RU2709183C1 - X-ray source with liquid metal target and method of radiation generation - Google Patents

X-ray source with liquid metal target and method of radiation generation Download PDF

Info

Publication number
RU2709183C1
RU2709183C1 RU2019113053A RU2019113053A RU2709183C1 RU 2709183 C1 RU2709183 C1 RU 2709183C1 RU 2019113053 A RU2019113053 A RU 2019113053A RU 2019113053 A RU2019113053 A RU 2019113053A RU 2709183 C1 RU2709183 C1 RU 2709183C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
liquid metal
metal target
ray
rotation
Prior art date
Application number
RU2019113053A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Борисович Христофоров
Александр Юрьевич Виноходов
Владимир Витальевич Иванов
Константин Николаевич Кошелев
Михаил Сергеевич Кривокорытов
Александр Андреевич Лаш
Вячеслав Валерьевич Медведев
Юрий Викторович Сидельников
Олег Феликсович Якушев
Денис Глушков
Самир Еллви
Владимир Михайлович Кривцун
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Эуф Лабс"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Эуф Лабс" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Эуф Лабс"
Priority to RU2019113053A priority Critical patent/RU2709183C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2709183C1 publication Critical patent/RU2709183C1/en
Priority to CN202080031572.XA priority patent/CN113728410A/en
Priority to KR1020217034376A priority patent/KR102428199B1/en
Priority to US17/604,922 priority patent/US11869742B2/en
Priority to EP20795825.7A priority patent/EP3926656B1/en
Priority to PCT/RU2020/050083 priority patent/WO2020218952A1/en
Priority to IL286753A priority patent/IL286753A/en
Priority to JP2021562318A priority patent/JP2022522541A/en
Priority to IL286753D priority patent/IL286753B/en
Priority to JP2022001456U priority patent/JP3238566U/en
Priority to US18/519,456 priority patent/US20240121878A1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to the field of X-ray equipment, in particular, to high-brightness x-ray sources with a liquid metal target. Liquid metal target (6) is a layer of molten metal formed by centrifugal force on surface (8) of annular chute (9) of rotating anode assembly (10), which faces surface axis (7). Method of generating X-rays involves electron bombardment of liquid metal target (6), material of which relates to group Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn and their alloys, and output of X-ray beam through outlet opening (2) of vacuum chamber (1). Preferably, the rotating anode assembly is cooled by the flow of liquid heat carrier (20), the size of focal spot (4) on the target is less than 50 mcm, and the linear speed of target (6) is more than 80 m/s. In versions of the invention, outlet opening (2) is protected against contaminants using a replaceable membrane made from carbon nanotubes.
EFFECT: simplification of system for formation of liquid metal target, optimization of target material, increase of its speed, elimination of contamination of outlet window, increase in brightness, service life and ease of operation of X-ray source.
13 cl, 2 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к источникам рентгеновского излучения высокой мощности и яркости. Область применения включает в себя рентгеновскую метрологию, микроскопию, рентгеновскую диагностику материалов, биомедицинскую и медицинскую диагностику. The invention relates to x-ray sources of high power and brightness. The scope includes x-ray metrology, microscopy, x-ray diagnostics of materials, biomedical and medical diagnostics.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Рентгеновские источники высокой интенсивности применяются в таких областях, как микроскопия, материаловедение, биомедицинская и медицинская диагностика, испытание материалов, анализ кристаллов и наноструктур, атомная физика, и служат основой аналитической базы современного высокотехнологичного производства и одним из основных инструментов при разработке новых материалов и изделий на их основе.High-intensity x-ray sources are used in such fields as microscopy, materials science, biomedical and medical diagnostics, material testing, analysis of crystals and nanostructures, atomic physics, and serve as the basis of the analytical base of modern high-tech production and one of the main tools in the development of new materials and products on their basis.

Для реализации методов рентгеновской диагностики требуются компактные источники рентгеновского излучения высокой яркости, характеризующиеся надежностью и большим временем жизни. To implement the methods of x-ray diagnostics, compact sources of x-ray radiation of high brightness, characterized by reliability and a long life, are required.

В соответствии с одним из подходов, известном из патента US 6185277, опубл. 06.02.2001, способ генерации рентгеновского излучения включает в себя электронную бомбардировку жидкометаллической мишени через тонкое окно замкнутого контура, по которому циркулирует жидкий металл. In accordance with one approach known from US Pat. No. 6,185,277, publ. 02/06/2001, a method for generating x-ray radiation involves electron bombardment of a liquid metal target through a thin closed-loop window through which liquid metal circulates.

Способ и устройство позволяют обеспечить отсутствие загрязнений вакуумной камеры при турбулентном течении мишени в области тонкого окна замкнутого контура. Также реализуется возможность использовать жидкие металлы, не ограничиваясь теми из них, которые имеют низкое давление насыщенных паров, что позволяет оптимизировать материал мишени для повышения выхода рентгеновского излучения, David B, et al. (2004) Liquid-metal anode x-ray tube SPIE 5196, 432-443, in: Laser-Generated and Other Laboratory X-Ray and EUV Sources, Optics, and Applications; (G Kyrala, et al; Eds.) The method and device can ensure the absence of contamination of the vacuum chamber during turbulent flow of the target in the region of a thin window of a closed loop. It is also possible to use liquid metals, not limited to those that have a low saturated vapor pressure, which allows optimization of the target material to increase the yield of x-ray radiation, David B, et al. (2004) Liquid-metal anode x-ray tube SPIE 5196, 432-443, in: Laser-Generated and Other Laboratory X-Ray and EUV Sources, Optics, and Applications; (G Kyrala, et al; Eds.)

Однако, несмотря на несомненные преимущества систем с жидкометаллической анодной мишенью, система циркуляции с МГД- насосной системой, обеспечивающей напор более 50 атм и максимальную скорость мишени 40 м/с, а также тонкое, толщиной несколько микрон, предпочтительно алмазное окно замкнутого контура, усложняют устройство. Кроме этого, наличие окна, через которое осуществляется электронная бомбардировка, подверженного механическим, тепловым и радиационным нагрузкам, ограничивает применение высоких плотностей потока энергии электронного пучка на мишени и достижение высокой яркости источника рентгеновского излучения.However, despite the undoubted advantages of systems with a liquid metal anode target, a circulation system with an MHD pump system that provides a pressure of more than 50 atm and a maximum target speed of 40 m / s, as well as a thin, several microns thick, preferably a closed-loop diamond window, complicate the device . In addition, the presence of a window through which electron bombardment is carried out, subject to mechanical, thermal and radiation loads, limits the use of high electron beam energy flux densities on the target and the achievement of a high brightness of the x-ray source.

В значительной степени этого недостатка лишены известные из патентной заявки US 20020015473, опубл. 07.02.2002, способ и устройство для генерации рентгеновского излучения использованием жидкометаллической анодной мишени в виде струи.To a large extent this disadvantage is deprived of those known from patent application US 20020015473, publ. 02/07/2002, a method and apparatus for generating x-ray radiation using a liquid metal anode target in the form of a jet.

