX管的特别优选的发展中，阳极至少部分地包围指定的检查区。在此，x射线源和主x射线发射方向也至少部分地包围检查区。提供检查区用于将检查对象定位在x射线装置中。

例如，MBFEX管整体上是弯曲的，由此作为单独的x射线管，MBFEX管已经部分地包围了检查区。可以通过不同的方式实施进一步封闭检查区：例如，MBFEX管可以在非常大的角度上延伸，在极端情况下可以达到大约360°；也就是说，MBFEX管可以具有近似闭合的环形形式。替代地，可以由各个MBFEX管组成环形形式。每个个别MBFEX管在此本身可以是弯曲的或直的。在最后提到的情况下，结果是由所有MBFEX管组成的多边形形式的布置。也可以通过组合多个MBFEX管产生不完整的多边形形式或环形形式，例如L形、U形或半圆形形式，其中所有这种布置的MBFEX管未必具有相同的形式。

通过以凹形方式围绕检查区布置的MBFEX管的弧形阳极，与常规设计相比，可以在计算机断层摄影装置中改善低焦点分辨率，并且可以实现更高的以及恒定的图像分辨率，尤其是在将阳极设计为圆弧的情况下。如果将阳极设计为圆弧，则所有x射线都以相同的方式朝检查对象定向。通过最大程度地减少高压套管的数量，尤其可以通过单个MBFEX管从几乎所有外围位置对检查对象进行x射线照射。

所提出的MBFEX管的特征在于紧凑且坚固的设计，所述MBFEX管与现有技术相比在制造技术方面特别容易实现，并且特别适合于替代旋转的x射线源的计算机断层扫描。产生x射线辐射的真空管优选地由金属制成。

通过布置在同一个MBFEX管中的不同类型的阴极，可以以简单的方式产生彼此不同剂量的不同x射线照片。由此，提供了剂量调制的简单可能性。就像各个MBFEX管的形式以及MBFEX管关于彼此的几何布置一样，x射线装置中存在的MBFEX管的数量原则上不受任何限制。以相同的方式，MBFEX管或多个MBFEX管可以在x射线装置内与另一种设计的x射线管组合。通常，可以通过阳极电压的不同设置来产生提供用于多能或双能成像的不同波长的x射线。

与阴极的设计无关，借助于MBFEX管，在优选的过程中，可以产生连续的不同波长的x射线脉冲。因此，检查体积内的不同材料可以以特别高的可靠性且同时短的拍摄时间彼此区分。

为了实现对干扰的低敏感度，并在可能的干扰情况下防止或至少最小化损坏，已发现以不同方式将MBFEX管的不同部件接地以设置为零电势特别有利。具体而言，这涉及聚焦电极以及位于包含碳纳米管或其它纳米棒的电子发射极正前方的引出栅。

尽管在优选设计中无源聚焦电极通过壳体接地，但是引出栅的接地独立于所述壳体进行，例如通过可以与用于致动电子发射极的单元相关联的单独的接地线进行。

如果由于电弧放电，聚焦电极的电势(尽管存在接地)由于施加到阳极的电势很高而短暂升高，则聚焦电极和引出栅分别接地是有利的。如果此时将引出栅与聚焦电极一起接地，则这将导致引出栅的相应电势升高，从而导致碳纳米管与引出栅之间的电压差升高。由于碳纳米管的电子发射存在非常明显的电压依赖性，因此电子发射将以极端的方式增加，这将带来损坏x射线管的风险。通过一方面聚焦电极和另一方面引出栅的单独接地能避免这种损坏的风险。

