CN117334546A - 具有场发射器和电弧保护的x射线系统 - Google Patents

Abstract

一种x射线管，其包括：包括发射表面的场发射器；阳极；以及聚焦电极，其设置在场发射器和阳极之间；其中：聚焦电极包括：第一表面，其基本上垂直于场发射器发射表面并且最靠近场发射器；轴向最靠近阳极的第二表面，其中场发射器和阳极形成轴线；以及第三表面，其在第一表面和第二表面之间延伸；并且位于聚焦电极上的在第一表面和第三表面之间的第一位置比位于聚焦电极上的在第三表面和第二表面之间的第二位置更远离阳极。

Description

具有场发射器和电弧保护的X射线系统

X射线系统中使用的X射线管可包括场发射器。由于场发射器的结构，场发射器可能特别容易产生电弧放电。影响场发射器的电弧可能会使结构劣化或破坏，并最终导致X射线管无法运行。

附图说明

图1是根据一些实施方案的x射线管的框图。

图2是根据一些实施方案的x射线系统的框图。

图3是根据一些实施方案的具有双表面电极的x射线管的框图。

图4是根据一些实施方案的具有三表面电极的x射线管的框图。

图5是根据一些实施方案的带有具有突起的聚焦电极的x射线管的框图。

图6是根据一些实施方案的聚焦电极的剖视图。

图7是根据一些实施方案的用于多个场发射器的聚焦电极的剖视图。

图8是根据一些实施方案的包括聚焦电极的阴极组件的截面图。

图9是根据一些实施方案的x射线成像系统的框图。

具体实施方式

一些实施方案涉及具有场发射器和电弧保护的x射线系统和x射线管。由于结构原因，场发射器可能特别容易产生电弧放电和损坏。场发射器的相对尺寸可能以其他方式增加场发射器处的电场强度。增加的电场强度可能增加电弧发生的可能性并且可能增加电弧在场发射器上发生的可能性。如以下将进一步详细描述的，聚焦电极的位置和结构可以降低电弧可能在场发射器上发生并造成损坏的可能性。此外，如果出现电弧，则可将电弧的可能位置控制为更远离场发射器。结果，x射线管在电弧之后保持可操作的可能性会增加。

图1是根据一些实施方案的x射线管的框图。x射线管100a包括阳极102、场发射器104和聚焦电极106a。阳极102包括被配置为响应于入射电子而生成x射线的结构。场发射器104被配置为生成可以指向阳极102的电子束。场发射器104可以包括各种类型的发射器。例如，场发射器104可以包括纳米管发射器、纳米线发射器、Spindt阵列等。通常，纳米管具有至少一部分具有中空中心的结构，其中纳米线或纳米棒具有基本上实心的核。为了简化术语的使用，如本文所用，纳米管也指纳米线和纳米棒。纳米管是指纵横比至少100:1(长度:宽度或直径)的纳米级(nm级)管状结构。Spindt阵列可包括单独的场发射器，所述场发射器具有使用电子生成材料(诸如钼(Mo)或钨(W))的小尖锥体。在一些实施方案中，场发射器104由具有高抗拉强度和高热导率的导电材料或半导电材料形成，诸如纯的或掺杂形式的碳、金属氧化物(例如Al₂O₃、氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)或氧化锰(Mn_xO_y，其中x和y是整数))、金属、硫化物、氮化物和碳化物等。

在一些实施方案中，场发射器104可以包括多个场发射器。例如，场发射器104可以包括数十个到数百个或更多个单独的场发射器104。每个场发射器104被配置为生成指向阳极102的电子束。每个场发射器104可以与对应的聚焦电极106(诸如图1所示的聚焦电极对106a、106或单一的聚焦电极106的对应开口)相关联。

场发射器104可以具有比其他类型的发射器更大的面积。例如，场发射器104可具有约10毫米(mm)至约30mm的长度和约2mm至约6mm的宽度。在一个示例中，场发射器104的长度至少是宽度的5倍大。较大的相对面积可导致阳极102上较大尺寸的焦斑。由于焦斑上的入射电子引起的阳极102的加热可以散布在更大的区域上，从而降低阳极102上的热应力，允许更高的电子通量等。此外，与其他发射器相比，场发射器104可以具有相对较低的电流通量。为了补偿较低的通量，可以增加场发射器104的面积。这些方面导致场发射器104的相对面积更大。较大的相对面积意味着场发射器104周围的局部场强对阳极102或管电压更敏感。

