CN214203603U - X射线阴极头及x射线管设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种X射线阴极头及X射线管设备，由于这种X射线阴极头及X射线管设备，使得灯丝与聚焦杯的对准变得容易。特别地，提出下述X射线阴极头：其中，灯丝和聚焦杯在组装时是自对准的。本实用新型的目的是通过下述X射线阴极头实现的：该X射线阴极头包括由灯丝支承部支承的灯丝、聚焦杯，该聚焦杯在其中心集成有引出缝。在将聚焦杯与灯丝支承部组装在一起时，灯丝和引出缝是以平移和旋转的方式自对准的，从而使灯丝的短轴和长轴两者与引出缝的短轴和长轴两者对准。

Description

X射线阴极头及X射线管设备

技术领域

本实用新型涉及X射线管领域，更特别地涉及X射线管阴极头，甚至更特别地涉及易于安装的X射线阴极头。具体地，本实用新型涉及X 射线阴极头，其中，在组装时，引出缝、聚焦杯和灯丝是自对准的。此外，本实用新型还涉及包括根据本实用新型的X射线阴极头的X射线管设备。

背景技术

X射线管具有许多不同的工业和医学应用。特别地，它们形成了为患者成像的医学的目的而采用的X射线管设备的必需部分。通常，这种设备具有电子产生部以及X射线产生部，该电子产生部被称为阴极头或阴极组件，该X射线产生部被称为阳极或靶。在操作期间，在阴极处产生的电子被高电场朝向阳极加速、最终入射到阳极上。由于电子与阳极材料原子的相互作用而导致的电子动能的损失导致产生X射线辐射。

在用于医学成像应用的X射线管设备中，最重要的参数是所产生的X 射线通量和虚拟的X射线源的尺寸。理想地，人们希望获得非常高的通量，这使得病人暴露在具有潜在破坏性的x射线辐射下的时间非常短，同时保持非常小的虚拟的辐射源尺寸。两者都会导致X射线图像的分辨率提高。然而，很难同时改善两个参数。由于在阳极处产生的X射线的数量与撞击在阳极上的电子的数量成正比，因此增加产生的X射线的数量的最简单方法是增加在阴极处产生的电子的数量。

然而，由于称为被库仑阻塞的现象，不能任意增加阴极灯丝的每单位表面积产生的电子的数量。这意味着通常需要扩展的电子源来获得大量的被发射的电子。然而，如果电子可以在阴极与阳极之间自由传播，那么大尺寸的灯丝将意味着阳极上大的电子着陆区域并且因此X射线源也是大的。为了减小电子着陆区域的尺寸，人们通常在阴极与阳极之间或灯丝后面放置聚焦元件，该聚焦元件的目的是将电子聚焦到阳极上并减小X射线源的尺寸。

用于X射线管阴极头的周知的设计包括作为电子源的灯丝和作为聚焦元件的聚焦杯。通常，将高温熔化的金属、例如钨用于灯丝。这允许达到高温，并因此使通过热制造的电子达到高产出率，而不存在任何灯丝变形或发生灯丝相对位置朝向聚焦杯的平移。聚焦杯由具有半球形凹口的板组成，其尺寸和形式对应于灯丝的尺寸和形式。在操作中，聚焦杯相对于阳极保持在较低的电位处。由于聚焦杯的半球形形式紧邻灯丝放置，因此电子会历经电场，该电场使电子束朝向阳极准直。不幸的是，使用这种阴极几何形状难以获得重要的聚焦效果和小的X射线源尺寸。因此，现代的阴极组件通常在一个阴极头中包括两个独立的灯丝——一个大的灯丝和一个小的灯丝，当需要高X射线通量时使用大的灯丝，而当需要最高的分辨率时使用小的灯丝。

上述阴极头设计的另一缺点由以下事实给出：为了获得聚焦效果，必须非常精确地制造聚焦杯的半球形凹口。通常，凹口被腐蚀，这是非常昂贵且耗时的过程。由于欺骗性的杂散场，在这样的阴极组件中不完美制造的凹口将导致电子的扩散大于聚焦。此外，灯丝必须相对于聚焦杯非常精确地定位。灯丝未朝向聚焦杯对准将再次导致阳极上的大的电子着陆区域。在将这些组件组装在一起时以及在将阴极头安装在X射线管设备中期间，要获得并保持灯丝与聚焦杯之间的所需对准可能是有挑战性的。另外，在阴极头的使用寿命期间，聚焦杯与灯丝之间的相对位置也应保持恒定；特别地，聚焦杯与灯丝之间的相对位置不应随着灯丝的加热和冷却循环的重复而改变。

