EP0957506B1 - Röntgenstrahler mit einem Flüssigmetall-Target - Google Patents

Röntgenstrahler mit einem Flüssigmetall-Target Download PDF

Info

Publication number
EP0957506B1
EP0957506B1 EP99201442A EP99201442A EP0957506B1 EP 0957506 B1 EP0957506 B1 EP 0957506B1 EP 99201442 A EP99201442 A EP 99201442A EP 99201442 A EP99201442 A EP 99201442A EP 0957506 B1 EP0957506 B1 EP 0957506B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
window
ray source
liquid metal
electrons
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99201442A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0957506A1 (de
Inventor
Geoffrey Philips Patentverwaltung GmbH Harding
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Intellectual Property and Standards GmbH, Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Publication of EP0957506A1 publication Critical patent/EP0957506A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0957506B1 publication Critical patent/EP0957506B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/16—Vessels; Containers; Shields associated therewith
    • H01J35/18—Windows
    • H01J35/186—Windows used as targets or X-ray converters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/101—Arrangements for rotating anodes, e.g. supporting means, means for greasing, means for sealing the axle or means for shielding or protecting the driving
    • H01J35/1017—Bearings for rotating anodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/16—Vessels; Containers; Shields associated therewith
    • H01J35/18—Windows
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/081—Target material
    • H01J2235/082—Fluids, e.g. liquids, gases

