EP2301042B1 - Röntgentarget und ein verfahren zur erzeugung von röntgenstrahlen - Google Patents

Röntgentarget und ein verfahren zur erzeugung von röntgenstrahlen Download PDF

Info

Publication number
EP2301042B1
EP2301042B1 EP09777336A EP09777336A EP2301042B1 EP 2301042 B1 EP2301042 B1 EP 2301042B1 EP 09777336 A EP09777336 A EP 09777336A EP 09777336 A EP09777336 A EP 09777336A EP 2301042 B1 EP2301042 B1 EP 2301042B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ray target
ray
wire
electron beam
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP09777336A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2301042A2 (de
Inventor
Norman Uhlmann
Frank Sukowski
Frank Nachtrab
Petra-Maria Kessling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to PL09777336T priority Critical patent/PL2301042T3/pl
Publication of EP2301042A2 publication Critical patent/EP2301042A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2301042B1 publication Critical patent/EP2301042B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00—Irradiation devices
    • G21K5/08—Holders for targets or for other objects to be irradiated
    • 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
    • H01J35/112—Non-rotating anodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • 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
    • H01J2235/083—Bonding or fixing with the support or substrate
    • 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
    • H01J2235/086—Target geometry

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an X-ray target for generating X-ray radiation by an electron beam and to a method for generating X-ray radiation. Further exemplary embodiments relate to an X-ray target for linear accelerators (LINACs), betatrons and x-ray tubes.
  • LINACs linear accelerators
  • betatrons betatrons
  • x-ray tubes X-ray target for linear accelerators (LINACs), betatrons and x-ray tubes.
  • a collimated beam of accelerated electrons is usually directed to a target (X-ray target). Due to the interaction of the accelerated electrons with the target material, the X-radiation is generated in a region called the focal spot. For example, the X-rays are generated as bremsstrahlung during this process of sudden deceleration of the high-energy charged particles.
  • X-rays are not only of outstanding importance in medical technology, but are also used extensively in materials testing, for example to detect defects in materials.
  • the examination of objects or even materials with high transmission lengths eg freight containers, motor vehicles, etc.
  • LINACs Linear accelerators
  • MeV range megaelectron volt range
  • the image quality of the entire imaging system should be optimized, the system comprising, for example, a radiation source, manipulators and a detector can.
  • An achievable resolution is currently limited less by the detector side of the system, but rather by the radiation source. Namely, the minimum focal spot size of the X-ray source directly limits the maximum applicable magnification.
  • the focal spot size for high energy X-ray sources should be minimized to allow an increase in the imaging performance of such imaging systems.
  • electrons are generated via glow emission and accelerated in an evacuated waveguide to energies in a range of usually 3 MeV to 24 MeV.
  • the X-ray target At the end of the waveguide is either directly the X-ray target or a deflection magnet, which directs the electrons to the target.
  • the x-ray target typically includes a vacuum-sealed window of copper and a tungsten layer, wherein the layer thickness of the tungsten layer may comprise, for example, several hundred microns.
  • the heat generated is dissipated via thermal contact with the housing (radiator head).
  • the X-ray targets are sufficiently thick for the electrons to deliver all their energy to the material. These targets, by their thickness and the resulting large interaction zones of the electrons create an undesirably large focal spot. As a result, for example, in the study of highly absorbent materials and large objects, the typical problems such as edge blur, poor detail recognition, and high detection thresholds occur.
  • Another alternative method for generating X-radiation is the use of an X-ray target in a circulating electron beam (electron storage or synchrotron).
  • an X-ray target in a circulating electron beam (electron storage or synchrotron).
  • An example of this is in " Novel X-ray source based on a tabletop synchrotron and its unique features ", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 199 (2003), p 509-516
  • the disclosed X-ray targets for linear accelerators are inefficient and therefore excluded.
  • the JP 2004 028845 A describes an X-ray generating device, namely a micro-X-ray generating device, which apparently uses as an X-ray target an X-ray wire which is held along its longitudinal direction in the electron beam and thereby has an exemplary extension of 10 ⁇ m in the transverse direction and 20 ⁇ m in the electron beam direction.
  • the core idea of the present invention is to provide an X-ray target for generating X-ray radiation, wherein the X-ray radiation is generated by an incident electron beam in the X-ray target and the X-ray target has an elongate extent.
  • the elongate extent can be defined, for example, by the X-ray target having a cross-sectional area A perpendicular to the electron beam and having a longitudinal extent L parallel or along the electron beam, where the cross-sectional area A is smaller than the square of the longitudinal extent L and the electron beam can be directed to the cross-sectional area ,
  • the elongate extent may be defined such that a maximum extent of the X-ray target along the electron beam is greater than a maximum extent of the X-ray target perpendicular to the electron beam.
  • the idea of the present invention is thus to select a target geometry which has a sufficiently large extent along the direction of the electron beam in order to achieve a correspondingly high efficiency.
  • the possible focal spot size is limited upwards by the selected lateral extent.
  • the focal spot size can be suitably adjusted via the lateral extent (cross-sectional area) - for example below a predetermined value (eg less than 2 mm or less than 1 mm).
  • exemplary embodiments instead of a flat transmission target, as used for example in conventional X-ray targets, exemplary embodiments have a wire-like or rod-shaped X-ray target which has a heavy material (with a high atomic number, such as tungsten) and can be introduced into the electron beam in the linear accelerator.
  • the electron beam in this case runs essentially parallel to the longitudinal axis of the wire / rod.
  • This X-ray target may optionally be cylindrical or cuboid, wherein the longitudinal axis is in turn arranged parallel to the electron beam direction.
  • the X-ray target is fixed by threads on a frame, wherein the threads optionally comprise a material with a low atomic number.
  • the sizing of the filaments can be chosen such that interaction of the charged particles (e.g., the electrons) with the wires can be largely suppressed.
  • the wires may further have a high thermal conductivity.
  • Embodiments of the present invention also include a method for generating X-radiation by means of an X-ray target, which has a cross-sectional area A and a longitudinal extent L with A ⁇ L 2 .
  • the method comprises directing the electron beam onto the cross-sectional area A and deflecting the electrons after the generation of the X-radiation by means of a magnetic field.
  • the electrons of the electron beam can strike the X-ray target after passing through a straight-line or circular acceleration path and, after leaving the X-ray target, the deflection is effected by the magnetic field.
  • Embodiments of the present invention have a number of advantages over conventional x-ray targets.
  • a focal spot size is achieved which, in contrast to conventional targets, is not predetermined by the extent (perpendicular to the propagation direction) of the electron beam, but by the diameter (cross-sectional area) of the wire piece.
  • This limitation of the focal spot size has, for example, the following cause.
  • the electrons have a very low mass compared to the solid-state atoms, which means that the electrons in the solid undergo a large scattering angle.
  • the Bremsstrahlung is thus generated in regions that are located in part very far from the original beam entry point.
  • a second advantage of exemplary embodiments is that active cooling of the target can be dispensed with.
  • the energy of the accelerated electrons in the solid state is given off by two different processes: the radiation braking process and the impact braking process.
  • the radiation braking process is responsible for the generation of bremsstrahlung. In this case, little or no energy is given off in the form of heat to the target.
  • the impact braking process no or hardly any Bremsstrahlung is generated instead, but the energy of the electrons is released in the form of heat to the target.
  • the interaction cross sections and thus the probabilities of both processes are energy dependent.
  • the likelihood of radiation generation is high at high electron energies and decreases with decreasing kinetic energy Electrons off.
  • the electrons deposit more and more energy in the form of heat in the material, the slower they become (lower energy). It is therefore advantageous that the electrons leave the target after a few interactions and do not interact further. The number of interactions is limited by the small volume of the target in the embodiments.
  • the remaining energy of the electrons can optionally be converted into heat in an absorber block, wherein the absorber block is formed in order to dissipate the resulting heat well.
  • Fig. 1 1 shows an X-ray target 110 which serves to generate an X-radiation 120 through an electron beam 130 impinging on the X-ray target 110, wherein the X-ray target 110 has a cross-sectional area A perpendicular to the electron beam 130 and has a longitudinal extent L along the electron beam 130.
  • the electron beam 130 can be directed onto the cross-sectional area A, so that the electron beam 130 penetrates through the cross-sectional area A into the X-ray target 110.
