DE2811464A1

DE2811464A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von roentgenstrahlen aus verschiedenen richtungen ohne sich bewegende teile

Info

Publication number: DE2811464A1
Application number: DE19782811464
Authority: DE
Inventors: Jacob Haimson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-17
Filing date: 1978-03-16
Publication date: 1978-09-21
Also published as: JPS53124996A; CA1096054A; GB1602011A

Description

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Röntgenstrahlen zu erzeugen, und ausgewählte Strahlaberrationen korrigiert werden, die durch die Strahlrichtungselemente dem Elektronenstrahl aufgezwungen werden.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen und ein Verfahren zum Erzeugen und Richten von hochintensiven Röntgenstrahlen, insbesondere betrifft sie eine Vorrichtung zum Erzeugen und Richten solcher hochintensiver Röntgenstrahlen auf ein zu untersuchendes Objekt von irgendeinem einer Vielzahl von vorgewählten Punkten, die in Abstand von dem Objekt liegen. Genauer gesagt, die Erfindung betrifft eine solche Vorrichtung, die zur Verwendung in einem Computer-Tomographie-Röntgenabtaster geeignet ist, der keine sich bewegenden Teile aufweist.

Die konventionelle Hochintensitäts-Rüntgen-Abtastausrüstung, wie sie in üblichen Computer-Tomographie-Abtastern verwendet wird, die derzeit verfügbar sind, weist im allgemeinen eine oder mehrere Röntgenquellen und Detektoren auf, die mechanisch gemeinsam um eine Achse rotiert werden, die sich im allgemeinen horizontal durch das Gerät und durch das interessierende Objekt erstreckt. Da jedoch die Röntgenstrahlen erzeugenden und detektierenden Vorrichtungen, die rotiert werden müssen, relativ groß und schwer sind, wobei die Quelle und die Detektiereinrichtungen im allgemeinen einen Abstand in der Größenordnung von einem Meter und mehr haben, sind notwendigerweise die üeschleunigungs-, Zentrifugal- und Bremskräfte, die ausgeübt werden müssen, um die Vorrichtung zu rotieren und anzuhalten, um schnelle und genaue Repositionierung bei vielen Punkten zu erhalten, groß und sorgen für erhebliche Beanspruchungen sowohl der Kathode als auch der Target-Einrichtungen der Röntgenstrahlen erzeugenden Rohre.

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Eine naheliegende Möglichkeit zur Erzielung einer weiteren Verbesserung der Leistung hinsichtlich der Abtastgeschwindigkeit unter Vermeidung dieser Trägheitsbeschränkunnen ist die Verwendung eines elektronisch abgetasteten Systems, das keine sich bewegenden Teile aufweist, die solche Beschränkungen mit sich bringen. υιό physikalischen Eigenschaften eines Elektronenstrahls, der zur Erzeugung solcher Röntgenstrahlen geeignet ist, und die Wechselwirkung eines solchen Strahls mit den Abtastelementen bieten jedoch eine Anzahl von schwierigen Probienen, die bisher einer Lösung widerstanden haben und die Entwicklung eines betriebsfähigen Röntgenstrahlenabtasters ohne sich bewegende Teile mit einer Leistung, die zur Nutzbarkeit ausreicht, insbesondere für die Computertomographie, verhindert. Die Hauptprobleme sind die durch die Raumladungskräfte des zur Erzeugung der Röntgenstrahlen verwendeten Elektronenstrahls auf die Fokalquellenceometrie aufgezwungenen, und die Feldaberrationen, die durch die Strahlablenkungselemente in den Strahl eingeführt werden.

Die Analyse eines Hochstroni-Hochspannuncs-Rontgenabtasters, der ein ringförmiges oder Ringtarget mit einen Elektronenstrahl enthält, der von einem anfänglichen Strahlweg längs der Ringachse zu dem Target abgelenkt wird, zeigt, daß bei dem Konzept, den Elektronenstrahl einfach abzulenken, die für praktische Zwecke notwendigen Distanzen für unerwünschte Aberrationen sorgen, die im wesentlichen mit der Aufspreizung des Strahls durch Raumladungs-Defokussinrkräfte in Beziehung stehen. Das würde ein unerwünschte groCes Üriftraum-Gehäuse erfordern. Zusätzlich wurden konventionelle rokiiS'i'ü-techniken die Strahlaberrationseffekte emeblich verschärfen, die durch die notwendigen Ablenkelemente dem Strahl aufgezwungen werden. Die konventionelle Praxis hat die Verwendung eines einfachen

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axialen Hagnetfeldes gefordert, damit der Strahlquerschnitt durch Kompensation der durch die Raumladungskräfte verursachten Divergenz kontrolliert werden kann. Die Verwendung solcher konventioneller länglicher Zylinderspulen, die außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sind, würde jedoch dafür sorgen, daß der Elektronenstrahl mit großen azimutalen Geschwindigkeitskomponenten (in Umfangsrichtung des Ringtargets) auf das Target aufprallen würde, so daß sich ein erheblicher Verlust an Röntgenstrahlenintensität für eine bestimmte Elektronenstrahlenergie ergeben würde.

Selbst v/enn die verschiedenen Aberrationseffekte, die durch die Ablenkelemente verursacht werden, und die Defokussierkräfte individuell für eine bestimmte Position auf den Target (d. h. eine spezielle Ablenkfeldkonfiguration) neutralisiert werden konnten, würden die anderen azimutalen Stellen auf der Fokalquelle, die andere Ablenkfeldkonfigurationen erfordern, mit dem imperfekten Eingangsstrahl in einer nicht linearen Weise wechselwirken, so daß sich raum- und zeit-abhängige Aberrationen an der Fokalquelle ergeben. Der Schwierigkeitsgrad bei der Überwindung dieser Fokalquellenverzerrunnen wird nocii weiter durch die Notwendigkeit erhöht, einen Rontgenabtaster für ein Computertomographiesystem zu konstruieren, bei dem der Elektronenstrahl schnell, in flikrosekunden, zwischen weit voneinander entfernten Punkten auf dem Target umgeschaltet werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Im Hinblick auf die vorangegangenen Anforderungen ist es Aufgabe der Erfindung, eine Hochleistuncs-Röntcenstrahlen-Abtastvorrichtunc ohne sin bewegende Teile zu schaffen.Weiter soll durch die Erfindung eine solche Vorrichtung verfügbar gemacht werden, die speziell so konstruiert isc, daß die Beschränkungen minimiert werden, die durch Raumladunrskräfte

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und Feldaberrationen auf die Fokalquellengeometrie erzwungen v/erden. Weiter soll durch die Erfindung eine solche Vorrichtung verfügbar gemacht werden, die es ermöglicht, daß ein Hochleistungs-Elektronenstrahl über lange Distanzen abgelenkt und auf ein Target gerichtet v/erden kann, das die Achse eines interessierenden Objektes umgibt. Ueiter soll durch die Erfindung eine solche Vorrichtung verfügbar gemacht werden, die eine enge Fokalquelle hat und es erlaubt, eine Vielzahl von Röntgenstrahlen von einer Reihe von vorgegebenen azimutalen Positionen um die Peripherie eines solchen Ringtargets nach ihnen zu richten. Weiter soll durch die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen und Richten solcher Röntgenstrahlen mit nicht mechanischer Abtastung verfügbar gemacht werden.

Um diese und weitere Ziele zu erreichen, wird eine Vorrichtung zur Erzeugung hochintensiver Röntgenstrahlen beschrieben, mit der solche Röntgenstrahlen auf ein interessierendes Objekt von irgendeiner Vielzahl von vorgewählten Punkten geschickt werden können, die einen Abstand von diesem Objekt haben und radial einen Abstand um eine Linie haben, die sich durch das Objekt erstreckt. Die beschriebene Vorrichtung hat keine sich bewegende Teile und weist Einrichtungen zur Erzeugung eines Hochspannungs-Hochstroni-Elektronenstrahls sowie eine stationäre Targeteinrichtung auf, die diese Punkte umfaßt, um den Elektronenstrahl aufzunehmen und von dort Röntgenstrahlen erzeugt und sie zum interessierenden Objekt hin richtet. Ein evakuiertes Gehäuse enthält die Strahlerzeuc'tjnnseiririchtungen in tier .Iahe des einen Endes und die Targeteinriciitunqen in der liähe des anderen Endes. Die Vorrichtung v/eist ferner Linricntunfjon auf, mit denen der Elektronenstrahl selektiv auf vorgewähltf: Punkte des Targets gerichtet werden kann, sowie Strahlformein-ποί tunken, mit denen our Strahl zu einer vorgegebenen Querschnitts form an seinem AufpralIpunkt auf das Target geformt wird, und um Strahla'Jurrationen zu korrigieren, die durch die Strahl rieh te! emen te eingeführt werden. Zusätzlich wird ein Verfahren zum Erzeuaen und Richten

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hochintensiver Röntgenstrahlen von einem solchen Target zu einem interessierenden Objekt hin beschrieben, wobei eine Kombination der Strahl richteinrichtung und der Strahlformeinrichtungen den Effekt von Raumladungskräften, die auf den Strahl wirken, kompensiert und auf diesen aufgezwungene Feldaberrationen korrigiert werden.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungs form einer Röntgenstrahlen-Erzeugungs- und Richt-Einrichtung nach der Erfindung;

Fig. IA einen Teil schnitt durch eine Variante der Vorrichtung nach Fig. 1, wobei der Strahlkollektor gegen die Längsachse versetzt montiert ist;

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht der Grundelemente der Vorrichtung nach Fig. 1 mit Veranschaulichung der Strahlbahn eines Elektronenstrahls;

Fig. 3 schematisch perspektivisch den Weg des Strahls nach Fig. Z zwischen den Dipoleinheiten und dem Target;

Fig. 4 eine teilv/eise geschnittene Stirnansicht der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 5 einen Schnitt zur Veranschaulichung der Vielpol-Wicklungs-Einheit der Vorrichtung nach Fin. I entsprechend der Linie 5-5;

Fig. 6 einen Schnitt durch die vielpolige Uicklungseinheit der Vorrichtung nach Fig. 1 entsprechend der Linie 6-6;

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Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 zur Veran

schaulichung der Dipoleinheiten der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 8 einen Schnitt durch die Target- und Kollimator-

Struktur der Vorrichtung nach Fig. 4 entsprechend der Linie 8-8;

Fig. 9 einen Schnitt durch eine Variante der Vorrichtung

nach Fig. 8;

Fig. 10 einen Schnitt entsprechend der Linie 10-10 in Fig. 8;

Fign.llA - HE die Effekte der Quadrupol-Einheiten nach Fig. 1 auf die Form des Elektronenstrahlquerschnitts und die Orientierung;

Fign.l2A - 12E die Effekte der Sextupol-Einheiten nach Fig. 1 auf die Form des Elektronenstrahlquerschnitts und dessen Orientierung;

Fig 13 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungs form

einer Röntgenstrahl-Erzeugungs- und Richt-Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 14 eine schematische perspektivische Ansicht der Grund

elemente der Vorrichtung nach Fig.13 mit Veranschaulichung der Laufbahn eines Elektronenstrahls;

Fig. 15 eine teilweise geschnittene Stirnansicht der Vor

richtung nach Fig. 13;

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Fig. 16 einen Schnitt längs der Linie 16-16 in Fig. 15

durch die Target- und Strahlkollektor-Struktur der Vorrichtung nach Fig. 15;

Fig. 17 einen Schnitt längs der Linie 17-17 in Fig. 16;

Fig. 18 einen Schnitt durch eine Variante der Vorrichtung

der Fign. 16 und 17;

Fig. 19 einen Fig. 16 entsprechenden Schnitt durch eine

andere Variante der Vorrichtung nach Fig. 16;

Fig. 20 einen Schnitt durch eine andere Variante der Vorrichtung nach Fig. 16, bei der das Target abwechselnd Vorsprünge und Aussparungen aufweist;

Fig. 21 einen Schnitt längs der Linie 21-21 in Fig. 20; und

Fig. 22 einen Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung nach

Fig. 16 mit Veranschaulichung des Einsatzes eines der Strahlsensoren.

Eine Aus füll rungs fon.i einer Röntgenstrahlen erzeugenden und richtenden Vorrichtung nach der Erfindung ist in, Längssciini tt in Fig. 1 dargestellt, wobei die hauptsächlichen aktiven Komponenten schematise!) perspektivisch in Fig. 2 darc-estel It sinci. bei dieser Ausführungsform der Erfindung bestenen die Grundkoirponenten aus einer Elektronenkanone zur Erzeugung eines Hochspannunns-Hochstroni-Ekktronenstrahls 3, einer elektromagnet!Serien Vor-Fokus^icrspule 4, einer I'ultipol-Wicklunnseinheit 6, mit der der Strahl geformt und dessen Aberrationen korrigiert

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werden, einem Paar elektromagnetischer Feld-Dipoleinheiten 8 und 10 zur Ablenkung des elektronenstrahls aus der Längsachse hinaus, einem Paar elektromagnetischer Fokussierspulen 12 und 14 zur Fokussierung des Elektronenstrahls, einem Target 16 zur Aufnahme des Elektronenstrahls und zur Erzeugung von Röntgenstrahlen daraus, und einem evakuierten Gehäuse 18, das die erwähnten Elemente enthält, wobei die Elektronenkanone in der Nähe des einen Endes und das Target in der iNähe des entgegengesetzten Endes liegt. Die Elektronenkanone ist allgemein lä'ngs der Längsachse der Vorrichtung Z-Z ausgerichtet, die als ini wesentlichen horizontal dargestellt ist. Die Strahl-Ablenk-Dipoleinheiten 8 und 10 bilden zusammen mit den Fokussierspulen 12 und im allgemeinen die Elektronenstrahl-Richteinrichtungen, und die Vorfokubsierspule 4 und die MuI tipol-Wicklungseinheit 6, im folgenden beschrieben, bilden die Strahlformeinrichtungen.