Definitions

  • the invention relates to an X-ray source with an electron source for Emission of electrons and one upon impact of the electrons X-rays emitting target from a circulating in the operating state of the X-ray source liquid metal.
  • Such an X-ray source is known from US Pat. No. 4,953,191.
  • the liquid metal is contained in a pump circuit having a distributor head through which the liquid metal flows over a stainless steel plate into a catch pot, from where it is then again is pumped to the distributor head.
  • the electron beam hits the over the Stainless steel plate flowing liquid metal and generates X-rays therein.
  • gallium particles from the circulating gallium stream enter the vacuum space of the X-ray source because they This would endanger the high-voltage strength of the X-ray source.
  • the gallium may only in a thin layer of flow much less than 1mm and at a much slower rate, as stated in said publication, whereby the expected load capacity of the X-ray source is significantly reduced.
  • Object of the present invention is an X-ray source with an improved Constant load capacity to create. Starting from an X-ray source of the beginning mentioned type, this object is achieved in that between the electron source and the target an electron-penetrable, cooled by the target Window is located.
  • this window allows the coolant to act as a turbulent flow pass the window. In a turbulent flow occurs a much better Mixing of the liquid metal as in a laminar flow, so that a better cooling results. It is also possible to make the liquid metal in a thicker one Layer and at a higher speed through the interaction area with to guide the electrons, as it is possible for a laminar flow. This is one much more effective cooling or a higher continuous load capacity possible.
  • the separation of the vacuum space from the liquid metal allows Choice of a metal that has a higher vapor pressure than gallium, but also a higher one principlessiere and therefore a higher proportion of electron energy in X-ray radiation converts.
  • JP-A 08 036 978 already an X-ray source is known, in which the emitted from an electron source electron through a Vacuum space of the X-ray through the final window to hit a target.
  • the target - apparently a solid-state target - is located at a distance from the window in a rotatable holder. If there is a defect, it can easily get in through another target this bracket will be replaced.
  • the X-ray source is only slightly resilient, making aggravating added that the outside of the window is under atmospheric conditions, so that it must be made of a material that does not react with oxygen when heated responding.
  • the window must be designed so that it is on the one hand as stable as possible to the To withstand flow pressure of the circulating liquid metal, and on the other hand it should remove as much energy as possible from the electrons.
  • a suitable material for the window is called in claim 2, wherein claim 3 describes a suitable embodiment.
  • window materials may be used, e.g. out Beryllium or plastic.
  • metals or alloys called which are suitable as a target.
  • the term metal must therefore be used in conjunction with the Be widely interpreted invention. He should not only by chemical elements defined metals include but also their alloys.
  • the embodiment according to claim 6 ensures effective cooling, the an increased continuous power allowed.
  • the further embodiment according to claim 7 causes doing in the area of the window a turbulent flow, which is in the simplest way can realize according to claim 8.
  • the embodiment according to claim 9 ensures that the enclosed by the piston Vacuum space and the space in which the liquid metal flows hermetically from each other are separated.
  • the liquid metal therefore need not have a low vapor pressure, such as in the known X-ray source.
  • the X-radiation generated in the liquid metal first passes through the window for the X-ray Electrons before it exits the X-ray exit window as useful radiation.
  • the electron beam emitted from the electron source becomes elongated Has cross-section ("stroke focus principle"), then the plane should be through the Electron beam and the emergence of the Nutzstrahlenbündel is defined, perpendicular to the direction in which the liquid metal flows past the window.
  • Fig. 1, 1 denotes an electrically preferably grounded tube piston, the through a window 2 is completed vacuum-tight.
  • an electron source in the form of a cathode 3, which is in the operating state emits an electron beam 4 passing through the window 2 to a liquid Metal meets, which is in a system 5.
  • the system 5 includes a Piping system 50, in which the liquid metal is driven by a pump 52, where it flows past in a section 51 on the outside of the window 2. To Passing the section 51, it passes into a heat exchanger 53 flows, from which the generated heat can be dissipated by means of a suitable cooling circuit.
  • the electron beam 4 preferably has a cross-section which is based on the principle of the line focus in the direction perpendicular to the plane of Fig. 1 is substantially greater than in the direction of the drawing plane.
  • the beam exit window 6 - As indicated by dashed lines - are in the direction of the circumference of the piston 1, in the dashed line shows, so in a section of the tube piston 1 above or below the drawing level.
  • the window 2 has the task to complete the tube piston vacuum-tight and at the same time the section 51, which is traversed by the liquid metal.
  • it must be for the electrons 4 (the cathode 3 leads opposite to the Tube piston negative high voltage) as "transparent" as possible, so that the Electrons generate as little heat as they pass through the window possible.
  • the window should be made of a material with a good Thermal conductivity exist.
  • a suitable material for the window is diamond.
  • the electron with an energy of 150 keV in such a window is less than 1%, so that in the window caused by the electrons Heat flux is lower than 500 W, when the liquid metal through the electrons with 50 kW is heated.
  • Another advantage of diamond is its high thermal Conductivity and the fact that it is in an oxygen-free environment up to 1500 ° C can be heated without irreversible changes.
  • Fig. 2 shows the portion 51 of the system 5 with the diamond window 2.
  • This Diamond window can be produced, for example, in the following manner. On a silicon carrier 22 with a thickness of 300 ⁇ m and a diameter of 6 mm becomes 1 ⁇ m thick Deposited diamond layer by a suitable CVD method. Subsequently, will in a suitable manner, e.g. by etching, in the area where the electron beam impinges, an opening 21 of e.g. 5mm x 0.8mm in the silicon substrate, so that in this area only the diamond window remains. The silicon carrier 22 then becomes connected in a suitable manner with the section 51 and the piston 1. Subsequently the silicon substrate 22 thus processed is provided with a thin metallization, so that he can not be charged by electrons.
  • liquid metal metals or metal alloys can be used, the one have high atomic number and at a low temperature, preferably Room temperature, are liquid.
  • a suitable metal is mercury, which is already liquid at -39 ° C.
  • a suitable Metal alloy consists of 62.5% Ga / 21.5% In and 16% Sn (details in Weight percent). This alloy is liquid at 10.7 ° C.
  • Another suitable Alloy consisting partly of elements with a higher atomic number consists of 43% Bi / 21.7% Pb / 18.3% In / 8% Sn / 5% Cd and 4% Hg. This alloy becomes liquid at 38 ° C. You must before commissioning the X-ray source therefore be heated until it is liquid.
  • the piping system could then be designed so that the liquid metal from the tube 50 is narrowed with an internal dimension of eg 6 mm via suitable spacers to a cross section of 4 mm x 1 mm.
  • the narrowing of the flow cross-section, the heating of the liquid metal by the electrons and the relatively high velocity of the liquid metal (25 ms -1 ) cause the flow in this area to be turbulent.
  • At most in a range of a few um from the window remains a layer with an approximately laminar flow. This laminar flow could, if necessary, be eliminated by roughening the window 2 on its side facing the flow.
  • the pump 52 which drives the liquid metal through the conduit system 50, 51 may do so liquid metal with the help of magnetohydrodynamic forces through the lines 50.51 pumps, similar to that described in U.S. Patent 4,953,191. These Magnetohydrodynamic forces arise through the interaction between the Magnetic fields caused by electrical currents in the liquid metal be with external magnetic fields.
  • the advantage is that such a pump no mechanically moving parts would have to - but it can also pumps with other principles of action are used.
  • the invention allows the X-ray source with a continuous power of at least 10 kW to operate.
  • Rotary anode X-ray tubes usually have a lower Continuous load capacity and have bearings for the rotary anode, which in movements, for. in one Computer tomographs can be damaged.

