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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Röntgentarget
zur Erzeugung einer Röntgenstrahlung durch einen Elektronenstrahl
und ein Verfahren zur Erzeugung einer Röntgenstrahlung.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Röntgentarget
für Linearbeschleuniger (LINACs), Betatrons und Röntgenröhren.
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Zur
Erzeugung von Röntgenstrahlen wird üblicherweise
ein gebündelter Strahl beschleunigter Elektronen (oder
anderer geladenen Teilchen) auf ein Target (Röntgentarget)
gerichtet. Durch die Wechselwirkung der beschleunigten Elektronen
mit dem Targetmaterial entsteht die Röntgenstrahlung in
einem Bereich, der als Brennfleck bezeichnet wird. Die Röntgenstrahlung
entsteht beispielsweise als Bremsstrahlung bei diesem Prozess des
plötzlichen Abbremsens der hochenergetischen geladenen
Teilchen.
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Röntgenstrahlen
besitzen nicht nur in der Medizintechnik eine herausragende Bedeutung,
sondern finden auch bei der Materialprüfung, beispielsweise
zur Feststellung von Defekten in Materialien, eine vielfältige
Anwendung. Die Prüfung von Objekten oder auch Materialien
mit hohen Durchstrahlungslängen (z. B. Frachtcontainer,
KFZ etc.) erfordert den Einsatz einer hochenergetischen und intensiven
Röntgenquelle. Für diesen Anwendungsbereich kommen
häufig Linearbeschleuniger (LINACs) in Frage, welche mit
Anregungsenergien in Megaelektronenvolt-Bereich (MeV-Bereich) arbeiten.
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Um
eine möglichst hohe Fehlererkennbarkeit zu erreichen, sollte
die Bildqualität des gesamten bildgebenden Systems optimiert
werden, wobei das System beispielsweise eine Strahlungsquelle, Manipulatoren
und einen Detektor umfassen kann. Eine erreichbare Auflösung
wird momentan weniger durch die Detektorseite des Systems, sondern
eher durch die Strahlungsquelle begrenzt. Die minimale Brennfleckgröße
der Röntgenquelle limitiert nämlich unmittelbar
die maximal anwendbare Vergrößerung.
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Deshalb
sollte bei der Entwicklung neuartiger Targets die Brennfleckgröße
für hochenergetische Röntgenquellen minimiert
werden, so dass eine Steigerung der Abbildungsleistung solcher bildgebender
Systeme möglich wird.
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In
einem Linearbeschleuniger werden Elektronen über Glühemission
erzeugt und in einem evakuierten Hohlleiter (englisch: wave guide)
auf Energien in einem Bereich von üblicherweise 3 MeV bis
24 MeV beschleunigt. Am Ende des Hohlleiters befindet sich entweder
direkt das Röntgentarget oder ein Ablenkmagnet, welcher
die Elektronen auf das Target lenkt. Das Röntgentarget
weist üblicherweise ein das Vakuum abschließendes
Fenster aus Kupfer und eine Wolframschicht auf, wobei die Schichtdicke
der Wolframschicht beispielsweise einige Hundert Mikrometer umfassen
kann. Die erzeugte Wärme wird über thermischen
Kontakt zum Gehäuse (Strahlerkopf) abgeführt.
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Die
Röntgenstrahlung entsteht dabei beispielsweise durch den
Bremsstrahlungseffekt (plötzliches Abbremsen der Elektronen
infolge der Wechselwirkung mit den Atomen in dem Röntgentarget) und
die Quellgröße der entstehenden Röntgenstrahlung,
die die Brennfleckgröße darstellt, hängt
von mehreren Faktoren ab. Diese Faktoren umfassen beispielsweise:
- (a) Verteilung der Auftrefforte der Elektronen
auf der Targetoberfläche;
- (b) Streuung der Elektronen im Target; und
- (c) Streuung der erzeugten (Röntgen-)Strahlung im Target
bzw. im Austrittsfenster.
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Bei
konventionellen Linearbeschleunigern wird eine Brennfleckgröße
von 2 mm bis 4 mm erreicht. Im Vergleich dazu sind in konventionellen Röntgenröhren
Brennfleckgrößen zwar in der Größenordnung
von Mikrometer erreichbar – allerdings nur in einem Energiebereich
von einigen Kiloelektronenvolt (keV) und nicht wie bei Linearbeschleunigern von üblicherweise
einigen Megaelektronenvolt. Deshalb sind konventionelle Röntgenröhren
für viele Anwendungen ungeeignet.
