DE10228545A1 - Verfahren und System zur Erzeugung eines Elektronenstrahls in Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtungen - Google Patents

Verfahren und System zur Erzeugung eines Elektronenstrahls in Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtungen

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Abstract

Eine Feldemissionsanordnungs-Elektronenquelle (12) wird zur Erzeugung eines Elektronenstrahls in einer Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung (10) verwendet. Die Feldemissionsanordnung arbeitet bei Raumtemperatur und weist eine Lebensdauererwartung größer als 12000 Stunden auf und stellt eine robuste, effektive Emissionseinrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstrahls in einer Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtungskatode (10) bereit.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtungen, und insbesondere eine verbesserte Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung mit einer Feldemissionsanordnung (field emission array) zur Erzeugung eines Elektronenstrahls in der Röntgenvorrichtung.
  • Derzeit werden in der Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtungstechnologie thermionische Heizkathoden bzw. thermionische Heizfilamente (Heizfäden) verwendet, die typischerweise aus Wolfram hergestellt sind. Eine einzelne Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung weist üblicherweise mehr als einen Wolfram-Heizfilament auf in dem Bestreben, mehrere Röntgenstrahl-Punktgrößen bzw. Röntgenstrahl-Strahlgrößen für unterschiedliche Anwendungen bereitzustellen. Die Wolfram-Heizfilamente arbeiten bei hohen Temperaturen und weisen typischerweise eine kurze Lebensdauererwartung in der Größenordnung von mehreren hundert bis eintausend Betriebsstunden auf. Die Lebensdauererwartung des Heizfilaments ist aufgrund der hohen Betriebstemperatur begrenzt, die eine Erosion (Ausbrennen) sowie eine Deformation des Wolfram- Heizfilaments verursacht. Zusätzlich erfordern thermionische Heizfilamente die Zufuhr eines hohen Stroms, um bei derart hohen Temperaturen zu arbeiten.
  • Einige thermionische Heizfilamente können ein kompliziertes Heizfilamentdesign aufweisen, d. h. eine Spule oder eine Helix sein, das gestaltet ist, ein Temperaturprofil bei der Emissionsoberfläche passend zu machen. Die Elektronenemissionsstromdichte ist eine Funktion der Temperatur. Eine genaue Steuerung der Temperatur bedeutet eine genaue Steuerung der Brennpunktstromdichte und somit des Röntgenstrahl- Emissionsmusters. Einige Heizfilamente sind eher aus einem flachen Wolframblech als aus einer Wolframspule hergestellt. Flache Heizfilamente gemäß dem Stand der Technik stellen einen besseren Brennpunkt als spiralförmige Heizfilamente bereit. Ebenso werden Elektronen von heißen Rändern ausgestrahlt. Diese Elektronen sind schwierig zu fokussieren und verringern die Systemeffektivität und die Qualität des Brennpunkts. In einem Versuch, den Elektronenstrahl zu fokussieren, kann eine Vorspannung (Bias-Spannung) an den Kathodensteuerzylinder (Kathodenbecher bzw. -cup) der Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung zusätzlich angelegt werden. Die Vorspannung unterdrückt Randelektronen und stellt eine zusätzliche Strahlfokussierung bereit.
  • Es ist im Allgemeinen wünschenswert, die Effektivität und Leistung einer Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung zu verbessern und die Lebensdauererwartung der Vorrichtung zu vergrößern. Zusätzlich ist es wünschenswert, die Komplexität sowie die Kosten der Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtungen sowie der Systeme, in denen sie verwendet werden, zu verringern.
  • Folglich ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung bereitzustellen, die ein Heizfilament aufweist, das bei Raumtemperatur arbeitet, ohne dass hohe Ströme erforderlich sind.
