CN218482194U - 模块化阴极装置，模块化双阴极装置和x射线管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模块化阴极装置、一种模块化双阴极装置和一种X射线管。根据本实用新型的用于X射线管的模块化阴极装置具有：‑聚焦头，所述聚焦头具有用于聚焦所发射的电子的阱，和‑至少部分地设置在阱中的电子发射器，其特征在于，‑所述模块化阴极装置具有用于影响聚焦的阱板，所述阱板与聚焦头连接以及部分地覆盖阱，进而对用于所发射的电子的穿透的发射窗口限界。

Description

模块化阴极装置，模块化双阴极装置和X射线管

技术领域

本实用新型涉及一种模块化阴极装置、一种模块化双阴极装置和一种X射线管。

背景技术

X射线辐射通常在X射线管中生成。在所述X射线管内存在真空，使得由电子发射器发射的电子朝向阳极的方向加速并在相互作用的情况下在阳极上的焦斑中生成X射线辐射。焦斑的几何扩展(或者还有焦点大小)例如预设能够借助生成的X射线辐射例如在成像时实现的最大地点分辨率。此外，X射线辐射的最大剂量尤其取决于几何扩展。因为电子的直至99％的动能转化为热量，阳极的物理和材料特性，尤其是技术上可实现的散热限制了任意的剂量增大，以便阳极能够无损坏地运行。

焦斑、尤其是其几何扩展通常与例如医学成像的应用和例如材料检查的应用不同。由于多种多样的应用，通常应维持不同的X射线管，所述X射线管仅部分地包含相同的构件。

例如，使用电磁或静电偏转单元来影响焦斑是已知的。其它可行性包括在阳极和电子发射器或分区段的场效应发射器之间使用截止栅。从EP 3358 596 A1中已知借助于特定的聚焦头几何形状来影响焦斑。在此，在聚焦头中的阱的深度或阱的截锥的高度能够改变。

实用新型内容

本实用新型所基于的目的是，提出一种模块化阴极装置、一种模块化双阴极装置和一种X射线管，其中可以在结构上更简单地影响焦斑。

所述目的通过一种模块化阴极装置、一种模块化双阴极装置和一种X射线管来实现。在下面的说明书中描述了有利的设计方案。

根据本实用新型的用于X射线管的模块化阴极装置具有：

-带有用于聚焦所发射的电子的阱的聚焦头，和

-至少部分地设置在阱中的电子发射器，

其特征在于，模块化阴极装置具有

-用于影响聚焦的阱板，所述阱板与聚焦头连接以及部分地覆盖所述阱，进而对所发射的电子穿透的发射窗口限界。

根据一个实施方式，阱板具有中央留空部作为发射窗口。

根据一个实施方式，阱板不完全沿着阱的环周伸展。

根据一个实施方式，阱板的外部形状为矩形。

根据一个实施方式，阱板的朝向发射窗口的边缘至少局部地斜切。

根据一个实施方式，阱板在四周设置为，使得发射窗口沿发射方向渐缩。

根据一个实施方式，阱板的朝向发射窗口的边缘至少局部地倒圆。

根据一个实施方式，阱板借助于点焊、激光焊接、WIG焊接、旋拧连接和/或压接与聚焦头连接。

根据一个实施方式，电子发射器是场效应发射器或热离子发射器。

根据一个实施方式，电子发射器和阱板由相同的半成品制成。

根据一个实施方式，阱板由与聚焦头相同的材料构成，或者由以下材料构成，所述材料的热膨胀系数关于聚焦头的材料具有直至±15％的偏差。

根据本实用新型的模块化双阴极装置具有模块化阴极装置，其中聚焦头具有用于聚焦所发射的电子的另外的阱，并且其中模块化双阴极装置还具有至少部分地设置在另外的阱中的另外的电子发射器和用于影响聚焦的另外的阱板，所述另外的阱板与聚焦头连接以及部分地覆盖另外的阱，进而对所发射的电子透射的另外的发射窗口限界。

根据一个实施方式，阱板和另外的阱板的板厚度不同。

根据一个实施方式，电子发射器和另外的电子发射器的不同之处在于它们的相对的发射器位置(Emittersitz)不同。

根据一个实施方式，阱和另外的阱相对于彼此以小于180°的角度设置，使得电子发射器的发射方向与另外的电子发射器的发射方向相交。

根据本实用新型的X射线管具有抽真空的X射线管壳体、用于生成X射线辐射的阳极和设置在X射线管壳体中的阴极装置。

模块化阴极装置、模块化双阴极装置和X射线管尤其具有以下优点：

阱板的使用能够实现对发射窗口的结构上易于实现的限界。根据应用情况，发射窗口能够有利地仅通过设定阱板相对于聚焦头中的阱的相对位置来确定。发射窗口的设计方案对于影响焦斑是重要的，因为电场能够通过确定发射窗口的阱板改变，所述电场引起所发射的电子的聚焦及其朝向焦斑的方向的定向。

