EP2885807B1 - Vorrichtung mit anode zur erzeugung von röntgenstrahlung - Google Patents

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EP2885807B1
EP2885807B1 EP12774978.6A EP12774978A EP2885807B1 EP 2885807 B1 EP2885807 B1 EP 2885807B1 EP 12774978 A EP12774978 A EP 12774978A EP 2885807 B1 EP2885807 B1 EP 2885807B1
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EP
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anode
target layer
electron beam
ray radiation
central portion
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EP12774978.6A
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Oliver Heid
Timothy Hughes
Thomas Kluge
Svetlana GOSSMANN-LEVCHUK
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/108—Substrates for and bonding of emissive target, e.g. composite structures
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    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/112—Non-rotating anodes
    • 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
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
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    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/18—Windows, e.g. for X-ray transmission

Definitions

  • the present invention relates to a device for generating X-radiation according to claim 1.
  • X-ray tubes for generating X-radiation are known from the prior art.
  • X-ray tubes have a cathode for emitting electrons. The emitted electrons are accelerated by a high voltage to an anode. In the anode, the electrons are decelerated and thereby generate X-ray Bremsstrahlung and characteristic X-rays.
  • X-ray Bremsstrahlung has a broad spectral distribution, while characteristic X-radiation has a discrete line spectrum. In the X-ray radiated from the X-ray tube both types of radiation are superimposed.
  • characteristic X-ray radiation with discrete energies is better suited than X-ray Bremsstrahlung. It is known to filter X-radiation with metallic filters in order to reduce the brake radiation component. However, such filters also dampen the proportion of characteristic X-rays.
  • the object of the present invention is to provide an improved device for generating X-radiation. This object is achieved by a device having the features of claim 1. Preferred developments are specified in the dependent claims.
  • An anode for generating X-radiation has a holder and a target layer held by the holder.
  • the target layer comprises a center section and an edge section.
  • the anode is exposed to an electron beam directed at the center portion of the target layer.
  • the edge portion is arranged with respect to the direction of the electron beam laterally adjacent to the central portion.
  • the edge portion in the direction of the electron beam has a greater thickness than the center portion.
  • the edge portion of the target layer of this anode is used for filtering X-rays generated in the center portion of the target layer of the anode. This improves the monochromaticity of the X-radiation generated by the anode.
  • the edge portion of the anode is raised in a direction opposite to the direction of the electron beam over the central portion. Then, X-ray radiation generated in the middle section of the target layer can be radiated counter to the beam direction of the electron beam and thereby pass through a part of the edge section of the target layer of the anode, whereby an attenuation of a continuous wavelength component of the X-radiation occurs.
  • the edge portion is arranged annularly around the center section.
  • the edge section can then perform filtering in different spatial directions of emitted X-ray radiation.
  • the target layer is formed of the same material.
  • the target layer has a material with an atomic number between 42 and 74.
  • these materials are particularly well suited for the generation of X-radiation.
  • the target layer comprises tungsten.
  • tungsten is well suited to the generation and filtering of X-radiation.
  • the center section has a thickness between 50 nm and 10 ⁇ m.
  • this thickness range has proven to be particularly suitable.
  • the center section perpendicular to the direction of the electron beam has a diameter between 1 mm and 20 mm.
  • these values have proven to be particularly suitable.
  • a device for generating X-ray radiation has a cathode for emitting an electron beam and an anode of the aforementioned type.
  • the anode is arranged such that an electron beam emitted by the cathode strikes the middle section of the target layer.
  • X-ray radiation generated in the middle section of the target layer of the anode in this device is filtered by the edge section of the target layer of the anode, whereby a monochromaticity of the generated X-radiation is improved.
  • the anode is arranged such that an electron beam emitted by the cathode strikes the center section of the target layer perpendicularly.
  • this results in a symmetrical and compact design of the device.
  • this has a window for discharging X-radiation generated in the target layer.
  • the window is arranged such that X-ray radiation generated in the middle section of the target layer and directed through the window penetrates previously the edge section of the target layer.
  • the X-ray radiation generated in the center section of the target layer is then filtered when penetrating the edge section of the target layer, thereby increasing monochromaticity of this X-radiation.
  • the window is arranged such that the X-ray radiation which is conducted through penetrates the edge section of the target layer on average over a length of between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m. It has been found that such a penetration length leads to an advantageous increase in the monochromaticity of the X-radiation, without overly attenuating the intensity of the X-radiation as a whole.
  • the window is arranged so that with respect to the direction of the electron beam backward X-ray radiation can be discharged through the window.
  • rear-directed X-radiation relative to forward X-ray radiation has a higher proportion of characteristic X-radiation, so that the X-ray radiation emitted from the device has a particularly high monochromaticity after filtering through the edge portion of the target layer of the anode.