  • Weiterhin ist eine Aufgabe der Erfindung, eine robuste, preiswerte Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung bereitzustellen. Weiterhin ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effektive Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Lebensdauererwartung von über 1000 Stunden aufweist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren sowie ein System zur Erzeugung eines Elektronenstrahls in einer Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung bereitgestellt. Erfindungsgemäß weist die Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtung eine Feldemissionsanordnung (FEA) zur Erzeugung des Elektronenstrahls auf. Die FEA arbeitet üblicherweise bei Raumtemperatur und ist in der Lage, eine Stromdichte zu erzeugen, die größer als die von thermionischen Emissionseinrichtungen gemäß dem Stand der Technik ist. Erfindungsgemäß wird der Elektronenstrahl unter Verwendung von Vorspannungen in der Größenordnung von beispielsweise 50-100 V erzeugt. Die Vorspannung kann eingestellt werden, wenn es erforderlich ist.
  • Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ersichtlich.
  • Es zeigen
  • Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung mit einem FEA- Heizfilament gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung eines Abschnitts der Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung, die entlang einer Linie 2-2 in Fig. 1 entnommen ist,
  • Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung eines Abschnitts der Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung, die entlang einer Linie 3-3 in Fig. 2 entnommen ist,
  • Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Anordnung von Feldemissionskegeln,
  • Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines einzelnen Kegels, die entlang einer Linie 5-5 in Fig. 4 entnommen ist,
  • Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer Anordnung von Hohlzylinderemissionseinrichtungen,
  • Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer Anordnung von Nanoröhren-Emissionseinrichtungen,
  • Fig. 8 eine Draufsicht der Emissionseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen großen Punkt zeigt,
  • Fig. 9 eine Draufsicht der Emissionseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen kleinen Punkt zeigt,
  • Fig. 10 eine Draufsicht der Emissionseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Vorspannung zeigt, die bei einem rechten Abschnitt der Emissionseinrichtung angelegt ist, und
  • Fig. 11 eine Draufsicht der Emissionseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Vorspannung zeigt, die bei einem linken Abschnitt der Emissionseinrichtung angelegt ist.
  • In den nachstehend beschriebenen Figuren werden die gleichen Bezugszeichen zur Identifikation der gleichen Komponenten in verschiedenen Darstellungen verwendet. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung des Kathodenabschnitts 10 einer Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung mit einer Feldemissionsanordnung-Elektronenquelle gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. In Fig. 2 ist eine Querschnittsdarstellung der Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtungskathode 10 gezeigt, die entlang einer Linie 2-2 in Fig. 1 entnommen ist, sowie eine Elektronenquelle 12 gezeigt. In Fig. 3 ist eine Querschnittsdarstellung der Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtungskathode 10 und der Quelle 12 gezeigt, die entlang einer Linie 3-3 in Fig. 2 entnommen ist. Allgemein unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 ist die Elektronenquelle 12 aus einer Feldemissionsanordnung-Elektronenemissionseinrichtung hergestellt, die nachstehend ausführlich beschrieben ist. Die Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtungskathode 10 arbeitet bei Raumtemperatur unter Verwendung einer Feldemission mit niedriger Gatterspannung und erfordert folglich keine zusätzliche Hochstromversorgung für thermionische Heizfilamente, die typischerweise die Kosten sowie die Komplexität des Betriebs der Erzeugungsvorrichtung 10 erhöht.
  • Die FEA-Quelle 12 emittiert einen Elektronenstrahl, der sich in eine Richtung ausbreitet, die durch Bezugszeichen 16 in Fig. 1 angezeigt ist. Der Elektronenstrahl kann durch einen allgemein konkavförmigen Abschnitt 14 der Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtungskathode 10 fokussiert werden. Die konkave Form 14 befindet sich bei einem Abschnitt der Kathode 10, der der Ausbreitungsrichtung für die Elektronen in dem durch die Quelle 12 emittierten Elektronenstrahl gegenüberliegt.