下文参考附图对所提出的MBFEX管进行更详细地说明，在附图中总结了不同的实施方案实例。在附图中，部分以大致简化的形式表示：

图1以形成为圆弧的阳极30的图解视图示出MBFEX管1的第一实施方案实例，

图2以图解侧视图示出MBFEX管1的第一实施方案实例，

图3示出具有直线设计的阳极30的MBFEX管1的第二实施方案实例，

图4以阳极30的截面图示出MBFEX管1的第二实施方案实例，图5示出根据图3的MBFEX管1的高压套管52，

图6、图7示出计算机断层摄影装置的第一实施方案实例的MBFEX管1的栅装置43的部分视图，

图8、图9示出计算机断层摄影装置的第二实施方案实例的MBFEX管1的栅装置43的部分视图，

图10、图11示出MBFEX管1的栅装置43的替代设计的部分视图，

图12以分解图示示出MBFEX管1的发射极布置33，

图13示出根据图12的发射极布置44的上绝缘层48，

图14示出根据图12的发射极布置44的栅板47，

图15示出根据图14的栅板47的引出栅电极71，

图16示出根据图12的发射极布置44的金属中间板46，

图17、图18示出根据图12的发射极布置44的陶瓷板45的正面，

图19示出根据图12的发射极布置44的陶瓷板45的背面，

图20示出陶瓷板45的细节，

图21示出具有两种不同类型的阴极41、42的MBFEX管1的细节，

图22、图23以两个不同视图示出多个MBFEX管1的整体环形布置的实例，

图24、图25以类似于图22和图23的两个视图示出多个MBFEX管1的整体多边形布置的实例，

图26、图27示出MBFEX管1的阳极30，所述MBFEX管1包括多个突出部33，每个突出部用作x射线源，

图28以三维图示示出MBFEX管1的阴极40的形式，以及用于比较的常规阴极形式，

图29以图表示出在MBFEX管1的操作期间的电流和电压脉冲。

下面说明的所提出的MBFEX管1的所有实施方案实例都提供用于计算机断层摄影装置，并且包括具有x射线窗口21的真空管20。在所有实施方案实例的真空管20中，牢固地布置了设计为冷却指的阳极30。阳极30含有钨。

所提出的MBFEX管的前两个实施方案实例在真空管20中包括以行布置布置的多个均匀类型的阴极40，并且根据图21的实施方案实例包括两种不同类型的此类阴极41、42，其中提供阴极40、41、42用于电子的场发射。阴极40、41、42各自相对于电子束E的主电子发射方向e定向，电子束E可以朝公共阳极30产生以用于产生x射线源Q。阴极40、41、42以行布置牢固地布置，其方式使得可以在阳极30上产生同样呈行布置的x射线源Q布置。提供阴极40、41、42用于顺序电致动。x射线束X各自具有主x射线发射方向x。

在所有实施方案实例中，在每种情况下，栅装置43都朝每个x射线源Q定向。栅装置43牢固地布置在真空管20中的阴极40、41、42和阳极30之间。每个栅装置43包括引出栅。引出栅以较小的间隔布置在阴极40、41、42的前面，并且被设置用于从阴极40、41、42引出呈电子束E形式的电子。图1至图4中未绘制引出栅。

所有实施方案实例的真空管20又包括多个阴极供给管线50和两个高压套管51、52。阴极供给管线50被设置为阴极和用于几kV电压的栅装置43的连接，并且被设计为导线供给管线。提供高压套管51、52用于将阳极分别端侧连接至几十kV的高电压。通常，高压在10kV至420kV的范围内。例如对于用于检查非医疗领域中大型对象的x射线装置，应选择此区间上限的值。

在高压套管52中，使内部冷却剂供给管道32穿过冷却剂排放管道31。提供冷却剂排放管道31和冷却剂供给管道32，用于通过循环装置用液体的、非导电冷却剂冷却阳极30。

在所提出的MBFEX管1的所有实施方案实例中，借助于阴极40、41、42，在与阳极30的协作的情况下，可以产生具有均匀或交替变化的能量的x射线脉冲。例如，在图29中，绘制了发射极电流EC、阳极电流AC和电网发射极电压GEV的时间过程。根据图29的图表示出了实际测量数据。应突出显示大约90％的高传输率，这表示阳极电流AC与发射极电流EC的比率。在当前情况下，根据测量的电压值确定的阳极电流AC为52.2mA，并且发射极电流EC为58.2mA。阳极电流AC与发射极电流EC之间的这种非常有利的比率基本上由x射线管1的发射极布置44的高质量产生，这将在下文进一步详细说明。

