DE102005053324B4

DE102005053324B4 - Target für eine Mikrofocus- oder Nanofocus-Röntgenröhre

Info

Publication number: DE102005053324B4
Application number: DE102005053324A
Authority: DE
Inventors: Alfred Reinhold; Thorsten Fröba; Dr. Wild Christoph
Original assignee: DIAMOND MATERIALS GmbH; Yxlon International GmbH
Current assignee: DIAMOND MATERIALS GMBH, DE; Yxlon International GmbH
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2025-11-08
Also published as: DE102005053324A1

Abstract

Transmissionstarget (2) für eine Mikrofocus- oder Nanofocus-Röntgenröhre,
mit einem Trägerelement (4) und
mit wenigstens einem an dem Trägerelement (4) angeordneten, aus einem Trägermaterial bestehenden Targetelement (6) zur Emission von Röntgenstrahlung,
wobei das Targetelement (6) das Trägerelement (4) nur teilweise bedeckt und sein Durchmesser ≤ etwa 1.000 nm ist,
wobei das Trägerelement (4) wenigstens teilweise aus einem Trägermaterial besteht, dessen Wärmeleitkoeffizient ≥ 10 W/(cm × K) ist, und
wobei das Trägermaterial Diamant ist oder Diamant enthält und zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit dotiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Transmissionstarget für eine Mikrofocus oder Nanofocus-Röntgenröhre.
Mikrofocus-Röntgenröhren sind allgemein bekannt, beispielsweise durch US 4,344,013 , und werden beispielsweise zum Prüfen von Leiterplatten in der Elektronikindustrie eingesetzt. Die bekannten Röntgenröhren weisen ein Target auf, auf das bei Betrieb der Röntgenröhre hochenergetisch beschleunigte Elektronen auftreffen, so daß in allgemein bekannter Weise Röntgenstrahlung erzeugt wird. Die so erzeugte Röntgenstrahlung wird in bildgebenden Verfahren verwendet, um beispielsweise Bauteile bzw. Bauteilanordnungen auf Leiterplatten darzustellen und die Leiterplatten auf diese Weise optisch zu prüfen.
Entsprechende Mikrofocus-Röntgenröhren sind ferner durch EP 0 815 582 B1 , WO 96/29723 , DE 32 22 511 A1 , DE 102 51 635 A1 und DE 103 52 334 A1 bekannt.
Durch US 6,771,735 B2 ist eine Anordnung zur Röntgen-Reflexionsspektroskopie bekannt, die eine Mikrofocus-Röntgenröhre aufweist. Die aus der Druckschrift bekannte Mikrofocus-Röntgenröhre weist ein Trägerelement und ein an dem Trägerelement angeordnetes, aus einem Targetmaterial bestehendes Targetelement zur Emission von Röntgenstrahlung auf. Hierbei ist das Trägermaterial ein Isolator, beispielsweise Diamant, Siliziumkarbid oder Silizium, während das Targetmaterial ein Metall ist.
Aus der WO 03/081631 A1 ist ein Transmissionstarget für eine Mikrofocus- oder Nanofocus-Röntgenröhre bekannt, bei dem ein Targetelement auf einem Träger aufgebracht ist. Das Trägermaterial ist aus Diamant, damit es die Wärme, die beim Beschuß des Targets mit Elektronen entsteht, gut abführen kann und somit eine gute Kühlung des Targets gewährleistet ist.
Aus der US 6,289,079 B1 ist eine medizinische mikroporale Röntgenröhre bekannt, die bei minimal invasiven Behandlungen verwendet wird. Ein solcher Gegenstand ist nur als Reflexionstarget verwendbar. Das Targetmaterial ist so auf einem Trägermaterial aufgebracht, daß es dieses für die von der Elektronenquelle ausgehenden Elektronen vollständig bedeckt. Das Trägermaterial ist Diamant, das mit einem borhaltigen Material dotiert wurde.
