DE102010019286A1 - X-ray source for use in radiography for imaging during therapy, has guiding coil pair for producing magnetic field for guiding electron beam such that electron beam pulses alternatively hit at different targets - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Röntgenquelle und ein Verfahren zum Betrieb einer Röntgenquelle mit gepulster Elektronenstrahlung und mit mehreren unterschiedlichen Targets.The invention relates to an X-ray source and a method for operating an X-ray source with pulsed electron radiation and with a plurality of different targets.
Bei einer Röntgenquelle handelt es sich um eine Elektronenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlen. Die Quelle besteht in ihrer einfachsten Form aus einer Kathode und einer Anode, die in einem Vakuum innerhalb eines abgedichteten Glas- oder Metallkörpers eingeschmolzen sind.An X-ray source is an electron tube for generating X-rays. The source, in its simplest form, consists of a cathode and an anode which are sealed in a vacuum within a sealed glass or metal body.
Von der Kathode werden durch Erhitzen Elektronen emittiert, die durch ein Hochspannungsfeld zur Anode hin beschleunigt werden. Die durch Beschleunigung hochenergetischen Elektronen dringen in das Anodenmaterial ein. Dabei werden sie abgebremst und erzeugen drei verschiedene Strahlungsarten: die sogenannte charakteristische Röntgenstrahlung, eine Bremsstrahlung und die Lilienfeldstrahlung.From the cathode are emitted by heating electrons, which are accelerated by a high voltage field to the anode. The high-energy electrons penetrate into the anode material. They are decelerated and produce three different types of radiation: the so-called characteristic X-radiation, a bremsstrahlung and the lily field radiation.
Besonders hohe Energien können mit einem Elektronen-Linearbeschleuniger erzeugt werden, bei dem die Elektronen in einem Hochfrequenzfeld beschleunigt werden. Dadurch entsteht ein gepulster Elektronenstrahl der auf ein Target der Röntgenquelle trifft.Particularly high energies can be generated with an electron linear accelerator, in which the electrons are accelerated in a high-frequency field. This creates a pulsed electron beam which strikes a target of the X-ray source.
Hochenergetische Röntgenstrahlung (= Photonenstrahlung) verschiedener Energie wird in vielen Bereichen zur Durch- oder Bestrahlung eingesetzt, beispielsweise zur Bildgebung in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung oder zur Bildgebung und zur Therapie in der Medizin. Die Photonenstrahlung wird durch Abbremsung (= Bremsstrahlung) eines Strahls schneller Elektronen in einem Target erzeugt. Die so erzeugten Photonen haben eine spektrale Verteilung, deren maximale Energie der Energie der beschleunigten Elektronen entspricht.High-energy X-radiation (= photon radiation) of various energies is used in many areas for transmission or irradiation, for example for imaging in non-destructive materials testing or for imaging and therapy in medicine. The photon radiation is generated by deceleration (= bremsstrahlung) of a beam of fast electrons in a target. The photons thus generated have a spectral distribution whose maximum energy corresponds to the energy of the accelerated electrons.
Das Bremsstrahlenspektrum lässt sich durch eine Änderung der Elektronenenergie (z. B. 1 MeV bis 6 MeV) bzw. durch das Material des Targets und dessen Dicke verändern. Dabei wird die mittlere Energie des Bremsstrahlenspektrums verschoben, wodurch sich das Transmissionsverhalten eines bestrahlten bzw. durchstrahlten Objekts ändert. Die Transmission von Materie für Photonenstrahlung im keV- und MeV-Bereich wird im Wesentlichen von der Materie selbst als auch der Photonenenergie bestimmt. Die Änderung der Energieverteilung der Bremsphotonen kann bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung zur Materialerkennung genutzt, oder aber bei der Bildgebung zur Änderung des Bildkontrasts verwendet werden.The brake beam spectrum can be changed by a change in the electron energy (eg 1 MeV to 6 MeV) or by the material of the target and its thickness. In this case, the average energy of the Bremsstrahlenspektrums is shifted, which changes the transmission behavior of an irradiated or irradiated object. The transmission of matter for photon radiation in the keV and MeV range is essentially determined by the matter itself as well as the photon energy. The change in the energy distribution of the Bremsphotonen can be used in the non-destructive material testing for material detection, or used in imaging to change the image contrast.