  • Erfindungsgemäß ist die Quelle 12 eine Feldemissionsanordnung. Einige Hintergrundinformationen der Feldemissionsanordnungstechnologie (FEA-Technologie) ist zum Verständnis der vorliegenden Erfindung sowie zugehöriger Vorteile bei der Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtungstechnologie hilfreich. FEA sind ursprünglich für Flachschirm-Anzeigevorrichtungen, wie beispielsweise Computerbildschirme, Fernsehbildschirme usw., entwickelt worden. Die FEA wird durch Erzeugung einer Halbleiter/Isolator/Leiter-Schichtkonstruktion hergestellt. In Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung einer Anordnung von Emissionseinrichtungen gezeigt, die als Kegel in Fig. 4 dargestellt sind. In Fig. 5 ist eine Querschnittsdarstellung gezeigt, die entlang einer Linie 5-5 in Fig. 4 entnommen ist. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 weist ein oberer Leiter 100 oder Gatter Öffnungen 102 auf, die darin eingeätzt sind. Die Öffnungen 102 weisen typischerweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 bis 3 Mikrometer auf. In jeder Öffnung 102 befindet sich ein Hohlraum 104 und eine Emissionseinrichtung 106, wobei die Emissionseinrichtung eine spitze Kegelform aufweist. Der Kegel ist typischerweise aus einem geeigneten Metall hergestellt, wie beispielsweise Molybdän.
  • Die Emissionseinrichtungen sind in einer (regelmäßigen) Anordnung angeordnet, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, die das Heizfilament gemäß der vorliegenden Erfindung bilden würde. Jede Emissionseinrichtung weist einen effektiven Emissionsbereich auf, der typischerweise in der Größenordnung von 1,2 × 10-15 cm2 liegt, und ist in der Lage, 50-150 Mikroampere an Strom zu erzeugen, wenn ein elektrisches Feld an der Spitze 108 (in Fig. 5 ersichtlich) der Emissionseinrichtung ausreichend groß ist. Die derzeitige Technologie zur Herstellung der FEA kann Kegelpackungsdichten über 6,4 × 105 Kegel/cm2 erzeugen und folglich Gesamtstromdichten von über 10 A/cm2 erzeugen. Diese Dichten sind viel größer als derzeitige thermionische Kathoden. Der Unterschied ist, dass anstelle einer einzelnen Elektronen-"Kanone", die Elektronen ausstrahlt, die in einen Elektronenstrahl fokussiert werden, nicht weniger als 500 Millionen Kegel 106 in einer Anordnung vorhanden sind, die Elektronen ausstrahlen.
  • Feldemissionsanordnungen sind unter Verwendung des "Spindt-Verfahrens" ausgestaltet, bei dem ein Metall, wie beispielsweise Molybdän, in ein maskiertes Loch in einem Dielektrikum aufgedampft wird. Das aufgedampfte Metall wird zuerst gefiltert, um einen sehr gerichteten Werkstoffstrahl auszubilden. Die Kegelspitzen sind unter Verwendung dieses Verfahrens oder eines beliebigen anderen Verfahrens hergestellt, das einem Fachmann bekannt ist.
  • Es ist anzumerken, dass die "Spindt-"Emissionseinrichtung, d. h. der spitze Kegel in der Mitte eines Schachtes, der durch ein Loch in der Anodenschicht ausgebildet ist, nicht die einzige Feldemissionsanordnung-Emissionseinrichtung ist. Es gibt einige andere Alternativen, die die "Spindt-"Emissionseinrichtung, die hier beschrieben ist, ersetzen können, die ähnliche Ergebnisse erreichen. Beispielsweise können Hohlzylinderstrukturen 112, die in Fig. 6 gezeigt sind, sowie andere exotische Typen, wie beispielsweise Kohlenstoff-Nanoröhren-Emissionseinrichtungen 114, die in Fig. 7 gezeigt sind, die ein Potential aufweisen, das an eine Gatterstruktur angelegt ist, um eine Emission zu erzeugen, als Ersatz verwendet werden, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Verwendung eines FEA-Heizfilaments zur Erzeugung des Elektronenstrahls in einer Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schafft viele Vorteile. Das FEA-Heizfilament arbeitet bei Raumtemperatur und ist keine Wärmequelle. Folglich verformt sich das Heizfilament nicht und erodiert nicht durch Verdampfung. Das FEA-Heizfilament ist viel robuster als das Wolfram-Heizfilament, das typischerweise in Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtungen verwendet wird. Zusätzlich hat es sich durch Tests herausgestellt, dass die FEA eine Lebensdauererwartung von mehr als 12.000 Stunden aufweisen.
