EP1271602A1 - X-ray source having a liquid metal target - Google Patents

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EP1271602A1
EP1271602A1 EP02100714A EP02100714A EP1271602A1 EP 1271602 A1 EP1271602 A1 EP 1271602A1 EP 02100714 A EP02100714 A EP 02100714A EP 02100714 A EP02100714 A EP 02100714A EP 1271602 A1 EP1271602 A1 EP 1271602A1
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EP
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pressure
liquid metal
arrangement according
chamber
ray
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EP02100714A
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EP1271602B8 (en
EP1271602B1 (en
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Geoffrey c/o Philips Corp Intel Prop GmbH Harding
Jens-Peter c/o Philips Cor Int Prop GmbH Schlomka
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • 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
    • H01J35/12—Cooling non-rotary anodes
    • H01J35/13—Active cooling, e.g. fluid flow, heat pipes
    • 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 arrangement for generating X-rays upon impact of electrons with a liquid metal area in which a liquid metal as an X-ray target is arranged so that it can flow past an electron impact zone. Moreover, The invention relates to an X-ray emitter with an electron source for emitting Electrons and with such an arrangement for generating X-rays. Finally, the invention also relates to an x-ray device with an x-ray detector and such an X-ray tube.
  • an x-ray emitter When used in a computer tomograph an x-ray emitter is required which has a high pulse-shaped power of can deliver, for example, about 80 kW for only a short time, for example about 20 s.
  • an x-ray emitter When used in a computer tomograph an x-ray emitter is required which has a high pulse-shaped power of can deliver, for example, about 80 kW for only a short time, for example about 20 s.
  • an x-ray emitter When used in a computer tomograph an x-ray emitter is required which has a high pulse-shaped power of can deliver, for example, about 80 kW for only a short time, for example about 20 s.
  • an x-ray emitter When used in a computer tomograph an x-ray emitter is required which has a high pulse-shaped power of can deliver, for example, about 80 kW for only a short time, for example about 20 s.
  • explosives or drugs in particular is only a
  • the present invention is therefore based on the object of an arrangement for generating of X-rays with a liquid metal target to create different ones Applications can be used and with a relatively low pumping capacity for the liquid metal.
  • This task is based on the above Arrangement solved in that a pressure area separated from the liquid metal area is provided with a pressure medium such that a pressure on the liquid metal located in the liquid metal area for driving and passing the liquid metal is practicable at the electron impact zone, the pressure range one has rechargeable pressure accumulator for applying the pressure.
  • the liquid metal is not as in the known X-ray tube is circulated by means of a pump, but only in one Liquid metal area is in which it can be moved back and forth, but not circulated.
  • a separate pressure area is also provided, which also has a Has pressure accumulator in which energy can be stored, which is used to move the liquid metal in the liquid metal area, that is to pass the liquid Metal at the electron impact zone, with the desired power is available.
  • Reloading device for example a pump
  • Reloading device which has a substantially lower one Has power than the pump in the known X-ray source, because here the Energy in the pressure accumulator at all times, including during the breaks in operation of the X-ray source can be supplied, while the pump power in the known X-ray source full amount must be made available during operation.
  • Reloading device can thus be made significantly more space-saving and less expensive and allows universal use of such an X-ray source.
  • the liquid metal area and the pressure area preferably delimit at two locations, two so-called separation areas, in each other, in each case by means of the pressure medium Pressure can be applied to the liquid metal.
  • These separation areas can, for example as separation chambers, each with a liquid metal chamber and a pressure medium chamber be designed, the liquid metal and the pressure medium through a flexible membrane are separated, via which the pressure from the pressure medium to the liquid Metal can be transferred. Depending on the pressure ratio set, both expand the liquid metal as well as the pressure medium into the respective separation chamber.
  • a gas in particular air
  • the pressure medium is preferably used as the pressure medium.
  • the Implementation of the pressure accumulator i.e. the storage of energy for the exercise of a Print in a retrievable form can be solved in different ways.
  • a gas as a pressure medium is particularly a gas pressure chamber, which through controllable valves is completed and their pressure by means of a conventional pump can be continuously maintained at a certain level.
  • Control means can in particular have the controllable valves already mentioned, via which the pressure supply from the pressure accumulator to the liquid metal area, in particular to the separation areas, can be controlled.
  • the liquid metal area may have a constriction there.
  • This narrowing can be too both sides of the electron impingement zone can be designed asymmetrically, for example the outer shape of a drop of water to be approximated by the narrowing flowing liquid metal experiences as little pressure loss as possible.
  • the liquid metal is only ever used in one Direction through the constriction should flow to the greatest possible To achieve effect.
  • the liquid metal is heated by up to a few 100 ° C.
  • coolant for example in the form of cooling channels running around the separation area.
  • the arrangement for generating X-rays according to claim 1 is preferably part an X-ray emitter with an electron source for the emission of electrons, as in Claim 12 is specified.
  • Such an X-ray tube is preferably used together with a X-ray detector used in an X-ray device, as specified in claim 13 is.
  • an electrically, preferably grounded, tube bulb, which is vacuum-tight through a window 5 is completed.
  • Electron source in the form of a cathode 3 which in the operating state emits an electron beam 4 emitted, which hits through the window 5 through a liquid metal 9, which is in a Arrangement 2 according to the invention for generating X-rays is located.
  • This Arrangement 2 essentially comprises a liquid metal region 7 in which there is a liquid Metal 9 is located, on which the electron beam 4 impinges in an electron impact zone 8.
  • a pressure area 10 in the arrangement 2 via which a pressure on the liquid metal 9 can be exercised in the liquid metal region 7, so that the liquid Metal 9 at the electron impact zone 8 during operation with a desired one Speed flows past.
  • the interaction of the electrons 4 passing through the window 5 with the Liquid metal 9 creates X-rays through the window 5 and one X-ray exit window 6 exits in the tube bulb 1.
  • the liquid metal 9 thus serves as an X-ray target.
  • the window 5 and the liquid Metals 9 reference is made to the already mentioned US Pat. No. 6,185,277 B1 related statements are equally valid for the present X-ray emitter have and are hereby considered to be included in the present application.
  • Figure 2a shows the initial state of the Arrangement 2 immediately before the start of operation
  • Figure 2b shows the operating state during the Operation
  • Figure 2c shows the final state after use
  • An exemplary dimensioning can provide a pressure of 200 bar in the pressure accumulator R3.
  • the pump 13 can then be designed as a gas compressor which works with a 50 Hz motor, has a piston of 25 mm radius and a stroke height of 60 mm.
  • the pump volume is therefore 118 cm 3 and the volume of compressed gas (at 200 bar) that is supplied per second is approximately 30 cm 3 .
  • the separation chambers R1 and R2 can each be designed with a volume of 41 and withstand a pressure of a maximum of 100 bar. These parameters require a radius of the separation chambers R1 and R2 of approximately 10 cm and a weight of approximately 3 kg.
  • An alloy consisting of 35.6% Bi (eutectic) is preferably used as the liquid metal, 22.9% Pb, 19.6% In and 21.9% Sn used (percentages by weight).
  • the melting point of this alloy is then 56.5 ° C.
  • the initial state when the X-ray source is inactive is the separation chamber R1 practically empty and the separation chamber R2 practically full.
  • the liquid metal can then in the Separation chamber R2 by means of heating elements, not shown, at a temperature of approximately 65 ° C., in a liquid state.
  • first step ensures that the initial state shown in FIG. 2a is reached before data collection begins.
  • the pressure P2 in the Pressure chamber G2 of the separation chamber R2 increased by a few bar, for example to 3 bar that the liquid metal flows completely out of the separation chamber R2 and settles in the Separation chamber R1 collects completely.
  • valve V2 is opened slightly to allow one to bring low pressure from the pressure accumulator R3 into the separation chamber R2.
  • the valve V1 is opened to the environment, so that in the gas pressure chamber G1 Atmospheric pressure prevails.
  • valve V1 opens towards pressure accumulator R3 so that the Pressure P1 in the gas pressure chamber G1 very quickly reaches the working pressure.
  • the liquid metal 9, which is completely in the liquid metal chamber L1 of the separation chamber R1 is located by the influence of the pressure acting on the membrane M1 Separation chamber R1 is pressed out and flows through the constriction at high speed 8 in the electron impact zone.
  • Preventing cavitation in the constriction 8 is preferably done simultaneously Back pressure P2 generated in the gas pressure chamber G2 of the separation chamber R2.
  • valve V2 also goes to pressure accumulator R3 opened (step S2 in Figure 3).
  • pressure accumulator R3 opened (step S2 in Figure 3).
  • step S3 in FIG. 3 the X-ray emitter according to the invention is operated, the electron beam is thus switched on and X-ray radiation is generated.
  • the liquid metal 9 flows from the separation chamber R1 into the separation chamber R2 at the desired speed of, for example, 100 cm 3 / s for the duration of the data acquisition, for example 20 s for CT.
  • the valves V1 and V2 are continuously open (or fully or partially closed) in order to apply the required working pressure.
  • the pressure accumulator R3 must of course have sufficient capacity in order to be able to maintain the high pressure P1 of, for example, 40 to 70 bar for a sufficient period of time so that the liquid metal 9 is sufficiently long and sufficiently quick to escape Separation chamber R1 flows into the separation chamber R2. In one embodiment, it can be provided, for example, that the pressure accumulator R3 has a volume of approximately 31 at a maximum pressure of 200 bar.
  • step S4 When the data acquisition is finished, the electron beam 4 is switched off and the Valves V1 and V2 are opened to the atmosphere, so that the pressure P1 and P2 drops back to atmospheric pressure (step S4).
  • the liquid metal 9 is now mostly or completely in the separation chamber R2, as shown in Figure 2c. Since that liquid metal 9 due to the impinging electrons 4 in the electron impingement zone 8 has heated, cooling channels 14 are provided with which the liquid metal 9 in the Separation chamber R2 can be cooled, preferably to a temperature of 60 to 65 ° C, so that the liquid metal 9 remains in the liquid state.
  • the pump 13 is also used to ensure that the pressure in the pressure accumulator R3 is "reloaded” so that it is sufficient again Pressure for the next pass is available.
  • the performance of the pump 13 needs So not to the highest power required to operate the X-ray source Must be made available, must be turned off, but only needs to be designed that the pressure in the pressure accumulator R3 returns to during the break in operation sufficiently high pressure can be set. In contrast, the pump has to the well-known X-ray tube can be designed for full operating performance.
  • the narrowing 8 behind the window 5 is designed to be asymmetrical in the direction of the separation chambers R1 and R2.
  • the aim of this is to ensure that the pressure loss that the liquid metal 9 flowing from the separation chamber R1 to the separation chamber R2 experiences as little pressure loss as possible and thus achieves the highest possible flow velocity in the electron impact zone.
  • the arrangement shown can thus only be operated such that the liquid metal 9 is always pressed from the separation chamber R1 into the separation chamber R2 during operation.
  • the constriction 8 can also be designed symmetrically, and cooling channels 14 can also be provided around the separation chamber R1, so that the liquid metal 9 can be pressed in both directions during operation.