  • the device has a collector, which is intended to catch electrons of the electron beam, which have penetrated the anode.
  • a circuit between the cathode and the collector of the device can be closed by the collector, thereby improving the energy efficiency of the device.
  • FIG. 1 shows an X-ray spectrum 100 in a graph. On a horizontal axis, an energy 101 is plotted in keV. On a vertical axis, a photon flux 102 in 1 / (keV ⁇ mA ⁇ mm 2 ⁇ s) is plotted.
  • a first spectrum 110 indicates the spectral distribution of X-radiation emitted through a tungsten target layer of an anode of an X-ray tube and filtered through a 2 mm thick aluminum filter.
  • the first spectrum 110 has a continuous portion of Bremsstrahlung 111.
  • the first spectrum 110 has maxima at discrete energy values formed by characteristic x-ray radiation 112.
  • FIG. 2 shows by means of a graph 200 an attenuation of X-ray radiation through a filter made of tungsten.
  • the energy 101 is plotted in keV.
  • an absorption coefficient 202 in cm -1 is plotted.
  • FIG. 2 shows a curve 210 of the linear absorption coefficient of tungsten. It can be seen that the linear absorption coefficient of tungsten decreases with increasing energy. However, the absorption coefficient curve 210 has a K-edge 213 (K-edge) at which the falling absorption coefficient curve 210 increases in an abrupt manner. The K-edge 213 occurs at an energy 101 corresponding to a binding energy of electrons located in the K-shell of tungsten atoms.
  • Is X-ray radiation with the in FIG. 1 Filtered first tungsten spectrum shown by an additional filter 110, so there is an additional attenuation of this X-ray radiation. Due to the K-edge 213 in the absorption coefficient curve 210 of tungsten, higher energy components of the first spectrum 110 are attenuated more than the range of the K ⁇ 1 line and the K ⁇ 2 line of the characteristic X-ray radiation 112 of the first spectrum 110. This increases the relative intensity of the first spectrum mentioned lines in the spectrum of the filtered X-radiation.
  • FIG. 1 shows on the basis of a second spectrum 120, the spectral distribution of the X-ray radiation of the first spectrum 110 after an additional filtering 110 with a tungsten filter of 50 microns thickness. It can be seen that the proportion of the bremsstrahlung 121 of the second spectrum 120 is greatly reduced compared to the fraction of the bremsstrahlung 111 of the first spectrum 110 is. The proportion of characteristic X-ray radiation 122 of the second spectrum 120 is less strongly attenuated than the proportion of characteristic X-ray radiation 112 of the first spectrum 110. As a result, the second spectrum 120 has a higher monochromaticity than the first spectrum 110.
  • FIG. 3 shows a highly schematic representation of a section through an apparatus 300 for generating X-radiation.
  • Components of the device 300 for generating X-ray radiation shown can be arranged, for example, in a vacuum tube.
  • the X-ray generating device 300 may also be called an X-ray tube.
  • the device 300 for generating X-ray radiation has a cathode 310.
  • the cathode 310 is designed to emit electrons to produce an electron beam 320.
  • the cathode 310 may emit the electrons, for example by thermal emission or by field emission.
  • the electron beam 320 formed by the electrons emitted by the cathode 310 is accelerated in a beam direction 325 by a high voltage (not shown).
  • the device 300 for generating X-ray radiation further comprises an anode 400.
  • the anode 400 has a holder 410 and a target layer 420 held by the holder 410.
  • the target layer 420 in turn, comprises a center section 430 and an edge section 440.
  • the edge section 440 is offset laterally with respect to the beam direction 325 from the center section 430.
  • the middle section 430 and the edge section 440 are preferably formed of the same material.
  • the center section 430 and the edge section 440 of the target layer 420 are preferably made of a material having an atomic number between 42 and 74. More preferably, the center section 430 and the edge section 440 of the target layer 420 made of tungsten.
  • the holder 410 may be made of diamond, for example.
  • the anode 400 has a front side 421 and a back side 422.
  • the front side 421 of the anode 400 faces the cathode 310.
  • the anode 400 is arranged such that the electron beam 320 emanating from the cathode 310 strikes approximately perpendicular to a central region of the middle section 430 of the target layer 420.
  • the electron beam 320 impinging on the middle section 430 of the target layer 420 of the anode 400 is decelerated in the middle section 430 of the target layer 420, whereby x-ray radiation 330 is produced.
  • This X-ray radiation 330 is emitted in several or all spatial directions, inter alia in a radiation direction 335.
