DE102018125822B3 - Tomographievorrichtung und Tomographieverfahren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tomographievorrichtung und ein Tomographieverfahren zum Abbilden der inneren Struktur eines Untersuchungsobjekts, wobei ein Elektronenstrahl derart über ein erstes Target mit mehreren Durchtrittsöffnungen geführt wird, dass der Elektronenstrahl nacheinander mehrere der Durchtrittsöffnungen überstreicht, wobei an dem ersten Target erste Röntgenstrahlung zum Durchstrahlen des Untersuchungsobjekts entsteht, wenn der Elektronenstrahl abseits der Durchtrittsöffungen auf das erste Target trifft, und wobei der Elektronenstrahl durch das erste Target hindurchtritt und mittels einer zwischen das erste Target und ein zweites Target angelegten elektrischen Spannung auf das zweite Target beschleunigt wird, wenn der Elektronenstrahl auf eine der Durchtrittsöffnungen gerichtet ist, wobei an dem zweiten Target zweite Röntgenstrahlung zum Durchstrahlen des Untersuchungsobjekts entsteht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Tomographievorrichtung zur Elektronenstrahl-Röntgencomputertomographie, mittels derer eine hochqualitative Abbildung der inneren Struktur eines Untersuchungsobjekts ermöglicht ist.
  • Bei der Elektronenstrahl-Röntgencomputertomographie wird ein in einer Vakuumkammer geführter Elektronenstrahl mittels eines elektromagnetischen Ablenksystems über ein Target geführt. Das Target kann z.B. ein ringförmiges oder ringabschnittsförmiges Metalltarget sein. An der Auftreffposition des Elektronenstrahls auf dem Target entsteht Röntgenstrahlung, sodass mittels des im Wesentlichen trägheitslosen Elektronenstrahls ein schnell beweglicher Röntgenbrennfleck erzeugt werden kann. Mit der Röntgenstrahlung kann ein Untersuchungsobjekt, z.B. ein Patient, durchleuchtet werden. Die durch das Untersuchungsobjekt hindurchtretende und von diesem geschwächte Röntgenstrahlung wird mittels eines Röntgendetektors erfasst und synchron zum Ablenkwinkel gemessen, z.B. mittels eines mit leichtem axialem Versatz zum Target angeordneten kreis- oder teilkreisförmigen Röntgendetektors. Es werden Strahlschwächungsprofile bei Durchstrahlung des Untersuchungsobjekts aus unterschiedlichen Richtungen erstellt und aus den Messdaten durch Anwendung tomographischer Bildrekonstruktionsverfahren die Dichteverteilung in der durchstrahlten Schnittebene berechnet. Aus den Projektionen eines Umlaufs bzw. für mehrere Durchstrahlrichtungen kann ein überlagerungsfreies Schnittbild generiert werden. Die Elektronenstrahl-Röntgencomputertomographie wird z.B. in der medizinischen Diagnostik (z.B. zur Bildgebung des schlagenden Herzens) und in der Prozesstomographie (z.B. zum Charakterisieren von Strömungsvorgängen) eingesetzt.
  • Die Elektronen des bei der Elektronenstrahl-Röntgencomputertomographie eingesetzten Elektronenstrahls werden mittels einer vorgegebenen Beschleunigungsspannung auf eine entsprechende kinetische Energie beschleunigt und treffen anschließend unter Erzeugung von Röntgenstrahlung auf das Target auf, wobei die Energie bzw. das Energiespektrum der entstehenden Röntgenstrahlung durch die kinetische Energie der Elektronen vorgegeben ist und somit im Wesentlichen Röntgenstrahlung eines vorgegebenen begrenzten Energiebereichs vorliegt. Das als Informationsträger genutzte Röntgenbremsstrahlungsspektrum besitzt also eine fixe Form, die im Wesentlichen durch die Beschleunigungsspannung und ggf. die Vorfilterung am Strahlaustritt bestimmt wird. Die tomographische Bildgebung und die Unterscheidung unterschiedlicher Stoffe im Untersuchungsobjekt erfolgt mittels Analyse der Schwächung der Röntgenstrahlung, wobei die integrale Strahlschwächung herangezogen wird, die von der Energie der verwendeten Röntgenstrahlung und von der Ordnungszahl der durchstrahlten Materialien abhängig ist. Die erzielbare tomographische Abbildungsqualität (z.B. der Kontrast) ist somit abhängig von der Energie der verwendeten Röntgenstrahlung und der Materialzusammensetzung des durchstrahlten Untersuchungsobjekts.
  • Als Beispiel beschreiben die DE 10 2009 002 114 B4 und die DE 10 2016 101 787 A1 Anordnungen zur Elektronenstrahltomographie.
  • Je höher die Ordnungszahl des zu untersuchenden Materials ist, desto höher sollte in der Regel die Energie der verwendeten Röntgenstrahlung sein, um eine gute Abbildungsqualität zu ermöglichen. Für Materialien mit niedrigen Ordnungszahlen überwiegt z.B. für höhere Röntgenenergien der Effekt der Comptonstreuung der Röntgenphotonen gegenüber der Photoabsorption, wodurch man bei höheren Röntgenenergien Kontrast verliert. Hingegen überwiegt im Bereich niedriger Ordnungszahlen für niedrigere Röntgenenergien die Photoabsorption als Wechselwirkungsprozess, wodurch eine kontrastreiche Messung bzw. Abbildung ermöglicht wird. Die Verwendung von Röntgenstrahlung eines begrenzten Energiebereichs kann daher in einigen Fällen der Abbildungsqualität abträglich sein, z.B. bei der tomographischen Abbildung von Untersuchungsobjekten, die sowohl Bereiche mit Materialien hoher Ordnungszahlen (für welche eher hochenergetische Röntgenstrahlung geeignet wäre) als auch Bereiche mit Materialien niedriger Ordnungszahlen (für welche eher niederenergetische Röntgenstrahlung geeignet wäre) aufweisen.
  • Herkömmliche, auf Röntgenstrahlung eines einzigen begrenzten Energiebereichs basierende Elektronenstrahl-Röntgencomputertomographen sind somit nur eingeschränkt zum hochqualitativen und kontrastreichen Abbilden der inneren Struktur von Untersuchungsobjekten geeignet, wobei insbesondere für unterschiedliche abzubildende Materialien die erzielbare Abbildungsqualität variieren kann.
  • Die DE 10 2004 046 487 A1 beschreibt Multifleck-Röntgenstrahlenquellen für die computertomographische Bildgebung und Verfahren zum Gewinnen von Multi-Schichtbildern während einer einzigen Gantryumdrehung in der Com putertomographie.
  • Durch die Erfindung wird ein unkompliziert aufgebauter Elektronenstrahl-Röntgencomputertomograph bereitgestellt, mittels dessen auf einfache Art und Weise ein hochqualitatives und kontrastreiches Abbilden unterschiedlicher Materialien ermöglicht wird.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Tomographievorrichtung zur Elektronenstrahl-Röntgentomograhie bereitgestellt. Die Tomographievorrichtung kann eine Aufnahme (auch als Aufnahmeraum bezeichnet) zum Aufnehmen eines Untersuchungsobjekts darin aufweisen, das abzubildende Untersuchungsobjekt wird demgemäß in der Aufnahme positioniert.
  • Die Tomographievorrichtung weist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls auf (auch als Elektronenstrahlerzeuger bezeichnet), z.B. eine Elektronenkanone. Die Tomographievorrichtung weist zudem eine Ablenkvorrichtung zum Ablenken und geführten Bewegen des Elektronenstrahls auf. Die Ablenkvorrichtung ist zum Ablenken und Positionieren des Elektronenstrahls mittels elektrischer und/oder magnetischer Felder ausgebildet. Die Ablenkvorrichtung kann somit eine elektronenoptische Ablenkvorrichtung sein, die zum Positionieren des Elektronenstrahls mittels elektromagnetischer Felder ausgebildet ist.
  • Die Tomographievorrichtung weist mindestens ein erstes und ein zweites Target zum Abbremsen des Elektronenstrahls unter Erzeugung von Röntgenstrahlung auf. Es kann vorgesehen sein, dass die Tomographievorrichtung genau zwei Targets oder mehr als zwei Targets aufweist. Ein solches Target (Ziel bzw. Zielmaterial) ist ein Material, das zum Auftreffen des Elektronenstrahls darauf vorgesehen ist, wobei die Elektronen des Elektronenstrahls unter Erzeugung von Röntgenstrahlung abgebremst werden. Der Elektronenstrahl wird mittels der Ablenkvorrichtung zu vorgegebenen Positionen auf den Targets gelenkt. Beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf dem jeweiligen Target entsteht am Auftreffpunkt des Elektronenstrahls Röntgenstrahlung, die zum Durchstrahlen des Untersuchungsobjekts verwendet wird. Die Targets der Tomographievorrichtung können elektrisch leitfähig sein und z.B. elektrisch leitfähiges Material aufweisen oder aus elektrisch leitfähigem Material bestehen. Die Targets der Tomographievorrichtung können z.B. aus einem Metall bestehen oder eine röntgenerzeugungsaktive Schicht aus einem Metall aufweisen, wobei das Metall z.B. Wolfram sein kann.
  • Das erste Target ist von mehreren Öffnungen durchbrochen, die z.B. in Form von Schlitzen oder Durchgangslöchern ausgebildet sein können. Die Öffnungen sind zum Hindurchtreten des Elektronenstrahls vorgesehen und werden auch als Durchtrittsöffnungen oder Elektronenstrahl-Durchtrittsöffnungen bezeichnet. Je nach Ausführungsform kann das zweite Target ebenfalls mehrere Durchtrittsöffnungen zum Hindurchtreten des Elektronenstrahls aufweisen oder kann ohne derartige Durchtrittsöffnungen ausgeführt sein. Bei Ausgestaltung der Tomographievorrichtung mit genau zwei Targets ist das zweite Target bevorzugt ohne Elektronenstrahl-Durchtrittsöffnungen ausgebildet, die entlang der von dem Elektronenstrahl-Auftreffpunkt auf dem zweiten Target beschriebenen Trajektorie angeordnet sind. Bei Ausgestaltung der Tomographievorrichtung mit drei oder mehr Targets ist das zweite Target bevorzugt ebenfalls mit Elektronenstrahl-Durchtrittsöffnungen versehen, die entlang der von dem Elektronenstrahl-Auftreffpunkt auf dem zweiten Target beschriebenen Trajektorie angeordnet sind. Das erste Target kann z.B. zwischen dem Elektronenstrahlerzeuger und dem zweiten Target angeordnet sein, z.B. zwischen der Ablenkvorrichtung und dem zweiten Target.
  • Die Tomographievorrichtung ist mittels der Ablenkvorrichtung zum Führen des Elektronenstrahls entsprechend vorgegebenen Bewegungsmustern ausgebildet. Zu diesem Zweck kann die Tomographievorrichtung z.B. eine Steuervorrichtung zur Steuerung (d.h. zum Ansteuern) der Ablenkvorrichtung aufweisen. Die Steuervorrichtung ist zur Steuerung der Ablenkvorrichtung mittels Steuerungsdaten ausgebildet. Die Steuerungsdaten definieren den zeitlichen Verlauf der Ablenkung des Elektronenstrahls durch die Ablenkvorrichtung, sodass durch die Steuerungsdaten die mittels der Ablenkvorrichtung hervorgerufene Bewegungsführung des Elektronenstrahls definiert ist. Die Steuerungsdaten definieren somit auch den zeitlichen Verlauf der Auftreffposition des Elektronenstrahls auf jedem der Targets, insbesondere auf dem ersten und dem zweiten Target. Die Steuervorrichtung ist zum Ansteuern der Ablenkvorrichtung basierend auf den Steuerungsdaten derart ausgebildet, dass der Elektronenstrahl (insbesondere der Elektronenstrahl-Auftreffpunkt) den mittels der Steuerungsdaten vorgegebenen Bewegungsablauf vollführt. Die Steuerung der Ablenkvorrichtung gemäß den Steuerungsdaten kann z.B. erfolgen, indem von der Steuervorrichtung dementsprechende Steuerungssignale an die Ablenkvorrichtung übermittelt werden. Zum Übermitteln der Steuerungssignale kann die Steuervorrichtung durch eine Datenverbindung mit der Ablenkvorrichtung verbunden sein.