另一优点能够是，具有用于不同的焦斑的不同的发射窗口的多个阴极装置能够由基本上相同的部件构造。因此，模块化阴极装置有利地提高在生产阴极装置时通用件的份额。有利地，由此也能够提高自动化的程度。因此，使用通用件通常会带来成本优势。

此外有利的是，在阴极装置的研发阶段中能够相对简单地优化阱板相对于聚焦头中的阱的相对位置，因为该相对位置由于模块化构造可改变。替选地或附加地能够有利的是，阴极装置的生产时间由于容错的构造和/或设计减少。

附图说明

下面根据在附图中示出的实施例详细描述和阐述本实用新型。原则上，在以下的附图说明中基本上相同的结构和单元用与在首次出现相应的结构或单元时相同的附图标记来命名。

附图示出：

图1示出模块化阴极装置；

图2示出模块化阴极装置的另一视图；

图3示出阱板的一个实施方式的细节图；

图4示出阱板的另一实施方式；

图5示出阱板的一个替选的实施方式；

图6示出模块化阴极装置的一个有利的改进方案；

图7示出模块化双阴极装置；

图8示出模块化双阴极装置的另一视图；和

图9示出X射线管。

具体实施方式

图1示出模块化阴极装置10的侧视图。模块化阴极装置10具有聚焦头11、电子发射器13和阱板14。

在聚焦头11中设置有阱12。阱12因此尤其用于聚焦所发射的电子。为此，阱12形成在运行中在聚焦头11处产生的电场。阱12能够具有基本上长方体或立方体状的形状。替选地，阱12能够是柱形的或球形的。在图1中示出的阱12仅在发射方向上是敞开的。也就是说，阱12没有完全穿透聚焦头，进而聚焦头具有U形的横截面。原则上可设想的是，在一个替选的实施方式中，阱12完全穿透聚焦头11。

电子发射器13构成为用于发射电子，其中在阴极装置10的运行中，发射方向基本上垂直于聚焦头11，并且在图1中用箭头表示。实际的发射方向尤其取决于聚焦头11的电势、在聚焦头11和未示出的阳极之间所施加的加速电压和/或在阴极装置10运行时电子发射器13的设计方案。

电子发射器13尤其是场效应发射器或热离子发射器。场效应发射器通常具有碳纳米小管或硅纳米小管。在场效应发射器中的电子发射通常通过施加栅极电压来引起，所述栅极电压通过在纳米小管的尖部中出现的电场从这些纳米管中提取电子，由此形成电子流。除了借助于栅极电压接通之外，所生成的电子流的截止能够借助于截止栅进行。在纳米小管的上游能够连接限流单元。热离子发射器例如是螺旋发射器或平面发射器，其能够被直接或间接加热。

电子发射器13至少部分地设置在阱12中。电子发射器13因此关于发射方向部分地伸入到阱12中。换言之，电子发射器13沿发射方向部分地从阱12伸出。电子发射器13至少部分地设置在阱12中尤其包括电子发射器13的任何如下布置，在所述布置中，电子发射器13的外部形状和阱的假想的覆盖件沿着聚焦头11的表面相交，以及在所述布置中，阱12完全容纳电子发射器13。

阱板14构成为用于影响所发射的电子的聚焦，其方式为：阱板14影响在运行中在聚焦头11处产生的电场，由此改变阱12的聚焦效果。在该实施例中，阱板14借助于点焊与聚焦头11连接。替选地，连接能够借助于激光焊接、WIG焊接、旋拧连接和/或压接来进行。所述连接能够是可松开的或固定的。通常，阱板14与聚焦头11电连接并且具有聚焦头11的电势。

阱板14通常由与聚焦头11相同的材料构成或者由以下材料构成，所述材料的热膨胀系数关于聚焦头的材料具有直至±50％，尤其是±25％，优选±15％的偏差。所述材料通常具有高的熔点。对于聚焦头11适宜的材料尤其是镍、钼、不锈钢和/或钨。阱板14能够是一件式的或者由多个阱板件组装。

阱板14部分地覆盖阱12。阱板14尤其最多部分地、尤其因此不完全地覆盖阱12。为了部分地覆盖阱12，阱板14突出于阱12的边缘。覆盖阱12表示：阱板14设置在阱12上方，使得被覆盖的区域基本上是封闭的。阱板14尤其能够轴线对称地和/或点对称地构成。