Al I gemein arbeitet diese Vorrichtung grundsätzlich wie folgt:

Der Elektronenstrahl 3 wird von der Hochspannungs-Elektronenkanone mit niedriger Einittanz und großer Brennweite erzeugt, passiert durch die Vorfokussierspuleneinheit 4 und MuI tipol-Wicklungseinheit 6. Der Straf) 1 3 tritt dann in das Ablenkungssysteni ein, das aus den Dipolen 8 und 10 besteht, die ein relativ hohes Radialmoment auf den Strahl aufdrücken und dafür sorgen, daß dieser aus tier Achse Z-Z abgelenkt wird, wenn er in die große ringförmige Vakuurkanrier 18 eintritt, die in Fig. 1 dargestellt ist. Wenn der abgelenkte Elektronenstrahl 3 sicn der Außenwand der Kammer Io nähert, tritt er in das schwache FokiToierfeld der elektromagnetischen Spule 12 mit tj ro fern Durchmesser ein, die mit Gleichstrom beaufschlagt wird, um ein elektromagnetisches Feld zu erze ι· gen. Die radialen um! axialen elektromagnetiscnen FeIdkonponenten dieser elektrisch geladenen Spule 12 wechselwirken mit den axialen und radialen Geschwindickeitskor.iponenten des Elektronenstrahls, Uni diesem eine azimutale, oder kreisförmige, Geschwindigkeit zu erteilen,

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so daß dafür gesorgt wird, daß der Strahl um die Achse Z-Z rotiert, wie in Fign. 2 und 3 dargestellt. Diese Azimutalbewegunc des Strahls wechselwirkt mit den Axial feidkomponenten der Spule 12 um Kräfte zu erzeugen, die sowohl für eine Fokussierung dadurch sorgen, daß der Feldgradient auf unterschiedliche Teile des Strahls mit unterschiedlicher Kraft wirkt, als auch der Radi al geschwindigkeit entgegenwirkt, die durch die Dipoleinheiten 8 und 10 hervorgerufen wird. Eine zweckentsprechende Einstellung der Gleichstromstärke in der Spule 12 ermöglicht es, die Radialgeschwindigkeit des Strahls auf einen sehr geringen Wert zu reduzieren, wenn dieser durch das Feld hindurchläuft. Der Strahl driftet also weiterhin durch das Feld der Spule 12 mit im wesentlichen axialen und azimutalen Geschwindigkeitskomponenten, bis er in das schwache Fokussierfeld der zweiten Fokussierspule mit großem Durchmesser eintritt. Diese zweite Fokussierspule 14 wird mit einem Gleichstrom erregt, dessen Polarität der des in der Spule 12 fließenden Stroms entgegengesetzt ist. Zusätzlich v/ird die Größe des elektromagnetischen Feldes uer Spule 12 vorzugsweise so eingestellt, daß die axiale Netto-Koi.iponente des elektromagnetischen Feldes, das auf den Elektronenstrahl wirkt, in der Lbene des Targets 16 auf etwa 0 reduziert wird, wobei das Target in Fig. 1 als sehr eng der Spule 12 benachbart dargestellt ist. Dadurch, daß auf diese Weise dafür gesorgt wird, daß die axiale Komponente des elektromagnetischen Feldes auf 0 reduziert wird, loschen sich die azimutalen Strahlgeschwindigkeitskomponenten, die durch die einander entgegenwirkenden Linsen 12 und 14 eingeführt werden, gegenseitig aus, so daß die iJetto-Azircutalgeschwindigkeit des Elektronenstrahls im wesentlichen auf 0 reduziert ist, wenn diese auf die Auftrefffläche des Rö'ntgentarges 16 auftrifft.

Beim Durchlaufen der zweiten Fokussierspule 14, in der sowohl die Richtung der Azimutal beschleunigung als auch des axialen Magnetfeldes mit Bezug auf das der Spule 12 umgekehrt werden, erfährt der Strahl weiterhin eine Netto-

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Fokussierkraft durch den Feldgradienten dieser Spule. Damit ist der Strahl 3 einer kontinuierlichen Fokussierkraft vom Beginn seines Weges beim Eintritt in das elektromagnetische Feld der Spule 12 bis zum Auftreffen auf das Röntgentarget 16 ausgesetzt, das in der Nähe des Endes der Vakuumkammer 18 liegt. Durch geeignete Wahl der Windungszahlen der Fokussierspulen 12 und 14 und durch Lokalisierung dieser abgeschirmten Spuleneinheiten an optimalen Stellen ist es möglich, eine einzige Konstantstromquelle zur Erregung beider Fokussierspuleneinheiten 12 und 14 zu verwenden, wodurch für einen einfachen Betrieb über einem Bereich von unterschiedlichen Elektronenstrahlenergien vorgesorgt ist. Die kombinierte Wirkung der beiden elektromagnetischen Fokussierspulen 12 und 14 mit großem Durchmesser und entgegengesetzten Feldern bietet also nicht nur eine Möglichkeit zur Eliminierung der unerwünschten azimutalen Geschwindigkeitskomponente des Strahls in der Targetebene, sondern auch eine Möglichkeit zur Kontrolle der Strahlausbreitung durch die Raumladungskräfte.Das stellt einen erheblichen Vorteil in einem solchen Röntgenstrahl -Abtastsystem dar, da die Verwendung einer konventionellen Zylinderspulen-Fokussierung dafür sorgt, daß das Elektron mit großen Azimutalkomponenten der Geschwindigkeit auf das Ringtarget auftrifft, was zu einem Verlust an Intensität der Röntgenstrahlen führt, die radial zum Patienten hin gerichtet v/erden. Zusätzlich ist eine hochstabile Azimutalposition einer Punktfokalquelle, oder einer radial orientierten Linienquelle, wie in Figuren 3, 9 und 10 dargestellt, auf dem Target mit azimutaler Geschwindigkeit am Target erheblich schwieriger zu erreichen.

Die Elektronenkanone 2 ist vorzugsweise eine mit Charakteristiken niedriger Emittanz, wie sie vom Erfinder unter dem Titel "Recent Advances in High Voltage Electron Beam Injectors" in IEEE Transactions on Nuclear Science, NS-22, Juni 1975, Seiten 1354 - 57 beschrieben worden ist. Strom wird dieser Elektronenkanone von einer geeigneten

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ilochspannungs-Energiequelle (nicht dargestellt) am anderen Ende der Leitung 20 zugeführt. Wie in den erwähnten Artikel beschrieben v/orden ist, kann ein Faseroptik-Verbindungsstück 22 zweckmäßigerweise vorgesehen werden, um die Elektronenkanone zu pulsen, wie noch beschrieben wird.

Die Vakuumkammer 18, die allgemein glockenförmig ist und innere und äußere Wände aufweist, die die evakuierte Kammer definieren, weist ferner einen länglichen, allgemein zylindrischen Halsteil 19 auf, der sich zwischen den Dipoleinheiten 8 und 10 und der Kanone 2 erstreckt. Der Glockenteil der Vakuumkammer besteht vorzugsweise aus unmagnetischen Material wie rostfreiem Stahl, wobei der Hals 19 vorzugsweise aus einem geeigneten dielektrischen Material, beispielsweise Glas, gebildet ist. Die Elektronenkanone 2 und der Driftraum zwischen der Elektronenkanone und den Dipoleinheiten 8 und 10 sind mit Helmholtz-Kompensationsspulen 24 und 26 versehen, und das glockenförmige Gehäuse 18 ist mit einer magnetischen Abschirmung 28 versehen, um unerwünschte Strahlsteuereffekte durch lokale magnetische Anomalien und das einstreuende Erdmagnetfeld zu vermeiden. Eine geeignete Vakuumpumpe 30 ist in Verbindung mit dem inneren der Vakuumkammer 18 montiert, um das gewünschte Vakuum aufrechtzuerhalten.

Das Target 16, das deutlicher in den Teilschnitten Figuren 8, 9 und dargestellt ist, ist innerhalb der Vakuumkammer in der Nähe des äußeren Endes der horizontalen, glockenförmigen Kammer 18 angeordnet und umfaßt die koplanaren Punkte, von denen Röntgenstrahlen auf den Patienten oder andere interessierende Objekte gerichtet werden. Vorzugsweise ist dieses Target ein kontinuierliches, ringartiges Element mit einer Innenkammer 36, die an einen Einlaß 38 und einen nicht dargestellten Auslaß angeschlossen ist, um ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durchtreten zu lassen, mit dem die durch das Aufprallen des Elektronenstrahls auf das

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Target erzeugte Wärme abgeführt wird. Vorzugsweise besteht die Targeteinheit 16 hauptsächlich aus Kupfer, um die Wärmeübertragung an dieses Kühlmittel zu erleichtern. Die Verwendung dieses relativ großflächigen, kontinuierlichen, festen Targets ist die mittlere Leistungsdichte des Elektronenstrahls auf dem Target relativ niedrig, trotz der hohen Intensität des Strahls an seinem Auftreffpunkt, so daß die Schwierigkeiten vermieden werden, die derzeit mit höherer Strahlleistung in konventionellen Röntgenröhren mit rotierendem Target auftreten. Auf dem Teil des Targets, das dem auftreffenden Elektronenstrahl 3 zuweist, der durch die allgemein horizontalen unterbrochenen Linien in Fig. 8 und 9 angedeutet ist, befindet sich eine Targeteinlage 40, vorzugsweise aus Wolfram, mit dem der Elektronenstrahl 3 aufgenommen wird und die gewünschten Röntgenstrahlen 41 (der in unterbrochenen Linien dargestellte Strahl, der sich in Fig. 3, 9 und 10 allgemein nach unten erstreckt) daraus erzeugt werden.

Figur 8 stellt ein Fragment der Targeteinheit gemäß Figuren 1 und 2 dar, wobei der Winkel zwischen dem ankommenden Elektronenstrahl 3 und der Wolfram-Target-Einlage 40 so eingestellt ist, daß die Röntgenstrahlen zur Achse Z-Z geringfügig longitudinal außerhalb des Hohlraums 42 gerichtet werden, der durch die Innenwand 44 des Vakuumgehäuses 18 definiert ist. Kollimatorelemente in Form von öffnungen 46 in einem Ring radial innerhalb des Targets 16 sind mit dem Röntgenstrahl ausgefluchtet, der von der Targeteinlage 40 austritt. Ein geeignetes Röntgenstrahlen durchlässiges Fenster 50 überdeckt das radial innere Ende jedes KoIIimatorelementes 46 und dichtet dieses ab, um die Integrität der Vakuumkammer aufrechtzuerhalten. Figur 10, ein Schnitt längs der Linie 10-10 in Fig. 8, illustriert das projizierte Bild 52 des Elektronenstrahls auf die abgewinkelte Targeteinlage 40, bei dem es sich um eine sehr schmale, allgemein elliptische Form handelt, die sich einer Linienprojektion nähert, so daß der projizierte Röntgenstrahl runden oder

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leicht ovalen Querschnitt hat, wenn er von der Targeteinlage 40 kommt und auf jeweils gegenüberliegende Detektoren 43 gerichtet wird.

Figur 9 zeigt eine Modifikation der beschriebenen Targetstruktur, wobei das Target 16 so gewinkelt ist, daß der Röntgenstrahl radial einwärts normal zur Längsachse Z-Z der Vorrichtung nach Fig. 1 gerichtet ist. Selbstverständlich kann anstelle einer kontinuierlichen Ringtargeteinheit 16 eine Vielzahl diskreter Targetelemente verwendet werden, die die gleichen koplanaren Aufprallpunkte des Elektronenstrahls umfassen und radial einen Abstand von der Achse Z-Z haben und die Vorrichtung würde genauso gut arbeiten.

Figur 2 zeigt eine teilweise geschnittene perspektivische Aufsicht der prinzipiellen aktiven Elemente der erfiηdungsgemäßen Vorrichtung. Der schattierte Strahl 3, der sich von einem Ende der Elektronenkanone 2 zum Target 16 erstreckt, repräsentiert den Elektronenstrahl dieser Vorrichtung, der auf einen der vorgewählten Punkte um das Target gerichtet ist, von dem Röntgenstrahlen erzeugt werden sollen. Der Klarheit halber sind die Vakuumkammer 18 und ihr Hals 19 v/eggelassen worden, wobei die allgemeinen Außenbegrenzunoen nur unterbrochen dargestellt sind. Diese Strahlposition ist exakt die gleiche wie in der Teil-Stirnansicht in Fig. 3 und wie in starken unterbrochenen Strichen in Fig. dargestellt. Diese Darstellungen illustrieren die Vorrichtungen, die dazu verwendet werden, den Elektronenstrahl zu richten und zu formen und Aberrationen zu korrigieren, die durch die verschiedenen aktiven Elemente eingeführt werden und den Effekt der Raumladung kompensieren.

Die Grundelemente, die zum Ablenken des Strahls verwendet werden, sind die beiden elektromagnetischen Feld-Dipol-Einheiten 8 und 10. Es können zwar Dipole für das elektrische Feld oder für das magnetische Feld für diesen Zweck verwendet v/erden, vorzugsweise werden jedoch Magnetfelddipole

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in Form von elektrisch erregten Spuleneinheiten verwendet. Diese elektromagnetischen Dipoleinheiten 8 und 10 sind so angeordnet, daß ihre Pole orthogonal mit Bezug aufeinander und mit Bezug auf die Richtung des Elektronenstrahls orientiert sind, so daß durch unabhängige Steuerung der Stärke jedes Dipolfeldes der Strahl in jeder gewünschten Richtung von der Achse Z-Z abgelenkt v/erden kann. Bei dieser Ausführungs form ist die erste Dipoleinheit 8 um die Achse Z-Z so orientiert, daß sie einen Pol hat, der in einer sich horizontal erstreckenden Ebene liegt, die in Fig. 3 als Dipol-Bezugsebene 11 definiert ist.

Ein magnetischer Dipol kann zwar leicht dadurch erhalten werden, daß zv/ei gleichförmig gewickelte Spulen auf diametral entgegengesetzte Seiten des Strahls lokalisiert werden, die Untersuchung des Strahls nach Ablenkung durch ein solches Dipolfeld zeigt jedoch deutliche Verzerrungen des Strahlquerschnittes durch das Vorhandensein von Feldmoden höherer Ordnung oder Inhomogenitäten. Die Ernsthaftigkeit dieser Strahlverzerrungen hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, von denen die wichtigsten sind die Geometrie der verschiedenen Spulenwindungen, der Ablenkwinkel und die Driftdistanz von der Austrittsebene des Dipols zur Ebene der Anwendung des Strahls (das Target). Die beiden wichtigsten oder dominierensten Feldaberrationen, die nach Wechselwirkung mit einem kräftigen Dipolfeld erwartet werden können, sind diejenigen, die durch Quadrupol- und Sextupol-Felder höherer Ordnung erzeugt werden.

Eine theoretische Analyse von Einrichtungen zur Erzeugung homogener Feldverteilungen für !-!ultimod-Magnete, die um einen Zylinder geformt sind und Wicklungen haben, die etwa parallel zur Achse des Zylinders sind, wie beispielsweise in VJ. R. Smythe,"Static and Dynamic Electricity", (New York: McGraw-Hill, 1950) Seite 279, deuten an, daß elektrische Stromschichten kleiner radialer Dicke auf den zylindrischen Flächen

ησ geformt werden sollten, entsprechend der Funktion I= I cos—, wobei

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I die S tr ORi fläch en dich te ist, η die Anzahl der Pole und σ die Winkelposition irgendeines Teils der Spule von einem Antipol. Bei der bevorzugten Ausführungs form weist der strahl richtende Dipol zwei solche Kosinus-Stromverteilungs-Dipoleinheiten 8 und 10 auf, deren Pole orthogonal zueinander sowie zur Strahl achse Z-Z sind, uei dieser Anordnung kann der Elektronenstrahl schnell zu irgendeiner azimutalen Stelle auf dem Target 16 abgelenkt werden, indem das geeignete positive oder negative Verhältnis der Treibströme, wie noch beschrieben wird, an jede der beiden magnetischen Dipoleinheiten 8 und 10 annelegt wird. Es kann erwähnt werden, daß für eine bestimmte Strahlenergie und einen bestimmten Strom die Lage der Spulen 12 und 14 mit großem Durchmesser und der diesem zugeführte Strom konstant bleibt. Es kann auch erwähnt v/erden, daß durch Erregen jeder Dipoleinheit mit Treibströmen mit sinusförmig zeitabnängigen Amplituden und 90° Phasenversetzung der Elektronenstrahl in der Weise abgelenkt wird, daß er veranlaßt wird, sich mit einer Winkel frequenz (ω= 2-πί) um das Target zu rotieren, wobei f die Periodizität der Treibströme des Dipoldeflektors ist.

Aus dem Vorangegangenen ist erkennbar, daß die Dipoleinheiten 8 und je aus zv/ei elektromagnetischen Dipolspulen 8 a, 8 b bzw. 10 a, 10 b gebildet v/erden. Diese Spulen sind um die Rotationsfläche herum geformt, die aus dem sich erweiternden Teils der Vakuur.ikaminer 18 besteht, wo dieser sich mit dem allgemein zylindrischen Hals 19 vereinigt. Die Wicklungen jeder dieser Spulen sind etwa parallel zum Strahlweg längs der Achse Z-Z und sind entsprecnend der obigen Punktion so geformt, daß die Stroniflächendichte jedes Teils der Dipolspulen proportional dem Kosinus des Winkels, genommen um die Längsachse Z-Z, zwischen diesem Spulenteil und einem Antipol der Spule ist. Diese Spulen bilden dann die Dipoleinheiten 8 und 10, bei denen es sich um die primären oder Haupt-Ablenkelemente handelt (die in Kombination mit den Spulen 12 und

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14 funktionieren) um den Elektronenstrahl 3 auf verschiedene Punkte auf dem Target 16 zu richten.