场发射器104的较大相对面积可增加电弧的可能性。随着场发射器104的面积增加，可接收电弧的另一结构的相对位置移动得更远离阳极102，从而相对于场发射器104处的电场强度降低那些结构上的电场强度。结果，在场发射器104处可能出现电弧的可能性可能增加。由于场发射器104的结构，它们可能比其他类型的发射器(诸如热电子发射器)对电弧放电更敏感。例如，场发射器104可以包括可能被电弧损坏的相对小的结构，诸如薄层。

因此，场发射器具有相互竞争的设计问题。场发射器104由于其性质以及由于用于分布式加热的期望的较大焦斑而在面积上可能较大。然而，增加的面积增加了在场发射器104上发生电弧放电的可能性。

聚焦电极106a可以减轻在场发射器104上发生电弧放电的增加的可能性。因此，可以实现场发射器104的更大面积的好处，同时降低由于电弧放电而损坏场发射器104的可能性。聚焦电极106a设置在阳极102和场发射器104之间。聚焦电极106a被配置为调整阳极102上的焦斑的尺寸和/或形状。聚焦电极106a的至少一部分比场发射器104的任何部分更靠近阳极102。例如，场发射器104的任何部分和阳极102的任何部分之间的最短距离可以是距离108。从聚焦电极106a的一部分到阳极102的最短距离可以是距离110。距离110小于距离108。

由于到聚焦电极106a的距离110短于到场发射器104的距离108，聚焦电极106a处的电场强度可能大于场发射器104处的电场强度。结果，电弧将出现在场发射器104上的可能性会降低，而电弧将出现在聚焦电极106a上的可能性会增加。

在一些实施方案中，聚焦电极106a相对于场发射器104和阳极102设置并被成形为使得在操作期间，阴极结构上的最高电场强度的点比场发射器104更靠近聚焦电极106a。阴极结构可以包括处于或接近场发射器104的电势的结构。例如，阳极102可以处于约10-50千伏(kV)、约50-150kV、约50-450kV等(相对于阴极结构或接地)。在一些实施方案中，这些电压可以与特定应用相关联，诸如钼靶x线检查、医学诊断成像、工业成像、爆炸物检测、无损检测(NDT)等。诸如场发射器104、聚焦电极106a、栅极(未示出)等的阴极结构可以处于约-3kV至约1kV的电压。通常，较高的电场强度会增加电弧的可能性。结果，x射线管100a的设计可以包括最小化局部电场强度最大值。然而，在一些实施方案中，最高电场强度的点可以通过设计来产生，并且特别地从场发射器104偏移或移开。在一些实施方案中，最高电场强度的点处的电场强度可为场发射器104上的最高电场强度约8倍大。在一些实施方案中，聚焦电极106a的结构可以导致最高电场强度的点处的电场强度比聚焦电极106a的最靠近场发射器104的部分上的电场强度高至少约25％。

图2是根据一些实施方案的x射线系统的框图。x射线系统200可以包括类似于上述x射线管100a的x射线管100b。x射线管100b可包括真空外壳212，其中阳极102、场发射器104和聚焦电极106b设置在真空外壳212的内部202a中。

x射线系统200可以包括设置在真空外壳212的外部202b上的电压源204。电压源204可以被配置为生成用于x射线系统200的多个电压。例如，电压源204可以被配置为生成用于场发射器104的一个或多个电压206、用于阳极102的高电压208、用于聚焦电极106的聚焦电极电压210等。

在一些实施方案中，聚焦电极106b可以接地。也就是说，聚焦电极电压210可以是0V或接近0V。真空外壳212、x射线管100b的壳体等的部分可以接地。聚焦电极106b可以共享接地。在一些实施方案中，电压源204可以共享接地。结果，通过聚焦电极106b放电的电弧可以将电荷引导至地面。