  • the emission direction 335 is preferably oriented backwards relative to the beam direction 325 of the electron beam 320. This means that the emission direction 335 from the middle section 430 of the target layer 420 of the anode 400 points into the half-space in which the cathode 310 is arranged.
  • the device 300 for generating X-ray radiation has a window 350 which serves to emit X-ray radiation 330 emitted in the emission direction 335 out of the device 300.
  • the window 350 may be made of aluminum or beryllium, for example.
  • the middle section 430 of the target layer 420 has a diameter 432 perpendicular to the beam direction 325.
  • the diameter 432 may for example be between 1 mm and 20 mm.
  • the middle section 430 of the target layer 420 has a thickness 431.
  • the thickness 431 may, for example, be between 50 nm and 10 ⁇ m.
  • the edge section 440 of the target layer 420 which is arranged externally around the center section 430 in the illustrated example, has a diameter 442 that is greater than the diameter 432 of the center section 430.
  • the edge portion 440 the target layer 420 in the beam direction 325 has a thickness 441 which is greater than the thickness 431 of the central portion 430.
  • the edge section 440 is raised on the front side 421 (ie, opposite to the beam direction 325) over the middle section 430 of the target layer 420.
  • Thickness 441 and diameter 442 of the edge portion 440 of the target layer 420, the diameter 432 of the middle portion 430 of the target layer 420, and the position of the window 350 are matched to each other such that X-rays 330 radiated from the center portion 430 of the target layer 420 of the anode 400 in the emission direction 335 Path to the window 350 penetrates a part of the edge portion 440 of the target layer 420 serving as a filter area 450.
  • the x-ray radiation 330 penetrates the filter region 450 of the edge section 440 in the middle to a penetration length 455, which may be between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m, for example. During the penetration of the filter region 450, the x-ray radiation 330 is filtered so that its monochromaticity increases, as shown in FIG FIGS. 1 and 2 was explained.
  • the device 300 for generating X-ray radiation further comprises a collector 340, which is arranged in the beam direction 325 behind the anode 400.
  • the collector 340 serves to collect electrons of the electron beam 320 that have penetrated the anode 400.
  • the electrons collected by the collector 340 may be recirculated in an electrical circuit, thereby improving the energy efficiency of the X-ray generating device 300.
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of the target layer 420 of the anode 400 of the device 300 for generating X-ray radiation Fig. 3 , It can be seen that the edge portion 440 is arranged annularly around the middle portion 430 of the target layer 420.
  • This formation of the target layer 420 has the advantage that the anode 400 in the device 300 for generating X-radiation around a to the electron beam 320 parallel axis of rotation can be rotated. This results in a more uniform heating and wear of the target layer 420 of the anode 400 during operation of the device 300 for generating X-radiation. However, the rotation of the anode 400 can also be dispensed with.
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view of a target layer 1420 according to a second embodiment.
  • the target layer 1420 of FIG. 5 For example, the target layer 420 of the anode 400 of the X-ray generating device 300 of FIG. 3 replace.
  • the target layer 1420 again comprises a center section 1430 and a peripheral section 1440.
  • the target layer 1420 has a front side 1421 and a rear side 1422.
  • the target layer 1420 is designed to be held by the holder 410 of the anode 400 in such a way that the electron beam 320 generated by the cathode 310 strikes the front side 1421 of the middle section 1430.
  • the edge portion 1440 of the target layer 1420 is the FIG. 5 not annularly disposed around the entire center portion 1430 of the target layer 1420. Rather, the edge portion 1440 has the shape of a circular ring sector, which is arranged only in a limited angular range laterally adjacent to the center portion 1430 of the target layer 1420.
  • the edge section 1440 is arranged next to the middle section 1430 of the target layer 1420 such that x-ray radiation 330 generated in the center section 1430 of the target layer 1420 penetrates the edge section 1440 of the target layer 1420 in the emission direction 335.
  • the anode 400 is not rotated.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung gemäß Patentanspruch 1. Röntgenröhren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Röntgenröhren weisen eine Kathode zur Emission von Elektronen auf. Die emittierten Elektronen werden durch eine Hochspannung auf eine Anode beschleunigt. In der Anode werden die Elektronen abgebremst und erzeugen dabei Röntgen-Bremsstrahlung und charakteristische Röntgenstrahlung. Röntgen-Bremsstrahlung besitzt eine breite spektrale Verteilung, während charakteristische Röntgenstrahlung ein diskretes Linienspektrum aufweist. In der von der Röntgenröhre abgestrahlten Röntgenstrahlung sind beide Strahlungsarten überlagert.