阱板14尤其引起：对所发射的电子穿透的发射窗口限界。发射窗口定义为在阱12上方的未被阱板14覆盖的净空间。阱12被覆盖得越多，发射窗口就越小。发射窗口尤其设为用于借助于电子发射器13在阱12之内发射的所发射的电子。在阱12之外发射的电子通常不穿过发射窗口。

阱板14相对于阱12的位置，尤其是部分地覆盖阱12的程度，由于电场的改变，影响在未示出的在发射方向上设置的阳极上产生焦斑的电子的至少一部分。

图2从鸟瞰图中示出图1的模块化阴极装置10。

在该视图中清楚的是，阱板14在该实施方式中是条形的。阱板14的外部形状为矩形。替选地，外部形状也能够是椭圆形的或多边形的。阱板14不完全沿着阱12的环周伸展。换言之，发射窗口仅从阱12的一侧通过阱板14限界。

图3示出阱板14的一个实施方式的细节图。阱板14具有中央留空部作为发射窗口。中央留空部通常居中地位于阱12上方或居中地位于电子发射器13上方。中央表示：在阱板14中基本上设有留空部，所述留空部被阱板14完全包围。换言之，围绕中央留空部的框架是连续的。中央能够表示：阱板14的至少一个中心点位于中央留空部的区域中。中央留空部的中心点和阱板14的中心点彼此间能够具有大于零的间距。中央留空部通常为矩形、正方形、椭圆形或多边形。

图4示出具有中央留空部的阱板14的另一实施方式的侧视图。阱板14的朝向发射窗口的边缘至少局部是斜切的。有利地，阱板14在四周设置为，使得发射窗口在发射方向上渐缩。

图5示出具有中央留空部的阱板14的对图4替选的实施方式的侧视图。阱板14的朝向发射窗口的边缘至少部分地倒圆。

图6从鸟瞰图中详细示出阴极装置10的一个有利的改进方案。在此，电子发射器13和阱板14由相同的半成品制成。电子发射器13和阱板14因此尤其通过堆焊半成品而分开。在这种情况下，阱板14和电子发射器13的板厚度是相同的。

示例性地在图6中示出：电子发射器13是蜿蜒状地构成的平面发射器，而阱板14基本上与其互补。平面发射器尤其能够根据DE 10 2008 011 841 B4构成。

图7示出模块化双阴极装置20的侧视图。模块化双阴极装置20具有模块化阴极装置10。聚焦头11具有用于聚焦所发射的电子的另外的阱22。模块化双阴极装置20还具有至少部分地设置在另外的阱22中的另外的电子发射器23和用于影响聚焦的另外的阱板24，所述另外的阱板与聚焦头11连接以及覆盖另外的阱22，进而对所发射的电子穿透的另外的发射窗口限界。原则上可设想的是，聚焦头11具有带有相应的电子发射器的另外的阱，使得阴极装置10、20也能够具有多于两个的电子发射器。

模块化双阴极装置20能够在结构上和功能上基本上对称地构造。替选地，阱12的设计方案能够与另外的阱22的设计方案不同，电子发射器13的设计方案能够与另外的电子发射器23的设计方案不同，和/或阱板14的设计方案能够与另外的阱板24的设计方案不同。尤其，阱12、22以及电子发射器13、23的设计方案能够是相同的，并且仅阱板14的设计方案与另外的阱板24的设计方案不同。不同的设计方案，例如呈相对定位的形式的不同的设计方案尤其能够实现设定不同的焦斑，尤其是它们的几何扩展。

在模块化双阴极装置20的运行中，电子发射器13和另外的电子发射器23通常能够同时地或相继地发射电子。例如，电子发射器13能够构成为热离子发射器，并且另外的电子发射器23能够构成为场效应发射器。

在该实施例中，阱板14和另外的阱板24的板厚度不同。阱板14和另外的阱板24分别具有中央留空部作为发射窗口。

在图7中绘制的箭头表示：电子发射器13和另外的电子发射器23在它们的相对的发射器位置方面不同。发射器位置被定义为相应的电子发射器13、23的上部棱边关于分别所属的阱板14、24的上部棱边的位置和定向。

在图7中示出的实施例还示出：阱12和另外的阱22相对于彼此以小于180°的角度设置，使得电子发射器13的发射方向和另外的电子发射器23的发射方向相交。根据X射线管的设计方案，发射方向优选在焦斑中相交。