因此本实用新型的目标是提出了一种新颖的X射线阴极头设计，由于这种设计，使得灯丝与聚焦杯的对准变得容易。特别地，本实用新型的目标是提出一种X射线阴极头，在该X射线阴极头中，灯丝和聚焦杯在组装时是自对准的。利用根据本实用新型的X射线阴极头，可以获得具有高电子通量和在阳极上小的电子着陆区域的易于安装的阴极。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的是提出一种新颖的X射线阴极头，利用该X 射线阴极头可以完全克服或至少大大减少已知系统的上述缺点。

本实用新型的目的特别是提出一种X射线阴极头，使该X射线阴极头的组装、尤其是灯丝与聚焦杯的对准以及灯丝与引出缝的对准变得容易。

本实用新型的目的还在于包括根据本实用新型的X射线阴极头的X 射线管设备。

根据本实用新型，这些目的特别地通过文中描述的元素来实现。根据本实用新型，提供了其他有利的实施方式。

特别地，本实用新型的目的通过下述X射线阴极头来实现，该X射线阴极头包括：

灯丝，该灯丝由灯丝支承部支承；以及

聚焦杯，该聚焦杯具有集成在聚焦杯的中心的引出缝；

其中，在将聚焦杯与灯丝支承部组装在一起时，灯丝和引出缝是以平移和旋转的方式自对准的，从而使灯丝的短轴和长轴两者与引出缝的短轴和长轴两者对准。

由于本实用新型，X射线阴极头的组装特别简单，同时使灯丝和引出缝的对准以及因此使灯丝和聚焦杯的对准是良好的。预先对准在支承部上的灯丝在组装时与引出缝是自对准的。这可以借助于本领域技术人员已知的方式来实现，例如通过使用聚焦杯和灯丝支承部上的对准标记。因此，在组装之后，不必使灯丝相对于引出缝和聚焦杯对准。

在一个优选的实施方式中，聚焦杯在灯丝的相反侧上还包括用作第一电子聚焦元件的第一腔体。在操作期间，可以向聚焦杯施加适当的电压，该电压对从灯丝发射并由于灯丝与靶之间的高电场而加速通过缝的电子具有聚焦作用。由于这种聚焦效应，可以减小靶上的电子着陆区域的尺寸，从而提高了使用根据本实用新型的X射线阴极头的X射线管设备的性能。

在另一优选的实施方式中，聚焦杯包括围绕灯丝并用作第二电子聚焦元件的第二腔体。由于该腔体的存在，可以增加通过引出缝引出的电子的通量，并因此可以提高落在靶上的电子的通量，从而改善使用根据本实用新型的X射线阴极头的X射线设备的性能。可以通过施加到聚焦杯的电压将从灯丝沿不同于引出缝方向的方向发射的电子重新导向该缝。本领域技术人员将理解的是，可以实施模拟以确定腔体的最佳形式和尺寸，以便根据灯丝、缝的形式和尺寸以及根据阴极头的其他相关几何参数使离开引出缝的电子的通量最大化。

在另一优选的实施方式中，引出缝的宽度小于灯丝的宽度。这放宽了灯丝与聚焦杯的用作第一聚焦元件的腔体的对准要求。缝在引出缝的短轴方向上减小了虚拟的电子源的尺寸，并且灯丝与聚焦杯在该方向上的微小错位对于X射线阴极头的性能不起重大影响。

在另一优选的实施方式中，引出缝的长度小于灯丝的长度。这进一步放宽了灯丝与聚焦杯的用作第一聚焦元件的腔体的对准要求。缝在引出缝的主轴方向上减小了虚拟的电子源的尺寸，并且灯丝与聚焦杯在该方向上的微小错位对于X射线阴极的性能不起重大影响。

在另一优选的实施方式中，聚焦杯和灯丝支承部通过胶粘附接在一起。这代表将两个部分保持在一起的非常简单的方式，并简化了根据本实用新型的X射线阴极头的组装。

在另一优选的实施方式中，聚焦杯和灯丝支承部通过钎焊附接在一起。这代表将两个部分保持在一起的另一非常简单的方式，并简化了根据本实用新型的X射线阴极头的组装。

在另一优选的实施方式中，灯丝是线圈灯丝。线圈灯丝的优点在于，使可以发射出电子的表面积与灯丝的长度之比最大化，同时由于线圈绕组的自热，仅需要相对少量的加热电流。因此，电子的通量也可以被最大化。