Um eine Änderung der Bremsstrahlung zu erreichen, wird in der Regel die Beschleunigungsenergie der Elektronen verändert, wodurch die obere Grenzenergie des Bremsspektrums verschoben wird. Die dazu erforderliche Energieumschaltung ist aufwendig, da die Beschleunigungsenergie der Elektronen primär durch eine Änderung der Amplitude von E-Feldern im Beschleuniger erreicht wird. Die E-Felder müssen in sehr kurzen Zeitabständen von aufeinander folgenden Strahlungspulsen umgeschaltet werden.In order to achieve a change in the Bremsstrahlung, the acceleration energy of the electrons is usually changed, whereby the upper limit energy of the brake spectrum is shifted. The energy switching required for this purpose is complicated, since the acceleration energy of the electrons is achieved primarily by a change in the amplitude of E fields in the accelerator. The E-fields must be switched in very short time intervals of successive radiation pulses.
Unterschiedlich beschleunigte Elektronen pro Puls bewirken durch ihre Wechselwirkung im Target Strahlungspulse mit unterschiedlich ausgedehnten Energiespektren. Der Bremsstrahlungsoutput eines Targets kann nur auf eine bestimmte Einschussenergie von geladenen Teilchen optimiert werden. Daher ändert sich die Energieverteilung der Bremsphotonen bei einer Änderung der Energie der auf das Target eingeschossenen Elektronen im niederenergetischen Bereich nur mäßig.Differently accelerated electrons per pulse cause by their interaction in the target radiation pulses with different energy spectra. The bremsstrahlung output of a target can only be optimized for a certain shot energy of charged particles. Therefore, the energy distribution of the brake photons changes only moderately with a change in the energy of the electrons injected onto the target in the low-energy range.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Röntgenquelle und ein zugehöriges Verfahren zum Betrieb anzugeben, die eine rasche Energieänderung der Bremsstrahlung ermöglichen.It is an object of the invention to provide an X-ray source and an associated method for operation, which enable a rapid change in the energy of the Bremsstrahlung.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit der Röntgenquelle und dem Verfahren zum Betrieb einer Röntgenquelle der unabhängigen Patentansprüche gelöst.According to the invention, the stated object is achieved with the X-ray source and the method for operating an X-ray source of the independent claims.
Die Erfindung beansprucht 1 eine Röntgenquelle mit einem gepulsten Elektronenstrahl und mit mindestens zwei unterschiedliche Targets. Jeweils zeitlich aufeinanderfolgende Elektronenstrahlpulse des gepulsten Elektronenstrahls treffen abwechselnd auf eines der beiden Targets bzw. nicht auf dasselbe Target. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Bremsstrahlung unterschiedlicher spektraler Verteilung erzeugt werden kann. Außerdem kann durch entsprechend ausgeführter Targets die Entstehung von Bremsstrahlung verschiedener mittlerer Energien verstärkt werden. Zusätzlich lässt sich die Dosis der Photonenstrahlung bei entsprechend angepassten Targets trotz Verschiebung der mittleren Energie des Bremsspektrums konstant halten.The invention claims 1 an X-ray source with a pulsed electron beam and with at least two different targets. In each case successive electron beam pulses of the pulsed electron beam meet alternately on one of the two targets or not on the same target. The invention offers the advantage that a Bremsstrahlung different spectral distribution can be generated. In addition, the generation of bremsstrahlung of various medium energies can be enhanced by correspondingly executed targets. In addition, the dose of photon radiation can be kept constant with appropriately adjusted targets despite shifting of the mean energy of the brake spectrum.
In einer Weiterbildung der Röntgenquelle können die Targets im Takt der Elektronenstrahlpulse in den ortsfesten Elektronenstrahl bewegt werden. Dadurch ist eine einfache Realisierung möglich.In a further development of the X-ray source, the targets can be moved in time with the electron beam pulses into the stationary electron beam. As a result, a simple implementation is possible.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Elektronenstrahl im Takt der Elektronenstrahlpulse auf die ortsfesten Targets gelenkt werden. Dadurch ist eine weitere einfache und robuste Realisierung möglich.In a further embodiment, the electron beam can be directed to the stationary targets in time with the electron beam pulses. This makes a further simple and robust realization possible.
Des Weiteren kann die Röntgenquelle eine Targethaltereinheit umfassen, auf der die Targets angeordnet sind. Die Röntgenquelle umfasst außerdem eine Verstelleinheit, durch die die Targethaltereinheit derart bewegt werden kann, dass die Targets in den Elektronenstrahl ein- und auslenkbar sind.Furthermore, the x-ray source may comprise a target holding unit on which the targets are arranged. The X-ray source also comprises an adjustment unit, by means of which the Targethaltereinheit can be moved so that the targets are in the electron beam and deflected.