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Bei
konventionellen Targetmaterialien und Targetgeometrien von Linearbeschleunigern
zur Röntgenstrahlerzeugung, die beispielsweise im Bereich
der zerstörungsfreien Prüfung verwendet werden,
sind die Röntgentargets ausreichend dick, damit die Elektronen
ihre gesamte Energie an das Material abgeben können. Diese
Targets erzeugen durch ihre Dicke und der daraus resultierenden
großen Wechselwirkungszonen der Elektronen einen unerwünschten
großen Brennfleck. Das hat zur Folge, dass beispielsweise
bei der Untersuchung von stark absorbierenden Materialien und großen
Objekten die typischen Probleme, wie beispielsweise Kantenunschärfe,
schlechte Detailerkennbarkeit und hohe Fehlernachweisgrenzen, auftreten.
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Ein
weiteres alternatives Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung
ist die Verwendung eines Röntgentargets in einem zirkulierenden
Elektronenstrahl (Elektronenspeichering oder Synchrotron). Ein Beispiel
dafür ist in „Novel X-ray source based
an a tabletop synchrotron and its unique features", Nuclear
Instruments and Methods in Physics Research B 199 (2003), p 509–516 beschrieben,
wobei die offenbarten Röntgentargets für Linearbeschleuniger
ineffizient sind und deshalb ausgeschlossen wurden.
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Basierend
auf diesem Stand der Technik besteht somit der Wunsch, ein Röntgentarget
zu schaffen, das einen kleinen Brennfleck bei hoher Strahlungsenergie
ermöglicht und gleichzeitig den Wärmeeintrag in
das Target minimiert.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Röntgentarget nach Anspruch 1 und
ein Verfahren nach Anspruch 16 gelöst.
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Der
Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Röntgentarget
zur Erzeugung einer Röntgenstrahlung zu schaffen, wobei
die Röntgenstrahlung durch einen auftreffenden Elektronenstrahl
in dem Röntgentarget erzeugt wird und das Röntgentarget
eine längliche Ausdehnung aufweist. Die längliche
Ausdehnung kann beispielsweise dadurch definiert werden, dass das
Röntgentarget eine Querschnittsfläche A senkrecht
zum Elektronenstrahl aufweist und eine Längsausdehnung
L parallel oder entlang zum Elektronenstrahl aufweist, wobei die Querschnittsfläche
A kleiner ist als das Quadrat der Längsausdehnung L und
der Elektronenstrahl auf die Querschnittsfläche richtbar
ist. Alternativ zu dieser Definition kann die längliche
Ausdehnung derart definiert werden, dass eine maximale Ausdehnung
des Röntgentargets entlang des Elektronenstrahls größer ist
als eine maximale Ausdehnung des Röntgentargets senkrecht
zum Elektronenstrahl.
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Mit
anderen Worten besteht die Idee der vorliegenden Erfindung somit
darin, eine Targetgeometrie zu wählen, die eine ausreichend
große Ausdehnung entlang der Richtung des Elektronenstrahls
aufweist, um eine entsprechend große Effizienz zu erreichen.
Gleichzeitig soll in den zum Elektronenstrahl senkrechten Richtungen
für die Bremsstrahlungsentstehung durch die Elektronen
nur ein begrenzter Raum zur Verfügung stehen. Das hat zur
Folge, dass durch die gewählte seitliche Ausdehnung die
mögliche Brennfleckgröße nach oben limitiert
ist. Dies bedeutet gleichzeitig, dass die Brennfleckgröße über die
seitliche Ausdehnung (Querschnittfläche) geeignet eingestellt
werden kann – beispielsweise unterhalb eines vorbestimmten
Wertes liegt (z. B. kleiner 2 mm oder kleiner 1 mm).
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Ausführungsbeispiele
weisen dazu anstelle eines flächigen Transmissionstargets,
wie es beispielsweise in konventionellen Röntgentargets
verwendet wird, ein drahtartiges oder stabförmiges Röntgentarget
auf, welches ein schweres Material (mit hoher Kernladungszahl wie
beispielsweise Wolfram) aufweist und im Linearbeschleuniger in den Elektronenstrahl
einbringbar ist. Der Elektronenstrahl verläuft dabei im
Wesentlichen parallel zur Längsachse des Drahtes/Stabes.