Landscapes

  • X-Ray Techniques (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röntgenstrahler mit einer Elektronenquelle zur Emission von Elektronen und einem beim Auftreffen der Elektronen Röntgenstrahlung emittierenden Target aus einem im Betriebszustand des Röntgenstrahlers zirkulierenden flüssigen Metall.
Ein solcher Röntgenstrahler ist aus der US-PS 4 953 191 bekannt. Das Flüssigmetall ist dabei in einem Pumpenkreislauf enthalten, der einen Verteilerkopf aufweist, durch den das flüssige Metall über eine Edelstahlplatte in einen Auffangtopf fließt, von wo es dann wieder zum Verteilerkopf gepumpt wird. Der Elektronenstrahl trifft auf das über die Edelstahlplatte fließende flüssige Metall und erzeugt darin Röntgenstrahlung.
Das flüssige Metall strömt somit durch den Vakuumraum, in dem sich die Elektronenquelle des Röntgenstrahlers befindet. Deshalb ist dieser Röhrentyp auf flüssige Metalle beschränkt, die auch bei den höchsten Betriebstemperaturen einen so niedrigen Dampfdruck aufweisen, daß dadurch das Vakuum in dem Röntgenstrahler nicht beeinträchtigt wird. Deshalb muß Gallium verwendet werden, das eine relativ niedrige Ordnungszahl (30) aufweist und daher eine vergleichsweise geringe Strahlenausbeute.
Vor allem aber muß unbedingt verhindert werden, daß Galliumpartikel aus dem zirkulierenden Galliumstrom in den Vakuumraum des Röntgenstrahlers gelangen, weil sie dadurch die Hochspannungsfestigkeit des Röntgenstrahlers gefährden würden. Das erfordert, daß die Strömung des Gallium über die Edelstahlplatte rein laminar ist, weil eine turbulente Strömung zum Austritt von Schmiermittelpartikeln führen könnte. Der Übergang des Galliums aus dem Verteilerkopf auf die Edelstahlplatte, vor allem aber die Erhitzung des Galliums durch den Elektronenstrahl begünstigen das Entstehen von turbulenten Strömungen. Deshalb darf das Gallium nur in einer dünnen Schicht von wesentlich weniger als lmm und mit einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit fließen, als in der genannten Veröffentlichung angegeben, wodurch die erwartete Belastbarkeit des Röntgenstrahlers erheblich reduziert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Röntgenstrahler mit einer verbesserten Dauerbelastbarkeit zu schaffen. Ausgehend von einem Röntgenstrahler der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich zwischen der Elektronenquelle und dem Target ein von den Elektronen durchdringbares, durch das Target gekühltes Fenster befindet.
Wesentlich an der Erfindung ist, daß die aus der Elektronenquelle emittierten Elektronen nicht direkt auf das flüssige Schmiermittel treffen, sondern durch ein Fenster hindurch, das den Vakuumraum des Röntgenstrahlers und das flüssige Schmiermittel voneinander trennt. Das Fenster absorbiert zwar einen Teil der Elektronen. Es läßt sich jedoch durch geeignete Materialwahl und entsprechend geringe Dicke so gestalten, daß es nur einen kleinen Teil der Elektronenenergie aufnimmt (ca. 800 eV). Die Elektronen können also nahezu ungebremst durch das Fenster in das flüssige Metall eindringen und dort Röntgenstrahlung anregen. Das flüssige Metall hat hierbei also drei Funktionen:
  • a) Es konvertiert energiereiche Elektronen in Röntgenstrahlung
  • b) Es transportiert die Wärme wirksam aus der Region, in der die Elektronen mit dem flüssigen Metall in Wechselwirkung treten und
  • c) es kühlt das Fenster.
    • Die Verwendung dieses Fensters ermöglicht es, das Kühlmittel als turbulente Strömung an dem Fenster vorbeizuführen. Bei einer turbulenten Strömung tritt eine wesentlich bessere Durchmischung des Flüssigmetalls auf als bei einer laminaren Strömung, so daß sich eine bessere Kühlung ergibt. Außerdem ist es möglich, das flüssige Metall in einer dickeren Schicht und mit einer höheren Geschwindigkeit durch den Wechselwirkungsbereich mit den Elektronen zu führen, als es für eine laminare Strömung möglich ist. Dadurch ist eine wesentlich effektivere Kühlung bzw. eine höhere Dauerbelastbarkeit möglich.
    Darüberhinaus gestattet die Trennung des Vakuumsraumes von dem flüssigen Metall, die Wahl eines Metalls, das einen höheren Dampfdruck hat als Gallium, aber auch eine höhere Ordnungszahl und das daher einen höheren Anteil der Elektronenenergie in Röntgenstrahlung umsetzt.
    An dieser Stelle sei erwähnt, daß aus der JP-A 08 036 978 bereits ein Röntgenstrahler bekannt ist, bei dem die aus einer Elektronenquelle emittierten Elektronen durch ein den Vakuumraum des Röntgenstrahlers abschließendes Fenster hindurch auf ein Target treffen. Das Target - offenbar ein Festkörpertarget - befindet sich im Abstand von dem Fenster in einer drehbaren Halterung. Bei einem Defekt kann es leicht durch ein anderes Target in dieser Halterung ersetzt werden. Da ein Teil der Energie der Elektronen in dem Fenster in Wärme umgesetzt wird, ist der Röntgenstrahler nur gering belastbar, wobei erschwerend hinzukommt, daß die Außenseite des Fensters unter atmosphärischen Bedingungen steht, so daß es aus einem Material bestehen muß, das bei der Erwärmung nicht mit Sauerstoff reagiert.