在另一优选的实施方式中，灯丝是条状灯丝。条状灯丝的优点在于，它可以很容易地在灯丝支承部上预先对准，并且电子仅从灯丝的顶部表面和底部表面发射。这允许具有较小的虚拟的电子源，该虚拟的电子源最终提高了X射线阴极头的性能。

在另一优选的实施方式中，引出缝是机械铣削的。机械铣削是容易且成本低廉的。因此，聚焦杯的加工对于本领域技术人员而言是简单的，并且可以降低制造X射线阴极的总成本。

在另一优选的实施方式中，引出缝的端部具有圆形的一部分的形式。该缝的几何形状的优点在于，抑制了会在引出缝的尖锐边缘处另外产生的欺骗性电场。

本实用新型的目的还通过一种X射线管设备来实现，其特征在于，该X射线管设备包括根据本实用新型的X射线阴极头。通过使用根据本实用新型的X射线阴极头，X射线管设备的性能得以改善并且设备的组装得以简化。

附图说明

图1是沿引出缝的短轴截取的根据本实用新型的X射线阴极头的优选实施方式的立体截面图。

图2是沿引出缝的长轴截取的根据本实用新型的X射线阴极头的优选实施方式的截面图。

图3是沿引出缝的短轴截取的根据本实用新型的X射线阴极头的优选实施方式的截面图。

具体实施方式

图1示出了沿引出缝的短轴截取的根据本实用新型的X射线阴极头的优选实施方式的立体截面图。X射线阴极头1包括聚焦杯2和灯丝5，该聚焦杯2在其中心具有引出缝3，该灯丝5由灯丝支承部4支承并沿着连接孔5'的线预对准。为了有助于灯丝5在支承部4上的对准，可以在支承部4的表面上添加引导线(此处未示出)。

在该优选实施方式中，灯丝5是线圈灯丝，但它也可以是平坦的条或任何合适的灯丝形式。在任何情况下，具有高熔化温度和高电阻的金属或金属合金、例如钨是优选的。为了降低灯丝5的功函，可以附加地使用低功函材料、例如碱金属来涂覆该灯丝，或者通过具有优化功函的特种合金 (例如镀钍钨)来制造该灯丝。

灯丝支承部4由与真空环境兼容的绝缘材料制成，例如但并非穷尽地，由聚酰胺-酰亚胺、陶瓷或聚醚醚酮制成。灯丝5连接至接触部6，该接触部6通过适当的方式、例如通过胶粘而附接至灯丝支承部4。接触部 6由低电阻金属或低电阻金属合金制成，例如但非穷尽地，由铜、铝、镍、铁-镍-钴合金或铍铜制成。接触部6用来在整个灯丝上施加电势差，这最终导致电流和灯丝温度升高并最终导致热电子发射。

聚焦杯2在灯丝5的相反侧上包括第一腔体2'。在X射线阴极头1 操作期间，通过热电子发射从灯丝5引出、并借助于灯丝5与靶(此处未示出)之间的大电场加速通过引出缝3的发散电子束可以通过在聚焦杯2 上施加适当的电压V而准直并聚焦至靶上。因此，腔体2'用作第一聚焦元件。必须注意的是，X射线阴极头1既可以用于将灯丝5保持处于高负电压且将靶保持处于接地电位的模式中，也可以用于将灯丝保持处于接地电位且将靶保持处于高正电压的模式下。为了避免可能会导致X射线阴极头 1的性能下降的杂散场，对腔体2'的边缘2”进行倒圆处理，如图1中所示。

聚焦杯2还包括在灯丝5一侧的第二腔体3'。在对X射线阴极头1 进行组装之后，腔体3'包围灯丝5并作为以热电子的方式发射的电子上的第二聚焦元件。本领域技术人员将理解的是，可以通过模拟来确定腔体 3'的最佳形式和尺寸。

