EP0957506B1

EP0957506B1 - X-ray source with liquid metal target

Info

Publication number: EP0957506B1
Application number: EP99201442A
Authority: EP
Inventors: Geoffrey Philips Patentverwaltung GmbH Harding
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2019-05-07
Also published as: KR19990088266A; DE59912786D1; EP0957506A1; US6185277B1; JPH11339702A; DE19821939A1

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.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.

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.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.

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.The liquid metal thus flows through the vacuum space in which the Electron source of the X-ray source is located. Therefore, this tube type is liquid Limited metals, which are so low even at the highest operating temperatures Have vapor pressure that thereby the vacuum in the X-ray source not is impaired. Therefore, gallium must be used, which is a relatively low Ordnungszahl (30) and therefore has a comparatively low beam efficiency.

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.Above all, it must absolutely be prevented that 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 requires that the flow of gallium over the stainless steel plate is purely laminar, because a turbulent flow could lead to leakage of lubricant particles. Of the Transition of gallium from the header to the stainless steel plate, but especially the Heating the gallium by the electron beam promotes the emergence of turbulent currents. Therefore, 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.

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.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.

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.

It is essential to the invention that the electrons emitted from the electron source do not strike the liquid lubricant directly, but pass through a window which separates the vacuum space of the X-ray source and the liquid lubricant. Although the window absorbs some of the electrons. However, it can be designed by suitable choice of material and correspondingly small thickness so that it absorbs only a small part of the electron energy (about 800 eV). The electrons can therefore penetrate through the window into the liquid metal virtually unrestrained and excite X-radiation there. The liquid metal thus has three functions:

a) It converts high-energy electrons into X-rays

b) It effectively transports the heat from the region in which the electrons interact with the liquid metal and

c) it cools the window.

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.The use of 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.

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.Moreover, 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 Ordnungszahl and therefore a higher proportion of electron energy in X-ray radiation converts.

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.At this point it should be mentioned that from 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. As part of the energy of the electrons in the window in Heat is converted, 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.

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.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.

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.Other than diamond, other window materials may be used, e.g. out Beryllium or plastic. In the claims 4 and 5 are 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.

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.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.

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.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. In the further embodiment according to claim 10 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. When 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.

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.

The invention will be explained below with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1: an X-ray source according to the invention in a schematic representation and
Fig. 2: a part of this X-ray source in an enlarged view.

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.In Fig. 1, 1 denotes an electrically preferably grounded tube piston, the through a window 2 is completed vacuum-tight. In the vacuum chamber of the tube piston there is 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.

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. Due to the interaction of passing through the window 2 electrons X-rays are generated from the liquid metal (i.e., the liquid metal serves as a target), through the window 2 and an X-ray exit window 6 in the piston 1 therethrough exit. 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. In this case, 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.

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.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. In addition, 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. In addition, the window should be made of a material with a good Thermal conductivity exist. A suitable material for the window is diamond. Already At a window thickness of 1 pm, sufficient mechanical stability results. Of the Energy loss, 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 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.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 μm and a diameter of 6 mm becomes 1 μm 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.

Als flüssiges Metall können Metalle oder Metallegierungen verwendet werden, die eine hohe Ordnungszahl aufweisen und bei einer niedrigen Temperatur, vorzugsweise Zimmertemperatur, flüssig sind. As a 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.

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.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.

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.An effective dissipation of the heat generated by the electrons requires that the Coolant sufficiently fast and in a turbulent flow to the window flows past. It is known that turbulent flows especially thermal energy Effective dissipation, because of the resulting vortex, the liquid very fast is mixed. For this purpose, should at the window a liquid flow with a Width of 4 mm (corresponding to the window dimensions) and a thickness of about 1 mm be passed. If the thickness mentioned is much smaller than 1 mm, then the dissipated heat flow would be too low; if the thickness, however, much larger If there was a risk that the flow velocity in the area of the window to gets small.

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.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. On the other hand, it is simpler to design the section 51 with the same internal dimensions as the line 50 and only to arrange a constriction within the section 51 in the region of the window 2 opposite the recess 21. This narrows the flow cross-section to 4 mm x 1 mm, so that the liquid metal in this area flows much faster than, for example, in the tube 50. 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.

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.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.

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.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.

Claims

An X-ray source which includes an electron source (3) for the emission of electrons and a target which emits X-rays in response to the incidence of the electrons and consists of a liquid metal which circulates in the operating condition of the X-ray source, characterized in that a window (2) which can be traversed by the electrons and is cooled by the liquid metal is arranged between the electron source and the target.
An X-ray source as claimed in claim 1, characterized in that the window (2) consists of diamond.
An X-ray source as claimed in claim 2, characterized in that the window includes a substrate (22) which faces the electron source and is provided with a diamond layer (2) and with an opening (21) at the area of incidence of the electrons.
An X-ray source as claimed in claim 1, characterized in that the target consists of mercury or a mercury alloy.
An X-ray source as claimed in claim 1, characterized in that the target consists of an alloy containing lead and bismuth.
An X-ray source as claimed in claim 1, characterized in that a pump (52) is provided, which causes the liquid metal to circulate in a closed circuit (50, 51), thus causing a predominantly turbulent flow at the area of the window (2).
An X-ray source as claimed in claim 6, characterized in that the cross-section (51) of the circuit which is traversed by the liquid metal is substantially smaller at the area of the window (2) than in an area situated further from the window.
An X-ray source as claimed in claim 7, characterized in that the circuit includes a duct (51) whose circumference is provided with the window and with a constriction (54) at the area of the window.
An X-ray source as claimed in claim 1, characterized in that the electron source (3) is accommodated in an evacuated envelope (1) which is sealed by the window.
An X-ray source as claimed in claim 1, characterized in that the envelope (1) is also provided with an exit window (6) for the X-rays generated in the target.