下文参考图1和图2对所提出的MBFEX管1的第一实施方案实例进行进一步详细说明。在第一实施方案实例中，阳极30被设计为圆弧。

图1示出阳极30的图解视图，其中真空管20、栅装置43和高压套管51、52不可见。图1未按比例绘制。阳极30、阴极40和栅装置43布置在真空管20内。此处，阴极40位于由金属化陶瓷制成的支撑件6上。阳极30独立于阴极40固定在真空管20中。x射线源Q布置成使得所产生的x射线束X在其相应主x射线发射方向x上朝检验区U定向。

提供检验区U用于定位检查对象，特别是患者。

图2以截面图的侧视图示出第一实施方案实例中的所提出的MBFEX管1。在图2中，冷却剂供给管道32、阴极供给管线50和高压套管51、52不可见。阴极40在其表面上包括在垂直优选方向上的多壁碳纳米管。“垂直”在此上下文中应理解为意指指向阳极30的定向。

下文参考图3和图4进一步详细说明所提出的MBFEX管1的第二实施方案实例。第二实施方案实例与第一实施方案实例的不同之处仅在于阳极30具有线性设计。

图3示出第二实施方案实例的MBFEX管1的部分截面图。在图3中，冷却剂供给管道32、阴极40和栅装置43不可见。如在MBFEX管1的第一实施方案实例中一样，阴极供给管线50和高压套管51、52成行布置并在真空管20上与阳极30相对。

图4以阳极30的截面图示出在所提出的MBFEX管1的第二实施方案实例中的所提出的MBFEX管1。在图3中，阴极40和栅装置43也不可见。从图5中可以清楚地看到高压套管52的各个特征。

在图5至图11中以不同的变体详细示出的存在于所有实施方案实例中的栅装置43朝向阳极6定向，也就是说，在真空管20中布置在阴极40、41、42与阳极6之间。根据定义，栅装置43包括至少一个引出栅电极71、73、74和至少一种形式的聚焦电极72、75、76。

引出栅电极71、73、74牢固地布置在阴极40、41、42的正上方，并且设置用于电子从阴极40、41、42的场引出。聚焦电极72、75、76也牢固地布置在每个引出栅71、73、74的上方，面对阳极6，并且设置用于将引出的电子作为电子束E聚焦到要产生的相应x射线源Q上。引出栅电极71、73、74独立于聚焦电极72、75、76接地。聚焦电极72、75、76可以被用作无源或有源聚焦电极。

在第一实施方案实例中，栅装置43包括所有阴极40共用的引出栅电极71，其中个别聚焦电极72单独地与每个个别阴极40相关联。在第二实施方案实例中，栅装置43包括第一类型的阴极41共用的第一形式的引出栅电极73以及第二类型的阴极42共用的第二形式的引出栅电极74，其中在每种情况下，第一形式的个别聚焦电极75单独地与第一类型的每个个别阴极41相关联，并且在每种情况下，第二形式的个别聚焦电极76与第二类型的每个个别阴极42相关联。在图1至图4中未绘制引出栅电极71、73、74和聚焦电极72、75、76。

对于通过断层合成的计算机辅助x射线成像，在阳极6上施加通常40kV的暂时恒定电势，其中在阳极6与相应的切换阴极40、41之间，流过30mA的均匀脉冲直流电。另一方面，对于通过HPEC断层合成的计算机辅助x射线成像，在所讨论的阳极上，施加通常120kV的暂时恒定电势，其中在阳极6与相应的切换阴极40、42之间，流过量值为0.5mA的普通脉冲直流电。

在所有实施方案实例中，所提出的计算机断层摄影装置包括电流控制器、装置控件、电子控制系统(ECS＝电控系统)、阴极高压源(CPS＝阴极电源)、阳极高压源(APS＝阳极电源)和装置控件。电流控制器、装置控件、电子控制系统、阴极高压源、阳极高压源和装置控件是电子闭环控制装置的部分。电流控制器、装置控件和电子控制系统表示电子控制系统。