  • the x-ray target 110 has an elongate shape that can be defined by the cross-sectional area A being smaller than the square of the longitudinal extent L (A ⁇ L 2 ).
  • the X-ray 120 is caused in an origin region R by the impact of the electrons e - in the electron beam 130 on atoms of the X-ray target 110 (by the Bremsstrahlung effect), wherein the generation of X-rays is particularly efficient when the electrons have a high energy, whereas At low energy, lattice vibration of the crystal atoms in the X-ray target increases (ie heat is generated).
  • Fig. 1 also shows a focal spot B, which marks the region in which X-radiation is generated.
  • a focal spot B which is as small as possible, so that the X-ray source can be regarded as almost point-like.
  • This purpose is also served by the wire-shaped configuration of the X-ray target 110, which has the consequence that the region R, within which the X-radiation 120 is generated, has a maximum extent perpendicular to the incident electron beam 130, which is given by the cross-sectional area A. Since this lateral extent of the region R is limited, thus the focal spot B is limited.
  • the electrons leave the X-ray target 110 again and are deflected to an electron absorber (electron trap).
  • an electron absorber electron trap
  • Fig. 2 shows a conventional X-ray target, which compared to the embodiment, which in the Fig. 1 is shown, a significantly larger region R1, within which the X-ray 120 is formed. Consequently, the focal spot B1, on which the X-ray radiation 120 leaves the conventional X-ray target, is also significantly larger.
  • the conventional X-ray target has a planar design, so that the cross-sectional area A, which the electron beam 130 impinges on the X-ray target, is significantly larger than the longitudinal extent L, which runs parallel to the electron beam 130.
  • planar design of the conventional X-ray target has the consequence that the X-ray source region R1 in the directions perpendicular to the propagation direction of the electrons is significantly larger than in embodiments of the present invention (see Fig. 1 ) the case is.
  • One of the causes of this expansion is the strong scattering of the electrons at the lattice atoms.
  • the deceleration of the electrons takes place completely within the X-ray target or in a substrate arranged behind it.
  • the thermal conversion of the kinetic energy of the electrons is carried out in embodiments of the present invention are not in the X-ray target 110 or in an adjacent thereto substrate, but the electron e - generally leave after generating the X-ray radiation 120, the X-ray target 110 again and move further within the x-ray tube or linear accelerator to be trapped, for example, after being deflected by a magnetic field in the electron trap (absorber block) where it releases the kinetic energy in the form of heat.
  • the cross-sectional area A does not remain constant over the longitudinal extent L, but that, for example, the cross-sectional area A decreases or increases in the direction of the longitudinal extent L.
  • Fig. 4 1 shows an exemplary embodiment for attachment of the X-ray target 110 by means of threads 210 and 230, which fix the X-ray target 110 in the direction perpendicular to the electron beam 130.
  • threads 210 and 230 fix the X-ray target 110 in the direction perpendicular to the electron beam 130.
  • four threads 210a, 210b, 210c, 210d are fastened to the X-ray target 110, which in turn are in turn connected to a ring holder 220 (frame).
  • four further threads 230a, 230b, 230c, 230d are stretched between the x-ray target 110 and a further frame 240 on the side of the x-ray target 110 opposite the cross-sectional face A.
  • the four threads 210 and four further threads 230 can contact the X-ray target 110, for example at an angular distance of 90 ° to each other.
  • the number of threads 210, 230 may be changed - for example, three threads each may be arranged at an angular distance of 120 ° to each other.
  • even more threads can be used to improve, for example, the thermal conductivity.
  • the attachment or stabilization of the X-ray target 110 is thus made by thin filaments of a solid material having, for example, a low atomic number Z (lower than that of the X-ray target 110).
  • the filaments 210, 230 may have a high melting point and a high thermal conductivity. Carbon fiber could be taken as an exemplary material for this.
  • the positioning of the threads 210, 230 should be finely adjustable, as is possible, for example, by fixing the X-ray target 110 to the outer frame 220, 240.
  • the outer frames 220, 240 may then be arranged, for example, such that the X-ray target 110 in the electron beam 130 is adjusted in such a way that the electron beam 130 is aligned with the cross-sectional area A.
  • Accelerated electrons which do not interact with the X-ray target 110, should not impinge on the beam exit window for the X-radiation 120, but instead be directed by a magnetic field onto a so-called beam dump (absorber block). This avoids the formation of a diffuse X-ray background.
  • Embodiments of the present invention are particularly advantageous for use in a linear accelerator.
  • Fig. 5 shows an embodiment for a linear accelerator, the X-ray target 110 according to embodiments having.
  • the linear accelerator in the Fig. 5 has a housing 310 which hermetically seals an evacuated cavity 312 so that a vacuum can be formed therein.
  • the X-ray target 110 can in turn be attached to the frames 220 and 240 by means of the threads 210 and 230 and is adjusted such that the electron beam 130 strikes the cross-sectional area A.
  • the linear accelerator furthermore has an electron source 320 (eg heating wire) and, on an opposite side thereof, an X-ray exit window 410 (radiation exit window), through which the resulting X-radiation 120 exits.
  • an electron source 320 eg heating wire
  • the electron source 320 is contacted via two terminals 322 and 324, and the electrons released are accelerated in a (straight) acceleration path 420 by acceleration electrodes 332a-d and 334a-d.
  • an alternating voltage can be applied to the acceleration electrodes 332 and 334, for example, which generates an alternating polarity between the acceleration electrodes 332 and 334 along the acceleration path 420, so that the electrons are accelerated.
  • a positive potential may initially be present at the first acceleration electrodes 332a, 334a, a negative potential at the second acceleration electrodes 332b, 334b, a positive potential at the third acceleration electrodes 332c, 334c, and a negative potential at the fourth acceleration electrodes 332d, 334d issue.
  • This polarity then changes with the frequency of the applied AC voltage. As the distance between adjacent acceleration electrodes 332, 334 increases along the acceleration path 420, this causes accelerated movement of the electrons.
  • the number of acceleration electrodes 332, 334 can be selected differently in further embodiments, wherein not only the number along the acceleration section 420 can be varied, but at one given location perpendicular to the propagation may be more than the two acceleration electrodes 332 and 334 are arranged.
  • the acceleration electrodes 332 and 334 may also be formed cylindrically around the electron beam 130 (such that the acceleration electrodes 332a and 334a belong to one and the same electrode, for example).
  • the electron beam 130 strikes the X-ray target 110.
  • the kinetic energy of the electrons is converted into X-ray 120, which in turn leaves the X-ray target 110 mainly in one direction of the electron beam 130 (FIG the momentum conservation assuming that there is no or hardly any momentum transfer to the X-ray target 110).
  • the X-radiation 120 leaves the radiation exit window 410 of the housing 310.
  • the electrons do not completely emit their energy within the X-ray target 110, but in turn exit the X-ray target 110 and are deflected in the deflection region 430 by a magnetic field.
  • the magnetic field is aligned perpendicular to the direction of propagation of the electrons, so that the electrons do not pass the beam exit window 410, but meet an absorber block 440 where they convert their residual kinetic energy into thermal energy.
  • the electrons in the absorber block 440 are finally removed via a port 450.
  • embodiments of the present invention include a wire-type x-ray target 110 for generating x-ray radiation 120 by bombardment of accelerated electrons.
  • the wire-type X-ray target can be defined, for example, in that the cross-section A is small in comparison to the longitudinal extent L, wherein the wire-type X-ray target 110 also can be configured cylindrical or cuboid.
  • the diameter or the maximum extent D of the cross-sectional area A of the X-ray target 110 may be, for example, less than 3 mm or less than 1 mm or in a range between 0.05 mm and 3 mm or in a range between 0.1 and 1 mm.
  • the cross-sectional area A may thus be, for example, less than 0.01 mm 2 or less than 1 mm 2 or in a range between 0.01 and 1 mm 2 .
  • the longitudinal extent L may for example be in a range between 0.5 and 20 mm or in a range between 1 and 10 mm.
  • the X-ray target may also be used in conventional X-ray tubes or betatrons.
  • the outstanding advantages of the X-ray target 110 according to the invention lie, on the one hand, in the realization of a very small focal spot B, which results in a clear improvement of the X-ray image (greater sharpness).
  • a further advantage of exemplary embodiments is that the electrons within the X-ray target generate only the X-ray radiation, but the thermal conversion of the residual energy of the electrons does not take place in the X-ray target 110 or in a substrate in contact with it, but instead after the electrodes have been generated X-ray 120 leave the X-ray target 110 in turn and supplied by means of a magnetic field, for example, an absorber block 440 and there is the thermal conversion of the residual energy of the electrons.
  • the threads 220, 240 may include, for example, the following materials: carbon fiber, beryllium, graphite, silicon carbide, etc.