Selbst mit extremer Sorgfalt bei der Konstruktion und Herstellung der speziellen Stromverteilungs-Dipoleinheiten 3 und 10 können restliche Aberrationen unakzeptabler Größe durch Randfeldeffekte und Unvollkommenheiten, wie asymmetrische Ladungsverteilungen des in die Dipoleinheiten eintretenden Strahls vorhanden sein. Um eine flexible Einrichtung zur Kompensation dieser unerwünschten restlichen Effekte zu erhalten, sowie als Einrichtung zur unabhängigen Einstellung der Querschnittsform und -orientierung der Fokalquelle an jeder azimutalen Position des Targets 16 wird eine Multipol-Wicklungseinheit 6 in Verbindung mit der Vorfokussierspule "> verwendet. Diese Einheit 6, die auf irgendeiner Seite der Spule 4 angeordnet sein kann, jedoch zwischen dieser Spule 4 und Uipoleinheiten 8 und 10 dargestellt ist, besteht aus zwei elektromagnetischen Quadrupoleinheiten SZ und 54 und zwei elektromagnetischen Sextupoleinheiten 56 und 58, die um den Hals VJ der Vakuumkammer gebildet sind, wie in Fig. 1 und 2 und den Sc/irii tten Fig. 5 und b dargestellt.

Die beiden Quadrupoleinheiten 5Ü und 54 sind vorzugsweise jeweils aus 4 elektromagnetischen Cpulen 52! a, 5Z b, bi c, bZ d bzw. 54 a, 54 b, 54 c und 54 d gebildet, die um eine Rotationsfläche geformt sind, vorzugsweise den Hals lü der Vakuumkammer, der den Strahlweg umgibt. Jede dieser Spulen v/eist Wicklungen auf, die sich etwa parallel zum Strahlweg erstrecken und, wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, sequentiell benachbarte liö'jan etwa gleicher Größe und damit von etwa ¹JG un den Hals 19 der Kammer uiifassen. Jede dieser Spulenwicklungen 521 a-d, 54 a-d sind in bekannter 'Jeise derart geformt, daß die Stromflächendichte jedes Teils jeder Spule proportional dem Kosinus des Winkels zwischen diesem Spulenteil und einem Antipol der Spule proportional ist. Wie in Fig. 5 und 6 dargestellt,

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ist die erste Quadrupoleinheit 52 um die Längsachse der Vorrichtung derart orientiert, daß ein Pol dieser Quadrupoleinheit 52 in der allgemein horizontalen Ebene liegt, die oben als die Dipol-Bezugsebene 11 definiert wurde. Die zweite Quadrupoleinheit 54, ebenso wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, ist konzentrisch zur ersten Quadrupoleinheit 52 und ist gegenüber dieser winkelmäßig um 45 um die Längsachse Z-Z versetzt. Die von der Stromflachendichte beim Anlegen des Stroms an die Quadrupolspulen erwünschte Kosinusfunktion wird dadurch erhalten, daß die Spulen in bekannter Weise auf Vorrichtungen derart gewickelt werden, daß jede Spule sehr wenige Wicklungslagen in der i«ühe des Zentrums der Spule hat mit höheren Zahlen und damit Dicken der Wicklungen außerhalb des Zentrums der Spule, wie im Schnitt in Fig. 6 dargestellt, wodurch die gewünschte Kosinusfunktion-Konstruktion erreicht wird.

Die elektromagnetischen Sextupol-Spuleneinheiten 56 und 53 zur Korrektur der Aberration sind ebenfalls in Fig. 5 und ο dargestellt. Jede dieser elektromagnetischen Sextupol-Spuleneinheiten ist vorzugsweise aus sechs elektromagnetischer! Spulen um eine Rotationsfläche herum geformt, vorzugsweise auf dem Hals 19 der Vakuumkammer, und liegen vorzugsweise konzentrisch über den Quadrupoleinneiten. Jede der sechs Spulen 56 a-f und 58 a-f weist Wicklungen auf, die sich etwa parallel zum Strahl und Strahlweg 3 längs der Horizontalachse erstrecken und sequentiell benachbarte Bogen um den Hals des Vakuuiiikaniniercehäuses erfassen, die etwa gleiche Größe haben und damit etwa 60 umfassen. Jede dieser Spulenwicklungen 56 a-f und 58 a-f ist ebenfalls in der allgemeinen Konfiguration gewickelt, die mit Bezug auf die Quadrupolspulen beschrieben worden ist, so daß die Stromflächendichte eines durch die Spule fließenden Stroms in jedem Teil der Spule proportional dem Kosinus des Winkels zwischen diesem Spulenteil und einem Antipol der Sextupolspule ist. Wie deutlicher in Fig. 6 dargestellt ist, ist die erste Sextupolspuleneinheit 56 so um die Längsachse der Vorrichtung orientiert, daß ein Pol dieser ersten

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Sextupolspuleneinheit allgemein in der gleichen Horizontalebene liegt, die oben als Dipol-Bezugsebene 11 definiert wurde. Die zv/eite Sextupolspuleneinheit 58 ist vorzugsweise konzentrisch mit der ersten Sextupoleinheit 56 und dieser gegenüber um 30° um die Längsachse winkelmäßig versetzt.

Zur Erläuterung der Funktion der HuI ti pol-Wicklungseinheit 6, die aus den verschiedenen Quadrupol- und Sextupol-Spuleneinheiten besteht, wird auf die folgende Tabelle 1 und die zugehörigen Figuren 11 a - 11 e und 12 a - 12 e Bezug genommen, die die Effekte der verschiedenen Kombinationen von Quadrupol- und Sextupol-Feldern auf den Querschnitt des projizierten Elektronenstrahls haben, wobei die Einflüsse der Dipoleinheiten 3 und 10 und der Spulen 12 und 14 für den Moment zur Vereinfachung der Erläuterung unbeachtet bleiben. Die Fig. 11 a - 11 e und 12 a - 12 e illustrieren die Effekete der durch die Quadrupoleinheiten 52 und 54 und Sextupoleinheiten 56 und 58 erzeugten elektromagnetischen Feldern auf die Strahlformen und die Strahlorientierung, v/enn die spezifizierte elektromagnetische Feldamplitude und -phase in jeder dieser Einheiten durch Anlegen vorgegebener elektrischer Ströme an diese Einheiten erzeugt v/erden, wie noch näher erläutert wird.

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Feld-Amplitude und -Phase

Form und Orientierung des Elektronenstrahl-Querschnitts

Quadrupol 52 Quadrupol 54-

	WuTl	+Max,	NuI T	Fig. 11a
+Max,	(W Z)	Null,	Null	Fig. lib
Null,	oo	-Max,	(u/2)	Fig. lic
-Max,	(3ir/2)	(*)	Fig. Hd
nun,	(2»)	(3π/2)	Fig. He
Sextupol	56	Sextupol 58

+ilax, Null, -Max» NuI 1,

Null

(■/2)

(3*/2)

(M

+Max,

Null . NuI 1

(ir/2)

NuI 1 (3π/2)

Fig. 12a

Fig. 12b

Fig. 12c

Fig. 12d

Fig. 12e

Aus der Tabelle und Figuren 11 und 12 ist erkennbar, daß bei nicht erregtem zweiten. Quadrupol 54 (Feldaraplitude O) und Erhöhung der Feldstärke des erstenQuadrupole 52 von O bis zu einem bestimmten positiven Maximalwert ein Strahl; mit anfänglich kreisförmigen Querschnitt in einen allgemein elliptischen Querschnitt transformiert wird, wobei die Hauptachse unter einem Winkel Θ= 45° gegenüber einem horizontalen Bezugspunkt, zweckmäßigerweise die Horizontalebene, die als DipoT-Bezugsebene 11 definiert ist,

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- Zt-

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.ZU-

wie in Fig. 11 b illustriert, orientiert ist. Das Verhältnis der großen Achse zur kleinen Achse dieser elliptischen Form ist eine Funktion der Leistung der Quadrupoleinheit, der Energie und des Durchmessers des Strahls beim Eintritt in die Quadrupoleinheiten, wie er durch die Vorfokussierspule 4 festgelegt ist, und der folgenden Wirkung der strahlspreizenden Rauml a auncskräfte. Eine Umkehr des Feldes in der ersten Quadrupoleinheit 52, indem man es durch UuIl und dann Dis zu einem bestimmten negativen Maximalwert laufen läßt, sorgt dafür, daß der Strahlquerschnitt zurück zu einem Kreis transformiert wird und dann wieder in eine elliptische Form, wobei die große Achse nun unter 135° zu dem Bezugspunkt orientiert ist, der Dipol-Bezugsebene 11, wie in Fig. 11 d illustriert. Es ergibt sich also eine Änderung um ττ/2 in der räumlichen Orientierung der Fokalquelle, die durch eine Änderung der Quadrupolfeldrichtung um π hervorgerufen ist. Die elektromagnetischen Felder der zweiten Quadrupoleinheit 54 sorgen dafür, daß die fokale Strahlquelle ähnliche Charakteristiken zeigt, wobei jedoch das Muster azimutal um 45 gegen das durch den ersten Quadrupol 52 erzeugte Muster versetzt ist, und zwar aufgrund der Winkel ve
Quadrupole!nheitenwicklungen.

und zwar aufgrund der Winkel Versetzung um 45° zwischen den beiden

Wenn ähnlich wie soeben mit ISezug auf die Quadrupoleinhei ten beschrieben die Sextupoleinheit 53 aberregt ist, neigt eine Erhöhung des Feldes der Sextupoleinheit 56 von Null bis zu einem bestimmten positiven Maximalwert dazu, einen Strahl mit anfänglich kreisförmigen Querschnitt (Fig. 12 a) in einen mit einem Querscnnitt zu transformieren, der sich einem gleichseitigen Dreieck nähert, das derart orientiert ist, daß eine Linie durch den Mittelpunkt und einen Scheitel des Dreiecks etwa 30 oberhalb des bezugspunktes liegt, der Dipol-Bezugsebene 11, wie in Fig. 12 b dargestellt. Wenn die Sextupo1fei der umgekehrt v/erden, indem von einem positiven Maximalwert zu einem negativen Maximalwert übergegangen wird, ändert sich die räumliche Orientierung des dreieckig

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transformierten Strahlquerschnitts um 60°, wie durch den Unterschied der Orientierung zwischen Fig. 12 b und 12 d dargestellt ist. Die durch die Variation der Felder der einzelnen Sextupolspulen 56 und 58 hergerufenen drei Querschnittsmuster sind allgemein identisch, jedoch azimutal mit Bezug aufeinander um 30 versetzt, wie durch die Unterschiede in Fig. 13 b und 13 c dargestellt ist. Wenn also die Sextupolspulen 56 und 58 selektiv erregt werden, können verschiedene gewünschte dreieckige Störungen auf die Querschnittsform des Elektronenstrahls aufgezwungen werden, um irgendwelche Sextupol-Aberrationen, die aus anderen Quellen im Strahl vorhanden sein können, im wesentlichen auszulöschen oder zu kompensieren.

Aus dem Vorangegangenen und Figuren 11 a bis 11 e ist erkennbar, daß dadurch, daß der der ersten Quadrupoleinheit 52 zugeführte Strom allgemein proportional dem Sinus des doppelten des Orientierungswinkeis Θ der Ellipse gehalten wird und der dem zweiten Quadrupol 54 zugeführte Strom allgemein proportional dem Kosinus des doppelten dieses Winkels gehalten wird, dafür gesorgt werden kann, daß der allgemein elliptische Querschnitt um sein Zentrum rotiert. Aus diesen Figuren ist auch ersichtlich, daß zwei komplette Feldänderungszyklen erforderlich sind, um eine 360 -Drehung der elliptischen Fokalquelle hervorzurufen. Wenn in ähnlicher Weise die Ströme variiert werden, die den Sextupoleinheiten 56 und 58 zugeführt werden, und zwar in der Weise, daß der der ersten Sextupolspuleneinheit 5b zugeführte Strom allgemein proportional dem Sinus des dreifachen des Winkels ^Qist und der der zweiten Sextupoleinheit 58 zugeführte Strom allgemein proportional dem Kosinus des dreifachen des Winkels Oist, dafür gesorgt werden kann, daß der dreieckige Strahlquerschnitt um sein Zentrum rotiert, wobei drei komplette Feldänderungszyklen notwendig sind, um eine 360°-Drehung der räumlichen Orientierung der Fokalquelle hervorzurufen. Die den verschiedenen Einheiten der Mehrfachwicklungseinheit 6 zugeführten Ströme werden also

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wie folgt variiert, wobei I₃₅₂ und I„_rz. den Strom repräsentieren, der durch die Quadrupolspuleneinheiten 52 bzw. 54 fließt und I<._rfi und Ις.-Q die Ströme repräsentieren, die den jeweiligen Sextupolspuleneinheiten 56 bzw. 58 zugeführt werden und in diesen fließen:

^{= 1}QO ^{Sin 2Θ}

^54 = ¹¹QO ^{C0S 2Θ}
¹SSS ^{= 1}SO ^{Sin 3 θ}
¹¹SO ^{C0S 3θ}

I.,_n und I_cn repräsentieren Bezugs-Strompegel, wobei die mit Apostroph versehenen Größen I'p„ und I¹™ die kleinen Differenzen berücksichtigen, die bei den maximalen Stromwerten für die gepaarten Quadrupole!nheiten bzw. gepaarten Sextupoleinheiten erforderlich sind, hauptsächlich aufgrund der allmählich wachsenden Durchmesser der darüber!iegenen Multipolwicklungen.

Aus dem Vorangegangenen ist ersichtlich, daß die Multipolwicklungseinheit 6 bei Erregung in Kombination mit der Vorfokussierspule 4 unterscniedliche Grade der Strahlquerschnittselliptizität liefert, die wahlweise von kreisförmigen Querschnitt bis zu extrem schmalen elliptischen Querschnitt reicht, und daß diese Querschnitte 360° um ihre eigenen Zentren rotiert und unter irgendeinem bestimmten Winkel positioniert werden können, indem die Größe und Polarität der beiden Quadrupole!nheitenfelder in geeigneter Weise eingestellt wird. In ähnlicher Weise können dreieckige Störungen des Strahlquerschnitts willkürlich eingeführt und unter irgendeinen gewünschten Drehwinkel um das Zentrum des Strahlquerschnitts orientiert werden, indem die Große und Polarität der beiden Sextupoleinheitenfelder

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eingestellt wird. Diese beiden Störungen können also auf die Fokalquelle in der Weise überlagert werden, daß die Sextupolaberrationen ausgelöscht werden, die durch die Wirkung der Ablenkdipoleinheiten 8 und 10 und der anderen Fokusier- und Strahlricht-Elernente im System eingeführt werden können. Diese Quadrupol- und Sextupol-Einheiten bilden die prinzipiellen Strahl formelemente, mit denen der Strahl geformt wird und solche Aberrationen korrigiert werden.