  • Die Elektronenemission wird lediglich an der oberen Oberfläche der FEA erzeugt. Folglich gibt es keine Randeffekte bei der Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Kathodendesigns gemäß dem Stand der Technik sind im Allgemeinen nicht effektiv, da es bekannt ist, dass sie schwierig zu fokussieren sind und unerwünschte Randeffekte aufweisen. Eine Fokussierung von Elektronenstrahlen bei Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik wird typischerweise durch Unterdrückung von Elektronen durch zusätzliches Anlegen einer Vorspannung an eine Kathode in der Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung erreicht. Ohne Randeffekte sind die Schwierigkeiten, die mit der Fokussierung des Elektronenstrahls gemäß dem Stand der Technik verbunden sind, bei der vorliegenden Erfindung nicht wahrzunehmen.
  • Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 ist die allgemein konkave Form 14 der Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtung 10 in einem das Heizfilament 12 umgebenden Bereich gezeigt, der den Strahl allgemein fokussiert. Für jede Emissionseinrichtungsspitze 108 wird die aus der Spitze 108 austretende Elektronenmenge durch Anlegen einer Vorspannung 110 zwischen der Spitze 108 und der Öffnung 102 gesteuert, wie es in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Eine typische Vorspannung kann in der Größenordnung von 0-100 Volt liegen. Das durch die Vorspannung erzeugte elektrische Feld formt ebenso den einzelnen Elektronenstrahl von der Kegelspitze 108, was auch Beamlet genannt wird. Der in Fig. 6 gezeigte Kathodensteuerzylinder fokussiert den Strahl, der aus all den einzelnen Beamlets hergestellt wird. Der Kathodensteuerzylinder formt das elektrische Feld zwischen der Kathode und der Anode, oder dem Ziel, um die gewünschte Strahlgröße zu erhalten.
  • Eine FEA verhält sich wie eine perfekt isothermische Oberfläche. Folglich wird, wenn die gleiche Vorspannung an jeden Kegel angelegt ist, die gleiche Strommenge emittiert. Heizfilamente gemäß dem Stand der Technik erfordern typischerweise ein komplexes Heizfilamentdesign-Modell, um ein Temperaturprofil für die Emissionsoberfläche passend zu machen. Dies ist für das Heizfilament gemäß der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, da es sich wie ein Wolfram-Heizfilament mit einer gleichförmigen Temperatur verhält, ohne dass ein Erfordernis für ein komplexes Heizfilamentdesign besteht.
  • Das FEA-Heizfilament, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist eine sehr lange Lebensdauer auf, da es bei Raumtemperatur arbeitet. Folglich ist es robuster als herkömmliche Wolfram-Heizfilamente, die durch das Aussetzen hoher Temperaturen deformiert werden. Außerdem ist lediglich ein Heizfilament in einer Erzeugungsvorrichtung erforderlich.
  • Erzeugungsvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik weisen typischerweise mehr als ein Wolfram-Heizfilament auf, was nicht nur die Kosten der Erzeugungsvorrichtung erhöht, sondern auch Übereinstimmungsschwierigkeiten mit sich bringt. Mit dem einzelnen FEA-Heizfilament gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es keine Übereinstimmungsschwierigkeiten.
