DE102005052131A1

DE102005052131A1 - X ray generator for use in therapy and diagnostic applications has carbon nano tubes as electron generators

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Publication number: DE102005052131A1
Application number: DE200510052131
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss Surgical GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Surgical GmbH; El Mul Technologies Ltd
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-05-03

Abstract

The X ray generator [100] has a an emission [190] produced by a target material [147] with an electron source [104] in the form of carbon-nano tubes. The electrons [181] provide acceleration of the X ray emission. The carbon tubes are set into recesses [110] in the conductive background material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung mit einer Quelle für Elektronen, die wenigstens ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen umfasst, in der ein Target und eine Elektronen-Beschleunigungseinrichtung vorgesehen sind, um dem Target zum Erzeugen von Röntgenstrahlung beschleunigte Elektronen zuzuführen.The The invention relates to a device for generating X-ray radiation with a source of electrons, which comprises at least one carbon nanotube, in which Target and an electron accelerator provided are accelerated to the target for generating X-rays To supply electrons.

Eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art zum Erzeugen von Röntgenstrahlung ist aus der US 6,456,691 B2 bekannt. Dort ist eine Röntgenstrahlungsquelle beschrieben, bei der eine Kathode in Form einer flächigen Emitterelektrode vorgesehen ist. Die Emitterelektrode besteht aus Nickel und ist mit einer Schicht aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon-Nanotubes) überzogen. Die Emitterelektrode bei dieser Röntgenstrahlungsquelle ist in einer Wehnelt-Konfiguration angeordnet. Diese Wehnelt-Konfiguration umfasst eine umlaufende Elektrode, mittels der beim Anlegen von Spannung Elektronen aus der Schicht aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen herausgerissen werden. Die herausgerissenen Elektronen werden dann mittels Hochspannung zu einem Target als Anode beschleunigt. Dort werden sie abrupt abgebremst und erzeugen Röntgenstrahlung.A device of the type mentioned above for generating X-radiation is known from US 6,456,691 B2 known. There, an X-ray source is described in which a cathode is provided in the form of a flat emitter electrode. The emitter electrode is made of nickel and coated with a layer of carbon nanotubes. The emitter electrode in this X-ray source is arranged in a Wehnelt configuration. This Wehnelt configuration includes a rotating electrode that tears electrons out of the layer of carbon nanotubes when voltage is applied. The torn out electrons are then accelerated by means of high voltage to a target as an anode. There they are abruptly decelerated and generate X-rays.

Eine ähnliche Röntgenstrahlungsquelle ist in der US 2003/0002627 A1 bekannt. Dort ist in einer Vakuumröhre als Quelle für freie Elektronen eine flächige Kathode angeordnet, welche wiederum mit einem Film aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen überzogen ist. Durch Anlegen von Hochspannung zwischen der Kathode und einer als Target ausgebildeten Anode treten aus der Kathode freie Elektronen aus und werden zu dem Target beschleunigt. Dort entsteht Röntgenbremsstrahlung, welche aus einem Fenster der Vakuumröhre austritt.A similar X-ray source is known in US 2003/0002627 A1. There is in a vacuum tube as Source for free electrons a plane Cathode disposed, which in turn is coated with a film of carbon nanotubes. By applying high voltage between the cathode and one as Target trained anode occur from the cathode free electrons and accelerate to the target. There arises X-ray braking radiation, which emerges from a window of the vacuum tube.

In der US 6,512,235 B1 ist eine Quelle für freie Elektronen beschrieben. Diese Quelle für freie Elektronen umfasst ein Siliziumsubstrat, welches zum Zwecke hoher elektrischer Leitfähigkeit dotiert ist. Auf dem Siliziumsubstrat befindet sich eine Isolationsschicht. Siliziumsubstrat und Isolationsschicht bilden damit eine Sandwichstruktur. In dieser Sandwichstruktur sind Vertiefungen ausgebildet, in denen sich Kohlenstoff-Nanoröhrchen befinden. Am umlaufenden Rand einer solchen Vertiefung ist als Elektrode elektrisch leitendes Material vorgesehen. Durch Anlegen von elektrischer Spannung zwischen dem leitfähigen Siliziumsubstrat und der Elektrode am umlaufenden Rand einer Vertiefung ist es möglich, freie Elektronen zu generieren, welche aus dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen austreten. In der US 6,512,235 B1 wird vorgeschlagen, auf einem gemeinsamen Siliziumsubstrat ein Array von Quellen für freie Elektronen vorzusehen. Ein entsprechendes Array kann beispielsweise als Elektronenquelle in einem Feldemissionsdisplay eingesetzt werden. In der US 6,512,235 B1 ist auch angegeben, dass eine solche Quelle für freie Elektronen auch in einem Lithographiewerkzeug oder in einem miniaturisierten Elektronenmikroskop eingesetzt werden kann.In the US 6,512,235 B1 is a source of free electrons described. This source of free electrons comprises a silicon substrate which is doped for the purpose of high electrical conductivity. On the silicon substrate is an insulation layer. Silicon substrate and insulation layer thus form a sandwich structure. In this sandwich structure depressions are formed in which carbon nanotubes are located. At the peripheral edge of such a recess is provided as an electrode electrically conductive material. By applying electrical voltage between the conductive silicon substrate and the electrode at the peripheral edge of a recess, it is possible to generate free electrons which leak out of the carbon nanotube. In the US 6,512,235 B1 It is proposed to provide an array of sources of free electrons on a common silicon substrate. A corresponding array can be used for example as an electron source in a field emission display. In the US 6,512,235 B1 It is also stated that such a source of free electrons can also be used in a lithography tool or in a miniaturized electron microscope.

Die US 6,095,966 offenbart eine Quelle für therapeutische Röntgenstrahlung. Dort wird vorgeschlagen, zur Erzeugung eines Strahls mit freien Elektronen eine Feldemissionskathode mit einem Diamantfilm vorzusehen. Wird ein solcher Diamantfilm einem elektrischen Feld einer Feldstärker von 20kV/μm ausgesetzt, so treten aus ihm freie Elektronen aus.The US 6,095,966 discloses a source of therapeutic X-radiation. There it is proposed to provide a field emission cathode with a diamond film to produce a beam of free electrons. If such a diamond film is exposed to an electric field of a field strength of 20 kV / μm, it releases free electrons from it.

Für Tumorbestrahlung, insbesondere für die Bestrahlung von flächigen Hauttumoren oder Tumorbetten sind Linearbeschleuniger oder sogenannte After-Loading-Systeme mit radioaktiven Quellen, auch Seads genannt, bekannt. Solche Quellen für Röntgenstrahlung haben den Nachteil, dass sie aus Gründen des Strahlenschutzes nur mit hohem Aufwand eingesetzt bzw. gelagert werden können. Entsprechende Systeme sind deshalb sehr teuer.For tumor irradiation, especially for the irradiation of flat Skin tumors or tumor beds are linear accelerators or so-called After-loading systems with radioactive sources, also called Seads, known. Such sources for X-rays have the disadvantage that they are for reasons of radiation protection only can be used or stored with great effort. Appropriate Systems are therefore very expensive.

Weiter sind zur Tumorbehandlung als Punkquellen ausgeführte Quellen für Röntgenstrahlung bekannt, welche zwar den Aufwand im Hinblick auf Strahlenschutz in Grenzen halten, die sich jedoch für eine flächige Bestrahlung eines Tumors kaum eignen. Die technische Bauform solcher Quellen gestattet auch nicht, mehrere Punktquellen nebeneinander anzuordnen, um auf diese Weise eine homogene, über eine vorgegebene Fläche konstante Bestrahlungsintensität zu erzielen.Further are well-known sources of x-ray radiation for treating tumors as punk sources, which limits the effort with regard to radiation protection hold, however, for one area Irradiation of a tumor hardly suitable. The technical design of such Sources also do not allow to arrange multiple point sources side by side, in this way a homogeneous, constant over a given area radiation intensity to achieve.