  • Die Tomographievorrichtung ist zum Führen des Elektronenstrahls derart ausgebildet, dass der Elektronenstrahl auf das erste Target gerichtet wird und derart über das erste Target geführt bzw. gescannt wird, dass der Elektronenstrahl mehrere (z.B. alle) der Elektronenstrahl-Durchtrittsöffnungen des ersten Targets überstreicht. Demgemäß wird der Elektronenstrahl beim Betreiben der Tomographievorrichtung also derart geführt, dass der Elektronenstrahl an einer Auftreffposition auf dem ersten Target auftrifft und die Auftreffposition eine vorgegebene Bahn auf dem ersten Target beschreibt bzw. durchläuft, wobei diese Bahn über mehrere Elektronenstrahl-Durchtrittsöffnungen hinweg verläuft.
  • Wenn der Elektronenstrahl abseits der Durchtrittsöffnungen auf das erste Target gerichtet ist (d.h. neben den Durchtrittsöffnungen auf dem ersten Target auftrifft), entsteht an dem ersten Target Röntgenstrahlung zum Durchstrahlen des Untersuchungsobjekts.
  • Wenn der Elektronenstrahl auf eine jeweilige der Durchtrittsöffnungen des ersten Targets gerichtet ist, tritt der Elektronenstrahl durch diese Durchtrittsöffnung und somit auch durch das erste Target hindurch. Das zweite Target ist derart ausgebildet und angeordnet, dass der Elektronenstrahl nach dem Hindurchtreten durch das erste Target auf das zweite Target trifft, wobei an dem zweiten Target Röntgenstrahlung zum Untersuchen des Untersuchungsobjekts entsteht. Das zweite Target ist somit derart ausgebildet und angeordnet, dass der Elektronenstrahl nach dem Hindurchtreten durch eine der Durchtrittsöffnungen, die von dem Elektronenstrahl auf dem ersten Target überstrichen werden, auf das zweite Target auftrifft und dabei Röntgenstrahlung erzeugt. Das zweite Target ist somit bezüglich der Elektronenstrahlrichtung bzw. Elektronenstrahl-Ausbreitungsrichtung hinter dem ersten Target angeordnet.
  • An dem Auftreffpunkt des Elektronenstrahls auf dem ersten bzw. zweiten Target entsteht Röntgenstrahlung, die zum Durchstrahlen des Untersuchungsobjekts verwendet wird. Die Auftreffposition des Elektronenstrahls auf dem jeweiligen Target wird auch als Elektronenstrahl-Auftreffpunkt, Elektronenstrahl-Auftreffposition, Röntgenbrennfleck oder kurz Brennfleck bezeichnet. Die von dem Elektronenstrahl-Auftreffpunkt auf dem jeweiligen Target beschriebene Bahn wird auch als Brennfleckbahn bezeichnet.
  • Indem der Elektronenstrahl mehrere Durchtrittsöffnungen des ersten Targets überstreicht, überstreicht der Elektronenstrahl sowohl die Durchtrittsöffnungen als auch die Materialstege des ersten Targets, die zwischen den Durchtrittsöffnungen ausgebildet sind. Beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf dem ersten Target wird Röntgenstrahlung an dem ersten Target erzeugt. Beim Hindurchtreten des Elektronenstrahls durch eine der Durchtrittsöffnungen des ersten Targets trifft der Elektronenstrahl auf das zweite Target auf und es wird Röntgenstrahlung an dem zweiten Target erzeugt. Somit wird bei der beschriebenen Führung des Elektronenstrahls sowohl an dem ersten als auch an dem zweiten Target Röntgenstrahlung erzeugt.
  • Je nach Dimensionierung des Elektronenstrahl-Querschnitts sind unterschiedliche Szenarien realisierbar. Wenn die Breite der zwischen benachbarten Durchtrittsöffnungen des ersten Targets angeordneten Materialstege und die Breite der Durchtrittsöffnungen (entlang der Brennfleckbahn) größer ist als der Durchmesser des Elektronenstrahls (entlang der Brennfleckbahn), dann trifft der Elektronenstrahl zeitlich nacheinander abwechselnd auf das erste und das zweite Target auf, sodass abwechselnd Röntgenstrahlung an dem ersten und dem zweiten Target erzeugt wird. Wenn die Breite der Materialstege und/oder die Breite der Durchtrittsöffnungen (entlang der Brennfleckbahn) kleiner ist als der Durchmesser des Elektronenstrahls (entlang der Brennfleckbahn), dann trifft der Elektronenstrahl jeweils anteilig zeitgleich auf das erste und das zweite Target auf, sodass gleichzeitig Röntgenstrahlung an dem ersten und dem zweiten Target erzeugt wird. Bevorzugt ist sowohl die Breite der Materialstege des ersten Targets als auch die Breite der Durchtrittsöffnungen des ersten Targets (entlang der von dem Elektronenstrahl-Auftreffpunkt auf dem ersten Target durchlaufenen Bahn) größer als der Querschnitt bzw. Durchmesser des Elektronenstrahls (entlang der von dem Elektronenstrahl-Auftreffpunkt auf dem ersten Target durchlaufenen Bahn), sodass abwechselnd Röntgenstrahlung an dem ersten und dem zweiten Target erzeugt wird.
  • Gemäß der Erfindung ist die Tomographievorrichtung (z.B. mittels einer elektrischen Spannungsquelle) zum Beaufschlagen des zweiten Targets mit einem elektrischen Potential ausgebildet, das größer ist als das elektrische Potential des ersten Targets. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Tomographievorrichtung zum Beaufschlagen des ersten Targets mit einem ersten elektrischen Potential und zum Beaufschlagen des zweiten Targets mit einem zweiten elektrischen Potential ausgebildet ist, wobei das zweite Potential größer ist als das erste Potential. Mit anderen Worten gesagt, kann die Tomographievorrichtung also zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen das erste Target und das zweite Target derart ausgebildet sein, dass das erste Target mit einem kleineren elektrischen Potential beaufschlagt wird als das zweite Target. Das erste elektrische Potential kann z.B. das Massepotential sein (auch als Erdpotential bezeichnet). Hierfür kann die Tomographievorrichtung z.B. eine elektrische Spannungsquelle aufweisen, deren Ausgänge entsprechend elektrisch leitfähig mit den Targets verbunden sind. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das zweite Target elektrisch leitfähig mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden ist, und dass das erste Target elektrisch leitfähig mit dem negativen Pol der Spannungsquelle oder mit einem Massepotential-Anschluss der Spannungsquelle verbunden ist. Somit liegt beim Betreiben der Tomographievorrichtung eine elektrische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Target vor, mittels derer die durch das erste Target hindurchgetretenen Elektronen des Elektronenstrahls unter Erhöhung ihrer kinetischen Energie von dem ersten Target aus in Richtung zu dem zweiten Target hin beschleunigt werden. Beim Betreiben der Tomographievorrichtung wird somit der Elektronenstrahl zunächst über das erste Target gescannt, wobei er (z.B. abwechselnd) die Durchtrittsöffnungen und die dazwischen liegenden Materialstege des ersten Targets überstreicht. Beim Auftreffen auf einen Materialsteg bzw. Materialabschnitt des ersten Targets weisen die Elektronen eine vorgegebene erste kinetische Energie auf und werden von dem ersten Target abgebremst, wobei an dem ersten Target Röntgenstrahlung mit einer ersten Energie bzw. in einem ersten Energiebereich entsteht. Beim Überstreichen einer Durchtrittsöffnung tritt der Elektronenstrahl durch das erste Target hindurch und die durch das erste Target hindurchgetretenen Elektronen werden unter Erhöhung ihrer kinetischen Energie in Richtung zu dem zweiten Target hin beschleunigt und treffen auf das zweite Target auf. Beim Auftreffen auf dem zweiten Target weisen die Elektronen eine zweite kinetische Energie auf und werden von dem zweiten Target abgebremst, wobei an dem zweiten Target Röntgenstrahlung mit einer zweiten Energie bzw. in einem zweiten Energiebereich entsteht. Die an dem zweiten Target vorliegende zweite kinetische Energie der Elektronen ist größer als die an dem ersten Target vorliegende erste kinetische Energie der Elektronen, sodass die an dem zweiten Target erzeugte Röntgenstrahlung eine andere Energie bzw. einen anderen Energiebereich aufweist als die an dem ersten Target erzeugte Röntgenstrahlung. Bei der beschriebenen Führung des Elektronenstrahls wird also (z.B. abwechselnd) an dem ersten Target Röntgenstrahlung einer ersten Energie und an dem zweiten Target Röntgenstrahlung einer zweiten Energie erzeugt. Das erste Target wird auch als Primärtarget bezeichnet, das zweite Target wird auch als Sekundärtarget bezeichnet. Die an dem ersten Target erzeugte Röntgenstrahlung wird auch als Primär-Röntgenstrahlung bezeichnet, die an dem zweiten Target erzeugte Röntgenstrahlung wird auch als Sekundär-Röntgenstrahlung bezeichnet. Da die Elektronen an dem zweiten Target eine größere kinetische Energie aufweisen als an dem ersten Target, kann die Sekundär-Röntgenstrahlung z.B. eine größere Energie aufweisen als die Primär-Röntgenstrahlung. Zum Beispiel kann der zweite Energiebereich (d.h. der Energiebereich der an dem zweiten Target erzeugten Röntgenstrahlung) bei höheren Energien liegen als der erste Energiebereich (der an dem ersten Target erzeugten Röntgenstrahlung).
  • Indem an dem ersten Target Röntgenstrahlung einer ersten Energie erzeugt wird und an dem zweiten Target Röntgenstrahlung einer zweiten Energie erzeugt wird, kann quasi simultan eine tomographische Charakterisierung des Untersuchungsobjekts mit zwei unterschiedlichen Röntgenstrahlungs-Energien in unterschiedlichen Energiebereichen erfolgen. Dadurch wird eine hochqualitative und kontrastreiche Abbildung der inneren Struktur des Untersuchungsobjekts ermöglicht, wobei z.B. unterschiedliche abzubildende Materialien mit gleichbleibend hoher Abbildungsqualität darstellbar sind (z.B. indem mittels der Röntgenstrahlung mit der niedrigeren Energie Bereiche mit Materialien niedrigerer Ordnungszahl kontrastreich abbildbar sind, und indem mittels der Röntgenstrahlung mit der höheren Energie Bereiche mit Materialien höherer Ordnungszahl kontrastreich abbildbar sind).
  • Die erfindungsgemäße Tomographievorrichtung erfordert zum Bereitstellen zweier unterschiedlicher Röntgenstrahlungen lediglich einen einzigen Elektronenstrahlerzeuger und eine einzige Ablenkvorrichtung, wodurch ein unkomplizierter Aufbau ermöglicht ist. Die Targets und Detektoren der Tomographievorrichtung sind statisch bzw. feststehend, d.h. werden auch beim Betreiben der Tomographievorrichtung nicht bewegt. Indem die Tomographievorrichtung mit feststehenden, unbewegten Targets und Detektoren und ohne mechanisch bewegte Komponenten realisierbar ist, kann ein unkomplizierter Aufbau zusätzlich unterstützt werden. Aufgrund des Aufbaus ohne mechanisch bewegte Komponenten (insb. ohne mechanisch bewegte Targets und Detektoren) und aufgrund des im Wesentlichen trägheitslosen und somit schnell beweglichen Elektronenstrahls ist zudem eine tomographische Abbildung mit einer hohen zeitlichen Auflösung ermöglicht.