在一些实施方案中，聚焦电极106b可处于不同于接地的电压210。例如，电压源204可以被配置为向聚焦电极106b施加可变电压。电压源204可以包括火花间隙保护器或其他电路以允许聚焦电极电压210的期望可变性同时仍然适应可能发生的电弧。

图3是根据一些实施方案的具有双表面电极的x射线管的框图，其中聚焦电极的两个表面302、306具有比背对阳极的两个其他表面308、310更高的电场强度。x射线管100c可以类似于x射线管100a-b。然而，聚焦电极106c可具有特定结构。

聚焦电极106c可以具有相对于轴线300的结构。场发射器104和阳极102可以形成轴线300。轴线300可以与从场发射器104发射的电子朝向阳极102行进的通常方向对齐。在此示例中，轴线300可沿Y轴延伸。相对于轴线300轴向延伸的分量可具有沿Y轴的一些分量。在一些实施方案中，轴向延伸的分量可仅轴向延伸或仅沿Y轴延伸，而其他轴向延伸的分量可具有径向延伸的一些部分，即，垂直于轴线300或平行于X-Z平面的Y轴，沿X轴延伸、沿Z轴延伸等。

聚焦电极106c包括至少两个表面。这里，使用两个表面302和304作为示例。第一表面(或场发射器垂直表面或射束整形表面)302基本上平行于轴线300或场发射器104的发射表面延伸。表面302可包括具有在操作时对在阳极102上的焦斑进行整形的结构的射束整形表面。表面302可有助于电场的大部分整形以将来自场发射器104的电子聚焦在阳极102上。其他表面(诸如表面304)可能有一些影响，但表面304的相对贡献小于表面302的相对贡献。

聚焦电极106c的第二表面(或面向阳极的平行表面)304从轴线径向远离第一表面302延伸。在一些实施方案中，第二表面304被形成为仅从第一表面302平行于X-Z平面径向延伸离开而没有显著的轴向分量。结果，第一表面302和第二表面接合的位置306可以是约90度角。第二表面304可以是最靠近阳极102的表面。在操作期间，电场强度最高点设置在第一表面302接合第二表面304的地方。由于聚焦电极106c可能处于相同电势，沿表面302的电场强度可能必然小于第一表面302接合第二表面304的位置306的电场强度。此外，位置306的相对尖锐的特征可以增加局部电场强度，因为电场集中在场中导体的拐角或边缘周围。结果，可能发生的电弧在位置306而不是在场发射器104上发生的可能性增加。

尽管已经使用90度角作为示例，但是在其他实施方案中，该角度可以不同。例如，角度可以在一定范围内更大或更小，使得阴极结构上的电场强度的局部最大值出现在位置306处。

图4是根据一些实施方案的具有三表面电极的x射线管的框图，其中聚焦电极的三个表面402、404、406具有比背对阳极的其他表面414、416更高的电场强度。x射线管100d可以类似于x射线管100a-c。然而，聚焦电极106可包括至少三个具有较高电场强度的表面。第一表面(或场发射器垂直表面或射束整形表面)402可类似于x射线管100c的聚焦电极106c的第一表面302。第一表面402可以是影响焦斑的射束整形表面。

第三表面(或面向阳极的表面)408可以远离第一表面402平行于X-Z平面径向延伸并且在与聚焦电极106c的第二表面304相似的位置(或内角或内拐角)406处接合到第一表面402。然而，第三表面408也沿Y轴相对于轴线300远离第一表面402轴向地延伸。在这个实施方案中，第三表面408的轴向延伸是在朝向阳极的方向上。结果，第一表面402和第三表面408在位置406处的角度可以大于90度。如果位置406处的角度较大，则位置406处的电场强度可相对于90度角减小。类似于第一表面402，第三表面408是射束整形表面并且有助于在操作时将电子束整形为在阳极102上的焦斑上具有期望轨迹的期望截面。

此外，聚焦电极包括第二表面(或面向阳极的平行表面)404。第二表面404在位置(或外角或外拐角)410处接合第三表面408。第二表面404相对于轴线300远离第三表面408延伸。由此产生的结构允许通过表面402控制焦斑，而且允许通过位置406处的角度、第三表面404的长度和位置410处的角度来将更高电场强度的点定位在离场发射器104更远处。