    Das Fenster muß so ausgestaltet sein, daß es einerseits möglichst stabil ist, um dem Strömungsdruck des zirkulierenden flüssigen Metalls standzuhalten, und andererseits soll es den Elektronen möglichst keine Energie entziehen. Ein geeignetes Material für das Fenster ist in Anspruch 2 genannt, wobei Anspruch 3 eine geeignete Ausgestaltung beschreibt.
    Außer Diamant können auch andere Fenstermaterialien verwendet werden, z.B. aus Berryllium oder Kunststoff. In den Ansprüchen 4 und 5 sind Metalle bzw. Legierungen genannt, die sich als Target eignen. Der Begriff Metall muß daher in Verbindung mit der Erfindung breit interpretiert werden. Er soll nicht nur durch chemische Elemente definierte Metalle umfassen sondern auch deren Legierungen.
    Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 6 wird eine effektive Kühlung sichergestellt, die eine erhöhte Dauerleistung erlaubt. Die weitere Ausgestaltung nach Anspruch 7 bewirkt dabei im Bereich des Fensters eine turbulente Strömung, was sich auf einfachste Weise entsprechend Anspruch 8 realisieren läßt.
    Die Ausgestaltung nach Anspruch 9 stellt sicher, daß der von dem Kolben umschlossene Vakuumraum und der Raum, in dem das flüssige Metall strömt hermetisch voneinander getrennt sind. Das flüssige Metall muß daher keinen niedrigen Dampfdruck aufweisen, wie bei dem bekannten Röntgenstrahler. Bei der weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 10 passiert die in dem flüssigen Metall erzeugte Röntgenstrahlung zunächst das Fenster für die Elektronen bevor es aus dem Röntgenstrahlen-Austrittsfenster als Nutzstrahlung austritt. Wenn der aus der Elektronenquelle emittierte Elektronenstrahl einen länglichen Querschnitt hat ("Strichfokus-Prinzip"), dann sollten die Ebene, die durch den Elektronenstrahl und das Austreten der Nutzstrahlenbündel definiert wird, senkrecht auf der Richtung stehen, in der das flüssige Metall an dem Fenster vorbeiströmt.
    Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    Fig. 1
    einen erfindungsgemäßen Röntgenstrahler in schematischer Darstellung und
    Fig. 2
    einen Teil dieses Röntgenstrahlers in einer vergrößerten Ansicht.
    In Fig. 1 bezeichnet 1 einen elektrisch vorzugsweise geerdeten Röhrenkolben, der durch ein Fenster 2 vakuumdicht abgeschlossen ist. In dem Vakuumraum des Röhrenkolbens befindet sich eine Elektronenquelle, in Form einer Kathode 3, die im Betriebszustand einen Elektronenstrahl 4 emittiert, der durch das Fenster 2 hindurch auf ein flüssiges Metall trifft, das sich in einem System 5 befindet. Das System 5 umfaßt ein Rohrleitungssystem 50, in dem das flüssige Metall von einer Pumpe 52 angetrieben wird, wo es in einem Abschnitt 51 an der Außenseite des Fensters 2 vorbeiströmt. Nach Passieren des Abschnittes 51 gelangt es in einen Wärmetauscher 53 strömt, aus dem die erzeugte Wärme mittels eines geeigneten Kühlkreislaufs abgeführt werden kann.
    Durch die Wechselwirkung der durch das Fenster 2 hindurchtretenden Elektronen mit dem flüssigen Metall entsteht Röntgenstrahlung (d.h. das flüssige Metall dient als Target), die durch das Fenster 2 und ein Röntgenstrahlen-Austrittsfenster 6 im Kolben 1 hindurch austritt. Der Elektronenstrahl 4 hat vorzugsweise einen Querschnitt, der nach dem Prinzip des Strichfokus in Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 wesentlich größer ist als in Richtung der Zeichenebene . In diesem Fall muß sich das Strahlenaustrittsfenster 6 - wie gestrichelt angedeutet - in der Richtung auf dem Umfang des Kolbens 1 befinden, in die der Strichfokus zeigt, also in einem Abschnitt des Röhrenkolbens 1 oberhalb oder unterhalb der Zeichenebene.
    Das Fenster 2 hat die Aufgabe, den Röhrenkolben vakuumdicht abzuschließen und zugleich auch den Abschnitt 51, der von dem flüssigen Metall durchströmt wird. Außerdem muß es für die Elektronen 4 (die Kathode 3 führt gegenüber dem Röhrenkolben negative Hochspannung) möglichst "transparent" sein, so daß die Elektronen beim Durchtritt durch das Fenster darin sowenig Wärme erzeugen wie möglich. Außerdem sollte das Fenster aus einem Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit bestehen. Ein geeignetes Material für das Fenster ist Diamant. Bereits bei einer Fensterstärke von 1pm ergibt sich eine ausreichende mechanische Stabilität. Der Energieverlust, den Elektronen mit einer Energie von 150 keV in einem solchen Fenster erfahren ist geringer als 1%, so daß der im Fenster durch die Elektronen hervorgerufene Wärmestrom niedriger ist als 500 W, wenn das flüssige Metall durch die Elektronen mit 50 kW erwärmt wird. Ein weiterer Vorteil von Diamant ist seine hohe thermische Leitfähigkeit und die Tatsache, daß er in einer sauerstofffreien Umgebung bis auf 1500° C ohne irreversible Veränderungen erwärmt werden kann.