Sogenannte technische Röntgenquellen haben eine Kathode, aus der Elektronen austreten, welche dann mittels Hochspannung zu einer Target beschleunigt werden. Dort entsteht dann Röntgenstrahlung in Form von Röntgenbremsstrahlung und gegebenenfalls Fluoreszenzstrahlung aus Röntgenlicht. Als Kathoden werden in Quellen für Röntgenstrahlung sogenannte thermische Kathoden, thermionische Kathoden oder auch Kathoden für Feld- oder Photoemission eingesetzt.So-called technical X-ray sources have a cathode from which electrons emerge, which then by means of High voltage to be accelerated to a target. There arises then X-rays in the form of X-ray brake radiation and optionally fluorescent X-ray radiation. As cathodes are in sources for X-rays so-called thermal cathodes, thermionic cathodes or else Cathodes for Field or photoemission used.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung bereitzustellen, insbesondere eine therapeutische bzw. diagnostische Strahlungsquelle, welche sich zur Tumorbehandlung eignet, bei der eine gewünschte Strahlungsleistung mit vergleichsweise geringem elektrischen Schaltungsaufwand zuverlässig und reproduzierbar eingestellt sowie stabil aufrechterhalten werden kann.task The invention is an apparatus for generating X-radiation to provide, in particular a therapeutic or diagnostic Radiation source, which is suitable for tumor treatment, in the a desired one Radiation power with comparatively low electrical circuit complexity reliable and be reproducibly adjusted and maintained stable can.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung der eingangs genannten Art gelöst, bei der ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon-Nanotube) in einer Vertiefung mit leitendem Untergrund angeordnet ist.These The object is achieved by a device for generating X-ray radiation of the type mentioned above, in the case of a carbon nanotube (Carbon nanotube) arranged in a well with conductive substrate is.

Auf diese Weise kann eine Quelle für Röntgenstrahlung mit extrem kleinen Abmessungen bereitgestellt werden. Insbesondere eignet sich eine solche Quelle für Röntgenstrahlung als invasive therapeutische Strahlungsquelle.On this way can be a source for X-rays be provided with extremely small dimensions. Especially Such a source is suitable for X-rays as an invasive therapeutic radiation source.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Vertiefung mit leitendem Untergrund einen elektrisch leitfähigen Bereich aus hochdotiertem Halbleitermaterial oder aus Metall auf. Damit ist durch Einstellen eines Gate-Potentials die Quelle für Röntgenstrahlung steuerbar.In Further development of the invention has the recess with conductive substrate an electrically conductive Range of highly doped semiconductor material or metal on. Thus, by adjusting a gate potential, the source of X-radiation is controllable.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf die Halbleiter-Gateelektrode aufgewachsen. Auf diese Weise wird ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen und der Halbleiter-Gateelektrode gewährleistet.In Further development of the invention is the carbon nanotube the semiconductor gate electrode grew up. In this way, a good electrical contact between the carbon nanotube and the semiconductor gate electrode ensured.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Vertiefung mit leitendem Untergrund in einem Halbleiter-Substrat ausgebildet. Auf diese Weise ist es möglich, eine Vielzahl von Quellen für freie Elektronen nebeneinander anzuordnen, um dann durch Steuern dieser einzelnen Quellen für freie Elektronen ein Strahlungsfeld für Röntgenstrahlung einzustellen.In Further development of the invention is the recess with conductive substrate formed in a semiconductor substrate. That's the way it is possible, a variety of sources for to arrange free electrons next to each other, then by controlling them individual sources for Free electrons to set a radiation field for X-rays.

In Weiterbildung der Erfindung hat die Vertiefung mit leitendem Untergrund einen Rand, an dem elektrisch leitendes Material angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine gute Bündelung des Elektronenstrahls, der auf das Target trifft, gewährleitstet.In Further development of the invention has the recess with conductive substrate an edge on which electrically conductive material is arranged. This way will be a good bundling of the electron beam striking the target.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Rand der Vertiefung als Gate-Elektrode ausgebildet. Auf diese Weise kann durch Steuern der Gate-Elektroden eine Bündelung des Elektronenstrahls variiert werden, um so die an dem Target entstehende Röntgenstrahlung zu beeinflussen.In Further development of the invention is the edge of the recess as a gate electrode educated. In this way, by controlling the gate electrodes a bundling of the electron beam are varied so as to produce the target X-rays to influence.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Vertiefung in einer Sandwichstruktur mit einer ersten elektrisch leitenden Schicht, einer Isolatorschicht und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht ausgebildet. Auf diese Weise kann ein gebündelter Elektronenstrahl bereitgestellt werden.In Further development of the invention is the depression in a sandwich structure with a first electrically conductive layer, an insulator layer and a second electrically conductive layer. On this way can be a bundled one Be provided electron beam.

Die elektrisch leitende Schicht besteht vorzugsweise aus Chrom. Ein geeignetes Material für die Isolatorschicht ist SiO₂. Die zweite elektrisch leitende Schicht kann beispielsweise aus hochdotiertem Silizium bestehen.The electrically conductive layer is preferably made of chromium. A suitable material for the insulator layer is SiO ₂ . The second electrically conductive layer can consist, for example, of highly doped silicon.

In Weiterbildung der Erfindung hat die Vertiefung Zylinderform und ragt in die Schicht aus hochdotiertem Silizium hinein. Die Vorrichtung umfasst eine Spannungsquelle, die eine elektrische Spannung zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht und der zweiten elektrisch leitenden Schicht bereitstellt. Auf diese Weise kann durch Variieren dieser Spannung die Intensität des Elektronenstrahls eingestellt werden.In Further development of the invention has the recess cylinder shape and protrudes into the layer of highly doped silicon. The device includes a voltage source that provides an electrical voltage between the first electrically conductive layer and the second electrically providing a conductive layer. In this way, by varying this tension the intensity of the electron beam can be adjusted.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Array mit einer Vielzahl von Vertiefungen mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen vorgesehen. Auf diese Weise wird eine räumlich ausgedehnte Quelle für Röntgenstrahlen geschaffen.In Development of the invention is an array with a variety of Wells with carbon nanotubes provided. To this Way becomes a spatial extended source for X-rays created.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf dem Chip einzeln ansteuerbar. Auf diese Weise ist die Intensität der Elektronenstrahlquelle lokal einstellbar.In Further development of the invention are the carbon nanotubes individually controllable to the chip. In this way, the intensity of the electron beam source locally adjustable.

In Weiterbildung der Erfindung sind eine Mehrzahl von Arrays mit einer Vielzahl von Vertiefungen mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen vorgesehen. Auf diese Weise sind einer räumlichen Ausdehnung der Quelle für Röntgenstrahlung grundsätzlich keine Grenzen gesetzt.In Development of the invention are a plurality of arrays with a Variety of wells provided with carbon nanotubes. To this Way are a spatial Extension of the source for X-rays in principle no limits.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf dem Array einzeln ansteuerbar. Auf diese Weise ist es möglich, auf kleinstem Raum angeordnete Quellen für einen Elektronenstrahl lokal einzustellen.In Further development of the invention are the carbon nanotubes individually controllable to the array. This way it is possible to local sources for an electron beam locally adjust.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Hochspannungsquelle vorgesehen, die zwischen dem leitenden Untergrund der Vertiefung mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen und dem Target eine Hochspannung anlegt. Auf diese Weise können Röntgenstrahlen mit definiertem Energiespektrum erzeugt werden.In Further development of the invention, a high-voltage source is provided, between the conductive substrate of the recess with carbon nanotubes and applying a high voltage to the target. In this way, X-rays can be generated with a defined energy spectrum.