电子闭环控制装置包括主电路和控制回路，其中主电路和控制回路集成在直流电路中。在主电路中，阳极高压源电连接至阳极6和电流控制器，电流控制器电连接至装置控件，装置控件电连接至电子控制系统，电子控制系统电连接至阴极高压源，并且阴极高压源以并联连接连接至阴极40、41、42并且还连接至相应的栅装置43。在控制回路中，阳极高压源通过反馈电连接至控制系统。在此，控制系统既可以设置用于阴极40、41、42的顺序切换，也可以设置用于相应栅装置43的引出栅电极71、73、74和聚焦电极72、76、56的闭环控制，并且还用于主电路电流的闭环控制，其中阴极高压源的电压可以适应于控制系统预定的主电路电流。

在图21中，作为实例，概述了MBFEX管1的八个阴极41、42。第一类型的阴极41和第二类型的阴极42都包括碳纳米管，但是所述碳纳米管的几何形状不同。阴极41、42在真空管20中以交替错开的行布置布置，其中第一类型的阴极41的数量与第二类型的阴极42的数量相同。在每种情况下第一形式的阴极41和在每种情况下第二形式的阴极42可以与栅装置43以及因此与x射线源Q相关联。在根据图21的MBFEX管1中，可以根据需要按顺序致动第一类型的阴极41或第二类型的阴极42。以这种方式，可以实施用MBFEX管1进行双剂量的x射线图像采集。

从图22至图25可以明显看出，可以组合多个MBFEX管1以形成刚性的环形或多边形布置，所述布置在计算机断层摄影装置中代替旋转的布置。这适用于已经描述或将在下文说明的MBFEX管1的任何设计。

在图12至图20中示出了MBFEX管1的发射极布置44的分层结构。发射极布置44包括由刚玉制成的陶瓷板45作为最下层。阴极40位于陶瓷板45的导电涂层上，并且采用丝网印刷法以较高几何精度制造。在陶瓷板45的背面可以看到导体结构66。

金属中间板46位于陶瓷板45上。此金属中间板46包括用于阴极40的矩形开口61。另外，在金属中间板46中，与开口61相比更小且更长的条形开口62位于开口61的长边上。条形开口62具有使真空管20排气的功能。在每种情况下在与陶瓷板45协作的情况下，这既适用于x射线管1的操作准备，也适用于x射线管1的运行操作。

在陶瓷板45中，除了阴极40之外，还可以看到不同的条形开口64、65。此处，在每种情况下，三个短的小开口64直接位于每个阴极40的长边附近。此外，距离略远的也是条形的开口65在阴极40的侧面。此处，在每种情况下，两个条形开口65一个接一个地布置在一条线上。两对此类条形开口65线以及位于其间的布置由阴极40和总共六个较小的条形开口64组成，总体上呈H形。这适用于陶瓷板45上的所有阴极40，除了两个最外面阴极40之外，较长类型的条形开口65仅在这两个最外面阴极的一侧的侧面。

具体地，此处极为接近阴极40的内部开口64有助于在电子发射期间，只有几粒度的极低浓度的气体也可以朝向发射极布置44的后侧排放。因此，为防止真空管20内产生电弧做出了重要贡献。在x射线管1的制造过程中，特别是加热过程中，对于通过吸气来排除气体，在很大程度上需要相对较大的条形开口65。

金属中间板46包括作为组成部分的连接条63，作为从发射极布置44向外引出的电连接。栅板47位于金属中间板46上，所述栅板包围引出栅电极71，所述引出栅电极各自以0.224mm的精确定义的间隔放置在阴极前面(根据图12的实例)。

引出栅电极71的细节从图15明显看出。总体上，引出栅电极71具有矩形形式，所述引出栅电极的长边由完全笔直的边缘条78形成。两个边缘条通过多个栅条77彼此连接，从而总体上形成栅结构。然而，与边缘条78相比，栅条77不是完全笔直的。实际上，在每个栅条77的两端，即在至边缘条78的过渡处，形成圆形过渡区79。圆形过渡区79基本上确保热致变形不会导致阴极40与引出栅71之间的间隔改变，而是被处于平面内的引出栅71吸收，从而不会对发射极布置44的发射性质造成影响。