Aus der EP 0 697 712 A1 ist eine Hochleistungsröhre bekannt. Bei Hochleistungsröhren kommt es nicht darauf an, einen geringen Fokusdurchmesser bei gleichzeitig örtlich stabil stehendem Fokus zu halten, sondern möglichst große Leistung zu erzielen. Für solche Röhrentypen wird beispielsweise ein rotierendes Target verwendet. Die Größenordnung des Targetelementdurchmessers liegt deutlich über derjenigen für eine Mikrofocus- oder Nanofocus-Röntgenröhre im Bereich von 0,2 mm. Die beschriebene Röntgenröhre kann nur in Reflexion arbeiten, da das Targetmaterial ein Kupferkern ist, der eine Diamantscheibe zentral durchsetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Transmissionstarget für eine Mikrofocus- oder Nanofocus-Röntgenröhre gemäß dem vorangehenden Absatz so weiterzubilden, daß es im Rahmen eines bildgebenden Verfahrens eine hohe Bildqualität ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Lehre gelöst.
Erfindungsgemäß besteht das Trägerelement wenigstens teilweise aus einem Trägermaterial des erfindungsgemäß als Transmissionstarget ausgebildeten Targets, dessen Wärmeleitkoeffizient ≥ 10 W/(cm × K) ist, nämlich Diamant. Auf diese Weise ist eine effiziente Ableitung von Wärme gewährleistet, die beim zur Erzeugung von Röntgenstrahlung notwendigen Beschuß des Targetelementes mit hochenergetisch beschleunigten elektrisch geladenen Teilchen, insbesondere Elektronen, entsteht.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf überraschend einfache Weise dadurch gelöst, daß das Trägermaterial zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit dotiert ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Benutzung von Diamant als Trägermaterial zwar eine ausreichende Ableitung der entstehenden Wärme gewährleistet ist, sich gleichzeitig jedoch aufgrund der elektrischen Isolationseigenschaften von Diamant das Target elektrisch auflädt. Weiterhin liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß die elektrische Aufladung des Targets die Bildqualität in bildgebenden Verfahren insofern verschlechtert, als beispielsweise ein unkontrolliertes Ablösen von Ladungen und Widerauftreffen auf das Target zu einer unkontrollierten zusätzlichen Emission von Röntgenstrahlung führen kann.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, das Trägermaterial zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit zu dotieren. Da das Trägermaterial Diamant ein elektrischer Isolator ist, kann es durch Dotierung mit einem geeigneten Dotierungsmaterial, beispielsweise einem Metall, elektrisch leitfähig gemacht werden. Infolgedessen können elektrische Ladungen, beispielsweise Elektronen, von dem Target abgeleitet werden, so daß eine die Bildqualität beeinträchtigende elektrische Aufladung des Targets zuverlässig vermieden ist. Es hat sich überraschend gezeigt, daß sich auf diese Weise die Bildqualität bei Verwendung des erfindungsgemäßen Targets in einer Mikrofocus- oder Nanofocus-Röntgenröhre in einem bildgebenden Verfahren wesentlich verbessert.
Erfindungsgemäß sind das Trägermaterial und das Targetmaterial unterschiedliche Materialien. Hierbei ist das Targetmaterial im Hinblick auf eine Emission von Röntgenstrahlung einer gewünschten Wellenlänge oder in einem gewünschten Wellenlängenbereich ausgewählt, während das Trägermaterial im Hinblick auf seinen Wärmeleitkoeffizienten ausgewählt ist. Hierbei ist der Querschnitt des Trägerelements senkrecht zur Strahlungsrichtung definiert größer als der Querschnitt des Targetelements in dieser Richtung, so daß das Targetelement nur einen Teil der Oberfläche des Trägerelements bedeckt. Weiterhin hat das Trägermaterial eine geringere Dichte, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Dotierung auch die Fähigkeit, elektrische Ladungen abzuleiten, während das Targetmaterial ein Material hoher Dichte, beispielsweise Wolfram, ist. Auftreffende Elektronen werden in dem Targetmaterial auf sehr kurzem Wege abgebremst, wobei bevorzugt kurzwellige Röntgenstrahlung entsteht. In dem Trägermaterial geringer Dichte werden eindringende Elektronen hingegen auf sehr langen Wegen abgebremst, so daß mehr langwellige Strahlung entsteht, die beispielsweise mittels eines geeigneten Filters ausgefiltert werden kann. Daraus ergibt sich, daß erfindungsgemäß Form, Größe und Ort des Brennflecks durch Form, Größe und Ort des Targetelementes festgelegt sind.
