CN113784490A - 扫描x射线系统 - Google Patents

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H·哈迪
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Abstract

一种光栅扫描X射线源可以轻巧细小以及具有高分辨率。一种光栅组件可直接连接到X射线管且环绕X射线管。所述光栅组件可毗邻或非常接近所述X射线管，形成细小轻巧的扫描X射线源。X射线可反向散射到所述X射线管内而不是检测器内，因而改善所产生的图像的清晰度。可与所述X射线源一起使用的电压倍增器可包括独立的电压倍增器级的堆叠体。

Description

扫描X射线系统
优先权要求
本申请要求2020年6月9日提交的美国临时专利申请号63/036,484的优先权，63/036,484的内容以引用的方式合并于此。
技术领域
本发明描述高电压电源和X射线源。
背景技术
高电压电源可供应大电压，例如数十千伏特。X射线源使用高电压电源。
X射线管的阴极与样机之间的大电压以及有时加热的细丝可到电子从阴极发出到阳极。阳极可包括目标材料。目标材料可响应来自阴极的冲击电子而产生X射线。
附图说明
图1是具有光栅组件18和电源11的扫描X射线源10的透视顶视图。光栅组件18包括光栅轮16和准直器17。光栅组件18连接到X射线管31且环绕X射线管31。X射线管31在准直器17内。电源11电连接到X射线管31。
图2是扫描X射线源10的透视顶视图，其中以剖视图示出光栅轮16以显示光栅轮16内部的准直器17。图2也示出了X射线管31的X射线窗37，如通过准直器17的开口17o所看到的。
图3是扫描X射线源10的透视顶视图，其中以剖视图示出光栅轮16和准直器17以显示内部的X射线管31。
图4是扫描X射线源10的顶视图，其中以剖视图示出光栅轮16、准直器17和X射线管31。
图5是扫描X射线源50的侧剖视图，扫描X射线源50类似于扫描X射线源10，只是电源11的形状不同，其中矢量VP和VN相互平行并且朝向彼此。
图6是扫描X射线源60的侧剖视图，扫描X射线源60类似于扫描X射线源10和50，只是扫描X射线源60的电源11是单极的。
图7是扫描X射线源70的一部分的侧剖视图，经放大后更清楚地显示光栅组件18和X射线管31。扫描X射线源70的部件和尺寸可适用于扫描X射线源10、50和60。
图8是扫描X射线源80的一部分的侧剖视图，经放大后更清楚地显示光栅组件18和X射线管31。扫描X射线源80不具有独立的准直器。X射线管31的壳体36和X射线窗37分别用作准直器17和准直器17中的开口17o。
图9是扫描X射线源90的透视顶视图，扫描X射线源90的光栅轮16具有对准板16p。
图10a是扫描X射线源100的一部分的侧剖视图，扫描X射线源100的光栅轮16具有对准板16p。
图10b是扫描X射线源100的一部分的侧剖视图，附有准直器17的开口17o宽度W17o的大小、光栅轮16的孔口16a宽度Wa的大小、以及对准板16p的通孔16h宽度Wh的大小。
图11是电压倍增器级110的顶视图，电压倍增器级110具有在电路板113的平面113F上的电子元件113。
图12是电压倍增器级120的顶视图，电压倍增器级120具有在电路板113的平面113F上的电子元件111、在电阻器槽121的电压感应电阻器123、以及在变压器槽122的变压器124。
图13是紧凑的电压倍增器130的侧视图，电压倍增器130具有电压倍增器级110的堆叠体。每个电压倍增器级110可包括在电路板113的平面113F上的电子元件111。电压感应电阻器123可位于由对齐的电阻器槽121形成的通道132中。
图14是紧凑的电压倍增器140的侧视图，电压倍增器140具有电压倍增器级110的堆叠体。每个电压倍增器级110可包括在电路板113的平面113F上的电子元件111。变压器124可位于由对齐的变压器槽122形成的通道141中。
图15是紧凑的电压倍增器150的侧剖视图，电压倍增器150具有电压倍增器级110的堆叠体，类似于紧凑的电压倍增器130和140。然而，紧凑的电压倍增器150的电压倍增器级110的堆叠体在容器153中。再者，每个电路板113和任何邻近的电路板113被电绝缘的隔离物151分隔开。
图16是紧凑的电压倍增器160的侧剖视图，电压倍增器160具有电压倍增器级110的堆叠体，类似于紧凑的电压倍增器130和140。然而，紧凑的电压倍增器160的电压倍增器级110的堆叠体在容器153中。再者，每个电路板113和任何邻近的电路板113被连接邻近的电路板113的导线132分隔开，或被灌封物161分隔开，或者被导线132和灌封物161分隔开。