  • Für bestimmte Einsatzzwecke ist charakteristische Röntgenstrahlung mit diskreten Energien besser geeignet als Röntgen-Bremsstrahlung. Es ist bekannt, Röntgenstrahlung mit metallischen Filtern zu filtern, um den Bremsstrahlungsanteil zu reduzieren. Allerdings dämpfen solche Filter auch den Anteil charakteristischer Röntgenstrahlung.
  • Für die Erzeugung von Röntgenstrahlung sind insbesondere aus den Dokumenten DE 22 03 403 A1 , DE 199 00 468 A1 , EP 0 405 897 A2 und DE 31 17 726 A1 nutzbare Anoden bekannt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Eine Anode zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, wie sie in der Erfindung zum Einsatz kommt, weist einen Halter und eine durch den Halter gehaltene Targetschicht auf. Dabei umfasst die Targetschicht einen Mittenabschnitt und einen Randabschnitt. Die Anode wird einem auf den Mittenabschnitt der Targetschicht gerichteten Elektronenstrahl ausgesetzt. Dabei ist der Randabschnitt in Bezug auf die Richtung des Elektronenstrahls seitlich neben dem Mittenabschnitt angeordnet. Außerdem weist der Randabschnitt in Richtung des Elektronenstrahls eine größere Dicke auf als der Mittenabschnitt. Der Randabschnitt der Targetschicht dieser Anode dient zur Filterung von im Mittenabschnitt der Targetschicht der Anode erzeugter Röntgenstrahlung. Dadurch verbessert sich die Monochromatizität der durch die Anode erzeugten Röntgenstrahlung. Erfindungsgemäß ist der Randabschnitt der Anode in eine der Richtung des Elektronenstrahls entgegengesetzte Richtung über den Mittenabschnitt erhaben. Dann kann im Mittenabschnitt der Targetschicht erzeugte Röntgenstrahlung entgegen der Strahlrichtung des Elektronenstrahls abgestrahlt werden und dabei einen Teil des Randabschnitts der Targetschicht der Anode durchlaufen, wodurch es zu einer Dämpfung eines kontinuierlichen Wellenlängenanteils der Röntgenstrahlung kommt.
  • In einer Ausführungsform der Anode ist der Randabschnitt ringförmig um den Mittenabschnitt angeordnet. Vorteilhafterweise kann der Randabschnitt dann eine Filterung in unterschiedliche Raumrichtungen emittierter Röntgenstrahlung leisten.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Anode ist die Targetschicht materialeinheitlich ausgebildet. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch ein besonders einfacher Aufbau der Targetschicht wie auch der gesamten Anode.
  • In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Anode weist die Targetschicht ein Material mit einer Ordnungszahl zwischen 42 und 74 auf. Vorteilhafterweise eignen sich diese Materialien besonders gut zur Erzeugung von Röntgenstrahlung.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Anode weist die Targetschicht Wolfram auf. Vorteilhafterweise eignet sich Wolfram gut zur Erzeugung und zur Filterung von Röntgenstrahlung.
  • In einer Ausführungsform der Anode weist der Mittenabschnitt eine Dicke zwischen 50 nm und 10 µm auf. Vorteilhafterweise hat sich dieser Dickenbereich als besonders geeignet erwiesen.
  • In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Anode weist der Mittenabschnitt senkrecht zur Richtung des Elektronenstrahls einen Durchmesser zwischen 1 mm und 20 mm auf. Vorteilhafterweise haben sich diese Werte als besonders geeignet erwiesen.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung weist eine Kathode zum Aussenden eines Elektronenstrahls und eine Anode der vorgenannten Art auf. Dabei ist die Anode so angeordnet, dass ein von der Kathode ausgesandter Elektronenstrahl auf den Mittenabschnitt der Targetschicht trifft. Vorteilhafterweise wird bei dieser Vorrichtung im Mittenabschnitt der Targetschicht der Anode erzeugte Röntgenstrahlung durch den Randabschnitt der Targetschicht der Anode gefiltert, wodurch sich eine Monochromatizität der erzeugten Röntgenstrahlung verbessert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Anode so angeordnet, dass ein von der Kathode ausgesandter Elektronenstrahl senkrecht auf den Mittenabschnitt der Targetschicht trifft. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch ein symmetrischer und kompakter Aufbau der Vorrichtung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist diese ein Fenster zum Ausleiten von in der Targetschicht erzeugter Röntgenstrahlung auf. Dabei ist das Fenster so angeordnet, dass im Mittenabschnitt der Targetschicht erzeugte und durch das Fenster ausgeleitete Röntgenstrahlung zuvor den Randabschnitt der Targetschicht durchdringt. Vorteilhafterweise wird die im Mittenabschnitt der Targetschicht erzeugte Röntgenstrahlung dann beim Durchdringen des Randabschnitts der Targetschicht gefiltert, wodurch sich eine Monochromatizität dieser Röntgenstrahlung erhöht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist das Fenster so angeordnet, dass ausgeleitete Röntgenstrahlung den Randabschnitt der Targetschicht im Mittel auf einer Länge zwischen 10 µm und 100 µm durchdringt. Es hat sich erwiesen, dass eine derartige Durchdringungslänge zu einer vorteilhaften Erhöhung der Monochromatizität der Röntgenstrahlung führt, ohne die Intensität der Röntgenstrahlung insgesamt zu stark abzuschwächen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist das Fenster so angeordnet, dass bezüglich der Richtung des Elektronenstrahls rückwärts gerichtete Röntgenstrahlung durch das Fenster ausgeleitet werden kann. Vorteilhafterweise weist rückwärts gerichtete Röntgenstrahlung gegenüber vorwärts gerichteter Röntgenstrahlung einen höheren Anteil an charakteristischer Röntgenstrahlung auf, so dass die aus der Vorrichtung ausgeleitete Röntgenstrahlung nach der Filterung durch den Randabschnitt der Targetschicht der Anode eine besonders hohe Monochromatizität aufweist. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen Kollektor auf, der dazu vorgesehen ist, Elektronen des Elektronenstrahls, die die Anode durchdrungen haben, aufzufangen. Vorteilhafterweise kann durch den Kollektor ein Stromkreis zwischen der Kathode und dem Kollektor der Vorrichtung geschlossen werden, wodurch sich eine Energieeffizienz der Vorrichtung verbessert.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1 ein von einer Röntgenröhre mit einer Anode mit einer Wolfram-Targetschicht emittiertes Röntgenspektrum;
    • Fig. 2 einen linearen Absorptionskoeffizienten von Wolfram;
    • Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung;
    • Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung einer Targetschicht einer Anode gemäß einer ersten Ausführungsform; und
    • Fig. 5 eine schematische perspektivische Darstellung einer Targetschicht einer Anode gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • Figur 1 zeigt in einem Graphen ein Röntgenspektrum 100. Auf einer horizontalen Achse ist eine Energie 101 in keV aufgetragen. Auf einer vertikalen Achse ist ein Photonenfluss 102 in 1/(keV·mA·mm2·s) aufgetragen.
  • Ein erstes Spektrum 110 gibt die spektrale Verteilung von Röntgenstrahlung an, die durch eine Wolfram-Targetschicht einer Anode einer Röntgenröhre emittiert und durch ein Filter aus Aluminium mit einer Stärke von 2 mm gefiltert wurde. Das erste Spektrum 110 weist einen kontinuierlichen Anteil von Bremsstrahlung 111 auf. Außerdem weist das erste Spektrum 110 Maxima bei diskreten Energiewerten auf, die durch charakteristische Röntgenstrahlung 112 gebildet werden.
  • Figur 2 zeigt anhand eines Graphen 200 eine Dämpfung von Röntgenstrahlung durch ein Filter aus Wolfram. Auf einer horizontalen Achse ist wiederum die Energie 101 in keV aufgetragen. Auf einer vertikalen Achse ist ein Absorptionskoeffizient 202 in cm-1 aufgetragen.
  • Figur 2 zeigt einen Verlauf 210 des linearen Absorptionskoeffizienten von Wolfram. Erkennbar ist, dass der lineare Absorptionskoeffizient von Wolfram mit zunehmender Energie abnimmt. Allerdings weist der Absorptionskoeffizientenverlauf 210 eine K-Kante 213 (K-edge) auf, an der der fallende Absorptionskoeffizientenverlauf 210 sprungartig ansteigt. Die K-Kante 213 tritt bei einer Energie 101 auf, die einer Bindungsenergie von in der K-Schale von Wolframatomen angeordneten Elektronen entspricht.
  • Ferner sind im Diagramm 200 der Figur 2 Energiewerte zweier wichtiger Linien der charakteristischen Röntgenstrahlung von Wolfram markiert. Dies sind die Kα1-Linie 211 und die Kα2-Linie 212.
  • Wird Röntgenstrahlung mit dem in Figur 1 dargestellten ersten Röntgenspektrum 110 durch ein zusätzliches Filter aus Wolfram gefiltert, so kommt es zu einer zusätzlichen Dämpfung dieser Röntgenstrahlung. Wegen der K-Kante 213 im Absorptionskoeffizientenverlauf 210 von Wolfram werden dabei höherenergetische Anteile des ersten Spektrums 110 stärker gedämpft als der Bereich der Kα1-Linie und der Kα2Linie der charakteristischen Röntgenstrahlung 112 des ersten Spektrums 110. Dadurch erhöht sich die relative Intensität der genannten Linien im Spektrum der gefilterten Röntgenstrahlung.