  • In einer praktischen Anwendung von Erzeugungsvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik wird mehr als ein Wolfram-Heizfilament für Prozeduren verwendet, die eine große Röntgenstrahl-Punktgröße und eine kleine Röntgenstrahl-Punktgröße erfordern. Wenn jedoch zwei Wolfram-Heizfilamente Seite an Seite in einem Kathodensteuerzylinder wie in dem Stand der Technik vorhanden sind, treffen die resultierenden Elektronenstrahlen das Ziel bei leicht unterschiedlichen Orten. Der Abstand zwischen den Punkten auf dem Ziel wird der Übereinstimmungsabstand genannt. Es ist wünschenswert, einen Übereinstimmungsabstand zu haben, der so nahe wie möglich bei Null ist.
  • Mit der derzeitigen FEA-Technologie ist es möglich, jede emittierende Emissionseinrichtung elektronisch zu adressieren. Folglich ist es möglich, die Größe der emittierenden Oberfläche bei der Erzeugung einer großen Punktgröße und einer kleinen Punktgröße zu steuern, wobei beide bei dem selben Punkt in einem Katodensteuerzylinder zentriert sind. Erfindungsgemäß ermöglicht eine Anregung eines Abschnitts der Emissionsanordnung, der kleiner als die gesamte Emissionsanordnungsoberfläche ist, oder eine Anregung der gesamten Emissionsanordnungsoberfläche eine Steuerung der Punktgröße. In Fig. 8 ist ein Beispiel eines großen Punkts 20 gezeigt, der durch Anregung der gesamten Emissionsoberfläche erzeugt ist. In Fig. 9 ist ein Beispiel eines kleinen Punktes 30 gezeigt, der durch Anregung lediglich des Mittelabschnitts der FEA-Quelle erzeugt ist. Der Übereinstimmungsabstand ist 0, da sowohl der große als auch der kleine Punkt von dem selben Ort bei der Emissionseinrichtung herstammen und den gleichen elektrischen Feldern ausgesetzt sind. Aufgrund des Weglassens der vielen Heizfilamente für Punktstrahlen unterschiedlicher Größe ermöglicht die Erfindung die Herstellung von wesentlich kleineren Katodensteuerzylindern.
  • Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung die Strahlform durch Anlegen unterschiedlicher Vorspannungen bei unterschiedlichen Teilen der FEA-Elektronenquelle verändern. Beispielsweise kann die Leistung des Röntgenstrahls bei einem spezifischen Ort lediglich durch Verändern der an diesen bestimmten Bereich der FEA angelegten Vorspannung vergrößert oder verkleinert werden. Eine Formung des Elektronenstrahls ist ein wichtiges Merkmal, da es möglich wird, die Gesamtleistung zu maximieren, der die Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtung widerstehen kann.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Strahl bei hohen Frequenzen "gewobbelt" werden. Eine Brennpunktwobblung ist ein sehr erwünschtes Merkmal für viele Anwendungen, einschließlich der Optimierung der Leistungsfähigkeit von CT- Abtastvorrichtungen. Erfindungsgemäß wird durch eine individuelle Adressierung unterschiedlicher Bereiche der Emissionseinrichtung eine Wobblung des Strahls effektiv ausgeführt. In den Fig. 10 und 11 sind Beispiele von Wobblungen des Strahls durch Anlegen der Vorspannung an die rechte Seite der Emissionseinrichtung, wie in Fig. 10 gezeigt, und dann durch Anlegen der Vorspannung an die linke Seite der Emissionseinrichtung, wie in Fig. 11 gezeigt, gezeigt. Die Vorspannungen werden wahlweise bei einer vorbestimmten Frequenz derart angelegt, dass eine Wobblung des Strahls von links nach rechts ausgeführt wird. In den Fig. 10 und 11 ist lediglich ein Beispiel von vielen möglichen Konfigurationen für ein Strahlwobbeln gezeigt, dass gemäß einer spezifischen Anwendung konfiguriert ist, die ein Fachmann bestimmen kann.