栅板47被由陶瓷材料制成的板形式的上绝缘层48覆盖，由此完成发射极布置44。从图12可以明显看出，上绝缘层48包括适合于阴极40形状的开口49，以使电子能够通过。

图28中表示发射极布置44中重复包含的阴极40的几何特征。阴极40具有非常相似的长方体结构。因此，在阴极40的整个电子发射表面上，阴极40与引出栅电极71之间的间隔几乎没有变化，这在图28中未绘制。为进行比较，图28用虚线示出了通过电泳沉积(EPD)方法制造的常规阴极的表面结构。在此比较实例中，不再可以说平滑表面。相反，特别是在通过EPD方法制造的阴极的边缘处，在发射阴极的表面内存在明显的点。电子主要在这些点发射。这在一方面限制了使用寿命，且在另一方面限制了电子的传输速率。相反，用于根据本发明的x射线管1的阴极40以几乎恒定的释放速率在所述阴极的表面的每个表面区段中发射电子。

在图26和图27中示出了与发射极布置44协作的阳极30的实施方案实例。多个突出件33位于阳极30的圆柱形基体上，这些突出件也被称为阳极突出部或简称为突出部。这些突出部33中的每一个具有表面34，所述表面相对于基体倾斜且涂覆有钨或适合于x射线源的另一种材料。不同表面34的倾斜度彼此不同，其方式使得如图27所示，将所发射的x射线辐射X聚焦在位于检查区U中的x射线布置10的等中心的方向上。

附图标记列表

1 MBFEX管

6 支撑件

10 X射线布置

20 真空管

21 X射线窗口

30 阳极

31 冷却剂排放管道

32 冷却剂供给管道

33 突出件

34 涂层表面

40 阴极

41 第一类型的阴极

42 第二类型的阴极

43 栅装置

44 发射极布置

45 陶瓷板

46 金属中间板

47 栅板

48 上绝缘层

49 上绝缘层中的开口

50 阴极供给管线

51 高压套管

52 高压套管

61 金属中间板中的开口

62 金属中间板中的条形开口

63 连接条

64 小的条形开口

65 宽的条形开口

66 导体结构

71 引出栅电极

72 聚焦电极

73 第一形式的引出栅电极

74 第二形式的引出栅电极

75 第一形式的聚焦电极

76 第二形式的聚焦电极

77 栅条

78 边缘条

79 圆形过渡区

80 陶瓷支撑件

81 金属层

AC 阳极电流

E 电子束

e 主电子发射方向

EC 发射极电流

GEV 栅发射极电压

Q X射线源

X X射线束

x 主x射线发射方向

U 检查区

Claims

1.一种用于x射线装置的MBFEX管(1)，所述MBFEX管(1)包括在真空管(20)中的阳极(30)，所述阳极被设计为冷却指并牢固地布置在所述真空管中；以及多个牢固地布置的阴极(40、41、42)，其中所述真空管(20)包括多个阴极供给管线(50)和不超过两个高压套管(51、52)，在高压套管(52)中，内部冷却剂内管道(32)穿过冷却剂管道(31)，提供所述冷却剂管道(31)和所述冷却剂内管道(32)，以用液体冷却剂冷却所述阳极(30)，提供所述阴极(40、41、42)用于电子的场发射，且所述阴极在每种情况下都朝向所述阳极(30)定向以产生x射线源(Q)。

2.根据权利要求1所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述阴极供给管线(50)和所述高压套管(51、52)成行布置并与所述真空管(20)上的所述阳极(30)相对。

3.根据权利要求2所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述x射线源(Q)以成行布置布置在所述阳极(30)上。

4.根据权利要求3所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述x射线源(Q)各自位于所述阳极(30)的相对于所述阳极(30)的中心轴线倾斜的表面区段上。

5.根据权利要求4所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述倾斜的表面区段由所述阳极(30)的突出部形成。

6.根据权利要求4所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述倾斜的表面区段由所述阳极(30)中的接地区段形成。