Abstract

A liquid metal (9) is arranged as an x-ray target such that it flows past an electron impact zone (8). A pressure medium (11) is provided in a pressure region (10) that is separate from the liquid metal region (7), and exerts a pressure on the liquid metal (9) in the fluid metal region to drive it past the electron impact zone (8). The pressure region includes a rechargeable pressure accumulator (R3) for applying the pressure. Independent claims are also included for an x-ray emitter, and an x-ray apparatus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung beim Auftreffen von Elektronen mit einem Flüssigmetallbereich, in dem ein flüssiges Metall als Röntgentarget derart angeordnet ist, dass es an einer Elektronenauftreffzone vorbei fließen kann. Außerdem betrifft die Erfindung einen Röntgenstrahler mit einer Elektronenquelle zur Emission von Elektronen und mit einer solchen Anordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung. Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Röntgeneinrichtung mit einem Röntgendetektor und einem solchen Röntgenstrahler.The invention relates to an arrangement for generating X-rays upon impact of electrons with a liquid metal area in which a liquid metal as an X-ray target is arranged so that it can flow past an electron impact zone. Moreover The invention relates to an X-ray emitter with an electron source for emitting Electrons and with such an arrangement for generating X-rays. Finally, the invention also relates to an x-ray device with an x-ray detector and such an X-ray tube.

Eine solche Anordnung und ein solcher Röntgenstrahler sind aus der US 6,185,277 B1 bekannt. Dort treten die von einer Elektronenquelle emittierten Elektronen durch ein dünnes Fenster in das flüssige Metall ein und erzeugen dort Röntgenstrahlung. Das flüssige Metall, das eine hohe Ordnungszahl aufweist, zirkuliert dort unter der Wirkung einer Pumpe, so dass die durch die Wechselwirkung mit den Elektronen im Fenster und im flüssigen Metall erzeugte Wärme abgeführt werden kann. Die in diesem Bereich erzeugte Wärme wird durch eine turbulente Strömung abgeführt, was eine effektive Kühlung gewährleistet.Such an arrangement and such an X-ray source are known from US Pat. No. 6,185,277 B1 known. There the electrons emitted by an electron source pass through a thin one Windows into the liquid metal and generate X-rays there. The liquid metal, which has a high atomic number circulates there under the action of a pump, so that by interacting with the electrons in the window and in the liquid metal generated heat can be dissipated. The heat generated in this area is generated by a turbulent flow is discharged, which ensures effective cooling.

Es sind mehrere verschiedene Anwendungen denkbar, für die eine solche Anordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung eingesetzt werden kann. Bei Einsatz in einem Computertomographen wird ein Röntgenstrahler benötigt, der eine hohe impulsförmige Leistung von beispielsweise etwa 80 kW für nur kurze Zeit von beispielsweise etwa 20 s liefern kann. Für eine andere Art von Anwendung in einer Röntgenanlage zur Gepäckuntersuchung, insbesondere auf Sprengstoff oder Drogen, wird dagegen nur eine niedrigere Leistung von beispielsweise etwa 30 kW benötigt, die jedoch kontinuierlich, das heißt für mehrere Stunden, geliefert werden muss.Several different applications are conceivable for which such an arrangement Generation of X-rays can be used. When used in a computer tomograph an x-ray emitter is required which has a high pulse-shaped power of can deliver, for example, about 80 kW for only a short time, for example about 20 s. For another type of application in an X-ray system for luggage inspection, on explosives or drugs in particular, however, is only a lower power of for example, needs about 30 kW, but this is continuous, i.e. for several hours, must be delivered.