图17是在用于容器153(见图18)的分段173里的电压倍增器级110的侧剖视图。分段173可具有(A)宽区域173W和窄区域173N，宽区域173W的内直径DW大于电路板113的最大外直径DB，窄区域173N的内直径DN小于电路板113的最大外直径DB。
图18是紧凑的电压倍增器180的侧剖视图，电压倍增器160具有位于容器153中的电压倍增器级110的堆叠体。每个电压倍增器级110在容器153的分段173中。每个分段173的电路板113可抵靠在宽区域173W与窄区域173N之间的收窄的过渡区域。除了终端分段173E，可将每个分段173的窄区域173N插入邻近的分段173的区域173W。
定义
以下定义，包括相同的复数形式，适用于本专利申请。如本文中所使用的：
术语“毗邻”意指直接和间接接触。术语“邻近”包括毗邻，但亦包括接近或靠近邻近项之间的其他(诸)材料。
术语“高电压”及其相关术语指电压的DC绝对值。例如，负1kV和正1kV将同样被视为相对于正或负1kV的“高电压”。作为另一例子，负40kV将被视为大于0V的“较高电压”。
术语“低电压”及其相关术语指电压的DC绝对值。例如，负1V和正1V将同样被视为相对于正或负1V的“低电压”。作为另一例子，正1V将被视为小于40kV的“较低电压”。
术语“cm”意指厘米，术语“mm”意指毫米，术语“V”意指伏特，术语“kV”意指千伏特。
术语“平行”意指完全平行、或几乎完全平行，使得与装置相关联的平行的平面或矢量以≤20°的角度相交。如在权利要求中明确指出，这些平面个或矢量的相交可以是≤1°、≤5°或≤10°。
术语“垂直”意指完全垂直、在正常制造公差内垂直、或几乎完全垂直，使得任何偏离完全垂直的偏差对装置的正常使用将具有可忽略不计的影响。
术语“相同的方向”意指：完全相同的方向、或几乎完全相同的方向，例如在完全相同的方向的10°之内。
术语“相反的方向”意指：完全相反的方向、或几乎完全相反的方向，例如在完全相反的方向的10°之内。
术语“矩形”意指四个直边和四个直角，然而，直边和直角可以是正常制造公差内近似的直边和直角。
术语“X射线管”不限于管形/圆柱形器件。使用术语“管”是因为这是用于X射线发射设备的标准术语。
除非本文中另有明确说明，否则所有与温度相关的值均为25℃时的值。
具体实施方式
光栅扫描X射线源可用于反向散射成像和确定材料厚度。这些X射线源可以又重又大，因此难于运送和使用。光栅扫描X射线源可由于来自用于形成扫描X射线束的设备的X射线反向散射而具有低分辨率。本发明包括扫描X射线系统，以及满足这些需要的扫描X射线系统的制造方法。每个例子或方法可满足这些需要中的一个、若干个、或所有这些需要。
如图1至图8所示，所示的扫描X射线系统10，50，60，70和80具有X射线源和光栅组件18。所述X射线源可包括电耦接到X射线管31的电源11。
电源11可包括电压倍增器19，电压倍增器19能够产生大偏压电压，例如具有≥0.5kV、≥1kV、≥5kV、或≥50kV的绝对值的偏压电压。电源11也可包括控制电路12，控制电路12电耦接到电压倍增器19和为电压倍增器19提供控制电路。图11至图18中示出以及下文描述的电压倍增器可用作扫描X射线系统10，50，60，70和80的电压倍增器19。
X射线管31可包括(A)阳极32、(B)阴极34、(C)真空区域35、(D)X射线窗37(图2，图3，图7和图8)以及(E)壳体36；具有目标材料33的阳极32经构造成用于响应冲击电子而产生和发出X射线；阴极34能够向阳极32上的目标材料33发出电子；真空区域35位于阳极32与阴极34之间；X射线窗37经构造成允许X射线从X射线管发出；壳体36包围至少阴极34、阳极32和真空区域35的一部分。壳体36可使阴极34与阳极32电绝缘。
电源11可经由导线39向X射线管31供应大偏压电压。电源11可经由导线38向(与阴极34相关联的)丝状体供应交流电流。
X射线管31可以是侧窗或传送目标。侧窗(即反射目标)X射线管31在附图上示出，然而，本文中的发明也适用于输送目标X射线管。
X射线窗37可包括美国专利号US 9,502,206中描述的X射线窗的部分或所有特征(例如，低偏转、高X射线透射率、低可见光度和红外光透射率)，通过引用将美国专利号US9,502,206的全部内容并入本文。X射线窗37可经设置以允许来自目标材料33的X射线从X射线管31发出。壳体36可包括经构造成作为X射线窗37的薄区域77(参见图7和图8)。薄区域77可具有用以允许X射线传送和抵受整个薄区域77的压差的厚度和材料。具有薄区域77的壳体36可包括陶瓷。在以下讨论中，术语“X射线窗37”可由薄区域77取代。