Description

  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Röntgentarget zur Erzeugung einer Röntgenstrahlung durch einen Elektronenstrahl und ein Verfahren zur Erzeugung einer Röntgenstrahlung. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Röntgentarget für Linearbeschleuniger (LINACs), Betatrons und Röntgenröhren.
  • Zur Erzeugung von Röntgenstrahlen wird üblicherweise ein gebündelter Strahl beschleunigter Elektronen (oder anderer geladenen Teilchen) auf ein Target (Röntgentarget) gerichtet. Durch die Wechselwirkung der beschleunigten Elektronen mit dem Targetmaterial entsteht die Röntgenstrahlung in einem Bereich, der als Brennfleck bezeichnet wird. Die Röntgenstrahlung entsteht beispielsweise als Bremsstrahlung bei diesem Prozess des plötzlichen Abbremsens der hochenergetischen geladenen Teilchen.
  • Röntgenstrahlen besitzen nicht nur in der Medizintechnik eine herausragende Bedeutung, sondern finden auch bei der Materialprüfung, beispielsweise zur Feststellung von Defekten in Materialien, eine vielfältige Anwendung. Die Prüfung von Objekten oder auch Materialien mit hohen Durchstrahlungslängen (z. B. Frachtcontainer, KFZ etc.) erfordert den Einsatz einer hochenergetischen und intensiven Röntgenquelle. Für diesen Anwendungsbereich kommen häufig Linearbeschleuniger (LINACs) in Frage, welche mit Anregungsenµergien in Megaelektronenvolt-Bereich (MeV-Bereich) arbeiten.
  • Um eine möglichst hohe Fehlererkennbarkeit zu erreichen, sollte die Bildqualität des gesamten bildgebenden Systems optimiert werden, wobei das System beispielsweise eine Strahlungsquelle, Manipulatoren und einen Detektor umfassen kann. Eine erreichbare Auflösung wird momentan weniger durch die Detektorseite des Systems, sondern eher durch die Strahlungsquelle begrenzt. Die minimale Brennfleckgröße der Röntgenquelle limitiert nämlich unmittelbar die maximal anwendbare Vergrößerung.
  • Deshalb sollte bei der Entwicklung neuartiger Targets die Brennfleckgröße für hochenergetische Röntgenquellen minimiert werden, so dass eine Steigerung der Abbildungsleistung solcher bildgebender Systeme möglich wird.
  • In einem Linearbeschleuniger werden Elektronen über Glühemission erzeugt und in einem evakuierten Hohlleiter (englisch: wave guide) auf Energien in einem Bereich von üblicherweise 3 MeV bis 24 MeV beschleunigt. Am Ende des Hohlleiters befindet sich entweder direkt das Röntgentarget oder ein Ablenkmagnet, welcher die Elektronen auf das Target lenkt. Das Röntgentarget weist üblicherweise ein das Vakuum abschließendes Fenster aus Kupfer und eine Wolframschicht auf, wobei die Schichtdicke der Wolframschicht beispielsweise einige Hundert Mikrometer umfassen kann. Die erzeugte Wärme wird über thermischen Kontakt zum Gehäuse (Strahlerkopf) abgeführt.
  • Die Röntgenstrahlung entsteht dabei beispielsweise durch den Bremsstrahlungseffekt (plötzliches Abbremsen der Elektronen infolge der Wechselwirkung mit den Atomen in dem Röntgentarget) und die Quellgröße der entstehenden Röntgenstrahlung, die die Brennfleckgröße darstellt, hängt von mehreren Faktoren ab. Diese Faktoren umfassen beispielsweise:
    1. (a) Verteilung der Auftrefforte der Elektronen auf der Targetoberfläche;
    2. (b) Streuung der Elektronen im Target; und
    3. (c) Streuung der erzeugten (Röntgen-) Strahlung im Target bzw. im Austrittsfenster.
  • Bei konventionellen Linearbeschleunigern wird eine Brennfleckgröße von 2 mm bis 4 mm erreicht. Im Vergleich dazu sind in konventionellen Röntgenröhren Brennfleckgrößen zwar in der Größenordnung von Mikrometer erreichbar - allerdings nur in einem Energiebereich von einigen Kiloelektronenvolt (keV) und nicht wie bei Linearbeschleunigern von üblicherweise einigen Megaelektronenvolt. Deshalb sind konventionelle Röntgenröhren für viele Anwendungen ungeeignet.
  • Bei konventionellen Targetmaterialien und Targetgeometrien von Linearbeschleunigern zur Röntgenstrahlerzeugung, die beispielsweise im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung verwendet werden, sind die Röntgentargets ausreichend dick, damit die Elektronen ihre gesamte Energie an das Material abgeben können. Diese Targets erzeugen durch ihre Dicke und der daraus resultierenden großen Wechselwirkungszonen der Elektronen einen unerwünschten großen Brennfleck. Das hat zur Folge, dass beispielsweise bei der Untersuchung von stark absorbierenden Materialien und großen Objekten die typischen Probleme, wie beispielsweise Kantenunschärfe, schlechte Detailerkennbarkeit und hohe Fehlernachweisgrenzen, auftreten.
  • Ein weiteres alternatives Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung ist die Verwendung eines Röntgentargets in einem zirkulierenden Elektronenstrahl (Elektronenspeichering oder Synchrotron). Ein Beispiel dafür ist in "Novel X-ray source based on a tabletop synchrotron and its unique features", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 199 (2003), p 509 - 516 beschrieben, wobei die offenbarten Röntgentargets für Linearbeschleuniger ineffizient sind und deshalb ausgeschlossen wurden.
  • Die JP 2004 028845 A beschreibt eine Röntgenerzeugungsvorrichtung, und zwar eine Mikro-Röntgenerzeugungsvorrichtung, die als Röntgentarget offenbar einen Röntgendraht verwendet, der entlang seiner Längsrichtung in den Elektronenstrahl gehalten wird, und dabei eine exemplarische Ausdehnung von 10 µm in Querrichtung und 20 µm in Elektronenstrahlrichtung aufweist.
  • Basierend auf diesem Stand der Technik besteht somit der Wunsch, ein Röntgentarget zu schaffen, das einen kleinen Brennfleck bei hoher Strahlungsenergie ermöglicht und gleichzeitig den Wärmeeintrag in das Target minimiert.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Röntgentarget nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst.
  • Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Röntgentarget zur Erzeugung einer Röntgenstrahlung zu schaffen, wobei die Röntgenstrahlung durch einen auftreffenden Elektronenstrahl in dem Röntgentarget erzeugt wird und das Röntgentarget eine längliche Ausdehnung aufweist. Die längliche Ausdehnung kann beispielsweise dadurch definiert werden, dass das Röntgentarget eine Querschnittsfläche A senkrecht zum Elektronenstrahl aufweist und eine Längsausdehnung L parallel oder entlang zum Elektronenstrahl aufweist, wobei die Querschnittsfläche A kleiner ist als das Quadrat der Längsausdehnung L und der Elektronenstrahl auf die Querschnittsfläche richtbar ist. Alternativ zu dieser Definition kann die längliche Ausdehnung derart definiert werden, dass eine maximale Ausdehnung des Röntgentargets entlang des Elektronenstrahls größer ist als eine maximale Ausdehnung des Röntgentargets senkrecht zum Elektronenstrahl.