Bei dem bekannten Röntgenstrahler mit einem Flüssigmetall-Target, bei dem das flüssige Metall mittels einer Pumpe zirkuliert wird, wurde bislang stets davon ausgegangen, dass mittels einer einzigen Pumpe die beschriebenen Erfordernisse erfüllt werden können. Es wurde jedoch festgestellt, dass bei der ersten Art von Anwendung, in der Computertomographie, zwar die erforderliche impulsförmige Leistung sehr hoch ist, die durchschnittliche Leistung jedoch viel niedriger liegt. Wenn davon ausgegangen wird, dass typischerweise jeder Einsatzzeit von etwa 20 s eine Verweilzeit von etwa 80 s folgt, dann liegt die durchschnittliche elektrische Leistung bei (80 kW·20 s)/(80 s+20 s)=16 kW. Demnach müsste es auch möglich sein, die Leistung der Pumpe entsprechend zu verringern, die Pumpe also nicht für die maximale impulsförmige Leistung von 80 kW, sondern nur für die durchschnittlich benötigte Leistung von etwa 16 kW auszulegen, was eine starke Platz- und Kostenersparnis zur Folge hätte.In the known X-ray emitter with a liquid metal target, in which the liquid Metal is circulated by means of a pump, it has always been assumed that the described requirements can be met by means of a single pump. It was however found that in the first type of application, in computed tomography, although the required pulse-shaped power is very high, the average power however is much lower. If it is assumed that typically everyone Operating time of about 20 s followed by a dwell time of about 80 s, then the average electrical power at (80 kW · 20 s) / (80 s + 20 s) = 16 kW. So it should also be possible be to reduce the performance of the pump accordingly, not the pump for the maximum pulsed power of 80 kW, but only for the average required Power of about 16 kW to design, which results in a considerable space and cost savings would have.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mit einem Flüssigmetall-Target zu schaffen, die für verschiedene Anwendungen einsetzbar ist und mit einer verhältnismäßig geringen Pumpleistung für das Flüssigmetall auskommt. Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs genannten Anordnung dadurch gelöst, dass ein von dem Flüssigmetallbereich getrennter Druckbereich mit einem Druckmittel vorgesehen ist derart, dass mittels des Druckmittels ein Druck auf das in dem Flüssigmetallbereich befindliche flüssige Metall zum Antreiben und Vorbeiführen des flüssigen Metalls an der Elektronenauftreffzone ausübbar ist, wobei der Druckbereich einen wiederaufladbaren Druckspeicher zum Aufbringen des Drucks aufweist.The present invention is therefore based on the object of an arrangement for generating of X-rays with a liquid metal target to create different ones Applications can be used and with a relatively low pumping capacity for the liquid metal. This task is based on the above Arrangement solved in that a pressure area separated from the liquid metal area is provided with a pressure medium such that a pressure on the liquid metal located in the liquid metal area for driving and passing the liquid metal is practicable at the electron impact zone, the pressure range one has rechargeable pressure accumulator for applying the pressure.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die erforderliche Pumpleistung zum Vorbeiführen des flüssigen Metalls an der Elektronenauftreffzone nicht entsprechend der höchsten elektrischen (pulsförmigen) Leistung ausgelegt werden muss, sondern dass die erforderliche Pumpleistung auf die durchschnittliche geforderte elektrische Leistung abgestellt werden kann, wenn ergänzende Mittel zur Speicherung von Pumpleistung vorgesehen werden. Unter der Annahme, dass die Energie, die benötigt wird, um ein Flüssigkeitsvolumen V durch eine Druckdifferenz von ΔP zu bewegen, gleich V·ΔP ist, dann erfordert die Pumpe eine Leistung von 1/ε·(V·ΔP)/T. Durch ε wird dabei berücksichtigt, dass die Umwandlung von mechanischer Energie in hydrodynamische Energie einen Wirkungsgrad von weniger als 100% aufweist; T ist die Zeitdauer, über die die Energieübertragung auf das flüssige Metall verteilt werden kann. Die Pumpleistung kann also signifikant reduziert werden, indem die Energiezufuhr in Form von Pumpenergie über 100 s (im oben beschriebenen Beispiel der Computertomographie) verteilt wird, anstatt auf nur 20 s konzentriert zu werden. Erfindungsgemäß müssen also die folgenden Bedingungen erfüllt werden:

  • a) Die Energie, die das flüssige Metall antreiben wird, kann effektiv gespeichert werden, ist nachlieferbar und kann bei Bedarf in kurzer Zeit abgerufen werden;
  • b) die Art der Energiespeicherung ist kompatibel mit dem Erfordernis, dass das flüssige Metall nach Art einer Pumpe angetrieben werden muss.
    • According to the invention, it was recognized that the pump power required to move the liquid metal past the electron impact zone does not have to be designed according to the highest electrical (pulsed) power, but that the pump power required can be adjusted to the average required electrical power if additional means for storing Pump power can be provided. Assuming that the energy required to move a volume of liquid V through a pressure difference of ΔP is equal to V · ΔP, then the pump requires an output of 1 / ε · (V · ΔP) / T. Ε takes into account that the conversion of mechanical energy into hydrodynamic energy has an efficiency of less than 100%; T is the length of time over which the energy transfer can be distributed to the liquid metal. The pump power can therefore be significantly reduced by distributing the energy supply in the form of pump energy over 100 s (in the example of computer tomography described above) instead of being concentrated on only 20 s. According to the invention, the following conditions must therefore be met:
  • a) The energy that will drive the liquid metal can be stored effectively, can be supplied later and can be called up in a short time if required;
  • b) the type of energy storage is compatible with the requirement that the liquid metal must be driven like a pump.

    • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das flüssige Metall nicht wie bei dem bekannten Röntgenstrahler mittels einer Pumpe zirkuliert wird, sondern sich nur in einem Flüssigmetallbereich befindet, in dem es hin- und herbewegt werden kann, jedoch nicht zirkuliert. Weiter ist ein davon getrennter Druckbereich vorgesehen, der auch einen Druckspeicher aufweist, in dem Energie gespeichert werden kann, die zum Bewegen des flüssigen Metalls in dem Flüssigmetallbereich, das heißt zum Vorbeiführen des flüssigen Metalls an der Elektronenauftreffzone, mit der gewünschten Leistung abrufbar ist. Um den Druckspeicher wieder aufzuladen, also wieder Energie nachzuführen, kann hier eine Nachladevorrichtung, beispielsweise eine Pumpe, vorgesehen sein, die eine wesentlich geringere Leistung aufweist, als die Pumpe bei dem bekannten Röntgenstrahler, da hier die Energie in den Druckspeicher jederzeit, also auch in den Betriebspausen des Röntgenstrahlers, nachgeliefert werden kann, während bei dem bekannten Röntgenstrahler die Pumpleistung in voller Höhe beim Betrieb zur Verfügung gestellt werden muss. Eine solche Nachladevorrichtung kann also wesentlich platzsparender und kostengünstiger ausgestaltet werden und erlaubt einen universellen Einsatz eines solchen Röntgenstrahlers.According to the invention this is achieved in that the liquid metal is not as in the known X-ray tube is circulated by means of a pump, but only in one Liquid metal area is in which it can be moved back and forth, but not circulated. A separate pressure area is also provided, which also has a Has pressure accumulator in which energy can be stored, which is used to move the liquid metal in the liquid metal area, that is to pass the liquid Metal at the electron impact zone, with the desired power is available. To the Recharging the pressure accumulator, i.e. adding energy again, can be done here Reloading device, for example a pump, can be provided which has a substantially lower one Has power than the pump in the known X-ray source, because here the Energy in the pressure accumulator at all times, including during the breaks in operation of the X-ray source can be supplied, while the pump power in the known X-ray source full amount must be made available during operation. Such Reloading device can thus be made significantly more space-saving and less expensive and allows universal use of such an X-ray source.

