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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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In H. Yamada et al.: „Portable Synchrotron Hard X-ray Source MIRRORCLE-6X for X-ray Imaging” (Proc. 8th Int. conf. X-ray Microscopy, IPAP conf. Series 7, 2006, S. 130–132) wird ein Röntgentarget offenbart, welches für mobile Synchrotrone verwendet wird und aufgrund der kleinen Ausdehnung der Targets eine sehr stark fokussierte und kohärente Röntgenstrahlung erzeugt. Das genutzte Röntgentarget weist dabei einen Durchmesser auf, der 10 μm (oder noch kleiner) bezüglich der Richtung senkrecht zum einfallenden Elektronenstrahl ist.
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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 13 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 Ausführungsbeispielen 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.
