CN111542906B

CN111542906B - X射线源以及用于产生x射线辐射的方法

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Publication number: CN111542906B
Application number: CN201880077013.5A
Authority: CN
Inventors: 比约恩·汉森; 波尔·塔克曼; 王育立; 田中志穂
Original assignee: Excillum AB
Current assignee: Excillum AB
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2038-11-30
Also published as: EP3718127B1; WO2019106145A1; TWI687959B; US20210027974A1; US11963286B2; CN116504601A; AU2018374514B2; JP7195648B2; US11342154B2; TW201926396A; CN111542906A; AU2018374514A1; KR20200090885A; EP3718127A1; US20220254595A1; JP7488600B2; JP2023027189A; EP3493239A1; KR20240150529A; KR102714936B1

Abstract

本发明构思涉及一种X射线源，该X射线源包括：液体靶标源，该液体靶标源被配置为提供沿流动轴线移动的液体靶标；电子源，该电子源被配置为提供电子束；以及液体靶标成形器，该液体靶标成形器被配置为使该液体靶标成形为包括关于该流动轴线的非圆形截面，其中，该非圆形截面具有沿第一轴线的第一宽度以及沿第二轴线的第二宽度，其中，该第一宽度短于该第二宽度，并且其中，该液体靶标包括与该第一轴线相交的撞击部分；其中，该X射线源被配置为将该电子束引导朝向该撞击部分，使得该电子束与该液体靶标在该撞击部分内相互作用以产生X射线辐射。

Description

X射线源以及用于产生X射线辐射的方法

技术领域

本文描述的发明构思总体上涉及电子撞击X射线源，并且涉及用于在这种X射线源中使用的液体靶标。

背景技术

在本申请人的国际申请PCT/EP2012/061352和PCT/EP2009/000481中描述了用于通过照射液体靶标来产生X射线的系统。在这些系统中，利用包括高压阴极的电子枪来产生撞击在液体射流上的电子束。该靶标优选地由设置在真空腔室内的具有低熔点的液态金属(比如铟、锡、镓、铅、或铋、或其合金)形成。用于提供液体射流的装置可以包括加热器和/或冷却器、加压装置(比如机械泵或化学惰性推进剂气体源)、喷嘴以及用于在射流末端收集液体的容器。通过电子束与液体射流之间的相互作用产生的X射线辐射可以通过将真空腔室与周围大气隔开的窗口离开真空腔室。

然而，仍然需要改进的X射线源。

发明内容

本发明构思的目的是提供一种改进的X射线源。

根据本发明构思的第一方面，提供了一种X射线源，该X射线源包括：液体靶标源，该液体靶标源被配置为提供沿流动轴线移动的液体靶标；电子源，该电子源被配置为提供电子束；以及液体靶标成形器，该液体靶标成形器被配置为使该液体靶标成形为包括关于该流动轴线的非圆形截面，其中，该非圆形截面具有沿第一轴线的第一宽度以及沿第二轴线的第二宽度，其中，该第一宽度短于该第二宽度，并且其中，该液体靶标包括与该第一轴线相交的撞击部分；其中，该X射线源被配置为将该电子束引导朝向该撞击部分，使得该电子束与该液体靶标在该撞击部分内相互作用以产生X射线辐射；并且其中，该X射线源进一步包括被配置为在该撞击部分内移动该电子束与该液体靶标相互作用的位置的装置。

本发明构思基于以下认识：通过为液体靶标设置非圆形截面，可以在不必增大例如液体靶标的流率的情况下实现电子束的更宽的撞击表面。较宽或较不弯曲的撞击表面还可以允许多个电子束(优选地沿垂直于流动轴线的方向)同时撞击液体靶标，并且允许使用较大或较宽的电子束光斑，而不会显著影响X射线光斑的聚焦。应当理解的是，这种撞击表面还可以与卵形或甚至线形的电子束光斑一起使用。

进一步地，具有非圆形截面的液体靶标与具有类似宽度和流率的圆形截面的相应液体靶标相比可以提供改进的热性能。特别地，通过减小沿限定液体靶标的截面的轴线之一的宽度，可以增加液体靶标的速度，这因此可以改进液体靶标的热性能。换句话说，热加载液体靶标的能力随液体靶标的速度而变化。在增加宽度的同时保持速度意味着增加质量流量，这进而可能对泵系统提出更高的要求。

还期望能够相对于电子源和/或X射线窗口的位置来调节撞击部分的位置，X射线辐射可以通过该X射线窗口离开X射线源。优选地，撞击部分和电子源可以对准，使得电子束可以撞击在液体靶标的最大表面部分上，即液体靶标的具有最小弯曲度的部分。此外，可能期望增加靶标在撞击部分处的宽度，以提供更大的表面来供电子束在其上撞击。