    Vorzugsweise grenzen der Flüssigmetallbereich und der Druckbereich an zwei Stellen, zwei sogenannten Trennbereichen, aneinander, in denen jeweils mittels des Druckmittels ein Druck auf das flüssige Metall ausgeübt werden kann. Diese Trennbereiche können beispielsweise als Trennkammern mit jeweils einer Flüssigmetallkammer und einer Druckmittelkammer ausgestaltet sein, wobei das flüssige Metall und das Druckmittel durch eine flexible Membran getrennt sind, über die der Druck von dem Druckmittel auf das flüssige Metall übertragen werden kann. Je nach eingestelltem Druckverhältnis kann sich somit sowohl das flüssige Metall als auch das Druckmittel in die jeweilige Trennkammer hinein ausdehnen.The liquid metal area and the pressure area preferably delimit at two locations, two so-called separation areas, in each other, in each case by means of the pressure medium Pressure can be applied to the liquid metal. These separation areas can, for example as separation chambers, each with a liquid metal chamber and a pressure medium chamber be designed, the liquid metal and the pressure medium through a flexible membrane are separated, via which the pressure from the pressure medium to the liquid Metal can be transferred. Depending on the pressure ratio set, both expand the liquid metal as well as the pressure medium into the respective separation chamber.

    Es sind noch weitere alternative Lösungen für die Ausgestaltung des Flüssigmetallbereichs und des Druckbereichs denkbar. Diese haben jedoch alle gemeinsam, dass über das Druckmittel indirekt ein Druck auf das flüssige Metall in dem Flüssigmetallbereich ausgeübt wird, so dass das flüssige Metall also nicht direkt angetrieben wind. Die Trennbereiche könnten somit auch als Zylinder mit jeweils einem verfahrbaren Kolben ausgestaltet sein, wobei der Kolben sowohl als Trennmittel zwischen flüssigem Metall und Druckmittel dient und grundsätzlich auf beliebige Weise antreibbar ausgestaltet sein kann.There are other alternative solutions for the design of the liquid metal area and of the pressure range conceivable. However, these all have in common that about the pressure medium indirectly pressure is applied to the liquid metal in the liquid metal area so that the liquid metal is not directly driven. The separation areas could therefore also be designed as a cylinder with a movable piston, the piston both serves as a release agent between liquid metal and pressure medium and basically on can be designed to be drivable in any way.

    Verschiedene Ausgestaltungen für das Druckmittel sind in den Ansprüchen 5 bis 7 angegeben, wobei vorzugsweise als Druckmittel ein Gas, insbesondere Luft, verwendet wird. Auch die Umsetzung des Druckspeichers, das heißt die Speicherung von Energie zur Ausübung eines Drucks in abrufbarer Form, kann auf verschiedene Weise gelöst werden. Unter Verwendung eines Gases als Druckmittel bietet sich insbesondere eine Gasdruckkammer an, die durch steuerbare Ventile abgeschlossen ist und deren Druck mittels einer konventionellen Pumpe kontinuierlich auf einem bestimmten Level gehalten werden kann.Different configurations for the pressure medium are specified in claims 5 to 7, a gas, in particular air, is preferably used as the pressure medium. Also the Implementation of the pressure accumulator, i.e. the storage of energy for the exercise of a Print in a retrievable form can be solved in different ways. Under use of a gas as a pressure medium is particularly a gas pressure chamber, which through controllable valves is completed and their pressure by means of a conventional pump can be continuously maintained at a certain level.

    Zur Steuerung der Druckbeaufschlagung des flüssigen Metalls und damit also zur Bestimmung der Fließgeschwindigkeit des flüssigen Metalls in der Elektronenauftreffzone sind entsprechende Steuermittel vorgesehen, wie sie in Anspruch 8 angegeben sind. Diese Steuermittel können insbesondere die bereits angesprochenen steuerbaren Ventile aufweisen, über die die Druckzufuhr von dem Druckspeicher zu dem Flüssigmetallbereich, insbesondere zu den Trennbereichen, gesteuert werden kann.To control the pressurization of the liquid metal and thus for determination the flow rate of the liquid metal in the electron impact zone corresponding control means are provided as specified in claim 8. This Control means can in particular have the controllable valves already mentioned, via which the pressure supply from the pressure accumulator to the liquid metal area, in particular to the separation areas, can be controlled.

    Um eine möglichst hohe Fließgeschwindigkeit in der Elektronenauftreffzone zu erreichen, kann der Flüssigmetallbereich dort eine Verengung aufweisen. Diese Verengung kann zu beiden Seiten der Elektronenauftreffzone asymmetrisch ausgestaltet sein, beispielsweise der äußeren Form eines Wassertropfens angenähert sein, damit das durch die Verengung hindurchfließende flüssige Metall einen möglichst geringen Druckverlust erfährt. Zu berücksichtigen ist dann jedoch, dass im Betrieb das flüssige Metall immer nur in einer Richtung durch die Verengung hindurchfließen sollte, um die größtmögliche gewünschte Wirkung zu erzielen.In order to achieve the highest possible flow velocity in the electron impact zone, the liquid metal area may have a constriction there. This narrowing can be too both sides of the electron impingement zone can be designed asymmetrically, for example the outer shape of a drop of water to be approximated by the narrowing flowing liquid metal experiences as little pressure loss as possible. To However, it must then be taken into account that the liquid metal is only ever used in one Direction through the constriction should flow to the greatest possible To achieve effect.

    Im Betrieb wird das flüssige Metall um bis zu einige 100 °C erhitzt. Zur Kühlung des aufgeheizten flüssigen Metalls sind deshalb an mindestens einem der beiden Trennbereiche, in dem sich bevorzugt nach einer Einsatzphase das flüssige Metall befindet, Kühlmittel, beispielsweise in Form von um den Trennbereich herumlaufenden Kühlkanälen, angeordnet.During operation, the liquid metal is heated by up to a few 100 ° C. To cool the heated liquid metal are therefore in at least one of the two separation areas which is preferably the liquid metal after a use phase, coolant, for example in the form of cooling channels running around the separation area.

    Die Anordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung gemäß Anspruch 1 ist bevorzugt Teil eines Röntgenstrahlers mit einer Elektronenquelle zur Emission von Elektronen, wie in Anspruch 12 angegeben ist. Ein solcher Röntgenstrahler wird bevorzugt zusammen mit einem Röntgendetektor in einer Röntgeneinrichtung eingesetzt, wie sie in Anspruch 13 angegeben ist.The arrangement for generating X-rays according to claim 1 is preferably part an X-ray emitter with an electron source for the emission of electrons, as in Claim 12 is specified. Such an X-ray tube is preferably used together with a X-ray detector used in an X-ray device, as specified in claim 13 is.

    Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

    Figur 1
    eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Röntgenstrahlers,
    Figur 2a bis 2c
    schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung in verschiedenen Betriebszuständen und
    Figur 3
    ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der verschiedenen Betriebszustände einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung.
    The invention is explained below with reference to the drawings. Show it:
    Figure 1
    1 shows a schematic illustration of an X-ray emitter according to the invention,
    Figure 2a to 2c
    schematic representations of an arrangement according to the invention for generating X-rays in different operating states and
    Figure 3
    a flow chart to explain the various operating states of an arrangement according to the invention for generating X-rays.