Источники этого типа характеризуются компактностью и высокой стабильностью рентгеновского излучения. Благодаря большой площади контакта жидкого металла с охлаждающей поверхностью теплообменного устройства, достигается быстрое снижение температуры мишени. Таким образом, удается получить высокую плотность потока энергии электронного пучка на мишени и обеспечить очень высокую спектральную яркость источника рентгеновского излучения. Так, рентгеновские источники с жидкометаллической струйной мишенью имеют яркость примерно на порядок величины более высокую, чем современные рентгеновские источники с твердым вращающимся анодом и использованием жидкого металла в качестве гидродинамического подшипника и для теплопередачи, известные, например, из патента US 7697665, опубл. 13.04.2010.Sources of this type are characterized by compactness and high stability of x-ray radiation. Due to the large contact area of the liquid metal with the cooling surface of the heat exchanger, a rapid decrease in the target temperature is achieved. Thus, it is possible to obtain a high energy flux density of the electron beam on the target and to provide a very high spectral brightness of the x-ray source. Thus, x-ray sources with a liquid metal jet target have a brightness approximately an order of magnitude higher than modern x-ray sources with a solid rotating anode and the use of liquid metal as a hydrodynamic bearing and for heat transfer, known, for example, from patent US 7697665, publ. 04/13/2010.

Однако система циркуляции струйной жидкометаллической мишени, включающая газонапорную часть и высоконапорную насосную систему для перекачки жидкого металла, достаточно сложна. Кроме этого, для указанных источников излучения характерна проблема загрязнения выходного окна. Основными источниками загрязнений являются сопло и улавливатель жидкометаллической струи, из области которых распространяется туман из микрокапель материала мишени. В результате, как правило, мощность источника излучения уменьшается тем быстрее, чем больше мощность пучка энергии.However, the circulation system of a jet liquid metal target, including a gas pressure part and a high pressure pump system for pumping liquid metal, is quite complicated. In addition, the indicated source of radiation is characterized by the problem of contamination of the output window. The main sources of contamination are the nozzle and trap of the liquid metal jet, from the area of which fog spreads from microdrops of the target material. As a result, as a rule, the power of the radiation source decreases the faster, the greater the power of the energy beam.

Частично этого недостатка лишен высокояркостный источник рентгеновского излучения, известный из патента US 8681943, опубл. 25.03.2014, в котором пучок рентгеновского излучения, создаваемого в результате электронной бомбардировки струйной жидкометаллической мишени (предпочтительно жидкий металл с низкой температурой плавления, такой как индий, олово, галлий, свинец или висмут или их сплав), покидает вакуумную камеру через выходное окно (предпочтительно из бериллиевой фольги), снабженное защитным пленочным элементом с системой его испарительной очистки. Part of this drawback is deprived of a high-brightness source of x-rays, known from patent US 8681943, publ. 03/25/2014, in which an X-ray beam generated by electron bombardment of an inkjet liquid metal target (preferably a liquid metal with a low melting point, such as indium, tin, gallium, lead or bismuth or an alloy thereof) leaves the vacuum chamber through the exit window ( preferably from beryllium foil), equipped with a protective film element with a system for its evaporative cleaning.

Это решение позволяет увеличить интервалы между сервисным обслуживанием источника рентгеновского излучения для смены выходного окна.This solution allows you to increase the intervals between servicing the x-ray source to change the output window.

Однако требуемые для испарительной очистки температуры высоки, например, составляя около 1000°С и более, для испарения Ga и In, что значительно усложняет устройство. However, the temperatures required for evaporative cleaning are high, for example, at about 1000 ° C or more, for the evaporation of Ga and In, which greatly complicates the device.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Техническая проблема, которая должна быть решена с помощью изобретения, относится к созданию источников рентгеновского излучения высокой яркости с глубоким подавлением потока загрязняющих частиц на пути прохождения пучка рентгеновского излучения для улучшения их эксплуатационных характеристик. The technical problem that must be solved with the help of the invention relates to the creation of high-brightness x-ray sources with deep suppression of the flow of polluting particles along the path of the x-ray beam to improve their operational characteristics.

Достижение этих целей возможно с помощью источника рентгеновского излучения, содержащего вакуумную камеру с выходным окном для выхода пучка рентгеновского излучения, генерируемого в фокусном пятне электронного пучка на жидкометаллической мишени.Achieving these goals is possible with the help of an x-ray source containing a vacuum chamber with an exit window for the exit of the x-ray beam generated in the focal spot of the electron beam on the liquid metal target.

Устройство характеризуется тем, что мишень представляет собой слой расплавленного металла, образованный центробежной силой на обращенной к оси вращения поверхности кольцевого желоба вращающегося анодного узла электронной пушки.The device is characterized in that the target is a layer of molten metal formed by centrifugal force on the surface of the annular groove of the rotating anode assembly of the electron gun facing the axis of rotation.

В варианте осуществления изобретения анодный узел представляет собой диск с периферийной частью в виде кольцевого барьера, на внутренней поверхности которого, обращенной к оси вращения, имеется кольцевой желоб с профилем поверхности, предотвращающим выброс материала жидкометаллической мишени в радиальном направлении и в обоих направлениях вдоль оси вращения.In an embodiment of the invention, the anode assembly is a disk with a peripheral part in the form of an annular barrier, on the inner surface of which, facing the axis of rotation, there is an annular groove with a surface profile that prevents the ejection of the material of the liquid metal target in the radial direction and in both directions along the axis of rotation.

Предпочтительно размер фокусного пятна пучка электронов на жидкометаллической мишени составляет менее 50 мкм.Preferably, the focal spot size of the electron beam on the liquid metal target is less than 50 μm.

Предпочтительно линейная скорость жидкометаллической мишени составляет не менее 80 м/с.Preferably, the linear velocity of the liquid metal target is at least 80 m / s.

Предпочтительно вращающийся анодный узел снабжен системой охлаждения с протоком жидкого теплоносителя.Preferably, the rotating anode assembly is provided with a cooling system with a flow of liquid coolant.

В варианте осуществления изобретения в вакуумной камере на пути выхода пучка рентгеновского излучения установлена мембрана из углеродных нанотрубок (УНТ-мембрана)In an embodiment of the invention, a membrane of carbon nanotubes (CNT membrane) is installed in a vacuum chamber on the way of the x-ray beam exit

В варианте реализации изобретения введен узел замены УНТ- мембраны, не требующей разгерметизации вакуумной камеры.In an embodiment of the invention, a CNT-membrane replacement unit is introduced that does not require depressurization of the vacuum chamber.