进一步地，已经认识到，电子束撞击液体靶标的入射角对于例如所产生的X射线辐射的空间分布可能是重要的。特别地，可以通过使截面的第一轴线关于电子束的方向转动，或反之，和/或通过调节电子束撞击液体靶标的位置来选择性地调节电子束撞击液体靶标的入射角和/或电子束撞击液体靶标的位置。

在本申请的上下文中，术语‘宽度’可以指液体靶标的从一侧到另一侧的直径或范围。特别地，第一宽度可以是非圆形截面沿第一轴线的最大宽度，并且第二宽度可以是非圆形截面沿第二轴线的最大宽度。第一轴线和第二轴线可以彼此垂直，并且可以与流动轴线相交。第二宽度可以大约为100μm，比如在10μm至1000μm的范围内，比如100μm至500μm、比如150μm至250μm。在一些示例中，第二宽度与第一宽度之间的比率可以为至少1.05，比如至少1.1、比如至少1.5、比如至少2、比如至少5。

在本申请的上下文中，术语‘液体靶标(liquid target)’可以指被迫通过例如喷嘴并传播通过用于产生X射线的系统的液体流或液流。尽管液体靶标通常可以由基本上连续的液流或液体流形成，但应当理解的是，液体靶标另外地或替代性地可以包括多个液滴或甚至由多个液滴形成。特别地，液滴可以在与电子束相互作用时产生。液滴组或液滴簇的这类示例也可以由术语‘液体靶标’所涵盖。

液体靶标可以具有非圆形截面，该非圆形截面可以符合卵形形状、椭圆形形状或其他细长形状。通过使截面更加细长，可以减小撞击部分处的表面的曲率。最终，曲率可以足够低，以使撞击部分处的表面近似为平坦的二维表面。这样的靶标也可以被称为‘扁平射流(flat jet)’。换句话说，可以将撞击部分的位置选择为液体靶标的与平坦表面最相似的部分。液幕是这种射流的极端示例，其表现出可以用作电子束的撞击部分的基本上平坦的表面。

液体靶标可以由至少在撞击区的位置中相对于周围环境自由传播的液体射流形成。液体射流的材料因此可以暴露于X射线源的腔室中的环境。

通常，液体靶标材料是金属，其优选地具有相对较低的熔点。这种金属的示例包括铟、镓、锡、铅、铋、及其合金。

如将在以下披露内容中进一步描述的，电子束的电子束光斑可以具有圆形形状或细长形状。在一些示例中，细长形状也可以被实现为线形形状或线焦点。对于线焦点，可以定义纵横比，即焦点宽度与焦点高度之间的比例。在具有圆形截面的液体靶标上可达到的纵横比的典型值为4。具有非圆形截面的液体靶标可以实现更大的纵横比；例如至少为6。可以根据所产生的X射线辐射的优选通量和/或亮度来选择电子束光斑的形状。

为了充分理解以下披露内容，可以注意到，对于足够大的韦伯数，对于从具有非圆形开口的喷嘴流出的液体靶标，可以观察到被称为轴线切换的现象。轴线切换是这样的现象：其中，例如非圆形(比如椭圆形)液体靶标的截面的演变方式为使得长轴和短轴沿液体靶标的流动方向周期性地切换位置。切换的波长随着液体靶标速度的增加而增加。进一步地，轴线切换被粘度抑制，这意味着随着粘度增加，轴线切换的振幅接近于零。

因此，应当理解的是，撞击部分可以沿流动轴线延伸。进一步地，撞击部分可以被描述为非圆形截面的扇区内的部分。该部分可以例如跨越角度为180度或更小(比如120度或更小、比如90度或更小、比如60度或更小)的扇区，并且可以优选地以第一轴线为中心。

X射线源可以进一步被配置为将电子束引导朝向撞击部分内的特定区。这样的区也可以被称为相互作用区。因此，撞击部分可以被理解为与第一轴线相交的部分(比如表面部分或体积)，而相互作用区可以被理解为撞击部分的被电子束击中、并且可以在其中产生X射线辐射的特定部分或特定区。相互作用区可以是朝向非圆形截面的中心(即朝向流动轴线)延伸一定距离的体积。同样，撞击部分可以是一个体积，并且可以朝向非圆形截面的中心(即朝向流动轴线)延伸一定距离。