    Bei dem in Figur 1 schematisch gezeigten erfindungsgemäßen Röntgenstrahler bezeichnet 1 einen elektrisch, vorzugsweise geerdeten, Röhrenkolben, der durch ein Fenster 5 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 5 hindurch auf ein flüssiges Metall 9 trifft, das sich in einer erfindungsgemäßen Anordnung 2 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung befindet. Diese Anordnung 2 umfasst im Wesentlichen einen Flüssigmetallbereich 7, in dem sich ein flüssiges Metall 9 befindet, auf das in eine Elektronenauftreffzone 8 der Elektronenstrahl 4 auftrifft. Weiter befindet sich in der Anordnung 2 ein Druckbereich 10, über den ein Druck auf das flüssige Metall 9 in dem Flüssigmetallbereich 7 ausgeübt werden kann, damit das flüssige Metall 9 an der Elektronenauftreffzone 8 während des Betriebes mit einer gewünschten Geschwindigkeit vorbeiströmt.In the X-ray emitter according to the invention shown schematically in FIG. 1, denotes 1 an electrically, preferably grounded, tube bulb, which is vacuum-tight through a window 5 is completed. There is one in the vacuum chamber of the tube bulb Electron source in the form of a cathode 3, which in the operating state emits an electron beam 4 emitted, which hits through the window 5 through a liquid metal 9, which is in a Arrangement 2 according to the invention for generating X-rays is located. This Arrangement 2 essentially comprises a liquid metal region 7 in which there is a liquid Metal 9 is located, on which the electron beam 4 impinges in an electron impact zone 8. Furthermore, there is a pressure area 10 in the arrangement 2, via which a pressure on the liquid metal 9 can be exercised in the liquid metal region 7, so that the liquid Metal 9 at the electron impact zone 8 during operation with a desired one Speed flows past.

    Durch die Wechselwirkung der durch das Fenster 5 hindurchtretenden Elektronen 4 mit dem flüssigen Metall 9 entsteht Röntgenstrahlung, die durch das Fenster 5 und ein Röntgenstrahlen-Austrittsfenster 6 im Röhrenkolben 1 hindurch austritt. Das flüssige Metall 9 dient somit als Röntgentarget. Hinsichtlich der weiteren Ausgestaltung des gezeigten Röntgenstrahlers, insbesondere des Elektronenstrahls 4, des Fensters 5 und des flüssigen Metalls 9, sei auf die bereits genannte Druckschrift US 6,185,277 B1 verwiesen, deren diesbezügliche Ausrührungen für den vorliegenden Röntgenstrahler gleichermaßen Gültigkeit haben und hiermit als in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen gelten.The interaction of the electrons 4 passing through the window 5 with the Liquid metal 9 creates X-rays through the window 5 and one X-ray exit window 6 exits in the tube bulb 1. The liquid metal 9 thus serves as an X-ray target. With regard to the further configuration of the shown X-ray emitter, in particular the electron beam 4, the window 5 and the liquid Metals 9, reference is made to the already mentioned US Pat. No. 6,185,277 B1 related statements are equally valid for the present X-ray emitter have and are hereby considered to be included in the present application.

    In den Figuren 2a bis 2c ist die Anordnung 2 schematisch und in verschiedenen Betriebszuständen näher dargestellt. Figur 2a zeigt zunächst den Ausgangszustand der Anordnung 2 unmittelbar vor Betriebsbeginn, Figur 2b zeigt den Betriebszustand während des Betriebes und Figur 2c zeigt den Endzustand nach einem Einsatz2a to 2c, the arrangement 2 is schematic and in different Operating states shown in more detail. Figure 2a shows the initial state of the Arrangement 2 immediately before the start of operation, Figure 2b shows the operating state during the Operation and Figure 2c shows the final state after use

    Wie aus den Figuren zu erkennen ist, ist der Flüssigmetallbereich 7, in dem sich das flüssige Metall 9 befindet, als längliche Röhre ausgsstaltet. Diese Röhre weist in der Elektronenauftreffzone 8, also in dem Bereich hinter dem Fenster 5, eine Verengung auf. Außerdem weiten sich die beiden Enden des röhrenförmigen Flüssigmetallbereichs 7 zu Trennkammern R1 und R2 auf. Diese Trennkammern beinhalten jeweils eine flexible Membran M1, M2, die die Trennkammern R1, R2 in jeweils eine Flüssigmetallkammer L1, L2 und eine Druckkammer G1, G2 (siehe Figur 2b) unterteilen. Die Druckkammern G1, G2 sind dabei bereits Teil des Druckbereichs 10, in dem sich ein Druckmittel 11 befindet, bei der vorliegenden Ausgestaltung beispielsweise ein Gas wie insbesondere Luft. Dieser Druckbereich 10 ist ebenfalls im Wesentlichen röhrenförmig ausgebildet, wobei sich die beiden Enden zu den genannten Druckkammern G1, G2 aufweiten. Zusätzlich ist innerhalb des röhrenförmigen Druckbereichs 10 ein Druckspeicher R3, vorliegend in Form einer Druckkammer, vorgesehen, in dem ein hoher Druck vorrätig gehalten werden kann. Dazu wird mittels einer Pumpe 13 ein Gas 12, beispielsweise Luft, in die Druckkammer R3 gepumpt, bis dort ein gewünschter hoher Druck vorhanden ist.
    Zwischen der Druckkammer R3 und den beiden Trennkammern R1 und R2 ist weiter jeweils ein von einer Steuereinrichtung 15 gesteuertes Ventil V1, V2 angeordnet, über die zu gewünschten Zeitpunkten ein Druck gewünschter Höhe auf die Membranen M1 und M2 ausgeübt werden kann. Insbesondere können die Ventile V1 und V2 als computergesteuerte Ventile ausgestaltet sein, die im Wesentlichen drei verschiedene Funktionen bzw. Stellungen aufweisen müssen:

  • a) sie sind geschlossen, um einen Gasfluss zu verhindern;
  • b) sie sind geöffnet, um einen Gasfluss zu ermöglichen;
  • c) sie müssen einen Gasfluss in verschiedenen Richtungen ermöglichen, insbesondere von dem Druckspeicher R3 zu den Trennkammern R1 und R2 (mit gewünschter Druckhöhe) und von den Trennkammern R1 und R2 in die Umgebung, um den Druck in den Trennkammern R1 und R2 zu erniedrigen.
    • As can be seen from the figures, the liquid metal region 7, in which the liquid metal 9 is located, is designed as an elongated tube. This tube has a constriction in the electron impact zone 8, that is to say in the area behind the window 5. In addition, the two ends of the tubular liquid metal region 7 expand into separation chambers R1 and R2. These separation chambers each contain a flexible membrane M1, M2, which subdivide the separation chambers R1, R2 into a liquid metal chamber L1, L2 and a pressure chamber G1, G2 (see FIG. 2b). The pressure chambers G1, G2 are already part of the pressure region 10, in which a pressure medium 11 is located, in the present embodiment, for example, a gas such as in particular air. This pressure area 10 is also essentially tubular, the two ends expanding to the pressure chambers G1, G2 mentioned. In addition, a pressure accumulator R3, in the present case in the form of a pressure chamber, is provided within the tubular pressure region 10, in which a high pressure can be kept in stock. For this purpose, a gas 12, for example air, is pumped into the pressure chamber R3 by means of a pump 13 until a desired high pressure is present there.
    Between the pressure chamber R3 and the two separation chambers R1 and R2 there is further arranged a valve V1, V2 controlled by a control device 15, via which a pressure of the desired height can be exerted on the membranes M1 and M2 at desired times. In particular, the valves V1 and V2 can be designed as computer-controlled valves, which essentially have to have three different functions or positions:
  • a) they are closed to prevent gas flow;
  • b) they are open to allow gas flow;
  • c) they must allow gas flow in different directions, in particular from the pressure accumulator R3 to the separation chambers R1 and R2 (with the desired pressure level) and from the separation chambers R1 and R2 to the surroundings in order to lower the pressure in the separation chambers R1 and R2.