  • Figur 1 zeigt anhand eines zweiten Spektrums 120 die spektrale Verteilung der Röntgenstrahlung des ersten Spektrums 110 nach einer zusätzlichen Filterung 110 mit einem Wolframfilter von 50 µm Stärke. Erkennbar ist, dass der Anteil der Bremsstrahlung 121 des zweiten Spektrums 120 gegenüber dem Anteil der Bremsstrahlung 111 des ersten Spektrums 110 stark reduziert ist. Der Anteil charakteristischer Röntgenstrahlung 122 des zweiten Spektrums 120 ist gegenüber dem Anteil charakteristischer Röntgenstrahlung 112 des ersten Spektrums 110 weniger stark gedämpft. Hierdurch weist das zweite Spektrum 120 eine höhere Monochromatizität auf als das erste Spektrum 110.
  • Figur 3 zeigt in stark schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine Vorrichtung 300 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung. Die in Figur 3 dargestellten Komponenten der Vorrichtung 300 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung können beispielsweise in einer Vakuumröhre angeordnet sein. In diesem Fall kann die Vorrichtung 300 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung auch als Röntgenröhre bezeichnet werden.
  • Die Vorrichtung 300 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung weist eine Kathode 310 auf. Die Kathode 310 ist dazu vorgesehen, Elektronen zu emittieren, um einen Elektronenstrahl 320 zu erzeugen. Die Kathode 310 kann die Elektronen beispielsweise durch thermische Emission oder durch Feldemission emittieren. Der durch die von der Kathode 310 emittierten Elektronen gebildete Elektronenstrahl 320 wird durch eine nicht dargestellte Hochspannung in eine Strahlrichtung 325 beschleunigt.
  • Die Vorrichtung 300 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung umfasst ferner eine Anode 400. Die Anode 400 weist einen Halter 410 und eine durch den Halter 410 gehaltene Targetschicht 420 auf. Die Targetschicht 420 wiederum umfasst einen Mittenabschnitt 430 und einen Randabschnitt 440. Der Randabschnitt 440 ist bezüglich der Strahlrichtung 325 seitlich gegen den Mittenabschnitt 430 versetzt angeordnet.
  • Der Mittenabschnitt 430 und der Randabschnitt 440 sind bevorzugt materialeinheitlich ausgebildet. Dabei bestehen der Mittenabschnitt 430 und der Randabschnitt 440 der Targetschicht 420 bevorzugt aus einem Material mit einer Ordnungszahl zwischen 42 und 74. Besonders bevorzugt bestehen der Mittenabschnitt 430 und der Randabschnitt 440 der Targetschicht 420 aus Wolfram. Der Halter 410 kann beispielsweise aus Diamant bestehen.
  • Die Anode 400 weist einen Vorderseite 421 und eine Rückseite 422 auf. Die Vorderseite 421 der Anode 400 ist der Kathode 310 zugewandt. Die Anode 400 ist so angeordnet, dass der von der Kathode 310 ausgehende Elektronenstrahl 320 etwa senkrecht auf einen mittleren Bereich des Mittenabschnitts 430 der Targetschicht 420 trifft.
  • Der auf den Mittenabschnitt 430 der Targetschicht 420 der Anode 400 auftreffende Elektronenstrahl 320 wird im Mittenabschnitt 430 der Targetschicht 420 abgebremst, wobei Röntgenstrahlung 330 entsteht. Diese Röntgenstrahlung 330 wird in mehrere oder alle Raumrichtung abgestrahlt, unter anderem in eine Abstrahlrichtung 335. Die Abstrahlrichtung 335 ist bevorzugt gegenüber der Strahlrichtung 325 des Elektronenstrahls 320 rückwärts orientiert. Dies bedeutet, dass die Abstrahlrichtung 335 vom Mittenabschnitt 430 der Targetschicht 420 der Anode 400 in den Halbraum weist, in dem die Kathode 310 angeordnet ist.
  • Die Vorrichtung 300 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung weist ein Fenster 350 auf, das dazu dient, in Abstrahlrichtung 335 emittierte Röntgenstrahlung 330 aus der Vorrichtung 300 auszuleiten. Das Fenster 350 kann beispielsweise aus Aluminium oder aus Beryllium bestehen.