Dieses Röntgentarget kann optional zylinder- oder quaderförmig
sein, wobei die Längsachse wiederum parallel zur Elektronenstrahlrichtung
angeordnet wird.
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Bei
weiteren Ausführungsbeispielen wird das Röntgentarget über
Fäden an einem Rahmen fixiert, wobei die Fäden
optional ein Material mit niedriger Kernladungszahl aufweisen. Die
Dimensionierung der Fäden kann beispielsweise derart gewählt
werden, dass eine Wechselwirkung der geladenen Teilchen (z. B. der
Elektronen) mit den Drähten weitestgehend unterdrückt
werden kann. Optional können die Drähte ferner
eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung umfassen ebenfalls ein Verfahren zum
Erzeugen einer Röntgenstrahlung mittels eines Röntgentargets,
das eine Querschnittsfläche A und eine Längsausdehnung
L mit A < L2 aufweist. Das Verfahren umfasst ein Richten
des Elektronenstrahls auf die Querschnittsfläche A und
ein Ablenken der Elektronen nach der Erzeugung der Röntgenstrahlung
mittels eines Magnetfelds.
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Die
Elektronen des Elektronenstrahls können beispielsweise
nach einem Passieren einer gradlinigen oder kreisförmigen
Beschleunigungsstrecke auf das Röntgentarget treffen und
nach dem Verlassen des Röntgentargets erfolgt die Ablenkung durch
das Magnetfeld.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung weisen gegenüber herkömmlichen
Röntgentargets eine Reihe von Vorteilen auf. Beispielsweise wird
eine Brennfleckgröße erreicht, die im Gegensatz zu
herkömmlichen Targets nicht durch die Ausdehnung (senkrecht
zur Ausbreitungsrichtung) des Elektronenstrahls, sondern durch den
Durchmesser (Querschnittsfläche) des Drahtstückes
vorgegeben ist. Diese Limitierung der Brennfleckgröße
hat beispielsweise die folgende Ursache. Die Elektronen besitzen
eine im Vergleich zu den Festkörperatomen sehr geringe
Masse, was dazu führt, dass die Elektronen im Festkörper
einen großen Streuwinkel erfahren. In einem konventionellen
Flächentarget, wo die Ausdehnung der Querschnittsfläche
deutlich größer ist als die Längsausdehnung,
wird somit die Bremsstrahlung in Regionen erzeugt, die zum Teil sehr
weit von dem ursprünglichen Strahleintrittsort gelegen
sind. Diese weit von der Einstrahlachse erzeugte Bremsstrahlung
führt zu einer Vergrößerung des Brennflecks.
Diese Aufweitung des Brennflecks wird durch Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung, die beispielsweise ein Drahttarget nutzen, vermieden,
wobei die Brennfleckgröße beispielsweise durch
den Drahtdurchmesser flexibel festgelegt werden kann.
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Ein
zweiter Vorteil von Ausführungsbeispielen besteht darin,
dass auf eine aktive Kühlung des Targets verzichtet werden
kann. Die Energie der beschleunigten Elektronen wird im Festkörper
nämlich durch zwei verschiedene Prozesse abgegeben: durch
den Strahlungsbremsprozess und den Stoßbremsprozess. Der
Strahlungsbremsprozess ist für die Erzeugung von Bremsstrahlung
verantwortlich. Hierbei wird keine oder kaum Energie in Form von Wärme
an das Target abgegeben. Beim Stoßbremsprozess wird stattdessen
keine oder kaum Bremsstrahlung erzeugt, sondern die Energie der
Elektronen wird in Form von Wärme an das Target abgegeben.
Die Wechselwirkungsquerschnitte und damit die Wahrscheinlichkeiten
beider Prozesse sind energieabhängig. Die Wahrscheinlichkeit
für Strahlungserzeugung ist bei hohen Elektronenenergien
hoch und nimmt mit abnehmender kinetischer Energie der Elektronen
ab. Die Elektronen deponieren also prozentual immer mehr Energie
in Form von Wärme im Material, je langsamer (niederenergetischer)
sie werden. Es ist daher von Vorteil, dass die Elektronen nach einigen
Wechselwirkungen das Target wieder verlassen und nicht weiter Wechselwirken.