  • Die FEA-Elektronenquelle gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt einen Elektronenstrahl unter Verwendung von einfachen, preiswerten elektronischen Komponenten, was die Kosten der Erzeugungsvorrichtung deutlich verringert. Ebenso können die FEA-Elektronenquellen in großen Partien hergestellt werden, was eine weitere Verringerung der Kosten der Erzeugungsvorrichtung zur Folge hat. Beispielsweise wird eine FEA als ein 14-Quadratzoll- Bildschirm für Flachschirmanzeigen hergestellt, die auf dem Verbraucherelektronikmarkt verkauft werden. Da die Technologie in dem konkurrenzbetonten Verbraucherelektronikmarkt verwendet wird, müssen die Herstellungskosten niedrig sein, und folglich ist zu erwarten, dass die Kosten zur Herstellung des FEA- Heizfilaments für eine Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtung ebenso niedrig sein werden. Neue Fortschritte bei der FEA-Herstellungstechnologie verbessern die Anwendbarkeit typischer FEA bezüglich Vakuumstufen und Ionenrückbeschussraten, die mit der Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung verbunden sind, wobei die Betriebslebensdauer der Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtung weiter erhöht wird.
  • Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem oder mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, ist es ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele begrenzt ist. Im Gegenteil soll die Erfindung alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken, die durch den Bereich der beigefügten Patentansprüche eingeschlossen sind.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, wird eine Feldemissionsanordnung-Elektronenquelle 12 zur Erzeugung eines Elektronenstrahls in einer Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtung 10 verwendet. Die Feldemissionsanordnung arbeitet bei Raumtemperatur und weist eine Lebensdauererwartung größer als 12000 Stunden auf und stellt eine robuste, effektive Emissionseinrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstrahls in einer Röntgenstrahl- Erzeugungsvorrichtungskatode 10 bereit.

Claims (19)

1. Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung mit
einem Fokussierungssteuerzylinder,
einer in dem Fokussierungssteuerzylinder untergebrachten Elektronenquelle, wobei die Elektronenquelle eine Feldemissionsanordnung- Emissionseinrichtung (FEA) umfasst, wobei die Elektronenquelle einen Elektronenstrahl erzeugt, und
einer Strahlfokussierungsstruktur, die eingerichtet ist, den Elektronenstrahl zu fokussieren.
2. Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlfokussierungsstruktur die Feldemissionsanordnung-Emissionseinrichtung mit einer Vielzahl von Feldemissionseinrichtungen, die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, zur Fokussierung des Elektronenstrahls und zur Bestimmung eines Brennpunkts für den Elektronenstrahl umfasst.
3. Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl von Feldemissionseinrichtungen eine Vielzahl von kegelförmigen Emissionseinrichtungen umfasst.
4. Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl von Feldemissionseinrichtungen eine Vielzahl von hohlzylinderförmigen Emissionseinrichtungen umfasst.
5. Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl von Feldemissionseinrichtungen eine Vielzahl von drahtförmigen Emissionseinrichtungen umfasst.