    Fig. 2 zeigt den Abschnitt 51 des Systems 5 mit dem Diamantfenster 2. Dieses Diamantfenster kann z.B auf folgende Weise hergestellt werden. Auf einem Siliziumträger 22 mit einer Dicke von 300 um und einem Durchmesser von 6 mm wird eine 1 um starke Diamantschicht durch ein geeignetes CVD-Verfahren abgeschieden. Anschließend wird auf geeignete Weise, z.B. durch Ätzen, in dem Bereich, in dem der Elektronenstrahl auftrifft, eine Öffnung 21 von z.B. 5mm x 0,8 mm in dem Siliziumträger erzeugt, so daß in diesem Bereich nur das Diamantfenster übrig bleibt. Der Siliziumträger 22 wird dann auf geeignete Weise mit dem Abschnitt 51 bzw. dem Kolben 1 verbunden. Anschließend wird der so bearbeitete Siliziumträger 22 mit einer dünnen Metallisierung versehen, so daß er nicht durch Elektronen aufgeladen werden kann.
    Als flüssiges Metall können Metalle oder Metallegierungen verwendet werden, die eine hohe Ordnungszahl aufweisen und bei einer niedrigen Temperatur, vorzugsweise Zimmertemperatur, flüssig sind.
    Ein geeignetes Metall ist Quecksilber, das bereits bei - 39° C flüssig ist. Eine geeignete Metallegierung besteht aus 62,5 % Ga/ 21,5 % In und 16 % Sn (Angaben in Gewichtsprozent). Diese Legierung ist bei 10,7° C flüssig. Eine weitere geeignete Legierung, die sich zum Teil aus Elementen mit einer höheren Ordnungszahl zusammensetzt besteht aus 43 % Bi/ 21,7 % Pb/ 18,3 % In/ 8 % Sn/ 5 % Cd und 4 % Hg. Diese Legierung wird bei 38° C flüssig. Sie muß vor Inbetriebnahme des Röntgenstrahlers daher erwärmt werden, bis sie flüssig ist.
    Eine effektive Abfuhr der durch die Elektronen erzeugten Wärmen setzt voraus, daß das Kühlmittel ausreichend schnell und in einer turbulenten Strömung an dem Fenster vorbeiströmt. Es ist bekannt, daß turbulente Strömungen thermische Energie besonders wirksam abführen, weil durch die entstehenden Wirbel die Flüssigkeit besonders schnell durchmischt wird. Zu diesem Zweck sollte an dem Fenster ein Flüssigkeitsstrom mit einer Breite von 4 mm (entsprechend den Fensterabmessungen) und einer Dicke von ca. 1 mm vorbeigeführt werden. Wenn die genannte Dicke wesentlich kleiner wäre als 1 mm, dann wäre der abführbare Wärmestrom zu gering; wenn die Dicke hingegen wesentlich größer wäre, bestünde die Gefahr, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Fensters zu klein wird.
    Das Rohrleitungssystem könnte dann so gestaltet sein, daß das flüssige Metall aus dem Rohr 50 mit einer Innenabmessung von z.B. 6 mm über geeignete Zwischenstücke auf einen Querschnitt von 4 mm x 1 mm verengt wird. Einfacher ist hingegen, den Abschnitt 51 mit den gleichen Innenabmessungen zu gestalten wie die Leitung 50 und lediglich im Bereich des Fensters 2 gegenüber der Ausnehmung 21 eine Verengung innerhalb des Abschnitts 51 anzuordnen. Diese verengt den Strömungsquerschnitt auf 4 mm x 1 mm, so daß das flüssige Metall in diesem Bereich wesentlich schneller fließt als z.B. in dem Rohr 50. Die Verengung des Strömungsquerschnitts, die Erwärmung des flüssigen Metalls durch die Elektronen und die relativ hohe Geschwindigkeit des flüssigen Metalls (25 ms-1) bewirken, daß die Strömung in diesem Bereich turbulent verläuft. Allenfalls in einem Bereich von wenigen um vom Fenster verbleibt eine Schicht mit einer annähernd laminaren Strömung. Diese laminare Strömung könnte erforderlichenfalls noch dadurch beseitigt werden, daß das Fenster 2 auf seiner dem der Strömung zugewandten Seite aufgerauht wird.
    Die Pumpe 52, die das flüssige Metall durch das Leitungssystem 50,51 treibt, kann das flüssige Metall mit Hilfe von magnetohydrodynamischen Kräften durch die Leitungen 50,51 pumpen, ähnlich wie in der US-PS 4 953 191 beschrieben. Diese magnetohydrodynamischen Kräfte entstehen durch das Zusammenspiel zwischen den Magnetfeldern, die durch elektrische Ströme in dem flüssigen Metall hervorgerufen werden mit äußeren Magnetfeldern. Der Vorteil ist, daß eine solche Pumpe keine mechanisch bewegten Teile enthalten müßte - es können jedoch auch Pumpen mit anderen Wirkungsprinzipien eingesetzt werden.
    Die Erfindung gestattet es, den Röntgenstrahler mit einer Dauerleistung von wenigstens 10 kW zu betreiben. Drehanoden-Röntgenröhren haben in der Regel eine geringere Dauerbelastbarkeit und haben Lager für die Drehanode, die bei Bewegungen z.B. in einem Computertomographen beschädigt werden können.