Dank der oben beschriebenen Strahl formelernente und Strahlrichtelemente wird es möglich, eine Fokalquellengeometrie auszuwählen, d. h. eine Konfiguration und Orientierung des Strahls an seiner Auftreffstelle auf das Target 16, die für Röntgenstrahlonprozeduren hoher Auflösung erwünscht ist, wie sie für Computertonioaraphie notwendig sind. Beispielsweise kann eine Fokalquelle erhalten werden, die eine sehr schmale Ellipse ist, die sich einer Liniunquelle nähert und deren große Achse in einer Ebene orientiert ist, die sich radial von der Längsachse Z-Z nach außen unter allen Azimutalpositionen um das Target 16 mit großem Durchmesser erstreckt. Mit dieser Radi aiii nienkonfigurati on und einer geeigneten Wahl des Auftreffwinkels des Strahls auf das Target kann die Fokalquelle einen projizierten Querschnitt haben, der grundsätzlich als kleine kreisförmige oder geringfügig elliptische Quelle erscheint, wenn sie in Richtung der Röntgenstrahlen betrachtet wird. Im allgemeinen erlaubt diese Konfiguration und Orientierung eine schärfere Kollimierunr des Röntgenstrahl und minimiert die schiefe Absorption und ilalbschattenbeiträge zur gesamten integrierten Dosis der Röntgenstrahlen, mit denen der Patient oder das andere interessierende Objekt beaufschlagt wird.

Aufgrund der vorangegangenen Beschreibung der Vorrichtung und ihrer allgemeinen Betriebsweise kann nunmehr die Art und Weise beschrieben werden, in der der Strahl auf die verschiedenen vorgewählten Punkte

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auf den Target gerichtet wird, von denen Röntgenstrahlen erzeugt werden sollen, um die gewünschte Abtastung zu erreichen. Zum Zwecke der Beschreibung soll angenommen werden, daß der Bezugs-Elektronenstrahl durch die Dipoleinheiten direkt längs der oben definierten horizontalen Dipol-Bezugsebene 11 abgelenkt werden soll, wobei der Stranl direkt in die Zeichenebene in Fig. 1 und parallel zur Zeichenebene in Fig. 2 abgelenkt wird. Dieser Bezugsstrahl ist derjenige, der in Fig. 3 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist und in Fig. 4 mit der starken unterbrochenen Linie. Wie in Fig. 2 bis 4 dargestellt ist, versetzt die azimutale Komponente der Strahl geschwindigkeit, die durcn die Felder der Fokussierspulen 12 und 14 mit großem Druchmesser eingeführt wird, den Strahl winkelmäßig um die Längsachse Z-Z um einen Winkel ρ , gemessen von der Dipolbezugsebene, so daß er am Punkt P_R auf das Target 16 auftrifft.Da fur eine bestimmte Elektronenstrahlenergie die von den Spulen 12 und 14 erzeugten Felder konstant bleiben und eine konstante Versetzungskraft auf den Elektronenstrahl ausüben, bleibt der Auftreffpunkt eines Elektronenstrahls unter einer gegebenen Bedingung immer um den gleichen Winkel r> gegen die anfäng-Ii ehe Ablenkung durch die Dipoleinheiten winkel mäßig versetzt. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist die Vorrichtung nach der bevorzugten Ausführungs fora so konfiguriert, daß die erste üipoleinheit 8, die erste Quadrupoleinheit 52 und die erste Sextupoleinheit 56 alle einen Pol haben, der in der horizontalen Dipolbezugsebene 11 liegt, während der zweite Dipol 10, der zweite Quadrupol 54 und der zweite Sextupol jeweils einen Antipol in dieser Ebene haben. In der Bezugssituation wird der Strahl anfänglich durch die Dipoleinheiten horizontal zu einer festen azimutalen und radialen Bezugsposition P_R auf dem Ringtarget Io abgelenkt, indem die Fokusierspulen 12 und 14 korrekt eingestellt werden. Diese Anordnung liefert eine Fokalquelle auf dem Ringtarget, bei der es sich grundsätzlich um eine Linie handelt, die in einer Radialebene liegt, statt um eine Punktquelle. Mit dieser Anordnung ist erwünscht, daß am Ausgang von den Dipol-Deflektor-Einheiten 8 und

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3S-

der Strahl, leicht konvergent in der Ablenkungsebene und divergent in der dazu orthogonalen Ebene ist. Das wird dadurcli erreicht, daß der der Vorfokussierspule 4 zugeführte Strom so eingestellt wird, daß ein leicht konvergierender Strahl mit ralativ großem Durchmesser am Eingang zur MuItipolwicklungseinheit 6 erzeugt wird, und die zweite Quadrupoleinheit 54 so eingestellt wird, daß die erforderliche Konvergenz-/Divergenz-Beziehunn entsteht. Diese Einstellung wird dadurch erreicht, daß der richtioe Strom von der Steuerung (Fig. 2) an die verschiedenen Spulen gelegt wird, wie dem Fachmann bekannt ist. Für diese Konfiguration wird die Brennweite der Vorfokussierspule 4 etwa gleich der Distanz von dieser Spule 4 zur Elektronenkanone 2 gemacht, und die Brennweite der Quadrupoleinheit 54 wird ähnlich dem Abstand von den Dipoleinheiten zum Target 16 gemacht.

Die Fokussieranordnung ist auch so konfiguriert, daß nach Ablenkung durch die Dipoleinheiten in der Radialebene im Bereich zwischen den beiden Spulen 12 und 14 mit großem Durchmesser und entgegengesetzten Feldern eine Überkreuzung entstent. Für eine bestimmte Strahlenergie und einen bestimmten Strahlstroru können die kleine und große Achse der gewünschten elliptischen Fokalquelle am Ringtarget dadurch eingestellt werden, daß der Durchmesser des Strahls am Eingang zu den Dipoleinheiten und die Stärke des Feldes des Quadrupole 54 kontrolliert wird. Je nach der gegenseitigen Lage der Felder der Dipoleinheiten und des Quadrupole 54 kann jedoch die große Achse der allgemein elliptischen Strahlform nicht in einer gewünschten radialen dichtung am Target orientiert sein, auch wenn das Zentrum der Fokalquelle korrekt auf dem Target lokalisiert ist. Eine Einstellung der Felder des ersten Quadrupols 52 ermöglicht es nun, die Fokalquelle um ihr eigenes Zentrum zu drehen, wie oben beschrieben, und so zu positionieren, daß diese große Achse genau mit einer Ebene ausgerichtet ist, die sich radial von der Längsachse Z-Z nach außen erstreckt. Die Sextupoispuieneinheiten

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56 und 58 können dann durch Kontrolle der an sie angelegten Ströme so eingestellt werden, daß irgendeine Fokalquellenverzerrung ausgelöscht wird, die durch Sextupolaberrationen vorhanden sein kann, was alles durch leicht einsichtige Einstellungen des Stroms an diese Sextupoleinheiten erreicht v/erden kann.

Da die Spuleneinheiten 4, 12 und 14 um die Längsachse Z-Z kreissynnetrisch sind, kann diese Fokalquellengeometrie für alle anderen Azimutal Positionen um das Target aufrechterhalten werden, indem einfach die folgende Beziehung zwischen den Dipol-, Quadrupol- und Sextupol-Feldern aufrechterhalten wird. Diese Beziehungen sind für die oben beschriebenen magnetischen Multipolelemente definiert, wobei die jeweiligen Dipol-, Quadrupol- und Sextupol-Spulenströme als I₀₈, I₀₁₀, Iq₅₂, I_q54, I₅₅₆ bzw. I₅₅₃ definiert sind. Die Bezugsstrüme, ähnlich den angegebenen, werden als I_DQ, I' „, I_QQ, I'_oo» I_so bzw. I'_so bezeichnet, wobei die mit Apostroph versehenen Bezeichnungen die geringfügigen Einstellungen repräsentieren, die aufgrund der überlagebeziehung der zweiten Dipol-, Quadrupol- bzw. Sextupoleinheiten notwendig sind. Die Beziehungen werden damit:

¹DS ^{= 1}DO ^Sin

¹DlO= ¹Oo ^C0S
^JA52^{= 1}QO ^Sin

¹SSS= ¹SO ^Sin

= ^rso^cos

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-ZSr-

281H64 A-

In den obigen Gleichungen ist ε eine Konstante, die die Nichtorthogonal i tat des Dipols berücksichtigt, und δ und γ sind Konstanten, die die Strahl rotation durch axiale Streufelder und geringfügige Feh laus fluchtungen der verschiedenen Multipolspuleneinheiten berücksichtigen.

Da die Fokussie rspulen 12 und 14 mit großem Durchmesser den Strahl um einen konstanten Azimutwinkel ρ rotieren, wenn die Dipol-Ablenkeinheiten den Strahl horizontal ablenken, trifft der Strahl nicht in einer horizontalen Ebene auf das Target, sondern in einer Ebene 60 (Fig. 3), die um den Winkel P gegen die Horizontale gedreht ist und damit gegen die Dipolbezugsebene 11. Das Zentrum des Elektronenstrahls, der anfänglich in der Dipolbezugsebene 11 horizontal abgelenkt ist, trifft also auf das Target 16 bei einem Azimutal-Bezugspunkt P_D auf, der am Schnitt des Targets 16 mit der gedrehten Ebene liegt. Wenn die Azimutal position des Strahls auf dem Target an irgendeinem gewünschten Punkt relativ zu dieser gedrehten Ebene 60 gemessen wird, dann kann Φ in den obigen Gleichungen als der gewünschte Targetpositionswinkels des Strahls auf dem Target in einem Koordinatensystem betrachtet werden, das um den Winkel ρ gegen die Horizontale verdreht ist. Dieser Winkel Φ in den obigen Gleichungen ist offensichtlich auch der Winkel zwischen der Ablenkebene 62 des Strahls am Ausgang von der Dipoleinheit und der Horizontalebene 11, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt. Üer Targetpositionswinkel Φ ist also der Winkel um die Längsachse Z-Z zwischen dem Bezugspunkt P_p auf dem Target 16 und irgendeiner gewünschten Position P. definiert, auf die der Elektronenstrahl 3 gerichtet werden soll, um Röntgenstrahlen von diesem Punkt zum interessierenden Objekt zu erzeugen, das längs der Achse Z-Z liegt.

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281Η64

Aus den obigen Gleichungen ist also ersichtlich, daß der an die erste Dipoleinheit 8 anzulegende Strom allgemein proportional dem Sinus irgendeines gewünschten Targetpositionswinkels ist, und der an die zweite Dipoleinheit 10 angelegte Strom allgemein proportional dem Kosinus des gewünschten Targetpositionswinkels ist. Weiter sind die an die jeweilige Quadrupolspuleneinheit 52 bzw. 54 allgemein proportional dem Sinus bzw. Kosinus des doppelten des Targetpositionswinkels, während die den Sextupoleinheiten 56 bzw. 53 zuzuführenden Ströme allgemein proportional dem Sinus bzw. Kosinus des dreifachen des Targetpositionswinkels sind.

Durch geeignete Variation dieser Sinusfunktionen kann der Targetpositionswinkel in irgendeiner vorgewählten Weise zeitlich variiert werden, um dafür zu sorgen, daß die Röntgenstrahlen von verschiedenen Punkten auf dem Target in einer solchen vorgewählten Folge auf das interessierende Objekt gerichtet werden. GewünschtenfalIs kann der Targetpositionswinkel durch sequentielle stufenweise Winkelschritte zwischen aufeinanderfolgenden winkelmäßic benachbarten Stellen auf dem Target variiert werden, um eine allgemein kontinuierliche rotierende Abtastung zu bewirken. Statt dessen kann die Targetpositionswinkelvariation in irgendeiner anderen Weise gewünschtenfalIs durchgeführt werden, beispielsweise in aufeinanderfolgenden Winkelschritten von etwas mehr als 180° zwischen aufeinanderfolgenden Punkten auf dem Target 16, so daß das Anlegen des entsprechenden Stroms dafür sorgt, daß die Röntgenstrahlen auf das Objekt längs der Achse von aufeinanderfolgenden Positionen auf dem Target gerichtet werden, wobei jede aufeinanderfolgende Position fast direkt quer, gesehen über die Längsachse, zur unmittelbar vorhergehenden Position liegt, so daß eine hin- und hergehende Abtastung quer zum Objekt erfolgt, während um das Target rotiert wird. Durch geeignete Kontrolle der Targetpositionswinkel kann irgendein

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-Jb-

281H64

anderes Abtastmuster von azimutalen Targetpositionen in gleichförmigen oder ungleichförmigen Abständen durchgeführt werden, einschließlich überlappende Sektoren variabler Länge und gewünschtenfalls die Verwendung einer physiologischen Gatterung des Strahls zum Triggern der Abtastung.

Es kann angemerkt werden, daß in Fig. 1 der Elektronenstrahl so dargestellt ist, als ob er von den Dipoleinheiten vertikal aufwärts und vertikal abv/ärts abgelenkt wird, wobei die Verlängerung des Strahls 3 aus der Targetebene hinaus in Seitenansicht die azimutale Verstellung dieser Strahlen um den Winkel ρ illustrieren. Ausschließlich zum Zwecke der Illustration der Art und Weise des Auftreffens dieser Strahlen auf das Target 16 sind die verlängerten Strahlen 3¹ so dargestellt, wie sie erscheinen wurden, wenn sie "abgewickelt" wären, d. h. azimutal nicht um die Achse Z-Z versetzt.

Wenn die konventionelle, azimutal rotierende Abtastung erwünscht ist, die von Punkt zu Punkt um das ringförmige Target 16 mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ω fortschreitet, werden die Dipoleinheiten 8 und durcn Treibströme erregt, die sinusförmige zeitabhängige Amplituden haben, die dadurch definiert werden, daß der Tarcetpositionswinkel ψ gleich ω t gesetzt wird, wobei t die Zeit ist. Durch die Verwendung eines stromstabilisierten, phasenkohärenten Harmonischen-Generators mit geringer Verzerrung zur Erregung der Multipolwicklungen und Einheit 6, kann die relative radiale Orientierung der Fokalquelle konstant gehalten werden, während der Elektronenstrahl um das ringförmige, wassergekühlte Target 16 rotiert.