例如，线412是与阳极102等距的点。第三表面408接合第二表面404的位置410可以在等距线412处。然而，位置406可以比等距线412更远离阳极102。结果，位置406处的电场强度可能低于位置410处的电场强度。最高电场强度的点可以设置在第三表面408与第二表面404接合的位置410处。

此外，可以确定位置410处第二表面404与第三表面408的角度，使得沿着第二表面404的其他点比点410离阳极102更远。结果，沿表面404的电场强度可能小于位置410处的电场强度。沿聚焦电极106d的电场强度可以是位置410处的局部最大值。任何电弧放电都可能发生在位置410处，而不是沿着聚焦电极106d的其他位置(包括更靠近场发射器104的那些位置)。由于位置306(图3)相对于场发射器非常接近，最高电场强度位置306处的电弧放电仍可能泄漏或电弧放电到周围特征件，诸如场发射器104，从而导致场发射器104损坏。将最高电场强度移动到远离场发射器104的位置410(图4)降低了最高电场强度位置410处的电弧放电将泄漏或电弧放电到场发射器104的可能性，从而降低了由于电弧放电而损坏场发射器104的可能性。对于距离阳极102相似距离的相似尺寸的聚焦电极106c、106d，具有更尖锐或更窄角度的位置306(图3)可以比具有更宽的角度的位置410更靠近具有更高电场强度的阳极102(图4)，所以聚焦电极106c可以具有改进的射束成形和聚焦特性，但是具有增加的电弧以及由电弧引起的对阴极结构(诸如场发射器104)的损坏的可能性。

在一些实施方案中，与场发射器104的任何部分相比更靠近阳极102(例如，具有最高电场强度)的聚焦电极106d的部分或位置(例如，410)比聚焦电极106d的另一部分(例如，402、406、408)更远离场发射器104的中心。例如，聚焦电极106d的射束成形表面(诸如面向电子束的表面402)可以比聚焦电极106d(具有最高电场强度)的该部分或位置(例如410)更靠近场发射器104的中心。由于聚焦电极106d可能处于单一电势，因此在聚焦电极106d的比射束整形表面(例如，402、404、408)更靠近阳极102的部分或位置(410)处的电场强度将更高。

图5是根据一些实施方案的带有具有突起的聚焦电极的x射线管的框图。x射线管100e可以类似于上述x射线管100a-d。聚焦电极106e可以包括具有对应位置506和510的表面502、504和508，类似于表面402、404和408以及位置406和410。

在一些实施方案中，聚焦电极106e包括突起514。突起从第三表面508向阳极102延伸。突起514包括聚焦电极106e的比场发射器104的任何部分更靠近阳极102的部分。突起514的一部分位于与阳极102的等距线512处。聚焦电极106e的所有其他部分比突起514的该部分更远离阳极102。

在一些实施方案中，突起514与局部最小半径相关联。随着半径R(如视图540所示)在突起514的拐角上减小，特定特征变得更尖锐。局部半径R可能接近零或接近尖拐角。对于更尖锐的特征、更小的半径等，电场可能更集中在该区域中。突起514可以从聚焦电极106e的更靠近场发射器104的部分偏移。结果，较高电场强度的位置可能偏离场发射器104。突起514的位置提供对较高电场强度的位置的控制，并因此提供对可能出现电弧的位置的控制。

在一些实施方案中，突起514可以设置在位置510处或比位置506更靠近位置510。因此，可能更可能出现电弧的突起514可以更远离场发射器104。

在一些实施方案中，除突起514之外的跨第三表面508的点与阳极102基本上等距。结果，沿着那些点的电场强度可以基本上相同。然而，由于突起514与表面504处于相同电势，所以突起514处的电场强度可能必然更高。

尽管类似于聚焦电极106d的聚焦电极106e已被用作包括突起514的聚焦电极106的示例，但是在其他实施方案中，其他聚焦电极106可以包括突起514。例如，聚焦电极106e可以包括类似于图3的聚焦电极106c的结构，但具有从聚焦电极106e的表面朝向阳极102延伸的突起514。