从本披露内容容易理解，该装置可以被配置为调节电子束撞击液体靶标的位置，或者换句话说是相互作用区的位置。这在为了确保使电子束光斑的整个大小与液体靶标相互作用、并且特别是确保使电子束光斑与液体靶标在撞击部分内相互作用时可能是必要的。

该装置可以例如包括用于使该电子束相对于该液体靶标移动的电子光学装置。替代性地或另外，该装置可以被配置为与液体靶标成形器协作以移动或调节电子束与靶标相互作用的位置。在示例中，该装置可以包括电动机或致动器，该电动机或致动器耦合至液体靶标成形器并且被布置成以允许调节液体靶标的位置或取向的方式移动靶标成形器。该装置可以例如被配置为使液体靶标成形器绕流动轴线旋转，从而导致撞击部分绕流动轴线的相应旋转，使得撞击部分相对于电子源的取向和/或位置可能发生改变。在进一步示例中，该装置可以被配置为使液体靶标成形器在与流动轴线和/或电子束的轨迹正交的方向上平移，和/或使液体靶标成形器相对于流动轴线倾斜。

在一个示例中，该装置可以被配置为控制磁场发生器，该磁场发生器被配置为产生磁场以便使液体靶标成形为包括非圆形截面。下面将更详细地描述磁场发生器。

以上披露内容提供了可以如何采用该装置来调节电子束与液体靶标之间的相对位置的若干示例。移动相互作用区和/或撞击部分可能导致对电子束的入射角的调节。进行此类修改的目的可能是增加沿查看方向或在某个样本位置处的总X射线通量，增加X射线源的亮度，或者将X射线源的位置与X射线系统的其他零件(例如，光学器件)对准。在示例中，对入射角和/或相互作用区的位置的调节是基于所测量的X射线输出。

电子束可以以可大于0度的入射角与撞击部分相互作用。入射角可以被定义为相对于非圆形截面的法线的入射角。

使电子束以大于0度的入射角与撞击部分相互作用的优点是可以在液体靶标中吸收较少的X射线。特别地，可以经由以与电子束的方向成一定角度(比如基本上垂直)定位的X射线窗口来透射更多的X射线。因此，本装置可以提供增加的总X射线通量和/或增加的X射线亮度。

在下文中，尤其将对X射线源进行可能的修改，以便提供对入射角和/或电子束在其中撞击液体靶标的相互作用区的位置的调节。如从以下段落中将理解，可以针对液体靶标、电子束或这两者的组合进行修改。

电子源可以被配置为绕流动轴线旋转，以便调节电子束的入射角和/或电子束在其中撞击靶标的相互作用区的位置。

该液体靶标成形器可以包括具有非圆形开口的喷嘴，以便使该液体靶标成形为包括非圆形截面。该开口可以例如具有选自包括以下各项的组的形状：椭圆形、矩形、正方形、六边形、卵形、体育场形(stadium)和具有圆角的矩形。

应当理解的是，根据一些实施例的X射线源可以被配置为使液体靶标相对于电子束移动，从而改变电子束与液体靶标相互作用的位置。该移动可以例如在垂直于液体射流的流动轴线和/或垂直于电子束的传播方向的方向上实现，从而导致相互作用区的位置横向偏移。相互作用区的移动或位置偏移可以例如借助于液体靶标源来实现。

在一个示例中，液体靶标源的喷嘴可以被配置为沿流动轴线移动，以便调节入射角和/或相互作用区的位置。

在一个示例中，喷嘴可以被配置为绕流动轴线旋转，以便调节入射角和/或相互作用区的位置。

在一个示例中，液体靶标源可以被配置为在垂直于流动轴线的方向上移动，以便调节入射角和/或相互作用区的位置。

液体靶标成形器可以包括磁场发生器，该磁场发生器被配置为产生磁场以便使液体靶标成形为包括非圆形截面。磁场可以基本上垂直于流动轴线。磁场的幅值在流动轴线的方向上可能是不均匀的，使得液体靶标在沿流动轴线行进时经历场梯度。换句话说，磁场可以包括磁场梯度。用于使液体靶标成形的机构可以是基于液体靶标内的感应涡流，因此该液体靶标可以是导电的。磁场可以是交变磁场。

