CN112543988A - 用于x射线管的组件或电子俘获套筒及包括这种装置的x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线管真空区域中的组件，其包括：引导电子束(13)穿过的开口(14、15、16)；以及由第一材料组成的基体，其中，第一材料为金属，其中，开口(14、15、16)的表面上布置有第二材料，该第二材料的原子序数小于第一材料的原子序数。本发明还涉及一种靶材载体(6)，其包括：由第一材料组成的基体，该第一材料为金属；以及基体面向电子束(13)的表面上的第二材料，该第二材料在靶材(5)与物镜光阑(4)之间延伸。本发明又涉及一种X射线管，尤其是微焦X射线管，其包括用于将电子束(13)引导到靶材(5)上的机构以及布置在电子束(13)的传播路径中的根据本发明的组件和/或根据本发明的靶材载体(6)。

Description

用于X射线管的组件或电子俘获套筒及包括这种装置的X射 线管

技术领域

本发明涉及一种X射线管真空区域中的组件，其包括引导电子束穿过的开口、电子俘获套筒以及X射线管，尤其是微焦X射线管。

背景技术

在微焦X射线管的情景下，管电流并不对应于靶材或阳极中产生可用辐射的电流。即使将电子光学器件调节到最高分辨率，也只有约2.5％的电子会击中靶材。其余97.5％的电子在从阴极到靶材的途中撞击X射线管的组件。这些电子的很大一部分被物镜光阑吸收，因为这一组件会严重限制电子束。剩余97.5％的电子事先撞击电子光学器件。这些组件通常由金属诸如铁(线圈铁芯)、钛或钼等金属组成，并与外界形成真空密封。在所有上述情况下，都会产生杂散辐射。杂散辐射的另一来源是从靶材散射回的电子。在靶材附近安装所谓的电子俘获套筒，该电子俘获套筒会吸收这些电子，以使它们不会在靶材上形成第二焦斑或撞击靶材载体。这时也会产生杂散辐射，从而增高整体图像亮度并降低对比度。电子俘获套管靠近靶材，因此必须能够承受高温。这就是它通常也由金属(诸如钼)组成的原因。目前是通过探测器比较在2D图像记录中纠正亮度的不均匀性。然而，这种校正仅适用于探测器与X射线管焦斑之间具有特定距离的布置，而且对中位置无法长期稳定。对于3D记录，难以通过软件来纠正这种图像错误。

在X射线管，尤其是在微焦X射线管的情景下，图像品质因所生成的X射线图像中经常出干扰性光亮圆盘而受损。这种圆盘是由散射的X射线引起，如上所述，散射的X射线是在电子撞击X射线管的物镜光阑本体时产生。光阑本体必须耐高温，因此它尤其是由金属组成，当电子撞击光阑本体时，所产生的短波X射线会穿透靶材，并且当应用能量更高的电子时，光阑孔径的图像会投影到图像接收器上。

DE 10 2006 062 454 A1描述了一种微焦X射线管，利用光阑涂层解决了上述问题。光阑金属涂覆有低原子序数的材料，以便减少杂散辐射。该方案的缺陷在于，通常只能实现微米范围内的涂层。例如，可能实现约4μm的碳涂层。然而，在高能情况下，电子的穿透深度远大于4μm，结果电子一直穿透到金属中并产生杂散辐射。此外，光阑暴露于高热负荷下。对于覆有涂层的光阑，这样常会导致涂层剥落。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是减少产生阴极与靶材之间的杂散辐射，最大限度地防止发生这种杂散辐射。

本发明达成上述目的的解决方案为具有权利要求1所述特征的组件。根据本发明，电子束延伸穿过的组件开口的表面由原子序数(和密度)比基体金属更低的第二材料组成，因此穿过开口的电子束中的电子撞击到第二材料上，但不会撞击金属，由于第二材料的原子序数较低，短波X射线的比例下降。这样只有较少部分的杂散辐射才会穿透靶材并引起图像错误。