In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Vertiefung mit elektrisch leitendem Untergrund und dem Target eine elektrisch leitende Gitterstruktur vorgesehen. Diese Gitterstruktur dient zur Beschleunigung und gegebenenfalls auch Extraktion freier Elektronen. Vorzugsweise umfasst die Gitterstruktur eine oder mehrere Beschleunigungsstufen.In Development of the invention is between the recess with electric conductive substrate and the target provided an electrically conductive grid structure. This grid structure is used for acceleration and optionally also extraction of free electrons. Preferably, the grid structure comprises a or more acceleration levels.

Die Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung hat einen Vakuumbehälter mit einem Fenster für Röntgenstrahlung.The Device for generating X-radiation has a vacuum tank with a window for X-rays.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung kann beispielsweise in einem Strahlentherapie- und/oder Diagnosegerät eingesetzt werden. Ein entsprechendes Strahlentherapiegerät kann beispielsweise Mittel zum Erfassen der Struktur eines Tumors haben, etwa eines Hauttumors. Diese Mittel zum Erfassen einer Tumorstruktur sind mit einer Steuereinheit kombiniert, um durch entsprechendes Ansteuern von Quellen für Elektronenstrahlen mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen ein an die Struktur des Tumors angepasstes flächiges Strahlungsfeld aus therapeutischer Röntgenstrahlung zu erzeugen.The device according to the invention for generating X-ray radiation can be used, for example, in a radiotherapy and / or diagnostic device. For example, a corresponding radiotherapy device may have means for detecting the structure of a tumor, such as a skin tumor. These means for detecting a tumor structure are combined with a control unit to generate by appropriate driving sources of electron beams with carbon nanotubes adapted to the structure of the tumor surface radiation field of therapeutic X-ray radiation.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.advantageous embodiments The invention is illustrated in the drawings and will be described below described.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung mit einem Array aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Quelle für freie Elektronen; 1 a first embodiment of a device for generating X-radiation with an array of carbon nanotubes as a source of free electrons;

2 einen Teilschnitt der Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung entlang der Linie II – II aus 1; 2 a partial section of the device for generating X-radiation along the line II - II 1 ;

3 den Aufbau einer einzelnen Quelle für freie Elektronen mit einer Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Eletkrode; 3 the construction of a single source of free electrons with a carbon nanotube elecrode;

4 den Verlauf von Äquipotentiallinien beim Anlegen von Spannung an eine Quelle für freie Elektronen aus 3; 4 the course of equipotential lines when voltage is applied to a source of free electrons 3 ;

5 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen Röntgenstrahlung mit Kollimatoren zu deren Bündelung; 5 a second embodiment of an apparatus for generating X-radiation with collimators for their bundling;

6 eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung; 6 a third embodiment of a device for generating X-radiation;

7 eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung; und 7 a fourth embodiment of a device for generating X-radiation; and

8 ein Strahlentherapiegerät mit einer Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung, welche Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Elektroden enthält. 8th a radiotherapy device having a device for generating X-ray radiation, which contains carbon nanotube electrodes.

Die Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 100 in 1 umfasst einen Vakuumbehälter 101 mit einem Austrittsfenster 102 für Röntgenstrahlung 190.The device for generating X-radiation 100 in 1 includes a vacuum container 101 with an exit window 102 for X-rays 190 ,

Als Quelle für freie Elektronen ist in der Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 190 ein Array 103 mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon-Nanotubes) 104, 105, 106, 107, 108, 109 vorgesehen. Diese Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind in zylinderförmig ausgebildeten räumlichen Vertiefungen 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116 in einer Halbleiter-Sandwichstruktur auf Siliziumbasis angeordnet. Sie haben einen Durchmesser von etwa 2μm und eine Tiefe von etwa 4μm. Eine räumlich Vertiefung ragt jeweils in einen elektrisch leitfähigen Bereich 118, 119, 120, 121, 122, 123, 124 hinein, der aus hochdotiertem Halbleitermaterial besteht. Die Bereiche 118, 119, 120, 121, 122, 123, 124 wirken als Kathoden und sind über Isolationszonen 125, 126, 127, 128, 129, 130 relativ zueinander elektrisch getrennt.As a source of free electrons is in the device for generating X-radiation 190 an array 103 with carbon nanotubes (carbon nanotubes) 104 . 105 . 106 . 107 . 108 . 109 intended. These carbon nanotubes are in cylindrically shaped spatial wells 110 . 111 . 112 . 113 . 114 . 115 . 116 arranged in a silicon-based semiconductor sandwich structure. They have a diameter of about 2μm and a depth of about 4μm. A spatial depression projects in each case into an electrically conductive area 118 . 119 . 120 . 121 . 122 . 123 . 124 into, which consists of highly doped semiconductor material. The areas 118 . 119 . 120 . 121 . 122 . 123 . 124 act as cathodes and are over isolation zones 125 . 126 . 127 . 128 . 129 . 130 electrically separated relative to each other.

Auf den Bereichen 118, 119, 120, 121, 122, 123 und 124 ist eine Isolationsschicht 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138 aus SiO₂ mit einer Dicke von etwa 2μm angeordnet. Auf dieser Isolationsschicht befindet sich eine leitende Schicht 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146 als Gegenelektrode, welche jeweils am Rand der räumlichen Vertiefung 110, 111, 112, 113, 114, 115 und 116 anliegt. Die Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 100 enthält im Abstand von etwa 5cm oberhalb des Arrays 103 mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen ein metallisches Target 147. Dieses metallische Target 147 besteht aus einem Material mit großer Kernladungszahl.On the fields 118 . 119 . 120 . 121 . 122 . 123 and 124 is an insulation layer 131 . 132 . 133 . 134 . 135 . 136 . 137 . 138 made of SiO ₂ with a thickness of about 2 microns. On this insulation layer is a conductive layer 139 . 140 . 141 . 142 . 143 . 144 . 145 . 146 as counterelectrode, each at the edge of the spatial depression 110 . 111 . 112 . 113 . 114 . 115 and 116 is applied. The device for generating X-radiation 100 contains at a distance of about 5cm above the array 103 with carbon nanotubes a metallic target 147 , This metallic target 147 consists of a material with a high atomic number.

Weiter ist zwischen dem Array 103 mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen und dem metallischen Target 147 ein elektrisch leitendes Gitter 148 vorgesehen.Next is between the array 103 with carbon nanotubes and the metallic target 147 an electrically conductive grid 148 intended.

Das Target 147 und das Gitter 148 sind mit Säulenelementen 149 relativ zum Array 103 stabil fixiert. Das Austrittsfenster 102 im Vakuumbehälter 101 ist mit Stabilisierungselementen 152 gegen das Target 147 abgestützt. Auf diese Weise ist es möglich, trotz der mit dem Vakuum im Vakuumbehälter 101 verbundenen mechanischen Belastung, das Austrittsfenster aus vergleichsweise dünnem Glas auszuführen, so dass durch das Glas hindurchtretende Röntgenstrahlung nur wenig abgeschwächt wird. Damit die Röntgenstrahlung 190 möglichst ungehindert aus dem Fenster 102 austreten kann, besteht dieses darüber hinaus aus einem Material mit niedriger Kernladungszahl Z.The target 147 and the grid 148 are with column elements 149 relative to the array 103 stably fixed. The exit window 102 in the vacuum container 101 is with stabilizing elements 152 against the target 147 supported. In this way it is possible, despite the vacuum in the vacuum tank 101 Connected mechanical stress to run the exit window of comparatively thin glass, so that is only slightly weakened by the glass passing through X-rays. So that the X-rays 190 as unhindered as possible out of the window 102 Moreover, this can consist of a material with a low atomic number Z.