示例可以包括沿流动轴线定向的磁场的时变分量。该场分量可以为液体靶标赋予加速度，因此增加了在汽化或类似问题发生之前可以施加到液体靶标的热负载。

通过施加磁场梯度，液体靶标半径的最大相对变化可以写为：

其中，

β＝ε_mN_α/8α,/>

ε_m＝α/L_m

并且

如上定义的N_a被称为斯图尔特数，We为韦伯数，α为喷嘴半径，B₀为磁场的幅值，L_m为磁场梯度的长度尺度，并且σ_e为液体靶标的电导率。

在一个示例中，液体靶标由液态镓组成，并且将以下值输入到以上公式中：

ρ＝6100kg/m³，

σ＝0.7N/m，

α＝100μm，

v＝100m/s，

σ_e＝4MS/m，

B₀＝1.7T，以及

L_m＝1mm，

这可能会使液体靶标半径的最大变化达到百分之几。

类似于椭圆形喷嘴的情况，液体靶标的形状可能会沿流动轴线振荡。以上使用的值给出了大约250个喷嘴半径的波长，即25mm。如果液体靶标的离开速度增加到1000m/s(即，韦伯数增大100倍)，则振幅大约相同，但波长增加10倍。因为幅值与斯图尔特数成比例(即与磁场的平方成比例)，所以增加相对半径变化幅值的一种方式可能是增大磁场。增大效应的另一种方式可能是增大韦伯数。这可以在不影响斯图尔特数的情况下通过降低表面张力来完成。这进而可以通过提升温度来实现。作为示例，通过将磁场增大到4T，半径的相对变化的效应幅值大约为10％。附带说明，该幅值也可能随着喷嘴直径的增加而增大。然而，如以上讨论的，这可能会适得其反，因为在保持质量流量的情况下，仅增加直径则可能会导致较低的速度。较低的速度进而可能意味着液体靶标上所允许的热负载较低。

磁场发生器可以被配置为调节磁场，以便调节入射角和/或相互作用区的位置。

磁场可以是非均匀的。特别地，磁场发生器可以被配置为调节非均匀磁场的方向，以便调节入射角和/或相互作用区的位置。

在一个示例中，磁场发生器可以被配置为产生使液体靶标移动的磁场，使得相互作用区的位置相对于电子束移动。

液体靶标源可以被配置为提供液体靶标的可调节流率，以便调节第一宽度和第二宽度。

液体靶标可以是金属。

X射线源可以被配置为使撞击区关于电子束的方向转动。换句话说，X射线源可以被配置为使非圆形截面的第一轴线关于电子束的方向转动。

应当理解的是，根据本发明构思，如上所述的喷嘴和磁场发生器都可以存在于X射线源中。

根据本发明构思的第二方面，提供了一种用于产生X射线辐射的方法。该方法包括：提供电子束；提供沿流动轴线移动的液体靶标，该液体靶标包括关于该流动轴线的非圆形截面，其中，该非圆形截面具有沿第一轴线的第一宽度以及沿第二轴线的第二宽度，其中，该第一宽度短于该第二宽度，并且其中，该液体靶标包括与该第一轴线相交的撞击部分；将该电子束引导朝向该撞击部分，使得该电子束与该液体靶标在该撞击部分内相互作用以产生X射线辐射。

该方法可以进一步包括使该电子束沿该流动轴线和/或在垂直于该流动轴线的方向上移动，以便移动该电子束与该液体靶标相互作用的位置，即相互作用区。

该方法可以进一步包括使电子源绕流动轴线旋转，以便调节入射角和/或相互作用区的位置。

该方法可以进一步包括使喷嘴沿流动轴线移动，以便调节入射角和/或相互作用区的位置。

该方法可以进一步包括使喷嘴绕流动轴线旋转，以便调节入射角和/或相互作用区的位置。

提供液体靶标的步骤可以包括提供用于使液体靶标的非圆形截面成形的磁场。

该方法可以进一步包括调节磁场，以便调节入射角和/或相互作用区的位置。

该方法可以进一步包括调节液体靶标的流率，以便调节第一宽度和第二宽度。

该方法可以进一步包括使撞击区关于电子束的方向转动。

该方法可以进一步包括以下步骤：在液体靶标与传感器区域的未遮盖部分之间扫描电子束，以便确定例如电子束的宽度(优选地在撞击部分处的宽度)。可以形成根据第一方面的X射线源的一部分的传感器区域可以被布置在液体靶标的后面(从电子源来看)，使得液体靶标至少部分地遮盖传感器区域。这种布置允许电子束被扫描到液体靶标中和/或从液体靶标中扫描出并撞击在传感器区域的(多个)未遮盖部分上。然后可以分析来自传感器的输出信号，以确定液体靶标的宽度(优选地在扫描方向或垂直于流动轴线的方向上的宽度)。