    Claims (10)

    1. Röntgenstrahler mit einer Elektronenquelle (3) zur Emission von Elektronen und einem beim Auftreffen der Elektronen Röntgenstrahlung emittierenden Target aus einem im Betriebszustand des Röntgenstrahlers zirkulierenden flüssigen Metall, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Elektronenquelle und dem Target ein von den Elektronen durchdringbares, durch das flüssige Metall gekühltes Fenster (2) befindet.
    2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (2) aus Diamant besteht
    3. Röntgenstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster einen der Elektronenquelle zugewandten, mit einer Diamantschicht (2) versehenen Träger (22) aufweist, der im Auftreffbereich der Elektronen mit einer Öffnung (21) versehen ist.
    4. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target aus Quecksilber oder einer Quecksilberlegierung besteht.
    5. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target aus einer Blei und Wismut enthaltenden Legierung besteht.
    6. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (52) vorgesehen ist, die das flüssige Metall in einem geschlossenen Kreislauf (50, 51) zirkulieren läßt, der im Bereich des Fensters (2) eine vorwiegend turbulente Strömung erzeugt
    7. Röntgenstrahler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem flüssigen Metall durchströmte Querschnitt (51) des Kreislaufs im Bereich des Fensters (2) wesentlich kleiner ist als in einem vom Fenster entfernten Bereich.
    8. Röntgenstrahler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf ein auf seinem Umfang mit dem Fenster versehenes Rohr (51) aufweist, das im Bereich des Fenster eine Querschnittsverengung (54) enthält.
    9. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquelle (3) sich in einem evakuierten Kolben (1) befindet, der durch das Fenster abgedichtet wird.
    10. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Kolben (1) zusätzlich ein Fenster (6) für den Austritt der im Target erzeugten Röntgenstrahlung befindet.
    EP99201442A 1998-05-15 1999-05-07 Röntgenstrahler mit einem Flüssigmetall-Target Expired - Lifetime EP0957506B1 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE19821939A DE19821939A1 (de) 1998-05-15 1998-05-15 Röntgenstrahler mit einem Flüssigmetall-Target
    DE19821939 1998-05-15

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0957506A1 EP0957506A1 (de) 1999-11-17
    EP0957506B1 true EP0957506B1 (de) 2005-11-16

    Family

    ID=7867950

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP99201442A Expired - Lifetime EP0957506B1 (de) 1998-05-15 1999-05-07 Röntgenstrahler mit einem Flüssigmetall-Target

    Country Status (5)

    Country Link
    US (1) US6185277B1 (de)
    EP (1) EP0957506B1 (de)
    JP (1) JPH11339702A (de)
    KR (1) KR19990088266A (de)
    DE (2) DE19821939A1 (de)