光栅组件18可连接到X射线管31。光栅组件18可环绕X射线管31。光栅组件18可包括准直器17和光栅轮16。用于准直器17的材料、用于光栅轮16的材料、或同时用于两者的示例材料包括例如钨、钛、铜、铁、镍、铜、或其组合。例如，准直器17、或光栅轮16、或两者可包括重量百分比是≥25、≥50、≥75或≥90的钨或其他示例材料。
准直器17可环绕X射线窗37、或目标材料33、或两者。准直器17可毗邻X射线窗37或与X射线窗37分隔开一小段距离，例如≤0.1mm、≤1mm、≤1cm或≤3cm。准直器17可具有与目标材料33和X射线窗37对齐的开口17o以允许X射线经由开口17o发出。所述准直器可包括能够阻挡X射线(经由X射线窗37的X射线除外)的材料组合(例如W、Ti、或两者)和(随X射线能量而改变的)厚度。X射线管31可被准直器17包围。X射线管17可包括在接合处17j(图2)连接在一起的两个部分。接合处17j可围绕目标材料33、或X射线窗37、或两者。
光栅轮16可环绕X射线窗37和准直器17。光栅轮16可以是圆柱形和环形。光栅轮16可毗邻准直器17或可与准直器17分隔开一小段距离，例如≤0.1mm、≤1mm、≤1cm或≤3cm。
光栅轮16能够绕X射线窗37和准直器17旋转。例如，球轴承、润滑剂或两者都可允许光栅轮16自由地旋转。一种机构(例如步进电动机108(图10a))、或带子和AC同步/异步/感应电动机、或带子和DC串激/并激/复励电动机可导致光栅轮16的旋转。
光栅轮16能够绕X射线管31的轴线71旋转(图7)。X射线管31的轴线71可延伸经过阴极34和阳极32。X射线管31的轴线71可与从阴极34向阳极32上的目标材料33发出的电子束对齐。
光栅轮16可包括孔口16a，孔口16a能够随着光栅轮16绕准直器17旋转重复地对准准直器17的开口17o和X射线管31的X射线窗37，以及能够当对准准直器17的开口17o和X射线管31的X射线窗37的时候允许X射线经过准直器17的开口17o和扫描X射线系统10，50，60，70和80的X射线管31的X射线窗37离开。光栅轮16的材料组合(例如W、Ti、或两者)和(随X射线能量而改变的)厚度能够阻挡X射线(经由孔口16a的X射线除外)。孔口16a可以是圆形的。
将光栅组件18直接放置在X射线管31上以及将光栅轮16直接放置在准直器17上可产生比较小型和轻量的扫描X射线系统。此外，这结构可导致检测器有较高分辨率，因为杂散X射线被反射回X射线管内而不是所述检测器内。
以下是X射线管31、准直器17和光栅轮16之间的示例关系，量化了这些部件之间的紧密关系：1<DC/DT；DC/DT≤1.2，DC/DT≤1.5，DC/DT≤2，DC/DT≤3，或DC/DT≤4；1<DR/DC；DR/DC≤1.2，DR/DC≤1.5，DR/DC≤2，DR/DC≤3，或DR/DC≤4；1<DR/DT；DR/DT≤1.3，DR/DT≤1.6，DR/DT≤3，或DR/DT≤4；DC/ThC≥2，DC/ThC≥4，DC/ThC≥8，或DC/ThC≥12；DR/ThR≥2，DR/ThR≥4，DR/ThR≥8，或DR/ThR≥12。DC是准直器17邻近开口17o的外直径。DT是X射线管31位于X射线窗37处的外直径。DR是光栅轮16邻近孔口16a的外直径。ThC是准直器17邻近开口17o的壁厚。ThR是光栅轮16邻近孔口16a的壁厚。
由于光栅轮16非常接近X射线管31，具有小的宽度WR的光栅轮16可阻挡杂散X射线。例如，光栅轮16的宽度WR可以是≤0.5cm、≤2cm、或≤6cm，以及可以是≥0.1mm。
扫描X射线源的示例尺寸包括：DC/DT＝1.2，DR/DC＝1.3，DR/DT＝1.6，DC/ThC＝12，DR/ThR＝8，WR＝1.5cm，以及X射线管31与光栅轮16之间的距离是等于0.5cm。
如图1至图5所示，电源11的电压倍增器19可以是具有正电压源14和负电压源13的双极X射线源。
正电压源14可具有低电压端14L和高电压端14H。正电压源14能够在高电压端14H产生大偏压电压(例如≥0.5kV、≥5kV、或≥50kV)。正电压源14的高电压端14H可电耦接到X射线管31的阳极32。
负电压源13可具有低电压端13L和高电压端13H。负电压源13能够在高电压端13H产生大偏压电压(例如≤-0.5kV、≤-5kV、或≤-50kV)。负电压源13的高电压端13H可电耦接到X射线管31的阴极34。