  • Die Targets der Tomographievorrichtung können mit unterschiedlichen Formen realisiert sein. Die Targets können z.B. als teil- oder vollringförmige Targets ausgebildet sein, d.h. jeweils in Form eines teilkreisförmigen Ringabschnitts oder vollkreisförmigen Rings ausgeführt sein. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Targets als teil- oder vollringförmige Targets ausgebildet sind, deren Ringachsen bzw. Krümmungsachsen unter Ausbildung einer gemeinsamen Zentralachse zusammenfallen und die entlang dieser gemeinsamen Zentralachse hintereinander angeordnet sind. Demgemäß kann z.B. vorgesehen sein, dass das erste Target und das zweite Target jeweils teil- oder vollkreisringförmig ausgebildet sind und konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die beiden Targets mit einem Axialversatz koaxial zu einer gemeinsamen Zentralachse angeordnet sind und das zweite Target bevorzugt einen größeren Krümmungsradius aufweist als das erste Target.
  • Der Elektronenstrahlerzeuger kann derart ausgebildet sein, dass der Elektronenstrahl geradlinig in einer vorgegebenen Richtung entlang einer Gerade verlaufend aus dem Elektronenstrahlerzeuger austritt, wobei diese Richtung auch als Elektronenstrahl-Austrittsrichtung und diese Gerade auch als Elektronenstrahl-Austrittsachse bezeichnet werden. Die Elektronenstrahl-Austrittsrichtung ist also die Ausbreitungsrichtung des unabgelenkten Elektronenstrahls vor dessen Eintritt in die Ablenkvorrichtung bzw. vor dessen Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Elektronenstrahlerzeuger zum Erzeugen eines Elektronenstrahls ausgebildet, der entlang einer vorgegebenen Elektronenstrahl-Austrittsachse verlaufend aus dem Elektronenstrahlerzeuger austritt, wobei zudem die Targets als teil- oder vollringförmige Targets ausgebildet sind und derart angeordnet sind, dass ihre Ring- bzw. Krümmungsachsen mit der Elektronenstrahl-Austrittsachse zusammenfallen. In diesem Fall fällt die Zentralachse sowohl mit den Ring- bzw. Krümmungsachsen der Targets als auch mit der Elektronenstrahl-Austrittsachse zusammen, d.h. der Elektronenstrahl tritt entlang der Zentralachse verlaufend aus dem Elektronenstrahlerzeuger aus und die ring- oder teilringförmigen Targets sind konzentrisch zu der Zentralachse (bzw. mit ihrem Krümmungsmittelpunkt auf der Zentralachse liegend) angeordnet.
  • Zum Erfassen der Röntgenstrahlung weist die Tomographievorrichtung eine oder mehrere Detektorvorrichtungen auf. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Tomographievorrichtung eine erste Detektorvorrichtung zum Erfassen der an dem ersten Target generierten Röntgenstrahlung und eine zweite Detektorvorrichtung zum Erfassen der an dem zweiten Target generierten Röntgenstrahlung aufweist. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Tomographievorrichtung zum Erfassen der an dem ersten und an dem zweiten Target erzeugten Röntgenstrahlung eine gemeinsame Detektorvorrichtung aufweist. Jede derartige Detektorvorrichtung weist mehrere Detektoren zum Erfassen der Röntgenstrahlung auf, wobei die Detektoren auch als Röntgendetektoren oder Einzeldetektoren bezeichnet werden. Die Röntgendetektoren sind im Strahlengang der Röntgenstrahlung hinter dem Aufnahmeraum und somit im Strahlengang der von dem Untersuchungsobjekt geschwächten Röntgenstrahlung angeordnet, sodass von ihnen die von dem Untersuchungsobjekt geschwächte Röntgenstrahlung erfasst werden kann.
  • Eine derartige Detektorvorrichtung kann z.B. als teil- oder vollkreisförmiger Detektorbogen ausgeführt sein, wobei die Röntgendetektoren unter Ausbildung des Detektorbogens entlang eines Kreislinienabschnitts (sogenannter teilkreisförmiger Detektorbogen) oder entlang einer Kreislinie (sogenannter vollkreisförmiger Detektorbogen) aneinandergereiht angeordnet sind. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Detektorvorrichtung jeweils als teil- oder vollkreisförmiger Detektorbogen mit mehreren Röntgendetektoren ausgebildet ist.
  • Bei Ausgestaltung der Tomographievorrichtung mit teil- oder vollringförmigen Targets mit einer gemeinsamen Zentralachse kann jeder derartige Detektorbogen insbesondere derart angeordnet sein, dass seine Ring- bzw. Krümmungsachse mit der Zentralachse zusammenfällt, sodass der Detektorbogen konzentrisch zu der Zentralachse angeordnet ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass auch die Detektorvorrichtungen mit der Steuervorrichtung verbunden sind, wobei die Steuervorrichtung zum synchronisierten (zeitlich aufeinander abgestimmten) Ansteuern der Ablenkvorrichtung und der Detektorvorrichtungen ausgebildet sein kann, sodass mittels der Detektorvorrichtungen mehrere Projektionen des Untersuchungsobjekts bei unterschiedlichen Durchstrahlrichtungen erfasst werden können. Die Steuervorrichtung kann insbesondere zum dementsprechend synchronisierten Auslesen der Röntgendetektoren der Detektorvorrichtungen ausgebildet sein, sodass mittels der Detektorvorrichtungen die geschwächte Röntgenstrahlung synchron zur Durchstrahlrichtung bzw. zum Ablenkwinkel gemessen werden kann. Die Steuervorrichtung kann zudem zum Generieren der tomographischen Abbildungen ausgebildet sein und somit als kombinierte Steuer- und Auswertevorrichtung fungieren.
  • Das erste Target ist derart ausgebildet und derart (z.B. bezüglich des Elektronenstrahls) angeordnet, dass die von ihm ausgehende Röntgenstrahlung den Aufnahmeraum bzw. ein darin aufgenommenes Untersuchungsobjekt in einer ersten Ebene durchstrahlt. Das zweite Target ist derart ausgebildet und derart (z.B. bezüglich des Elektronenstrahls) angeordnet, dass die von ihm ausgehende Röntgenstrahlung den Aufnahmeraum bzw. ein darin aufgenommenes Untersuchungsobjekt in einer zweiten Ebene durchstrahlt, wobei die zweite Ebene bevorzugt parallel zu der ersten Ebene ist.
  • Mit variierender Position des Elektronenstrahl-Auftreffpunktes auf dem ersten bzw. zweiten Target verändert sich auch die Durchstrahlrichtung, in der das Untersuchungsobjekt von der Röntgenstrahlung durchstrahlt wird. Somit können mittels der Röntgendetektoren sowohl für die erste Ebene als auch für die zweite Ebene mehrere Projektionen des Untersuchungsobjekts bei unterschiedlichen Durchstrahlrichtungen erfasst werden. Eine Projektion kennzeichnet dabei das in der jeweiligen Ebene vorliegende Strahlschwächungsprofil für eine vorgegebene Durchstrahlrichtung, welches z.B. durch die Gesamtheit der Signale mehrerer oder aller der Röntgendetektoren bei der jeweiligen Durchstrahlgeometrie gegeben sein kann. Die einer gemeinsamen Ebene zugeordneten Projektionen (bei unterschiedlichen Durchstrahlrichtungen) bilden einen dieser Ebene zugeordneten Projektionsdatensatz. Mittels der Röntgendetektoren kann somit sowohl für die erste Ebene als auch für die zweite Ebene ein Datensatz von Durchstrahlprojektionen aus unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommen werden. Die Tomographievorrichtung kann somit zum Erzeugen eines der ersten Ebene zugeordneten Projektionsdatensatzes und eines der zweiten Ebene zugeordneten Projektionsdatensatzes ausgebildet sein. Aus jedem Projektionsdatensatz kann auf bekannte Art und Weise mittels tomographischer Bildrekonstruktionsverfahren die in dem zugehörigen durchstrahlten Volumen vorliegende innere Struktur des Untersuchungsobjekts überlagerungsfrei ermittelt werden und z.B. in Form eines tomographischen Bildes veranschaulicht werden.
  • Indem die an dem ersten Target erzeugte Röntgenstrahlung eine andere Energie aufweist als die an dem zweiten Target erzeugte Röntgenstrahlung, können mittels der Tomographievorrichtung Projektionsdatensätze unter Verwendung unterschiedlicher Röntgenstrahlungsenergien in unterschiedlichen Energiebereichen erfasst werden. Mittels der Tomographievorrichtung kann insbesondere für die erste Ebene ein Projektionsdatensatz unter Verwendung von Röntgenstrahlung einer ersten Energie in einem ersten Energiebereich erfasst werden und für die zweite Ebene ein Projektionsdatensatz unter Verwendung von Röntgenstrahlung einer zweiten Energie in einem zweiten Energiebereich erfasst werden. Aus jedem derartigen Projektionsdatensatz kann für die jeweilige Ebene eine zugeordnete tomographische Abbildung bzw. ein zugeordnetes tomographisches Bild (z.B. in Form eines Schnittbildes) generiert werden.
  • Der Elektronenstrahlerzeuger kann z.B. eine Kathode zum Emittieren von Elektronen aufweisen. Der Elektronenstrahlerzeuger kann z.B. eine Elektronenkanone mit einer Kathode zum Emittieren von Elektronen und einer Anode zum Extrahieren der emittierten Elektronen sein. Bei derartigen Elektronenkanonen wird bekanntermaßen an der Kathode eine relativ zu der Anode negative elektrische Spannung angelegt und dadurch die an der Kathode (z.B. unter Erwärmung, z.B. mittels Glühemission) emittierten Elektronen zu der Anode hin beschleunigt. Die Anode kann z.B. als Elektrode mit einem Loch (auch als Lochanode bezeichnet) ausgeführt sein, durch das der Elektronenstrahl hindurchtritt.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist der Elektronenstrahlerzeuger eine Kathode zum Emittieren von Elektronen auf, wobei die Tomographievorrichtung (z.B. mittels der vorstehend erwähnten Spannungsquelle) zum Anlegen einer ersten elektrischen Spannung zwischen die Kathode und das erste Target sowie zum Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung zwischen das erste Target und das zweite Target ausgebildet ist.
  • Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Elektronenstrahlerzeuger eine Elektronenkanone mit einer Kathode zum Emittieren von Elektronen und einer Anode zum Extrahieren der emittierten Elektronen ist, wobei die Tomographievorrichtung (z.B. mittels der vorstehend erwähnten Spannungsquelle) zum Anlegen einer ersten elektrischen Spannung zwischen die Kathode der Elektronenkanone und das erste Target sowie zum Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung zwischen das erste Target und das zweite Target ausgebildet ist.
  • Demgemäß kann die die Tomographievorrichtung zum Beaufschlagen des ersten Targets mit einem ersten elektrischen Potential, zum Beaufschlagen des zweiten Targets mit einem zweiten elektrischen Potential, und zum Beaufschlagen der Kathode des Elektronenstrahlerzeugers (z.B. der Kathode der Elektronenkanone) mit einem dritten elektrischen Potential ausgebildet sein. Die erste elektrische Spannung ergibt sich somit aus der Potentialdifferenz zwischen dem ersten und dem dritten Potential, die zweite elektrische Spannung ergibt sich aus der Potentialdifferenz zwischen dem zweiten und dem ersten Potential. Hierbei ist erste Potential größer als das dritte Potential, sodass die Elektronen des Elektronenstrahls zunächst von der Kathode aus in Richtung zu dem ersten Target hin beschleunigt werden. Zudem ist das zweite Potential größer als das erste Potential, sodass die durch das erste Target hindurchgetretenen Elektronen von dem ersten Target aus in Richtung zu dem zweiten Target hin beschleunigt werden. Daher wird die erste elektrische Spannung auch als erste Beschleunigungsspannung bezeichnet und die zweite elektrische Spannung als zweite Beschleunigungsspannung bezeichnet. Die Elektronen treffen mit einer der ersten Beschleunigungsspannung entsprechenden ersten kinetischen Energie auf das erste Target auf und mit einer der zweiten Beschleunigungsspannung entsprechenden zweiten kinetischen Energie auf das zweite Target auf, wobei die zweite kinetische Energie größer ist als die erste kinetische Energie. Die zweite Beschleunigungsspannung wird auch als Nachbeschleunigungs-Spannung bezeichnet, da die Elektronen durch sie nach dem Hindurchtreten durch das erste Taget eine zusätzliche Beschleunigung erfahren.