Zwischen dem Gitter 148 und dem Target 147 wird mittels einer Spannungsquelle 150 eine Hochspannung angelegt, deren Wert vorzugsweise im Bereich zwischen 30kV bis 100kV liegt.Between the grid 148 and the target 147 is by means of a voltage source 150 applied a high voltage whose value is preferably in the range between 30kV to 100kV.

Die Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung umfasst weiter eine Spannungsquelle 151. Mit dieser Spannungsquelle wird eine Potentialdifferenz über ca. 10V bis 100V oder auch bis zu 200 Volt oder mehr zwischen der elektrisch leitenden Schicht 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146 und das Gitter 148 gelegt.The device for generating X-radiation further comprises a voltage source 151 , With this voltage source, a potential difference of about 10V to 100V or even up to 200 volts or more between the electrically conductive layer 139 . 140 . 141 . 142 . 143 . 144 . 145 . 146 and the grid 148 placed.

Weiter enthält die Vorrichtung 100 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung eine Spannungsquelle 153. Diese Spannungsquelle gibt eine einstellbare Spannung im Bereich zwischen 10V und 100V ab. Sie ist mit der elektrisch leitenden Schicht 139, 140, 141 ... und den hochdotierten leitfähigen Bereichen 118, 119, 120, 122, 123, 124 der Halbleiter-Sandwichstruktur mit den räumlichen Vertiefungen 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116 mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen 104, 105, 106, 107, 108, 109 über elektrische Mikroschalter 155, 156, 157, 158, 159, 160 verbunden. Bei diesen Mikroschaltern handelt es sich um in die Halbleiter-Sandwichstruktur integrierte Transistoren, die in Form von integrierten Schaltkreisen zusammen mit den Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf einem einzigen Chip angeordnet sind. Es sei jedoch bemerkt, dass die Mikroschalter 155, 156, 157, 158, 159 und 160 grundsätzlich auch als mechanische Schalter ausgeführt werden können.Next contains the device 100 for generating X-radiation, a voltage source 153 , This voltage source outputs an adjustable voltage in the range between 10V and 100V. It is with the electrically conductive layer 139 . 140 . 141 ... and the heavily doped conductive areas 118 . 119 . 120 . 122 . 123 . 124 the semiconductor sandwich structure with the spatial depressions 110 . 111 . 112 . 113 . 114 . 115 . 116 with carbon nanotubes 104 . 105 . 106 . 107 . 108 . 109 via electrical microswitch 155 . 156 . 157 . 158 . 159 . 160 connected. These microswitches are integrated into the semiconductor sandwich structure transistors, which are arranged in the form of integrated circuits together with the carbon nanotubes on a single chip. It should be noted, however, that the microswitch 155 . 156 . 157 . 158 . 159 and 160 In principle, they can also be designed as mechanical switches.

In dem Vakuumbehälter 101 sind Halteeinheiten 161, 162, 163 vorgesehen, mit welchen das Array 103 mit den Kohlenstoff-Nanoröhrchen an dem Target 147 gehalten ist.In the vacuum container 101 are holding units 161 . 162 . 163 provided with which the array 103 with the carbon nanotubes on the target 147 is held.

Ist in dem Array 103 bei einer räumlichen Vertiefung, wie etwa bei der räumlichen Vertiefung 110 der zugehörige Mikroschalter geschlossen, so tritt aus dem entsprechenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen ein Elektronenstrahl 180 aus. Elektronen 181 aus diesem Elektronenstrahl 180 werden durch das Gitter 151 mit der Hochspannung der Spannungsquellen 149 und 150 zu dem Target 147 beschleunigt. Dort entsteht Röntgenstrahlung 190. Ist dagegen der zur entsprechenden räumlichen Vertiefung mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen gehörende Mikroschalter geöffnet, wie dies bei dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 105 der Fall ist, so tritt aus dem entsprechenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen kein Elektronenstrahl aus, der Röntgenstrahlung erzeugen könnte.Is in the array 103 in a spatial depression, such as in the spatial depression 110 the associated micro-switch closed, so passes from the corresponding carbon nanotube, an electron beam 180 out. electrons 181 from this electron beam 180 be through the grid 151 with the high voltage of the voltage sources 149 and 150 to the target 147 accelerated. There arises X-radiation 190 , On the other hand, if the microswitch associated with the corresponding carbon nanotube cavity is open, as in the case of the carbon nanotube 105 this is the case, no electron beam emanating from the corresponding carbon nanotube could generate X-ray radiation.

Durch einfaches Steuern der Mikroschalter 155, 156, 157, etc. kann somit bei der Vorrichtung 100 zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 100 eine räumliche Verteilung von Röntgenstrahlung 100 eingestellt werden, die aus dem Fenster 102 im Vakuumbehälter 101 austritt.By simply controlling the microswitch 155 . 156 . 157 , etc. can thus be at the device 100 for generating X-ray radiation 100 a spatial distribution of x-rays 100 be set that out of the window 102 in the vacuum container 101 exit.

Es versteht sich, dass Charakteristik und Intensität der Röntgenstrahlung nicht nur über die Mikroschalter, sondern auch durch Variieren der Spannungen der Spannungsquellen 150, 151 und 153 eingestellt werden können. Weil insbesondere die Spannungsquellen 151 und 153, die für Spannungen von 0 bis 100V aber auch 200V und darüber mit elektrischen Schaltungen gesteuert werden können, die vergleichsweise einfach aufgebaut sind und auch in einen Haltleiter-Chip integrierbar sind, ist das mit der Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung generierte Strahlungsfeld gut an eine vorgegebene Form anpassbar.It is understood that characteristic and intensity of X-ray radiation not only through the micro-switches, but also by varying the voltages of the voltage sources 150 . 151 and 153 can be adjusted. Because especially the voltage sources 151 and 153 , which can be controlled for voltages from 0 to 100V but also 200V and above with electrical circuits that are relatively simple and can also be integrated into a semiconductor chip, the generated with the device for generating X-ray radiation field well to a predetermined Shape customizable.

Es sei bemerkt, dass bei der Vorrichtung 100 zum Erzeugen von Röntgenstrahlung die Bereiche 118, 119, 120, 122, 123 und 124 anstatt aus hochdotiertem Halbleitermaterial auch aus Metall bestehen können.It should be noted that in the device 100 to generate X-rays, the areas 118 . 119 . 120 . 122 . 123 and 124 instead of highly doped semiconductor material can also be made of metal.

Die 2 zeigt einen Teilschnitt der Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung entlang der Linie II – II aus 1. Dabei sind Baugruppen, die anhand der 1 erläutert wurden, mit um die Zahl 100 erhöhnten Bezugszahlen kenntlich gemacht.The 2 shows a partial section of the device for generating X-radiation along the line II - II 1 , These are assemblies that are based on the 1 were explained with around the number 100 marked reference numbers.