所确定的液体靶标的宽度可以用作用于操作液体靶标源、液体靶标成形器和/或电子束的反馈或调节参数。这种反馈或调节的目的可以是控制液体靶标的宽度(优选地在撞击部分处的宽度)。因此，可以通过调节液体靶标的流率、通过使撞击部分绕流动轴线旋转、通过移动电子束与液体靶标相互作用的位置和/或通过调节电子束与撞击部分的表面之间的入射角来改变该宽度。

在一个示例中，根据第二方面的方法可以包括测量X射线输出，比如X射线通量和/或X射线亮度。可以通过用于表征或量化所产生的X射线辐射的传感器装置来执行测量。与上述反馈机制类似，所测量的X射线输出可以用于控制电子束与液体靶标之间的相互作用，以实现期望的输出(例如，在通量或亮度方面)。例如，可以通过使撞击部分绕流动轴线旋转、移动电子束与液体靶标相互作用的位置或者通过调节电子束与撞击部分的表面之间的入射角来控制相互作用。

关于上述方面中的第一方面描述的特征也可以结合在上述方面中的另一方面中，并且该特征的优点适用于结合了该特征的所有方面。

本发明构思的其他目标、特征和优点将从以下详细披露内容、从所附权利要求以及从附图中变得明显。

通常，除非本文另外明确定义，在权利要求中使用的所有术语应当根据它们在本技术领域中的普通含义来解释。进一步地，本文中，对术语“第一”、“第二”和“第三”等的使用不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个要素与另一个要素区分开。除非另外明确声明，否则所有提及的“一个/一/该[要素、设备、部件、装置、步骤等]”将被开放性地解释为是指所述要素、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例。除非明确声明，否则在此披露的任何方法的步骤并不必须按所披露的确切顺序来执行。

附图说明

参考附图，通过以下对本发明构思的不同实施例的说明性而非限制性的详细描述，将更好地理解本发明构思的上述以及附加目的、特征和优点，在附图中：

图1a示意性地展示了X射线源；

图1b示意性地展示了设置有磁场发生器的X射线源；

图2示意性地展示了液体靶标的透视图；

图3示意性地展示了液体靶标的非圆形截面；

图4a至图4b示意性地展示了电子源的移动，以便调节入射角和/或相互作用区的位置；

图4c示意性地展示了正被多个电子束撞击的液体靶标的非圆形截面；

图4d示意性地展示了具有细长截面的电子束；

图5a至图5b示意性地展示了液体靶标的成形，以便调节入射角和/或相互作用区的位置；

图6a至图6b示意性地展示了电子束的移动，以便调节入射角和/或相互作用区的位置；

图7是用于产生X射线辐射的方法的流程图。

这些附图不一定按比例绘制、并且通常仅示出为了阐明本发明构思所必需的部分，其中其他部分可以被省略或仅仅是建议。

具体实施方式

现在将参考图1a描述根据本发明构思的X射线源。从电子源102(比如包括高压阴极的电子枪)产生电子束100，并且从液体靶标源106提供液体靶标104。电子束100被引导朝向液体靶标104的撞击部分，使得电子束100与液体靶标104相互作用并且产生X射线辐射108。优选地，借助于泵110(比如高压泵)收集液体靶标104并将其返回到液体靶标源106，该高压泵适于将压力升高到至少10巴(优选地升高到至少50巴)以产生液体靶标104。

液体靶标104(即阳极)可以由包括喷嘴的液体靶标源106形成，通过该喷嘴可以喷射比如液态金属或液态合金等流体以形成液体靶标104。应当注意，应当理解的是，包括多个液体靶标和/或多个电子束的X射线源在本发明构思的范围内是可能的。

仍然参考图1a，X射线源可以包括X射线窗口(未示出)，该X射线窗口被配置为允许透射由电子束100和液体靶标104的相互作用产生的X射线辐射。X射线窗口可以基本上垂直于电子束的行进方向来定位。

现在参考图1b，示出了与液体靶标源106和液体靶标104有关的磁场发生器103。磁场发生器103和液体靶标104可以包括在X射线源中，该X射线源可以类似地被配置为结合图1a所讨论的X射线源。应当理解的是，磁场发生器103可以沿流动轴线进一步延伸，并且所示的磁场发生器103的放置仅仅是若干种不同配置中的示例。在本示例中，磁场发生器103可以包括多个用于产生用于修改液体靶标104的截面或使其成形的磁场的装置。这种装置的示例可以例如包括电磁体，这些电磁体例如可以布置在液体靶标104的路径的不同侧以影响液体靶标的形状。