  • Indem die erste Beschleunigungsspannung zwischen die Kathode des Elektronenstrahlerzeugers und das erste Target angelegt wird, kann eine Beschleunigung der Elektronen (z.B. ausschließlich) im elektrischen Feld zwischen der Kathode und dem ersten Target erfolgen.
  • Des Weiteren kann bei Ausgestaltung des Elektronenstrahlerzeugers als Elektronenkanone mit der Kathode und einer Anode vorgesehen sein, dass die Tomographievorrichtung (z.B. mittels der Spannungsquelle) zum Beaufschlagen der Anode der Elektronenkanone und des ersten Targets mit demselben elektrischen Potential ausgebildet ist. Demgemäß kann vorgesehen sein, beim Betreiben der Tomographievorrichtung zusätzlich zu dem ersten Target auch die Anode der Elektronenkanonen mit dem ersten elektrischen Potential zu beaufschlagen. Indem die Anode der Elektronenkanone und das erste Target gleichzeitig mit demselben elektrischen Potential beaufschlagt werden, ist eine Führung des Elektronenstrahls im feldfreien Raum zwischen der Anode und dem ersten Target ermöglicht, wodurch z.B. die Anforderungen an die Ablenkvorrichtung gering gehalten werden können und somit eine Ausgestaltung mit einer unkomplizierten Ablenkvorrichtung ermöglicht ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist die Tomographievorrichtung zum Bereitstellen des ersten, zweiten und dritten elektrischen Potentials eine bipolare Gleichspannungsquelle auf. Eine bipolare Gleichspannungsquelle ist eine elektrische Spannungsquelle, von der sowohl eine positive als auch eine negative Spannung, bezogen auf ein gemeinsames Bezugs- bzw. Massepotential, bereitgestellt wird. Die bipolare Gleichspannungsquelle weist einen ersten Anschluss zum Bereitstellen eines elektrischen Bezugspotentials auf, das auch als Massepotential bezeichnet wird und dem ersten elektrischen Potential entspricht. Die bipolare Gleichspannungsquelle weist einen zweiten Anschluss zum Bereitstellen eines relativ zu dem Bezugspotential größeren elektrischen Potentials auf, das auch als Plus-Pol bezeichnet wird und dem zweiten elektrischen Potential entspricht. Die bipolare Gleichspannungsquelle weist zudem einen dritten Anschluss zum Bereitstellen eines relativ zu dem Bezugspotential kleineren elektrischen Potentials auf, das auch als Minus-Pol bezeichnet wird und dem dritten elektrischen Potential entspricht.
  • Gemäß dieser Ausführungsform ist der erste Anschluss elektrisch leitfähig mit dem ersten Target verbunden (sodass das erste Target mit dem Massepotential beaufschlagt wird), der zweite Anschluss elektrisch leitfähig mit dem zweiten Target verbunden (sodass das zweite Target mit dem zweiten Potential bzw. dem Plus-Pol beaufschlagt wird), und der dritte Anschluss elektrisch leitfähig mit der Kathode des Elektronenstrahlerzeugers verbunden (sodass die Kathode mit dem dritten elektrischen Potential bzw. Minus-Pol beaufschlagt wird). Demgemäß entspricht die erste Beschleunigungsspannung der Potentialdifferenz zwischen dem ersten und dem dritten Anschluss der bipolaren Gleichspannungsquelle, und die zweite Beschleunigungsspannung entspricht der Potentialdifferenz zwischen dem zweiten und dem ersten und Anschluss der bipolaren Gleichspannungsquelle. Indem die Spannungsbeaufschlagung der Kathode sowie des ersten und zweiten Targets mittels einer bipolaren Gleichspannungsquelle erfolgt (und z.B. nicht mittels zweier separater Spannungsquellen), kann zuverlässig eine exakte Vorgabe definierter Spannungspotentiale und damit auch der ersten und der zweiten Beschleunigungsspannung unterstützt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform, gemäß der der Elektronenstrahlerzeuger als Elektronenkanone ausgebildet ist, ist zusätzlich zu dem ersten Target auch die Anode der Elektronenkanone elektrisch leitfähig mit dem ersten Anschluss der bipolaren Gleichspannungsquelle verbunden. Demgemäß werden sowohl das erste Target als auch die Elektronenkanonen-Anode mit dem Massepotential beaufschlagt, das von der bipolaren Gleichspannungsquelle bereitgestellt wird. Indem die Anode und das erste Target mittels Verbindens mit demselben Anschluss der Gleichspannungsquelle mit einem gemeinsamen Potential beaufschlagt werden, kann insbesondere zuverlässig sichergestellt werden, dass das an der Anode anliegende Potential mit dem an dem ersten Target anliegenden Potential identisch ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform werden die in der Elektronenkanone erzeugten Elektronen also mittels einer bipolaren Hochspannungsversorgung zunächst auf ein erstes Hochspannungsniveau (z.B. das halbe Hochspannungsniveau) beschleunigt und mit (dann einfach ausführbaren) elektronenoptischen Mitteln geformt und wohlfokussiert, schnell kontinuierlich auf das erste Target abgelenkt, wobei das erste Target und die klassisch verbaute Elektrode der Elektronenkanone auf Erd- bzw. Massepotential liegen. Der kontinuierlich über das erste Target gescannte Elektronenstrahl kann sequentiell durch die in dem ersten Target (z.B. in Form von radialen Schlitzen) ausgebildeten Durchtrittsöffnungen hindurchtreten und in das zweite Beschleunigungsfeld zur Nachbeschleunigung eintreten. Nach dem Durchlaufen des zweiten Beschleunigungsfeldes trifft der Elektronenstrahl auf das zweite Target, welches seinerseits auf ein zweites Hochspannungsniveau gelegt ist, welches z.B. durch die halbe (positive) Beschleunigungsspannung gegeben ist. In der Folge entsteht eine wandernde Bremsstrahlungsquelle, welche sequentiell bzw. abwechselnd auf den beiden Targets erzeugt wird, und deren Röntgenbremsstrahlungsspektrum abwechselnd niederenergetisch bzw. „soft“ (an dem ersten Target) und hochenergetisch bzw. „hard“ (an dem zweiten Target) ist.
  • Bei der vorstehend erläuterten Ausführung der Tomographievorrichtung mit einer bipolaren Spannungsquelle werden die erste und die zweite Spannung mittels ein und derselben Spannungsquelle bereitgestellt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die zwischen der Kathode des Elektronenstrahlerzeugers und dem ersten Target (sowie bei Ausführung des Elektronenstrahlerzeugers als Elektronenkanone ggf. zwischen der Kathode und der Anode der Elektronenkanone) anliegende erste Spannung mittels einer ersten Spannungsquelle bereitgestellt wird, und dass die zwischen dem ersten und dem zweiten Target anliegende zweite Spannung mittels einer zweiten Spannungsquelle bereitgestellt wird, sodass die beiden Spannungen mittels zweier unterschiedlicher Spannungsquellen bereitgestellt werden.
  • Die Potentialdifferenz zwischen dem ersten elektrischen Potential und dem zweiten elektrischen Potential (z.B. bereitgestellt zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss der bipolaren Gleichspannungsquelle), die der zwischen dem ersten und dem zweiten Target anliegenden Beschleunigungsspannung entspricht, kann z.B. mindestens 15 kV betragen, bevorzugt mindestens 30 kV (wobei kV für Kilo-Volt steht). Die Potentialdifferenz zwischen dem dritten elektrischen Potential und dem ersten elektrischen Potential (z.B. bereitgestellt zwischen dem dritten und dem ersten Anschluss der bipolaren Gleichspannungsquelle), die der zwischen der Kathode des Elektronenstrahlerzeugers und dem ersten Target anliegenden Beschleunigungsspannung entspricht, kann z.B. mindestens 30 kV betragen, bevorzugt mindestens 40 kV.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass die (zwischen dem ersten und dem zweiten Target anliegende) zweite Beschleunigungsspannung mindestens der Hälfte der (zwischen der Kathode des Elektronenstrahlerzeugers und dem ersten Target anliegenden) ersten Beschleunigungsspannung entspricht. Demgemäß ist die kinetische Energie, mit der die Elektronen auf das zweite Target auftreffen, um mindestens 50% größer als die kinetische Energie, mit der die Elektronen auf das erste Target auftreffen.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass die zweite Beschleunigungsspannung genauso groß ist wie die erste Beschleunigungsspannung. In diesem Fall ist die kinetische Energie, mit der die Elektronen auf das zweite Target auftreffen, doppelt so groß wie die kinetische Energie, mit der die Elektronen auf das erste Target auftreffen.
  • Die vorstehend angegebenen absoluten und relativen Spannungswerte ermöglichen für viele relevante Anwendungsszenarien (z.B. zur Unterscheidung und kontrastreichen Abbildung sowohl organischer als auch anorganischer Stoffe, z.B. bei der Charakterisierung von Mehrphasenströmungen oder beim Einsatz für Gepäckscanner) eine hochqualitative Abbildung.
  • Bevorzugt sind alle Durchtrittsöffnungen identisch ausgebildet und weisen somit dieselbe Form auf. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Durchtrittsöffnungen mit rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sind. Die Durchtrittsöffnungen können z.B. in Form radialer Schlitze ausgebildet sein. Die Durchtrittsöffnungen sind zudem bevorzugt äquidistant angeordnet, sodass zwischen benachbarten Durchgangsöffnungen stets der gleiche Abstand vorliegt.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Durchtrittsöffnungen des ersten Targets jeweils mit einem sich in Richtung zu dem zweiten Target hin vergrößernden Querschnitt ausgebildet. Das erste Target weist eine dem Elektronenstrahlerzeuger zugewandte bzw. dem zweiten Target abgewandte erste Seite (auch als Vorderseite bezeichnet) und eine dem Elektronenstrahlerzeuger abgewandte bzw. dem zweiten Target zugewandte zweite Seite (auch als Rückseite bezeichnet) auf. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Durchtrittsöffnungen des ersten Targets derart ausgebildet, dass jede der Durchtrittsöffnungen an der dem Elektronenstrahlerzeuger zugewandten Seite einen kleineren Querschnitt aufweist als an der dem Elektronenstrahlerzeuger abgewandten Seite. Mit anderen Worten gesagt, sind demgemäß die Durchtrittsöffnungen des ersten Targets derart ausgebildet, dass jede der Durchtrittsöffnungen an der dem zweiten Target zugewandten Seite einen größeren Querschnitt aufweist als an der dem zweiten Target abgewandten Seite. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist also jede der Durchtrittsöffnungen an der Vorderseite des ersten Targets einen kleineren Querschnitt bzw. eine kleinere Querschnittsfläche auf als an der Rückseite des ersten Targets. Die Durchtrittsöffnungen können z.B. derart ausgebildet sein, dass der Querschnitt bzw. die Querschnittsfläche der Durchtrittsöffnungen entlang der Bewegungsrichtung der Elektronen des Elektronenstrahls (d.h. von der Vorderseite des ersten Targets zu der Rückseite des ersten Targets hin) zunimmt. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Durchtrittsöffnungen entlang der Bewegungsrichtung der Elektronen zumindest abschnittsweise oder über die gesamte Längserstreckung der Durchtrittsöffnungen zunimmt. Zudem kann z.B. vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Durchtrittsöffnungen entlang der Bewegungsrichtung der Elektronen stufenweise oder kontinuierlich zunimmt. Somit ist die Eintrittsfläche jeder Durchtrittsöffnung, die dem Elektronenstrahlerzeuger zugewandt ist und an welcher der Elektronenstrahl in die Durchtrittsöffnung eintritt, kleiner als die Austrittsfläche der Durchtrittsöffnung, die dem zweiten Target zugewandt ist und an welcher der Elektronenstrahl aus der Durchtrittsöffnung austritt. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass jede der Durchtrittsöffnungen einen sich in Richtung zu dem zweiten Target hin kontinuierlich (d.h. stufenlos) vergrößernden bzw. aufweitenden Querschnitt aufweist.