Die 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer räumlichen Vertiefung mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen im Array 103 aus 1. Die räumliche Vertiefung 301 ist als Halbleiter-Sandwichstruktur 302 auf Siliziumbasis ausgebildet. Die Halbleiter-Sandwichstruktur 302 hat eine Schicht aus hochdotiertem Silizium 303, die aufgrund ihrer Dotierung elektrisch leitfähig ist. Als Isolationsschicht ist auf der Schicht 303 eine Schicht 304 aus Siliziumoxid (SiO₂) angeordnet. Über der Isolationsschicht befindet sich eine elektrisch leitende Schicht 305, welche vorzugsweise aus Chrom besteht. Im Zentrum der Vertiefung ist ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen 306 angeordnet. Dabei kann es sich um ein einzelnes Kohlenstoff-Nanoröhrchen 306 handeln. Es ist jedoch auch möglich, in einer solchen räumlichen Vertiefung 301 in einer Halbleiter-Sandwichstruktur 302 ein Bündel aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen vorzusehen.The 3 shows a perspective view of a spatial cavity with carbon nanotubes in the array 103 out 1 , The spatial deepening 301 is as a semiconductor sandwich structure 302 silicon-based. The semiconductor sandwich structure 302 has a layer of highly doped silicon 303 , which is electrically conductive due to its doping. As insulation layer is on the layer 303 a layer 304 made of silicon oxide (SiO ₂ ). Above the insulation layer is an electrically conductive layer 305 , which preferably consists of chromium. At the center of the depression is a carbon nanotube 306 arranged. This can be a single carbon nanotube 306 act. However, it is also possible in such a spatial depression 301 in a semiconductor sandwich structure 302 to provide a bundle of carbon nanotubes.

Die 4 zeigt einen Schnitt der Halbleiter-Sandwichstruktur in 3 entlang der Linie IV – IV: Bei Anlegen von Spannung zwischen der elektrisch leitenden Schicht 405 und der hochdotierte Siliziumschicht 406 entsteht ein elektrisches Feld, dessen Äquipotentiallinien bei Bezugszeichen 407 gezeigt sind. Diese Äquipotentiallinien verlaufen in der isolierenden Schicht 405 aus SiO₂ in zueinander parallel und sind dort in etwa äquidistant. Bei einer Tiefe der zylinderförmigen Vertiefung in der Sandwichstruktur von ca. 4μm, einer Länge des Kohlenstoff-Nanoröhrchens von ca. 1 – 2μm und einem Durchmesser der zylinderförmigen Vertiefung von etwa 2μm entstehen an der Spitze des Kohlenstoff-Nanoröhrchens sehr hohe elektrische Feldstärken, wenn zwischen der elektrisch leitenden Schicht 405 und der hochdotierten Siliziumschicht 406 eine elektrische Spannung im Bereich zwischen 10 und 100 Volt angelegt wird. Diese hohen elektrische Feldstärken bewirken, dass Elektronen aus den Kohlenstoff-Nanoröhrchen 405 herausgerissen werden. Die aufgrund der Geometrie der Vertiefung 401 in der Halbleiter-Sandwichstruktur entstehende elektrische Potentialverteilung 407 hat dabei zur Folge, dass die aus dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 405 austretenden Elektronen zu einem Elektronenstrahl 410 gebündelt werden.The 4 shows a section of the semiconductor sandwich structure in 3 along the line IV - IV: When voltage is applied between the electrically conductive layer 405 and the heavily doped silicon layer 406 arises an electric field whose equipotential lines at reference numerals 407 are shown. These equipotential lines run in the insulating layer 405 of SiO ₂ in parallel to each other and are there approximately equidistant. At a depth of the cylindrical recess in the sandwich structure of about 4 .mu.m, a length of the carbon nanotube of about 1 - 2 .mu.m and a diameter of the cylindrical recess of about 2 .mu.m arise at the top of the carbon nanotube very high electric field strengths, if between the electrically conductive layer 405 and the heavily doped silicon layer 406 an electrical voltage in the range between 10 and 100 volts is applied. These high electric field strengths cause electrons from the carbon nanotube 405 be torn out. The due to the geometry of the recess 401 in the semiconductor sandwich structure resulting electrical potential distribution 407 This has the consequence that the carbon nanotube 405 leaking electrons to an electron beam 410 be bundled.

Diese Form der Erzeugung von freien Elektronen wird als Feldemission bzw. Fauler-Northeim-Emission bezeichnet. Im Unterscheid zu konventionellen Feldemissionsquellen, welche im Spannungsbereich zwischen einigen 100 Volt bis wenigen Kilo-Volt eingesetzt werden, kann die hier erläuterte Quelle für freie Elektronen mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen bei einem Spannungsbereich betrieben werden, der 100 Volt nicht übersteigt. Dieser Umstand ermöglicht es, die Intensität des erzeugten Stromes freier Elektronen durch Variieren der entsprechenden Extraktionsspannung einzustellen, ohne dass es aufwändiger baulicher oder logistischer Einrichtungen für einen kontinuierlichen Betrieb der Strahlungsquelle bedarf. Für eine Spannung im betreffenden Spannungsbereich bestehen auch vergleichsweise einfach zu erfüllende Sicherheitsanforderungen, selbst wenn die Quelle am Körper eines Patienten eingesetzt werden soll. Auch ermöglicht das angegebene Bauprinzip für eine Quelle von freien Elektronen, die Quellen für freie Elektronen mit hoher Packungsdichte auf einem Array anzuordnen, da der angegebene Spannungsbereich auch auf geringem Raum beherrschbar ist und im Unterschied zu Hochspannung ein Problem elektrischer Überschläge dort nicht besteht. Eine Quelle für freie Elektronen mit einem einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhrchen erfordert bei den angegebenen Geometrien einen Platz, der im Durchmesser 10μm nicht übersteigt. Entsprechende Quellen können also auf einem Array mit einer Packungsdichte von etwa 10.000 Quellen pro mm² dargestellt werden. Bei einer so hohen Anzahl von Quellen für freie Elektronen pro Flächeneinheit wird aus statistischen Gründen ein weitgehend homogenes Emissionsfeld für Elektronen bzw., wenn diese Elektronen auf einem Target beschleunigt werden, für Röntgenstrahlung gewährleistet. Auch macht sich das Ausfallen einzelner Quellen bei einer so hohen Quellenanzahl aus statistischen Gründen nicht bemerkbar. Dies garantiert in jedem Fall einen zuverlässigen Betrieb der Strahlungsquelle über sehr lange Zeiträume, d.h. hunderte bis tausende von Stunden oder länger. Darüber hinaus sind durch paralleles Betreiben einzelner Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Quelle für freie Elektronen hohe Ströme für freie Elektronen und damit große Intensitäten für Röntgenstrahlung realisierbar.This form of free electron generation is called field emission home issue referred. In contrast to conventional field emission sources, which are used in the voltage range between a few 100 volts to a few kilovolts, the free electron source with carbon nanotubes discussed here can be operated at a voltage range not exceeding 100 volts. This circumstance makes it possible to adjust the intensity of the generated free electrons flow by varying the corresponding extraction voltage, without the need for complex structural or logistic devices for continuous operation of the radiation source. For a voltage in the relevant voltage range, there are also relatively easy to meet safety requirements, even if the source is to be used on the body of a patient. Also, the stated construction principle for a source of free electrons allows to arrange the sources of free electrons with high packing density on an array, since the specified voltage range is manageable even in a small space and there is no problem of electrical flashovers there in contrast to high voltage. A source of free electrons with a single carbon nanotube requires, for the given geometries, a space that does not exceed 10 μm in diameter. Corresponding sources can thus be represented on an array with a packing density of about 10,000 sources per mm ² . With such a high number of sources of free electrons per unit area, a largely homogeneous emission field for electrons or, if these electrons are accelerated on a target, for X-rays is ensured for statistical reasons. Also, the failure of individual sources makes such a high number of sources for statistical reasons not noticeable. In any case, this guarantees reliable operation of the radiation source over very long periods of time, ie hundreds to thousands of hours or more. In addition, by parallel operation of individual carbon nanotubes as a source of free electrons high currents for free electrons and thus high intensities for X-rays can be realized.