本发明的有利改进方案提出，所述组件是具有管状开口的束管或线圈铁芯，或是具有环状开口的光阑，或是多个上述组件的组合。所述组件是从阴极到靶材的电子束路径上的基本组件，电子束必然击穿这些组件。在根据本发明的这类组件的实施方案中，这会确保这些组件中至少第二材料所覆盖的区域中不产生杂散辐射。在多个所述组件的组合中，第二材料还可以一体覆盖所涉及的组件，从而减少必须置入X射线管的附加组件。

本发明达成上述目的的解决方案还在于具有权利要求3所述特征的靶材载体。第二材料覆盖物镜光阑与靶材之间的基体，用于吸收从靶材散射回的电子。这样也会确保物镜光阑与靶材之间的区域内不会产生杂散辐射。在本申请的范围内，若第二材料采用单独附加部分的形式，则将其称为电子俘获套筒。

本发明的另一有利改进方案提出，第一材料为金属，诸如钼、铁、钨或钛。根据相应的要求，尤其是耐高温性或磁性方面，可在更宽范围内选择组成基体的第一材料。上述金属尤为适用。本发明的又一有利改进方案提出，第二材料为铝、铍、硅、碳(尤其是石墨形式的碳)、硼或这些元素中一种或多种的化合物。根据各自的要求，也可以在更宽范围内选择第二材料。根据由第二材料组成的附加本体的功能，该第二材料具有低原子序数。本文列举的基体材料和第二材料(其例如可以构建为单独的附加本体)的源自序数彼此明显不同。

第一材料和第二材料的原子序数之差优选为至少16，特别优选为至少36。因此，第二材料通常使用碳(原子序数为6)，而第一材料通常使用钼(原子序数为42)。根据本发明的材料必须耐热且具有高导热率，因为它们会因电子轰击或暴露于靶材中产生的X射线散射辐射而承受强热。材料还需不经历磁化，因为这会破坏X射线管内的磁场。

本发明的还一有利改进方案提出，第二材料以涂层或覆膜的形式施加于第一材料的表面上，或者第二材料构建为单独的附加本体，尤其是管状附加本体。涂层或覆膜的优点是很薄，从而几乎不会减小电子束必须穿过的开口的横截面，进而能够使用常规的组件，原因是不必增大组件的横截面，电子束也仍能经过开口。然而，这种由第二材料组成的薄层的缺陷在于，电子可能穿透薄层，并在下层的第一材料中产生杂散辐射。远离靶材组件的重要性低于紧邻靶材组件的重要性。在上述这些组件的后者中，有利的是，它们由第二材料组成的单独附加本体组成，因为该附加本体可以构建得比前者的薄层更厚。在管壁更厚的附加本体中，可能必然增大组件的横截面。相对于上述薄层而言，附加本体还具备以下优势：其制造更为简单，且其置换更为轻松。

本发明的再一有利改进方案提出，附加本体以其整个表面贴靠基体的表面。这样尤其是在管状附加本体中，在管状附加本体的预定壁厚的情况下，能够确保管状附加本体的内径尽量最大。沿电子束射束方向的整个长度上形成贴靠，能够确保电子束中的电子在任何部位都不会撞击基体的第一材料。

本发明的另一有利改进方案提出，附加本体相对于电子束覆盖多个组件。以此方式，例如束管与所有线圈铁芯皆可被单个附加本体覆盖，使得组装十分容易，因为仅需将单个附加部分置入X射线管。

本发明达成上述目的的解决方案又在于具有权利要求9所述特征的X射线管。对此，同样可获得上文结合根据本发明的组件或根据本发明的电子俘获套筒所述的优势。

本发明的另一有利改进方案提出，X射线管构造成使得电子束在其从阴极到靶材的整个路径上不能撞击第一材料，而仅能撞击第二材料。这会完全避免产生杂散辐射。

附图说明

下面结合附图所示的实施例来详述本发明的更多优势和细节。图中：

图1示出具有根据本发明的附加本体的X射线管的局部纵截面的示意图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的微焦X射线管在其聚光镜1及其物镜2直至靶材5的区域内的纵截面剖视图。图中未示出的微焦X射线管的其余部分对应于现有技术而与本发明无关。除微焦X射线管之外，它也可以是其他类型的X射线管。

