CN112314060B - 确定电子光斑的宽度和高度 - Google Patents

Abstract

本发明构思涉及一种X射线源中的方法，该X射线源被配置为从相互作用区域发射通过电子束与靶标之间的相互作用生成的X射线辐射，该方法包括以下步骤：提供该靶标；提供该电子束；使该电子束相对于该靶标沿第一方向偏转；检测指示该电子束与该靶标之间的相互作用的电子；基于检测到的电子和该电子束的偏转，确定该电子束在该靶标上沿该第一方向的第一延伸；检测通过该电子束与该靶标之间的相互作用生成的X射线辐射；以及基于检测到的X射线辐射，确定该电子束在该靶标上沿第二方向的第二延伸。

Description

确定电子光斑的宽度和高度

技术领域

本文披露的本发明总体上涉及用于生成X射线辐射的方法和设备。更精确地，本发明涉及对电子冲击X射线源中电子束与靶标之间的相互作用的表征和控制。

背景技术

X射线辐射可以通过允许电子束冲击电子靶标来生成。X射线源的性能尤其取决于电子束与靶标之间相互作用时所生成的X射线辐射的焦斑大小的特性。通常，正在努力获取更高的亮度和更小的X射线辐射焦斑大小，这需要改进对电子束以及其与靶标的相互作用的控制。具体地，已经进行了若干次尝试以更准确地确定和控制撞击到靶标上的电子束的光斑大小。

US 2016/0336140 A1是这种尝试的示例，其中通过在检测反向散射电子的同时在结构化移动靶标上方扫描电子束来测量电子束的截面的第一宽度和第二宽度。相对于靶标的运动方向侧向执行扫描，并且电子束旋转90°以便在高度和宽度方向上获得截面的量度。

然而，此方法具有若干缺点。首先，旋转需要对光束进行电子-光学修改，这使光斑的形状有变形的风险。这可能会降低测量的可靠性和准确性。其次，基于旋转的技术可能难以在利用聚焦在移动靶标上的长形或线形光斑的系统中实施。将线形光斑旋转成使得其长度方向沿运动方向定向可能导致靶标过热。因此，仍然需要用于生成X射线辐射的改进的设备和方法。

发明内容

总体上关于在X射线源中，特别是在上述参考技术中遇到的上述限制而做出了本发明。因此，本发明的目的是提供用于测量撞击到X射线源的靶标上的电子束的延伸的改进技术。

因此，提供了具有在独立权利要求中阐述的特征的方法和设备。从属权利要求限定了本发明的有利实施例。

因此，提出了一种X射线源中的方法，其中该X射线源被配置为在该靶标的相互作用区域中与电子束相互作用时发射X射线辐射。电子束的宽度，或由电子束在靶标上形成的焦斑，可以通过将指示电子束与靶标之间的相互作用的电子的测量值与源自相互作用区域的X射线辐射的测量值进行组合而在至少两个方向(例如竖直方向和水平方向)上确定。

电子束在相互作用区域中的宽度(在该相互作用区域中该电子束撞击到电子靶标上)是影响X射线生成过程的重要因素。借助于位于距相互作用区域一定距离处的传感器区来确定相互作用区域中的宽度不是直接的。本发明提供了一种用于通过在靶标上方使电子束偏转并且检测指示靶标处的相互作用的电子方面的响应而在第一方向上进行宽度测量的方法。检测到的电子可以例如从靶标反向散射，被靶标吸收和/或通过靶标(即，不与目标相互作用)。靶标可以例如包括在结构上方扫描或偏转电子束时在检测到的电子信号中生成对照物(contrast)的结构。该结构可以例如是第一材料与第二材料之间的界面、狭缝或凹槽或能够在例如电子吸收或反向散射中生成对照物的其他装置。因此，通过在这种结构上方移动电子束，可以将检测到的电子中的对照物用于确定或估计电子束在扫描方向上的宽度。

在一些实施例中，可以在第一定位(其中光束撞击到未被电子靶标遮盖的传感器区)、第二定位(其中电子靶标最大程度地遮盖传感器区)与合适的一组中间定位之间执行扫描。如果所记录的传感器数据被认为是偏转设置的函数，则可以识别未遮盖定位(期望的大传感器信号)与遮盖定位(期望的小传感器信号)之间的过渡。过渡的宽度对应于在电子靶标处测量的电子束的宽度。如果偏转器设置与光束在相互作用区域的水平处的位移之间的关系是可用的，则根据偏转器设置以此方式确定的宽度可以转换成长度单位。

在一些实施例中，可以在第一定位(其中至少一半的电子束在撞击到未被电子靶标遮盖的传感器区上之前在靶标的第一侧上穿过)与第二定位(其中至少一半的电子束在撞击到未被电子靶标遮盖的传感器区上之前在靶标的第二侧上穿过)之间执行扫描。当波束从靶标的第一侧扫描到另一侧时，可以从检测到的电子的变化中提取电子束的宽度。以此方式，也可以测量超过靶标宽度的波束宽度。