现在参考图2，展示了沿流动轴线F移动的液体靶标204的示例。液体靶标是由液体靶标源206产生的。X射线源包括液体靶标成形器，例如具有非圆形开口的喷嘴212，以便使液体靶标204成形为包括非圆形截面214。在所展示的示例中，喷嘴212具有椭圆形开口。非圆形截面214具有沿第一轴线A₁的第一宽度(也被称为直径)以及沿第二轴线A₂的第二宽度或直径，其中，第一直径短于第二直径。液体靶标204包括与第一轴线A₁相交的撞击部分216。这里，撞击部分216被展示为以第一轴线A₁为中心的均匀区域。然而，应当理解的是，撞击部分216可以具有任何任意形状。进一步地，应当注意的是，这里的撞击部分216仅以非圆形截面展示，但是撞击部分216可以沿流动轴线F延伸。

电子束200被引导朝向撞击部分216，使得电子束200与液体靶标204相互作用并且产生X射线辐射。特别地，电子束200被引导到位于撞击区216内的相互作用区218。相互作用区可以被定义为当被电子束击中时在其中产生X射线的区。

如本披露内容中先前所讨论的，取决于液体靶标204的性能，可以观察到轴线切换。在图2中，可以看到第一轴线和第二轴线沿流动轴线F切换位置。液体靶标204的轴线(即第一轴线A₁和第二轴线A₂)可以沿流动轴线F多次切换位置，其中波长与液体靶标沿流动轴线F的速度成比例。特别地，轴线切换的波长与韦伯数的平方根成比例，这与线性速度依赖性相对应。对于某些参数组合，可以观察到仅发生一个轴线切换事件的情况，例如，从细长型喷嘴喷射出的液体靶标转动90度，并且然后继续而不会翻转可观察到的距离。

现在参考图3，详细展示了非圆形截面314。非圆形截面314可以形成与以上结合图1和图2所讨论的那些类似的X射线源的液体靶标的一部分。应当注意的是，在该图中相互作用区318不一定按比例绘制。非圆形截面314包括沿第一轴线A₁的第一直径322以及沿第二轴线A₂的第二直径320，其中，第一直径322短于第二直径320。如可以看到的，撞击部分316与第一轴线A₁相交。这里，电子束300以大于0度的入射角θ与液体靶标相互作用。

现在参考图4a，电子束400被示出为以入射角θ₁与液体靶标404相互作用。相互作用区418位于撞击部分416内。为了调节入射角和/或相互作用区418的位置，可以使提供电子束400的电子源(未示出)关于流动轴线旋转。如图4b所示，这种旋转可以导致电子束400以入射角θ₂与液体靶标404相互作用，并且相互作用区418的位置也可以在撞击部分416内改变。

现在参考图4c，第一电子束400和第二电子束401被示出为与液体靶标404相互作用。展示了对应的第一相互作用区418和第二相互作用区419。第一相互作用区418和第二相互作用区419布置在撞击部分416内。在第一相互作用区418中产生的X射线辐射408透射穿过基本上垂直于第一电子束400的方向定位的第一X射线窗口421。在第二相互作用区419中产生的X射线辐射409透射穿过基本上垂直于第二电子束401的方向定位的第二X射线窗口423。如可以看到的，X射线辐射可以优选地经由X射线窗口被透射，该X射线窗口在指向背离关于其中产生X射线辐射的相互作用区的非圆形截面的第一轴线的方向上被定位。这是为了避免由液体靶标中的吸收引起的X射线辐射的阻尼。

现在参考图4d，展示了具有细长截面的电子束400。如在所展示的截面中所见，位于撞击部分416内的相互作用区418因此可以呈细长形状或线形形状。根据本发明构思，当利用具有细长截面的电子束400时，将电子束400引导朝向撞击部分可能是有利的，以便实现改进的聚焦性能。进一步地，可以经由位于第一轴线的任一侧或两侧的X射线窗口来透射在相互作用区418中产生的X射线辐射。

现在参考图5a，电子束500被示出为以入射角θ₁与液体靶标504相互作用。相互作用区518位于撞击部分516内。为了调节入射角和/或相互作用区518的位置，可以使液体靶标504绕流动轴线旋转。这可以通过例如使喷嘴绕流动轴线旋转、和/或通过调节布置成使液体靶标504成形为包括非圆形截面的磁场来实现。如图5b所示，液体靶标504绕流动轴线的旋转可以导致电子束500以入射角θ₂与液体靶标504相互作用，并且相互作用区518的位置也可以在撞击部分516内改变。