Ein Array mit entsprechend Kohlenstoff-Nanoröhrchen kann mit sogenannter MEMS-Technologie gefertigt werden. Mit dieser Technologie können solche Arrays mit einem Durchmesser von 6 bzw. 8 Zoll gefertigt werden. Ein jedes einzelnes Kohlenstoff-Nanoröhrchen bei einem solchen Array ist dabei einzeln aktivierbar und ansteuerbar. Damit kann problemlos ein homogenes flächiges Strahlungsfeld für Röntgenstrahlung über einen Bereich von 4cm auf 4cm erzeugt werden.One Array with corresponding carbon nanotubes can with so-called MEMS technology be made. With this technology, such arrays can be used with one Diameter of 6 or 8 inches are made. Every single one Carbon nanotubes at Such an array can be individually activated and controlled. This can easily be a homogeneous area radiation field for X-rays over a Range from 4cm to 4cm.

Die Einrichtung zur Beschleunigung von freien Elektronen, welche aus einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen austreten, kann als Gitterstruktur, zum Beispiel als Si-Grid ausgebildet sein, welches entsprechend der Quelle strukturiert ist. Bei solchen Strukturen kann eine Spannungsfestigkeit von 10kV/3,5mm Dicke problemlos erzielt werden. Im vorliegenden Fall ermöglicht dies bei für medizinische Anwendungen erforderlichen Beschleunigungsspannungen in der Größenordnung von 100kV, dass diese schon auf einer Weglänge von etwa 35mm erzielt werden können. Damit werden sehr kompakt aufgebaute Quellen für Röntgenstrahlung für therapeutische und/oder diagnostische Zwecke ermöglicht, mit denen ein flächiges Strahlungsfeld für Röntgenstrahlung bereitgestellt werden kann, wobei die entsprechenden Strahlungsquellen handlich sind und einfach bedienbar sind. Die in solchen Geräten eingesetzten Arrays mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind aufgrund der erwähnten MEMS-Technologie leicht skalierbar und darüber hinaus auch kostengünstig herzustellen. Die Quelle für Röntgenstrahlung ist damit gut an einem gewünschten Bestrahlungsort positionierbar und kann dort einfach fixiert werden.The Device for accelerating free electrons, which consists of emerge from a carbon nanotube, can be designed as a lattice structure, for example as a Si grid, which is structured according to the source. In such structures can easily achieve a dielectric strength of 10kV / 3.5mm thickness become. In the present case allows this at for medical applications required acceleration voltages in the order of magnitude 100kV that they are already achieved on a path length of about 35mm can. Thus, very compact constructed sources for X-rays for therapeutic and / or diagnostic purposes that allow a planar radiation field for X-rays can be provided, with the corresponding radiation sources are handy and easy to use. The used in such devices Arrays with carbon nanotubes are due to the mentioned Easily scale up MEMS technology and cost-effectively manufacture it. The source for X-rays is so good at a desired Position of irradiation and can be easily fixed there.

Die 5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 500, deren Aufbau grundsätzlich derjenigen der Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 100 aus 1 entspricht. Soweit Baugruppen der Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 500 mit Baugruppen der Vorrichtung zur Erzeugen von Röntgenstrahlung 100 aus 1 identisch sind, tragen diese Bezugszeichen, welche im Vergleich zur 1 um die Zahl 400 erhöht sind.The 5 shows a second embodiment of a device for generating X-radiation 500 whose structure is basically that of the device for generating X-radiation 100 out 1 equivalent. As far as assemblies of the device for generating X-radiation 500 with assemblies of the device for generating X-radiation 100 out 1 are identical, carry these reference numerals, which compared to 1 around the number 400 are increased.

Um eine gute Bündelung der aus dem Fenster 502 austretenden Röntgenstrahlung 590 zu bewirken, hat die Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 500 Kollimationszylinder 591, 592, 593, 594, 595 welche aus Wolfram bestehen und auf der zum Fenster 502 weisenden Seite des Targets 507 angeordnet sind. An den Wandungen dieser Kollimationszylinder 591, 592, 593, ... wird die Röntgenstrahlung absorbiert, welche auf sie trifft. Damit wird mit der Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 590 Röntgenstrahlung erzeugt, die weitgehend gerichtet aus dem Fenster 502 für Röntgenstrahlung heraustritt.To make a good bundling out of the window 502 emerging X-rays 590 to effect, has the device for generating X-radiation 500 Kollimationszylinder 591 . 592 . 593 . 594 . 595 which consist of tungsten and on the window 502 pointing side of the target 507 are arranged. On the walls of these collimation cylinders 591 . 592 . 593 , ... the X-rays that hit them are absorbed. This is with the device for generating X-radiation 590 X-rays are generated which are largely directed out of the window 502 emerges for X-radiation.

Bei der dritten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 600 in 6 ist im Unterschied zur Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 100 aus 1 kein Gitter vorgesehen. Ansonsten ist der Aufbau der Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 600 so wie in 1 gehalten. Baugruppen der Vorrichtung, die mit derjenigen aus 1 identisch sind, tragen um die Zahl 500 erhöhte Bezugszeichen.In the third embodiment of a device for generating X-radiation 600 in 6 is unlike the device for generating X-radiation 100 out 1 no grid provided. Otherwise, the structure of the device for generating X-ray radiation 600 as in 1 held. Assemblies of the device with those of 1 identical, carry around the number 500 increased reference numerals.

Anhand von 7 ist nachfolgend eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung 700 zum Erzeugen von Röntgenstrahlung beschrieben. Wie die Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung 100 in 1 hat die Vorrichtung 700 einen Vakuumbehälter 701 mit einem Austrittsfenster 702 für Röntgenstrahlung 790.Based on 7 below is a fourth embodiment of a device 700 for generating X-ray radiation. Like the device for generating X-radiation 100 in 1 has the device 700 a vacuum tank 701 with an exit window 702 for X-rays 790 ,

Als Quelle für freie Elektronen gibt es in der Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung ein Array 703 mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon-Nanotubes) 704, 705, 706, 707, 708 und 709. Diese Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind in zylinderförmig ausgebildeten räumlichen Vertiefungen 710, 711, 712, 713, 714, 715 und 716 angeordnet, welche in einer elektrisch leitenden Trägerschicht 718 ausgebildet sind. Die räumlichen Vertiefungen 710, 712, ... haben einen Durchmesser von etwa 2μm und eine Tiefe von etwa 4μm. Bei der Vorrichtung 700 zum Erzeugen von Röntgenstrahlung besteht die elektrisch leitende Trägerschicht 718 aus Metall. Grundsätzlich kann die Schicht 718 jedoch auch aus hochdotiertem Halbleitermaterial bestehen.As the source of free electrons, there is an array in the X-ray generating device 703 with carbon nanotubes (carbon nanotubes) 704 . 705 . 706 . 707 . 708 and 709 , These carbon nanotubes are in cylindrically shaped spatial wells 710 . 711 . 712 . 713 . 714 . 715 and 716 arranged, which in an electrically conductive carrier layer 718 are formed. The spatial wells 710 . 712 , ... have a diameter of about 2μm and a depth of about 4μm. In the device 700 for generating X-ray radiation, the electrically conductive carrier layer 718 made of metal. Basically, the layer 718 However, also made of highly doped semiconductor material.