Da erfindungsgemäß Röntgenstrahlung der gewünschten Wellenlänge oder in einem gewünschten Wellenlängenbereich ausschließlich in dem Targetelement erzeugt wird und das Targetelement somit den Brennfleck der Röntgenröhre definiert, sind Form und Größe des Brennflecks nicht mehr von dem Querschnitt des Elektronenstrahles abhängig, sondern ausschließlich von dem Querschnitt des Targetelementes, sofern der Elektronenstrahl bei Betrieb der Röntgenröhre das Target stets vollflächig bestrahlt. Zwar wird auch in dem Trägerelement Röntgenstrahlung erzeugt. Diese hat jedoch eine andere Wellenlänge bzw. liegt in einem anderen Wellenlängenbereich als die in dem Targetelement erzeugte Nutzstrahlung, so daß sie ohne weiteres herausgefiltert werden kann. Aufgrunddessen kann erfindungsgemäß der Brennfleck eines Targets einer Mikrofocus- oder Nanofocus-Röntgenröhre nahezu beliebig klein gestaltet werden, wobei Grenzen lediglich durch zur Verfügung stehende Mikrostrukturierungsverfahren zum Bilden von Mikro- oder Nanostrukturen gesetzt sind.
Da Form, Größe und Ort des Brennflecks ausschließlich durch Form, Größe und Ort des Targetelementes festgelegt sind, entfallen bei einer erfindungsgemäßen Mikrofocus- oder Nanofocus-Röntgenröhre konstruktiv aufwendige Maßnahmen, die bei herkömmlichen Mikrofocus- oder Nanofocus-Röntgenröhren erforderlich sind, um Form, Größe und Ort des Elektronenstrahles zu stabilisieren, der bei den bekannten Röntgenröhren Form, Größe und Ort des Brennflecks der Röntgenröhre definiert. Damit ermöglicht das erfindungsgemäße Target mit äußerst geringem Aufwand den Aufbau einer Mikrofocus- oder Nanofocus-Röntgenröhre, bei der Form, Größe und Ort des Brennflecks hochstabil sind und die damit bei Verwendung im bildgebenden Verfahren eine besonders hohe Bildqualität ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Target ist relativ einfach und kostengünstig herstellbar und vielseitig anwendbar.
Als Targetmaterial kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen ein Material verwendet werden, das bei Beschuß mit Elektronen Röntgenstrahlung einer gewünschten Wellenlänge oder in einem gewünschten Wellenlängenbereich emittiert.
Unter einer Mikrofocus-Röntgenröhre wird erfindungsgemäß eine Röntgenröhre verstanden, bei der der Durchmesser des Brennflecks ≤ 200 μm, insbesondere ≤ 10 μm ist. Unter einer Nanofocus-Röntgenröhre wird erfindungsgemäß eine Röntgenröhre verstanden, bei der der Durchmesser des Brennflecks ≤ 1.000 nm ist.
Bei einem nichtkreisförmigen Brennfleck wird erfindungsgemäß unter dem Durchmesser die größte Ausdehnung des Brennflecks in der Brennebene bzw. Focusebene verstanden.
Zahlenwerte von Wärmeleitkoeffizienten beziehen sich auf Zimmertemperatur.