  • Mit anderen Worten besteht die Idee der vorliegenden Erfindung somit darin, eine Targetgeometrie zu wählen, die eine ausreichend große Ausdehnung entlang der Richtung des Elektronenstrahls aufweist, um eine entsprechend große Effizienz zu erreichen. Gleichzeitig soll in den zum Elektronenstrahl senkrechten Richtungen für die Bremsstrahlungsentstehung durch die Elektronen nur ein begrenzter Raum zur Verfügung stehen. Das hat zur Folge, dass durch die gewählte seitliche Ausdehnung die mögliche Brennfleckgröße nach oben limitiert ist. Dies bedeutet gleichzeitig, dass die Brennfleckgröße über die seitliche Ausdehnung (Querschnittfläche) geeignet eingestellt werden kann - beispielsweise unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt (z.B. kleiner 2 mm oder kleiner 1 mm).
  • Ausführungsbeispiele weisen dazu anstelle eines flächigen Transmissionstargets, wie es beispielsweise in konventionellen Röntgentargets verwendet wird, ein drahtartiges oder stabförmiges Röntgentarget auf, welches ein schweres Material (mit hoher Kernladungszahl wie beispielsweise Wolfram) aufweist und im Linearbeschleuniger in den Elektronenstrahl einbringbar ist. Der Elektronenstrahl verläuft dabei im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Drahtes/Stabes. Dieses Röntgentarget kann optional zylinder- oder quaderförmig sein, wobei die Längsachse wiederum parallel zur Elektronenstrahlrichtung angeordnet wird.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen wird das Röntgentarget über Fäden an einem Rahmen fixiert, wobei die Fäden optional ein Material mit niedriger Kernladungszahl aufweisen. Die Dimensionierung der Fäden kann beispielsweise derart gewählt werden, dass eine Wechselwirkung der geladenen Teilchen (z.B. der Elektronen) mit den Drähten weitestgehend unterdrückt werden kann. Optional können die Drähte ferner eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen ebenfalls ein Verfahren zum Erzeugen einer Röntgenstrahlung mittels eines Röntgentargets, das eine Querschnittsfläche A und eine Längsausdehnung L mit A < L2 aufweist. Das Verfahren umfasst ein Richten des Elektronenstrahls auf die Querschnittsfläche A und ein Ablenken der Elektronen nach der Erzeugung der Röntgenstrahlung mittels eines Magnetfelds.
  • Die Elektronen des Elektronenstrahls können beispielsweise nach einem Passieren einer gradlinigen oder kreisförmigen Beschleunigungsstrecke auf das Röntgentarget treffen und nach dem Verlassen des Röntgentargets erfolgt die Ablenkung durch das Magnetfeld.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weisen gegenüber herkömmlichen Röntgentargets eine Reihe von Vorteilen auf. Beispielsweise wird eine Brennfleckgröße erreicht, die im Gegensatz zu herkömmlichen Targets nicht durch die Ausdehnung (senkrecht zur Ausbreitungsrichtung) des Elektronenstrahls, sondern durch den Durchmesser (Querschnittsfläche) des Drahtstückes vorgegeben ist. Diese Limitierung der Brennfleckgröße hat beispielsweise die folgende Ursache. Die Elektronen besitzen eine im Vergleich zu den Festkörperatomen sehr geringe Masse, was dazu führt, dass die Elektronen im Festkörper einen großen Streuwinkel erfahren. In einem konventionellen Flächentarget, wo die Ausdehnung der Querschnittsfläche deutlich größer ist als die Längsausdehnung, wird somit die Bremsstrahlung in Regionen erzeugt, die zum Teil sehr weit von dem ursprünglichen Strahleintrittsort gelegen sind. Diese weit von der Einstrahlachse erzeugte Bremsstrahlung führt zu einer Vergrößerung des Brennflecks. Diese Aufweitung des Brennflecks wird durch Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die beispielsweise ein Drahttarget nutzen, vermieden, wobei die Brennfleckgröße beispielsweise durch den Drahtdurchmesser flexibel festgelegt werden kann.
  • Ein zweiter Vorteil von Ausführungsbeispielen besteht darin, dass auf eine aktive Kühlung des Targets verzichtet werden kann. Die Energie der beschleunigten Elektronen wird im Festkörper nämlich durch zwei verschiedene Prozesse abgegeben: durch den Strahlungsbremsprozess und den Stoßbremsprozess. Der Strahlungsbremsprozess ist für die Erzeugung von Bremsstrahlung verantwortlich. Hierbei wird keine oder kaum Energie in Form von Wärme an das Target abgegeben. Beim Stoßbremsprozess wird stattdessen keine oder kaum Bremsstrahlung erzeugt, sondern die Energie der Elektronen wird in Form von Wärme an das Target abgegeben. Die Wechselwirkungsquerschnitte und damit die Wahrscheinlichkeiten beider Prozesse sind energieabhängig. Die Wahrscheinlichkeit für Strahlungserzeugung ist bei hohen Elektronenenergien hoch und nimmt mit abnehmender kinetischer Energie der Elektronen ab. Die Elektronen deponieren also prozentual immer mehr Energie in Form von Wärme im Material, je langsamer (niederenergetischer) sie werden. Es ist daher von Vorteil, dass die Elektronen nach einigen Wechselwirkungen das Target wieder verlassen und nicht weiter wechselwirken. Die Anzahl der Wechselwirkungen ist durch das geringe Volumen des Targets bei den Ausführungsbeispielen begrenzt. Die verbleibende Energie der Elektronen kann optional in einem Absorberblock in Wärme umgewandelt werden, wobei der Absorberblock ausgebildet ist, um die entstehende Wärme gut abzuleiten.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Röntgentargets gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung für ein konventionelles Röntgentarget;
    Fig. 3a
    Raumdarstellungen von Röntgentargets gemäß weite-
    und 3b
    rer Ausführungsbeispiele;
    Fig. 4
    eine schematische Darstellung einer Befestigung des Röntgentargets; und
    Fig. 5
    eine Querschnittsansicht durch einen Linearbe-schleuniger mit einem Röntgentarget gemäß Ausführungsbeispielen.
  • Bezüglich der nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleiche oder gleichwirkende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen aufweisen und somit die Beschreibung dieser Funktionselemente in den verschiedenen Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar sind.
  • Fig. 1 zeigt ein Röntgentarget 110, welches zur Erzeugung einer Röntgenstrahlung 120 durch einen auf das Röntgentarget 110 auftreffenden Elektronenstrahl 130 dient, wobei das Röntgentarget 110 senkrecht zum Elektronenstrahl 130 eine Querschnittsfläche A aufweist und entlang des Elektronenstrahls 130 eine Längsausdehnung L aufweist. Der Elektronenstrahl 130 ist auf die Querschnittsfläche A richtbar, so dass der Elektronenstrahl 130 durch die Querschnittsfläche A in das Röntgentarget 110 eindringt. Das Röntgentarget 110 weist dabei eine längliche Form auf, die dadurch definiert werden kann, dass die Querschnittsfläche A kleiner ist als das Quadrat der Längsausdehnung L (A < L2) .