  • Durch eine derartige Form der Durchtrittsöffnungen und die damit einhergehende Form der seitlichen Begrenzungswände bzw. Begrenzungsflächen der Durchtrittsöffnungen kann eine Nachfokussierung des Elektronenstrahls ohne zusätzliche elektronenoptische Elemente ermöglicht werden. Da die Feldlinien eines elektrischen Feldes stets senkrecht auf leitende Oberflächen auftreffen, kann durch die Form derartiger Flächen der Verlauf des elektrischen Feldes beeinflusst werden, wobei das elektrische Feld wiederum die Elektronen des Elektronenstrahls beeinflusst. Die Ausgestaltung der Durchtrittsöffnungen mit kontinuierlich zunehmendem Querschnitt ermöglicht durch die damit einhergehende Form der Begrenzungsflächen einen Feldlinienverlauf derart, dass die Fokussierung des Elektronenstrahls auf das zweite Target ermöglicht bzw. unterstützt wird, ohne dass dafür zusätzliche elektronenoptische Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Target erforderlich sind.
  • Die Durchtrittsöffnungen weisen jeweils seitliche Begrenzungswände bzw. Begrenzungsflächen auf, welche von dem Material des ersten Targets gebildet sind und welche die Form der Durchtrittsöffnungen definieren. Die Durchtrittsöffnungen können mit ebenen Begrenzungsflächen und/oder mit gekrümmten Begrenzungsflächen ausgebildet sein. Dabei sind die Durchtrittsöffnungen bevorzugt derart symmetrisch ausgebildet, dass jede der Durchtrittsöffnungen spiegelsymmetrisch bezüglich einer vorgegebenen Symmetrieebene und/oder rotationssymmetrisch bezüglich einer vorgegebenen Symmetrieachse ist. Bei Ausbildung des ersten Targets als teil- oder vollringförmiges Target, das konzentrisch bezüglich einer Zentralachse angeordnet ist, kann z.B. jede der Durchtrittsöffnungen spiegelsymmetrisch zu einer Radialebene sein (wobei unter einer Radialebene eine Ebene verstanden wird, die von der Zentralachse und einer dazu senkrechten Richtung bzw. Radialrichtung aufgespannt wird).
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Durchtrittsöffnungen jeweils mit einem in Richtung zu dem zweiten Target hin kontinuierlich zunehmenden Querschnitt ausgebildet und weisen konvexe Begrenzungswände auf. Demgemäß weist eine derartige Durchtrittsöffnung konvexe seitliche Begrenzungswände auf, die in das Innere der Durchtrittsöffnung hinein gewölbt sind bzw. zum Zentrum der Durchtrittsöffnung hin gewölbt sind. Demgemäß sind die seitlichen Begrenzungsflächen der Durchtrittsöffnung in das Innere der Durchtrittsöffnung hinein gewölbt bzw. weisen eine in das Innere der Durchtrittsöffnung hineinragende Wölbung auf. Mit anderen Worten gesagt, weist die Durchtrittsöffnung selbst an einer derartigen nach innen gewölbten Begrenzungsfläche eine konkave Form auf, und komplementär dazu weist das Material des ersten Targets dort eine konvexe Form auf.
  • Eine derartige Form der Durchtrittsöffnungen ermöglicht, insbesondere in Verbindung mit den erläuterten Symmetrien, eine besonders effektive Fokussierung des Elektronenstrahls auf das zweite Target.
  • Die auf dem ersten Target auftreffenden Elektronen weisen eine andere kinetische Energie auf als die auf dem zweiten Target auftreffenden Elektronen, wodurch die an dem ersten Target generierte Röntgenstrahlung eine andere Energie bzw. ein anderes Energiespektrum aufweist als die an dem zweiten Target generierte Röntgenstrahlung. Die beim Abbremsen des Elektronenstrahls an den Targets generierte Röntgenstrahlung (z.B. deren Energie bzw. Energiespektrum) hängt zudem auch von dem Material des Targets bzw. von dem den Elektronenstrahl abbremsenden Material ab.
  • Diesbezüglich kann vorgesehen sein, dass das erste Target teilweise oder vollständig aus einem anderen Material besteht als das zweite Target. In diesem Fall kann die an dem zweiten Target generierte Röntgenstrahlung nicht nur aufgrund der unterschiedlichen kinetischen Energie der auftreffenden Elektronen eine andere Energie aufweisen als die an dem ersten Target generierte Röntgenstrahlung, sondern auch aufgrund der unterschiedlichen Materialien des ersten und des zweiten Targets. Da für die Erzeugung der Röntgenstrahlung lediglich die Materialzusammensetzung des Targets bis zu einer gewissen Tiefe (an der dem Elektronenstrahl zugewandten Targetseite) von Bedeutung ist, genügt es für die Beeinflussung der Energie der entstehenden Röntgenstrahlung durch die Materialwahl, wenn das zweite Target zumindest in einer Oberflächenschicht (an der dem Elektronenstrahl zugewandten Targetseite) ein anderes Material aufweist als das erste Target.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist daher das zweite Target ein anderes Material auf als das erste Target. Diesbezüglich kann das erste Target zumindest in einer Oberflächenschicht ein anderes Material aufweisen als das zweite Target in einer Oberflächenschicht. Das erste Target weist eine dem Elektronenstrahlerzeuger zugewandte erste Seite (auch als Vorderseite des ersten Targets bezeichnet) und eine dem Elektronenstrahlerzeuger abgewandte und dem zweiten Target zugewandte zweite Seite (auch als Rückseite des ersten Targets bezeichnet) auf. Das zweite Target weist eine dem Elektronenstrahlerzeuger und dem ersten Target zugewandte erste Seite (auch als Vorderseite des zweiten Targets bezeichnet) und eine dem Elektronenstrahlerzeuger und dem ersten Target abgewandte zweite Seite (auch als Rückseite des zweiten Targets bezeichnet) auf. Beim Betreiben der Tomographievorrichtung trifft der Elektronenstrahl somit auf der Vorderseite des ersten Targets und der Vorderseite des zweiten Targets auf.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist das erste Target zumindest an seiner Vorderseite ein anderes Material auf als das zweite Target an seiner Vorderseite, sodass das erste Target und das zweite Target zumindest an ihren dem Elektronenstrahlerzeuger zugewandten Vorderseiten aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Es kann demgemäß vorgesehen sein, dass das erste Target an seiner Vorderseite aus einem ersten Material besteht, und dass das zweite Target an seiner Vorderseite aus einem zweiten Material besteht (wobei das erste Material von dem zweiten Material verschieden ist). Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das erste Target an seiner Vorderseite eine Oberflächenschicht aufweist (welche an der Vorderseite des ersten Targets die Außenfläche des ersten Targets bildet), und dass das zweite Target an seiner Vorderseite eine Oberflächenschicht aufweist (welche an der Vorderseite des zweiten Targets die Außenfläche des zweiten Targets bildet), wobei die Oberflächenschicht des ersten Targets aus dem ersten Material besteht, und wobei die Oberflächenschicht des zweiten Targets aus dem zweiten Material besteht.
  • Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das erste Target an seiner dem Elektronenstrahlerzeuger zugewandten Vorderseite ein Material mit einer geringeren Ordnungszahl aufweist als das zweite Target an seiner dem Elektronenstrahlerzeuger zugewandten Vorderseite. Demgemäß kann vorgesehen sein, dass das erste Material eine kleinere Ordnungszahl aufweist als das zweite Material. Das erste Material kann z.B. Kupfer oder Molybdän sein, das zweite Material kann z.B. Wolfram oder Tantal sein.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das erste und das zweite Target lediglich in einer solchen Oberflächenschicht unterschiedliche Materialien aufweisen und ansonsten aus gleichen Materialien bestehen. Dies kann z.B. realisiert werden, indem das erste Target einen Grundkörper mit einer darauf aufgebrachten Oberflächenschicht aufweist und das zweite Target einen Grundkörper mit einer darauf aufgebrachten Oberflächenschicht aufweist, wobei der Grundkörper des ersten Targets aus dem gleichen Material besteht wie der Grundkörper des zweiten Targets, und wobei die Oberflächenschicht des ersten Targets aus einem anderen Material besteht als die Oberflächenschicht des zweiten Targets. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das erste und das zweite Target vollständig aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
  • Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das erste Target und das zweite Target zumindest an ihren dem Elektronenstrahlerzeuger zugewandten Vorderseiten aus dem gleichen Material bestehen, z.B. indem das erste Target und das zweite Target zumindest in einer Oberflächenschicht aus dem gleichen Material bestehen. Dies kann z.B. realisiert werden, indem das erste und das zweite Target vollständig aus dem gleichen Material bestehen. Eine andere Realisierungsmöglichkeit besteht darin, dass das erste und das zweite Target jeweils eine Oberflächenschicht aus dem gleichen Material aufweisen und ansonsten aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Gemäß diesen Targetausgestaltungen mit Oberflächenschichten aus dem gleichen Material wird die generierte Röntgenstrahlung nicht durch unterschiedliche Materialien des ersten und zweiten Targets beeinflusst, sondern lediglich durch die unterschiedliche Energie der auftreffenden Elektronen.
  • Wie vorstehend erläutert, können mittels der Tomographievorrichtung Projektionsdatensätze unter Verwendung von Röntgenstrahlung zweier unterschiedlicher Röntgenstrahlungsenergien erfasst werden. Mittels der Tomographievorrichtung kann z.B. für eine erste Ebene ein Projektionsdatensatz unter Verwendung von Röntgenstrahlung einer ersten Energie erfasst werden und für eine zweite Ebene ein Projektionsdatensatz unter Verwendung von Röntgenstrahlung einer zweiten Energie erfasst werden, wobei aus jedem derartigen Projektionsdatensatz für die jeweilige Ebene eine zugeordnete tomographische Abbildung bzw. ein zugeordnetes tomographisches Bild (z.B. in Form eines Schnittbildes) generiert werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Tomographievorrichtung zum Kombinieren einer unter Verwendung der Röntgenstrahlung der ersten Energie generierten Abbildung und einer unter Verwendung der Röntgenstrahlung der zweiten Energie generierten Abbildung zu einer einzigen Abbildung ausgebildet ist. Dementsprechend können zwei paarweise zusammengehörige Abbildungen bzw. Bilder zu einem einzigen Dual-Energie-Bild verrechnet werden.
  • Die Tomographievorrichtung kann eine Vakuumkammer aufweisen, innerhalb derer der Elektronenstahl geführt wird. Die Tomographievorrichtung kann derart ausgebildet sein, dass der Elektronenstrahl in der Vakuumkammer geführt wird, wobei die Targets innerhalb der Vakuumkammer angeordnet sind. Zudem kann vorgesehen sein, dass der Elektronenstrahlerzeuger und/oder die Ablenkvorrichtung und/oder die Detektorvorrichtungen innerhalb der Vakuumkammer angeordnet sind.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Elektronenstrahl-Röntgentomographie zum Abbilden der inneren Struktur eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt, wobei das Verfahren im Folgenden auch als Tomographieverfahren bezeichnet wird. Die vorstehend mit Bezug auf die Tomographievorrichtung beschriebenen Merkmale gelten analog für das Tomographieverfahren, sodass im Folgenden lediglich knapp auf die entsprechenden Ausgestaltungen des Tomographieverfahrens eingegangen wird und im Übrigen hiermit auf die entsprechenden Erläuterungen hinsichtlich der Tomographievorrichtung verwiesen wird.