图6是根据一些实施方案的聚焦电极的剖视图。如上所述，可存在多个场发射器104。聚焦电极106f包括多个开口620。每个开口620与多个场发射器104中的一者相关联。对于场发射器104中的每一者，聚焦电极106f的一些点比所述场发射器104更靠近阳极102。开口620可具有类似于上述第一表面302、402、502等的第一表面602。聚焦电极106f可以包括类似于上述第二表面304、404和504的第二表面604。

尽管开口620被描述为在一对一的基础上与场发射器相关联，但是在其他实施方案中，每个开口620可以与多个场发射器相关联。然而，聚焦电极106f仍可具有比那些场发射器104中的任何一个更靠近阳极(诸如图1至图5的阳极102)的点。

图7是根据一些实施方案的用于多个场发射器的聚焦电极的剖视图。聚焦电极106g包括形成在部分106g-1和106g-2之间的单个开口702。多个场发射器104设置在单个开口702中。在一些实施方案中，框架704可以设置在场发射器104之间。在一些实施方案中，框架704可以接地或处于与聚焦电极106g相同的电势。聚焦电极106g可具有类似于上述聚焦电极106的截面。例如，聚焦电极106g可具有与上述聚焦电极106a-e类似的截面，可包括突起等。

图8是根据一些实施方案的包括聚焦电极的阴极组件的截面图。阴极组件800包括基板830。基板830可以包括陶瓷基板或其他绝缘基板。诸如铜层的导电层836设置在基板830上。如上所述的诸如碳纳米管、纳米线、纳米棒等的发射器844可以设置在导电层836上。虽然示出了一个发射器844，但是可以存在多个发射器844，类似于图7的场发射器104。栅极834可以设置在发射器844上方。可以在导电层836和栅极834之间施加电压以从发射极844生成电子。栅极834可以是拦截型的，其中电子穿过栅极，如图所示的网格，或者栅极可以是非拦截型的(未示出)，其中电子穿过开放的孔口。

与图7的框架704相似的框架838可以设置在基板830上。框架838也可以有助于电子束的聚焦。框架838可以为其他部件(诸如栅极834)提供结构支撑。间隔件(未示出)可以将框架838和栅极834分开，并且间隔件可以是导电的或绝缘的。框架838可以包括与多个发射器844相关联的多个开口838'。

间隔件840可以将框架838和基板830分开。间隔件840可以是导电的或绝缘的。框架838可以包括导电材料。第二间隔件842设置在框架838上。第二间隔件842可以是导电的或绝缘的。聚焦电极106h设置在第二间隔件842上。聚焦电极106h可类似于上述聚焦电极106a-g。

在一些实施方案中，聚焦电极可以包括类似于图7的部分106g-1和106g-2的第一部分106h-1和第二部分106h-2。多个开口838'可以设置在部分106h-1和106h-2之间。部分106h-1和106h-2可以沿着发射极844延伸，例如平行于Z方向延伸。

虽然间隔件842可以是绝缘的，但在一些实施方案中，间隔件842可以是导电的或被省略。因此，聚焦电极106h和框架838可以处于相同电势。

栅极834或框架838可为发射器844提供一些保护以免因电弧而损坏；然而，由于栅极834和框架838相对靠近发射器844以及电弧的高压电势，所述保护可能是最小的。例如，框架838可距发射器844约200微米(μm)。靠近发射器838使得框架838或附接的栅极不太能够减轻由电弧引起的任何熔融金属或金属蒸气造成的损坏。此外，如果在框架838附近发生电弧，则间隔件842或其他结构的材料可能被损坏。因此，将可能发生电弧的位置移动成远离聚焦电极106h上的发射器844和框架838可以减少由于电弧可能对发射器844、框架838、间隔件842或其他类似结构发生的损坏。

图9是根据一些实施方案的x射线成像系统的框图。x射线成像系统900包括x射线源902和检测器910。x射线源902可以类似于如上所述的x射线管100a-e。x射线源902相对于检测器910设置，使得可生成穿过样本922并且由检测器910检测到的x射线920。在一些实施方案中，检测器910是医学成像系统、无损检测系统等的一部分。在其他实施方案中，x射线成像系统900可包括便携式车辆扫描系统作为货物扫描系统的部分。