  • Die Röntgenstrahlung 120 wird in einer Ursprungsregion R durch das Auftreffen der Elektronen e- in dem Elektronenstrahl 130 auf Atome des Röntgentargets 110 verursacht (durch den Bremsstrahlungseffekt), wobei die Erzeugung der Röntgenstrahlung besonders effizient verläuft, wenn die Elektronen eine hohe Energie aufweisen, wobei hingegen bei niedriger Energie verstärkt Gitterschwingungen der Kristallatome in dem Röntgentarget angeregt werden (d.h. Wärme erzeugt wird).
  • Fig. 1 zeigt ebenfalls einen Brennfleck B, der die Region markiert, in der Röntgenstrahlung erzeugt wird. Für fast alle Anwendungen ist es sinnvoll, einen Brennfleck B zu erzeugen, der möglichst klein ist, so dass die Röntgenquelle als nahezu punktförmig angesehen werden kann. Diesem Ziel dient auch die drahtförmige Ausgestaltung des Röntgentargets 110, die zur Folge hat, dass die Region R, innerhalb derer die Röntgenstrahlung 120 erzeugt wird, eine maximale Ausdehnung senkrecht zum einfallenden Elektronenstrahl 130, die durch die Querschnittsfläche A gegeben ist, aufweist. Da diese seitliche Ausdehnung der Region R begrenzt ist, ist somit auch der Brennfleck B begrenzt.
  • Nachdem die Röntgenstrahlung erzeugt wurde, verlassen die Elektronen wieder das Röntgentarget 110 und werden zu einem Elektronenabsorber (Elektronenfalle) abgelenkt.
  • Fig. 2 zeigt ein konventionelles Röntgentarget, welches im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel, welches in der Fig. 1 gezeigt ist, eine deutlich größere Region R1 aufweist, innerhalb derer die Röntgenstrahlung 120 entsteht. Folglich ist auch der Brennfleck B1, auf der die Röntgenstrahlung 120 das konventionelle Röntgentarget verlässt, deutlich größer. Das konventionelle Röntgentarget ist flächenförmig ausgestaltet, so dass die Querschnittsfläche A, auf die der Elektronenstrahl 130 auf das Röntgentarget auftrifft, deutlich größer ist als die Längsausdehnung L, die parallel zum Elektronenstrahl 130 verläuft. Die flächenförmige Ausgestaltung des konventionellen Röntgentargets hat zur Folge, dass die Röntgen-Ursprungsregion R1 in den Richtungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Elektronen deutlich größer ist, als es bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung (siehe Fig. 1) der Fall ist. Eine der Ursachen für diese Ausweitung ist die starke Streuung der Elektronen an den Gitteratomen.
  • Ferner erfolgt bei dem konventionellen Röntgentarget die Abbremsung der Elektronen vollständig innerhalb des Röntgentargets bzw. in einem dahinter angeordneten Substrat. Im Vergleich dazu erfolgt bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die thermische Umwandlung der kinetischen Energie der Elektronen nicht in dem Röntgentarget 110 oder in einem dazu angrenzenden Substrat, sondern die Elektronen e- verlassen im Allgemeinen nach dem Erzeugen der Röntgenstrahlung 120 das Röntgentarget 110 wieder und bewegen sich weiter innerhalb der Röntgenröhre oder des Linearbeschleunigers, um beispielsweise nach einer Ablenkung durch ein magnetisches Feld in der Elektronenfalle (Absorberblock) eingefangen zu werden und dort die kinetische Energie in Form von Wärme abgeben.
  • Die Fig. 3a, 3b zeigen mögliche Ausgestaltungen der Querschnittsfläche A.
    • Fig. 3a zeigt eine quaderförmige Ausgestaltung des Röntgentargets 110, wobei gemäß Ausführungsbeispielen die Längsausdehnung L größer ist als die maximale Ausdehnung D der Querschnittsfläche A (z. B. größer ist als ein maximaler Durchmesser der Querschnittsfläche A).
    • Fig. 3b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Querschnittsfläche A kreisförmig ist, so dass das Röntgentarget 110 eine zylinderförmige Form aufweist, wobei wiederum die Längsausdehnung L größer ist als der Durchmesser oder die maximale Ausdehnung D der Querschnittsfläche A.
    • Die Fig. 3a und 3b zeigen lediglich zwei Beispiele bei der Ausgestaltung der Querschnittsfläche A, wobei weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten (z. B. eine ovale oder sechseckförmige) möglich sind.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist es ferner möglich, dass die Querschnittsfläche A nicht konstant bleibt über die Längsausdehnung L, sondern dass beispielsweise sich die Querschnittsfläche A in Richtung der Längsausdehnung L verkleinert oder vergrößert.
  • Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Befestigung des Röntgentargets 110 mittels Fäden 210 und 230, die das Röntgentarget 110 in senkrechter Richtung zu dem Elektronenstrahl 130 fixieren. Dazu sind nahe der Querschnittsfläche A vier Fäden 210a, 210b, 210c, 210d an dem Röntgentarget 110 befestigt, die ihrerseits wiederum mit einer Ringhalterung 220 (Rahmen) verbunden sind. In gleicher Art und Weise sind an der der Querschnittsfläche A gegenüberliegenden Seite des Röntgentargets 110 vier weitere Fäden 230a, 230b, 230c, 230d zwischen dem Röntgentarget 110 und einem weiterem Rahmen 240 aufgespannt. Die vier Fäden 210 und vier weiteren Fäden 230 können dabei beispielsweise in einem Winkelabstand von jeweils 90° zueinander das Röntgentarget 110 kontaktieren. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Anzahl der Fäden 210, 230 verändert werden - zum Beispiel können jeweils drei Fäden in einem Winkelabstand von 120° zueinander angeordnet werden. Optional könne auch noch mehr Fäden verwendet werden, um beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern.
  • Die Befestigung oder Stabilisierung des Röntgentargets 110, wie es in der Fig. 4 gezeigt ist, erfolgt somit durch dünne Fäden aus einem festen Material, das beispielsweise eine niedrige Kernladungszahl Z (niedriger als die des Röntgentargets 110) aufweist. Außerdem können die Fäden 210, 230 einen hohen Schmelzpunkt und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Als ein beispielhaftes Material könnten dafür Kohlenstofffasern genommen werden. Die Positionierung der Fäden 210, 230 sollte fein justierbar sein, wie es beispielsweise durch die Fixierung des Röntgentarget 110 an den äußeren Rahmen 220, 240 möglich ist. Die äußeren Rahmen 220, 240 können dann beispielsweise so angeordnet sein, dass das Röntgentarget 110 im Elektronenstrahl 130 derart justiert wird, dass der Elektronenstrahl 130 auf die Querschnittsfläche A ausgerichtet ist.