Als Trägermaterial, dessen Wärmeleitkoeffizient ≥ 10 W/(cm × K) ist, wird erfindungsgemäß Diamant verwendet, oder das Trägermaterial enthält Diamant.
Die mittels Dotierung des Trägermateriales erzielte elektrische Leitfähigkeit kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen innerhalb weiter Grenzen variieren. Darüber hinaus kann das Dotierungsmaterial innerhalb weiter Grenzen gewählt werden.
Um die Ableitung von dem Beschuß des Targetelementes mit elektrisch geladenen Teilchen entstehender Wärme zu verbessern, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre vor, daß das Trägerelement wenigstens teilweise aus einem Trägermaterial besteht, dessen Wärmeleitkoeffizient ≥ 20 W/(cm × K) ist.
Erfindungsgemäß ist es ausreichend, wenn auf dem Trägerelement lediglich ein einziges Targetelement angeordnet ist. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, auf dem Trägerelement eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Targetelementen anzuordnen. Ist bei einer solchen Ausführungsform ein Targetelement abgenutzt, so kann der Elektronenstrahl auf ein anderes Targetelement gelenkt werden, so daß die Röntgenröhre ohne Austausch des Targetelementes weiter verwendet werden kann.
Grundsätzlich kann das Targetelement eine beliebige geeignete Geometrie haben. Um bei Verwendung des erfindungsgemäßen Targets in einer Röntgenröhre in einem bildgebenden Verfahren eine hohe Bildqualität zu erzielen, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre vor, daß wenigstens ein Targetelement im wesentlichen kreisförmig begrenzt ist.
Form und Größe des Targetelements sind entsprechend Form und Größe des gewünschten Brennflecks der Röntgenröhre in weiten Grenzen wählbar. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Durchmesser wenigstens eines Targetelementes ≤ etwa 1.000 nm ist. Auf diese Weise sind Nanofocus-Röntgenröhren realisierbar. Da der Durchmesser des Brennflecks ausschließlich von dem Durchmesser des Targetelements abhängig ist, lassen sich erfindungsgemäß Nanofocus-Röntgenröhren realisieren, bei denen der Focusdurchmesser noch unterhalb von 30 nm liegt.
In diesem Zusammenhang sieht eine andere außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre vor, daß wenigstens ein Targetelement eine mittels eines Mikrostrukturierungsverfahrens auf dem Trägerelement gebildete Mikro- oder Nanostruktur ist. Als Mikrostrukturierungsverfahren können Depositionsverfahren, beispielsweise dreidimensionale additive Nanolithographie oder Ionenstrahlsputtern, aber auch abtragende Verfahren, beispielsweise Elektronenlithographie oder Ätzverfahren, verwendet werden, insbesondere mit Depositionsverfahren lassen sich Nanostrukturen mit einem Durchmesser von 2 nm oder sogar darunter bilden.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß das Target ein Filter aufweist, das für in dem Targetelement erzeugte Röntgenstrahlung durchlässig ist und in dem Trägerelement erzeugte Röntgenstrahlung sperrt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß eine Röntgenröhre, in der ein erfindungsgemäßes Target verwendet wird, ausschließlich Röntgenstrahlung einer gewünschten Wellenlänge oder in einem gewünschten Wellenlängenbereich abstrahlt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten, stark schematisierten Zeichnung näher erläutert, in der Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Targets dargestellt sind. Dabei bilden alle beanspruchten, beschriebenen oder in der Zeichnung dargestellten Merkmale für sich genommen oder in beliebiger Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Es zeigt:
1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Targets zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Grundprinzips,