所述双极电源还可包括(A)从正电压源14的低电压端14L到高电压端14H的矢量，这定义了p矢量VP；以及(B)从负电压源13的低电压端13L到高电压端13H的矢量，这定义了n矢量VN。如图1至图4所示，p矢量和n矢量均可向相同方向相互平行地朝X射线管31延伸。控制电路12可在(A)正电压源14的低电压端14L与(B)负电压源13的低电压端13L之间延伸，并且可电耦接到(A)正电压源14的低电压端14L与(B)负电压源13的低电压端13L。
如图1所示，p矢量VP、X射线管31、n矢量VN和控制电路12可形成矩形形状15。如图5所示，正电压源14的高电压端14H和负电压源13的高电压端13H可接近X射线管31。p矢量和n矢量均可向相反方向相互平行地朝X射线管31延伸。
如图5所示，准直器17可包围负电压源13、或正电压源13、或两者。准直器17可逐渐变窄，朝负电压源13的低电压端13L收窄、或朝正电压源14的低电压端14L收窄、或同时朝负电压源13的低电压端13L和正电压源14的低电压端14L收窄。这种收窄可允许减少低电压端13L/14L处的电绝缘，并且增加高电压端13H/14H处的电绝缘。减少了的低电压端13L/14L处的电绝缘可导致电源11的较低总重。这种收窄也可应用于本文的例子中描述的其他准直器17，包括图1至图4和图6的准直器17。
扩大的光栅组件18在图7至图10b中示出以清楚地示出光栅组件18的部件和尺寸。扫描X射线系统10，50和60的其他部件可加入图7至图10b的扩大的光栅组件18。
如图8的扫描X射线系统80上所示，X射线管31可充当准直器17，因此节省了额外部件。壳体36、有罩阳极、或其他X射线管31部件可具有用于阻挡散射X射线的材料和厚度。
光栅轮16可毗邻或接近X射线管，例如≤0.5mm、≤1mm、≤5mm或≤1cm。光栅轮16可在X射线窗37处围绕X射线管31并绕X射线管31旋转。光栅轮16可包括孔口16a，孔口16a能够与X射线窗37重复对齐，以及能够当与X射线窗37对齐的时候允许X射线经过综合准直器扫描X射线系统离开。
将光栅轮16的孔口16a和准直器17的开口17o与从目标材料13发出的X射线对准可以是困难的。为了易于制造，可增加具有通孔16h的对准板16p。通孔16h可在组装完其他部件后与孔口16a对准。参见图9和图10b。对准板16p可放置在光栅轮16的凹槽16r中，使得对准板16p完全被收纳在凹槽16r中并且不会延伸越过光栅轮16的外周边，以避免干扰光栅轮16的旋转。对准板16p可与本文中描述的任何其他扫描X射线系统结合，包括图1至图8中任何一幅图中所示的扫描X射线系统。
为了易于对准，准直器17的开口17o可大于光栅轮16的孔口16a，以及孔口16a可大于对准板16p的通孔16h。因此，W17o>Wa>Wh，其中W17o是所述准直器的开口的宽度，Wa是所述孔口的宽度，以及Wh是所述通孔的宽度，以相互平行的方向测量所有宽度。
对准板16p可藉由粘合剂(环氧树脂、铜焊、焊料等)、或机械法(固定螺丝)、或两者连接到所述光栅轮。如果使用粘合剂，该粘合剂的材料成分可与对准板16p的材料成分相异以及可与光栅轮16的材料成分相异。
方法
扫描X射线系统的制造方法可包括若干或所有以下步骤，所述步骤可按以下顺序执行，或如有指明其他顺序，可按该顺序执行。若干所述步骤可同时执行，除非在权利要求中另有明确说明。可能有下文未有描述的额外步骤。这些额外步骤可在所述步骤之前、之间或之后。扫描X射线系统的部件以及扫描X射线系统本身可具有上述特征。上文中未有描述的下文所述方法中任何其他关于扫描X射线系统的特征适用于上述的扫描X射线系统。
该方法可利用X射线协助对准板16p中通孔16h的对准。所述方法可包括(a)放置准直器17在X射线管上31，(b)放置光栅轮16在准直器17上，(c)放置对准板16p在光栅轮16上，(d)从X射线管31发出X射线，(e)调节对准板16p的位置，以及(f)将对准板16p永久地安装在光栅轮16上。
电压倍增器部分
X射线源使用电压倍增器以在X射线管的阴极与阳极之间产生大电压。所述电压倍增器可具有大体积并且难以放置在一些X射线源构造中。
在图11至图18示出了紧凑的电压倍增器。上述的X射线源或其他高电压装置可得益于紧凑的电压倍增器。
图1至图6的电压倍增器19中的任何一个可以是以下描述的任何紧凑的电压倍增器例子。以下描述的紧凑的电压倍增器和任何一个可与任何类型的X射线源一起使用，或与需要高电压的任何其他装置一起使用。因此，以下描述的紧凑的电压倍增器并不限于与扫描X射线系统甚或与X射线源一起使用。