    • Eine beispielhafte Dimensionierung kann einen Druck in Höhe von 200 bar in dem Druckspeicher R3 vorsehen. Die Pumpe 13 kann dann als Gaskompressor ausgestaltet sein, der mit einem 50 Hz-Motor arbeitet, einen Kolben von 25 mm Radius und eine Hubhöhe von 60 mm aufweist. Das Pumpvolumen ist demnach 118 cm3 und das Volumen an komprimiertem Gas (bei 200 bar), das pro Sekunde geliefert wird, ist etwa 30 cm3. Die Trennkammern R1 und R2 können mit einem Volumen von jeweils 41 ausgestaltet sein und einen Druck von maximal 100 bar aushalten. Diese Parameter erfordern einen Radius der Trennkammern R1 und R2 von etwa 10 cm und ein Gewicht von etwa 3 kg.An exemplary dimensioning can provide a pressure of 200 bar in the pressure accumulator R3. The pump 13 can then be designed as a gas compressor which works with a 50 Hz motor, has a piston of 25 mm radius and a stroke height of 60 mm. The pump volume is therefore 118 cm 3 and the volume of compressed gas (at 200 bar) that is supplied per second is approximately 30 cm 3 . The separation chambers R1 and R2 can each be designed with a volume of 41 and withstand a pressure of a maximum of 100 bar. These parameters require a radius of the separation chambers R1 and R2 of approximately 10 cm and a weight of approximately 3 kg.

    Als flüssiges Metall wird vorzugsweise eine Legierung bestehend aus 35,6% Bi (eutektisch), 22,9% Pb, 19,6% In und 21,9% Sn verwendet (Angaben in Gewichtsprozent). Der Schmelzpunkt dieser Legierung liegt dann bei 56,5 °C. Bei dem in Figur 2a gezeigten Ausgangszustand, wenn der Röntgenstrahler also inaktiv ist, ist die Trennkammer R1 praktisch leer und die Trennkammer R2 praktisch voll. Das flüssige Metall kann dann in der Trennkammer R2 mittels nicht gezeigter Heizelemente auf einer Temperatur von etwa 65 °C, also in flüssigem Zustand, gehalten werden.An alloy consisting of 35.6% Bi (eutectic) is preferably used as the liquid metal, 22.9% Pb, 19.6% In and 21.9% Sn used (percentages by weight). The The melting point of this alloy is then 56.5 ° C. In the one shown in Figure 2a The initial state when the X-ray source is inactive is the separation chamber R1 practically empty and the separation chamber R2 practically full. The liquid metal can then in the Separation chamber R2 by means of heating elements, not shown, at a temperature of approximately 65 ° C., in a liquid state.

    Nachfolgend sollen nun die verschiedenen Betriebszustände, wie sie in den Figuren 2a bis 2c gezeigt sind und wie sie auch in dem Ablaufdiagramm in Figur 3 aufgeführt sind, näher erläutert werden, wobei angenommen wird, dass der erfindungsgemäße Röntgenstrahler in einem Computertomographen zur Datenerfassung eingesetzt wird. Zunächst wird in einem ersten Schritt (S1 in Figur 3) sichergestellt, dass der in Figur 2a gezeigte Ausgangszustand erreicht wird, bevor die Datenerfassung beginnt. Dazu wird der Druck P2 in der Druckkammer G2 der Trennkammer R2 um einige bar, beispielsweise auf 3 bar, erhöht, so dass das flüssige Metall aus der Trennkammer R2 vollständig herausfließt und sich in der Trennkammer R1 vollständig sammelt. Dazu wird das Ventil V2 leicht geöffnet, um einen geringen Druck aus dem Druckspeicher R3 in die Trennkammer R2 einzubringen. Das Ventil V1 wird dagegen zur Umgebung geöffnet, so dass in der Gasdruckkammer G1 Atmosphärendruck herrscht.The various operating states as shown in FIGS. 2a to 2c are now described below are shown and as they are also shown in the flow chart in Figure 3 are explained, it being assumed that the X-ray emitter according to the invention in a computer tomograph is used for data acquisition. First, in one first step (S1 in FIG. 3) ensures that the initial state shown in FIG. 2a is reached before data collection begins. For this, the pressure P2 in the Pressure chamber G2 of the separation chamber R2 increased by a few bar, for example to 3 bar that the liquid metal flows completely out of the separation chamber R2 and settles in the Separation chamber R1 collects completely. To do this, valve V2 is opened slightly to allow one to bring low pressure from the pressure accumulator R3 into the separation chamber R2. The valve V1, however, is opened to the environment, so that in the gas pressure chamber G1 Atmospheric pressure prevails.

    Wenn der in Figur 2a gezeigte Ausgangszustand erreicht ist, wird wenigs Sekunden vor Beginn der Datenerfassung das Ventil V1 zum Druckspeicher R3 hin geöffnet, so dass der Druck P1 in der Gasdruckkammer G1 sehr schnell den Arbeitsdruck erreicht. Dadurch wird das flüssige Metall 9, das sich vollständig in der Flüssigmetallkammer L1 der Trennkammer R1 befindet, durch den Einfluss des Druckes, der auf die Membran M1 einwirkt, aus der Trennkammer R1 herausgepresst und fließt mit hoher Geschwindigkeit durch die Verengung 8 in der Elektronenauftreffzone. Um dabei möglicherweise aufgrund des Bernoulli-Effekts auftretende Kavitationen in der Verengung 8 zu verhindern, wird bevorzugt gleichzeitig ein Gegendruck P2 in der Gasdruckkammer G2 der Trennkammer R2 erzeugt. Dazu wird gleichzeitig mit Öffnen des Ventils V1 auch das Ventil V2 zum Druckspeicher R3 hin geöffnet (Schritt S2 in Figur 3). Somit kann beispielsweise für den Druck P1 in der Trennkammer R1 von 40 bis 70 bar, vorzugsweise 50 bar, und ein Druck P2 in der Trennkammer R2 von beispielsweise 20 bar (oder auch geringer bis zu 1 bar) eingestellt werden, so dass sich eine Druckdifferenz P1-P2 von vorzugsweise 20 bis 50 bar einstellt.When the initial state shown in FIG. 2a is reached, there is a few seconds ahead At the beginning of data acquisition, valve V1 opens towards pressure accumulator R3 so that the Pressure P1 in the gas pressure chamber G1 very quickly reaches the working pressure. This will the liquid metal 9, which is completely in the liquid metal chamber L1 of the separation chamber R1 is located by the influence of the pressure acting on the membrane M1 Separation chamber R1 is pressed out and flows through the constriction at high speed 8 in the electron impact zone. In order to do so, possibly due to the Bernoulli effect Preventing cavitation in the constriction 8 is preferably done simultaneously Back pressure P2 generated in the gas pressure chamber G2 of the separation chamber R2. This will at the same time as valve V1 opens, valve V2 also goes to pressure accumulator R3 opened (step S2 in Figure 3). Thus, for example for the pressure P1 in the Separation chamber R1 from 40 to 70 bar, preferably 50 bar, and a pressure P2 in the Separation chamber R2 of, for example, 20 bar (or less up to 1 bar) so that a pressure difference P1-P2 of preferably 20 to 50 bar is established.