2 eine zu 1 ähnliche Ansicht,
3 eine Draufsicht auf das Target gemäß 1,
4 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Targets
5 eine Draufsicht auf das Target gemäß 4
6 eine zu 5 ähnliche Draufsicht,
7 eine weitere zu 5 ähnliche Draufsicht,
8 eine Draufsicht auf das Target gemäß 1 bei Bestrahlung mit einem bewegten Elektronenstrahl,
9 ein Strahlungs/Zeit-Diagramm,
10 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Röntgen-Tomosynthese oder -Tomographie,
11 eine Ansicht zur Verdeutlichung der Verformung des Strahlenquerschnitts des Elektronenstrahles in verschiedenen räumlichen Positionen und
12 eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Targets.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. sich entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren der Zeichnung stellen reine Prinzipskizzen dar, die nicht maßstäblich sind.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Targets 2 für eine Mikrofocus- oder Nanofocus-Röntgenröhre dargestellt, das ein Trägerelement 4 und bei diesem Ausführungsbeispiel ein an dem Trägerelement 4 angeordnetes, aus einem Targetmaterial bestehendes Targetelement 6 zur Emission von Röntgenstrahlung aufweist. Das Trägerelement 4 besteht erfindungsgemäß aus einem Trägermaterial geringer Dichte und hoher Wärmeleitfähigkeit, nämlich Diamant, dessen Wärmeleitkoeffizient ≥ 10 W/(cm × K) ist; im Ausführungsbeispiel ist er sogar ≥ 20 W/(cm × K).
Erfindungsgemäß ist das Trägermaterial zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit dotiert, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Metallionen. Dadurch, daß das Trägermaterial mittels der Dotierung elektrisch leitfähig gemacht ist, können elektrische Ladungen von dem Trägerelement 4 abfließen, so daß eine elektrische Aufladung des Trägerelements 4 und damit des Targets 2 vermieden ist.
Das Targetelement 6 besteht aus einem Material hoher Dichte, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Wolfram, das bei Beschuß mit elektrisch geladenen Teilchen, insbesondere Elektronen, Röntgenstrahlung emittiert.
Aus 1 ist nicht ersichtlich, daß das Targetelement 6 in der Draufsicht im wesentlichen kreisförmig begrenzt ist und bei diesem Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von ≤ etwa 1.000 nm aufweist.
Das Targetelement 6 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine mittels eines Mikrostrukturierungsverfahrens auf dem Trägerelement 4 gebildete Nanostruktur.
Bei Bestrahlung des Targets 2 mit Elektronen werden diese in dem Targetelement 6 auf sehr kurzem Wege abgebremst, wobei kurzwellige Röntgenstrahlung entsteht. In dem Trägermaterial geringerer Dichte des Trägerelementes 4 werden eindringende Elektronen dagegen auf sehr langen Wegen abgebremst, wobei mehr langwellige Strahlung entsteht. In 1 ist ein Fall dargestellt, in dem ein Elektronenstrahl mit einem Durchmesser d_E1 auf das Targetelement 6 auftrifft, wobei der Durchmesser d_E1 in diesem Fall kleiner als der Durchmesser des Targetelementes 6 ist. Die Abbremsung der Elektronen in dem Targetelement 6 führt zu einer kurzwelligen Röntgenstrahlung mit einem Quellendurchmesser d_X1, der kleiner oder gleich dem Durchmesser des Targetelementes 6 ist. Die durch das Targetelement 6 hindurch in das weniger dichte Trägermaterial des Trägerelementes 4 eintretenden Elektronen werden auf sehr langen Wegen innerhalb des Bremsvolumens des Trägerelementes 4 abgebremst und führen zu überwiegend langwelliger Strahlung, die mit geeigneten Filtern zurückgehalten werden kann, so daß nur der kürzerwellige Strahlungsanteil wirksam wird, der aus dem Targetelement 6 stammt, das erfindungsgemäß nur einen Teil des Trägerelementes 4 bedeckt.