В другом аспекте изобретение относится к способу генерации рентгеновского излучения, включающему электронную бомбардировку жидкометаллической мишени, и вывод пучка рентгеновского излучения, генерируемого в фокусном пятне электронного пучка на жидкометаллической мишени, через выходное окно вакуумной камеры.In another aspect, the invention relates to a method for generating x-ray radiation, including electron bombardment of a liquid metal target, and outputting an x-ray beam generated in the focal spot of the electron beam on the liquid metal target through the exit window of the vacuum chamber.

Способ генерации рентгеновского излучения характеризуется тем, что жидкометаллическую мишень формируют в виде слоя расплавленного металла, относящегося к группе Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi и их сплавы, на обращенной к оси вращения поверхности кольцевого желоба вращающегося анодного узла.The X-ray generation method is characterized in that the liquid metal target is formed in the form of a layer of molten metal belonging to the group Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi and their alloys, on the surface of the annular groove of the rotating anode assembly facing the axis of rotation.

В вариантах реализации изобретения производят электронную бомбардировку жидкометаллической мишени с размером фокусного пятна менее 50 мкм.In embodiments of the invention, electronic bombardment of a liquid metal target with a focal spot size of less than 50 microns is performed.

Предпочтительно обеспечивают линейную скорость мишени более 80 м/с.Preferably, a linear target velocity of greater than 80 m / s is provided.

Предпочтительно вращающийся анодный узел охлаждают протоком жидкого теплоносителя.Preferably, the rotating anode assembly is cooled by a flow of heat transfer fluid.

В вариантах реализации изобретения в случаях замедления или остановки вращения предварительно прекращают электронную бомбардировку жидкометаллической мишени и охлаждают ее до твердого состояния.In embodiments of the invention, in cases of slowing or stopping rotation, the electronic bombardment of the liquid metal target is first stopped and it is cooled to a solid state.

В вариантах реализации изобретения обеспечивают защиту выходного окна от загрязнений с помощью установленной перед ним УНТ- мембраны и периодически производят замену УНТ мембраны.In embodiments of the invention, the output window is protected from contamination by means of a CNT membrane installed in front of it, and the CNT membrane is periodically replaced.

Техническим результатом изобретения является упрощение системы формирования жидкометаллической мишени, обеспечение возможностей использования электронных пучков большей мощности за счет повышения скорости мишени в фокусном пятне, оптимизации материала мишени, устранение загрязнений выходного окна, реализация на этой основе возможностей повышения яркости, срока службы и удобства эксплуатации источников рентгеновского излучения.The technical result of the invention is to simplify the system for the formation of a liquid metal target, providing the possibility of using electron beams of greater power by increasing the speed of the target in the focal spot, optimizing the target material, eliminating the contamination of the output window, realizing on this basis the possibilities of increasing the brightness, life and ease of use of X-ray sources radiation.

Вышеупомянутые и другие цели, преимущества и особенности настоящего изобретения станут более очевидными из следующего неограничивающего описания вариантов его осуществления, приведенных в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.The above and other objects, advantages, and features of the present invention will become more apparent from the following non-limiting description of embodiments thereof, given by way of example with reference to the accompanying drawings.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:The invention is illustrated by drawings, in which:

Фиг. 1, 2 - схемы источника рентгеновского излучения высокой яркости в соответствии с настоящим изобретением,FIG. 1, 2 are diagrams of a high brightness x-ray source in accordance with the present invention,

На чертежах совпадающие элементы устройства имеют одинаковые ссылочные номера.In the drawings, matching device elements have the same reference numbers.

Эти чертежи не охватывают и, кроме того, не ограничивают весь объем вариантов реализации данного технического решения, а представляют собой только иллюстративные материалы частных случаев его реализации.These drawings do not cover and, in addition, do not limit the entire scope of options for implementing this technical solution, but represent only illustrative materials of particular cases of its implementation.

Варианты ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ MODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION

На Фиг. 1 схематично представлен источник рентгеновского излучения с жидкометаллической мишенью в варианте реализации настоящего изобретения. Источник рентгеновского излучения содержит вакуумную камеру 1 с выходным окном 2 для выхода пучка рентгеновского излучения 3, генерируемого в фокусном пятне 4 электронного пучка 5 на мишени 6 в результате ее электронной бомбардировки. In FIG. 1 schematically shows an X-ray source with a liquid metal target in an embodiment of the present invention. The x-ray source contains a vacuum chamber 1 with an exit window 2 for the exit of the x-ray beam 3 generated in the focal spot 4 of the electron beam 5 on the target 6 as a result of its electron bombardment.

Вакуумная камера 1 может быть снабжена системой вакуумной откачки, либо быть отпаяной.The vacuum chamber 1 can be equipped with a vacuum pumping system, or be soldered.

Герметичное выходное окно 2 предпочтительно состоит из тонкой мембраны. Требования к материалу выходного окна включают высокую прозрачность для рентгеновских лучей, то есть низкий атомный номер, и достаточную механическую прочность, чтобы отделить вакуум от давления окружающей среды. Бериллий широко используется в таких окнах.The sealed exit window 2 preferably consists of a thin membrane. The material requirements of the exit window include high transparency for x-rays, i.e. a low atomic number, and sufficient mechanical strength to separate the vacuum from the ambient pressure. Beryllium is widely used in such windows.

Источник рентгеновского излучения, характеризуется тем, что мишень 6 представляет собой слой расплавленного металла, образованный центробежной силой на обращенной к оси вращения 7 поверхности 8 кольцевого желоба 9 вращающегося анодного узла 10 электронной пушки. Электронная пушка наряду с вращающимся анодным узлом 10, также включает в себя катодный модуль 11 и блок питания 12.The x-ray source, characterized in that the target 6 is a layer of molten metal formed by centrifugal force on the surface 8 of the annular groove 9 of the rotating anode assembly 10 of the electron gun facing the axis of rotation 7. The electron gun along with the rotating anode assembly 10 also includes a cathode module 11 and a power supply 12.

Вращение анодного узла 10, закрепленного на валу 13 со стабилизированной осью вращения 7 производят с помощью электродвигателя, либо другого привода. The rotation of the anode assembly 10, mounted on the shaft 13 with a stabilized axis of rotation 7 is produced using an electric motor or other drive.

При достаточно большой центробежной силе поверхность жидкометаллической мишени 6 параллельна оси вращения 7, Фиг. 1. With a sufficiently large centrifugal force, the surface of the liquid-metal target 6 is parallel to the axis of rotation 7, FIG. 1.