    Families Citing this family (37)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE19905802A1 (de) * 1999-02-12 2000-08-17 Philips Corp Intellectual Pty Röntgenröhre
    DE19934987B4 (de) * 1999-07-26 2004-11-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Röntgenanode und ihre Verwendung
    US6831963B2 (en) 2000-10-20 2004-12-14 University Of Central Florida EUV, XUV, and X-Ray wavelength sources created from laser plasma produced from liquid metal solutions
    DE19955392A1 (de) * 1999-11-18 2001-05-23 Philips Corp Intellectual Pty Monochromatische Röntgenstrahlenquelle
    DE60143527D1 (de) * 2000-07-28 2011-01-05 Jettec Ab Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von röntgenstrahlung
    DE10050810A1 (de) * 2000-10-13 2002-04-18 Philips Corp Intellectual Pty Verfahren zur Herstellung eines elektronenstrahltransparenten Fensters sowie elektronenstrahltransparentes Fenster
    DE10050811A1 (de) 2000-10-13 2002-04-18 Philips Corp Intellectual Pty Elektronenstrahltransparentes Fenster
    JP4568850B2 (ja) * 2000-11-15 2010-10-27 助川電気工業株式会社 インバータ式核破砕ターゲットシステム
    DE10062928A1 (de) * 2000-12-16 2002-06-20 Philips Corp Intellectual Pty Röntgenstrahler mit Flüssigmetall-Target
    DE10106740A1 (de) * 2001-02-14 2002-08-22 Philips Corp Intellectual Pty Röntgenstrahler mit einem Target aus einem flüssigen Metall
    DE10129463A1 (de) 2001-06-19 2003-01-02 Philips Corp Intellectual Pty Röntgenstrahler mit einem Flüssigmetall-Target
    DE10130070A1 (de) * 2001-06-21 2003-01-02 Philips Corp Intellectual Pty Röntgenstrahler mit Flüssigmetall-Target
    DE10147473C2 (de) 2001-09-25 2003-09-25 Siemens Ag Drehanodenröntgenröhre
    DE10210045C1 (de) * 2002-03-07 2003-05-08 Philips Corp Intellectual Pty Lichtquelle und Verfahren zur Herstellung einer Folie für die Lichtquelle
    EP1485936B1 (de) * 2002-03-08 2005-11-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Einrichtung zur erzeugung von röntgenstrahlen mit einer flüssigmetallanode
    US6961408B2 (en) * 2002-03-08 2005-11-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. Device for generating X-rays having a liquid metal anode
    US7180981B2 (en) * 2002-04-08 2007-02-20 Nanodynamics-88, Inc. High quantum energy efficiency X-ray tube and targets
    EP1573774A2 (de) * 2002-12-11 2005-09-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Röntgenstrhalungsquelle zur erzeugung monochromatischer röntgenstrahlung
    JP2007503703A (ja) * 2003-05-19 2007-02-22 コーニンクレッカ　フィリップス　エレクトロニクス　エヌ　ヴィ 蛍光ｘ線源
    US6944270B1 (en) * 2004-02-26 2005-09-13 Osmic, Inc. X-ray source
    DE102004013620B4 (de) * 2004-03-19 2008-12-04 GE Homeland Protection, Inc., Newark Elektronenfenster für eine Flüssigmetallanode, Flüssigmetallanode, Röntgenstrahler und Verfahren zum Betrieb eines solchen Röntgenstrahlers
    DE102004013618B4 (de) * 2004-03-19 2007-07-26 Yxlon International Security Gmbh Verfahren zum Betrieb einer magnetohydrodynamischen Pumpe, Flüssigmetallanode für eine Röntgenquelle sowie Röntgenstrahler
    DE102004015590B4 (de) * 2004-03-30 2008-10-09 GE Homeland Protection, Inc., Newark Anodenmodul für eine Flüssigmetallanoden-Röntgenquelle sowie Röntgenstrahler mit einem Anodenmodul
    WO2005101450A1 (en) * 2004-04-13 2005-10-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. A device for generating x-rays having a liquid metal anode
    US7629593B2 (en) * 2007-06-28 2009-12-08 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus, radiation system, device manufacturing method, and radiation generating method
    US8300770B2 (en) 2010-07-13 2012-10-30 Varian Medical Systems, Inc. Liquid metal containment in an x-ray tube
    HUP1000635A2 (en) 2010-11-26 2012-05-29 Ge Hungary Kft Liquid anode x-ray source
    US9330879B2 (en) * 2011-08-04 2016-05-03 John Lewellen Bremstrahlung target for intensity modulated X-ray radiation therapy and stereotactic X-ray therapy
    US9368316B2 (en) 2013-09-03 2016-06-14 Electronics And Telecommunications Research Institute X-ray tube having anode electrode
    CA2935900A1 (en) * 2014-01-07 2015-07-16 Jettec Ab X-ray micro imaging
    EP3214635A1 (de) * 2016-03-01 2017-09-06 Excillum AB Flüssig-target-röntgenquelle mit strahlmischwerkzeug
    US10748736B2 (en) * 2017-10-18 2020-08-18 Kla-Tencor Corporation Liquid metal rotating anode X-ray source for semiconductor metrology
    WO2020218952A1 (ru) 2019-04-26 2020-10-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Эуф Лабс" Источник рентгеновского излучения с вращающейся жидкометаллической мишенью
    WO2021011209A1 (en) * 2019-07-15 2021-01-21 Sigray, Inc. X-ray source with rotating anode at atmospheric pressure
    US11170965B2 (en) 2020-01-14 2021-11-09 King Fahd University Of Petroleum And Minerals System for generating X-ray beams from a liquid target
    US11719652B2 (en) 2020-02-04 2023-08-08 Kla Corporation Semiconductor metrology and inspection based on an x-ray source with an electron emitter array
    CN115020172A (zh) * 2022-07-01 2022-09-06 成都理工大学 一种环形电子束反射式液态金属阳极装置

    Family Cites Families (10)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE3586244T2 (de) * 1984-12-26 2000-04-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Vorrichtung zur Erzeugung von Weich-Röntgenstrahlen durch ein Hochenergiebündel.
    JPS61153936A (ja) * 1984-12-26 1986-07-12 Toshiba Corp プラズマｘ線発生装置
    US4737647A (en) * 1986-03-31 1988-04-12 Siemens Medical Laboratories, Inc. Target assembly for an electron linear accelerator
    JPH02138900A (ja) * 1988-11-18 1990-05-28 Nikon Corp 電子線透過窓
    US4953191A (en) * 1989-07-24 1990-08-28 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy High intensity x-ray source using liquid gallium target
    US5052034A (en) * 1989-10-30 1991-09-24 Siemens Aktiengesellschaft X-ray generator
    JPH05101797A (ja) * 1991-10-04 1993-04-23 Olympus Optical Co Ltd Ｘ線光源装置
    EP0651398A1 (de) * 1993-10-26 1995-05-03 W.R. Grace & Co. Flüssigkeitsverdampfungskühlung des Fensters eines Teilbeschleunigers
    JPH0836978A (ja) 1994-07-26 1996-02-06 Toshiba Corp Ｘ線発生装置
    JPH08138594A (ja) * 1994-11-11 1996-05-31 Olympus Optical Co Ltd 軟ｘ線光源装置