In 2 ist ein Fall dargestellt, in dem der Durchmesser des Querschnitts des Elektronenstrahles d_E2 deutlich größer ist als der Durchmesser des Targetelementes 6. Auch in diesem Fall entsteht die überwiegend kurzwellige Strahlung in dem definiert begrenzten Targetelement 6 mit dem Durchmesser d_X2, während die in das weniger dichte Trägermaterial des Trägerelementes 4 eindringenden Elektronen innerhalb des Bremsvolumens 8 zu mehr langwelliger Strahlung führen, die herausgefiltert werden kann, damit nur die aus dem Targetelement 6 stammende kürzerwellige Strahlung mit einer definierten Wellenlänge oder einem definierten Wellenlängenbereich wirksam wird.
Aus einem Vergleich der 1 und 2 ist ersichtlich, daß Form, Größe und Ort des Brennflecks der Röntgenröhre ausschließlich von Form, Größe und Ort des Targetelementes 6 abhängig sind, und nicht von Form, Größe und Ort des Querschnitts des Elektronenstrahles.
3 zeigt eine Draufsicht auf das Target gemäß 2, wobei ersichtlich ist, daß der Durchmesser d_E und damit der Querschnitt 10 des Elektronenstrahles größer ist als der Durchmesser d_M und damit der Querschnitt des Targetelementes 6. Wie anhand der 1 und 2 erläutert, ist für den Querschnitt des Brennflecks der Röntgenröhre jedoch ausschließlich der Querschnitt des Trägerelementes 6 maßgeblich.
In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Targets 2 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch unterscheidet, daß das Trägerelement 4 auf seiner dem Targetelement 6 abgewandten Seite ein Strahlenfilter 12 aufweist, das für in dem Targetelement 6 erzeugte Röntgenstrahlung 14 weitgehend durchlässig ist, in dem Trägerelement 4 erzeugte Röntgenstrahlung 16 jedoch weitgehend absorbiert. Das Filter 12 kann beispielsweise durch eine Aluminiumfolie gebildet sin.
In 5 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein voreingestellter Querschnitt des Elektronenstrahles bezeichnet, während mit dem Bezugszeichen 18A ein aufgrund von Störeinflüssen verkleinerter Querschnitt und mit dem Bezugszeichen 18B ein aufgrund von Störeinflüssen vergrößerter Querschnitt des Elektronenstrahles bezeichnet ist. Da der Querschnitt des Brennflecks der Röntgenröhre ausschließlich von dem Querschnitt des Targetelementes 6 abhängig und dieser konstant ist, haben Schwankungen des Querschnitts des Elektronenstrahles keine Auswirkungen auf den Querschnitt des Brennflecks, solange das Targetelement 6 von dem Elektronenstrahl vollflächig bestrahlt wird.
Wie aus 6 ersichtlich ist, gilt entsprechendes auch bei einer seitlichen Verschiebung des Elektronenstrahles in eine Position 18C, da auch in dieser Position des Elektronenstrahles das Targetelement 6 noch vollflächig von dem Elektronenstrahl erfaßt ist.
Wie aus 7 ersichtlich ist, sind auch Veränderungen des Querschnitts des Elektronenstrahles ohne Auswirkung auf den Querschnitt des Brennflecks, solange auch nach einer Querschnittsveränderung des Elektronenstrahles das Targetelement 6 noch vollflächig bestrahlt wird. Lediglich beispielhalber sind in 7 zwei verzerrte Querschnitte des Elektronenstrahles mit den Bezugszeichen 18D und 18E bezeichnet. Da der Querschnitt des Brennfleckes ausschließlich von dem Querschnitt des Targetelementes 6 abhängig und dieser konstant und ortsstabil ist, führen Querschnittsveränderungen des Elektronenstrahles nicht zu einer Verschlechterung der Röntgenbildqualität bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Targets 2 in einer Röntgenröhre in einem bildgebenden Verfahren.