图8从鸟瞰图中示出模块化双阴极装置20。沿着阱板14、24的相应的点标记它们与聚焦头11的连接部位。

图9示出X射线管30。X射线管30具有抽真空的X射线管壳体31，其能够具有金属、陶瓷和/或玻璃。在仅由金属构成的实施方案中，X射线管壳体31通常具有X射线出射窗口。抽真空的X射线管壳体31通常被冷却介质包围。阴极装置10、20设置在X射线管壳体31中。

X射线管30还具有用于生成X射线辐射的阳极32，所述阳极在入射焦斑中的电子相互作用时产生。阳极32能够是旋转阳极或固定阳极。由于改进的冷却，旋转阳极通常能够实现更高的X射线剂量。在背侧上，阳极32例如包括用于阳极表面的散热的石墨，其在焦斑的区域中例如具有钨和/或钼。在阳极32的焦斑中生成的X射线辐射能够用于透视患者和/或用于材料检查。X射线辐射的能量能够为直至150keV，尤其是120keV。

尽管通过优选的实施例详细地图解说明和描述了本实用新型的细节，但是本实用新型不受所公开的示例的限制，并且其它变型方案能够由本领域技术人员从中推导出，而不脱离本实用新型的保护范围。

Claims (16)

1.一种用于X射线管的模块化阴极装置(10)，所述模块化阴极装置(10)具有：

-聚焦头(11)，所述聚焦头(11)具有用于聚焦所发射的电子的阱(12)，和

-至少部分地设置在所述阱(12)中的电子发射器(13)，

其特征在于，所述模块化阴极装置具有

-用于影响聚焦的阱板(14)，所述阱板与所述聚焦头(11)连接以及部分地覆盖所述阱(12)，进而对用于所发射的电子的穿透的发射窗口限界。

2.根据权利要求1所述的模块化阴极装置(10)，

其中所述阱板(14)具有中央留空部作为发射窗口。

3.根据权利要求1所述的模块化阴极装置(10)，

其中所述阱板(14)不完全沿着所述阱(12)的环周伸展。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的模块化阴极装置(10)，

其中所述阱板(14)的外部形状为矩形。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的模块化阴极装置(10)，

其中所述阱板(14)的朝向所述发射窗口的边缘至少局部地斜切。

6.根据权利要求5所述的模块化阴极装置(10)，

其中所述阱板(14)在四周设置为，使得所述发射窗口沿发射方向渐缩。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的模块化阴极装置(10)，

其中所述阱板(14)的朝向所述发射窗口的边缘至少局部地倒圆。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的模块化阴极装置(10)，

其中所述阱板(14)借助于点焊、激光焊接、WIG焊接、旋拧连接和/或压接与所述聚焦头(11)连接。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的模块化阴极装置(10)，

其中所述电子发射器(13)是场效应发射器或热离子发射器。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的模块化阴极装置(10)，

其中所述电子发射器(13)和所述阱板(14)由相同的半成品制成。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的模块化阴极装置(10)，

其中所述阱板(14)由与所述聚焦头(11)相同的材料构成，或者由以下材料构成，所述材料的热膨胀系数关于所述聚焦头(11)的材料具有直至±15％的偏差。

12.一种模块化双阴极装置(20)，所述模块化双阴极装置(20)具有：

-根据上述权利要求中任一项所述的模块化阴极装置(10)，其中所述聚焦头(11)具有用于聚焦所发射的电子的另外的阱(22)，并且其中所述模块化双阴极装置(20)还具有至少部分地设置在所述另外的阱(22)中的另外的电子发射器(23)和用于影响聚焦的另外的阱板(24)，所述另外的阱板与所述聚焦头(11)连接以及部分地覆盖所述另外的阱(22)，进而对用于所发射的电子的穿透的另外的发射窗口限界。

13.根据权利要求12所述的模块化双阴极装置(20)，

其中所述阱板(14)和所述另外的阱板(24)的板厚度不同。

14.根据权利要求12或13所述的模块化双阴极装置(20)，

其中所述电子发射器(13)和所述另外的电子发射器(23)的相对的发射器位置不同。

15.根据权利要求12或13所述的模块化双阴极装置(20)，

其中所述阱(12)和所述另外的阱(22)相对于彼此以小于180°的角度设置，使得所述电子发射器(13)的发射方向与所述另外的电子发射器(23)的发射方向相交。

16.一种X射线管(30)，所述X射线管(30)具有：

-抽真空的X射线管壳体(31)，

-用于生成X射线辐射的阳极(32)，和

-设置在所述X射线管壳体(31)中的根据上述权利要求中任一项所述的阴极装置。

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