图11所示的电压倍增器级110包括位于电路板113的平面113F上的电子元件111。电子元件111可包括电容器C和二极管D，电容器C和二极管D藉由电路板113上的走线12电耦接。电子元件111可在Cockcroft Walton结构中电耦合。
如图11所示，每个电压倍增器级110可实质上由两个Cockcroft Walton级组成，每个Cockcroft Walton级具有两个电容器和两个二极管。
电压倍增器级110可包括来自低电压级或交流电流输入的输入电压114。电压倍增器级110可倍增或增加输入电压114以提供偏压电压高于输入电压114的输出电压115。
图12的电压倍增器级120包括额外部件的开口，因此节省了宝贵的空间。电压感应电阻器123可位于电阻器槽121中。变压器124可位于变压器槽122中。例如，变压器124可包括一个或多个环形变压器核心。变压器124可以高偏压电压为X射线管31的细丝供应交流电流。
电阻器槽121中的电压感应电阻器123可与变压器槽122中的变压器124结合，如图12所示。或者，电压倍增器级可仅包括在这些槽121或122之一中的这些装置123或124之一。
图13和图14示出了紧凑的电压倍增器130或140，其包括电压倍增器级110的堆叠体。每个电路板113的平面113F可和所述堆叠体中的其他电路板113平行。所述堆叠体可包括位于两个外电压倍增器级110o之间的内电压倍增器级110i。
每个内电压倍增器级110i可电耦接132到两个邻近的电压倍增器级110。
一个外电压倍增器级110o可从交流电流输入电压114接收输入电压。此输入电压114可以是控制电路12上的交流电流源。该外电压倍增器级110o可为内电压倍增器级110i或其他外电压倍增器级110o供应输出电压115。
其他外电压倍增器级110o可电耦接132到内电压倍增器级110i或另一其他外电压倍增器级110o。此其他外电压倍增器级110o可为X射线管31或其他高电压装置供应输出电压115。
插塞和插口可用于形成电耦接132，并且因此将一个电压倍增器级110连接到邻近的电压倍增器级110。或者，电耦接132可通过(A)将导线插入或穿过下电压倍增器级110的下电路板113、(B)焊接、(C)将该导线穿过邻近的上电压倍增器级110、(D)然后焊接来形成。该导线可电耦接到电路板113上的走线112。
每个电路板113可藉由(利用坚硬导线的)电耦接13的导线来与邻近的一个或多个电路板113分隔开，并且固定地保持在适当位置。
如图13所示，电压倍增器级110的堆叠体的电阻器槽121可对齐以形成通道131。电压感应电阻器123可位于通道131中。如图14所示，电压倍增器级110的堆叠体的变压器槽122可对齐以形成通道141。变压器124可位于通道141中。变压器124可用于交流电流源与X射线管31的细丝之间的电压隔离。
图15、图16和图18示出的紧凑的电压倍增器150，160和180包电压倍增器级110的堆叠体，类似于紧凑的电压倍增器130或140，但是还包括容器153。该电压倍增器级110的堆叠体可位于容器153中。容器153的形状可以是圆筒形。每个电路板113的平面113F可垂直于该圆筒形外形的纵向轴线153A。
如图15所示，每个电路板113可和一个或多个邻近的电路板113被一个或多个电绝缘的隔离物151分隔开。因此，制造商可加入以下步骤：(A)将用于电耦接132的导线焊接到电压倍增器级110，(B)将电压倍增器级110插入容器153，(C)将电绝缘的隔离物151插入容器153，(D)将另一电压倍增器级110插入容器153，而用于电耦接132的导线延伸经过第二电压倍增器级110，(E)然后重复一部分或所有步骤A至D。
如图17和图18所示，容器153可包括分开的分段173，每个分段173用于每个电压倍增器级110。每个分段173可具有宽区域173W和窄区域173N，宽区域173W的内直径DW大于电路板113的最大外直径DB，窄区域173N的内直径DN小于电路板113的最大外直径DB。每个分段173的电路板113可抵靠在宽区域173W与窄区域173N之间的收窄的过渡区域173T。除了终端分段173E，可将每个分段173的窄区域173N插入邻近的分段173的宽区域173W。
以上紧凑的电压倍增器130，140，150，160或180的任一个中，邻近的电压倍增器级110可被(图16示出的)电灌封材料161彼此分隔开。电压倍增器级110的堆叠体可与电灌封材料161组装在一起，然后插入容器153。或者，将电压倍增器级110的堆叠体插入容器153后，电灌封材料161可经过通孔加入容器151。
电灌封材料161可改善电隔离。然而，不使用电灌封材料161的优点在于，可通过将损坏的电压倍增器级110移除并更换或修理，容易地对紧凑的电压倍增器130，140，150，160或180进行维修。