Для формирования мишени 6 вращающийся анодный узел 10 предпочтительно выполнен в виде диска, имеющего периферийную часть в виде кольцевого барьера 14 или бортика. На внутренней поверхности кольцевого барьера 14, обращенной к оси вращения 7, имеется кольцевой желоб 9 или углубление. Кольцевой желоб 9 выполнен с функцией предотвращения выброса материала мишени 6 в радиальном направлении и в обоих направлениях вдоль оси вращения 7. Поверхность желоба может быть образована цилиндрической поверхностью 8, обращенной к оси вращения 7, и двумя радиальными поверхностями, как показано на Фиг. 1, не ограничиваясь только этим вариантом. To form the target 6, the rotating anode assembly 10 is preferably made in the form of a disk having a peripheral part in the form of an annular barrier 14 or a side. On the inner surface of the annular barrier 14 facing the axis of rotation 7, there is an annular groove 9 or a recess. The annular groove 9 is configured to prevent the ejection of the material of the target 6 in the radial direction and in both directions along the axis of rotation 7. The surface of the groove can be formed by a cylindrical surface 8 facing the axis of rotation 7 and two radial surfaces, as shown in FIG. 1, not limited to this option only.

В соответствии с изобретением поверхность жидкометаллической мишени 6 является круглоцилиндрической. При этом объем материала жидкометаллической мишени 6 не больше объема кольцевого желоба 9, Фиг. 1.According to the invention, the surface of the liquid metal target 6 is circular cylindrical. In this case, the volume of material of the liquid metal target 6 is not greater than the volume of the annular groove 9, FIG. 1.

Привод вращения может быть выполнен в виде электродвигателя с размещенным в вакуумной камере 1 цилиндрическим ротором 15 с валом вращения13 и статором 16, расположенным снаружи вакуумной камеры 1.The rotation drive can be made in the form of an electric motor with a cylindrical rotor 15 located in the vacuum chamber 1 with a rotation shaft 13 and a stator 16 located outside the vacuum chamber 1.

В других вариантах реализации изобретения привод вращения может быть в виде магнитной муфты с наружной ведущей полумуфтой и ведомой внутренней полумуфтой. In other embodiments of the invention, the rotation drive may be in the form of a magnetic coupling with an external drive coupling half and a driven inner coupling coupling.

Для увеличения магнитного сцепления часть стенки вакуумной камеры между внутренней и наружной частями 15, 16 привода вращения должна быть достаточно тонкой, а ее материал должен иметь большое электрическое сопротивление и минимальную магнитную проницаемость. Этим материалом может быть диэлектрик или нержавеющая сталь. В последнем случае толщина стенки может быть около 0,5 мм.To increase magnetic adhesion, a part of the wall of the vacuum chamber between the inner and outer parts 15, 16 of the rotation drive must be thin enough, and its material must have high electrical resistance and minimal magnetic permeability. This material may be dielectric or stainless steel. In the latter case, the wall thickness may be about 0.5 mm.

В частном варианте реализации изобретения, Фиг. 1, вращающийся анодный узел 10 с ротором 15 поддерживается с помощью жидко- металлического гидродинамического подшипника, который включает в себя неподвижный вал 17 и слой жидкого металла 18, например, галлия или его сплава, такого, например, как галлий-индий-олово (GaInSn), характеризующегося малой вязкостью и низкой температурой плавления. In a particular embodiment of the invention, FIG. 1, the rotating anode assembly 10 with the rotor 15 is supported by a liquid metal hydrodynamic bearing, which includes a fixed shaft 17 and a layer of liquid metal 18, for example, gallium or its alloy, such as gallium indium tin (GaInSn ), characterized by low viscosity and low melting point.

Ротор 15 имеет кольцевой скользящий уплотнитель 19, окружающий часть боковой поверхности неподвижного вала 17 с зазором между ними. Зазор между скользящим уплотнителем 19 и неподвижным валом 17 имеет величину, которая обеспечивает вращение вала 13 с ротором 15 без утечки жидкого металла 18. Для этого ширина зазора составляет 500 мкм или менее. Скользящий уплотнитель 19 на Фиг. 1 имеет несколько кольцевых канавок, в которых аккумулируется жидкий металл 18. Таким образом, скользящий уплотнитель 19 функционирует как лабиринтное уплотнительное кольцо.The rotor 15 has an annular sliding seal 19 surrounding a portion of the side surface of the fixed shaft 17 with a gap between them. The gap between the sliding seal 19 and the fixed shaft 17 has a value that allows the shaft 13 to rotate with the rotor 15 without leakage of the molten metal 18. For this, the gap width is 500 μm or less. The sliding seal 19 in FIG. 1 has several annular grooves in which liquid metal 18 is accumulated. Thus, the sliding seal 19 functions as a labyrinth sealing ring.

Гидродинамический подшипник с жидким металлом может выдерживать очень высокие температуры, не загрязняя вакуум. Большая поверхность контакта подшипника и жидкометаллическая смазка обеспечивают высокоэффективный отвода тепла от вращающегося анодного узла 10 посредством жидкого теплоносителя 20, например воды, либо теплоносителя с более высокой температурой кипения. Для жидкого теплоносителя 20, циркулирующего через теплообменник системы охлаждения (не показан), в неподвижном вале 17 имеются входной 21 и выходной 22 каналы, направление потока теплоносителя 20 в которых изображено стрелками на Фиг. 1. A liquid metal hydrodynamic bearing can withstand very high temperatures without polluting the vacuum. The large contact surface of the bearing and the liquid metal lubricant provide highly efficient heat removal from the rotating anode assembly 10 by means of a liquid heat carrier 20, for example water, or a heat carrier with a higher boiling point. For the liquid coolant 20 circulating through a heat exchanger of a cooling system (not shown), in a fixed shaft 17 there are inlet 21 and outlet 22 channels, the flow direction of the coolant 20 in which is shown by arrows in FIG. 1.

В соответствии с этим, в предпочтительных вариантах реализации изобретения вращающийся анодный узел 10 снабжен системой охлаждения с протоком жидкого теплоносителя 20.Accordingly, in preferred embodiments of the invention, the rotating anode assembly 10 is provided with a cooling system with a flow of liquid coolant 20.

В варианте осуществления, представленном на Фиг. 1, слой жидкого металла 18 служит в качестве скользящего электрического контакта между вращающимся анодным узлом 10 и блоком питания 12 электронной пушки, а также для передачи тепла от вращающейся мишени 6 к жидкому теплоносителю 20.In the embodiment of FIG. 1, the liquid metal layer 18 serves as a sliding electrical contact between the rotating anode assembly 10 and the power supply unit 12 of the electron gun, as well as for transferring heat from the rotating target 6 to the liquid coolant 20.

В других вариантах реализации изобретения жидкий теплоноситель 20 может подаваться непосредственно во вращающийся анодный узел 10. Для герметизации вращающихся частей могут использоваться магнитожидкостные уплотнения и/или скользящие манжеты. Для опоры вращающегося анодного узла могут использоваться различные виды подшипников качения.In other embodiments, the heat transfer fluid 20 may be supplied directly to the rotating anode assembly 10. Magneto-liquid seals and / or sliding cuffs may be used to seal the rotating parts. Various types of rolling bearings can be used to support the rotating anode assembly.