在垂直于电子靶标的边缘或其他对照物生成装置的方向上执行扫描是有利的；然而，考虑到相对于边缘的扫描角度，可以通过数据处理来补偿倾斜的扫描方向。

通过利用本领域本身已知的Abel变换技术处理电子传感器数据，可以提取关于电子束的更详细的信息，特别是其形状或强度轮廓。

波束宽度可以从由以上示例中披露的类型的传感器提供的信息中得出。

本发明进一步提供了一种用于通过测量X射线光斑大小来进行第二方向上的电子束的宽度测量的方法。X射线光斑大小可以理解为发出X射线辐射的源的大小或延伸。可以借助于对所生成的X射线辐射敏感的传感器区来进行测量。用于确定X射线光斑大小的技术的示例可以例如利用针孔、狭缝或滚动杆进行成像。可以通过针孔法获得X射线光斑的完整的二维空间分布，其中狭缝和滚动杆的图像分别对应于线扩展函数和边缘扩展函数。通过利用相互作用区域的定位与传感器区之间的关系、检测到的信号以及布置在其间的任何X射线光学器件，这些示例性方法可以用于得出第二方向上X射线光斑的宽度，比如光斑高度。

可以引用为对X射线源的分辨能力的评估的X射线光斑或源光斑的大小尤其取决于电子光斑的大小以及靶标内电子和光子的散射。撞击的电子束倾向于穿透靶标材料至特定深度，这导致靶标材料的体积被激活并且发射X射线辐射。然而，X射线辐射倾向于被靶标材料衰减。X射线辐射在离开靶标之前必须穿过的靶标材料越多，其得到的衰减就越大。因此，可以将X射线光斑的实际大小或有效大小确定为生成可检测的X射线辐射(即实际上离开靶标的辐射)的靶标材料的X射线辐射体积的大小。因此，X射线光斑的大小可以用于得出导致靶标材料发射X射线辐射的电子束的对应光斑大小的知识。有利地，X射线光斑大小与电子光斑大小之间的转换可以基于靶标材料散射电子的趋势、靶标材料吸收X射线辐射的能力、撞击电子的穿透深度、电子束入射角以及靶标的几何形状。

因此，本发明构思允许在不进行电子光斑的旋转的情况下，在至少两个方向(比如横向方向和垂直方向)上确定电子光斑的宽度。这对于所谓的线形光斑特别有利，这些线形光斑的第一尺寸的宽度明显大于另一尺寸的宽度，并且尤其是在移动靶标上使用时。在这种系统中，令人期望的是布置电子光斑，使得最大宽度(线形光斑的长度延伸)在旋转轴线的方向(在旋转靶标的情况下)(即基本上垂直于靶标在相互作用区域处的行进方向)上跨靶标定向，并且使得最小宽度(线形光斑的厚度或高度)在行进方向上。实验表明，跨行进方向尽可能宽的光斑允许使用电子束的相对高的总功率，而不会使靶标过热。具体地，通过使光斑更宽，可以施加更多总功率，而无需增加最大功率密度或每单位长度的功率。进一步地，如果光斑在行进方向上尽可能的小或窄，则是有利的，因为这产生具有高亮度的X射线源。

因此，设置和校准X射线源使得所生成的X射线辐射的性能最大化而不损坏靶标可能是一项艰巨的任务。换句话说，令人期望的是在不实际超过阈值的情况下，以尽可能接近损坏阈值的方式操作X射线源，并且具体地电子源。考虑到这一点，旋转经校准和经优化的光斑以便确定其大小可能是令人沮丧的努力，并且技术人员可能会在测量期间尝试降低电子束的总功率，以便保护靶标免于潜在损坏。通过旋转线形电子光斑使得其在靶标材料的行进方向上对齐，靶标材料暴露于电子束持续增加的时间段，并且因此可能会过热。本发明构思提供了针对此挑战的解决方案，因为其允许在保持电子束的原始朝向和总功率的同时沿靶标的行进方向和正交方向测量电子光斑。

如已经提到的，用于确定第一方向上的光斑宽度的测得的或检测到的电子可以是撞击到传感器区上而不是靶标上的电子。换句话说，那些电子可以由电子源生成并且具有允许这些电子朝向传感器区穿过的轨迹。

替代性地或另外地，也可以研究从靶标发射的电子。这种电子在电子束辐射到靶标上时被反向散射，并且包括反冲电子，这些反冲电子在靶标材料内部弹性散射并且从该靶标材料发射。应当理解，反向散射电子的数量可以指示撞击到靶标上的电子的数量，并且因此随着在靶标上方扫描电子束而变化。