为了使X射线阴极头1相对靶上的最小电子着陆区域达到最高的性能，灯丝5与引出缝3、以及因此灯丝5与两个腔体2'和3'的完美对准是必要的。根据本实用新型，引出缝3和灯丝5在聚焦杯2与灯丝支承部4 组装时是自对准的。自对准可以借助于本领域技术人员已知的方式来实现，例如通过使用聚焦杯2和灯丝支承部4上的对准标记。灯丝5和引出缝3在组装后在长轴和短轴两者都对准的情况下以平移和旋转的方式对准。

图2和图3是X射线阴极头1的优选实施方式的截面图。如可以在这些图中看到的，引出缝3的宽度W3优选地选择为小于灯丝5的宽度 W5。在缝3比灯丝5窄的情况下，X射线阴极头1的性能进一步提高，这是由于缝3减小了虚拟的电子源的尺寸而最终提高了X射线阴极头的性能。靶上的电子着陆区域的尺寸与撞击在靶上的电子电流之间存在权衡。虽然减小缝3的宽度允许在靶上具有较小的电子着陆区域，但这也减小了撞击的电子电流。因此，必须根据具体使用的X射线阴极头来确定最佳的缝宽。为了避免会降低X射线阴极头的性能的欺骗性的杂散电场，引出缝的端部呈圆形的一部分的形式。尽管在图1至图3中，将引出缝3的长度 L3选择为大于灯丝5的长度L5，但本领域技术人员将理解的是，通过选择小于灯丝长度L5的引出缝长度L3，可以进一步减小虚拟的电子源的尺寸。

如可以在图1至图3中看到的，在组装好聚焦杯2与支承部4之后，产生了高度为H2的空间。从真空技术的角度来看，这是有利的，因为将两个相邻的表面分开好过于使它们保持接触，因为否则会产生虚漏。在对包括根据本实用新型的X射线阴极头的X射线管进行抽真空期间，可以通过适当的装置方便地穿过缝3将支承部4与聚焦杯2之间的空间抽真空。

最后，应该指出的是，以上概述了一个相关的非限制性实施方式。对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离其精神和范围的情况下，可以对所公开的非限制性实施方式进行修改。这样，所描述的非限制性实施方式应被认为仅是对一些更突出的特征和应用的说明。通过以不同方式应用非限制性实施方式或以本领域技术人员已知的方式修改非限制性实施方式，可以实现其他有益的效果。

Claims (11)

1.一种X射线阴极头，包括：

灯丝(5)，所述灯丝(5)由灯丝支承部(4)支承；以及

聚焦杯(2)，所述聚焦杯(2)具有集成在所述聚焦杯的中心的引出缝(3)；

其特征在于，

在将所述聚焦杯(2)与所述灯丝支承部(4)组装在一起时，所述灯丝(5)和所述引出缝(3)是以平移和旋转的方式自对准的，从而使所述灯丝(5)的短轴和长轴两者与所述引出缝(3)的短轴和长轴两者对准，并且所述引出缝(3)的宽度(W3)小于所述灯丝(5)的宽度(W5)。

2.根据权利要求1所述的X射线阴极头，其特征在于，所述聚焦杯(2)在所述灯丝(5)的相反侧上包括用作第一电子聚焦元件的第一腔体(2')。

3.根据权利要求1或2所述的X射线阴极头，其特征在于，所述聚焦杯(2)包括围绕所述灯丝(5)并用作第二电子聚焦元件的第二腔体(3')。

4.根据权利要求1或2所述的X射线阴极头，其特征在于，所述引出缝(3)的长度(L3)小于所述灯丝(5)的长度(L5)。

5.根据权利要求1或2所述的X射线阴极头，其特征在于，所述聚焦杯(2)和所述灯丝支承部(4)通过胶粘而附接在一起。

6.根据权利要求1或2所述的X射线阴极头，其特征在于，所述聚焦杯(2)和所述灯丝支承部(4)通过钎焊而附接在一起。

7.根据权利要求1或2所述的X射线阴极头，其特征在于，所述灯丝(5)是线圈灯丝。

8.根据权利要求1或2所述的X射线阴极头，其特征在于，所述灯丝(5)是条状灯丝。

9.根据权利要求1或2所述的X射线阴极头，其特征在于，所述引出缝(3)是机械铣削的。

10.根据权利要求1或2所述的X射线阴极头，其特征在于，所述引出缝(3)的端部呈圆形的一部分的形式。

11.一种X射线管设备，其特征在于，所述X射线管设备包括根据权利要求1至9中任一项所述的X射线阴极头(1)。

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