  • Gemäß dem Tomographieverfahren wird ein Elektronenstrahl derart über ein erstes Target mit mehreren Durchtrittsöffnungen geführt, dass der Elektronenstrahl nacheinander mehrere (z.B. alle) der Durchtrittsöffnungen überstreicht. Wenn der Elektronenstrahl abseits der Durchtrittsöffungen auf das erste Target trifft, dann entsteht an dem ersten Target Röntgenstrahlung zum Durchstrahlen des Untersuchungsobjekts. Wenn der Elektronenstrahl auf eine der Durchtrittsöffnungen gerichtet ist, dann tritt der Elektronenstrahl durch das erste Target hindurch und wird mittels einer zwischen das erste Target und ein zweites Target angelegten elektrischen Spannung auf das zweite Target beschleunigt, wobei an dem zweiten Target Röntgenstrahlung zum Durchstrahlen des Untersuchungsobjekts entsteht. Ausführungsformen dieses Verfahrens - insbesondere hinsichtlich der Ausgestaltung, Anordnung und Verschaltung der Targets, des zum Erzeugen des Elektronenstrahls verwendeten Elektronenstrahlerzeugers, und der zum Erfassen der Röntgenstrahlung verwendeten Detektorvorrichtungen und hinsichtlich der zum Beschleunigen der Elektronen verwendeten elektrischen Spannungen - ergeben sich aus der entsprechenden Beschreibung der Tomographievorrichtung.
  • Durch die Erfindung können somit insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum tomographischen Messen der Röntgenschwächungsverteilung eines Untersuchungsobjekts mit sehr hoher Bildrate bereitgestellt werden. Das erfindungsgemäße Funktionsprinzip ermöglicht z.B. die Aufnahme von röntgentomographischen Datensätzen untersuchter Objekte mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung, wobei Projektionsdatensätze von zwei unterschiedlichen Bildebenen mit jeweils unterschiedlichen Röntgenenergiespektren erfasst werden können. Damit ist es möglich, in sehr kurzer zeitlicher Folge Schnittbildpaare zu erzeugen, die ein und dasselbe Untersuchungsobjekt mit unterschiedlichem Schwächungsverhalten, weil unterschiedlichen Röntgenenergien, abbilden. Dadurch können insbesondere in Strömungsprozessen organische von anorganischen Stoffen (wie z.B. Mineralöl von Wasser) mit hoher temporaler Auflösung unterschieden werden, insbesondere bei der Charakterisierung von Drei- und Mehrphasenströmungen. Durch die Erfindung wird somit auch ein schnelles Röntgentransmissionsbildgebungsverfahren ermöglicht, bei dem das Untersuchungsobjekt kurz aufeinanderfolgend mit zwei verschiedenen Röntgenenergien gescannt wird, was einen erheblichen Informationsgewinn ermöglicht.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, hierbei zeigen schematisch:
    • 1 eine seitliche Schnittdarstellung einer Tomographievorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
    • 2 eine Teildarstellung der Tomographievorrichtung nach 1 in Draufsicht,
    • 3A die Form einer Durchtrittsöffnung gemäß einer Ausführungsform in einem Radialschnitt, und
    • 3B die Form einer Durchtrittsöffnung gemäß einer Ausführungsform in einem Tangentialschnitt
  • Die 1 und 2 zeigen schematisch eine Tomographievorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform im Betrieb beim Durchführen eines Tomographieverfahrens gemäß einer Ausführungsform. Die Tomographievorrichtung 1 weist einen Aufnahmeraum 3 auf, in dem ein abzubildendes Untersuchungsobjekt 5 aufgenommen ist. Die Tomographievorrichtung 1 weist eine Vorrichtung 7 zum Erzeugen eines Elektronenstrahls 9 und eine elektronenoptische Ablenkvorrichtung 11 zum Ablenken des Elektronenstrahls 9 auf.
  • Die Tomographievorrichtung weist ein erstes Target 13 und ein zweites Taget 15 auf. Das erste Target 13 und das zweite Target 15 sind jeweils teilringförmig ausgebildet, d.h. in Form eines teilkreisförmigen Ringabschnitts. Das erste Target 13 und das zweite Target 15 sind mit einem axialen Versatz konzentrisch bezüglich einer gemeinsamen Zentralachse 17 angeordnet, d.h. die Ring- bzw. Krümmungsachsen der beiden Targets 13, 15 fallen mit der Zentralachse 17 zusammen und die beiden Targets 13, 15 sind entlang dieser Zentralachse 17 hintereinander angeordnet. Das zweite Target 15 weist einen größeren Krümmungsradius auf als das erste Target 17. Die Zentralachse 17 verläuft parallel zu der z-Achse des in den Figuren dargestellten kartesischen xyz-Koordinatensystems.
  • Das erste Target 13 ist von mehreren Durchtrittsöffnungen 19 durchbrochen, die zum Hindurchtreten des Elektronenstrahls 9 vorgesehen sind und auch als Elektronenstrahl-Durchtrittsöffnungen 19 bezeichnet werden. Die Durchtrittsöffnungen 19 sind mit identischen Formen ausgebildet und äquidistant entlang des Umfangs des von dem ersten Target 13 gebildeten Kreisabschnitts verteilt. Die Durchtrittsöffnungen 19 können z.B. in Form von Schlitzen ausgebildet sein. Das zweite Target 15 weist keine Durchtrittsöffnungen zum Hindurchtreten des Elektronenstrahls 9 auf.
  • Der Elektronenstrahlerzeuger 7 ist eine Elektronenkanone 7 mit einer Kathode 21 zum Emittieren von Elektronen und einer Anode 23 zum Extrahieren der emittierten Elektronen unter Ausbildung des Elektronenstrahls 9. Die Anode 23 ist in Form einer Lochanode ausgebildet. Die Elektronenkanone 7 ist derart angeordnet, dass der von ihr generierte Elektronenstrahl 9 (im unabgelenkten Zustand) mit der Zentralachse 17 zusammenfällt und geradlinig entlang der Zentralachse 17 verlaufend aus der Elektronenkanone 7 austritt. Der Elektronenstrahlerzeuger 7 ist somit als Elektronenkanone 7 in Form eines Axialstrahlerzeugers ausgebildet.
  • Die Tomographievorrichtung 1 weist zudem eine Steuervorrichtung 25 auf, die mit der Ablenkvorrichtung 11 verbunden ist und zum Ansteuern der Ablenkvorrichtung 11 mittels Steuerungsdaten ausgebildet ist. Die Ablenkvorrichtung 11 wird von der Steuervorrichtung 25 mittels entsprechender Steuersignale derart angesteuert, dass der Elektronenstrahl 9 an einem Auftreffpunkt 27 auf dem ersten Target 13 auftrifft und auf dem ersten Target 13 eine Bahn beschreibt, welche über die Durchtrittsöffnungen 19 hinweg verläuft. Der Elektronenstrahl 9 wird somit derart über das erste Target 13 geführt, dass der Elektronenstrahl 9 die Durchtrittsöffnungen 19 überstreicht. Der Auftreffpunkt des Elektronenstrahls 9 auf den Targets 13, 15 wird auch als Röntgenbrennfleck bezeichnet, die von dem Auftreffpunkt durchlaufenen Bahnen werden auch als Brennfleckbahnen bezeichnet.
  • Vorliegend wird der Elektronenstrahl 9 mittels der Steuervorrichtung 25 und der Ablenkvorrichtung 11 derart geführt, dass der Elektronenstrahl 9 an einem Auftreffpunkt 27 auf das erste Target 13 auftrifft und der Elektronenstrahl-Auftreffpunkt 27 auf dem ersten Target 13 eine kreisabschnittförmige Bahn 31 beschreibt bzw. durchläuft, die in einer senkrecht zur z-Richtung verlaufenden Ebene liegt und über die Durchtrittsöffnungen 19 hinweg verläuft. Die Bewegung des Elektronenstrahls 9 ist in 1 durch den bogenförmigen Pfeil 32 veranschaulicht. Die von dem Elektronenstrahl-Auftreffpunkt 27 auf dem ersten Target 13 durchlaufene Brennfleckbahn 31 ist in 2 mittels der durchbrochenen Linie 31 veranschaulicht. Der Elektronenstrahl 9 ist innerhalb eines Vakuums in einer Vakuumkammer 29 (in 1 lediglich abschnittsweise dargestellt) geführt.
  • Wenn der Elektronenstrahl 9 abseits der Durchtrittsöffnungen 19 auf das erste Target 13 gerichtet ist, d.h. neben den Durchtrittsöffnungen 19 auf dem ersten Target 13 auftrifft, entsteht an dem ersten Target 13 Röntgenstrahlung 33 zum Durchstrahlen des Untersuchungsobjekts 5. Die an dem ersten Target 13 generierte Röntgenstrahlung 33 wird auch als Primär-Röntgenstrahlung 33 bezeichnet. Die Primär-Röntgenstrahlung 33 wird von dem jeweiligen Auftreffpunkt 27 in den Aufnahmeraum 3 hinein emittiert und durchläuft den Aufnahmeraum 3 und das darin aufgenommene Untersuchungsobjekt 5. Die von den Brennfleckpositionen auf dem ersten Target 13 ausgehende Primär-Röntgenstrahlung 33 durchstrahlt das Untersuchungsobjekt 5 in einer ersten Ebene 35, die senkrecht zur z-Richtung verläuft.
  • Wenn der Elektronenstrahl 9 auf eine der Durchtrittsöffnungen 19 gerichtet ist, tritt der Elektronenstrahl 9 durch diese Durchtrittsöffnung 19 und somit auch durch das erste Target 13 hindurch. Das zweite Target 15 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass der Elektronenstrahl 9 nach dem Hindurchtreten durch eine jeweilige der Durchtrittsöffnungen 19 des ersten Targets 13 an einer Auftreffposition 37 auf das zweite Target 15 trifft. Indem der Elektronenstrahl 9 auf dem ersten Target 13 entlang der über die Durchtrittsöffnungen 19 verlaufenden Brennfleckbahn 31 geführt wird und somit nacheinander durch alle der Durchtrittsöffnungen 19 hindurchtritt, beschreibt die Elektronenstrahl-Auftreffposition 37 auf dem zweiten Target 15 eine durchbrochene, kreisabschnittförmige Brennfleckbahn 39, die in einer senkrecht zur z-Richtung verlaufenden Ebene liegt. Die von dem Elektronenstrahl-Auftreffpunkt 37 auf dem zweiten Target 15 durchlaufene Brennfleckbahn 39 ist in 2 mittels der durchbrochenen Linie 39 veranschaulicht.
  • An der Elektronenstrahl-Auftreffposition 37 auf dem zweiten Target 15 entsteht Röntgenstrahlung 39 zum Untersuchen des Untersuchungsobjekts 5. Die an dem zweiten Target 15 generierte Röntgenstrahlung 39 wird auch als Sekundär-Röntgenstrahlung 41 bezeichnet. Die Sekundär-Röntgenstrahlung 41 wird von dem Auftreffpunkt 37 in den Aufnahmeraum 3 hinein emittiert und durchläuft den Aufnahmeraum 3 und das darin aufgenommene Untersuchungsobjekt 5. Die von den Brennfleckpositionen auf dem zweiten Target 15 ausgehende Sekundär-Röntgenstrahlung 41 durchstrahlt das Untersuchungsobjekt 5 in einer zweiten Ebene 43, die senkrecht zur z-Richtung verläuft.