Die Anzahl der Wechselwirkungen ist durch das geringe Volumen des
Targets bei den Ausführungsbeispielen begrenzt. Die verbleibende
Energie der Elektronen kann optional in einem Absorberblock in Wärme
umgewandelt werden, wobei der Absorberblock ausgebildet ist, um
die entstehende Wärme gut abzuleiten.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Röntgentargets gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung für ein konventionelles Röntgentarget;
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3a und 3b Raumdarstellungen
von Röntgentargets gemäß weiterer Ausführungsbeispiele;
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4 eine
schematische Darstellung einer Befestigung des Röntgentargets;
und
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5 eine
Querschnittsansicht durch einen Linearbeschleuniger mit einem Röntgentarget
gemäß Ausführungsbeispielen.
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Bezüglich
der nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei
den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleiche oder
gleichwirkende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen aufweisen
und somit die Beschreibung dieser Funktionselemente in den verschiedenen
Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar sind.
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1 zeigt
ein Röntgentarget 110, welches zur Erzeugung einer
Röntgenstrahlung 120 durch einen auf das Röntgentarget 110 auftreffenden
Elektronenstrahl 130 dient, wobei das Röntgentarget 110 senkrecht
zum Elektronenstrahl 130 eine Querschnittsfläche
A aufweist und entlang des Elektronenstrahls 130 eine Längsausdehnung
L aufweist. Der Elektronenstrahl 130 ist auf die Querschnittsfläche
A richtbar, so dass der Elektronenstrahl 130 durch die
Querschnittsfläche A in das Röntgentarget 110 eindringt.
Das Röntgentarget 110 weist dabei eine längliche
Form auf, die dadurch definiert werden kann, dass die Querschnittsfläche
A kleiner ist als das Quadrat der Längsausdehnung L (A < L2).
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Die
Röntgenstrahlung 120 wird in einer Ursprungsregion
R durch das Auftreffen der Elektronen e– in
dem Elektronenstrahl 130 auf Atome des Röntgentargets 110 verursacht
(durch den Bremsstrahlungseffekt), wobei die Erzeugung der Röntgenstrahlung
besonders effizient verläuft, wenn die Elektronen eine
hohe Energie aufweisen, wobei hingegen bei niedriger Energie verstärkt
Gitterschwingungen der Kristallatome in dem Röntgentarget
angeregt werden (d. h. Wärme erzeugt wird).
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1 zeigt
ebenfalls einen Brennfleck B, der die Region markiert, in der Röntgenstrahlung
erzeugt wird. Für fast alle Anwendungen ist es sinnvoll,
einen Brennfleck B zu erzeugen, der möglichst klein ist,
so dass die Röntgenquelle als nahezu punktförmig
angesehen werden kann. Diesem Ziel dient auch die drahtförmige
Ausgestaltung des Röntgentargets 110, die zur
Folge hat, dass die Region R, innerhalb derer die Röntgenstrahlung 120 erzeugt
wird, eine maximale Ausdehnung senkrecht zum einfallenden Elektronenstrahl 130,
die durch die Querschnittsfläche A gegeben ist, aufweist.
Da diese seitliche Ausdehnung der Region R begrenzt ist, ist somit
auch der Brennfleck B begrenzt.
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Nachdem
die Röntgenstrahlung erzeugt wurde, verlassen die Elektronen
wieder das Röntgentarget 110 und werden zu einem
Elektronenabsorber (Elektronenfalle) abgelenkt.
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2 zeigt
ein konventionelles Röntgentarget, welches im Vergleich
zu dem Ausführungsbeispiel, welches in der 1 gezeigt
ist, eine deutlich größere Region R1 aufweist,
innerhalb derer die Röntgenstrahlung 120 entsteht.
Folglich ist auch der Brennfleck B1, auf der die Röntgenstrahlung 120 das konventionelle
Röntgentarget verlässt, deutlich größer.