在另一个示例中，还可以研究二次电子。二次电子可以被认为是比电子束的电子能量低的电子，并且可以作为电离产物而生成。

在进一步示例中，可以检测被靶标吸收的电子，以便指示该靶标与电子束的相互作用。被吸收的电子可以由检测设备检测，例如连接到靶标的电流表。

可以控制电子束，使得供应给靶标的功率密度(或电流、强度或热负载)保持在预定极限以下，以避免靶标的过热、热引起的损坏和/或多余的碎屑产生。存在若干种测量和定义靶标上的热负载的方式。一种选择是将功率密度确定为电子束的总功率与靶标上的电子光斑的面积之间的比率。替代性地，相反可以考虑供应给靶标的每个点的最大功率。在横向于移动靶标的行进方向定向的线形光斑的情况下，测量沿光斑的长度方向的功率密度分布可能是有益的。

因此，通过能够确定在第一方向和第二方向上电子光斑的宽度，能够确定与靶标相互作用的电子的功率密度或功率密度分布。进而，这可以允许电子源被相应地控制，使得X射线源可以以更接近损坏阈值(在该阈值处可能发生靶标损坏和多余的碎屑产生)的方式被操作，并且因此具有更高的性能。

应注意的是，出于本披露内容的目的，电子束可以由其将特定功率传递至靶标的能力表征。已知被定义为每单位时间传递到靶标的能量总量的功率可以由每单位时间传递的电子的能量和总数(或通量)来确定。靶标的每单位面积(或单位长度)的传递功率可以被称为功率密度，并且可以被认为表示该靶标的电子光斑区域的每单位面积(或单位长度)的平均功率。在本披露内容的上下文中，术语“功率密度曲线”和“功率密度分布”可以互换使用以表示靶标的特定区域内的功率密度的局部分布。引入这些术语是为了捕捉以下事实：功率密度可能在电子束的截面上变化，使得靶标上的电子光斑的不同部分可能暴露于不同的热负载。

根据实施例，可以通过使电子束相对于靶标沿第一方向偏转并且检测指示电子束与靶标之间的相互作用的电子来确定指示电子束的功率密度的量。该量可以是沿第一方向的功率密度曲线。然而，该量可能足以确定例如电子束沿所述第一方向的延伸，或沿所述第一方向的功率密度的最大值。此外，可以调整电子束以获得某些期望的效果，同时将功率密度保持在预定极限以下。这可以对应于将指示功率密度的所述量保持在特定值以下。可能不需要所述量与实际功率密度之间的确切对应关系来实现预期目的，即，在不使靶标过载的情况下，调整电子束以优化出射的X射线辐射。

根据实施例，可以调整该电子束，使得减小该电子束在该靶标上的第二延伸，同时保持该电子束在该靶标上的第一延伸。在靶标上的电子光斑是基本上线形的情况下，本发明实施例可以理解为在保持光斑长度的同时减小该光斑的线厚度的方式。

在下文中，将描述本发明的示例实施例的配置。在此特定实施例中，电子靶标可以是在可以与X射线源的电子-光学轴线基本上垂直的方向(沿该方向电子束在其到达相互作用区域的途中行进)上行进的移动靶标(比如旋转的固体靶标或液体金属射流靶标)。根据实施例，由这种设置生成的X射线辐射可以通过沿基本上垂直于行进方向和电子-光学轴线两者的轴线定向的X射线透明窗口离开。从电子源的角度看相互作用区域，此方向可以被称为相对于靶标的“侧向”或横向。X射线传感器可以布置在相对于相互作用区域的不同定位处。然而出于空间原因，可能期望的是沿穿过X射线窗口和相互作用区域的轴线将X射线传感器布置在靶标的与X射线窗口相对的相对侧处。在此定位处，X射线传感器将从侧面观察靶标，并且因此观察X射线光斑，允许正确获取图像，从该图形中可以确定X射线光斑在靶标的行进方向上的延伸。然而，使用例如可以相对于电子束布置在靶标的下游的电子传感器来确定电子光斑在另一个横向方向上的扩展具有明显的优势。

根据其中X射线源是包括聚焦X射线光学器件的系统的一部分的实施例，X射线传感器可以布置在所述光学器件的焦平面中，即布置在X射线光学器件将产生X射线光斑的图像的平面中。利用光学器件的放大率的知识，可以根据在焦平面中执行的测量来计算X射线光斑的大小。在包括期望最大X射线通量的聚焦X射线光学器件的实施例中，可能足以测量X射线通量并调整电子光斑的高度，以便在保持宽度恒定的同时增加测得的X射线通量，以便保持靶标上的热负载恒定。在此实施例中，可能足以使用对X射线敏感的二极管作为X射线传感器。在此情况下，可能不能获得电子光斑的绝对高度。

在一些实施例中，令人期望的是提供高度尽可能小的X射线光斑。这可以通过调整电子束使得电子光斑的高度减小，优选地同时将功率密度保持在预定极限以下来实现。为了确保X射线光斑高度实际上减小，可能需要优选地借助于X射线传感器来提供对X射线光斑高度的相对或绝对测量。