6. Verfahren zum Erzeugen eines Elektronenstrahls in einer Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung mit den Schritten:
Emittieren von Elektronen aus einer Elektronenquelle in der Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung, wobei die Elektronenquelle eine Feldemissionsanordnung- Emissionseinrichtung ist,
Fokussieren der Elektronen in einer Strahlfokussierungsstruktur zur Bildung des Elektronenstrahls und
Bestimmen eines Brennpunkt für den Elektronenstrahl.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt zum Fokussieren des Elektronenstrahls einen Schritt zum Fokussieren des Elektronenstrahls in einer Strahlfokussierungsstruktur mit einem konkavförmigen Heizfilament umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt zum Emittieren von Elektronen aus einer Elektronenquelle die Unterschritte umfasst:
Anlegen einer ersten Vorspannung an einen ersten vorbestimmtem Abschnitt der FEA-Elektronenquelle und
Anlegen einer zweiten Vorspannung an einen zweiten vorbestimmten Abschnitt der FEA-Elektronenquelle.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt zum Anlegen einer zweiten Vorspannung an einen zweiten vorbestimmten Abschnitt umfasst, dass der erste vorbestimmte Abschnitt größer als der zweite vorbestimmte Abschnitt ist, wodurch der erste vorbestimmte Abschnitt einen großen Punkt mit einem Mittelpunkt definiert und der zweite vorbestimmte Abschnitt einen kleinen Punkt mit einem Mittelpunkt definiert, der mit dem Mittelpunkt des großen Abschnitts übereinstimmt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, mit einem Schritt zum Anlegen einer Vielzahl von Vorspannungen an eine Vielzahl von vorbestimmten Abschnitten der FEA-Elektronenquelle, wodurch die Leistung und Form des Elektronenstrahls dynamisch verändert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt zum Anlegen einer Vielzahl von Vorspannungen an eine Vielzahl von vorbestimmten Abschnitten der FEA ein Anlegen einer Vielzahl von Vorspannungen an eine Vielzahl von vorbestimmten Abschnitten umfasst, die einzelne Emissionseinrichtungen der FEA umfassen.
12. Verfahren nach Anspruch 8, mit einem Schritt zum Formen des Elektronenstrahl durch Anlegen einer Vielzahl von unterschiedlichen Vorspannungen an eine Vielzahl von unterschiedlichen vorbestimmten Abschnitten der FEA- Elektronenquelle.
13. Verfahren nach Anspruch 8, mit einem Schritt zum Fokussieren des Elektronenstrahls in einer Strahlfokussierungsstruktur.
14. Verfahren nach Anspruch 8, mit einem Schritt zum Verändern des Anlegens der ersten und der zweiten Vorspannungen mit einer vorbestimmten Frequenz, so dass der Elektronenstrahl in einem vorbestimmten Muster gewobbelt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, mit einem Schritt zum Fokussieren des Elektronenstrahls in einer Strahlfokussierungsstruktur.
16. Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung mit
einem Katodensteuerzylinder,
einer in dem Katodensteuerzylinder untergebrachten Elektronenquelle, wobei die Elektronenquelle eine Feldemissionsanordnung-Emissionseinrichtung umfasst, wobei die Elektronenquelle einen Elektronenstrahl erzeugt,
einer Strahlfokussierungsstruktur mit einer Feldemissionsanordnung-Emissionseinrichtung, die eine Vielzahl von Feldemissionseinrichtungen umfasst, die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, zur Fokussierung des Elektronenstrahls und zur Bestimmung eines Brennpunkts für den Elektronenstrahl und
einer mit der Elektronenquelle verbundenen Spannungsquelle zum Anlegen einer vorbestimmten Vorspannung an einen vorbestimmten Abschnitt der Feldemissionsanordnung-Emissionseinrichtung, wodurch ein Elektronenstrahl mit einem vorbestimmten Emissionsmuster erzeugt wird.
17. Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei das vorbestimmte Muster ein konkavförmiges Muster umfasst.
18. Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei das vorbestimmte Muster einen Strahl umfasst, der variabel zwischen einem ersten Abschnitt der Feldemissionsanordnung-Emissionseinrichtung und einem zweiten Abschnitt der Feldemissionsanordnung- Emissionseinrichtung ist.
19. Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei das vorbestimmte Muster einen Strahl umfasst, der ein kleines Punktmuster aufweist, bei dem ein Abschnitt der Feldemissionsanordnung-Emissionseinrichtung, an den eine Spannung angelegt ist, kleiner ist als der gesamte Bereich der Feldemissionsanordnung-Emissionseinrichtung.
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