聚光镜1和物镜2围绕如虚线所示的电子束13的束管3布置。在电子束13的方向上，聚光镜1位于物镜2之前。

聚光镜1包含聚光镜线圈，其中仅示出其聚光镜铁芯8。物镜2在电子束13的传播方向上邻接聚光镜线圈。物镜2包含物镜线圈，其中仅示出其物镜铁芯9。

束管3在电子束13的传播方向上延伸超过聚光镜1的末端并进入物镜2的区域内。

物镜光阑4在电子束13的传播方向上邻接物镜2。

为免电子束13中的电子撞击由金属制成的束管3，或者聚光镜铁芯8和物镜铁芯9(它们均由铁制成)面向电子束13的表面，为免因所用的高原子序数材料产生杂散辐射，这些表面与电子束13之间沿径向方向(相对于电子束13)布置有由石墨制成的附加本体10。由于附加本体10中使用低原子序数的石墨，受到电子束13中的电子撞击时，仅产生长波X射线。这样就能减少短波X射线的比例，从而不会产生或仅产生极少比例的杂散辐射。

附加本体10在束管3和物镜2的整个长度上纵向延伸到物镜光阑4。该附加本体一体成型，其外表面贴靠束管3的开口14和物镜铁芯9的开口15，其内表面呈圆柱形构造，其外表面因束管3的末端与物镜铁芯9之间存在台阶而构建成具有台阶的圆柱形并呈管状。

物镜光阑4具有物镜基体7以及在电子束13的传播方向上布置于其前方的物镜附加本体11。物镜光阑4以其开口16用于限制电子束13，从而限制聚焦，电子束13在X射线管中用于在靶材5上产生X射线。

物镜光阑基体7由第一材料组成，该第一材料因其在X射线管中的位置而必须具有高度耐热性，必须具有高度导热性，以便散发其中产生的热量。此外，它应尽可能地不施加任何磁性影响，以免干扰X射线管中的电场。该物镜光阑基体7优选由金属制成，诸如现有技术中公知的光阑，尤其是由钼、钨或钛制成。

物镜光阑附加本体11由第二材料组成，正如第一材料，该第二材料也因其在X射线管中的位置而必须具有高度耐热性，必须具有高度导热性，以便散发其中产生的热量。此外，它应尽可能地不施加任何磁性影响，以免干扰X射线管中的电场。为免撞击物镜光阑4的电子束13中的电子产生干扰性X射线，物镜附加本体11产生的X射线须尽量少于靶材5中产生的X射线，优选产生明显更软的X射线。因此它由碳化合物、铍或铝制成，特别优选由石墨制成。石墨具有低原子序数，因此减少短波X射线的比例，从而穿透靶材5并可能引起图像误差的杂散辐射比例极小。

在电子束13的传播方向上，物镜光阑4的开口16呈锥形渐宽，进而例如漫射到物镜附加本体11上的电子束13的电子不会撞击物镜基体7的金属并产生杂散辐射。

这种物镜光阑例如参阅专利文献DE 10 2016 013 747。

如图所示，物镜光阑4在电子束13的传播方向上划分为物镜基体7和其屏蔽的物镜光阑附加本体11，作为其替选方案，根据本发明的物镜光阑4可以设计成使得物镜附加本体11的屏蔽在径向方向上相对于电子束13围绕物镜光阑基体7布置，其中，物镜光阑基体7在径向上不会伸出管状附加本体10所邻接的末端。于是，还能实现电子束13的任何电子都不会撞击物镜光阑基体7的金属，从而不会发生杂散辐射。