Auf der elektrisch leitenden Trägerschicht 718 befindet sich eine Isolationsschicht 731, um selektiv ansteuerbare Gate-Elektroden 739, 740, 741, 742, 743 von der Trägerschicht 718 elektrisch zu trennen. In Abstand von dem Array 703 mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen 704, 705, 706, ... weist die Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung ein metallisches Target 747 auf.On the electrically conductive carrier layer 718 there is an insulation layer 731 to selectively controllable gate electrodes 739 . 740 . 741 . 742 . 743 from the carrier layer 718 to disconnect electrically. At a distance from the array 703 with carbon nanotubes 704 . 705 . 706 , the device for generating X-ray radiation has a metallic target 747 on.

Die Vorrichtung 700 umfasst eine Quelle für Hochspannung 750, die Hochspannung in einem Bereich von etwa 30kV bis 100kV bereitstellt. Weiter ist in der Vorrichtung 700 eine Spannungsquelle 751 für eine Spannung von ca. 10V – 100V oder auch 200V und darüber vorgesehen, die mit der leitenden Trägerschicht verbunden ist und mittels in 7 schematisch dargestellter Mikroschalter 755, 756, 757, 758, 759, 760 steuerbar an die Gate-Elektroden 739, 740, 741, 742 und 743 gelegt werden kann.The device 700 includes a source of high voltage 750 , which provides high voltage in a range of about 30kV to 100kV. Next is in the device 700 a voltage source 751 provided for a voltage of about 10V - 100V or 200V and above, which is connected to the conductive support layer and by means of in 7 schematically illustrated microswitch 755 . 756 . 757 . 758 . 759 . 760 controllable to the gate electrodes 739 . 740 . 741 . 742 and 743 can be placed.

Wie bei der Vorrichtung 100 aus 1 bewirkt das Anlegen einer Gate-Spannung an eine der Gate-Elektroden 739, 740, ..., indem der zugehörige Mikroschalter 755, 756, ... geschlossen wird, dass aus dem entsprechend Kohlenstoff-Nanoröhrchen 704, 705, 706, 707, 708, 709 ein Elektronenstrahl 780 austritt. Elektronen 781 aus diesem Elektronenstrahl 780 werden mit der Hochspannung der Spannungsquelle 750 zu dem Target 747 beschleunigt. Dort entsteht dann Röntgenstrahlung 790.As with the device 100 out 1 causes the application of a gate voltage to one of the gate electrodes 739 . 740 , ..., by the associated microswitch 755 . 756 , ... is concluded that from the corresponding carbon nanotube 704 . 705 . 706 . 707 . 708 . 709 an electron beam 780 exit. electrons 781 from this electron beam 780 be with the high voltage of the voltage source 750 to the target 747 accelerated. There then arises X-radiation 790 ,

Durch einfaches Steuern der Mikroschalter 755, 756, 757, ... kann somit wiederum eine räumliche Verteilung von Röntgenstrahlung 790 eingestellt werden, die aus dem Fenster 702 im Vakuumbehälter 701 austritt.By simply controlling the microswitch 755 . 756 . 757 , ... can thus again a spatial distribution of X-rays 790 be set that out of the window 702 in the vacuum container 701 exit.

Vorzugsweise sind die schematisch gezeigten Mikroschalter 755, 756, 757, ... als Transistoren ausgeführt, welche in eine Siliziumstruktur integriert sind. Gegenüber einer Ausführung der Vorrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlung nach den 1, 5 und 6 hat die Vorrichtung 700 zum Erzeugen von Röntgenstrahlung in 7 den Vorteil, dass für ihre Herstellung kein CMOS-Prozess erforderlich ist. Vielmehr ermöglicht die Bauweise der Vorrichtung 700 eine Herstellung in einem Photolithographie- und Bedampfungsprozess, bei dem nur eine Seite eines Substratwafers bearbeitet werden muss.Preferably, the microswitches shown schematically 755 . 756 . 757 , ... designed as transistors, which are integrated into a silicon structure. Compared to an embodiment of the device for generating X-radiation after the 1 . 5 and 6 has the device 700 for generating X-radiation in 7 the advantage that no CMOS process is required for their production. Rather, the construction of the device allows 700 a production in a photolithography and sputtering process, in which only one side of a substrate wafer has to be processed.

Die 8 zeigt ein Strahlentherapiegerät 800 mit einer Röntgenstrahlungseinheit 805, welche eine Vielzahl von Arrays 801, 802, 803 mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen 804, 805 als Quelle für Elektronenstrahlen aufweist. Diesen Quellen für Elektronenstrahlen ist eine nicht weiter dargestellte Hochspannungsquelle zugeordnet, welche freie Elektronen zu einem Target beschleunigt. Über eine Fläche 810 kann so eine räumliche Intensitätsverteilung für Röntgenstrahlung gesteuert werden.The 8th shows a radiotherapy device 800 with an X-ray unit 805 containing a variety of arrays 801 . 802 . 803 with carbon nanotubes 804 . 805 as a source of electron beams. Associated with these sources of electron beams is a high voltage source (not shown) which accelerates free electrons to a target. About an area 810 Thus, a spatial intensity distribution for X-ray radiation can be controlled.

Das Strahlentherapiegerät 800 umfasst weiter eine Kameraeinheit 820, dem ein Bildverarbeitungs- und Steuermodul 825 zugeordnet ist. Mit der Kameraeinheit 820 wird mit Tumor befallenes Gewebe 830 eines Patienten aufgenommen, welches eine Tumorstruktur 840 aufweist. Das Bildverarbeitungs- und Steuermodul 825 ist mit der Röntgenstrahlungseinheit 850 verbunden. Entsprechend einer erfassten Tumorstruktur 840 werden mittels des Bildverarbeitungs- und Steuermoduls 825 Elektronenstrahlen derjenigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen 804, 805 des Arrays erzeugt, welche die Tumorstruktur 840 abdecken. Auf diese Weise ist es möglich, eine an die Topographie eines Tumors angepasste Röntgenstrahlung zu erzeugen, ohne dass Gewebe, welches nicht mit Tumor befallen ist, übermäßig mit Strahlung beaufschlagt werden muss. Auch kann so das mit der Röntgenstrahlungseinheit erzeugte Strahlungsfeld im Hinblick auf Bewegungen des Patienten nachgeführt werden.The radiotherapy device 800 further includes a camera unit 820 which is an image processing and control module 825 assigned. With the camera unit 820 becomes tumor infested tissue 830 a patient who has a tumor structure 840 having. The image processing and control module 825 is with the X-ray unit 850 connected. According to a recorded tumor structure 840 be by means of the image processing and control module 825 Electron beams of those carbon nanotubes 804 . 805 of the array that creates the tumor structure 840 cover. In this way, it is possible to generate an X-ray radiation adapted to the topography of a tumor without having to subject excess radiation to radiation to tissue which is not tumor-infected. Also, the radiation field generated by the X-radiation unit can thus be tracked with regard to movements of the patient.

Es versteht sich, dass eine Quelle für flächige Röntgenstrahlung, wie die Röntgenstrahlungseinheit 850 bei dem Strahlentherapiegerät 800 auch in einem Strahlendiagnosegerät eingesetzt werden kann, wenn diese Röntgenstrahlungsquelle mit einem geeigneten Detektor kombiniert wird. Aufgrund der kompakten räumlichen Abmessungen einer solchen Strahlungsquelle sind entsprechende Geräte auch für den intraoperativen Einsatz auf dem Gebiet der Tumordiagnose bzw. Tumortherapie geeignet. Eine präzise Positionierung der entsprechenden Quelle für Röntgenstrahlung kann beispielsweise mit einem automatisierten oder teilautomatisierten Positioniersystem bewirkt werden, das über Schnittstellen zu Systemen mit Bestrahlungsplanung, Tumorklassifikation und Datenbanken für Patientendaten und Datenarchivierung verfügt.It is understood that a source of surface x-radiation, such as the x-ray unit 850 in the radiotherapy device 800 can also be used in a radiation diagnostic device when this X-ray source is combined with a suitable detector. Due to the compact spatial dimensions of such a radiation source, corresponding devices are also suitable for intraoperative use in the field of tumor diagnosis or tumor therapy. Precise positioning of the corresponding source of X-radiation may, for example, be effected by an automated or semi-automated positioning system having interfaces to irradiation planning, tumor classification and patient data databases and data archiving systems.