Claims (10)

1.一种扫描X射线系统，其包括：
X射线管，其经构造成从X射线窗发出X射线；
光栅组件，其连接到所述X射线管且环绕所述X射线管，所述光栅组件包括准直器和光栅轮；
所述准直器在所述X射线窗环绕所述X射线管，并且具有与所述X射线窗对准的开口以允许X射线经过所述开口发射出去；
所述光栅轮环绕所述X射线管和所述准直器，并且能够在所述X射线窗绕所述X射线管旋转以及在所述开口绕所述准直器旋转；
所述光栅轮包括孔口，所述孔口能够随着所述光栅轮绕所述准直器旋转重复地对准所述准直器的开口，并且在对准所述准直器的开口后，允许X射线从所述扫描X射线系统离开；以及
1<DC/DT≤3和3≤DR/ThR，其中DC是所述准直器邻近所述开口的的外直径，DT是所述X射线管位于所述X射线窗处的外直径，DR是所述光栅轮邻近所述孔口的外直径，以及ThR是所述光栅轮邻近所述孔口的壁厚。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括构造成为所述X射线管供应电力的电源，所述电源包括电压倍增器，所述电压倍增器包括：
电压倍增器级的堆叠体，每个电压倍增器级包括在电路板的平面上的电子元件，每个电路板的平面在所述堆叠体中与其他电路板平行；
每个电压倍增器级上的电子元件经构造成将输入电压增加以提供电压高于输入电压的输出电压；
除了所述堆叠体的两个最外面的电压倍增器级，在所述堆叠体中的每个电压倍增器级电耦接到两个邻近的电压倍增器级，所述两个最外面的电压倍增器级仅电耦接到所述堆叠体中的一个邻近的电压倍增器级；
所述两个最外面的电压倍增器级中的一个电耦接到控制电路，所述控制电路能够为该个最外面的电压倍增器级供应交流电流；以及
所述两个最外面的电压倍增器级中的另一个电耦接到阳极或阴极。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述准直器和所述光栅轮各包括钨；
所述X射线管包括壳体，所述壳体包围阴极和阳极，所述壳体的一部分是所述X射线窗，以及所述壳体是陶瓷。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，WR小于或等于8cm，其中WR是所述光栅轮的宽度。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光栅轮还包括：
对准板，其具有穿过其中的通孔；以及
所述通孔对准所述孔口。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，W17o>Wa>Wh，其中W17o是所述准直器的开口的宽度，Wa是所述光栅轮的孔口的宽度，以及Wh是所述对准板的通孔的宽度，以相互平行的方式测量所有宽度。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述对准板藉由粘合剂连接到所述光栅轮，以及所述粘合剂的材料成分与所述对准板的材料成分相异，并且与所述光栅轮的材料成分相异。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
4≤DC/ThC；
3≤DR/ThR；
DC是所述准直器邻近所述开口的外直径，ThC是所述准直器邻近所述开口的壁厚，DR是所述光栅轮邻近所述孔口的外直径，以及ThR是所述光栅轮邻近所述孔口的壁厚。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述准直器的一侧毗邻所述X射线窗，另一侧毗邻所述光栅轮。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述X射线管与所述光栅轮的距离小于或等于3cm。
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Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE28544E (en) * 1971-07-07 1975-09-02 Radiant energy imaging with scanning pencil beam
US3780291A (en) * 1971-07-07 1973-12-18 American Science & Eng Inc Radiant energy imaging with scanning pencil beam