一些实施方案包括一种x射线管，其包括：包括发射表面的场发射器104；阳极102；以及聚焦电极106、106a-h，其设置在场发射器104和阳极102之间；其中：聚焦电极106、106a-h包括：第一表面302、402、502、602，其基本上垂直于场发射器104的发射表面并且最靠近场发射器104；第二表面304、404、504、604，其轴向最靠近阳极102，其中场发射器104和阳极102形成轴线；以及第三表面308、408、508，其在第一表面302、402、502、602和第二表面304、404、504、604之间延伸；并且位于聚焦电极106、106a-h上的在第一表面302、402、502、602和第三表面308、408、508之间的第一位置406、506比位于聚焦电极106、106a-h上的在第三表面308、408、508和第二表面304、404、504、604之间的第二位置410、510更远离阳极102。

在一些实施方案中，聚焦电极106、106a-h上的第二位置410、510比聚焦电极106、106a-h的另一部分更远离场发射器104的中心。

在一些实施方案中，聚焦电极106、106a-h接地。

在一些实施方案中，聚焦电极106、106a-h还包括朝向阳极102延伸的突起514。

在一些实施方案中，突起514比聚焦电极106、106a-h上的第一位置406、506更靠近聚焦电极106、106a-h上的第二位置410、510和阳极102。

在一些实施方案中，聚焦电极106、106a-h被成形为使得在操作期间，最高电场强度的点设置在第二位置410、510处。

在一些实施方案中，第二表面304、404、504、604相对于轴线远离第一表面302、402、502、602径向地和轴向地延伸。

在一些实施方案中，x射线管还包括：阴极结构，其包括：基板，其中场发射器104设置在基板上；框架，其在场发射器104上方设置在基板上；以及聚焦电极106、106a-h，其中聚焦电极106、106a-h设置在框架上。

在一些实施方案中，场发射器104是设置在基板上的多个场发射器104中的一个；框架包括多个开口，每个开口对应于多个场发射器104中的一个；聚焦电极106、106a-h包括第一部分和第二部分；框架的开口设置在第一部分与第二部分之间。

在一些实施方案中，跨第二表面304、404、504、604的点与阳极102基本上等距。

一些实施方案包括一种x射线管，其包括：包括场发射器104的阴极结构800；阳极102；以及聚焦电极106、106a-h，其设置在场发射器104和阳极102之间；其中聚焦电极106、106a-h相对于场发射器104和阳极102设置，并且聚焦电极106、106a-h被成形为使得在操作期间，阴极结构上的最高电场强度的点比场发射器104更靠近聚焦电极106、106a-h。

在一些实施方案中，最高电场强度的点比聚焦电极106、106a-h的另一部分更远离场发射器104的中心。

在一些实施方案中，聚焦电极106、106a-h接地。

在一些实施方案中，场发射器104和阳极102形成轴线；并且聚焦电极106、106a-h包括：第一表面302、402、502、602，其基本上平行于轴线延伸；第二表面304、404、504、604，其相对于轴线远离第一表面302、402、502、602径向延伸。

在一些实施方案中，聚焦电极106、106a-h上的第一位置在第一表面302、402、502、602和第二表面304、404、504、604之间；并且聚焦电极106、106a-h被成形为使得在操作期间，最高电场强度的点设置在第一位置处。

在一些实施方案中，场发射器104和阳极102形成轴线；并且聚焦电极106、106a-h包括：第一表面302、402、502、602，其基本上平行于轴线延伸；第二表面304、404、504、604，其相对于轴线远离第一表面302、402、502、602径向延伸；第三表面308、408、508，其相对于轴线远离第一表面302、402、502、602朝向第二表面304、404、504、604径向和轴向地延伸；以及位于聚焦电极106、106a-h上的第一位置306、406、506在第一表面302、402、502、602与第三表面308、408、508之间；并且聚焦电极106、106a-h上的第二位置410、510在第三表面308、408、508和第二表面304、404、504、604之间。