现在参考图6a，电子束600被示出为以入射角θ₁与液体靶标604相互作用。这里，θ₁基本上为零。相互作用区618位于撞击部分616内。为了调节入射角和/或相互作用区618的位置，可以使电子束600沿流动轴线和/或在垂直于流动轴线的方向上移动。所展示的示例示出了电子束600在垂直于流动轴线的方向上的移动。电子束600沿流动轴线和/或在垂直于流动轴线的方向上的移动可以通过具有被配置为使电子束600移动的电子光学装置(未示出)来实现。术语“移动”应当被解释为包括聚焦和/或偏转电子束。如图6b所示，如上所披露的使电子束600移动可以导致电子束600以入射角θ₂与液体靶标604相互作用，并且相互作用区618的位置也可以在撞击部分616内改变。

进一步地，尽管未展示，但是可以使液体靶标成形器的喷嘴沿流动轴线移动，和/或调节由磁场发生器产生的磁场，以便调节入射角和/或相互作用区的位置。对入射角和/或相互作用区的位置的所得调节类似于以上结合图4a至图6b所披露的调节。

进一步地，应当理解的是，以上结合图4a至图6b所披露的调节的任何组合在本发明构思的范围内是可能的。

通过提供合适的传感器装置和控制器(未示出)，可以执行以上结合图4a至图6b所披露的调节，以实现期望的性能。一个示例是在样本位置处提供增加的X射线通量，以每秒X射线光子的数量来度量。另一个示例是提供增加的X射线亮度，即每时间、每面积和每立体角的光子数量。为了测量亮度，可能需要能够记录X射线辐射强度的空间分布的检测器。可以通过合适的控制算法(例如，PID控制器)来控制调节。

如先前结合图4c所提及的，X射线源可以包括多于一个电子束，从而提供多于一个相互作用区。这种情况的一个示例将是双端口源，即在与两个基本上平行的电子束基本上垂直的相反方向上存在两个X射线窗口的情况。通过这种装置，可以单独调节两个光斑以实现期望的性能。另一个示例是针对干涉测量应用(例如，Talbot-Lau干涉测量技术)提供在相同方向上辐射的多个X射线源。在此上下文中，可以注意到，宽的靶标可能是优选的，因为热负载可以在宽度上分布，其中基本上垂直于流动轴线分布的多个光斑与液体靶标相互作用。替代地，如果光斑沿流动轴线布置，则所允许的热负载将较小，因为下游相互作用区也将暴露于上游相互作用区的热负载。

现在将参考图7描述根据本发明构思的用于产生X射线辐射的方法。为了清楚和简单起见，将根据‘步骤’描述该方法。要强调的是，步骤不一定是以时间界定或彼此分开的过程，并且可以以并行方式同时执行多于一个‘步骤’。

在步骤724中，提供沿流动轴线移动的液体靶标。在步骤726中，提供电子束。在步骤728中，使液体靶标成形为包括关于流动轴线的非圆形截面，其中，该非圆形截面包括比第二直径短的第一直径，并且其中，该液体靶标包括与第一轴线相交的撞击部分。在步骤730中，将电子束引导朝向撞击部分，使得电子束与液体靶标在撞击部分内相互作用以产生X射线辐射。

该方法可以进一步包括用于调节撞击部分以便为要与之相互作用的电子束提供更宽的撞击部分的步骤。可以通过扫描732跨越液体靶标的电子束并测量在电子束方向上位于液体靶标下游的电子积存器(e-dump)(未示出)中吸收的电流来测量液体靶标的宽度。可以进一步包括用于将宽度朝向期望值控制734的步骤。

替代性地或另外，该方法可以包括以下步骤：测量736比如X射线通量或X射线亮度等X射线输出，并且基于所测量的X射线输出来控制738X射线辐射的产生。

本领域技术人员决不限于上述示例实施例。相反地，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。特别地，在本发明概念的范围内，可以设想包括多于一个液体靶标的X射线源和系统。此外，本文所描述类型的X射线源可以有利地与根据特定应用而定制的X射线光学器件和/或检测器组合，该特定应用例如但不限于以下各项：医学诊断、无损测试、光刻、晶体分析、显微镜学、材料科学、显微镜表面物理学、X射线衍射法测定蛋白质结构、X射线光谱分析(XPS)、临界尺寸小角X射线散射(CD-SAXS)和X射线荧光光谱分析(XRF)。另外，通过研究附图、披露内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所披露示例的变化。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。