Der Strahl auf das Target 16 kann bei der Röntgenvorrichtung nach der Erfindung in einem von zwei Grundmodi gepulst werden. Bei einer Ausführungsform wird die Elektronenkanone in einer Folge von vorprogrammierten Impulsen ein- und ausgeschaltet, während die strahl richtenden Elemente

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so aktiviert werden, daß der Strahl azimutal um das Ringtarget abgelenkt v/ird. In einer zweiten, und stärker bevorzugten Ausführungsform kann die Elektronenkanone zur kontinuierlichen Emission eines Elektronenstrahls während der vollen Abtastzeit betrieben werden, während die Strahlrichtelemente eine azimutale Abtastung bewirken, indem der Strahl nacheinander mit einer vorprogrammierten azimutalen Progression auf das Target und von diesem weg gelenkt wird. Im ersteren Fall ist die den Elektronenstrahl liefernde Kanone 2, die vorzugsweise verwendet wird, ähnlich der, die in dem oben erwähnten Artikel des Erfinders beschrieben ist. Eine solche Kanone enthält eine vorgespannte, nicht abfangende Extrakt!onselektrode, die positive Spannungsimpulse von einem kleinen "heißen" Impulsgeber bekommt, der im Kanonenanschlußgehäuse untergebracht ist. Dieser Impulsgeber enthält Vorspannungs- und Heizstrom-Versorgungen und zwei Planartrioden-Schaltrühren, die durch ein Faseroptik-Lichtverbindungselement 12 von einer auf Erdpotential arbeitenden Logikschaltung getriggert werden, die so ausgelegt ist, daß der Strahl schnell ein- und ausgeschaltet wird, und die Röntgenstrahlendetektoren über einen breiten Bereich von Impulswiederholfrequenzen und Impulsbreiten gegattert v/erden. Diese Anordnung liefert zwar Elektronenstrahl impulse in einer üblichen Weise, hat jedoch den Vorteil, daß zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Elektronenenergiestabil itat während des Impulses entweder eine extrem große Speicherkondensatorbank oder ein elektronisches Hochleistunrjs-Spannungsregulationssystem erforderlich ist. Jede Forderung erhöht den Aufwand, die Komplexität und den Raumbedarf für die Rontgenvorrichtung erheblich.

beim zv/eiten Betriebsmodus werden einige dieser nachteiligen Anforderungen vermieden. Bei dieser zweiten Betriebsart wird die

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Vorrichtung einige Sekunden vor der Ausführung der gewünschten Abtastung des interessierenden Objektes dadurch vorbereitet, daß ein kontinuierlich emittierender Elektronenstrahl eingeschaltet wird und dieser auf einen strahlengeschirmten Strahlkollektor 32 gerichtet wird. Der Strahlkollektor 32 gem. Fig. 1 und 2 ist längs der Längsachse Z-Z gerade hinter den Dipoleinheiten 8 und 10 der Elektronenkanone 2 gegenüber angeordnet. Da in den Strahlkollektor 32 beträchtliche Energie hinein gerichtet wird und dort absorbiert wird, wird ein geeignetes Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durch einen inneren Hohlraum geschickt, beispielsweise eine Reihe von Rohren, innerhalb des Strahlkollektors geschickt, um die Wärme zu absorbieren unaabzuführen, die durch das Auftreffen des Elektronenstrahls erzeugt wird. Mit der in Fig. 1 und 2 dargestellten Struktur kann die Elektronenkanone so erregt werden, daß ein Elektronenstrom erzeugt wird einige Sekunden ehe die Abtastroutine ausgeführt werden soll, während die Ablerik-Dipoieinheiten 8 und 10 aberregt sind. Wenn also die Produktion von Röntgenstrahlen nicht erwünscht ist, wird der Strahl niemals von der Längsachse Z-Z abgelenkt, sondern gerade durch die Multipolwicklungseinheit 6 und Dipole 8 und 10 in den Strahlkollektor 32 rerichtet, wo die Energie vom Kühlsystem absorbiert wird. Diese Anordnung erlaubt es der Last für die Hochspannungsstromversorgung, die die Elektronenkanone 2 speist, sich vor der Abtastroutine zu stabilisieren und dann während der Abtastprozedur konstant zu bleiben, wenn die Dipoleinheiten aktiviert werden. Die Strahlforderungen für ein Röntgenabtastsysteni hoher Auflösung deuten die Wichtigkeit dieses Merkmals an, da die Qualität der Resultate kritisch davon abhängt, daß während cer Abtastung ein konstantes Elektronenkanonenpotential aufrechterhalten wird. Mit einem Hochspannungssystem ist eine ideale Spannunnsstabilität von etwa 0,02 % normalerweise außerordentlich schwierig zu erreichen und aufrechtzuerhalten, wenn eine gepulste Last mit relativ hohem Strom verwendet wird, wie das bei einer Hochintensitäts-Röntgenröhre mit Gitterkanone der Fall ist. Mit der Strahlkollektoranordnunn wird

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die Notwendigkeit für große Kondensatoren oder ein Spannuncsregelsystem eliminiert, indem die Hochspannungsstromversorgung mit einem stabilen Gleichstroni-Elektronenstrahl belastet wird, der im Kollektor 32' mehrere Sekunden lang absorbiert werden kann, bis die Einschaltvorgänge und die Spannungsregeleffekte abgeklungen sind und ein stabiler Gleichgewichtspegel der Hochspannung erreicht ist. Nach Erreichen dieser Stabilität kann die azimutale Abtastung schnell dadurch ausgeführt v/erden, daß die ablenkenden Dipoleinheiten 8 und 10 und die Multipolwicklungseinheit 6 gepulst werden, während die Elektronenkanonenquellenemission konstant bleibt, bis die Abtastung beendet wird, und zu diesem Zeitpunkt wird dann die Elektronenkanone 2 abgeschaltet. Für diese Betriebsart wird das Gleichstrom-Hochspannungssystem wesentlich vereinfacht und die grundlegende Forderung nach Spannungsgleichförmigkeit wird darauf reduziert, dai3 die Anforderung nach geringem Rippel befriedigt wird, die mit konventionellen Filterkomponenten leicht erhalten werden kann, die in das Stromversorgungssys tem eingebaut uerden.

Eine alternative Anordnung für den Strahlkollektor ist in Teilansicht in Fig. 1 a dargestellt, wobei ein Y im Hals 19 der Vakuumkammer vorgesehen ist. Am Ende des Zweiges 64, der sich aus dem sich in Längsrichtung erstreckenden Hals 19 heraus erstreckt, ist ein Strahlkollektor 66 vorgesehen, der im allgemeinen in Konzept und Struktur dem Strahlkollektor 32 nach Fig. 1 ähnlich ist. Selektiv betätigbare Strahlablenkvorrichtungen sind vorgesehen, um selektiv entweder den Elektronenstrahl in den Kollektor 66 abzulenken oder ihm zu erlauben, längs der Längsachse Z-Z weiterzulaufen, um anschließend Röntgenstrahlen am Taroet zu erzeugen. Diese selektiv betätigbare Strahlablenkvorrichtung zur Ablenkung des Strahls in den Kollektor 66 kann zweckmäßigerweise aus einer elektromagnetischen, mit Gleichstrom vorspannenden Dipoleinheit 68 bestehen, die auf den

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Hals 19 oder in dessen Nähe montiert ist und mit Gleichstrom erregt wird, um eine kontinuierliche Vorspannkraft zu erzeugen, die dazu neigt, den von der Elektronenkanone 2 erzeugten Strahl aus der Längsachse heraus und in den Kollektor 66 abzulenken. Innerhalb des Halses 19 und auf gegenüberliegenden Seiten des von der Kanone 2 emittierten Elektronenstrahls können zweckmäßigerweise elektrostatische Strahl ablenkplatten 70 angeordnet werden, die wahlweise erregt oder aberregt sein können. Bei dieser Struktur können die Strahl-Form- und -richtelemente, einschließlich der Dipoleinheiten 8 und 10, kontinuierlich erregt werden, während die Strahlablenk-Dipoleinheit 68 eine elektromagnetische Kraft liefert, die den Elektronenstrahl aus der Längsachse hinaus in den Kollektor 66 ablenkt, wenn die Kanone 2 aktiviert ist, aber Röntgenstrahlen nicht erzeugt werden sollen. Wenn es dann erwünscht ist, die Erzeugung von Röntgenstrahlen zu beginnen und die Abtastroutine einzuleiten, können die Ablenkplatten 70 erregt werden, vorzugsweise mit einem geeigneten negativen Potential, um den Elektronenstrahl schnell in die Längsachse Z-Z zurück abzulenken, so daß der Strahl den Hals 19 abwärts längs der Achse laufen kann, um durch die verschiedenen anderen elektromagnetischen Elemente geformt und gerichtet zu werden. Eine allgemein ähnliche und äquivalente Struktur kann auf die Gleichstrom-Vorspannelemente 63 verzichten und selektive, geeignete Erregung der Deflektorplatten 70 verwenden, um den Strahl selektiv entweder in den Kollektor 66 abzulenken oder ihm zu erlauben, längs der Längsachse vorzulaufen. Diese Strahlkollektoranordnung außerhalb der Achse hat das erwünschte Merkmal, den Strahlkollektor aus der in Fig. 1 dargestellten Position zu entfernen, in der er sich allgemein in der Nachbarschaft eines (im Phantom danjestell ten) Patienten befindet, der mit der Vorrichtung untersucht wird.

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Eine zweite bevorzugte Aus füh rungs form der Erfindung ist in Fig. 13 und 14 dargestellt. Diese zweite Aus führungs form stellt eine Verbesserung gegenüber der ersten dar und weist ein zweites Hochfrequenz-Ablenksystem auf, um für eine sehr schnelle Rüntgenabtastunr; zu sorgen bei wesentlich herabgesetzter Komplexität und damit Kosten der Einrichtung. Ungleich der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2, bei 6er unmittelbar vor der Ausführung der Röntgenabtastung der Elektronenstrahl in eine Bereitschaftsbedingung gebracht wird, in der er in einem direkt geradeaus oder versetzten Kollektor "geparkt" ist, verwendet die verbesserte Ausführungs form nach Fig. und 14 eine Doppel-Dipol-Deflektoreinheit 8 und 10, um den in Bereitscnaftstellung befindlichen Elektronenstrahl in einem abgeschirmten, wassergekühlten, ringförmigen Strahlkollektor 80 zu rotieren und zu parken, der mit dem benacnbarten wassergekühlten Ringtarget konzentrisch ist. Durch Segmentierung dieses Rinnkollektors und/oder durch Vorsehen geeigneter Strahldetektorsonden künnen die wesentlichen Parameter des rotierenden Bereitschafts-Elektronenstrahls genau überwacht werden, um eine Bestätigung für die Bereitschaft vor der Ausführung der Röntgenabtastung zu erhalten.

Um die Röntgenabtastung mit dieser zweiten Ausführungs form auszuführen, wird ein hochfrequentes zweites Ablenkfeld mit einer gewünschten zeitabhängigen Amplituden van' ation schnell über den Laufweg des rotierenden Bereitschaftsstrahls überlagert, um dafür zu sorgen, daß der Strahl radial zwischen dem Target und dem Strahlkollektor abgelenkt wird.

bei der Beschreibung der Vorrichtung nach dieser zweiten bevorzugten Ausführungs form wird speziell auf Fig. 13 und 14 Bezug genommen, die einen Längsschnitt bzw. einen schematischen perspektivischen Schnitt durch die Grundkomponenten der Vorrichtung zeigen. Da die meisten Komponenten dieser zweiten Ausführungsform im wesentlichen die gleichen sind wie mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben, sind der Kürze und

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Klarheit halber die entsprechenden Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Speziell ist zu erwähnen, daß im wesentlichen die gleichen strahlerzeugenden und -richtenden Komponenten und Target- und Kollimato.rstruktur sowie die verschiedenen Gehäuse bei dieser Ausführungs form die gleichen sind wie bei der ersten. Es sind jedoch verschiedene Hinzufügungen und Änderungen der Struktur gemacht worden, die im folgenden beschrieben werden.

Eine bedeutsame Änderung betrifft den Ersatz des großen, wassergekühlten Strahlkollektors auf der Achse der Vorrichtung durch einen relativ kleinen Strahlungsschild 78. Der wassergekühlte Strahlkollektor dieser Aus führungs form, jetzt mit 80 bezeichnet, hat die Form einer kontinuierlichen, oder gewünschtenfalls segmentierten, Ringstruktur, die dem Ringtarget 16 benachbart und mit diesem konzentrisch ist. Dieser Strahlkollektor 30 ist, wie das Target 16, in das Vakuumgehäuse montiert und mit einem Kanal zur Zirkulation von Kühlwasser versehen. Ein Einsatz 82, zweckmäßigerweise aus Wolfram oder einem ähnlichen Material, ist im Strahlkollektor vorgesehen, wie am besten in Fig. 16 illustriert, um den Elektronenstrahl 3 aufzunehmen, während sich dieser in [Jereitschaftsbedingung befindet. Wie sowohl in Fig.13 als auch 16 dargestellt ist, hat der ringförmige Strahlkollektor 80 einen allgemein U-förmigen Kanal-Querschnitt und ist aus einem geeigneten Material, beispielsweise Kupfer, geformt.

Wie am besten in Fig. 16 und 17 erkennbar ist» ist die Targeteinheit 16 im wesentlichen die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform, so daß das Aufprallen des Elektronenstrahls dafür sorgt, daß Röntgenstrahlen erzeugt und auf das interessierende Objekt zu und durch dieses hindurch auf Röntgendetektoren 48 gerichtet wird.

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Gewünschtenfalis können die zum interessierenden Objekt gerichteten Röntgenstrahlen in bleistiftartige Strahlen kollimiert werden, wie mit bezug auf die erste Ausführungsform illustriert. In vielen Anwendungs fällen ist es jedoch erwünscht, daß die Röntgenstrahlen das interessierende Objekt mit einem Strahl beleuchten, der in einer Richtung längs zur Geräteachse kollimiert ist, der sich jedoch quer zur Achse zu einem dünnen, fächerförmigen Muster ausbreiten kann, wie in Fig. 14 und 15 dargestellt.

Um einen solchen fächerförmigen Strahl zu erzeugen, der gleichzeitig auf eine Vielzahl von Detektoren auftrifft, kann ein Fenster und eine Kollimatorstruktur vorgesehen werden, wie sie in Fig. und 17 dargestellt ist. Bei dieser Struktur ist das Fenster wieder ein dünnes metallisches Element 84, das an der radialen inneren Basis eines Kanals im Vakuumgehäuse angeordnet ist, der durch einander gegenüberliegende Seitenwünde 8b und 88 in engen Abständen definiert ist. Der enge Abstand der einander gegenüberliegenden Seitenwände 86 und 88 dient dazu, den Strahl in Längsrichtung der Achse zu kollimieren und zu den Detektoren 4S hin zu richten. Um die notwendige Festigkeit für das Vakuumgehäuse zu erhalten, sind dünne, sich radial erstreckende Stege 90 zwischen den Wänden 86 und 88 vorgesehen. Diese Stege 90 sind sehr dünn, so daß sie den vom Target kommenden fächerförmigen Strahl so wenig wie möglich stören und ihm erlauben, durch den Steg hindurch zu treten. Ersichtlich kann sowohl der fächerförmige Strahl als auch der dünne bleistiftförmige Strahl mit irgendeiner der Ausführungsform dieser Vorrichtung verwendet werden, wobei nur die jeweils geeignete Kollimatorstruktur verwendet v/erden muß.

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Wie oben erwähnt worden ist, wird der von der Kanone 2 emittierte Elektronenstrahl durch das Strahlrichtsystern so geformt und gerichtet, daß er sich in einem allgemein kreisförmigen Weg azimutal um die Längsachse bewegt und um den Strahlkollektor 80sich herum und auf diesen auftreffend, wenn er sich in der Bereitschaftsbedingung oder im Parkzustand befindet. Bei diesem Betriebszustand wird der Strahl vorzugsweise so gerichtet, daß er in dem Kreisweg läuft und auf de" Wolframeinsatz 82 im Kollektor auftrifft. Durch den Kollektor 80 ragt bei dieser Ausführungs form eine Strahltriggersonde 92 und mehrere Strahlform- und -positions-überwachungssonden 94, wie in Fig. 15 und 22 dargestellt. Vorzugsweise sind vier Strahl-Form- und -positions-überwachungssonden 94 in gleichen Abständen von um den Strahlkollektor 80 verteilt. Diese Sonden 94 sind in Fig. dargestellt, sie bestehen aus einem Kupferstab 96, der über den größten Teil seiner Länge gegengebohrt ist und durch die Endwand des Strahlkollektors 80 vorsteht, wobei ein Keramikisolator 97 die Sonde elektrisch gegen den Kollektor isoliert und für die notwendige Vakuumabdichtung 98 sorgt. Am inneren Ende des Stabes 96 ist die Sonde 94 so geformt, daß sie der gewünschten Tokalquellen-Größe und -Orientierung angepaßt ist» zweckuäßioerweise dadurch, daß ein geeignet geformtes und dimensioniertes Endstück 99 vorgesehen wird. Dadurch, daß der Strahl stationär gehalten wird und stumpf auf das Endstück 99 einer der Sonden 94 gerichtet wird, kann also die Strahlform und -position detektiert und für optimalen Betrieb justiert werden, indem einfach ein Ausgangssignal von der Sonde maximiert wird. Diese Einstellprozedur kann entweder unter statischen Bedingungen durchgeführt v/erden, wobei der Strahl stationär ist, oder unter dynamischen Bedingungen_s während sich der Strahl azimutal um den kreisförmigen Kollektor 80 herumbewegt. Kühlwasser von einer

geeigneten, nicht dargestellten Quelle kann durch die Gegenbohrung der Sonde geschickt werden, um die Wärme abzuführen, die

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durch den Aufprall des Elektronenstrahls gegen das Ende der Sonde erzeugt wird. Die Trägersonde 92 kann im wesentlichen ähnlich den Strahl-Form- und -Positions-überwachungssonden 94 sein, wenn auch eine Wasserkühlung wahrscheinlich nicht notwendig sein wird. Um das notwendige Ausgangssignal zu schaffen, ist der Kupferstab 96 jeder der Sonden 92 und 94 elektrisch über einen Widerstand mit Erde und auch mit der Steuereinheit nach Fig. 14 verbunden.