Источнику рентгеновского излучения с жидкометаллической мишенью, выполненному в соответствии с настоящим изобретением, присущи достоинства современных рентгеновских трубок циклического действия для томографии. Последним, как известно из Wikipedia: X-ray tube, присущи высокая, до 100 кВт, рабочая мощность, достигнутая при теплоемкости вращающегося анода около 5 МДж при эффективной площади фокусного пятна менее 1 мм2. An X-ray source with a liquid metal target made in accordance with the present invention has the advantages of modern cyclic tomography X-ray tubes. The latter, as is known from Wikipedia: X-ray tube, is characterized by a high, up to 100 kW, operating power achieved with a heat capacity of the rotating anode of about 5 MJ with an effective focal spot area of less than 1 mm 2 .

Кроме этого, источнику рентгеновского излучения, выполненному в соответствии с настоящим изобретением, присущи и достоинства рентгеновских источников со струйным жидкометаллическим анодом, позволяющие работать с очень маленьким размером фокусных пятен, поскольку нет ограничений, связанных с расплавлением мишени. В соответствии с этим, в предпочтительных вариантах изобретения высокояркостный источник рентгеновского излучения является микрофокусным. В этих вариантах осуществления изобретения с помощью системы электростатических и/или магнитных линз, расположенных в катодном модуле 11, формируется пучок электронов 5 с фокусным пятном 4 на жидкометаллической мишени 6 размером от 50 до 5 мкм. В принципе, могут быть получены фокусные пятна размером менее 1 мкм. In addition, the x-ray source, made in accordance with the present invention, is inherent and the advantages of x-ray sources with a liquid-metal anode anode, allowing you to work with a very small size of the focal spots, since there are no restrictions associated with the melting of the target. Accordingly, in preferred embodiments of the invention, the high-brightness X-ray source is microfocus. In these embodiments, an electron beam 5 with a focal spot 4 on a liquid metal target 6 ranging in size from 50 to 5 microns is formed using an electrostatic and / or magnetic lens system located in the cathode module 11. In principle, focal spots smaller than 1 μm can be obtained.

Материал мишени предпочтительно относится к группе нетоксичных легкоплавких металлов, включающей себя Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn и их сплавы. Предпочтительными являются металлы и их сплавы с низким давлением паров, например, Ga и Sn и их сплавы. The target material preferably belongs to the group of non-toxic low-melting metals, including Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn and their alloys. Preferred are metals and their alloys with low vapor pressure, for example, Ga and Sn and their alloys.

Так, материалом мишени 6 может быть сплав Galinstan, содержащий массовые доли 68,5% Ga, 21,5 % In и 10% Sn с температурой плавления и замерзания около -19°C , находящиеся все время эксплуатации в жидком состоянии. Предпочтительным материалом мишени может быть сплав с массовой долей 95%Ga и 5% In, имеющий температуру плавления 25°C и температуру замерзания около 16°C.So, target material 6 may be a Galinstan alloy containing mass fractions of 68.5% Ga, 21.5% In and 10% Sn with a melting and freezing point of about -19 ° C, which are in liquid state all the time of operation. A preferred target material may be an alloy with a mass fraction of 95% Ga and 5% In, having a melting point of 25 ° C and a freezing point of about 16 ° C.

Предпочтительными для эксплуатации, а также для хранения и перевозки источника рентгеновского излучения могут быть материалы мишени, которые являются твердыми в нерабочем состоянии и требуют разогрева, например, самим электронным пучком 5 для перехода в рабочий режим. В качестве таких материалов мишени могут использоваться: сплав Sn/In с температурой плавления 125°С, сплав содержащий 66 % In и 34% Bi, имеющий температуру плавления и замерзания около 72°С, не ограничиваясь только ими.Preferred for operation, as well as for storage and transportation of the x-ray source may be the target materials, which are solid inoperative and require heating, for example, by the electron beam 5 to enter the operating mode. As such target materials can be used: Sn / In alloy with a melting point of 125 ° C, an alloy containing 66% In and 34% Bi, having a melting and freezing point of about 72 ° C, not limited to only them.

Для повышения выхода рентгеновского излучения предпочтительно использование материала мишени с высоким атомным номером, например, сплавов на основе свинца.To increase the yield of x-ray radiation, it is preferable to use a target material with a high atomic number, for example, lead-based alloys.

В целом, предложенная конструкция вращающегося анодного узла определяет широкий диапазон возможностей оптимизации материала мишени.In general, the proposed design of the rotating anode assembly defines a wide range of possibilities for optimizing the target material.

Для перевода материала мишени в расплавленное состояние рентгеновский источник излучения может быть снабжен компактным нагревательным устройством 23, которое может использовать индукционный нагрев. Предпочтительно нагревательное устройство 23 выполнено с возможностью стабилизации температуры материала мишени в заданном оптимальном диапазоне температур. To transfer the target material to the molten state, the x-ray radiation source can be equipped with a compact heating device 23, which can use induction heating. Preferably, the heating device 23 is configured to stabilize the temperature of the target material in a predetermined optimal temperature range.

В вариантах осуществления изобретения линейная скорость мишени составляет не менее 80°м/с, что выше, чем у известных аналогов. Большая скорость мишени дает возможность работы при высоком, киловаттном уровне мощности электронного пучка и обеспечивает более эффективное рассеивание вкладываемой в мишень мощности. In embodiments of the invention, the linear velocity of the target is at least 80 ° m / s, which is higher than that of known analogues. The high speed of the target makes it possible to work at a high, kilowatt power level of the electron beam and provides more efficient dissipation of the power deposited in the target.

Благодаря наличию центробежной силы поверхность вращающейся мишени обладает стабильностью и устойчивостью к возмущениям, вносимым электронным пучком. При достаточно высокой скорости вращения электронный пучок взаимодействует с невозмущенной «свежей» поверхностью мишени, что обеспечивает высокую пространственную и энергетическую стабильность источника рентгеновского излучения. При этом стабильность поверхности мишени тем выше, чем выше скорость жидкометаллической мишени. Due to the presence of centrifugal force, the surface of a rotating target is stable and resistant to perturbations introduced by an electron beam. At a sufficiently high rotation speed, the electron beam interacts with the unperturbed "fresh" surface of the target, which ensures high spatial and energy stability of the x-ray source. Moreover, the stability of the target surface is the higher, the higher the speed of the liquid metal target.

Предложенная конструкция анодного узла позволяет реализовать частоту его вращения, до 200-400 оборотов/с. Это обеспечивает возможность достижения значений линейной скоростей жидкометаллической мишени в фокусном пятне электронного пучка до 100-200 м/с. При этом не требуются системы прокачки высокого давления, применяемые в известных аналогах. Это значительно упрощает устройство источника рентгеновского излучения высокой яркости. The proposed design of the anode assembly allows you to realize the frequency of its rotation, up to 200-400 rpm. This makes it possible to achieve linear velocities of the liquid metal target in the focal spot of the electron beam up to 100-200 m / s. In this case, high-pressure pumping systems used in known analogues are not required. This greatly simplifies the design of a high-brightness x-ray source.