Wie aus einer Zusammenschau der 5 bis 7 ersichtlich ist, bleiben Querschnittsveränderungen und Verschiebungen des Elektronenstrahles ohne Auswirkung auf den Querschnitt und Ort des Brennflecks. Dementsprechend kann in einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre auf konstruktiv aufwendige Maßnahmen verzichtet werden, mit denen in herkömmlichen Röntgenröhren Form, Größe und Auftreffpunkt des Elektronenstrahles auf das Target 2 stabilisiert werden müssen, um in bildgebenden Verfahren eine ausreichende Bildqualität zu erzielen. Dementsprechend ist eine erfindungsgemäße Röntgenröhre sehr viel einfacher und kostengünstiger herstellbar.
8 verdeutlicht in einer Draufsicht auf das Target 2 das Grundprinzip einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenpulsen, die insbesondere in der Röntgenstroboskopie verwendet werden kann. Mithilfe einer in der Zeichnung nicht dargestellten Ablenkvorrichtung wird der Elektronenstrahl parallel zur Oberfläche des Targets 2 aus einer Position 20 über eine Position 22 in eine Position 24 bewegt, wobei er das Targetelement 6 nur zeitweise bestrahlt. Während der Bestrahlung des Targetelementes 6 in Position 22 emittiert das Targetelement 6 Röntgenstrahlung, während es in den Positionen 20 und 24 des Elektronenstrahles keine Röntenstrahlung emittiert.
9 stellt ein Strahlungs/Zeit-Diagramm dar, aus dem sich der zeitliche Verlauf der emittierten Röntgenstrahlung ergibt. Es ist ersichtlich, daß ein Röntgenimpuls entsteht, dessen Breite ausschließlich von der Geschwindigkeit, mit der der Elektronenstrahl über das Targetelement 6 bewegt wird, und der Ausdehnung des Targetelementes 6 in Bewegungsrichtung des Elektronenstrahles abhängig ist. Auf diese Weise lassen sich erfindungsgemäß beliebig kurze Belichtungszeiten für Röntgenaufnahmen erzielen. Wird der Elektronenstrahl beispielsweise durch elektrostatische Ablenkmittel abgelenkt, so lassen sich Pulsbreiten in Bereich von < 10⁶ Sekunden realisieren.
Wird der Elektronenstrahl in einer hin- und hergehenden Bewegung über das Targetelement 6 bewegt, wie in 8 durch einen Doppelpfeil 26 angedeutet, so lassen sich Röntgenpulse mit vorgegebener Frequenz und vorgegebenem Puls-Pausen-Verhältnis erzielen. Die in 8 dargestellte Anordnung ist daher ausgezeichnet zur Realisierung eines Röntgen-Stroboskopes geeignet.
10 stellt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 27 zur Mikro-Computer-Tomographie und -Tomosynthese dar, die ein erfindungsgemäßes Target 2 aufweist. Technische Einzelheiten derartiger Tomographie-, Laminographie- oder Tomosynthese-Verfahren unter Verwendung von Röntgenstrahlung sind dem Fachmann allgemein bekannt, beispielsweise durch DE 103 08 529 A1 , und werden daher hier nicht näher erläutert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 27 weist Ablenkmittel 28 auf, mittels derer ein Elektronenstrahl 30 in verschiedene Positionen 32, 34 und 36 ablenkbar ist und in diesen verschiedenen Positionen auf ein erfindungsgemäßes Target 2 auftrifft, das als Transmissionstarget ausgebildet ist. Die in den Positionen 32, 34, 36 des Elektronenstrahles in dem Target 2 erzeugte Röntgenstrahlung durchstrahlt ein zu prüfendes Objekt 38 und trifft auf einen Detektor 40 auf. Auf diese Weise entstehen Röntgenbilder, aus denen dreidimensionale Bildrekonstruktionen errechnet werden können.