Dadurch, daß die Sensoren 92 und 94 vorgesehen werden, wird jedesmal, wenn der Strahl auf einen dieser Sensoren aufprallt, ein elektrisches Signal proportional aer Energie des auftreffenden Strahls zur Kontroll- oder Steuereinheit geschickt. Die Strahl rieh te leinen te können damit so justiert werden, daß der Strahl wänrend seines Auftreffens unmittelbar auf jeden der Strahipositionssensoren 94 zentriert wird, so daß der Strahl somit einen vorgegebenen Weg beschreibt, beispielsweise einen kreisförmigen Weg mit einem Radius allgemein gleich der radialen Versetzung der Sensoren 94 gegen die Länrsachse. Der Durchlauf des Strahls an dem Triogersensor 92 vorbei dient dazu, ein Taktsignal zu liefern, das die Zeit und Frequenz des Durchlaufs des Strahls an dieser Stelle anzeigt, so daß die Position des Strahls zu jedem Zeitpunkt relativ zu diesem Sensor 92 leicht bestimmt werden kann.

Wie oben beschrieben, dient die Erregung der Elektronenkanone 2 und der Strahl riehtelernente 4, 6, 8, 10, 24 und 26 dazu, den Strahl um einen kreisförmigen Weg herum zu richten, der auf Teile des Strahlkollektors 80 auftrifft. Um Röntgenstrahlen von diesem Strahl zu erzeugen, wird der Strahl vom Kollektor 80 auf das Target 16 abgelenkt. Um den Effekt einer Anzahl eng benachbarter Röntgentargets von einem Ringtarget 16 mit glatter Oberfläche zu erhalten, wird ein hochfrequentes sekundäres Ablenkfeld mit einer geeigneten zeitabhängigen Amplitudenvariation schnell der Laufbahn dieses rotierenden Betriebsbereitschaftsstrahls überlagert, um dafür zu sorgen, daß dieser radial zwischen dem

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Strahlkollektor 80 und dem Target 16 abgelenkt wird, wobei bei jedem Auftreffen auf das Target 16 Röntgenstrahlen von der betreffenden Stelle erzeugt werden.

Obwohl leicht Magnetfelder als ein Äquivalent dazu verwendet werden könnten, die hochfrequente Zitter-Ablenkung zwischen dem Strahlkollektor und dem Target 16 zu erhalten, wird in der speziellen bevorzugten Ausführungsform ein elektrostatisches Ablenksystem eingebaut und innerhalb der Vakuumkammer angeordnet, um mit dem Strahl nach dem Durchlaufen des Strahls durch die doppelte Dipolanordnung 8 und 10 wechselzuwirken. Der Deflektor besteht zweckmäßigerweise aus zwei kegelstumpffömiigen Elementen 100 und 102, die konzentrisch zur Längsachse des Gerätes angeordnet sind. Diese Elemente 100 und 102 sind aus einem geeigneten Material hergestellt, beispielsweise Kupfer oder rostfreiem Stahl, und durch Spinnen zu den gewünschten Konfigurationen geformt. Bei der Ausführungs form nach Fig. 13 und 14 wird das innere Hochfrequenz-Ablenkelement auf Erdpotential gehalten, während das äußere Element 102 an eine benachbarte, abgeschirmte Hochspannungsstromversorgung 103 angeschlossen ist und von der Steuereinheit betrieben wird. Dieses Ablenksystem mit der entsprechenden, nicht dargestellten Hochspannungsstromversorgung ist so konstruiert, daß es die Strahlen des Gerätes mit großem Durchmesser aufnimmt und ein periodisch variierendes, mit Gleichspannung vorgespanntes, quer liegendes elektrisches Feld einstellbarer Frequenz und Amplitude liefert. Dieses elektrische Querfeld liefert in Kombination mit der Wirkung der großen Fokussierspulen 12 und 14 eine radiale Ablenkung (X) des Strahls in der Targetebene, wie in Fig. 15 angedeutet. Bei dieser bevorzugten Ausführungs form kann die Lage und Form der

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Deflektorplatten so gewählt werden, daß ausreichende radiale Ablenkungsamplituden (X) leicht mit elektrischen Feldstärken Spitze-Spitze von weniger als ein kV/cm für Elektronenstrahlenergien von bis zu 250 kV erreicht werden kann. Die Hochspannungsstromversorgung des Deflektors und die Impedanz des Ablenksystems werden in bekannter Weise so gewählt, daß eingeschwungene Zustände des elektrischen Feldes in einem Bruchteil eines Zyklus der Ablenkfrequenz aufgebaut und/oder abgeschlossen v/erden können.

In Fig. 17 ist die typische Bewegung des Strahls zwischen dem Kollektor 80 und dem Target 16 dargestellt, wenn der Strahl gleichzeitig rotiert und radial abgelenkt wird. Bei dieser Darstellung wird ein sinusförmig sich änderndes Feld von den Defl ektorelementen 100 und 102 und der zugehörigen Stromversorgung auf den Strahl aufgedrückt. Für sequentiellen Quellenbetrieb, wie dargestellt, und gegebenen Targetdurchniesser hängt die Anzahl (n) von Röntgenquellen rund um das Tarnet und der Abstand (P) zwischen aufeinanderfolgend angeordneten Quellen nur von dem Verhältnis der Frequenzen des sekundären Ablenkfeldes (von den Deflektorelementen 100 und 102) und der Doppel-Üipoleinheit S und 10 ab. Beispielsweise ergeben sich 150 Rüntgeiv|uellen in gleichen Abständen mit einer Strahl rotations frequenz von 60 Hz und einer Zitter-Ablenkfrequenz von 9000 Hz. Damit werden die 150 sequentiell erzeugten Röntgenstrahlen während eines Umlaufs des Strahls erzeugt, was in 16,7 Millisekunden erfolgt. Wenn der Strahl mit 30 Hz rotiert und die Zitterfrequenz 9C00 Hz beträct, wurden 300 gleichabständige Röntgenquellen in einer Abtastzeit von 33,3 Millisekunden erreicht. In ähnlicher Ueise, wenn die Strahl rotation wieder mit 60 Hz erfolgt und die Zitterfrequenz auf 18.000 Hz erhöht wird, könnten 300 gleichabständige Röntgenquellen erreicht werden, während die Rotation des Strahls auf der Periode von 16,7 Millisekunden bleibt.

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Das Tastverhältnis des Röntgenstrahl, das jedem Strahlumlauf assoziiert ist, wird durch die gesamte integrierte Ladung bestimmt, die vom Target abgefangen wird, die wiederum eine Funktion der radialen Ladungsverteilung und den Abmessungen der Fokalquelle ist, der Frequenz und Amplitude des Zitter-Ablenkfeldes, und der Anzahl von Quellen rund um das Target.

Um eine genaue, vergleichbare Registrierung des vielquelligen Musters um die Targetperipherie zu gewährleisten, wird das hochfrequente Ablenkfeld mit einen Triggersignal eingeleitet, das vom Elektronenstrahl während der Rotation im Betriebsbereitschaftszustand erzeugt wird. Das wird durch die Verwendung eines Strahltrigger 92 erreicht, der einen Teil des Strahls abfängt, um scharfe Signale bei jeder Rotation des Betriebsbereitschaftsstrahls zu erzeugen. Diese Signale werden ausgegattert, bis die Strahlpositionssensoren 94 anzeigen, daß das Energieniveau und die Positionierung des Strahls innerhalb des Strahlkollektors geeignet ist und daß der geparkte Strahl damit bereit ist, und bis alle Schutzverriegelungen befriedigt sind. Solche Verriegelungen können u. a. Signale enthalten, die zur Steuereinheit rückgemeldet werden, um einen Dipol-Unterstrom-Schutz zu schaffen, so daß die Strahlemission schnell beendet wird, wenn die Stromstärke im Dipol unzureichend ist, um die notwendige Ablenkung zu erreichen. Dann wird nach Empfang eines Befehls zur Ausführung der Röntgenabtastung eines der scharfen Signale vom Sensor 92 ausgewählt, um das hochfrequente Hochspannungs-Deflektorfeld durch einen auf niedrigem Pegel liegenden Treiber zu triggern, der in die Hochspannungsstromversorgung und die Steuereinheit eingebaut ist. Die ringförmige Anordnung von Targetquellen kann dann azimutal "abgestimmt" werden, um eine zuverlässige oder vergleichbare Position auf dem Target zu ergeben (um eine räumliche Registrierung mit Bezug auf den Patienten

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und/oder die Detektoren zu gewährleisten), und zwar mit einer einstellbaren Zeitverzögerung auf dem Treiberpegel. Für eine gegebene Einstellung der Zeitverzögerung und durch Verwendung eines phasenverrasteten Treibersystems, mit dem die Zitter-Deflektor-Frequenz auf einem exakten Vielfachen (n) der Frequenz der Doppel-Dipoleinheit 8 und 10 gehalten wird, kann die Reihe von Röntgenquellen räumlich hinsichtlich des Azimuts mit Bezug auf ein vorher definiertes Vergleichsregister verrastet v/erden. Da die Leistung zu den Deflektorelementen 100 und 102 schnell ein- und ausgetriggert werden kann, kann die Abtastung an vielen Punkten um das Target herum gestartet und gestoppt werden, wobei die Abtastung irgendeinen Bruchteil oder eine Viel zahl von Bruchteilen der Strahl rotation um das Rinntarget umfaßt. In ähnlicher deise kann der Strahl während mehrerer kompletter Rotationen des Strahls um das Ringtarget an verschiedenen azimutalen Positionen auf das Target gerichtet v/erden. All diese Strahlablenkcharakteristiken sowie das Gattern und Austasten des Detektors 48 werden innerhalb der geeigneten Steuereinheit eingestellt. Unmittelbar nacii ticendigunn der gewünschten Abtastung kann der rotierende Stranl zum Ringkollektor zurückgeführt werden, wenn eine zusätzliche Abtastung sofort durchgeführt v/erden soll, oder der Strahlstrom kann durch Aberregung der Elektronenkanone 2 beendet werden.

Während für die Ausführungs form nach Fig. 13 bis 17 ein einfacher sinusförmiger Spannungsverlauf illustriert ist, der die Hochspannungsstronversorgung zur Erregung der Deflektorelenente ICO und 102 steuert, kann ersichtlich die Abtaststeuer logik für irgendwelche anderen geeigneten Typen von Spannungsverläufen soroen. Beispielsweise zeigt Fig. 1Ό die Verwendung von alternierenden Halbzyklen einer Sinusschwingung, die für das gleiche Röntgenstrahl tastverhältnis auf den Target sorgt, während

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ein Ringkollektor 80' mit wesentlich verringerter breite verwendet wird. Ersichtlich kann irgendein anderer Spannungsverlauf mit jedem gewünschten Abstand ebenfalls mit der Vorrichtung nach der Erfindung verv/endet werden.

Der ringförmige Strahlkollektor 80 ist zwar in Fig. 13 bis 18 in der Form dargestellt, daß er in einer Distanz von der Längsachse positioniert ist, die größer ist als die Distanz des Targets, ersichtlich umfassen die Lehren der Erfindung aber auch den entgegengesetzten relativen Abstand, wobei das Target 116" in einer Distanz von der Achse positioniert ist, die größer ist als die zum Kollektor 80", wie in Fig. 19 dargestellt. Der Vorteil der Anordnung nach Fig. 16 bis 18 stammt von dem etwas kleineren Durchmesser des Targets, wodurch sich eine größere Röntgenintensität auf dem interessierenden Objekt ergeben kann. Wenn andere Gesichtspunkte, beispielsweise Detektorgeometrie, die Wünschba"rkeit eines Targets mit größerem Durchmesser andeuten, kann der Kollektor angrenzend an den Innenrand des Targets angeordnet werden, wie in Fig. 19, wobei dann der Strahl radial auswärts abgelenkt wird, um vom Target abgefangen zu werden.

Eine andere wesentlich abweichende Abtastanordnung kann dadurch erhalten werden, daß eine Targetstruktur verwendet wird ahniicii wie sie in Fig. 20 und 21 dargestellt ist. bei dieser Anordnung ist der Kollektor wieder angrenzend an die Außenperipherie des Targets angeordnet, wie in Fig. 16 und 18. Das Target selbst bietet jedocn nicht mehr eine glatte und im wesentlichen kontinuierliche Oberfläche für den Elektronenstrahl. Statt dessen präsentiert das Kinotarget 104 dem auftreffenden Strahl azimutal alternierend nebeneinanderliegende Inseln 106 und Vertiefungen 108. Die Inseln 106, zweckmäßigerweise aus Wolfram-Einsätzen bestehend, dienen dazu, die gewünschten Röntgen-

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strahlen zu erzeugen und zum interessierenden Objekt zu richten, wie bei den bisherigen Ausführungsformen. Die Ausparungen 108 sind jedoch tief genug dimensioniert, um ausreichende Strahlungsabschirmung zu erhalten, um jede externe Emission von Röntgenstrahlen abzuschneiden und dienen damit selbst als kleine, einzelne Strafilkollektoren. Zweckmäßigerweise sind die Inseln 106 etwas großer dimensioniert als der ovale oder etwa elliptische Querschnitt des Strahls. Bei dieser Ausführungsform wird die Abtastung von einer Vielzähl von Quellen dadurch erhalten, daß der Elektronenstrahl vom Strahlkollektor 80 auf das Target 104 unter Verwendung eines zweiten Deflektorschirms mit konstanter Amplitude (Gleichspannung) abgelenkt wird, so daß dafür gesorgt wird, daß der Strahl sich in einem allgemein kreisförmigen Muster azimutal um das Ringtarget 104 herum dreht. Auch bei dieser Ausführuncsform wird für die Produktion von Röntgenstrahlen nur von einer Anzahl von vorgegebenen Positionen rund um das kreisförmige Target gesorgt, so daß die größeren und schwereren Vers tarkunesStege 110 im Fensterbereich verwendet v/erden können, ohne daß eine unzulässige Interferenz i.iit den Runtgenstralilen bewirkt wird, iienn fächerförmige Strahlen erwünscnt sind, können diese Stege 110 zweckmäSice n/eise keilförmigen Querschnitt haben, wie im Schnitt in Fig. Zl dargestellt. Da nur die Inseln 106 die gewünschten Run tgens traf) len erzeugen und zum inleressieremk-n Objekt richten, sorgt diese Variante für soviele Röntgeriquel len w.'iiirend einer kompletten Rotation des Strahls wie Inseln 10ö rings um diis Target vorhanden sind. Eine sequentielle und stochastische Rontqenquellenverteilung während einer Abtastsequenz würde wie bei den anderen Ausführuncsformen dadurch erreicht, daß das sekundäre aleicrispannungs-Ablenkfeld mittels des niederpeglicen Treibers schnell eingeleitet und abgeschlossen wird. Diese perforierte P.ingtarretstruktur erlaubt es, das Röntgentastverhältnis und die Auflösung zu riüximieren. Weiter leidet zwar diese Anordnung unter einem Mangel an Flexibilität, da das Targetlochmuster die Reihe von Röntgenquellen

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vorbestimmt, bietet jedoch den Vorteil des einfachen Betriebes und einer Fokalquellenbreite, die die tatsächliche Breite des Elektronenstrahls eng annähert.