在一些应用中，令人期望的是最大化借助于光学元件(比如针孔、狭缝或反射镜)透射的总X射线通量(即，每单位时间的光子)。在此情况下，可以调整电子束使得指示总透射通量的传感器读数增加，优选地同时将功率密度保持在预定极限以下。

在一些应用中，可能期望在特定面积中最大化X射线通量密度(即，每单位时间和单位面积的光子)。在此情况下，可以调整电子束使得指示该面积中的X射线通量密度的传感器读数增加，优选地同时将功率密度保持在预定极限以下。

不管旨在最大化X射线通量还是最大化X射线通量密度，均可能需要指示相关X射线通量(例如，由光学元件透射的X射线通量，或透射通过特定面积的X射线通量)的量度。X射线通量密度可以基于在其上对通量进行测量的实际面积来计算，只要该面积是已知的。然而，对于X射线源的给定设置，增加X射线通量或X射线通量密度可以对应于增加指示相关X射线通量的量度。可以通过增加由相互作用区域的一部分接收的电子通量来增加相关的X射线通量，在该相互作用区域的一部分中生成对相关的X射线通量有贡献的X射线辐射。在这两种情况下，都不必确定X射线光斑的延伸。

假设通过电子束与靶标之间的相互作用而生成的X射线辐射的一部分对测得的X射线通量没有贡献，例如由于用于测量X射线通量的部件的几何约束和/或视野限制，则可以减小电子束的高度并且因此减小X射线光斑的高度，以便允许所生成的X射线辐射的较大部分到达X射线传感器。假设功率密度已经低于并且充分接近预定极限，则电子束宽度可以在高度降低的同时保持基本上恒定。

根据实施例，在没有X射线传感器的情况下，可以提供如上文描述的X射线源。相反，X射线源可以包括输入端口，该输入端口被配置为接收指示在X射线传感器或检测器处接收到的X射线通量的信号。X射线传感器可以在X射线源的外部，并且被布置为接收由X射线源生成的X射线通量。因此，输入端口可以通信地连接到X射线传感器以接收信号，并且可操作地连接到控制器，使得当调整电子束以增加由X射线源生成并由X射线传感器接收的X射线通量时，该信号可以由控制器使用。优选地，控制器可以调整电子束，使得增加由传感器接收的X射线通量，同时功率密度保持在预定极限以下。此实施例对于在出于其他目的也可能需要X射线传感器的应用中可能是有利的。

根据实施例，X射线源可以包括X射线传感器，该X射线传感器能够提供指示X射线光斑在至少两个不同方向上的延伸的数据。因此，不仅可以确定X射线光斑的高度，还可以确定其由X射线传感器所看到的宽度(也被称为投影宽度)。这可能是有利的，因为投影宽度的变化可能表明X射线源性能不佳。投影宽度变化的原因可以包括靶标或电子束形状的变化。在包括液体射流靶标的实施例中，投影宽度的变化可能是由液体射流的截面形状的偏差引起的，这可以看作是不稳定的标志。投影宽度变化的另一个可能原因可能是电子束的不对称性，而这进而可能是由用作电子束源的阴极老化引起的。

至少在一些情况下，可以调整电子束以补偿X射线光斑投影宽度的变化。在一些实施例中，沿第一方向移动电子束可能影响投影宽度。电子束功率密度的不对称可能要求降低电子束的总功率以避免靶标的局部过热。进一步地，在一些应用中，可能需要特定的X射线光斑形状。这方面的示例是对圆形光斑的需要。在这种情况下，可以调整电子束，使得X射线光斑高度和投影宽度彼此接近，同时功率密度保持在预定极限以下。

根据实施例，在X射线源的使用寿命内重复测量电子光斑的宽度和高度，以确保随时间推移性能一致。假设检测到光斑大小的变化，则可以将补偿应用于电光系统以针对这些变化进行调整。

应当理解的是，其他配置也是可以想到的，并且比如电子-光学轴线、行进方向和X射线传播方向等上文讨论的方向彼此正交，仅是用于帮助阐明本发明构思的示例。然而，在所附权利要求的范围内，其他配置、相对定向以及布置是可能的，并且将结合附图进一步详细描述。

出于本申请的目的，“传感器”或“传感器区”可以指适于检测撞击到传感器上的电子束或X射线辐射的存在(以及功率或强度，如果适用的话)的任何传感器；该“传感器”或“传感器区”也可以指这种传感器的一部分。仅举几个示例，传感器可以是电荷敏感区(例如，经由电流表接地的导电板)、闪烁体、光传感器、电荷耦合设备(CCD)等。