  • Somit wird bei der beschriebenen Führung des Elektronenstrahls 9 sowohl an dem ersten Target 13 als auch an dem zweiten Target 15 Röntgenstrahlung erzeugt. Je nach Dimensionierung des Querschnitts des Elektronenstrahls 9 relativ zu dem Querschnitt der Durchtrittsöffnungen 19 trifft entweder der Elektronenstrahl 9 zeitlich nacheinander abwechselnd auf das erste 13 und das zweite 15 Target auf, sodass abwechselnd Röntgenstrahlung an dem ersten und dem zweiten Target erzeugt wird, oder der Elektronenstrahl 9 trifft jeweils anteilig zeitgleich auf das erste 13 und das zweite 15 Target auf, sodass gleichzeitig Röntgenstrahlung an dem ersten und dem zweiten Target erzeugt wird. In 1 ist der besseren Verständlichkeit halber das Auftreffen des Elektronenstrahls 9 sowohl auf dem ersten als auch auf dem zweiten Target dargestellt.
  • Die Tomographievorrichtung 1 weist eine Hochspannungsversorgung in Form einer bipolaren Gleichspannungsquelle 45 auf. Die Spannungsquelle 45 weist einen ersten Anschluss 47 auf, an dem als erstes elektrisches Potential ein elektrisches Massepotential als Bezugspotential bereitgestellt wird, und der auch als Masseanschluss 47 bezeichnet wird (und in 1 zur Veranschaulichung mit dem Symbol für Masse bzw. Erde gekennzeichnet ist). Die Spannungsquelle 45 weist einen zweiten Anschluss 49 auf, an dem als zweites elektrisches Potential ein relativ zu dem Massepotential größeres bzw. positives elektrisches Potential bereitgestellt wird, und der auch als Plus-Pol 49 bezeichnet wird (und in 1 zur Veranschaulichung mit dem Plus-Symbol gekennzeichnet ist). Die Spannungsquelle 45 weist zudem einen dritten Anschluss 51 auf, an dem als drittes elektrisches Potential ein relativ zu dem Massepotential kleineres bzw. negatives elektrisches Potential bereitgestellt wird, und der auch als Minus-Pol 51 bezeichnet wird (und in 1 zur Veranschaulichung mit dem Minus-Symbol gekennzeichnet ist).
  • Der Masseanschluss 47 ist elektrisch leitfähig mit dem ersten Target 13 und mit der Anode 23 der Elektronenkanone 7 verbunden, sodass das erste Target 13 und die Anode 23 mit dem elektrischen Massepotential beaufschlagt werden. Der Plus-Pol 49 ist elektrisch leitfähig mit dem zweiten Target 15 verbunden, sodass das zweite Target 15 mit dem (relativ zu dem Massepotential) positiven Potential beaufschlagt wird. Der Minus-Pol 51 ist elektrisch leitfähig mit der Kathode 21 der Elektronenkanone 7 verbunden, sodass die Kathode 21 mit dem (relativ zu dem Massepotential) negativen Potential beaufschlagt wird.
  • Somit wird zwischen der Kathode 21 und dem ersten Target 13 eine erste elektrische Spannung U1 ausgebildet, die der Potentialdifferenz zwischen dem Massepotential 47 und dem negativen dritten elektrischen Potential 51 entspricht. Mittels der ersten Spannung U1 werden die Elektronen des Elektronenstrahls 9 von der Kathode 21 ausgehend zu dem ersten Target 13 hin beschleunigt, sodass die erste Spannung auch als erste Beschleunigungsspannung U1 bezeichnet wird. Zwischen dem ersten Target 13 und dem zweiten Target 15 wird eine zweite elektrische Spannung U2 ausgebildet, die der Potentialdifferenz zwischen dem positiven zweiten Potential 49 und dem Massepotential 47 entspricht. Mittels der zweiten Spannung werden die durch das erste Target 13 hindurchtretenden Elektronen des Elektronenstrahls 9 zusätzlich von dem ersten Target 13 aus zu dem zweiten Target 15 hin beschleunigt, sodass die zweite Spannung auch als zweite Beschleunigungsspannung U2 oder Nachbeschleunigungs-Spannung U2 bezeichnet wird. Der sequentiell das erste Target 13 durch die Durchtrittsöffnungen 19 passierende Elektronenstrahl 9 wird in dem von der zweiten Beschleunigungsspannung generierten Beschleunigungsfeld zu dem zweiten Target 15 hin nachbeschleunigt und trifft mit erhöhter Energie auf das zweite Target 15, sodass an dem zweiten Target 15 ein höherenergetischeres Bremsstrahlungsspektrum entsteht als an dem ersten Target 13.
  • Die zwischen dem ersten Target 13 und dem zweiten Target 15 anliegende zweite Beschleunigungsspannung bzw. Nachbeschleunigungs-Spannung U2 beträgt mindestens 15 kV, bevorzugt mindestens 30 kV. Die zweite Beschleunigungsspannung U2 ist mindestens halb so groß wie die erste Beschleunigungsspannung U1, wobei als Beispiel vorliegend die zweite Beschleunigungsspannung U2 genauso groß ist wie die erste Beschleunigungsspannung U1. Als Beispiel betragen im vorliegenden Fall sowohl die erste Beschleunigungsspannung als auch die zweite Beschleunigungsspannung 35 kV (wobei kV für Kilo-Volt steht).
  • Die Tomographievorrichtung 1 weist zum Erfassen der Primär-Röntgenstrahlung 33 eine erste Detektorvorrichtung 53 in Form eines teilkreisförmigen ersten Detektorbogens 53 auf. Die Tomographievorrichtung 1 weist zudem zum Erfassen der Sekundär-Röntgenstrahlung 41 eine zweite Detektorvorrichtung 55 in Form eines teilkreisförmigen zweiten Detektorbogens 55 auf. Der erste 53 und der zweite 55 Detektorbogen sowie das erste 13 und das zweite 15 Target sind statisch angeordnet, d.h. bewegen sich beim Betreiben der Tomographievorrichtung 1 nicht.
  • Der erste Detektorbogen 53 weist mehrere Röntgendetektoren 56 auf, d.h. mehrere separate, als Einzeldetektoren ausgeführte Röntgendetektoren. Die Röntgendetektoren 56 sind unter Ausbildung des teilkreisförmigen ersten Detektorbogens 53 entlang einer Kreislinie aneinandergereiht angeordnet, wobei der erste Detektorbogen 53 in der ersten Ebene 35 gegenüber dem ersten Target 13 angeordnet ist. Der erste Detektorbogen 53 ist derart angeordnet, dass seine Ring- bzw. Krümmungsachse mit der Zentralachse 17 zusammenfällt, sodass der erste Detektorbogen 53 konzentrisch zu der Zentralachse 17 angeordnet ist.
  • Der zweite Detektorbogen 55 weist ebenfalls mehrere Röntgendetektoren 56 auf, d.h. mehrere separate, als Einzeldetektoren ausgeführte Röntgendetektoren. Die Röntgendetektoren 56 sind unter Ausbildung des teilkreisförmigen zweiten Detektorbogens 55 entlang einer Kreislinie aneinandergereiht angeordnet, wobei der zweite Detektorbogen 55 in der zweiten Ebene 43 gegenüber dem zweiten Target 15 angeordnet ist. Der zweite Detektorbogen 55 ist derart angeordnet, dass seine Ring- bzw. Krümmungsachse mit der Zentralachse 17 zusammenfällt, sodass der zweite Detektorbogen 55 konzentrisch zu der Zentralachse 17 angeordnet ist.
  • Die Detektorvorrichtungen 53, 55 bzw. deren Röntgendetektoren 56 sind somit im Strahlengang der Röntgenstrahlung 33, 41 hinter dem Aufnahmeraum 3 und somit im Strahlengang der von dem Untersuchungsobjekt 5 geschwächten Röntgenstrahlung angeordnet. Das erste Target 13, das zweite Target 15, der erste Detektorbogen 53 und der zweite Detektorbogen 55 sind unbewegt bzw. statisch angeordnet. Die erste 53 und zweite 55 Detektorvorrichtung sind mit der Steuervorrichtung 25 verbunden, wobei die Steuervorrichtung 25 zum synchronisierten (d.h. zeitlich aufeinander abgestimmten) Ansteuern der Ablenkvorrichtung 11 und der Detektorvorrichtungen 53, 55 ausgebildet ist, sodass mittels der Detektorvorrichtungen 53, 55 sowohl für die erste Ebene 35 als auch für die zweite Ebene 43 mehrere Projektionen des Untersuchungsobjekts bei unterschiedlichen Durchstrahlrichtungen erfasst werden können. Die Steuervorrichtung 25 kann insbesondere zum dementsprechend synchronisierten Auslesen der Röntgendetektoren 56 der beiden Detektorbögen 53, 55 ausgebildet sein, sodass mittels der Detektorbögen 53, 55 die geschwächte Röntgenstrahlung synchron zum Ablenkwinkel gemessen werden kann. Die Steuervorrichtung 25 kann zudem zum Generieren der tomographischen Abbildungen ausgebildet sein und somit als kombinierte Steuer- und Auswertevorrichtung 25 fungieren.
  • Der Elektronenstrahlerzeuger 7, die Ablenkvorrichtung 11, die beiden Targets 13, 15 und die beiden Detektorvorrichtungen 53, 55 sind innerhalb der Vakuumkammer 29 angeordnet.
  • 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Tomographievorrichtung 1 nach 1 in einer Draufsicht, wobei insbesondere die teilkreisförmige bzw. teilringförmige Ausbildung der Targets 13, 15 und der Detektorbögen 53, 55 sowie deren Anordnung derart ersichtlich ist, dass ihre Ring- bzw. Krümmungsachsen mit der Zentralachse 17 zusammenfallen.
  • Das erste Target 13 weist eine der Elektronenkanone 7 zugewandte Vorderseite 57 und eine von der Elektronenkanone 7 abgewandte Rückseite 59 auf. Jede der Durchtrittsöffnungen 19 ist mit einem sich in Richtung zu dem zweiten Target 15 hin vergrößernden Querschnitt ausgebildet. Insbesondere ist jede der Durchtrittsöffnungen 19 mit konvexen, nach innen gewölbten Begrenzungswänden 61 derart ausgebildet, dass sich der Querschnitt der Durchtrittsöffnung 19 von der Vorderseite 57 zu der Rückseite 59 hin kontinuierlich vergrößert und einige oder alle der Begrenzungswände bzw. Begrenzungsflächen der Durchtrittsöffnung in das Innere der Durchtrittsöffnung 19 hinein bzw. zum Zentrum der Durchtrittsöffnung 19 hin gewölbt sind.
  • Die 3A und 3B veranschaulichen die Form der Durchtrittsöffnungen 19. 3A zeigt die Form einer Durchtrittsöffnung 19 in einem Radialschnitt (d.h. in einem Schnitt, der von der Zentralachse 17 und einem dazu senkrechten, zentral durch die Durchtrittsöffnung 19 verlaufenden Radius aufgespannt ist). 3B zeigt die Form einer Durchtrittsöffnung 19 in einem Tangentialschnitt (d.h. in einem Schnitt, der senkrecht zu dem Radialschnitt und parallel zu der z-Richtung bzw. Zentralachse 17 ist und zentral durch die Durchtrittsöffnung 19 verläuft). Wie aus den 3A und 3B ersichtlich, können die Durchtrittsöffnungen 19 im Radialschnitt und/oder im Tangentialschnitt konvexe, nach innen gewölbte Begrenzungswände 61 aufweisen. Vorliegend ist zudem jede der Durchtrittsöffnungen 19 spiegelsymmetrisch bezüglich einer Radialebene ausgebildet (d.h. spiegelsymmetrisch bezüglich einer Ebene, die von der Zentralachse 17 und einem zentral durch die jeweilige Durchtrittsöffnung 19 verlaufenden Radius aufgespannt wird), wobei jede Durchtrittsöffnung 19 an der Vorderseite 57 des ersten Targets 13 eine rechteckige Einlassöffnung und an der Rückseite 59 des ersten Targets 13 eine rechteckige Austrittsöffnung bildet.