В отличие от рентгеновских источников со струйным жидкометаллическим анодом, в предложенной конструкции уровень генерируемых загрязнений существо снижается, поскольку устраняются такие его интенсивные источники, как сопло и улавливатель жидкометаллической струи, из области которых распространяется туман из микрокапель материала мишени. В результате не требуются сложные системы испарительной очистки выходного окна и его сравнительно частые замены. В результате предложенное изобретение существенно повышает надежность и удобство эксплуатации рентгеновского источника излучения с жидкометаллической мишенью. Реализуется возможность его эксплуатации без дополнительных средств подавления загрязнений.Unlike x-ray sources with a liquid-metal anode jet, the proposed design reduces the level of generated impurities, since its intense sources, such as a nozzle and a liquid-metal jet trap, from which fog from micro-droplets of the target material propagate, are eliminated. As a result, complex systems of evaporative cleaning of the output window and its relatively frequent replacements are not required. As a result, the proposed invention significantly increases the reliability and ease of use of an x-ray radiation source with a liquid metal target. The possibility of its operation without additional means of suppressing pollution is realized.

Тем не менее, во время длительной эксплуатации источника рентгеновского излучения с жидкометаллической мишенью прозрачность выходного окна 2 может снижаться за счет осаждения на его поверхности паров и кластеров материала мишени. В связи с этим, с целью обеспечения максимально большой длительности эксплуатации без сложного сервисного обслуживания для защиты выходного окна 2 в рентгеновской трубке могут дополнительно использоваться средства защиты выходного окна 2 от загрязнений. However, during prolonged use of an x-ray source with a liquid metal target, the transparency of the exit window 2 may decrease due to the deposition of vapors and clusters of the target material on its surface. In this regard, in order to ensure the longest possible duration of operation without complicated maintenance, to protect the output window 2 in the x-ray tube, additional means of protecting the output window 2 from pollution can be additionally used.

На Фиг. 2 схематично показан вариант реализации источника рентгеновского излучения с жидкометаллической мишенью, в вакуумной камере 1 которого на пути выхода пучка рентгеновского излучения 3 установлена мембрана 24 из углеродных нанотрубок (УНТ- мембрана). In FIG. Figure 2 schematically shows an embodiment of an X-ray source with a liquid metal target, in the vacuum chamber 1 of which a membrane 24 made of carbon nanotubes (CNT membrane) is installed on the path of the X-ray beam 3.

На Фиг. 2 ось вращения 7 перпендикулярна плоскости чертежа. Вращающийся анодный узел 10 с жидкометаллической мишенью 6 электрически соединен с блоком питания 12 электронной пушки через скользящий электрический контакт 26, который предпочтительно расположен на валу вращения. Части устройства, которые в этом варианте осуществления являются такими же, как в вышеописанных вариантах осуществления (Фиг. 1), имеют на Фиг. 2 те же номера позиций, и их подробное описание опущено. In FIG. 2, the axis of rotation 7 is perpendicular to the plane of the drawing. The rotating anode assembly 10 with the liquid metal target 6 is electrically connected to the power supply unit 12 of the electron gun via a sliding electrical contact 26, which is preferably located on the shaft of rotation. Parts of the device, which in this embodiment are the same as in the above-described embodiments (FIG. 1), have in FIG. 2 are the same item numbers and their detailed description is omitted.

УНТ- мембрана 24 представляет собой элемент, предпочтительно сменный, в виде закрепленной на раме или в оправе свободно стоящей УНТ- пленки, толщиной примерно от 200 до 20 нм, не ограничиваясь только этим диапазоном, которая мало поглощает рентгеновское излучение и может иметь покрытия и/или наполнитель для увеличения срока службы или придания других свойств. Так, УНТ - мембрана может служить прочный основой, на которую нанесено покрытие, например, металлическая фольга, служащая спектральным фильтром рентгеновского диапазона. The CNT membrane 24 is an element, preferably replaceable, in the form of a free-standing CNT film fixed on the frame or in the frame, with a thickness of about 200 to 20 nm, not limited to this range, which absorbs X-rays a little and may have coatings and / or filler to increase service life or impart other properties. So, a CNT membrane can serve as a solid base on which a coating is applied, for example, a metal foil serving as an X-ray spectral filter.

Как показали исследования, в отличие от большинства материалов покрытий, УНТ– мембрана не смачивается материалом мишени и в значительно меньшей степени адсорбирует его. В связи с этим, УНТ- мембрана может иметь покрытие, но предпочтительно со стороны, находящейся вне области прямой видимости фокусного пятна 4 и меньше подверженной воздействию загрязнений. При этом УНТ - мембрана 24 предпочтительно установлена вплотную к выходному окну 2, обеспечивая полную защиту от загрязнений как выходного окна, так и обращенной к нему стороны УНТ – мембраны 24.As studies have shown, unlike most coating materials, a CNT membrane is not wetted by the target material and adsorb it to a much lesser extent. In this regard, the CNT membrane can be coated, but preferably on the side outside the line of sight of the focal spot 4 and less susceptible to contamination. At the same time, the CNT - membrane 24 is preferably installed close to the exit window 2, providing complete protection against contamination of both the exit window and the side of the CNT - membrane 24 facing it.

Обладающая хорошей электропроводностью УНТ – мембрана 24 предпочтительно заземлена для снятия с нее электростатического заряда, что уменьшает осаждение на нее загрязнений. Having a good electrical conductivity, the CNT - membrane 24 is preferably grounded to remove electrostatic charge from it, which reduces the deposition of contaminants on it.

В вариантах реализации изобретения в рентгеновской трубке 1 установлен компактный узел 25 замены УНТ – мембраны после достижении заданной величины уменьшения ее прозрачности. Предпочтительно узел 25 замены УНТ - мембраны функционирует без разгерметизации вакуумной камеры 1. Узел 25 замены УНТ - мембраны, например, револьверного типа, может приводиться в действие снаружи вакуумной камеры 1, например, с приводом через магнитную муфту, либо через сальник, либо посредством миниатюрного шагового двигателя, установленного в вакуумной камере, не ограничиваясь только этими вариантами.In embodiments of the invention, a compact assembly 25 for replacing the CNT membrane is installed in the x-ray tube 1 after reaching a predetermined value of reducing its transparency. Preferably, the CNT-membrane replacement unit 25 operates without depressurization of the vacuum chamber 1. The CNT-membrane replacement unit 25, for example, of a revolving type, can be driven outside the vacuum chamber 1, for example, driven through a magnetic coupling, either through an oil seal, or through a miniature a stepper motor installed in a vacuum chamber, not limited to only these options.