    Also Published As

    Publication number Publication date
    DE59912786D1 (de) 2005-12-22
    US6185277B1 (en) 2001-02-06
    DE19821939A1 (de) 1999-11-18
    JPH11339702A (ja) 1999-12-10
    KR19990088266A (ko) 1999-12-27
    EP0957506A1 (de) 1999-11-17

    Similar Documents

    Publication Publication Date Title
    EP0957506B1 (de) Röntgenstrahler mit einem Flüssigmetall-Target
    DE112009001604B4 (de) Thermionenemitter zur Steuerung des Elektronenstrahlprofils in zwei Dimensionen
    EP1102302B1 (de) Monochromatische Röntgenstrahlenquelle
    US4607380A (en) High intensity microfocus X-ray source for industrial computerized tomography and digital fluoroscopy
    DE69814574T2 (de) Einrichtung zur Vermeidung einer Überhitzung des Fensters einer Röntgenröhre
    EP0815582B1 (de) Mikrofocus-röntgeneinrichtung
    DE69124547T2 (de) Röntgenanalysegerät, insbesondere Computertomograph
    DE60026801T2 (de) Mammographieröntgenröhre mit integralem Gehäuse
    EP0584871A1 (de) Röntgenröhre mit einer Transmissionsanode
    DE19957559A1 (de) Wärmeenergiespeicher- und Übertragungsvorrichtung
    DE4426594C2 (de) Schaltvorrichtung
    EP0777255A1 (de) Röntgenröhre, insbesondere Mikrofokusröntgenröhre
    DE19627025A1 (de) Röntgenröhre
    DE4017002A1 (de) Strahlenquelle fuer quasimonochromatische roentgenstrahlung
    WO2005091326A2 (de) Röntgenstrahler, flüssigmetallanode für eine röntgenquelle sowie verfahren zum betrieb einer magnetohydrodynamischen pumpe hierfür
    DE19743163A1 (de) Röntgenröhre
    DE102009007871B4 (de) Röntgentarget, Röntgenröhre und Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung
    DE3514700A1 (de) Roentgenroehre
    DE102012011309B4 (de) Röntgenstrahlröhre vom Transmissionstyp und Röntgenstrahlröhre vom Reflektionstyp
    DE2423345A1 (de) Elektronenstrahleinrichtung
    EP2979293A1 (de) Röntgenquelle und bildgebendes system
    DE19963571A1 (de) Kühlvorrichtung
    DE69621894T2 (de) Röntgenröhre und Barrierevorrichtung dafür
    DE102016217423B4 (de) Anode
    DE102022209314B3 (de) Röntgenröhre mit zumindest einem elektrisch leitfähigen Gehäuseabschnitt

    Legal Events

    Date Code Title Description
    PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A1

    Designated state(s): CH DE FR GB LI NL

    AX Request for extension of the european patent

    Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

    RTI1 Title (correction)

    Free format text: X-RAY SOURCE WITH LIQUID METAL TARGET

    RAP3 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

    Owner name: KONINKLIJKE PHILIPS ELECTRONICS N.V.

    Owner name: PHILIPS CORPORATE INTELLECTUAL PROPERTY GMBH

    17P Request for examination filed

    Effective date: 20000517

    AKX Designation fees paid

    Free format text: CH DE FR GB LI NL

    RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

    Owner name: KONINKLIJKE PHILIPS ELECTRONICS N.V.

    Owner name: PHILIPS CORPORATE INTELLECTUAL PROPERTY GMBH

    RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

    Owner name: KONINKLIJKE PHILIPS ELECTRONICS N.V.

    Owner name: PHILIPS INTELLECTUAL PROPERTY & STANDARDS GMBH

    GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

    GRAS Grant fee paid

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

    GRAA (expected) grant

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: B1

    Designated state(s): CH DE FR GB LI NL

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: NL

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20051116

    REG Reference to a national code

    Ref country code: GB

    Ref legal event code: FG4D

    Free format text: NOT ENGLISH

    REG Reference to a national code

    Ref country code: CH

    Ref legal event code: EP

    REF Corresponds to:

    Ref document number: 59912786

    Country of ref document: DE

    Date of ref document: 20051222

    Kind code of ref document: P

    GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

    Effective date: 20060213

    NLV1 Nl: lapsed or annulled due to failure to fulfill the requirements of art. 29p and 29m of the patents act
    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: LI

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20060531

    Ref country code: CH

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20060531

    ET Fr: translation filed
    PLBE No opposition filed within time limit

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

    STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

    Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

    26N No opposition filed

    Effective date: 20060817

    REG Reference to a national code

    Ref country code: CH

    Ref legal event code: PL

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: FR

    Payment date: 20090528

    Year of fee payment: 11

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: ST

    Effective date: 20110131

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: FR

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20100531

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: DE

    Payment date: 20110728

    Year of fee payment: 13

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: GB

    Payment date: 20120531

    Year of fee payment: 14

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R119

    Ref document number: 59912786

    Country of ref document: DE

    Effective date: 20121201

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: DE

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20121201

    GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

    Effective date: 20130507

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: GB

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20130507