Das konventionelle Röntgentarget ist flächenförmig
ausgestaltet, so dass die Querschnittsfläche A, auf die
der Elektronenstrahl 130 auf das Röntgentarget
auftrifft, deutlich größer ist als die Längsausdehnung
L, die parallel zum Elektronenstrahl 130 verläuft.
Die flächenförmige Ausgestaltung des konventionellen
Röntgentargets hat zur Folge, dass die Röntgen-Ursprungsregion
R1 in den Richtungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Elektronen deutlich
größer ist, als es bei Ausführungsbeispielen der
vorliegenden Erfindung (siehe 1) der Fall
ist. Eine der Ursachen für diese Ausweitung ist die starke Streuung
der Elektronen an den Gitteratomen.
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Ferner
erfolgt bei dem konventionellen Röntgentarget die Abbremsung
der Elektronen vollständig innerhalb des Röntgentargets
bzw. in einem dahinter angeordneten Substrat. Im Vergleich dazu
erfolgt bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die
thermische Umwandlung der kinetischen Energie der Elektronen nicht
in dem Röntgentarget 110 oder in einem dazu angrenzenden
Substrat, sondern die Elektronen e– verlassen
im Allgemeinen nach dem Erzeugen der Röntgenstrahlung 120 das
Röntgentarget 110 wieder und bewegen sich weiter
innerhalb der Röntgenröhre oder des Linearbeschleunigers, um
beispielsweise nach einer Ablenkung durch ein magnetisches Feld
in der Elektronenfalle (Absorberblock) eingefangen zu werden und
dort die kinetische Energie in Form von Wärme abgeben.
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Die 3a, 3b zeigen
mögliche Ausgestaltungen der Querschnittsfläche
A.
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3a zeigt
eine quaderförmige Ausgestaltung des Röntgentargets 110,
wobei gemäß Ausführungsbeispielen die
Längsausdehnung L größer ist als die
maximale Ausdehnung D der Querschnittsfläche A (z. B. größer
ist als ein maximaler Durchmesser der Querschnittsfläche
A).
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3b zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Querschnittsfläche
A kreisförmig ist, so dass das Röntgentarget 110 eine
zylinderförmige Form aufweist, wobei wiederum die Längsausdehnung
L größer ist als der Durchmesser oder die maximale
Ausdehnung D der Querschnittsfläche A.
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Die 3a und 3b zeigen
lediglich zwei Beispiele bei der Ausgestaltung der Querschnittsfläche
A, wobei weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten (z. B. eine
ovale oder sechseckförmige) möglich sind.
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Bei
weiteren Ausführungsbeispielen ist es ferner möglich,
dass die Querschnittsfläche A nicht konstant bleibt über
die Längsausdehnung L, sondern dass beispielsweise sich
die Querschnittsfläche A in Richtung der Längsausdehnung
L verkleinert oder vergrößert.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für eine Befestigung des
Röntgentargets 110 mittels Fäden 210 und 230,
die das Röntgentarget 110 in senkrechter Richtung
zu dem Elektronenstrahl 130 fixieren. Dazu sind nahe der
Querschnittsfläche A vier Fäden 210a, 210b, 210c, 210d an
dem Röntgentarget 110 befestigt, die ihrerseits
wiederum mit einer Ringhalterung 220 (Rahmen) verbunden
sind. In gleicher Art und Weise sind an der der Querschnittsfläche
A gegenüberliegenden Seite des Röntgentargets 110 vier weitere
Fäden 230a, 230b, 230c, 230d zwischen dem
Röntgentarget 110 und einem weiterem Rahmen 240 aufgespannt.
Die vier Fäden 210 und vier weiteren Fäden 230 können
dabei beispielsweise in einem Winkelabstand von jeweils 90° zueinander
das Röntgentarget 110 kontaktieren. Bei weiteren
Ausführungsbeispielen kann die Anzahl der Fäden 210, 230 verändert
werden – zum Beispiel können jeweils drei Fäden
in einem Winkelabstand von 120° zueinander angeordnet werden.
Optional könne auch noch mehr Fäden verwendet
werden, um beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit
zu verbessern.