  • Das erste Target 13 und das zweite Target 15 sind elektrisch leitfähig, z.B. indem sie aus elektrisch leitfähigem Material bestehen oder zumindest eine Oberflächenschicht aus elektrisch leitfähigem Material aufweisen, wobei das elektrisch leitfähige Material z.B. ein Metall sein kann.
  • Auch das zweite Target 15 weist eine Vorderseite 63 und eine Rückseite 65 auf, wobei die Vorderseite 63 dem ersten Target 13 und der Elektronenkanone 7 zugewandt ist, und wobei die Rückseite 65 von dem ersten Target 13 und von der Elektronenkanone 7 abgewandt ist.
  • Hinsichtlich des Targetmaterials kann vorgesehen sein, dass das erste Target 13 und das zweite Target 15 zumindest an ihren Vorderseiten 57 bzw. 63 aus dem gleichen Material (z.B. Wolfram) bestehen, z.B. an ihren Vorderseiten 57, 63 jeweils eine Oberflächenschicht aus dem gleichen Material (z.B. Wolfram) aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die beiden Targets 13, 15 vollständig aus dem gleichen Material bestehen (z.B. aus Wolfram).
  • Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das erste Target 13 und das zweite Target 15 zumindest an ihren Vorderseiten 57 bzw. 63 aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das erste Target 13 an seiner Vorderseite 57 aus einem ersten Material besteht, und dass das zweite Target 15 an seiner Vorderseite 63 aus einem anderen, zweiten Material besteht. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das erste Target 13 an seiner Vorderseite 57 eine Oberflächenschicht aus dem ersten Material aufweist, und dass das zweite Target 15 an seiner Vorderseite 63 eine Oberflächenschicht aus dem zweiten Material aufweist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das erste Target 13 vollständig aus dem ersten Material besteht und dass das zweite Target 15 vollständig aus dem zweiten Material besteht. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das erste Material eine geringere Ordnungszahl aufweist als das zweite Material. Das erste Material kann z.B. Kupfer oder Molybdän sein, das zweite Material kann z.B. Wolfram oder Tantal sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Tomographievorrichtung
    3
    Aufnahmeraum zum Aufnehmen eines Untersuchungsobjekts
    5
    Untersuchungsobjekt
    7
    Elektronenstrahlerzeuger / Elektronenkanone
    9
    Elektronenstrahl
    11
    Ablenkvorrichtung
    13
    erstes Target
    15
    zweites Target
    17
    Zentralachse
    19
    Durchtrittsöffnung zum Hindurchlassen des Elektronenstrahls
    21
    Kathode der Elektronenkanone
    23
    Anode der Elektronenkanone
    25
    Steuer- und Auswertevorrichtung
    27
    Auftreffposition des Elektronenstrahls / Brennfleck auf dem ersten Target
    29
    Vakuumkammer
    31
    Brennfleckbahn auf dem ersten Target
    32
    Bewegung des Elektronenstrahls
    33
    an dem ersten Target erzeugte Röntgenstrahlung / Primär-Röntgenstrahlung
    35
    erste Ebene / erste Durchstrahlebene
    37
    Auftreffposition des Elektronenstrahls / Brennfleck auf dem zweiten Target
    39
    Brennfleckbahn auf dem zweiten Target
    41
    an dem zweiten Target erzeugte Röntgenstrahlung / Sekundär-Röntgenstrahlung
    43
    zweite Ebene / zweite Durchstrahlebene
    45
    bipolare Spannungsquelle
    47
    erster Anschluss / Masseanschluss der bipolaren Spannungsquelle
    49
    zweiter Anschluss / Plus-Pol der bipolaren Spannungsquelle
    51
    dritter Anschluss / Minus-Pol der bipolaren Spannungsquelle
    53
    erster Detektorbogen
    55
    zweiter Detektorbogen
    56
    Röntgendetektor / Einzeldetektor
    57
    Vorderseite des ersten Targets
    59
    Rückseite des ersten Targets
    61
    Begrenzungswände / Begrenzungsflächen einer Durchtrittsöffnung
    63
    Vorderseite des zweiten Targets
    65
    Rückseite des zweiten Targets
    U1
    erste Spannung / erste Beschleunigungsspannung
    U2
    zweite Spannung / zweite Beschleunigungsspannung

Claims (15)

  1. Tomographievorrichtung (1) zur Elektronenstrahl-Röntgentomographie zum Abbilden der inneren Struktur eines Untersuchungsobjekts (5), aufweisend: - einen Elektronenstrahlerzeuger (7) zum Erzeugen eines Elektronenstrahls (9), - eine Ablenkvorrichtung (11) zum Ablenken des Elektronenstrahls (9), - mindestens ein erstes Target (13) und ein zweites Target (15) zum Abbremsen des Elektronenstrahls (9) unter Erzeugung von Röntgenstrahlung (33, 41), wobei das erste Target (13) mehrere Durchtrittsöffnungen (19) aufweist, - wobei die Tomographievorrichtung zum Führen des Elektronenstrahls (9) mittels der Ablenkvorrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass der Elektronenstrahl auf das erste Target (13) gerichtet wird und derart über das erste Target geführt wird, dass der Elektronenstrahl mehrere der Durchtrittsöffnungen (19) überstreicht, so dass an dem ersten Target (13) Röntgenstrahlung (33) zum Durchstrahlen des Untersuchungsobjekts (5) entsteht, wenn der Elektronenstrahl abseits der Durchtrittsöffnungen auf das erste Target gerichtet ist, und dass der Elektronenstrahl (9) durch das erste Target (13) hindurchtritt, wenn der Elektronenstrahl auf eine der Durchtrittsöffnungen (19) gerichtet ist, - wobei das zweite Target (15) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass der Elektronenstrahl (9) nach dem Hindurchtreten durch eine der Durchtrittsöffnungen (19) auf das zweite Target (15) trifft, so dass an dem zweiten Target (15) Röntgenstrahlung (41) zum Durchstrahlen des Untersuchungsobjekts (5) entsteht, und - wobei die Tomographievorrichtung zum Beaufschlagen des zweiten Targets (15) mit einem elektrischen Potential (49) ausgebildet ist, das größer ist als das elektrische Potential (47) des ersten Targets (13).
  2. Tomographievorrichtung nach Anspruch 1, wobei - der Elektronenstrahlerzeuger (7) eine Kathode (21) zum Emittieren von Elektronen aufweist, und - die Tomographievorrichtung zum Beaufschlagen des ersten Targets (13) mit einem ersten elektrischen Potential (47), zum Beaufschlagen des zweiten Targets (15) mit einem zweiten elektrischen Potential (49), und zum Beaufschlagen der Kathode (21) mit einem dritten elektrischen Potential (51) ausgebildet ist, - wobei das dritte elektrische Potential (51) kleiner ist als das erste elektrische Potential (47), und wobei das erste elektrische Potential (47) kleiner ist als das zweite elektrische Potential (49).
  3. Tomographievorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Elektronenstrahlerzeuger (7) eine Elektronenkanone (7) ist, wobei die Elektronenkanone (7) die Kathode (21) zum Emittieren von Elektronen und eine Anode (23) zum Extrahieren der von der Kathode emittierten Elektronen aufweist, und wobei die Tomographievorrichtung zum Beaufschlagen der Anode (23) mit dem ersten elektrischen Potential (47) ausgebildet ist.
  4. Tomographievorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei - die Tomographievorrichtung eine bipolare Spannungsquelle (45) mit einem ersten Anschluss (47) zum Bereitstellen eines elektrischen Bezugspotentials, einem zweiten Anschluss (49) zum Bereitstellen eines relativ zu dem Bezugspotential größeren elektrischen Potentials, und einem dritten Anschluss (51) zum Bereitstellen eines relativ zu dem Bezugspotential kleineren elektrischen Potentials aufweist, wobei - der erste Anschluss (47) elektrisch mit dem ersten Target (13) verbunden ist, - der zweite Anschluss (49) elektrisch mit dem zweiten Target (15) verbunden ist, und - der dritte Anschluss (51) elektrisch mit der Kathode (21) verbunden ist.
  5. Tomographievorrichtung nach Anspruch 4, sofern rückbezogen auf Anspruch 3, wobei die Anode (23) elektrisch mit dem ersten Anschluss (47) der bipolaren Spannungsquelle (45) verbunden ist.
  6. Tomographievorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Betrag der Potentialdifferenz zwischen dem zweiten (49) und dem ersten (47) elektrischen Potential mindestens halb so groß ist wie der Betrag der Potentialdifferenz zwischen dem ersten (47) und dem dritten (51) elektrischen Potential.
  7. Tomographievorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Betrag der Potentialdifferenz zwischen dem zweiten (49) und dem ersten (47) elektrischen Potential gleich groß ist wie der Betrag der Potentialdifferenz zwischen dem ersten (47) und dem dritten (51) elektrischen Potential.
  8. Tomographievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Durchtrittsöffnungen (19) des ersten Targets (13) derart ausgebildet sind, dass jede der Durchtrittsöffnungen (19) an der dem Elektronenstrahlerzeuger (7) zugewandten Seite einen kleineren Querschnitt aufweist als an der dem Elektronenstrahlerzeuger (7) abgewandten Seite.
  9. Tomographievorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Durchtrittsöffnungen (19) jeweils konvexe Begrenzungswände aufweisen.
  10. Tomographievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste Target (13) eine dem Elektronenstrahlerzeuger (7) zugewandte Seite (57) aufweist, das zweite Target (15) eine dem Elektronenstrahlerzeuger (7) zugewandte Seite (63) aufweist, und das erste Target (13) und das zweite Target (15) zumindest an ihren dem Elektronenstrahlerzeuger zugewandten Seiten (57, 63) aus dem gleichen Material bestehen.
  11. Tomographievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste Target (13) eine dem Elektronenstrahlerzeuger (7) zugewandte Seite (57) aufweist, das zweite Target (15) eine dem Elektronenstrahlerzeuger (7) zugewandte Seite (63) aufweist, und das erste Target (13) und das zweite Target (15) zumindest an ihren dem Elektronenstrahlerzeuger zugewandten Seiten (57, 63) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
  12. Tomographievorrichtung nach Anspruch 11, wobei das erste Target (13) an seiner dem Elektronenstrahlerzeuger (7) zugewandten Seite (57) ein Material mit einer geringeren Ordnungszahl aufweist als das zweite Target (15) an seiner dem Elektronenstrahlerzeuger (7) zugewandten Seite (63).
  13. Tomographievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend eine erste Detektorvorrichtung (53) zum Erfassen der an dem ersten Target (13) erzeugten Röntgenstrahlung (33) und eine zweite Detektorvorrichtung (55) zum Erfassen der an dem zweiten Target (15) erzeugten Röntgenstrahlung (41).
  14. Tomographievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das erste Target (13) und das zweite Target (15) jeweils teil- oder vollkreisringförmig ausgebildet ist.
  15. Verfahren zur Elektronenstrahl-Röntgentomographie zum Abbilden der inneren Struktur eines Untersuchungsobjekts (5), wobei: - ein Elektronenstrahl (9) derart über ein erstes Target (13) mit mehreren Durchtrittsöffnungen (19) geführt wird, dass der Elektronenstrahl nacheinander mehrere der Durchtrittsöffnungen überstreicht, - wobei, wenn der Elektronenstrahl (9) abseits der Durchtrittsöffnungen (19) auf das erste Target (13) gerichtet ist, an dem ersten Target (13) Röntgenstrahlung (33) zum Durchstrahlen des Untersuchungsobjekts (5) entsteht, und - wobei, wenn der Elektronenstrahl (9) auf eine der Durchtrittsöffnungen (19) gerichtet ist, der Elektronenstrahl durch das erste Target hindurchtritt und mittels einer zwischen das erste Target (13) und ein zweites Target (15) angelegten elektrischen Spannung auf das zweite Target (15) beschleunigt wird, wobei an dem zweiten Target (15) Röntgenstrahlung (41) zum Durchstrahlen des Untersuchungsobjekts (5) entsteht.
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