电子传感器或传感器布置位于由电子-光学装置定义的电子-光学轴线的中心不是必要的。相对于系统的光轴和/或相互作用区域的定位，已知传感器定位可能就足够了。

如在电子束的截面中所见，电子束的宽度可以被定义为电子束强度分布的半高全宽。当撞击到靶标上时，电子的宽度可以被称为电子束的“光斑大小”或“焦斑大小”。X射线光斑的宽度可以以类似的方式定义，即，作为空间强度分布的FWHM。

当考虑电子光斑时，术语“光斑大小”可以指在一个或若干个方向上的延伸，或指电子束的截面面积。因此，术语“第一延伸”和“第二延伸”可以指靶标上的光斑的第一直径和第二直径，或者第一截面长度和第二截面长度。这些方向不一定正交。然而，在一些实施例中，这些方向可以是正交的，并且可以进一步被称为光斑的高度和宽度，或竖直延伸和横向延伸。

相互作用区域可以指其中生成X射线辐射的靶标的表面或体积。具体地，相互作用区域可以指其中生成可以经由X射线源的X射线窗口透射的X射线辐射的表面或体积。在一个示例中，相互作用区域的表面处的电子束的宽度被定义为电子束强度分布的半高全宽。靶标上的相互作用区域的表面可以被称为电子束的“光斑大小”。通常，由于靶标内的电子散射，相互作用区域的截面可能比电子束光斑大小更宽。

在本申请的上下文中，术语“颗粒”、“污染物”和“蒸气”可以指在X射线源的操作期间生成的自由颗粒，这些自由颗粒包括碎屑、液滴和原子。这些术语在整个申请中可以互换使用。因此，由于靶标的材料向蒸气的相变而可能生成颗粒。蒸发和沸腾是这种转变的两个示例。进一步地，比如碎屑等颗粒可能通过例如固体靶标过热，以及液体靶标飞溅、重大冲击或湍流生成。因此，意识到，本披露内容中所提及的颗粒不必限于源自汽化过程的颗粒。

将理解的是，靶标可以是固定或旋转类型的固体靶标或液体靶标。在本申请的上下文中，术语“液体靶标(l iquid target)”或“液体阳极(l iquid anode)”可以指被迫通过喷嘴并传播通过X射线源的真空腔室内部的液体射流、液体流或液流。尽管射流通常可以由基本上连续的液流或液体流形成，但将理解的是，射流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。具体地，液滴可以在与电子束相互作用时生成。液滴组或液滴簇的这类示例可以由术语“液体射流”或“靶标”所涵盖。液体靶标的替代性实施例可以包括多个喷嘴、固定或旋转的液体池、在固体表面上流动的液体或由固体表面限制的液体。

将理解的是，用于靶标的液体可以是优选地具有低熔点的液态金属，比如铟、锡、镓、铅、或铋、或其合金。液体的其他示例包括例如水和甲醇。

根据液体靶标被提供为液体射流的实施例，X射线源可以进一步包括包含闭环循环系统的系统或者布置在包含闭环循环系统的系统中。循环系统可以位于收集容器与靶标发生器之间，该收集容器被布置为接收相互作用区域的下游的液体靶标材料，该靶标发生器被布置为生成液体射流，并且该循环系统可以适于使该液体射流的所收集液体循环到靶标发生器。该闭环循环系统允许X射线源的连续操作，因为液体可以重复使用。

所披露的技术可以体现为计算机可读指令，这些计算机可读指令用于控制可编程计算机，其方式为使得该可编程计算机使X射线源执行上述方法。这些指令可以以包括存储有指令的非易失性计算机可读介质的计算机程序产品的形式分布。

将理解的是，针对根据以上第一方面的方法在以上所描述的实施例中的特征中的任何特征都可以与根据本发明的第二方面的X射线源组合，并且反之亦然。

当研究以下详细披露内容、附图和所附权利要求时，本发明的进一步目的、特征和优点将变得清楚。本领域技术人员将认识到，可以组合本发明的不同特征来创建除了以下描述的实施例之外的实施例。

附图说明

出于举例说明的目的，现在将参考附图来描述本发明，在附图中：

图1a是根据本发明的一些实施例的X射线源的示意性截面侧视图。

图1b是根据实施例的包括液体金属射流靶标的X射线源的示意性透视图；

图2是根据实施例的包括液体金属射流靶标的X射线源的示意性透视图；

图3a和图3b展示了根据本发明的实施例的靶标上电子焦斑的不同示例；

图4展示了电子束与通过电子束与靶标之间的相互作用生成的X射线辐射之间的关系；

图5是根据实施例的系统的示意性表示；以及

图6示意性地展示了根据实施例的方法。

所有附图都是示意性的、不一定按比例绘制、并且通常仅示出为了阐明本发明所必需的部分，其中其他部分可以被省略或仅仅是建议。

具体实施方式

首先参考图1a，展示了根据本发明一些实施例的X射线源100a的截面侧视图。X射线源100a包括靶标110a，在此在截面视图中通过圆圈展示。然而，可以预见，靶标110a可以采取其他形状或形式，并且特别应该注意的是，靶标110a可以是液体靶标、旋转靶标、固体靶标或能够通过与电子束相互作用生成X射线辐射的任何其他类型的靶标。