Ein solches System eignet sich grundsätzlich für eine Fernsteuerbarkeit in Hinblick auf Service und Betrieb und ermöglicht das generische Zusammensetzen von gegebenenfalls größeren Bestrahlungsfeldern und kann auch für vollautomatischen Betrieb ausgelegt werden.One such system is basically suitable for remote controllability in In terms of service and operation and allows generic assembly of possibly larger irradiation fields and can also for fully automatic operation are designed.

Indem die entsprechende Röntgenstrahlungseinheit für Sterilisierbarkeit oder Umhüllung mit einer Sterilverpackung ausgelegt wird, kann diese auch bei chirurgischen Operationen eingesetzt werden. Der einfache Aufbau der Röntgenstrahlungseinheit ermöglicht darüber hinaus, Teile davon als Wegwerfartikel auszubilden, die für den einmaligen Einsatz an einem Patienten steril sind. U.U. kann vorgesehen sein, entsprechende Teile einer solchen Röntgenstrahlungseinheit für einen mehrfachen Betrieb auch wieder aufzuarbeiten.By doing the corresponding X-ray unit for sterilization or serving designed with a sterile packaging, this can also be used in surgical Operations are used. The simple structure of the X-ray unit allows about that addition, to train parts of it as disposable articles, which for the one-time Use on a patient are sterile. U.U. can be provided corresponding parts of such an X-ray unit for a to reprocess several operations.

Claims

Contraption ( 100 . 500 . 600 . 700 ) for generating X-radiation ( 190 . 590 . 690 . 790 ) - with a source of electrons containing at least one carbon nanotube ( 104 . 105 . 106 . 504 . 505 . 506 . 604 . 605 . 606 . 704 . 705 . 706 . 707 . 708 . 709 ); - with a target ( 147 . 547 . 647 . 747 ); and - with an electron accelerator to generate x-rays to the target ( 147 . 547 . 647 . 747 ) accelerated electrons ( 181 . 581 . 681 . 781 ); characterized in that - the carbon nanotube ( 104 . 105 . 106 . 504 . 505 . 506 . 604 . 605 . 606 . 704 . 705 . 706 ) in a depression ( 110 . 111 . 112 . 510 . 511 . 512 . 610 . 611 . 612 . 710 . 712 . 713 . 714 . 715 . 716 ) is arranged with conductive substrate.

Device according to claim 1, characterized in that the recess ( 110 . 111 . 112 . 510 . 511 . 512 . 610 . 611 . 612 . 710 . 712 . 713 ) with a conductive substrate acting as a cathode electrically conductive region ( 118 . 119 . 120 . 518 . 519 . 520 . 618 . 619 . 620 . 718 ) having.

Device according to claim 2, characterized in that the electrically conductive region ( 118 . 119 . 120 . 518 . 519 . 520 . 618 . 619 . 620 ) consists of highly doped semiconductor material.

Device according to claim 2, characterized in that the electrically conductive region ( 118 . 119 . 120 . 518 . 519 . 520 . 618 . 619 . 620 . 718 ) consists of metal.

Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the carbon nanotube ( 305 . 406 ) on the highly doped region acting as a cathode ( 303 . 403 ) grew up.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the recess ( 301 . 401 ) with conductive substrate ( 303 . 403 ) in a semiconductor substrate ( 302 . 402 ) or a metal is formed.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the depression ( 301 . 401 ) with conductive substrate ( 303 . 403 ) has an edge on the electrically conductive material ( 305 . 405 ) is arranged.

Device according to claim 7, characterized in that the edge ( 305 . 405 ) of the recess is formed as a gate electrode.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the depression in a sandwich structure ( 302 . 402 ) with a first electrically conductive layer ( 305 . 405 ), an insulator layer ( 304 . 404 ) and a second electrically conductive layer ( 303 . 403 ) is trained.

Apparatus according to claim 9, characterized in that the first electrically conductive layer ( 305 . 405 ) consists of chromium or highly doped polysilicon.

Apparatus according to claim 9 or claim 10, characterized in that the insulator layer ( 304 . 404 ) consists of silicon dioxide (SiO ₂ ).

Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the second electrically conductive layer ( 303 . 403 ) consists of highly doped silicon.

Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the depression ( 301 . 401 ) Has cylindrical shape.

Device according to one of claims 9 to 13, characterized in that the depression ( 301 . 401 ) in the layer ( 303 . 403 ) protrudes from highly doped silicon.

Device according to one of claims 9 to 14, characterized in that a voltage source ( 150 . 550 . 650 . 750 ) is provided which provides an electrical voltage between the first electrically conductive layer and the second electrically conductive layer.

Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that an array ( 103 . 503 . 603 . 703 ) with a plurality of depressions ( 110 . 111 . 112 . 510 . 511 . 512 . 610 . 611 . 612 ) with Koh lenstoff nanotubes ( 104 . 105 . 106 . 504 . 505 . 506 . 604 . 605 . 606 . 704 . 705 . 706 ) is provided.

Device according to claim 16, characterized in that the carbon nanotubes ( 104 . 105 . 106 . 504 . 505 . 506 . 604 . 605 . 606 . 704 . 705 . 706 ) are individually controllable on the chip.

Apparatus according to claim 16 or claim 17, characterized in that a plurality of arrays ( 803 ) with a plurality of cavities with carbon nanotubes ( 804 . 805 ) is provided.

Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that a high voltage source ( 150 . 550 . 650 . 750 ) between the conductive ground ( 118 . 119 . 120 . 518 . 519 . 520 . 618 . 619 . 620 . 718 ) of the depression ( 110 . 111 . 112 . 51 . 511 . 512 . 610 . 611 . 612 . 710 . 711 . 712 ) with carbon nanotubes ( 104 . 105 . 106 . 504 . 505 . 506 . 604 . 605 . 606 . 704 . 705 . 706 ) and the target ( 147 . 547 . 647 . 747 ) provides a high voltage.

Device according to one of claims 1 to 19, characterized in that between the recess ( 110 . 111 . 112 ) with electrically conductive substrate ( 118 . 119 . 120 ) and the target ( 147 ) an electrically conductive grid structure ( 148 ) is provided.

Device according to claim 20, characterized in that the electrically conductive grid structure ( 148 ) Includes acceleration levels.

Device according to one of claims 1 to 21, characterized in that a vacuum container ( 101 . 501 . 601 . 701 ) with a window ( 102 . 502 . 602 . 702 ) for X-radiation ( 190 . 590 . 690 . 790 ) is provided.

Radiotherapy and / or radiation diagnostic device with a Device for generating X-radiation according to one of the claims 1 to 22.

Radiotherapy device with a device for generating X-ray radiation according to one of claims 1 to 23, characterized in that means ( 802 ) for detecting the structure of a tumor ( 840 ), in particular a skin tumor ( 840 ) are provided, which with a control unit ( 825 ) are combined with a device for generating X-radiation ( 850 ) to the structure of the tumor ( 840 ) adapted to generate planar radiation field from therapeutic X-ray radiation.