  • Der Mittenabschnitt 430 der Targetschicht 420 weist senkrecht zur Strahlrichtung 325 einen Durchmesser 432 auf. Der Durchmesser 432 kann beispielsweise zwischen 1 mm und 20 mm liegen. In Strahlrichtung 325 weist der Mittenabschnitt 430 der Targetschicht 420 eine Dicke 431 auf. Die Dicke 431 kann beispielsweise zwischen 50 nm und 10 µm liegen. Der im dargestellten Beispiel außen um den Mittenabschnitt 430 angeordnete Randabschnitt 440 der Targetschicht 420 weist einen Durchmesser 442 auf, der größer als der Durchmesser 432 des Mittenabschnitts 430 ist. Außerdem weist der Randabschnitt 440 der Targetschicht 420 in Strahlrichtung 325 eine Dicke 441 auf, die größer als die Dicke 431 des Mittenabschnitts 430 ist. Der Randabschnitt 440 ist dabei auf der Vorderseite 421 (also entgegen der Strahlrichtung 325) über den Mittenabschnitt 430 der Targetschicht 420 erhaben.
  • Dicke 441 und Durchmesser 442 des Randabschnitts 440 der Targetschicht 420, der Durchmesser 432 des Mittenabschnitts 430 der Targetschicht 420 und die Position des Fensters 350 sind derart aufeinander abgestimmt, dass in Abstrahlrichtung 335 vom Mittenabschnitt 430 der Targetschicht 420 der Anode 400 abgestrahlte Röntgenstrahlung 330 auf ihrem Weg zu dem Fenster 350 einen als Filterbereich 450 dienenden Teil des Randabschnitts 440 der Targetschicht 420 durchdringt. Die Röntgenstrahlung 330 durchdringt den Filterbereich 450 des Randabschnitts 440 dabei im Mittel auf einer Durchdringlänge 455, die beispielsweise zwischen 10 µm und 100 µm betragen kann. Während des Durchdringens des Filterbereichs 450 wird die Röntgenstrahlung 330 gefiltert, so dass sich ihre Monochromatizität erhöht, wie dies anhand der Figuren 1 und 2 erläutert wurde.
  • Die Vorrichtung 300 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung umfasst ferner einen Kollektor 340, der in Strahlrichtung 325 hinter der Anode 400 angeordnet ist. Der Kollektor 340 dient dazu, Elektronen des Elektronstrahls 320, die die Anode 400 durchdrungen haben, aufzusammeln. Die durch den Kollektor 340 aufgesammelten Elektronen können in einem Stromkreis zurückgeführt werden, wodurch sich eine Energieeffizienz der Vorrichtung 300 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung verbessert.
  • Figur 4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der Targetschicht 420 der Anode 400 der Vorrichtung 300 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung der Fig. 3. Erkennbar ist, dass der Randabschnitt 440 ringförmig um den Mittenabschnitt 430 der Targetschicht 420 angeordnet ist. Diese Ausbildung der Targetschicht 420 hat den Vorteil, dass die Anode 400 in der Vorrichtung 300 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung um eine zum Elektronenstrahl 320 parallele Drehachse gedreht werden kann. Dies führt während eines Betriebs der Vorrichtung 300 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung zu einer gleichmäßigeren Erwärmung und Abnutzung der Targetschicht 420 der Anode 400. Auf die Drehung der Anode 400 kann allerdings auch verzichtet werden.
  • Figur 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Targetschicht 1420 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Targetschicht 1420 der Figur 5 kann die Targetschicht 420 der Anode 400 der Vorrichtung 300 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung der Figur 3 ersetzen. Die Targetschicht 1420 umfasst wiederum einen Mittenabschnitt 1430 und einen Randabschnitt 1440. Die Targetschicht 1420 weist eine Vorderseite 1421 und eine Rückseite 1422 auf. Die Targetschicht 1420 ist dazu vorgesehen, derart durch den Halter 410 der Anode 400 gehalten zu werden, dass der durch die Kathode 310 erzeugte Elektronenstrahl 320 auf die Vorderseite 1421 des Mittenabschnitts 1430 trifft.
  • Im Unterschied zum Randabschnitt 440 der Targetschicht 420 ist der Randabschnitt 1440 der Targetschicht 1420 der Figur 5 nicht ringförmig um den gesamten Mittenabschnitt 1430 der Targetschicht 1420 herum angeordnet. Vielmehr weist der Randabschnitt 1440 die Form eines Kreisringsektors auf, der lediglich in einem begrenzten Winkelbereich seitlich neben dem Mittenabschnitt 1430 der Targetschicht 1420 angeordnet ist. Der Randabschnitt 1440 ist dabei derart neben dem Mittenabschnitt 1430 der Targetschicht 1420 angeordnet, dass im Mittenabschnitt 1430 der Targetschicht 1420 erzeugte Röntgenstrahlung 330 in Abstrahlrichtung 335 den Randabschnitt 1440 der Targetschicht 1420 durchdringt. Bei Verwendung der Targetschicht 1420 in der Anode 400 der Vorrichtung 300 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung wird die Anode 400 nicht gedreht.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der, der ausschließlich durch die Ansprüche bestimmt wird, zu verlassen.