In einer Weiterbildung kann die Röntgenquelle eine Ablenkeinheit, beispielweise ein Ablenkspulenpaar, umfassen, durch deren magnetisches Feld der Elektronenstrahl derart ablenkbar ist, dass er auf die Targets auftrifft.In a development, the X-ray source may comprise a deflection unit, for example a deflection coil pair, through whose magnetic field the electron beam can be deflected such that it impinges on the targets.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Röntgenquelle eine Synchronisationseinheit umfassen, die die Pulsfrequenz des Elektronenstrahls mit einer Wechselfrequenz der Targets synchronisiert. Die Wechselfrequenz gibt, wie häufig die Targets gewechselt werden oder der Elektronenstrahl auf ein anderes Target bewegt wird bzw. trifft.In a further embodiment, the X-ray source may comprise a synchronization unit which synchronizes the pulse frequency of the electron beam with an alternating frequency of the targets. The frequency of change indicates how often the targets are changed or the electron beam is moved to another target.
Die Erfindung beansprucht auch ein Verfahren zum Betrieb einer Röntgenquelle, wobei zeitlich aufeinanderfolgende Elektronenstrahlpulse eines gepulsten Elektronenstrahls auf unterschiedliche Targets auftreffen.The invention also claims a method for operating an X-ray source, wherein temporally successive electron beam pulses of a pulsed electron beam impinge on different targets.
In einer Weiterbildung des Verfahrens können die Targets im Takt der Elektronenstrahlpulse in den ortsfesten Elektronenstrahl bewegt werden.In a further development of the method, the targets can be moved in time with the electron beam pulses into the stationary electron beam.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann der Elektronenstrahl im Takt der Elektronenstrahlpulse auf die ortsfesten Targets gelenkt werden.In a further embodiment of the method, the electron beam can be directed to the stationary targets in time with the electron beam pulses.
Des Weiteren können durch eine Verstelleinheit die auf einer Targethaltereinheit angeordneten Targets in den Elektronenstrahl bewegt werden.Furthermore, the targets arranged on a tar getter unit can be moved into the electron beam by means of an adjustment unit.
Außerdem kann der Elektronenstrahl durch das magnetische Feld einer Ablenkeinheit derart abgelenkt werden, dass er auf die Targets auftrifft.In addition, the electron beam can be deflected by the magnetic field of a deflection unit so that it impinges on the targets.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Pulsfrequenz des Elektronenstrahls mit einer Wechselfrequenz der Targets synchronisiert. Die Wechselfrequenz gibt, wie häufig die Targets gewechselt werden oder der Elektronenstrahl auf ein anderes Target bewegt wird bzw. trifft.In a development of the method, the pulse frequency of the electron beam is synchronized with an alternating frequency of the targets. The frequency of change indicates how often the targets are changed or the electron beam is moved to another target.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen zweier Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.Other features and advantages of the invention will become apparent from the following explanations of two embodiments with reference to schematic drawings.
Es zeigen:Show it:
Die Anode
Die Rotationsfrequenz der Targethaltereinheit
Die Anode
In einer zweiten Position trifft der nach unten ausgelenkte Elektronenstrahl
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- RöntgenquelleX-ray source
- 22
- Anodeanode
- 33
- TargethaltereinheitTarget holder unit
- 4–74-7
- Targettarget
- 88th
- Elektronenstrahlelectron beam
- 99
- KühlmittelzuführungCoolant supply
- 1010
- Verstelleinheitadjustment
- 11–1311-13
- Bremsstrahlungbremsstrahlung
- 14, 1514, 15
- Abgelenkter ElektronenstrahlDeflected electron beam
- 1616
- Vakuumgefäßvacuum vessel
- 1717
- Magnetfeldmagnetic field
- 1818
- Ablenkspulenpaar/AblenkeinheitAblenkspulenpaar / deflector
- 1919
- Richtung zur KathodeDirection to the cathode
- 2020
- Synchronisationseinheitsynchronization unit
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010019286A DE102010019286A1 (en) | 2010-05-04 | 2010-05-04 | X-ray source for use in radiography for imaging during therapy, has guiding coil pair for producing magnetic field for guiding electron beam such that electron beam pulses alternatively hit at different targets |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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2010
- 2010-05-04 DE DE102010019286A patent/DE102010019286A1/en not_active Ceased
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