在一些实施方案中，聚焦电极106、106a-h被成形为使得在操作期间，最高电场强度的点设置在第二位置410、510处。

在一些实施方案中，跨第二表面304、404、504、604的点与阳极102基本上等距。

一些实施方案包括一种x射线管，其包括：用于朝向阳极发射电子的装置；以及用于对从用于朝向阳极发射电子的装置发射的电子进行聚焦的装置，其包括：用于将用于对电子进行聚焦的装置处的电场强度增加超过用于发射电子的装置处的电场强度的装置。

用于朝向阳极发射电子的装置的示例包括阴极结构800、场发射器104、栅极834等。在一个示例中，用于朝向阳极发射电子的装置可以包括至少三个场发射器104。

用于对从用于朝向阳极发射电子的装置发射的电子进行聚焦的装置的示例包括聚焦电极106、106a-h和框架704、838。

用于将用于对电子进行聚焦的装置处的电场强度增加超过用于发射电子的装置处的电场强度的装置的示例包括表面302、402、502、602、408、508、位置或边缘406、506、突起514等。

在一些实施方案中，用于对电子进行聚焦的装置还包括：用于将在用于对电子进行聚焦的装置上的最大电场强度点定位成比用于对电子进行聚焦的装置的最靠近用于发射电子的装置的部分更远离用于发射电子的装置的装置。用于将在用于对电子进行聚焦的装置上的最大电场强度点定位成比用于对电子进行聚焦的装置的最靠近用于发射电子的装置的部分更远离用于发射电子的装置的装置的示例包括位置410和510、突起514等。

一些实施方案包括一种方法，其包括：从阴极800朝向阳极102发射电子；用聚焦电极106将发射的电子朝向阳极102聚焦；以及将聚焦电极106处的电场强度增加到超过阴极800处的电场强度。

在一些实施方案中，最大电场强度的点定位在聚焦电极106上比聚焦电极106的最靠近阴极800的部分更远离阴极800。

虽然已经根据特定实施方案描述了结构、装置、方法和系统，但本领域普通技术人员将容易地认识到，对特定实施方案的许多变化是可能的，并且因此，任何变化应被视为在本文所公开的精神和范围内。因此，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可做出许多修改。

随附此书面公开的权利要求据此明确并入本书面公开中，其中每项权利要求自身可作为单独的实施方案。本公开包括单独权利要求及其从属权利要求的所有排列。此外，能够从随附的单独权利要求和从属权利要求衍生的附加实施方案也明确并入本书面说明书中。这些附加实施方案是通过用短语“以权利要求[x]开始并且以紧接在所述权利要求之前的权利要求结束的权利要求中的任一个”来替换给定从属权利要求的从属关系来确定的，其中括号内的术语“[x]”被用最近引用的独立权利要求的编号来替换。例如，对于以独立权利要求1开始的第一权利要求集，权利要求4可从属于权利要求1和权利要求3中的任一项，其中这些单独的从属关系产生两个不同的实施方案；权利要求5可从属于权利要求1、权利要求3或权利要求4中的任一项，其中这些单独的从属关系产生三个不同的实施方案；权利要求6可从属于权利要求1、权利要求3、权利要求4或权利要求5中的任一项，其中这些单独的从属关系产生四个不同的实施方案；以此类推。

关于特征或要素的术语“第一”的权利要求的叙述并不一定意味着存在第二个或另外的这种特征或要素。根据35U.S.C§112(f)，以手段加功能格式具体列举的要素(如果有的话)旨在解释为涵盖本文描述的相应结构、材料或行为及其等同物。要求保护专有性质或特权的本发明的实施方案定义如下。

Claims (20)