Claims (11)

  1. Vorrichtung (300) zur Erzeugung von Röntgenstrahlung (330)mit einer Kathode (310) zum Aussenden eines Elektronenstrahls (320) und einer Anode (400) zur Erzeugung von Röntgenstrahlung (330),
    wobei die Anode (400) so angeordnet ist, dass ein von der Kathode (310) ausgesandter Elektronenstrahl (320) auf den Mittenabschnitt (430, 1430) der Targetschicht (420, 1420) trifft,
    wobei die Anode (400) mit einem Halter (410) und einer durch den Halter (410) gehaltenen Targetschicht (420, 1420) versehen ist, wobei die Targetschicht (420, 1420) einen Mittenabschnitt (430, 1430) und einen Randabschnitt (440, 1440) umfasst,
    wobei der Randabschnitt (440, 1440) in Bezug auf die Richtung (325) des Elektronenstrahls (320) seitlich neben dem Mittenabschnitt (430, 1430) angeordnet ist, wobei der Randabschnitt (440, 1440) in Richtung (325) des Elektronenstrahls (320) eine größere Dicke aufweist als der Mittenabschnitt (430, 1430),
    wobei der Randabschnitt (440, 1440) in eine der Richtung (325) des Elektronenstrahls (320) entgegengesetzte Richtung über den Mittenabschnitt (430, 1430) erhaben ist, so dass im Mittenabschnitt (430, 1430) der Targetschicht (420, 1420) erzeugte Röntgenstrahlung (330) entgegen der Strahlrichtung (325) des Elektronenstrahls (320) abgestrahlt wird und dabei einen Teil des Randabschnitts (440, 1440) der Targetschicht (420, 1420) der Anode (400) durchläuft,
    wobei eine im Mittenabschnitt (430, 1430) der Targetschicht (420, 1420) der Anode (400) erzeugte Röntgenstrahlung (330) durch den Randabschnitt (440, 1440) der Targetschicht (420, 1420) der Anode (400) derart gefiltert wird, dass sich eine Monochromatizität der Röntgenstrahlung (330) erhöht,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorrichtung (300) einen Kollektor (340) aufweist, der dazu vorgesehen ist, Elektronen des Elektronenstrahls (320), die die Anode (400) durchdrungen haben, aufzufangen.
  2. Vorrichtung (300) gemäß Anspruch 1,
    wobei die Anode (400) so angeordnet ist, dass ein von der Kathode (310) ausgesandter Elektronenstrahl (320) senkrecht auf den Mittenabschnitt (430, 1430) der Targetschicht (420, 1420) trifft.
  3. Vorrichtung (300) gemäß Anspruch 1 oder 2,
    wobei der Randabschnitt (440) der Anode (400) ringförmig um den Mittenabschnitt (430) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Targetschicht (420, 1420) der Anode (400) materialeinheitlich ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Targetschicht (420, 1420) der Anode (400) ein Material mit einer Ordnungszahl zwischen 42 und 74 aufweist.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5,
    wobei die Targetschicht (420, 1420) der Anode (400) Wolfram aufweist.
  7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Mittenabschnitt (430, 1430) der Anode (400) eine Dicke (431) zwischen 50 nm und 10 µm aufweist.
  8. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Mittenabschnitt (430, 1430) der Anode (400) einen Durchmesser (432) zwischen 1 mm und 20 mm aufweist.
  9. Vorrichtung (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Vorrichtung (300) ein Fenster (350) zum Ausleiten von in der Targetschicht (420, 1420) erzeugter Röntgenstrahlung (330) aufweist,
    wobei das Fenster (350) so angeordnet ist, dass im Mittenabschnitt (430, 1430) der Targetschicht (420, 1420) erzeugte und durch das Fenster (350) ausgeleitete Röntgenstrahlung (330) zuvor den Randabschnitt (440, 1440) der Targetschicht (420, 1420) durchdringt
  10. Vorrichtung (300) gemäß Anspruch 9,
    wobei das Fenster (350) so angeordnet ist, dass ausgeleitete Röntgenstrahlung (330) den Randabschnitt (440, 1440) der Targetschicht (420, 1420) im Mittel auf einer Länge (455) zwischen 10 µm und 100 µm durchdringt.
  11. Vorrichtung (300) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10,
    wobei das Fenster (350) so angeordnet ist, dass bezüglich der Richtung (325) des Elektronenstrahls (320) rückwärts gerichtete Röntgenstrahlung (330) durch das Fenster (350) ausgeleitet werden kann.
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