X射线源100a进一步包括电子源114a，该电子源可操作以生成沿电子-光学轴线行进并与靶标110a相互作用以生成X射线辐射的电子束116a。在所展示的示例中，第一量的所生成的X射线辐射118a在沿基本上垂直于电子-光学轴线的轴线的离开方向上离开X射线源100a。第二量的所生成的X射线辐射119a在与离开方向相反的方向上朝向X射线传感器121a(即第二传感器)行进。X射线源100a还包括电子检测器128a，即第一传感器，该电子检测器被配置为检测指示电子束与靶标之间的相互作用的电子。具体地，电子检测器128a被配置为接收穿过靶标110a的电子束116a的至少一部分。电子检测器128a在此关于电子-光学轴线布置在靶标110a的下游。如从本披露内容容易理解的，第一传感器(例如电子检测器128a)可以布置在其他位置处，并且可以被配置为检测例如反向散射电子、二次电子、穿过靶标110a的电子、在靶标110a中吸收的电子等。

现在参考图1b，展示了根据实施例的包括液体金属射流靶标的X射线源的截面侧视图。所展示的X射线源100b利用液体射流110b作为电子束的靶标。然而，如本领域技术人员容易理解的，其他类型的靶标(比如移动靶标或旋转固体靶标)在本发明构思的范围内同样是可能的。进一步地，X射线源100b的一些所披露的特征仅仅作为可能的示例被包括，并且对于X射线源100b的操作可能不是必需的。

如图1b中所指示的，低压腔室或真空腔室102b可以由外壳104b以及将低压腔室102b与周围大气隔开的X射线透明窗口106b限定。X射线源100b包括液体射流发生器108b，该液体射流发生器被配置为形成沿流动轴线F移动的液体射流110b。液体射流发生器110b可以包括喷嘴，通过该喷嘴比如液体金属等液体可以被喷射以形成朝向和通过相交区域112b传播的液体射流110b。液体射流110b通过相交区域112b朝向收集装置113b传播，该收集装置关于流动方向布置在液体射流发生器108b的下方。X射线源100进一步包括电子源114b，该电子源被配置为提供沿电子-光学轴线被引导朝向相交区域112b的电子束116b。电子源114b可以包括用于生成电子束116b的阴极。在相交区域112b中，电子束116b与液体射流110b相互作用以生成X射线辐射118b，该X射线辐射经由X射线透明窗口106b从X射线源100b透射出去。在此，第一量的X射线辐射118b在基本上垂直于电子束116b的方向(即电子-光学轴线和流动轴线F)的离开方向D₁上被引导出X射线源100b。

形成液体射流的液体由收集装置113b收集，并且随后由泵120b经由再循环路径122b再循环至液体射流发生器108b，在该液体射流发生器中，可以重复使用该液体以不断生成液体射流110b。

仍参考图1b，X射线源100b在此包括电子检测器128b，即第一传感器，该电子检测器被配置为接收穿过液体射流110b的电子束116b的至少一部分。如从电子源114b的视角所看到的，电子检测器128b在此被布置在相交区域112b的后面。将理解的是，在此仅示意性地展示了电子检测器128b的形状，并且在本发明构思的范围内，电子检测器128b的其他形状可以是可能的。X射线源100b还包括X射线传感器121b，即第二传感器，该X射线传感器被配置为检测通过电子束与靶标之间的相互作用生成的X射线辐射。X射线传感器121b在此布置在靶标110b的关于X射线窗口106b的相对侧。具体地，X射线传感器121b可以布置为使得通过电子束116b与靶标100b之间的相互作用生成的第二量的X射线辐射119b在基本上垂直于流动轴线F和电子-光学轴线的方向D₂上可以到达X射线传感器121b。

现在参考图2，展示了根据实施例的包括液体金属射流靶标的X射线源200的示意性透视图。所展示的X射线源200利用液体射流200作为电子束的靶标。然而，如本领域技术人员容易理解的，其他类型的靶标(比如移动靶标或旋转固体靶标)在本发明构思的范围内同样是可能的。进一步地，X射线源200的一些所披露的特征仅仅作为可能的示例被包括，并且对于X射线源200的操作可能不是必需的。

X射线源200总体上包括电子源214、246以及被配置为形成用作电子靶标的液体射流210的液体射流发生器208。X射线源200的部件位于气密性壳体242中，电源244和控制器247可能是例外的，该电源和控制器可以位于壳体242的外部，如附图所示。如果壳体242没有在很大程度上屏蔽电磁场，则通过电磁相互作用而起作用的各种电子-光学部件也可以位于该壳体的外部。相应地，如果壳体242由具有低磁导率的材料(例如，奥氏体不锈钢)制成，则这种电子-光学部件可以位于真空区域的外部。