1.一种x射线管，其包括：

包括发射表面的场发射器；

阳极；以及

聚焦电极，其设置在所述场发射器和所述阳极之间；

其中：

所述聚焦电极包括：

第一表面，其基本上垂直于所述场发射器发射表面并且最靠近所述场发射器；

第二表面，其轴向最靠近所述阳极，其中所述场发射器和所述阳极形成轴线；以及

第三表面，其在所述第一表面与所述第二表面之间延伸；并且

位于所述聚焦电极上的在所述第一表面和所述第三表面之间的第一位置比位于所述聚焦电极上的在所述第三表面和所述第二表面之间的第二位置更远离所述阳极。

2.如权利要求1所述的x射线管，其中：

所述聚焦电极上的所述第二位置比所述聚焦电极的另一部分更远离所述场发射器的中心。

3.如权利要求1所述的x射线管，其中：

所述聚焦电极接地。

4.如权利要求1所述的x射线管，其中：

跨所述第二表面的点与所述阳极基本上等距。

5.如权利要求1所述的x射线管，其中：

所述聚焦电极被成形为使得在操作期间，最高电场强度的点设置在所述第二位置处。

6.如权利要求1所述的x射线管，其中：

所述第二表面相对于所述轴线远离所述第一表面径向和轴向地延伸。

7.如权利要求1至6中任一项所述的x射线管，其中：

所述聚焦电极还包括朝向所述阳极延伸的突起。

8.如权利要求7所述的x射线管，其中：

所述突起比所述聚焦电极上的所述第一位置更靠近所述聚焦电极上的所述第二位置和所述阳极。

9.如权利要求1至6中任一项所述的x射线管，其还包括：

阴极结构，其包括：

基板，其中所述场发射器设置在所述基板上；

框架，其在所述场发射器上方设置在所述基板上；以及

聚焦电极，其中所述聚焦电极设置在所述框架上。

10.如权利要求9所述的x射线管，其中：

所述场发射器是设置在所述基板上的多个场发射器中的一个；

所述框架包括多个开口，每个开口对应于所述多个场发射器中的一个；

所述聚焦电极包括第一部分和第二部分；并且

所述框架的所述开口设置在所述第一部分与所述第二部分之间。

11.一种x射线管，其包括：

包括场发射器的阴极结构；

阳极；以及

聚焦电极，其设置在所述场发射器和所述阳极之间；

其中所述聚焦电极相对于所述场发射器和所述阳极设置，并且所述聚焦电极被成形为使得在操作期间，所述阴极结构上的最高电场强度的点比所述场发射器更靠近所述聚焦电极。

12.如权利要求11所述的x射线管，其中：

所述最高电场强度的点比所述聚焦电极的另一部分离所述场发射器的中心更远。

13.如权利要求11所述的x射线管，其中：

所述聚焦电极接地。

14.如权利要求11至13中任一项所述的x射线管，其中：

所述场发射器与所述阳极形成轴线；并且

所述聚焦电极包括：

第一表面，其基本上平行于所述轴线延伸；

第二表面，其相对于所述轴线远离所述第一表面径向延伸。

15.如权利要求14所述的x射线管，其中：

所述聚焦电极上的第一位置位于所述第一表面与所述第二表面之间；并且

所述聚焦电极被成形为使得在操作期间，最高电场强度的点设置在所述第一位置处。

16.如权利要求14所述的x射线管，其中：

跨所述第二表面的点与所述阳极基本上等距。

17.如权利要求11至13中任一项所述的x射线管，其中：

所述场发射器与所述阳极形成轴线；并且

所述聚焦电极包括：

第一表面，其基本上平行于所述轴线延伸；

第二表面，其相对于所述轴线远离所述第一表面径向延伸；

第三表面，其相对于所述轴线远离所述第一表面朝向所述第二表面径向和轴向地延伸；以及

所述聚焦电极上的第一位置位于所述第一表面与所述第三表面之间的；并且

所述聚焦电极上的第二位置位于所述第三表面和所述第二表面之间。

18.如权利要求17所述的x射线管，其中：

所述聚焦电极被成形为使得在操作期间，最高电场强度的点设置在所述第二位置处。

19.一种x射线管，其包括：

用于朝向阳极发射电子的装置；以及

用于对从所述用于朝向所述阳极发射电子的装置发射的电子进行聚焦的装置，其包括：

用于将所述用于对电子进行聚焦的装置处的电场强度增加超过所述用于发射电子的装置处的电场强度的装置。

20.如权利要求19所述的x射线管，其中所述用于对电子进行聚焦的装置还包括：

用于将在所述用于对电子进行聚焦的装置上的最大电场强度点定位成比所述用于对电子进行聚焦的装置的最靠近所述用于发射电子的装置的部分更远离所述用于发射电子的装置的装置。