在电子束13的传播方向上，物镜光阑4之后是靶材5(在所示的实施例中为透射靶材)，该靶材附接至与物镜2连接的靶材载体6。

在微焦X射线管的前部区域内，靶材载体6在物镜铁芯9与靶材5之间形成真空密封。该靶材载体6用于以机械方式稳定靶材5，因为其某些区域的厚度仅约为300μm。靶材载体6由例如黄铜等金属制成，这有助于最大程度地散发靶材5上产生的热量。当电子束13撞击靶材5时，一部分电子反向散射，因此它们可能撞击靶材载体6。于是，靶材载体6中会出现杂散辐射。

为了防止这种情况，靶材载体6在物镜2与靶材5之间的整个表面覆有石墨制成的本体，该本体称为电子俘获套筒12。如同附加本体10一样，电子俘获套筒12一体成型，并贴靠靶材载体6面向电子束13的整个表面上。电子俘获套筒12处于地电势，以便能够直接转移反向散射的电子。由于靠近靶材5和焦斑，电子俘获套筒12的材料必须耐高温，而且不应干扰电子轨迹。电子俘获套筒12通常采用金属，诸如钼。如果采用金属，则电子俘获套筒12本身又将产生杂散辐射。因此，优选低原子序数和低密度的材料。

基于根据本发明的附加部分，附加本体10以及与物镜光阑附加本体11连接的电子俘获套筒12，能够防止电子束13的电子在任何部位产生杂散辐射，从而不会因杂散辐射而引起图像错误。

附图标记列表

1 聚光镜

2 物镜

3 束管

4 物镜光阑

5 靶材

6 靶材载体

7 物镜光阑基体

8 聚光镜铁芯

9 物镜铁芯

10 附加本体

11 物镜光阑附加本体

12 电子俘获套筒

13 电子束

14 束管开口

15 物镜铁芯开口

16 物镜光阑开口

Claims (10)

1.一种X射线管真空区域中的组件，其包括：

引导电子束(13)穿过的开口(14、15、16)；以及

由第一材料组成的基体，其中，所述第一材料为金属，

其中，所述开口(14、15、16)的表面上布置有第二材料，所述第二材料的原子序数小于所述第一材料的原子序数。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述组件是具有管状开口(15)的束管(3)或线圈铁芯(8、9)，或是具有环状开口(16)的光阑(4)，或是多个上述组件的组合。

3.一种靶材载体(6)，其包括：

由第一材料组成的基体，其中，所述第一材料为金属；以及

所述基体面向所述电子束(13)的表面上的第二材料，所述第二材料在靶材(5)与物镜光阑(4)之间延伸。

4.根据前述权利要求中任一项所述的组件或靶材载体(6)，其中，所述第一材料为钼、铁、钨或钛，并且所述第二材料为铝、铍、硅、碳、尤其是石墨形式的碳、硼或这些元素中一种或多种的化合物。

5.根据前述权利要求中任一项所述的组件或靶向载体(6)，其中，所述第一材料和所述第二材料的原子序数之差为至少16，优选为至少36。

6.根据前述权利要求中任一项所述的组件或靶材载体(6)，其中，所述第二材料以涂层或覆膜的形式施加于所述第一材料的表面上，或者所述第二材料构建为单独的附加本体(10、12)，尤其是管状附加本体。

7.根据权利要求6所述的组件或靶材载体(6)，其中，所述附加本体(10、12)以其整个表面贴靠所述基体的表面。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的组件，其中，所述附加本体(10、12)相对于所述电子束(13)覆盖多个根据权利要求2所述的组件。

9.一种X射线管，尤其是微焦X射线管，其包括：

用于将电子束(13)引导到靶材(5)上的机构；以及

布置在所述电子束(13)的传播路径中的根据前述权利要求中任一项所述的组件和/或靶材载体(6)。

10.根据权利要求9所述的X射线管，其中，所述X射线管构造成使得所述电子束(13)在其从阴极到靶材(5)的整个路径上的任何位置不能撞击所述第一材料，而只能撞击所述第二材料。

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