    In diesem Betriebszustand (Schritt S3 in Figur 3) wird der erfindungsgemäße Röntgenstrahler betrieben, der Elektronenstrahl ist somit eingeschaltet und es wird Röntgenstrahlung erzeugt. Das flüssige Metall 9 fließt dabei mit der gewünschten Geschwindigkeit von beispielsweise 100 cm3/s für die Dauer der Datenerfassung, beispielsweise 20 s bei CT, von der Trennkammer R1 in die Trennkammer R2. Die Ventile V1 und V2 sind dabei kontinuierlich geöffnet (oder voll oder teilweise geschlossen) um den erforderlichen Arbeitsdruck aufzubringen. Der Druckspeicher R3 muss dabei natürlich ausreichend Kapazität aufweisen, um den hohen Druck P1 von beispielsweise 40 bis 70 bar für einen ausreichenden Zeitraum aufrechterhalten zu können, damit das flüssige Metall 9 ausreichend lange und ausreichend schnell aus der
    Trennkammer R1 in die Trennkammer R2 fließt. In einer Ausgestaltung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Druckspeicher R3 ein Volumen von etwa 31 bei einem maximalen Druck von 200 bar aufweist.    In this operating state (step S3 in FIG. 3), the X-ray emitter according to the invention is operated, the electron beam is thus switched on and X-ray radiation is generated. The liquid metal 9 flows from the separation chamber R1 into the separation chamber R2 at the desired speed of, for example, 100 cm 3 / s for the duration of the data acquisition, for example 20 s for CT. The valves V1 and V2 are continuously open (or fully or partially closed) in order to apply the required working pressure. The pressure accumulator R3 must of course have sufficient capacity in order to be able to maintain the high pressure P1 of, for example, 40 to 70 bar for a sufficient period of time so that the liquid metal 9 is sufficiently long and sufficiently quick to escape
    Separation chamber R1 flows into the separation chamber R2. In one embodiment, it can be provided, for example, that the pressure accumulator R3 has a volume of approximately 31 at a maximum pressure of 200 bar.

    Wenn die Datenerfassung beendet ist, wird der Elektronenstrahl 4 abgeschaltet und die Ventile V1 und V2 werden gegenüber der Atmosphäre geöffnet, so dass der Druck P1 und P2 wieder auf Atmosphärendruck abfällt (Schritt S4). Das flüssige Metall 9 befindet sich nun größtenteils oder vollständig in der Trennkammer R2, wie in Figur 2c gezeigt ist. Da sich das flüssige Metall 9 aufgrund der auftreffenden Elektronen 4 in der Elektronenauftreffzone 8 erhitzt hat, sind Kühlkanäle 14 vorgesehen, mit denen das flüssige Metall 9 in der Trennkammer R2 gekühlt werden kann, vorzugsweise auf eine Temperatur von 60 bis 65 °C, so dass das flüssige Metall 9 in flüssigem Zustand bleibt.When the data acquisition is finished, the electron beam 4 is switched off and the Valves V1 and V2 are opened to the atmosphere, so that the pressure P1 and P2 drops back to atmospheric pressure (step S4). The liquid metal 9 is now mostly or completely in the separation chamber R2, as shown in Figure 2c. Since that liquid metal 9 due to the impinging electrons 4 in the electron impingement zone 8 has heated, cooling channels 14 are provided with which the liquid metal 9 in the Separation chamber R2 can be cooled, preferably to a temperature of 60 to 65 ° C, so that the liquid metal 9 remains in the liquid state.

    In einem letzten Schritt (S5) wird schließlich auch mittels der Pumpe 13 dafür gesorgt, dass der Druck in dem Druckspeicher R3 wieder "nachgeladen" wird, so dass wieder ausreichend Druck für den nächsten Durchlauf zur Verfügung steht. Die Leistung der Pumpe 13 braucht also nicht auf die höchste erforderliche Leistung, die beim Betrieb des Röntgenstrahlers zur Verfügung gestellt werden muss, abgestellt werden, sondern muss nur so ausgelegt werden, dass der Druck in dem Druckspeicher R3 während der Betriebspause wieder auf einen ausreichend hohen Druck eingestellt werden kann. Im Gegensatz dazu muss die Pumpe bei dem bekannten Röntgenstrahler für die volle Betriebsleistung ausgelegt sein. In a last step (S5), the pump 13 is also used to ensure that the pressure in the pressure accumulator R3 is "reloaded" so that it is sufficient again Pressure for the next pass is available. The performance of the pump 13 needs So not to the highest power required to operate the X-ray source Must be made available, must be turned off, but only needs to be designed that the pressure in the pressure accumulator R3 returns to during the break in operation sufficiently high pressure can be set. In contrast, the pump has to the well-known X-ray tube can be designed for full operating performance.

    Wie in den Figuren 2a bis 2c leicht zu erkennen ist, ist die Verengung 8 hinter dem Fenster 5 zu den Trennkammern R1 und R2 hin verlaufend asymmetrisch ausgestaltet. Dadurch soll erreicht werden, dass der Druckverlust, den das von der Trennkammer R1 zur Trennkammer R2 fließende flüssige Metall 9 im Betrieb einen möglichst geringen Druckverlust erfährt und somit eine möglichst hohe Flussgeschwindigkeit in der Elektronenauftreffzone erreicht. Die gezeigte Anordnung ist somit nur so zu betreiben, dass das flüssige Metall 9 im Betrieb immer von der Trennkammer R1 in die Trennkammer R2 gepresst wird. Alternativ kann die Verengung 8 jedoch auch symmetrisch ausgelegt sein, und es können auch Kühlkanäle 14 um die Trennkammer R1 vorgesehen werden, so dass das flüssige Metall 9 in beide Richtungen im Betrieb gepresst werden kann.
    Alternativ zu der gezeigten Ausgestaltung sind auch weitere Möglichkeiten zur Ausübung des Drucks auf das flüssige Metall denkbar. So ist es beispielsweise möglich, anstatt des Gases 11 eine Flüssigkeit zu verwenden, die einen sehr niedrigen Siedepunkt aufweist und die mit einer Heizeinrichtung zum Sieden gebracht wird (also verdampft wird) um einen hohen Druck zu erzielen. Die verdampfte Flüssigkeit kann dann in einem Dampfspeicher vorgehalten werden, um im Betrieb dann den geforderten Druck auf das flüssige Metall ausüben zu können. Bei dieser Ausgestaltung würde eine Pumpe völlig überflüssig. Stattdessen wären nur Heizeinrichtungen erforderlich. Eine mechanische Bewegung, wie sie beispielsweise in einer Pumpe erfolgt, könnte somit vollständig entfallen, was insbesondere bei Einsatz eines solchen Röntgenstrahlers in einer CT-Gantry vorteilhaft ist.    As can easily be seen in FIGS. 2a to 2c, the narrowing 8 behind the window 5 is designed to be asymmetrical in the direction of the separation chambers R1 and R2. The aim of this is to ensure that the pressure loss that the liquid metal 9 flowing from the separation chamber R1 to the separation chamber R2 experiences as little pressure loss as possible and thus achieves the highest possible flow velocity in the electron impact zone. The arrangement shown can thus only be operated such that the liquid metal 9 is always pressed from the separation chamber R1 into the separation chamber R2 during operation. Alternatively, however, the constriction 8 can also be designed symmetrically, and cooling channels 14 can also be provided around the separation chamber R1, so that the liquid metal 9 can be pressed in both directions during operation.
    As an alternative to the embodiment shown, further possibilities for exerting pressure on the liquid metal are also conceivable. For example, instead of the gas 11, it is possible to use a liquid which has a very low boiling point and which is brought to a boil (ie is evaporated) with a heating device in order to achieve a high pressure. The evaporated liquid can then be kept in a steam accumulator in order to then be able to exert the required pressure on the liquid metal during operation. With this configuration, a pump would be completely unnecessary. Instead, only heating devices would be required. A mechanical movement, such as occurs in a pump, for example, could thus be completely dispensed with, which is particularly advantageous when using such an X-ray emitter in a CT gantry.