该电子源总体上包括由电源244供电的阴极214，并且包括电子发射器246，例如热离子、热场或冷场带电粒子源。通常，电子能量可以在约5keV至约500keV的范围内。来自电子源的电子束朝向加速孔口248加速，电子束在该点处进入电子-光学系统，该电子-光学系统包括对准板250的装置、透镜252以及偏转板254的装置。对准板250、透镜252和偏转板254的可变特性可通过由控制器247提供的信号来控制。在所展示的示例中，偏转板254和对准板250可操作以在至少两个横向方向上加速电子束。在初始校准之后，对准板250通常在X射线源200的整个工作周期中保持恒定的设置，而偏转板254用于在X射线源200的使用期间动态地扫描或调整电子光斑的位置。透镜252的可控特性包括它们各自的聚焦能力(焦距)。尽管附图以表明对准装置、聚焦装置和偏转装置是静电类型的方式象征性地描绘了这些装置，但是通过使用电磁设备或静电和电磁电子-光学部件的混合也同样可以很好地体现本发明。X射线源可以包括象散校正器线圈253，可以提供该象散校正器线圈实现电子光斑的非圆形形状。

在电子光学系统的下游，在相交区域212中，射出的电子束I₂与液体射流210相交。该相交区域是可能产生X射线的位置。X射线辐射可以在不与电子束重合的方向上从壳体242引出。电子束I₂的连续穿过相交区域212的任何部分都可以到达电子检测器228。在所展示的示例中，电子检测器228仅仅是经由电流表256接地的导电板，该电流表提供对由相交区域212下游的电子束I₂携带的总电流的近似测量。如图所示，电子检测器228位于距相交区域212一定距离D处，并且因此不会干扰X射线源200的正常操作。在电子检测器228与壳体242之间存在电绝缘，使得可以允许电子检测器228与壳体242之间的电势差。尽管电子检测器228被示出为从壳体242的内壁突出，但是应当理解的是，电子检测器228也可以与壳体壁齐平地安装。电子检测器可以进一步配备有孔口，该孔口被布置成使得撞击孔口内部的电子可以被电子检测器记录，而撞击孔口外部的电子可能不被检测到。

在该附图中未示出壳体242的下部部分、用于从壳体242中排出气体分子的真空泵或类似装置、用于收集和再循环液体射流的容器和泵。还应理解的是，控制器247可以访问来自电流表256的实际信号。

X射线源200可以进一步包括类似于图1b中的部件106b和121b的X射线透明窗口(未示出)和X射线检测器(未示出)。所描述的电子-光学系统可以用于基于来自电子检测器228和/或X射线检测器(未示出)的测量来调整电子束延伸。通过调整聚焦透镜252和象散校正器线圈253两者，可以在沿着和垂直于液体射流210的流动方向的方向上独立地调整电子焦斑的电子宽度。

现在参考图3a和图3b，展示了根据本发明的实施例的靶标上电子焦斑的不同示例。

在图3a中，在靶标310a上示出了非圆形电子焦斑358a。在此，将电子焦斑358a定向为使得其最长的延伸(在此为宽度360a)沿垂直于靶标310a的行进方向T的方向布置。电子焦斑358a的最窄或最短的延伸(在此为长度362a)沿行进方向T布置。这种布置可以允许使用电子束的相对高的总功率而不会使靶标310a过热。宽度360a可以是长度362a的至少两倍长，比如至少四倍长。在实施例中，宽度360a可以处于40μm与80μm之间，相应地，长度362a可以处于10μm与20μm之间。在这些间隔内的不同组合可以被使用以具有优势。

在图3b中，在靶标310b上示出了非圆形电子焦斑358b。在此，将电子焦斑358b定向为使得其最短的延伸(在此为宽度360b)沿垂直于靶标310b的行进方向T的方向布置。电子焦斑358b的最宽或最长的延伸(在此为长度362b)沿行进方向T布置。与结合图3a所披露的布置相比，这种布置可以在靶标310b上施加不必要的负载，这在电子束的给定的总功率下增加了靶标310b过热的风险。

现在参考图4，展示了电子焦斑大小458与通过电子束与靶标之间的相互作用(即相互作用区域464)生成的X射线辐射之间的关系的示例。应当注意的是，此附图不一定按比例绘制，并且所展示的特征的形状不是限制性的，而仅仅是可能形状的示例。应当进一步注意的是，所展示的示例仅仅是限定电子焦斑大小和其中生成X射线辐射的相互作用区域的一种方式，并且在不脱离本发明构思的范围的情况下可以做出其他限定。

示出了靶标410的一部分，其上，展示了电子焦斑大小458和相互作用区域468。可以注意的是，相互作用区域468和电子焦斑大小458是重叠的。靶标410下方的曲线图展示了电子束沿靶标410上指示的线A-A的强度分布的特性。