  • Beschleunigte Elektronen, die nicht mit dem Röntgentarget 110 wechselwirken, sollten nicht auf das Strahlenaustrittsfenster für die Röntgenstrahlung 120 prallen, sondern stattdessen durch ein Magnetfeld auf einen so genannten Beam Dump (Absorberblock) gelenkt werden. Damit wird die Entstehung eines diffusen Röntgenhintergrundes vermieden.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind insbesondere für die Verwendung in einem Linearbeschleuniger vorteilhaft.
  • Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Linearbeschleuniger, der ein Röntgentarget 110 gemäß Ausführungsbeispielen aufweist. Der Linearbeschleuniger in der Fig. 5 weist ein Gehäuse 310 auf, welches einen evakuierten Hohlraum 312 luftdicht verschließt, so dass darin ein Vakuum ausgebildet werden kann. Das Röntgentarget 110 kann wiederum mittels der Fäden 210 und 230 an den Rahmen 220 und 240 befestigt werden und ist derart justiert, dass der Elektronenstrahl 130 auf die Querschnittsfläche A trifft. Der Linearbeschleuniger weist ferner eine Elektronenquelle 320 (z. B. Heizdraht) und an einer dazu gegenüberliegenden Seite ein Röntgenaustrittsfenster 410 (Strahlenaustrittsfenster) auf, durch das die entstehende Röntgenstrahlung 120 austritt.
  • Die Elektronenquelle 320 wird über zwei Anschlüsse 322 und 324 kontaktiert und die frei werdenden Elektronen werden in einer (gradlinigen) Beschleunigungsstrecke 420 durch Beschleunigungselektroden 332a - d und 334a - d beschleunigt. Dazu kann an den Beschleunigungselektroden 332 und 334 beispielsweise eine Wechselspannung angelegt werden, die eine alternierende Polarität zwischen den Beschleunigungselektroden 332 und 334 entlang der Beschleunigungstrecke 420 erzeugt, so dass die Elektronen beschleunigt werden. Zum Beispiel kann zunächst an den ersten Beschleunigungselektroden 332a, 334a ein positives Potential anliegen, an den zweiten Beschleunigungselektroden 332b, 334b ein negatives Potential, an den dritten Beschleunigungselektroden 332c, 334c wiederum ein positives Potential und an den vierten Beschleunigungselektroden 332d, 334d wiederum ein negatives Potential anliegen. Diese Polarität wechselt dann mit der Frequenz der angelegten Wechselspannung. Da der Abstand zwischen benachbarten Beschleunigungselektroden 332, 334 entlang der Beschleunigungsstrecke 420 zunimmt, bewirkt dies eine beschleunigte Bewegung der Elektronen.
  • Die Anzahl der Beschleunigungselektroden 332, 334 kann bei weiteren Ausführungsbeispielen unterschiedlich gewählt werden, wobei nicht nur die Anzahl entlang der Beschleunigungsstrecke 420 variiert werden kann, sondern an einem gegebenen Ort senkrecht zur Ausbreitung können mehr als die zwei Beschleunigungselektroden 332 und 334 angeordnet sein. Außerdem können die Beschleunigungselektroden 332 und 334 auch zylinderförmig um den Elektronenstrahl 130 ausgebildet sein (so dass die z. B. die Beschleunigungselektroden 332a und 334a zu ein und derselben Elektrode gehören).
  • Nachdem die Elektronen in dem Beschleunigungsabschnitt 420 beschleunigt wurden, trifft der Elektronenstrahl 130 auf das Röntgentarget 110. In dem Röntgentarget 110 erfolgt die Umwandlung der kinetischen Energie der Elektronen in Röntgenstrahlung 120, die das Röntgentarget 110 hauptsächlich in einer Richtung des Elektronenstrahls 130 wiederum verlässt (wegen der Impulserhaltung unter der Annahme, dass kein oder kaum ein Impulsübertrag an das Röntgentarget 110 erfolgt). Nach dem Passieren einer Ablenkregion 430 verlässt die Röntgenstrahlung 120 das Strahlenaustrittsfenster 410 des Gehäuses 310.
  • Wie oben beschrieben geben die Elektronen ihre Energie nicht vollständig innerhalb des Röntgentargets 110 ab, sondern verlassen das Röntgentarget 110 wiederum und werden in der Ablenkregion 430 durch ein Magnetfeld abgelenkt. Das Magnetfeld ist dazu senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Elektronen ausgerichtet, so dass die Elektronen nicht das Strahlenaustrittsfenster 410 passieren, sondern auf einen Absorberblock 440 treffen und dort ihre restliche kinetische Energie in thermische Energie umwandeln. Die Elektronen in dem Absorberblock 440 werden schließlich über einen Anschluss 450 abgeführt.
  • Zusammenfassend weisen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein drahtartiges Röntgentarget 110 auf, das zur Erzeugung von Röntgenstrahlung 120 durch einen Beschuss von beschleunigten Elektronen dient. Das drahtartige Röntgentarget kann beispielsweise dadurch definiert werden, dass der Querschnitt A gering ist im Vergleich zur Längsausdehnung L, wobei das drahtartige Röntgentarget 110 auch zylinder- oder quaderförmig ausgestaltet sein kann. Der Durchmesser oder die maximale Ausdehnung D der Querschnittsfläche A des Röntgentargets 110 kann beispielsweise kleiner als 3 mm oder kleiner als 1 mm sein oder in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 3 mm oder in einem Bereich zwischen 0,1 und 1 mm liegen. Die Querschnittsfläche A kann somit beispielsweise kleiner als 0,01 mm2 oder kleiner als 1 mm2 sein oder in einem Bereich zwischen 0,01 und 1 mm2 liegen. Die Längsausdehnung L kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,5 und 20 mm oder in einem Bereich zwischen 1 und 10 mm liegen. Abgesehen von der Verwendung des Röntgentargets 110 innerhalb eines Linearbeschleunigers kann das Röntgentarget auch in herkömmlichen Röntgenröhren oder in Betatrons verwendet werden.
  • Die herausragenden Vorteile des erfindungsgemäßen Röntgentargets 110 liegen dabei zum einen in der Realisierung eines sehr kleinen Brennflecks B, was eine deutliche Verbesserung des Röntgenbildes (größere Schärfe) zur Folge hat. Ein weiterer Vorteil von Ausführungsbeispielen liegt darin, dass die Elektronen innerhalb des Röntgentargets lediglich die Röntgenstrahlung erzeugen, jedoch die thermische Umwandlung der Restenergie der Elektronen nicht in dem Röntgentarget 110 oder in einem dazu in Kontakt befindlichen Substrat erfolgen, sondern dass die Elektronen nach dem Erzeugen der Röntgenstrahlung 120 das Röntgentarget 110 wiederum verlassen und mittels eines Magnetfelds beispielsweise einem Absorberblock 440 zugeführt werden und dort die thermische Umwandlung der Restenergie der Elektronen erfolgt.
  • Weitere denkbare Materialien für das Röntgentarget 110 wären beispielsweise: Molybdän (Mo), Rhodium (Rh), Wolfram (W), Rhenium (Re), Platin (Pt), Gold (Au). Die Fäden 220, 240 können beispielsweise folgende Materialien aufweisen: Kohlenstofffaser, Beryllium, Graphit, Siliziumcarbid etc.