附图标记清单

100 电子束

102 电子源

103 磁场发生器

104 液体靶标

106 液体靶标源

108 X射线辐射

110 泵

200 电子束

204 液体靶标

206 液体靶标源

212 喷嘴

214 非圆形截面

216 撞击部分

218 相互作用区

300 电子束

314 液体靶标

316 撞击部分

318 相互作用区

320 第二宽度

322 第一宽度

400 第一电子束

401 第二电子束

404 液体靶标

408 X射线辐射

409 X射线辐射

416 撞击部分

418 第一相互作用区

419 第二相互作用区

421 第一X射线窗口

423 第二X射线窗口

500 电子束

504 液体靶标

516 撞击部分

518 相互作用区

600 电子束

604 液体靶标

616 撞击部分

618 相互作用区

724 提供液体靶标的步骤

726 提供电子束的步骤

728 使液体靶标成形的步骤

730 引导电子束的步骤

732 扫描电子束的步骤

734 控制宽度的步骤

736 测量X射线输出的步骤

738 控制X射线输出的步骤

Claims

1.一种X射线源，包括：

液体靶标源，该液体靶标源被配置为提供沿流动轴线移动的液体靶标；

电子源，该电子源被配置为提供电子束；以及

液体靶标成形器，该液体靶标成形器被配置为使该液体靶标成形为包括关于该流动轴线的非圆形截面，其中，该非圆形截面具有沿第一轴线的第一宽度以及沿第二轴线的第二宽度，其中，该第一宽度短于该第二宽度，并且其中，该液体靶标包括与该第一轴线相交的撞击部分；

其中，该X射线源被配置为将该电子束引导朝向该撞击部分，使得该电子束与该液体靶标在该撞击部分内相互作用以产生X射线辐射；并且

其中，该X射线源进一步包括被配置为在该撞击部分内移动该电子束与该液体靶标相互作用的位置的装置；

该X射线源进一步包括另一装置，该另一装置被配置为：

在该液体靶标与布置成至少部分地被该液体靶标遮盖的传感器区域的未遮盖部分之间扫描该电子束；

基于来自该传感器区域的信号来确定该液体靶标的宽度；以及

基于所确定的宽度，调节该电子束与该撞击部分的表面之间的入射角。

2.根据权利要求1所述的X射线源，其中，该装置是被配置为使该电子束相对于该液体靶标移动的电子光学装置。

3.根据权利要求1所述的X射线源，其中，该装置被配置为与该液体靶标成形器协作以在该撞击部分内移动该电子束与该液体靶标相互作用的位置。

4.根据权利要求3所述的X射线源，其中，该装置被配置为使该靶标成形器绕该流动轴线旋转。

5.根据权利要求3所述的X射线源，其中，该装置被配置为使该靶标成形器在与该流动轴线正交的方向上移动。

6.根据权利要求3所述的X射线源，其中，该装置被配置为使该靶标成形器相对于该流动轴线倾斜。

7.根据前述权利要求中任一项所述的X射线源，其中，该液体靶标成形器包括具有非圆形开口的喷嘴，以便使该液体靶标成形为包括该非圆形截面。

8.根据权利要求7所述的X射线源，其中，该装置被配置为使该喷嘴沿该流动轴线移动，以便调节该撞击部分相对于该电子束的位置和/或取向。

9.根据权利要求7所述的X射线源，其中，该非圆形开口具有选自包括以下各项的组的形状：椭圆形、矩形、正方形、六边形、卵形、体育场形和具有圆角的矩形。

10.根据权利要求1所述的X射线源，其中，该液体靶标成形器包括磁场发生器，该磁场发生器被配置为产生用于使该液体靶标成形为包括该非圆形截面的磁场。

11.根据权利要求10所述的X射线源，其中，该磁场发生器被配置为调节该磁场，以便调节该撞击部分相对于该电子束的位置和/或取向。

12.根据权利要求1所述的X射线源，其中，该电子源被配置为产生与该液体靶标在该撞击部分内相互作用的多个电子束。

13.根据权利要求1所述的X射线源，其中，该液体靶标是金属。

14.一种用于产生X射线辐射的方法，该方法包括：

提供电子束；

提供沿流动轴线移动的液体靶标，该液体靶标包括关于该流动轴线的非圆形截面，其中，该非圆形截面具有沿第一轴线的第一宽度以及沿第二轴线的第二宽度，其中，该第一宽度短于该第二宽度，并且其中，该液体靶标包括与该第一轴线相交的撞击部分；

将该电子束引导朝向该撞击部分，使得该电子束与该液体靶标在该撞击部分内相互作用以产生X射线辐射；以及

在该撞击部分内移动该电子束与该液体靶标相互作用的位置；

该方法进一步包括：

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

基于所确定的宽度，执行以下操作中的至少一项操作：

使该撞击部分绕该流动轴线旋转；以及

移动该电子束与该液体靶标相互作用的位置。