如本披露内容中所限定的，相互作用区域468对应于强度分布的半高全宽I_最大。此外，如阴影区470所展示的，一些电子对X射线辐射的生成没有贡献，并且在一些方面可能被认为是浪费的。曲线图472下方的区470反映了对X射线辐射的生成没有贡献的电子的功率。类似地，曲线图472下方的区474反映了对X射线辐射的生成有贡献的电子的功率。

现在参考图5，展示了根据实施例的X射线源500的示意性表示。X射线源500包括：第一传感器578，该第一传感器适于检测指示电子束与靶标之间的相互作用的电子；第二传感器580，该第二传感器适于检测通过电子束与靶标之间的相互作用生成的X射线辐射；控制器547，该控制器可操作地连接到第一传感器、第二传感器和电子-光学装置(未示出)。

现在将参照图6描述根据本发明构思的X射线源中的方法。为了清楚和简单起见，将根据“步骤”来描述该方法。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”。

被配置为从相互作用区域发射通过电子束与靶标之间的相互作用生成的X射线辐射的X射线源中的方法包括：提供该靶标的步骤682；提供该电子束的步骤684；使该电子束相对于该靶标沿第一方向偏转的步骤686；检测指示该电子束与该靶标之间的相互作用的电子的步骤688；基于检测到的电子和该电子束的偏转，确定该电子束在该靶标上沿该第一方向的第一延伸的步骤690；检测通过该电子束与该靶标之间的相互作用而生成的X射线辐射的步骤692；以及基于检测到的X射线辐射，确定该电子束在该靶标上沿第二方向的第二延伸的步骤694。

本领域技术人员决不限于上文描述的示例实施例。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。具体地，在本发明构思的范围内，可以设想包括多于一个靶标或多于一个电子束的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。

Claims (15)

1.一种X射线源中的方法，该X射线源被配置为从相互作用区域发射通过电子束与靶标之间的相互作用生成的X射线辐射，该方法包括以下步骤：

提供该靶标；

提供该电子束；

使该电子束相对于该靶标沿第一方向偏转；

检测指示该电子束与该靶标之间的相互作用的电子；

基于检测到的电子和该电子束的偏转，确定该电子束在该靶标上沿该第一方向的第一延伸；

检测通过该电子束与该靶标之间的相互作用生成的X射线辐射；以及

基于检测到的X射线辐射，确定该电子束在该靶标上沿第二方向的第二延伸。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，该靶标部分地遮盖传感器区，该方法进一步包括：

使该电子束的至少一部分在该靶标与该传感器区的未遮盖部分之间偏转。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，检测到的电子是以下中的至少一种：二次电子、反向散射电子、穿过该靶标的电子以及在该靶标中吸收的电子。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于检测到的X射线辐射确定该相互作用区域的大小。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，沿该第二方向确定该相互作用区域的大小。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，该电子束在该靶标上形成光斑，该光斑在该第一方向上比在该第二方向上更宽。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，该第一方向基本上垂直于该第二方向。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，该靶标沿该第二方向移动。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

基于该电子束的所确定的第一延伸和所确定的第二延伸中的至少一个来调整该电子束的强度，使得供应给该靶标的功率密度保持在预定极限以下。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括调整该电子束，使得减小该电子束在该靶标上的该第二延伸，同时保持该电子束在该靶标上的该第一延伸。

11.一种被配置为发射X射线辐射的X射线源，该X射线源包括：

靶标；

电子源，该电子源能够操作以生成在相互作用区域中与该靶标相互作用的电子束，从而生成X射线辐射；

电子-光学装置，该电子-光学装置用于控制该电子束；

第一传感器，该第一传感器适于检测指示该电子束与该靶标之间的相互作用的电子；

第二传感器，该第二传感器适于检测通过该电子束与该靶标之间的相互作用生成的X射线辐射；以及

控制器，该控制器可操作地连接到该第一传感器、该第二传感器和该电子-光学装置；

其中：

该电子-光学装置被配置为使该电子束相对于该靶标在第一方向上偏转；

该控制器适于：

基于检测到的电子和该电子束的偏转，确定该电子束在该靶标上沿该第一方向的第一延伸；并且

基于检测到的X射线辐射，确定该电子束在该靶标上沿第二方向的第二延伸。

12.根据权利要求11所述的X射线源，其中，该靶标是被配置为沿该第二方向移动的移动靶标。

13.根据权利要求11所述的X射线源，其中，该靶标是沿该第二方向传播的液体靶标。

14.根据权利要求12或13所述的X射线源，其中，该第二传感器被布置为检测在基本上垂直于该电子束和该靶标的移动方向的方向上传播的X射线辐射。

15.根据权利要求11至13中任一项所述的X射线源，其中，所述电子-光学装置被布置为在该靶标上提供该电子束的长形截面，其中，该截面的最大直径基本上平行于该第一方向。