7.根据权利要求5或6所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述阳极(30)的所述倾斜的表面区段经过涂覆。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述阴极(40、41、42)包括纳米柱。

9.根据权利要求8所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述纳米柱中的至少一些被设计为单壁或多壁碳纳米管或单壁或多壁杂氮碳纳米管。

10.根据权利要求8或9所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述纳米柱中的至少一些包括稀土硼化物、金属氧化物、金属硫化物、氮化物、碳化物或硅。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述纳米柱的长度小于20μm且直径小于10nm，其中相对于所述阴极(40、41、42)的表面积的密度至少为10⁶纳米柱/cm²。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的MBFEX管(1)，其特征在于，聚焦电极(72)布置在位于所述阴极(40、41、42)上方的至少一个引出栅(71)与所述阳极(30)之间。

13.根据权利要求12所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述聚焦电极(72)与所述引出栅(71)分开接地。

14.根据权利要求12或13所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述聚焦电极(72)和/或引出栅(71)由钢，尤其是不锈钢制成。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述引出栅(71)呈具有相互平行的边缘条(78)的矩形形式，所述边缘条通过栅条(77)彼此连接以形成单件，其中在所述栅条(77)与所述边缘条(78)之间的过渡处形成圆形过渡区(79)，所述栅条(77)在每种情况下通过所述圆形过渡区呈细长S形式。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述真空管(20)包括不同类型的阴极(40、41、42)，所述阴极的一组参数中的至少一个参数不同，其中所述一组参数包括几何参数和材料参数。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的MBFEX管(1)，其特征在于，至少由一种类型的阴极(40、41、42)形成设计用于发射电子的厚度小于20μm且平均粗糙度(Ra)小于2.5μm的层。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的MBFEX管(1)，其特征在于，多个阴极(40、41、42)布置在扁平支撑元件(45)上。

19.根据权利要求18所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述扁平支撑元件(45)包括刚玉。

20.根据权利要求18或19所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述扁平支撑元件包括第一类型的条形开口(64)和第二类型的条形开口(65)，其中一组所述第一类型的条形开口(64)比一组所述第二类型的条形开口(65)更靠近阴极(40)布置，并且其中所述第一类型的所述条形开口(64)比所述第二类型的所述条形开口(65)更小。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述扁平支撑元件(45)是分层发射极布置(44)的一部分，所述分层发射极布置此外包括金属中间板(46)、包括引出栅(71)的栅板(47)以及上绝缘层(48)。

22.根据权利要求21所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述扁平支撑元件(45)的所述条形开口(64、65)与所述金属中间板(46)中的开口(62)至少部分地对准。

23.根据权利要求1至22中任一项所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述阳极(30)被设计用于冷却剂的双向供给和排放，其中在所述阳极(30)的两端，在每种情况下都布置有冷却剂供给管线和相关联的冷却剂排放管线。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述阳极(30)至少部分地包围检查区(U)，其中所述x射线源(Q)也至少部分地围绕所述检查区(U)。

25.根据权利要求24所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述阳极(30)具有弧形设计。

26.根据权利要求1至24中任一项所述的MBFEX管(1)，其特征在于，所述阳极(30)被设计为旋转阳极。

27.一种根据权利要求1设计的多个MBFEX管(1)的布置，其中由所述MBFEX管(1)的整体形成至少部分地包围所述检查区(U)的环形、弧形、多边形、L形或U形。

28.一种用于制造根据权利要求1所述的MBFEX管(1)的方法，其中提供真空管(20)、放置在所述真空管(20)中且设计用于电子的场发射的阳极(30)，以及也布置在所述真空管(20)中的阴极(40、41、42)，并且其中通过激光器加工要布置在所述阴极(40、41，42)与所述阳极(30)之间且选自包括引出栅(71)和聚焦电极(72)的元件群组的至少一个元件。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，以所述激光器的皮秒或飞秒定时进行所述元件(71、72)的所述激光加工。

30.一种用于操作根据权利要求1所述的MBFEX管(1)的方法，其中使用所述阳极(30)发射具有不同波长的连续x射线脉冲。