Claims (13)

  1. Linearbeschleuniger mit:
    einem Gehäuse (310);
    einer Elektronenquelle (320) zum Freisetzen von Elektronen;
    einem drahtartigen Röntgentarget (110);
    einem Strahlenaustrittsfenster (410);
    einer gradlinigen Beschleunigungsstrecke (420) zum Beschleunigen der freigesetzten Elektronen, so dass ein Elektronenstrahl (130) entsteht und auf (A) das drahtartige Röntgentarget trifft,
    wobei das drahtartige Röntgentarget (110) so in dem Elektronenstrahl (130) angeordnet ist, dass
    der Elektronenstrahl senkrecht auf eine Querschnittsfläche A des drahtartigen Röntgentargets trifft und Röntgenstrahlung (120), die in dem drahtartigen Röntgentarget durch den Röntgenstrahl erzeugt wird, das Gehäuse (310) durch das Strahlungsaustrittsfenster (410) verlässt, und
    das drahtartige Röntgentarget eine Längsausdehnung L parallel zum Elektronenstrahl (130aufweist, wobei die Querschnittsfläche A eine maximale Ausdehnung D, die in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 1 mm liegt, aufweist, und das 2-Fache der maximalen Ausdehnung D kleiner ist als die Längsausdehnung L.
  2. Linearbeschleuniger nach Anspruch 1, bei dem das Röntgentarget (110) Molybdän oder Rhodium oder Gold oder Wolfram oder Rhenium oder Platin aufweist.
  3. Linearbeschleuniger nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Querschnittsfläche A eine maximale Ausdehnung D aufweist und das m-Fache der maximalen Ausdehnung D kleiner ist als die Längsausdehnung L, wobei m = 3, 4 oder 10 ist.
  4. Linearbeschleuniger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Querschnittsfläche A eine kreisförmige oder rechteckige Form aufweist.
  5. Linearbeschleuniger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Längsausdehnung L in einem Bereich zwischen 1 mm und 10 mm liegt.
  6. Linearbeschleuniger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das drahtartige Röntgentarget über Fäden (210) an einem Rahmen (220) und über weitere Fäden (230) an einem weiteren Rahmen (240) fixierbar ist.
  7. Linearbeschleuniger nach Anspruch 6, bei dem die Fäden (210) oder die weiteren Fäden( 230) ein Material mit einer Kernladungszahl (Z) von kleiner 40 aufweisen.
  8. Linearbeschleuniger nach Anspruch 7, bei dem das Material Kohlenstoff aufweist.
  9. Linearbeschleuniger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Röntgentarget (110) in dem Gehäuse (310) derart angeordnet ist, dass die freigesetzten Elektronen nach Abstrahlung der Röntgenstrahlung (120) und Verlassen des drahtartigen Röntgentargets eine Ablenkregion (430) passieren, wobei die Ablenkregion (430) ausgebildet ist, um die freigesetzten Elektronen mittels eines Magnetfeldes auf einen Absorberblock (440) abzulenken.
  10. Linearbeschleuniger nach Anspruch 9, bei dem der Absorberblock (440) ausgebildet ist, um die Restenergie der freigesetzten Elektronen in Wärme umzuwandeln und die Wärme abzuführen.
  11. Verfahren zum Erzeugen einer Röntgenstrahlung (120), mit folgenden Schritten:
    Richten eines auf einer gradlinigen Beschleunigungsstrecke (420) beschleunigten Elektronenstrahls (130) auf eine Querschnittsfläche A eines drahtartigen Röntgentargets (110), so Röntgenstrahlung (120) in From von Bremsstrahlung erzeugt wird, und zwar so, dass das drahtartige Röntgentarget (110) so in dem Elektronenstrahl (130) angeordnet ist, dass
    der Elektronenstrahl senkrecht auf eine Querschnittsfläche A des drahtartigen Röntgentargets trifft und Röntgenstrahlung (120), die in dem drahtartigen Röntgentarget durch den Röntgenstrahl erzeugt wird, das Gehäuse (310) durch das Strahlungsaustrittsfenster (410) verlässt, und
    das drahtartige Röntgentarget eine Längsausdehnung L parallel zum Elektronenstrahl aufweist, wobei die Querschnittsfläche A eine maximale Ausdehnung D, die in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 1 mm liegt, aufweist, und das 2-Fache der maximalen Ausdehnung D kleiner ist als die Längsausdehnung L.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner folgenden Schritt aufweist:
    Ablenken der Elektronen nach einer Röntgenerzeugung und nach Verlassen des drahtartigen Röntgentargets mittels eines Magnetfelds.
  13. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Elektronen auf einen Absorberblock (440) abgelenkt werden und der Absorberblock (440) ausgebildet ist, um eine verbleibende Energie des Elektronenstrahls (130) in Wärme umzuwandeln.
EP09777336A 2008-07-29 2009-07-21 Röntgentarget und ein verfahren zur erzeugung von röntgenstrahlen Active EP2301042B1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL09777336T PL2301042T3 (pl) 2008-07-29 2009-07-21 Tarcza rentgenowska i sposób wytwarzania promieni rentgena

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008035210A DE102008035210B4 (de) 2008-07-29 2008-07-29 Röntgentarget, Linearbeschleuniger und Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlen
PCT/EP2009/005287 WO2010012403A2 (de) 2008-07-29 2009-07-21 Röntgentarget und ein verfahren zur erzeugung von röntgenstrahlen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2301042A2 EP2301042A2 (de) 2011-03-30
EP2301042B1 true EP2301042B1 (de) 2012-02-15

Family

ID=41382175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09777336A Active EP2301042B1 (de) 2008-07-29 2009-07-21 Röntgentarget und ein verfahren zur erzeugung von röntgenstrahlen