    Claims (13)

    Anordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlungbeim Auftreffen von Elektronen (4) mit einem Flüssigmetallbereich (7), in dem ein flüssiges Metall (9) als Röntgentarget derart angeordnet ist, dass es an einer Elektronenauftreffzone (8) vorbei fließen kann,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem Flüssigmetallbereich (7) getrennter Druckbereich (10) mit einem Druckmittel (11) vorgesehen ist derart, dass mittels des Druckmittels (11) ein Druck auf das in dem Flüssigmetallbereich (7) befindliche flüssige Metall (9) zum Antreiben und Vorbeiführen des flüssigen Metalls (9) an der Elektronenauftreffzone (8) ausübbar ist, wobei der Druckbereich (10) einen wiederaufladbaren Druckspeicher (R3) zum Aufbringen des Drucks aufweist.    Arrangement for generating X-rays when electrons (4) strike, with a liquid metal region (7) in which a liquid metal (9) is arranged as an X-ray target in such a way that it can flow past an electron impact zone (8),
    characterized in that a pressure area (10) separate from the liquid metal area (7) is provided with a pressure medium (11) such that the pressure medium (11) presses the liquid metal (9) located in the liquid metal area (7) to Driving and moving the liquid metal (9) past the electron impact zone (8) can be performed, the pressure region (10) having a rechargeable pressure accumulator (R3) for applying the pressure.         Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigmetallbereich (7) und der Druckbereich (10) durch jeweils ein Trennmittel (M1, M2) voneinander getrennt in zwei Trennbereichen (R1, R2) aneinander grenzen, wobei die Trennmittel (M1, M2) beweglich ausgestaltet sind derart, dass über die Trennmittel (M1, M2) in beiden Trennbereichen (R1, R2) Druck auf das flüssige Metall (9) ausübbar ist.    Arrangement according to claim 1,
    characterized in that the liquid metal region (7) and the pressure region (10) are separated from one another by two separating means (M1, M2) in two separating regions (R1, R2), the separating means (M1, M2) being designed to be movable such that that pressure can be exerted on the liquid metal (9) via the separating means (M1, M2) in both separating areas (R1, R2).         Anordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbereiche als zweigeteilte Trennkammern (R1, R2) mit jeweils einer Flüssigmetallkammer (L1, L2) und einer Druckmittelkammer (G1, G2) ausgestaltet sind, die durch eine flexible Membran (M1, M2) getrennt sind     Arrangement according to claim 2,
    characterized in that the separation areas are designed as two-part separation chambers (R1, R2), each with a liquid metal chamber (L1, L2) and a pressure medium chamber (G1, G2), which are separated by a flexible membrane (M1, M2)         Anordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbereiche (R1, R2) als Zylinder mit einem verfahrbaren Kolben ausgestaltet sind    Arrangement according to claim 2,
    characterized in that the separating regions (R1, R2) are designed as cylinders with a movable piston         Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Druckmittel (11) ein Gas, insbesondere Luft, verwendet wird und dass als Druckspeicher (R3) eine Gasdruckkammer vorgesehen ist, wobei zum Aufladen des Druckspeichers (R3) eine Pumpe (13) vorgesehen ist.    Arrangement according to claim 1,
    characterized in that a gas, in particular air, is used as the pressure medium (11) and that a gas pressure chamber is provided as the pressure accumulator (R3), a pump (13) being provided for charging the pressure accumulator (R3).         Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Druckmittel (11) eine Hydraulikflüssigkeit, insbesondere ein Hydrauliköl, verwendet wird und dass als Druckspeicher (R3) eine Hydraulikdruckkammer vorgesehen ist.    Arrangement according to claim 1,
    characterized in that a hydraulic fluid, in particular a hydraulic oil, is used as the pressure medium (11) and in that a hydraulic pressure chamber is provided as the pressure accumulator (R3).         Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Druckmittel (11) eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, verwendet wird und dass als Druckspeicher (R3) eine Dampfkammer vorgesehen ist, wobei zum Aufladen des Druckspeichers die Flüssigkeit in dem Druckspeicher verdampft wird    Arrangement according to claim 1,
    characterized in that a liquid, in particular water, is used as the pressure medium (11) and that a steam chamber is provided as the pressure accumulator (R3), the liquid in the pressure accumulator being evaporated to charge the pressure accumulator         Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass Steuermittel (15; V1, V2) vorgesehen zur Steuerung der Druckbeaufschlagung des flüssigen Metalls (9) mit einem gewünschten Druck derart, dass das flüssige Metall (9) mit einer gewünschten Fließgeschwindigkeit an der Elektronenauftreffzone (8) vorbeifließt.     Arrangement according to claim 1,
    characterized in that control means (15; V1, V2) are provided for controlling the pressurization of the liquid metal (9) with a desired pressure such that the liquid metal (9) flows past the electron impingement zone (8) at a desired flow rate.         Anordnung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel steuerbare Ventile (V1, V2) in dem Druckbereich (10) aufweisen zur Steuerung des Drucks, der ausgehend von dem Druckspeicher (R3) auf das flüssige Metall (9) in dem Flüssigmetallbereich (7) ausgeübt wird    Arrangement according to claim 8,
    characterized in that the control means have controllable valves (V1, V2) in the pressure area (10) for controlling the pressure which is exerted on the liquid metal (9) in the liquid metal area (7) from the pressure accumulator (R3)         Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigmetallbereich (7) in der Elektronenauftreffzone eine Verengung (8) aufweist und dass die Verengung (8) auf beiden Seiten der Elektronen- auftreffzone asymmetrisch ausgestaltet ist.    Arrangement according to claim 1,
    characterized in that the liquid metal region (7) has a constriction (8) in the electron impingement zone and that the constriction (8) is designed asymmetrically on both sides of the electron impingement zone.         Anordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Trennbereiche (R1, R2) Kühlmittel (14) zur Kühlung des im Betrieb aufgeheizten flüssigen Metalls (9) aufweist.    Arrangement according to claim 2,
    characterized in that at least one of the two separation regions (R1, R2) has coolant (14) for cooling the liquid metal (9) heated during operation.         Röntgenstrahler mit einer Elektronenquelle (3) zur Emission von Elektronen und mit einer Anordnung (2) zur Erzeugung von Röntgenstrahlung nach Anspruch 1.X-ray emitter with an electron source (3) for the emission of electrons and with an arrangement (2) for generating X-rays according to claim 1. Röntgeneinrichtung mit einem Röntgendetektor und mit einem Röntgenstrahler nach Anspruch 12.X-ray device with an X-ray detector and with an X-ray emitter after Claim 12.
    EP02100714A 2001-06-19 2002-06-17 X-ray source having a liquid metal target Expired - Lifetime EP1271602B8 (en)

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