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Die
Befestigung oder Stabilisierung des Röntgentargets 110,
wie es in der 4 gezeigt ist, erfolgt somit
durch dünne Fäden aus einem festen Material, das
beispielsweise eine niedrige Kernladungszahl Z (niedriger als die
des Röntgentargets 110) aufweist. Außerdem
können die Fäden 210, 230 einen
hohen Schmelzpunkt und eine hohe Wärmeleitfähigkeit
aufweisen. Als ein beispielhaftes Material könnten dafür
Kohlenstofffasern genommen werden. Die Positionierung der Fäden 210, 230 sollte
fein justierbar sein, wie es beispielsweise durch die Fixierung
des Röntgentarget 110 an den äußeren
Rahmen 220, 240 möglich ist. Die äußeren
Rahmen 220, 240 können dann beispielsweise
so angeordnet sein, dass das Röntgentarget 110 im
Elektronenstrahl 130 derart justiert wird, dass der Elektronenstrahl 130 auf die
Querschnittsfläche A ausgerichtet ist.
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Beschleunigte
Elektronen, die nicht mit dem Röntgentarget 110 Wechselwirken,
sollten nicht auf das Strahlenaustrittsfenster für die
Röntgenstrahlung 120 prallen, sondern stattdessen
durch ein Magnetfeld auf einen so genannten Beam Dump (Absorberblock)
gelenkt werden. Damit wird die Entstehung eines diffusen Röntgenhintergrundes
vermieden.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind insbesondere für die Verwendung
in einem Linearbeschleuniger vorteilhaft.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für einen Linearbeschleuniger,
der ein Röntgentarget 110 gemäß Ausführungs beispielen
aufweist. Der Linearbeschleuniger in der 5 weist
ein Gehäuse 310 auf, welches einen evakuierten
Hohlraum 312 luftdicht verschließt, so dass darin
ein Vakuum ausgebildet werden kann. Das Röntgentarget 110 kann
wiederum mittels der Fäden 210 und 230 an
den Rahmen 220 und 240 befestigt werden und ist
derart justiert, dass der Elektronenstrahl 130 auf die
Querschnittsfläche A trifft. Der Linearbeschleuniger weist ferner
eine Elektronenquelle 320 (z. B. Heizdraht) und an einer
dazu gegenüberliegenden Seite ein Röntgenaustrittsfenster 410 (Strahlenaustrittsfenster)
auf, durch das die entstehende Röntgenstrahlung 120 austritt.
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Die
Elektronenquelle 320 wird über zwei Anschlüsse 322 und 324 kontaktiert
und die frei werdenden Elektronen werden in einer (gradlinigen)
Beschleunigungsstrecke 420 durch Beschleunigungselektroden 332a–d
und 334a–d beschleunigt. Dazu kann an den Beschleunigungselektroden 332 und 334 beispielsweise
eine Wechselspannung angelegt werden, die eine alternierende Polarität
zwischen den Beschleunigungselektroden 332 und 334 entlang
der Beschleunigungstrecke 420 erzeugt, so dass die Elektronen
beschleunigt werden. Zum Beispiel kann zunächst an den
ersten Beschleunigungselektroden 332a, 334a ein
positives Potential anliegen, an den zweiten Beschleunigungselektroden 332b, 334b ein
negatives Potential, an den dritten Beschleunigungselektroden 332c, 334c wiederum ein
positives Potential und an den vierten Beschleunigungselektroden 332d, 334d wiederum
ein negatives Potential anliegen. Diese Polarität wechselt
dann mit der Frequenz der angelegten Wechselspannung. Da der Abstand
zwischen benachbarten Beschleunigungselektroden 332, 334 entlang
der Beschleunigungsstrecke 420 zunimmt, bewirkt dies eine
beschleunigte Bewegung der Elektronen.
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Die
Anzahl der Beschleunigungselektroden 332, 334 kann
bei weiteren Ausführungsbeispielen unterschiedlich gewählt
werden, wobei nicht nur die Anzahl entlang der Beschleunigungsstrecke 420 variiert
werden kann, sondern an einem gegebenen Ort senkrecht zur Ausbreitung
können mehr als die zwei Beschleunigungselektroden 332 und 334 angeordnet sein.
Außerdem können die Beschleunigungselektroden 332 und 334 auch
zylinderförmig um den Elektronenstrahl 130 ausgebildet
sein (so dass die z. B. die Beschleunigungselektroden 332a und 334a zu
ein und derselben Elektrode gehören).