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2301042B1 (de)
AT (1) ATE545936T1 (de)
DE (1) DE102008035210B4 (de)
PL (1) PL2301042T3 (de)
WO (1) WO2010012403A2 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012221638B4 (de) * 2012-01-11 2016-12-08 Siemens Healthcare Gmbh Röntgenstrahler
US9008278B2 (en) * 2012-12-28 2015-04-14 General Electric Company Multilayer X-ray source target with high thermal conductivity
CN111403073B (zh) * 2020-03-19 2023-01-03 哈尔滨工程大学 一种基于电子加速器的多用途终端

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4737647A (en) * 1986-03-31 1988-04-12 Siemens Medical Laboratories, Inc. Target assembly for an electron linear accelerator
SU1513528A1 (ru) * 1987-04-13 1989-10-07 Предприятие П/Я В-8851 Способ генерации монохроматического направленного рентгеновского излучени
EP0553914A1 (de) * 1992-01-27 1993-08-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Röntgenröhre mit veränderlichem Brennfleck
AUPQ831200A0 (en) * 2000-06-22 2000-07-13 X-Ray Technologies Pty Ltd X-ray micro-target source
JP2004028845A (ja) * 2002-06-27 2004-01-29 Japan Science & Technology Corp 高輝度・高出力微小ｘ線発生源とそれを用いた非破壊検査装置
US6954515B2 (en) * 2003-04-25 2005-10-11 Varian Medical Systems, Inc., Radiation sources and radiation scanning systems with improved uniformity of radiation intensity

Also Published As

Publication number Publication date
EP2301042A2 (de) 2011-03-30
WO2010012403A2 (de) 2010-02-04
ATE545936T1 (de) 2012-03-15
DE102008035210A1 (de) 2010-02-25
DE102008035210B4 (de) 2012-08-02
PL2301042T3 (pl) 2012-07-31
WO2010012403A3 (de) 2010-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1946088B1 (de) Vorrichtung zur röntgen-tomosynthese
EP0815582B1 (de) Mikrofocus-röntgeneinrichtung
EP1872372B1 (de) Laserbestrahlter hohlzylinder als linse für ionenstrahlen
DE112011100403B4 (de) Ultraschnelle Elektronenbeugungsvorrichtung und Verfahren zur ultraschnellen Elektronenbeugung
DE102013111650B3 (de) Vorrichtung zum Erzeugen beschleunigter Elektronen
DE102008007413A1 (de) Röntgentarget
EP0777255A1 (de) Röntgenröhre, insbesondere Mikrofokusröntgenröhre
DE102008038569A1 (de) Röntgenröhre
EP1760760A2 (de) Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgen- oder XUV-Strahlung
DE112019004823T5 (de) Röntgenstrahlung-erzeugungsvorrichtung und röntgenanalyseeinrichtung
DE112019003777T5 (de) Röntgenreflexionsquelle mit hoher helligkeit
DE102013209447A1 (de) Röntgenquelle und Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung
EP2301042B1 (de) Röntgentarget und ein verfahren zur erzeugung von röntgenstrahlen
WO2005096341A1 (de) Anodenmodul für eine flüssigmetallanoden-röntgenquelle sowie röntgenstrahler mit einem anodenmodul
DE212014000043U1 (de) Röntgenstrahlenquelle mit verbesserter Target-Lebensdauer
DE102013010589A1 (de) Verfahren zur Ioenbeschleunigung, Vorrichtung zur Ionenbeschleunigung sowie Ionenbestrahlungsvorrichtungen, medizinische Ionenbestrahlungsvorrichtungen und Ionenbestrahlungsvorrichtungen zur Kernspaltung
EP3629361A1 (de) Röntgenanode, röntgenstrahler und verfahren zur herstellung einer röntgenanode
DE112012004821T5 (de) Rasterionenmikroskop und Sekundärteilchen-Steuerungsverfahren
WO2013007484A1 (de) Monochromatische röntgenquelle
DE102012103974A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung zumindest eines Röntgenstrahlen abgebenden Brennflecks
DE102005018342B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung
EP2586052B1 (de) Vorrichtung zur strukturierung von festkörperflächen mit ionenstrahlen aus einem ionenstrahlspektrum
DE102005053324B4 (de) Target für eine Mikrofocus- oder Nanofocus-Röntgenröhre
EP3570310B1 (de) Vorrichtung zum erzeugen beschleunigter elektronen
DE102020116549B3 (de) Neutronengenerator und Energieerzeugungssystem

Legal Events

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

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20110126

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA RS

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: REF

Ref document number: 545936

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20120315

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502009002811

Country of ref document: DE

Effective date: 20120412

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: VDEP

Effective date: 20120215

LTIE Lt: invalidation of european patent or patent extension

Effective date: 20120215

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

Ref country code: NL

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

Effective date: 20120215

Ref country code: LT

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

Effective date: 20120215

Ref country code: HR

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

Effective date: 20120215

Ref country code: IS

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

Effective date: 20120615

Ref country code: NO

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

Effective date: 20120515

REG Reference to a national code

Ref country code: PL

Ref legal event code: T3

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

Ref country code: FI

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

Effective date: 20120215

Ref country code: PT

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

Effective date: 20120615

Ref country code: LV

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

Effective date: 20120215

Ref country code: GR

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

Effective date: 20120516

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FD4D

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

Ref country code: CY

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

Effective date: 20120215

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

Ref country code: DK

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

Effective date: 20120215

Ref country code: IE

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

Effective date: 20120215

Ref country code: EE

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

Effective date: 20120215

Ref country code: SI

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

Effective date: 20120215

Ref country code: CZ

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

Effective date: 20120215

Ref country code: SE

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

Effective date: 20120215

Ref country code: RO

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

Effective date: 20120215

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

Ref country code: IT

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

Effective date: 20120215

Ref country code: SK

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

Effective date: 20120215

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

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

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

26N No opposition filed

Effective date: 20121116

BERE Be: lapsed

Owner name: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWAN

Effective date: 20120731

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

Ref country code: MC

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

Effective date: 20120731

Ref country code: MK

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

Effective date: 20120215

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 502009002811

Country of ref document: DE

Effective date: 20121116

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

Ref country code: ES

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

Effective date: 20120526

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

Ref country code: BE

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

Effective date: 20120731

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

Ref country code: MT

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

Effective date: 20120215

Ref country code: BG

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

Effective date: 20120515

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

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

Ref country code: LI

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

Effective date: 20130731

Ref country code: CH

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

Effective date: 20130731

Ref country code: TR

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

Effective date: 20120215

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

Ref country code: SM

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

Effective date: 20120215

Ref country code: LU

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

Effective date: 20120721

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

Ref country code: HU

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

Effective date: 20090721

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MM01

Ref document number: 545936

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20140721

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

Ref country code: AT

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

Effective date: 20140721

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: PLFP

Year of fee payment: 8

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: PLFP

Year of fee payment: 9

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: PLFP

Year of fee payment: 10

P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230524

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

Ref country code: GB

Payment date: 20230724

Year of fee payment: 15

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

Ref country code: PL

Payment date: 20230710

Year of fee payment: 15

Ref country code: FR

Payment date: 20230720

Year of fee payment: 15

Ref country code: DE

Payment date: 20230720

Year of fee payment: 15