US4953192A (en) 1986-04-14 1990-08-28 The University Of Rochester Scanning equalization radiography
US6418194B1 (en) 2000-03-29 2002-07-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy High speed x-ray beam chopper
US6434219B1 (en) 2000-07-24 2002-08-13 American Science And Engineering, Inc. Chopper wheel with two axes of rotation
US20040256565A1 (en) * 2002-11-06 2004-12-23 William Adams X-ray backscatter mobile inspection van
WO2003105159A1 (en) 2002-06-10 2003-12-18 American Science And Engineering, Inc. Scanner for x-ray inspection comprising a chopper wheel with differently sized apertures
US20070172031A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-26 Cason William R Concentric Dual Drum Raster Scanning Beam System and Method
WO2009006592A2 (en) * 2007-07-05 2009-01-08 Newton Scientific, Inc. Compact high voltage x-ray source system and method for x-ray inspection applications
US7593510B2 (en) * 2007-10-23 2009-09-22 American Science And Engineering, Inc. X-ray imaging with continuously variable zoom and lateral relative displacement of the source
PL2755557T3 (pl) 2011-09-12 2023-07-17 American Science & Engineering, Inc. Mająca przesunięcie do przodu i zmienne obręcz do skanowania wiązką
US9502206B2 (en) 2012-06-05 2016-11-22 Brigham Young University Corrosion-resistant, strong x-ray window
US9398676B2 (en) * 2014-05-05 2016-07-19 The Boeing Company System and method for quantifying X-ray backscatter system performance
JP6573380B2 (ja) * 2015-07-27 2019-09-11 キヤノン株式会社 Ｘ線発生装置及びｘ線撮影システム
EP3420785B1 (en) * 2016-02-26 2021-09-15 Newton Scientific, Inc. Bipolar x-ray module
US10770195B2 (en) 2017-04-05 2020-09-08 Viken Detection Corporation X-ray chopper wheel assembly
WO2018195089A1 (en) * 2017-04-17 2018-10-25 Philip Teague Methods for precise output voltage stability and temperature compensation of high voltage x-ray generators within the high-temperature environments of a borehole

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