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Nachdem
die Elektronen in dem Beschleunigungsabschnitt 420 beschleunigt
wurden, trifft der Elektronenstrahl 130 auf das Röntgentarget 110.
In dem Röntgentarget 110 erfolgt die Umwandlung
der kinetischen Energie der Elektronen in Röntgenstrahlung 120,
die das Röntgentarget 110 hauptsächlich
in einer Richtung des Elektronenstrahls 130 wiederum verlässt
(wegen der Impulserhaltung unter der Annahme, dass kein oder kaum
ein Impulsübertrag an das Röntgentarget 110 erfolgt).
Nach dem Passieren einer Ablenkregion 430 verlässt
die Röntgenstrahlung 120 das Strahlenaustrittsfenster 410 des
Gehäuses 310.
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Wie
oben beschrieben geben die Elektronen ihre Energie nicht vollständig
innerhalb des Röntgentargets 110 ab, sondern verlassen
das Röntgentarget 110 wiederum und werden in der
Ablenkregion 430 durch ein Magnetfeld abgelenkt. Das Magnetfeld
ist dazu senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Elektronen ausgerichtet,
so dass die Elektronen nicht das Strahlenaustrittsfenster 410 passieren,
sondern auf einen Absorberblock 440 treffen und dort ihre
restliche kinetische Energie in thermische Energie umwandeln. Die
Elektronen in dem Absorberblock 440 werden schließlich über
einen Anschluss 450 abgeführt.
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Zusammenfassend
weisen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
ein drahtartiges Röntgentarget 110 auf, das zur
Erzeugung von Röntgenstrahlung 120 durch einen
Beschuss von beschleunigten Elektronen dient. Das drahtartige Röntgentarget
kann beispielsweise dadurch definiert werden, dass der Querschnitt
A gering ist im Vergleich zur Längsausdehnung L, wobei
das drahtartige Röntgentarget 110 auch zylinder-
oder quaderförmig ausgestaltet sein kann. Der Durchmesser
oder die maximale Ausdehnung D der Querschnittsfläche A
des Röntgentargets 110 kann beispielsweise kleiner
als 3 mm oder kleiner als 1 mm sein oder in einem Bereich zwischen
0,05 mm und 3 mm oder in einem Bereich zwischen 0,1 und 1 mm liegen.
Die Querschnittsfläche A kann somit beispielsweise kleiner
als 0,01 mm2 oder kleiner als 1 mm2 sein oder in einem Bereich zwischen 0,01
und 1 mm2 liegen. Die Längsausdehnung
L kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,5 und 20 mm oder
in einem Bereich zwischen 1 und 10 mm liegen. Abgesehen von der
Verwendung des Röntgentargets 110 innerhalb eines
Linearbeschleunigers kann das Röntgentarget auch in herkömmlichen
Röntgenröhren oder in Betatrons verwendet werden.
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Die
herausragenden Vorteile des erfindungsgemäßen
Röntgentargets 110 liegen dabei zum einen in der
Realisierung eines sehr kleinen Brennflecks B, was eine deutliche
Verbesserung des Röntgenbildes (größere
Schärfe) zur Folge hat. Ein weiterer Vorteil von Ausführungsbeispielen
liegt darin, dass die Elektronen innerhalb des Röntgentargets
lediglich die Röntgenstrahlung erzeugen, jedoch die thermische
Umwandlung der Restenergie der Elektronen nicht in dem Röntgentarget 110 oder
in einem dazu in Kontakt befindlichen Substrat erfolgen, sondern
dass die Elektronen nach dem Erzeugen der Röntgenstrahlung 120 das
Röntgentarget 110 wiederum verlassen und mittels
eines Magnetfelds beispielsweise einem Absorberblock 440 zugeführt
werden und dort die thermische Umwandlung der Restenergie der Elektronen
erfolgt.
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Weitere
denkbare Materialien für das Röntgentarget 110 wären
beispielsweise: Molybdän (Mo), Rhodium (Rh), Wolfram (W),
Rhenium (Re), Platin (Pt), Gold (Au). Die Fäden 220, 240 können
beispielsweise folgende Materialien aufweisen: Kohlenstofffaser,
Beryllium, Graphit, Siliziumcarbid etc.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Novel
X-ray source based an a tabletop synchrotron and its unique features”,
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 199 (2003),
p 509–516 [0010]