Aus dem Vorangegangenen ist eine Reihe von Vorteilen für diese zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindunrsgemäßen Vorrichtung erkennbar, bei der der Strahl kollektor eine allgemein ringförmige Struktur ist, die angrenzend an das Target angeordnet ist. Spezieller wird jede Streustrahlung, die durch den Betriebsbereitschaftsstrahl erzeugt wird, von einer Quelle erzeugt, die erheblich weiter weg vom Patienten ist als bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und damit leichter abzuschirmen. Zusätzlich kann die Abschirmung für den Straiilkol lektor vom Hauptgestell der Vorrichtung abgestützt wercen statt freitragend von der Innenschale der Vakuumkammer. Damit ist nur ein kleiner Strahlungsschirm 78 auf der Achse notwendig, um als Sicherheitsreserve zu dienen. Die Kühlung des Betriebsbereitschaftsstrahlskollektors ist erheblich vereinfacht, da die Strahldichte pro Flächeneinheit des Strahlkollektors durch die azimutale Rotation des Strahls um den Kollektor reduziert ist.

Mit dieser verbesserten Struktur können einfache Strahlmonitoren dazu verwendet werden, die kritischen Parameter des Betriebsbereitschaftsstrahls automatisch zu prüfen, einschließlich des Einflusses der Doppeldipoleinheit, um zu gewährleisten, daß der Strahl in jeder Hinsicht bereit ist, ehe die Röntgenabtastung ausgeführt wird. In ähnlicher Weise sorgt der rotierende Betriebsbereitschaftsstrahl für sein eigenes Taktsignal vom Triggersensor 92, wie oben erwähnt. Die Triggerinipulse, die von diesem Sensor erzeugt werden, können so gegattert werden, daß sie das Muster von Röntgenquellen in einer festen azimutalen Position mit Bezug auf ein gegebenes Vergleichsregister

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räumlich oder phasenmäßig verrasten.

Durch die Verwendung eines hochfrequenten sekundären Ablenksystems, oder Zittern, müssen die magnetischen Doppeldipoleinheiten 8 und 10 nicht schnell mit Hochspannunossignalen ein- und ausgeschaltet werden, um den Strahl den ganzen Weg von der Längsachse hinaus zum Target abzulenken. Statt dessen wird die Ablenkung zum Ringstrahlkollektor aufgebaut und auf einem im wesentlichen konstanten Pegel stabilisiert, so daß die Position des Strahls vor der Ausführung der Abtastung stabilisiert werden kann. Diese Anordnung erlaubt es ferner, daß sich die DoppeldipoTfelder mit einer relativ langsamen Rate ändern können, beispielsweise Netzfrequenz (in USA 60 Hz), so daß Wirbelstromverluste vermieden werden, die mit einem schnellen Pulsen der Dipole assoziiert sind, und die Verwendung von einfachen metallenen Vakuumgehäusen möglich ist statt komplexeren und teureren Vakuumgefäßen aus Keramik oder Glas.

Mit dieser Struktur kann der rotierende ßereitschaftselektronenstrahl vom abgeschirmten ringförmigen Strahl kollektor SO mit einem hochfrequenten sekundären Ablenkfeld relativ geringer Stärke zum benachbarten Ringtarget 16 abgelenkt werden, wobei dieses Ablenkfeld entweder magnetisch oder, wie hier illustriert, elektrostatisch sein kann. Da dieses hochfrequente sekundäre Ablenkfeld oder Zitter-Feld sehr schnell angelegt werden kann, kann der Elektronenstrahl sequentiell oder stochastisch während Rotation des Strahls zum Target oder von diesem v/eg abgelenkt werden. Diese Anordnung erleichtert auch die physiologische Gatterung des Strahls durch das interessierende Objekt. Durch Ver./endung von intern angeordneten, konischen elektrostatischen Deflektorelementen kann das erforderliche sekundäre Ablenkfeld mit einer einfachen Energiequelle geringer Leistung und kontrollierter Amplitude erzeugt werden. Ersichtlich ergibt also diese zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung alle günstigen Effekte der Ausführungsform

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nach Fig. 1 und 2 und sorgt für noch zusätzliche Vorteile.

Um noch zusätzliche Vorteile zu erreichen und eine weitere Verbesserung der Effizienz des Betriebes, kann die Elektronenkanone 2 in gepulster Heise unter Kontrolle durch einen "heißen" Impulsgeber betrieben werden, der mit den Faseroptik-Lichtverbinder 22 getriggert wird, wie in dem oben erwähnten Artikel des Erfinders beschrieben. Wenn die Elektronenkanone im Impulsbetrieb betrieben wird, wobei sie mit einer geeigneten Impulswiederhol frequenz von beispielsweise 9.000 Hz gepulst wird, kann der Strahl in einen Rinnkollektor gerichtet werden, beispielsweise Kollektor SO₁ 80' oder 80", der konzentrisch mit kontinuierlichen und relativ glatten Ringtarcets 16, 16' und 16" ist und diesem benachbart. Wenn dieser gepulste Strahl um den Strahlkollektor herum rotiert, können die Strahlcharakteristiken wie gewünscht eingestellt und. stabilisiert werden. Wenn die Stabilisierung erreicht ist, dann kann der gepulste Strahl vom Strahlkollektor auf das Target gerichtet werden, indem ein sekundäres Ablenkfeld konstanter Amplitude (Gleichspannung) in der mit Bezug auf Fig. 20 und 21 beschriebenen Weise angelegt werden, oder, wenn ein sekundäres Ablenkfeld entgegengesetzter Polarität verwendet wird, indem dieses TeId abgeschaltet wird, so daß dafür gesorgt wird, daß der Strahl in einem allgemein kreisförmigen Muster azimutal um das Ringtarget rotiert. Durch Pulsen der Elektronenkanone, und damit des Elektronenstrahls, mit der gewünschten Frequenz, beispielsweise 9000 Hz, können Röntgenstrahlen von den vorgewählten Punkten um das Target mit der Impulsrate und entsprechend den Auftreffpunkten des gepulsten Strahls erzeugt und zum interessierenden Objekt gerichtet werden.

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Durch die Verwendung des soeben beschriebenen Impulsstrahl-Betriebsverfahrens kann die Flexibilität der Ausführung form nach Fig. 14 bis 19 erreicht werden mit der Einfachheit des sekundären Gleichspannunrs-Ablenkfeldes der Aus fiih run es form nach Fig. 20 und 21. Diese Ausführungsform sorgt auch für eine zusätzliche Effizienz dadurch, daß während der Röntgenabtastung kein Teil des Strahls dadurch vernichtet wird, daß er in irgendwelchen Strahlkollektorelementen absorbiert wird, seien sie dem Target benachbart oder im Abstand von diesem. Damit v/erden weniger Strom und entsprechend weniger Energie für den Betrieb dieser Ausführunnsfomi benötigt, und es wird erheblich weniger unnötige Strahlung entwickelt, die abgeschirmt und absorbiert werden muß, um das Bedienungspersonal und die Patienten zu schützen. Weiter kann durch einfache Einstellung der Ir.ipulswiederholfrequenz von der Elektronenkanone das Tastverhältnis des Strahls auf das Target und damit des Röntgenstrahl auf das interessierende Objekt leicht eingestellt werden. Durch dieses direkte Pulsen oer Kanone werden längere Testuntersuchungen und Experimente erleichtert, da die finderungs rate des Sekundärablenkunrsfeldes konstant gehalten werden kann, während die Iinpulswiederholfrequenz erheblich reduziert wird, so daß dafür gesorgt wird, daß der Strahl nur auf vorgewählte, im weiten Abstand voneinander befindliche Targets rund um den Kollektor oder das Target auftrifft. Wenn eine kurze Impulsdauer beibehalten wird und die Impulswiederholfrequenz auf diese Weise erheblich reduziert wird, kann das Gerät mit dem Strahl auf voller Spitzenleistung getestet werden, während eine relativ niedrige mittlere Leistung aufrechterhalten wird.

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Aus der vorangegangenen Beschreibung ist erkennbar, daß durch die Erfindung eine elektronisch durchgesteuerte Röntgenvorrichtung verfügbar gemacht wird, mit aer hochintensive Röntgenstrahlen erzeugt und nicht mechanisch durchgesteuert v/erden und zu einem interessierenden Objekt von einer Vielzahl von unterschiedlichen Punkten um dieses Objekt herum gerichtet werden. Während die Vorrichtungen das Verfahren nach der Erfindung mit Bezug auf zv/ei spezielle bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist zu erkennen, daß viele Modifikationen und Variationen dieser Struktur und dieses Verfahrens innerhalb der Erfindung möglich sind.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Erzeugung hochintensiver Röntgenstrahlen und zum Richten dieser Röntgenstrahlen auf ein interessierendes Objekt von einem festen, ringförmigen Target, das in radialem Abstand von einer Linie angeordnet ist, die sich durch das Objekt erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß ein ilociileistungselektrononstrahl (3) erzeugt wird, der"längs einer Längsachse (Z-Z) allgemein parallel zu der Linie durch das Objekt auf das interessierende Objekt zu gerichtet wird, der Strahl mittels selektiv aktivierter elektromagnetischer Elemente (3, IC), die keine mechanisch sich bewegenden Elemente aufweisen, der Strahl selektiv auf vorgewählte Punkte auf dem festen Jii ng target gerichtet wird, um Röntgenstrahlen von diesen Punkten zu deia Objekt zu erzeugen, und ausgewählte Strahlaberrationen, die mit den Strahl ri ei ι te lernen ten auf den Strahl aufgedrückt werden, korrigiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Richten des Strahls der Elektronenstrahl (3) von einei.i elektromagnetische Strahl riehtelernent (8,10) mit einer radial auswärts gerichteten Geschwindigkeitskomponente beaufschlagt wird, um diesen Strahl weg von der Längsachse zur Richtung zum Ringtarget (16, 16', 16", 16"') abzulenken.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl dadurch auf das Target fokussiert wird, daß eine elektromagnetische Fokussierkraft angelegt wird, um Strahlspreizungseffekte durch

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■a·

Raumladungen im Strahl zu kompensieren.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Richten und Fokussieren des Strahls die radial auswärts Gerichtete Strahlgeschwindigkeitskomponente in einem vorgegebenen radialen Abstand außerhalb der Längsachse im wesentlichen neutralisiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch Gekennzeichnet, daß die Fokussierkraft dadurch angelegt wird, daß elektrisch wenigstens eine sich in Unifangs richtung erstreckende Spule (12, 14) erregt wird, die radial außerhalb des abgelenkten Elektronenstrahls angeordnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede azimutale Strahlgeschwindigkeitskompönente, die in Umfangsrichtung um die Längsachse gerichtet ist, im wesentlichen neutralisiert wird, ehe der Strahl das Target erreicht, so da(!> der Elektronenstrahl das Ringtarget praktisch ohne Azimutalgeschwindigkeit erreicht.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch c&kennzeichnet, dau die Strahlaberrationen dadurcn korrigiert werden, daß dar Elektronenstrahl durch einstellbare elektromagnetische Quadrupol- und Sextupol-Felder geschickt wird, so daß die Wechselwirkung der Quadrupol- und Sextupol-Felder dazu dienen kann, Aberrationen höherer Ordnung zu korrigieren, die dadurch in den Strahl eingeführt wurden, daß er mit den Strahlrichtelementen zum Target abgelenkt und gerichtet wurde.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl in einem gegen Röntgenstrahlen abgeschirmten Strahlkollektor (32, 66, SO, SO', 30") aufgenommen wird, wenn der Elektronenstrahl erzeugt wird, während Röntgenstrahlen nicht vom Target erzeugt werden sollen, so daß oer Elektronenstrahl erzeugt und stabilisiert

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werden kann, während die Energie vom elektronenstrahl in Strahlkollektor absorbiert und abgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Strahlkollektor (30, 80' oder 80") konzentrisch zum Target und diesem benachbart ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl so gerichtet wird, daß er einen allgemeinen ringförmigen Weg um seine Achse beschreibt, während er auf Teile des Strahlkollektors auftrifft, und der Strahl selektiv so abgelenkt wird, daß er entweder auf Teile des Strahlkollektors oder auf Teile des Tarnets auftrifft, die vorgewählten Punkten entsprecnen, so daß das selektive Auftreffen des Strahls auf diese Teile des Targets dazu dienen kann, Röntgenstrahlen von diesen vornewähl ten Punkten zu erzeugen und zum interessierenden Objekt zu richten.

10. Verfanren nacii Anspruch 9, dadurch _ι r.ekennzpicnnet, daß die Strahlerzeugung eingeleitet wird, ene röntgenstrahlen auf das interessierende Objekt gerichtet werden sollen und cer Strahl so gerichtet wird, daß er nur auf den Strahlkollektor £uftrifft, bis Röntgenstrahlen zum interessierenden Objekt gerichtet werden sollen, so daß die Betriebsparameter des Strahls sich stabilisieren können, während der Strahl auf den Strchlkollektor auftrifft, ehe die Erzeugung von Röntgenstrahlen begonnen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl zwischen dem Strahlkollektor und dem Target dadurch abgelenkt wird, daß eine vorbestimmte Strahlablenkkraft angelegt wird.

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■ K.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet > daß die Strahlrichtkraft aus einem elektrostatischen Feld besteht, das selektiv so variiert wird, daß die selektive Ablenkung des Strahls zwischen dem StrahlkoTlektor und dem Target entsteht.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch Gekennzeichnet, dai3 die Ablenkung dafür sorgt, daß der Llektronenstranl um einen Kreisweg vorgegebenen Durchmessers azimutal um die Achse und unter Auftreffen auf voneinander entfernte Röntgenstrahlen erzeugende Teile des Targets abgelenkt wird, so daß Röntgenstrahlen von diesem voneinander entfernten Teilen des Targets erzeugt und zum interessierenden Objekt gerichtet werden können.

14. Verfahren nach Ansprucii 13, dadurch gekennzeiciinet, daß tier Elektronenstrahl in Torrn einer Vielzaiil von Impulsen vorgegebener Dauer und in vorgegebenen Intervallen erzeugt wird, so daß das Auftreffen jedes dieser Impulse des Elektronenstrahls auf das Target einen Röntgenstrahl impuls von diesem Teil des Targets liefert, auf das der Strahl gerichtet ist.

15. Verfahren nach Ansprucii 12, dadurch ge ke η η ze i cn me t, daß das Ringtarget (Iu'") aus einer Vielzahl voneinander entfernter Teile (lüö) besteht, mit denen Röntgenstrahlen erzeugt und zum interessierenden Objekt gerichtet werden, wenn sie vom Straiil getroffen werden und die durch Teile (10L) getrennt sind, die keine Röntgenstrahlen erzc-uren und zum interessierenden Objekt richten, wenn sie von Strahl getroffen werden,

und, daß die Röntgenstrahlen dadurch erzeugt werden, daß

der Strahl derart abgelenkt wird, daß er einen Kreisweg beschreibt, währenddessen er im wesentlichen kontinuierlich

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auf das Ringtarget in der Zeit auftrifft, in der Röntgenstrahlen erzeugt werden sollen, so daß das Auftreffen des Strahls gegen die Röntgenstrahlen erzeugenden Teile des Targets dafür sorgt, daß Röntgenstrahlen von diesen Teilen auf das interessierende Objekt gerichtet werden.