Способ генерации рентгеновского излучения реализуют следующим образом. Откачивают вакуумную камеру 1 безмасляной насосной системой до давления ниже 10-5-10-8 бар. Осуществляют вращение анодного узла 10, например, с помощью двигателя, состоящего из статора 16 и ротора 15. В вариантах реализации изобретения вращение осуществляют с гидродинамическим подшипником, включающим в себя неподвижный вал 17 и слой жидкого металла 18, Фиг. 1.The method of generating x-ray radiation is implemented as follows. Pump the vacuum chamber 1 with an oil-free pump system to a pressure below 10 -5 -10 -8 bar. Rotate the anode assembly 10, for example, using an engine consisting of a stator 16 and a rotor 15. In embodiments of the invention, the rotation is carried out with a hydrodynamic bearing including a stationary shaft 17 and a layer of molten metal 18, FIG. 1.

Под действием центробежной силы формируют мишень 6 в виде слоя расплавленного металла, относящегося к группе Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn и их сплавы, на обращенной к оси вращения 7 поверхности 8 кольцевого желоба 9 вращающегося анодного узла 10. Under the action of centrifugal force, target 6 is formed in the form of a layer of molten metal belonging to the group Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn and their alloys, on the surface 8 of the annular groove 9 of the rotating anode assembly 10 facing the axis of rotation 7.

При необходимости материал мишени предварительно приводят в расплавленное состоянии с помощью неподвижного нагревательного устройства 23. If necessary, the target material is preliminarily brought into a molten state using a stationary heating device 23.

Включают блок питания 12 электронной пушки и систему охлаждения вращающегося анодного узла с протоком жидкого теплоносителя 20. С помощью блока питания 12 между катодом, размещенным в катодном модуле 11, и вращающимся анодным узлом 10 прикладывают высокое напряжение, обычно между 40 кВ и 160 кВ. Этим потенциалом напряжения ускоряют излучаемые катодом электроны в направлении вращающегося анода 10. The power supply 12 of the electron gun and the cooling system of the rotating anode assembly with the flow of liquid coolant 20 are turned on. Using the power supply 12, a high voltage is applied between the cathode located in the cathode module 11 and the rotating anode assembly 10, typically between 40 kV and 160 kV. This voltage potential accelerates the electrons emitted by the cathode in the direction of the rotating anode 10.

Осуществляют электронную бомбардировку жидкометаллической мишени электронным пучком 5, производимым электронной пушкой. В результате электронной бомбардировки в фокусном пятне 4 на вращающейся жидкометаллической мишени 6 генерируют пучок рентгеновского излучения 3, покидающий вакуумную камеру через выходное окно 2. Carry out electronic bombardment of the liquid metal target by the electron beam 5 produced by the electron gun. As a result of electron bombardment in the focal spot 4, a beam of x-ray radiation 3 is generated on the rotating liquid-metal target 6, leaving the vacuum chamber through the exit window 2.

Для достижения высокой яркости источника рентгеновского излучения производят электронную бомбардировку жидкометаллической мишени микрофокусной электронной пушкой с размером фокусного пятна 4 в диапазоне от 50 до 1 мкм. Для получения малых размеров фокусного пятна в катодном модуле 11 электронной пушки используют фокусирующие приспособления в виде электростатических и/или магнитных и электромагнитных линз.To achieve high brightness of the x-ray source, an electron bombardment of a liquid metal target by a microfocus electron gun with a focal spot size of 4 in the range from 50 to 1 μm is performed. To obtain small sizes of the focal spot in the cathode module 11 of the electron gun using focusing devices in the form of electrostatic and / or magnetic and electromagnetic lenses.

Для уменьшения гидродинамической и термической нагрузки на поверхность мишени в фокусном пятне осуществляют ее вращение с высокой линейной скоростью, более 80 м/с. To reduce the hydrodynamic and thermal load on the target surface in the focal spot, it is rotated with a high linear velocity of more than 80 m / s.

Предпочтительно теплоотвод от вращающегося мишенного узла 10 осуществляют с помощью системы охлаждения с протоком жидкого теплоносителя 20. В частном случае реализации изобретения теплоотвод от вращающегося мишенного узла к жидкому теплоносителю осуществляют через слой жидкого металла 18 гидродинамического подшипника, Фиг. 1.Preferably, the heat sink from the rotating target assembly 10 is carried out by means of a cooling system with a flow of liquid coolant 20. In a particular embodiment of the invention, the heat from the rotating target assembly to the coolant is carried out through a layer of liquid metal 18 of a hydrodynamic bearing, FIG. 1.

В вариантах осуществления изобретения теплоотвод может быть радиационным.In embodiments of the invention, the heat sink may be radiation.

Источник рентгеновского излучения может работать в непрерывном или циклическом режиме. В последнем случае анод после каждого цикла может затормаживаться, что увеличивает срок его службы. The x-ray source can operate in continuous or cyclic mode. In the latter case, the anode after each cycle can slow down, which increases its service life.

В вариантах реализации способа при замедлении или остановке вращения предварительно прекращают электронную бомбардировку мишени и охлаждают мишень до твердого состояния. Это обеспечивает удобство эксплуатации источника рентгеновского излучения, в частности, возможность любой ориентации оси вращения 7 анодного узла 10 и вывод пучка рентгеновского излучения 3 в любом требуемом направлении.In embodiments of the method, when the rotation is slowed down or stopped, the electronic bombardment of the target is preliminarily stopped and the target is cooled to a solid state. This provides ease of use of the x-ray source, in particular, the possibility of any orientation of the axis of rotation 7 of the anode assembly 10 and the output of the x-ray beam 3 in any desired direction.

При достижении заданного изменения прозрачности УНТ - мембраны осуществляют ее замену с помощью узла 25 замены. Компактный узел замены УНТ - мембраны может быть револьверного либо карусельного типа с магазином, вмещающим необходимое на весь срок службы источника излучения количество сменных УНТ - мембран 24. Узел 25 замены УНТ - мембраны может приводиться в действие снаружи вакуумной камеры 1, например, через магнитную муфту, либо через сальник, либо посредством установленного в вакуумной камере миниатюрного механизма с шаговым двигателем, не ограничиваясь только этими вариантами.Upon reaching a given change in the transparency of the CNT - membrane, it is replaced using the replacement unit 25. A compact CNT-membrane replacement unit can be of a revolving or carousel type with a magazine that can accommodate the number of replaceable CNT-membranes required for the entire life of the radiation source 24. CNT-membrane replacement unit 25 can be driven outside the vacuum chamber 1, for example, via a magnetic coupling either through an oil seal or through a miniature mechanism mounted in a vacuum chamber with a stepper motor, not limited to only these options.