11 stellt überhöht Verzerrungen des Querschnitts des Elektronenstrahles 30 dar, die bei einer Bewegung de Elektronenstrahles über das Target 2 auftreten. Trifft der im Querschnitt kreisförmige Elektronenstrahl 30 unabgelenkt, d. h. unter einem Winkel von 90° auf das Target 2 auf, so entsteht ein Brennfleck 42 mit kreisförmigem Querschnitt. Trifft demgegenüber der Elektronenstrahl 30 unter einem von 90° abweichenden Winkel auf das Target 2 auf, so ergibt sich ein ellipsenförmig verzerrter Brennfleck. 11 stellt entsprechende ellipsenförmig verzerrte Brennflecken in den verschiedenen Ablenkpositionen des Elektronenstrahles 30 dar, wobei der Übersichtlichkeit halber nur einer der verzerrten Brennflecken mit dem Bezugszeichen 44 versehen ist. Prinzipbedingt ist es wünschenswert, daß die Strahlungsorte auf dem Target 2 einen möglichst großen Abstand zueinander haben. Dies bedingt jedoch große Ablenkwinkel des Elektronenstrahles 30, die wiederum zu Verzerrungen des idealerweise kreisförmigen Querschnitts des Elektronenstrahles führen und damit die Bildqualität deutlich verschlechtern.
In 12 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Targets 2 dargestellt, das in der Vorrichtung 26 gemäß 10 verwendet wird. Das Target 2 weist neben dem Targetelement 6 weitere entsprechend ausgebildete Targetelemente 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60 auf, die, wie aus 12 ersichtlich ist, jeweils einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und jeweils an den Stellen angeordnet sind, an denen der Elektronenstrahl 30 in den gewünschten Ablenkpositionen auf das Target 2 auftrifft. Wie aus 12 ferner ersichtlich ist, ist der Querschnitt der Targetelemente 6 und 46 bis 60 jeweils kleiner als der verzerrte bzw. unverzerrte Querschnitt des Elektronenstrahles 30, so daß in der jeweiligen Ablenkposition des Elektronenstrahles das jeweilige der Targetelemente 6 und 46 bis 60 vollflächig bestrahlt wird. Da Form, Größe und Ort des jeweiligen Brennflecks, wie oben erläutert, ausschließlich von Form, Größe und Ort des jeweils bestrahlten Targetelementes 6 bzw. 46 bis 60 abhängig sind, ergibt sich jeweils ein ideal kreisförmiger Brennfleck. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 26 ermöglicht somit mit einfachen Mitteln eine besonders hohe Präzision hinsichtlich Form, Größe und Ort des Brennflecks und damit eine besonders hohe Bildqualität.

Claims

Transmissionstarget (2) für eine Mikrofocus- oder Nanofocus-Röntgenröhre, mit einem Trägerelement (4) und mit wenigstens einem an dem Trägerelement (4) angeordneten, aus einem Trägermaterial bestehenden Targetelement (6) zur Emission von Röntgenstrahlung, wobei das Targetelement (6) das Trägerelement (4) nur teilweise bedeckt und sein Durchmesser ≤ etwa 1.000 nm ist, wobei das Trägerelement (4) wenigstens teilweise aus einem Trägermaterial besteht, dessen Wärmeleitkoeffizient ≥ 10 W/(cm × K) ist, und wobei das Trägermaterial Diamant ist oder Diamant enthält und zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit dotiert ist.
Target nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (4) wenigstens teilweise aus einem Trägermaterial besteht, dessen Wärmeleitkoeffizient ≥ 20 W/(cm × K) ist.
Target nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (4) eine Mehrzahl zueinander beabstandeter Targetelemente (6, 46–60) trägt.
Target nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Targetelement (6) im Wesentlichen kreisförmig begrenzt ist.
Target nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Targetelement (6) eine mittels eines Mikrostrukturierungsverfahrens auf dem Trägerelement (4) gebildete Mikro- oder Nanostruktur ist.
Target nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (2) ein Filter (12) aufweist, das für in dem Targetelement (6) oder den Targetelementen (6, 46–60) erzeugte Röntgenstrahlen durchlässig ist und in dem Trägerelement (4) erzeugte Röntgenstrahlung sperrt.