16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung des Kreisweges des Strahls mit bezug auf einen vorgegebenen gewünschten Weg azimutal um die Achse abgefühlt wird, so daß bestimmt werden kann, ob der Strahl richtig mit Bezug auf die Achse positioniert ist, um das gewünschte Röntgenstrahl lenrnus te r beim Ablenken zum Tarret hin zu erzeugen.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einen der Ansprüche 1 bis 16 zur Erzeuguno hociiintensiver Röntgenstrahlen und zum Richten dieser Röntgenstrahlen auf ein interessierendes Objekt von irgendeinem von einer Vielzahl von vorgewählten Punkten, die einen Abstand von den Objekt haben und radiale Abstände um eine Linie haben, die sich durcn das Objekt erstreckt, wobei diese Vorrichtung keine sich bewegenden Teile aufweist und Einrichtungen zur Erzeugung eines Hochspannuncs-ilochstrom-Elektronenstrahls, ein evakuiertes Gehäuse, das die Strahlerzeugunf.seinrichtung in der Nähe eines Endes aufweist, gekennzeichnet durch eine stationäre Targeteinrichtung (16, lü¹, 16", 16'"), die die Punkte umfaßt, mit denen der Elektronenstrahl (3) aufgenommen wird und aus diesem Röntgenstrahlen erzeugt und zu dem interessierenden Objekt gerichtet werden, wobei diese Targeteinrichtung in dem evakuierten Gehäuse (18) am der Strahlerzeugungseinrichtung [Z) entgegengesetzten Ende angeordnet ist, Einrichtungen (3, IU), mit denen der Elektronenstrahl (3) wahlweise auf vorgewählte Punkte auf der Targeteinrichtung gerichtet werden kann, und Strahl formeinrieh tungen (4, 6), mit denen der Strahl (3) zu einer vorgegebenen Querschnittskonfiguration an seinem Auftreffpunkt auf dem Target geformt werden

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• Ό-

kann und Strahlaberrationen korrigiert v/erden können, die durch die Strahlrichteinrichtunnen eingeführt sind, so daß hochintensive Röntgenstrahlen vom Target zum interessierenden Objekt gerichtet werden können, wobei die Kombination der Strahlrichteinrichtungen und der Strahl formeinrichtungen den Effekt von Raumladungskräften kompensieren, die auf den Strahl wirken, und feldaberrationen korrigieren, die diesem aufgedrückt sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerzeugungseinrichtung (2) und die S t ran Irichiei η richtungen (8, 10, 12, 14) allgemein längs einer Längsachse ausgefluchtet sind, wobei der Elektronenstrahl (3) allgemein längs dieser Achse zur Ablenkung zu der Targeteinrichturin erzeugt wird.

19. Vorrichtung nach Anspruch Vo, dadurcn gekennzeichnet, daß die Strahl richteinrichtung zwei Elektroinagnetfeld-Dipoleir.heiten (8, 10) aufweist, deren Pole orthogonal mit bezuc; aufeinander und mit bezug auf die Richtung des Elektronenstrahls (3) orientiert sind, um den Strahl aus der Achse heraus abzulenken, daß die öipoleinheiten Pole haben, die in Ebenen liegen, die sicii radial nacn außen von der Längsachse unter vorgegebenen Orientierungen erstrecken, wobei eine dieser sich radial erstreckenden Ebenen als Üipolbezugsebene (11) definiert ist und unter einem vorgegebenen Winkel um die Achse mit Bezug auf eine Azimutalbezugsebene (bü) orientiert ist, die sich radial nach außen von der Achse durch einen Punkt auf der Targeteinrichtung erstreckt, der als AzimutalDezugspunkt (Pp) definiert ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch IJ, ^ai|uj^i_^eken_n_zoichnet, daß jede Uipoleinheit (8, 10) aus einem Paar elektromagnetischer Dipolspulen (8 a, 8 b, 10 a, 10 b) bestent, denen ein elektrischer Strom zugeführt wird, der diese durchflieiit und ein den Elektronenstrahl ab-

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τ -

lenkendes elektromagnetisches Feld erzeugt, wobei diese Spulen um eine Rotationsfläche geformt sind, die den Elektronenstrahlweg umgibt, und Wicklungen aufweisen, die angenähert parallel zum Strahlweg verlaufen und so geformt sind, daß die Stromflachendichte jedes Teils jeder Spule proportional dem Kosinus des Winkels (θ)» genommen um die Längsachse, zwischen dem betreffenden Spulenteil und dem Anti pol der Dipolspule ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlrichteinrichtung (3, 10) Einrichtungen (12, 14) aufweist, mit denen die Elektronenstrahlspreizung durch Raumladunnskräfte kontrolliert wird.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlspreizkontrolleinrichtunn aus elektromagnetischen Fokussiereinrichtungen besteht, die durch wenigstens eine Spule (12, 14) definiert sind, durch die ein Strom fließt, und daß die Fokussiereinrichtung einen Teil des Elektronenstrahlwcnes ur,;ribt und axial zwischen den Dipoleinheiten (G, 10) und dem Tarret angeordnet ist, um ein elektromagnetisches Feld zu erhalten, durch das cer Llcktronenstrahlweg verläuft.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Feld der Fokussiereinrichtunc eine vorgegebene Stärke und Verteilung hat, um in der Targetebene in: wesentlichen jede Radi al komponente der Geschwindigkeit des durchlaufenden Elektronenstrahls (3) auszulöschen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Fokussiereinrichtung zwei Spulen (12, 14) aufweist, die im Abstand voneinander längs der Längsachse angeordnet sind, wobei die erste Spule (12) axial in der Nähe der Dipoleinheiten

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- MT-

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(8, 10} und die zweite Spule (14) axial in der Nähe des Targets angeordnet ist, daß durch die erste Spule (12) ein Strom vorgegebener Polarität und einer ersten vorgegebenen Größe fließt und durch die zv/eite Spule (14) ein Strom entgegengesetzter Polarität und einer zweiten vorgegebenen Größe fließt, so daß die kombinierten Uetto-Axialfeldkomponenten der Spulen in der Nachbarschaft des Targets auf Null reduziert sind, so daß die azimutalen Strahlgeschwindigkeitskomponenten, die durch jede der beiden elektrisch erregten Spulen in den Elektronenstrahl eingeführt v/erden, einander im wesentlichen auslöschen und die azimutale Geschwindigkeit des Elektronenstrahls im wesentlichen auf f!ul1 reduziert ist, wenn der Strahl auf das Target auftrifft.

25. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlformeinrichtung aus Einrichtungen (52, 54) besteht, mit denen der Elektronenstrahl zu einem allgemein elliptischen Querschnitt an seinem Auftreffpunkt auf das Target geformt wird, wobei die große Achse der allgemein elliptischen Figur allgemein in einer Ebene liegt, die sich radial von der Längsachse aus nach außen erstreckt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die elliptische Formeiηrichtung aus wenigstens einer elektromagnetischen Quadrupoleinheit (52, 54) bestellt, die um den Llektronenstrahlweg herum zwischen der Elektronenstrahlerzeugungseinrichtung (2) und den Dipoleinheiten

-den

(8, 10) geformt ist, um ein/Elektronenstrahl formendes elektromagnetisches Feld zu erhalten.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrupoleinheit aus vier elektromagnetischen Spulen (52 a, 52 b, 52 c, 52 d; 54 a, 54 b, 54 c, 54 d) besteht, denen ein elektrischer Strom zugeführt wird, der diese durchfließt, um das den Elektronenstrahl formende

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- iff -

elektromagnetische Feld zu bilden, daß diese Spulen um eine Rotationsfläche geformt sind, die den Strahlweg umgibt, daß diese Spulen Wicklungen haben, die sich angenähert parallel zum Strahlweg erstrecken und in der Reihenfolge benachbarte Bögen von etwa 90°.um die Rotationsfläche umfassen, und daß die Spulenwicklungen so geformt sind, daß die Stromflächendichte jedes Teils jeder der Spulen proportional dem Kosinus des Winkels zwischen dem Spulenteil und einem Antipol der Quadrupolspule ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die elliptische Formeinrichtung zwei der elektromagnetischen Quadrupoleinheiten (52, 54) umfaßt, wobei die erste Quadrupole!nheit um die Längsachse derart orientiert ist, daß ein Pol der ersten Quadrupoleinheiten (52) allgemein in der Dipolbezugsebene liegt und die zweite Quadrupoleinheit (54) konzentrisch zur ersten Quadrupole!nheit ist und 45 um die Längsachse mit Bezug auf die erste Quadrupoleinheit versetzt ist.

2¹J. Vorrichtung nach Anspruch IJ, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlformeinrichtung Einrichtungen (56, 58) aufweist, mit denen Sextupolaberrationen korrigiert werden, die durch andere Strahlricht- und Form-Elemente der Vorrichtung in den Llektronenstrahl eingeführt sind.

30. Vorrichtung nach Anspruch Zd, dadurch gekennzeichnet, daß die Sextupolaberrationskorrektureinrichtung aus wenigstens einer elektromagnetischen Sextupolspuleneinheit (56, 58) besteht, die um den Elektronenstrahlweg zwischen der Elektronenstrahlerzeugungseinrichtung (2) und den Dipoleinheiten (8, 10) geformt ist, um ein elektromagnetisches Feld zu erhalten, mit denen vorgewählte dreieckige Störungen in die Querschnittskonfiguration des Elektronenstrahls einzuführen und diese zu kontrollieren, um im wesentlichen

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irgendwelche Sextupolaberrationen auszulöschen, die im Elektronenstrahl vorhanden sind.

31. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch gegen Röntgenstrahlen abgeschirmte Stranlkollektoreinrichtungen (32, 66, 80, 80', 80"), die den Elektronenstrahl aufnehmen, wenn der Elektronenstrahl nicht auf das Target gerichtet ist.

32. Vorrichtung aach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlrichteinrichtuncen (8, 10) den Strahl wahlweise von der Strahlkollektoreinrichtunn (32, 66, 80, 80', 80") weg zum Target (16, 16', 16", 16"') richtet, so daß ein Elektronenstrahl erzeugt und ii:i Kollektor aufgenommen werden und dann, nach einer gewünschten Zeitspanne, die zur Stabilisierung der Elektronenstrahlspannung geeignet ist, auf irgendeinen ausgewählten Teil des Targets gerichtet werden kann, um einen allgemein stabilisierten Ausgangspegel an Röntgenstrahlen für eine vorgegebene Dauer zu erzeugen, bis dem Strahl erlaubt wird, zur Strahlkollektoreinrichtung zurückzukehren.

33. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das evakuierte Gehäuse eine vorgegebene Längsachse hat, wobei die Strahlerzeugungseinrichtung für die Erzeugung eines Elektronenstrahls allgemein Icings dieser Achse sorgt, und daß die gegen Röntgenstrahlen abgeschirmte Einrichtung (30, 80^l, 80") allgemein der Ta rge te in richtung (16, IG¹, 16", 16'") benachbart angeordnet ist, um den Elektronenstrahl (3) aufzunehmen, wenn dieser nicht auf das Target gerichtet ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Targeteinrichtung aus einem rinnartigen Element (16'") besteht, das eine Vielzahl von aneinandergrenzenden Inseln (106) und Aussparungen (108) aufweist, die im Abstand um die Oberfläche herum

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-Atf-

•Ή-

angeordnet sind, die den elektronenstrahl aufnimmt und aus diesem Röntgenstrahlen erzeugt, wobei nur die Inseln so positioniert sind, daß sie aus dem Elektronenstrahl Röntgenstrahlen erzeugen und zum interessierenden Objekt richten, so daß Röntgenstrahlen nur von den Positionen rund um das Ringtarget erzeugt und zum Objekt gerichtet werden können, die den Inseln des ringartigen Elementes entsprechen.

35. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlkollektoreinrichtung (80, 80', 80") eine ringförmige Struktur ist, die allgemein konzentrisch zur Targeteinrichtung (16, IG¹, IG", 16"') ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahl richteinrichtung Einrichtungen (8, 10) aufweist, mit denen der Elektronenstrahl in einem allgemein kreisförmigen Weg azimutal um die Achse und rund die Strahlkollektoreinrichtung und auf diese auftreffend gerichtet werden kann.

37. Vorrichtung nach Anspruch 3G, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlrichteinrichtuncen Hocnfrequenz-Strahldeflektoreinrichtungen (100, 102, 103) aufweisen, mit denen'der Elektronenstrahl selektiv entweder gegen Teile der Strahlkollektoreinrichtung oder Teile der Targeteinrichtung gerichtet werden kann.

33. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz-Strahldeflektoreinrichtung aus selektiv erregbaren elektrostatischen Platteneinrichtungen (100, 102) besteht, so daß der Elektronenstrahl entsprechend der Polarität und Größe der elektrostatischen Ladung abgelenkt werden kann, die an die elektrostatischen Platten gelegt ist.

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39. Vorrichtung nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch Strahlausfluchtfühleinrichtungen (34)_r mit denen die Ausfluchtung des Elektronenstrahls mit einem vorgegebenen erv/ünschten Weg rund um die Strahlkollektoreinrichtung und auf vorgegebene Teile derselben auftreffend abgefünlt werden kann, so daß der Strahl nach Wunsch mit der Strahlkollektoreinrichtung ausgefluchtet werden kann, ehe er gegen die Targeteinrichtung gerichtet wird.

40. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlrichteinrichtung Einrichtungen (8, 10, 100, 102, 103) aufweist, mit denen oer Elektronenstrahl rund einen Weg azimutal um die Achse gerichtet werden kann, wobei der Strahl wahlweise auf die Strahlkollektoreinrichtung oder die Targeteinrichtung auftrifft, so daß Röntgenstrahlen von vorgegebenen Punkten erzeugt werden künnen, jedesmal wenn der Strahl auf das Target auftrifft.

41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlrichteinrichtung Einrichtungen aufweist, mit denen dafür gesorgt wird, daß der Strahl auf eine vorgegebene Anzahl von allgemein in gleichen Abständen liegenden Röntgenstrahlen erzeugenden Teilen der Rinntargeteinrichtung auftrifft, so daß Röntgenstrahlen von diesen gleichabständigen vorgegebenen Punkten um das Ringtarget zum interessierenden Objekt gerichtet werden können.

42. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlrichteinrichtung Einrichtungen (100, 102, 103) aufweist, mit denen selektiv der Durchmesser des kreisförmigen azimutalen Weges um die Achse geändert werden kann, so daß der Elektronenstrahl selektiv um einen Weg gerichtet werden kann, bei dem er

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auf die Strahlkollektoreinrichtung auftrifft, oder um einen Weg, in dem er auf die Targeteinrichtung auftrifft.

43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerzeugungseinrichtung Einrichtungen (2) aufweist, mit denen der Elektronenstrahl in Form einer Vielzahl von Impulsen vorgegebener Dauer und in vorgegebenen Intervallen erzeugt werden kann, so daß die Erzeugung der Strahlinipulse zu der Zeit, in der der Elektronenstrahl auf einen auf die Targeteinrichtung auftreffenden Weg gerichtet ist, Röntgenimpulse von den Targetstellen erzeugt, auf die der Elektronenstrahl auftrifft.

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