Вращающаяся с высокой скоростью жидкометаллическая мишень производит существенно меньше загрязнений по сравнению с источниками рентгеновского излучения со струйным жидкометаллическим анодом. При этом несомненным преимуществом предложенной конструкции является устранение необходимости применения чрезвычайно сложной системы испарительной очистки выходного окна при температурах 1000° С и выше Все это упрощает конструкцию, повышает длительность работы источника рентгеновского излучения высокой яркости и улучшает условия его обслуживания и эксплуатации. A liquid-metal target rotating at a high speed produces significantly less pollution compared to x-ray sources with a liquid-metal anode. At the same time, the undoubted advantage of the proposed design is the elimination of the need to use an extremely complex system of evaporative cleaning of the output window at temperatures of 1000 ° C and above.This simplifies the design, increases the duration of the high-brightness x-ray source and improves the conditions for its maintenance and operation.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет повысить яркость источников рентгеновского излучения с жидкометаллической мишенью, упростить конструкцию, повысить срок службы и удобство их эксплуатации.Thus, the present invention allows to increase the brightness of x-ray sources with a liquid metal target, simplify the design, increase the service life and ease of use.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕINDUSTRIAL APPLICATION

Предложенные устройства предназначены для ряда применений, включающих микроскопию, материаловедение, рентгеновскую диагностику материалов, биомедицинскую и медицинскую диагностику. The proposed devices are intended for a number of applications, including microscopy, materials science, x-ray diagnostics of materials, biomedical and medical diagnostics.

Claims (18)

1. Источник рентгеновского излучения, содержащий вакуумную камеру (1) с выходным окном (2) для выхода пучка рентгеновского излучения (3), генерируемого в фокусном пятне (4) электронного пучка (5) на жидкометаллической мишени (6) вращающегося анодного узла (10), характеризующийся тем что:1. An x-ray source comprising a vacuum chamber (1) with an exit window (2) for outputting an x-ray beam (3) generated in a focal spot (4) of an electron beam (5) on a liquid metal target (6) of a rotating anode assembly (10) ), characterized in that: вращающийся анодный узел имеет форму диска с периферийной частью в виде кольцевого барьера (14), на поверхности которого, обращенной к оси вращения (7), выполнен кольцевой желоб (9), the rotating anode assembly has a disk shape with a peripheral part in the form of an annular barrier (14), on the surface of which, facing the axis of rotation (7), an annular groove (9) is made, жидкометаллическая мишень (6) представляет собой слой расплавленного металла, образованный центробежной силой на обращенной к оси вращения (7) поверхности (8) кольцевого желоба (9), иthe liquid metal target (6) is a layer of molten metal formed by centrifugal force on the surface (8) of the annular groove (9) facing the axis of rotation (7), and кольцевой желоб (9) имеет профиль поверхности, предотвращающий выброс материала жидкометаллической мишени (6) в радиальном направлении и в обоих направлениях вдоль оси вращения (7).the annular groove (9) has a surface profile that prevents the ejection of the material of the liquid metal target (6) in the radial direction and in both directions along the axis of rotation (7). 2. Устройство по п. 1, в котором вращающийся анодный узел (10) снабжен системой охлаждения с протоком жидкого теплоносителя (20).2. The device according to claim 1, in which the rotating anode assembly (10) is equipped with a cooling system with a flow of liquid coolant (20). 3. Устройство по п. 1, в котором материал мишени выбран из легкоплавких металлов, относящихся к группе Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn и их сплавам.3. The device according to claim 1, in which the target material is selected from fusible metals belonging to the group Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn and their alloys. 4. Устройство по п. 1, в котором размер фокусного пятна (4) пучка электронов на мишени составляет менее 50 мкм. 4. The device according to claim 1, in which the size of the focal spot (4) of the electron beam on the target is less than 50 microns. 5. Устройство по п. 1, в котором линейная скорость мишени составляет не менее 80 м/с.5. The device according to claim 1, in which the linear velocity of the target is at least 80 m / s. 6. Устройство по п. 1, в вакуумной камере которого на пути выхода пучка рентгеновского излучения (3) установлена мембрана (24) из углеродных нанотрубок (УНТ-мембрана).6. The device according to claim 1, in the vacuum chamber of which a membrane (24) of carbon nanotubes (CNT membrane) is installed on the path of the x-ray beam (3). 7. Устройство по п. 6, в котором УНТ-мембрана (24) имеет покрытие со стороны, находящейся вне области прямой видимости фокусного пятна (4) на мишени.7. The device according to claim 6, in which the CNT membrane (24) has a coating on the side outside the line of sight of the focal spot (4) on the target. 8. Устройство по п. 7, в котором введен узел (25) замены УНТ-мембраны, не требующей разгерметизации вакуумной камеры. 8. The device according to claim 7, in which the assembly (25) of replacing the CNT membrane, which does not require depressurization of the vacuum chamber, is introduced. 9. Способ генерации рентгеновского излучения, включающий электронную бомбардировку жидкометаллической мишени (6), вывод пучка рентгеновского излучения (3), генерируемого в фокусном пятне (4) электронного пучка (5) на жидкометаллической мишени, через выходное окно (2) вакуумной камеры (1), характеризующийся тем, что под действием центробежной силы формируют жидкометаллическую мишень в виде слоя расплавленного металла, относящегося к группе Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn и их сплавам, на обращенной к оси вращения (7) поверхности (8) кольцевого желоба (9) вращающегося анодного узла (10), 9. A method for generating x-ray radiation, including electron bombardment of a liquid metal target (6), outputting an x-ray beam (3) generated in the focal spot (4) of the electron beam (5) on the liquid metal target, through the exit window (2) of the vacuum chamber (1) ), characterized in that, under the action of centrifugal force, a liquid metal target is formed in the form of a layer of molten metal belonging to the group Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn and their alloys, on the surface (8) facing the axis of rotation (7) ) annular groove (9) rotating anode node (10), предотвращают выброс материала жидкометаллической мишени (6) в радиальном направлении и в обоих направлениях вдоль оси вращения (7) за счет выбранного профиля поверхности кольцевого желоба,prevent the ejection of the material of the liquid metal target (6) in the radial direction and in both directions along the axis of rotation (7) due to the selected surface profile of the annular groove, обеспечивают защиту выходного окна (2) от загрязнений с помощью установленной перед ним УНТ-мембраны (24) и периодически производят замену УНТ-мембраны.protect the exit window (2) from contamination with the help of a CNT membrane installed in front of it (24) and periodically replace the CNT membrane. 10. Способ по п. 10, в котором производят электронную бомбардировку жидкометаллической мишени (6) с размером фокусного пятна (4) менее 50 мкм.10. The method according to p. 10, in which the electronic bombardment of a liquid metal target (6) with a focal spot size (4) of less than 50 microns is performed. 11. Способ по п. 10, в котором вращают жидкометаллическую мишень с линейной скоростью более 80 м/с.11. The method according to p. 10, in which the liquid-metal target is rotated with a linear velocity of more than 80 m / s. 12. Способ по п. 10, в котором вращающийся анодный узел охлаждают протоком жидкого теплоносителя 20.12. The method according to p. 10, in which the rotating anode assembly is cooled by a flow of liquid coolant 20. 13. Способ по п. 10, в котором в случаях замедления или остановки вращения предварительно прекращают электронную бомбардировку жидкометаллической мишени и охлаждают ее до твердого состояния.13. The method according to p. 10, in which in cases of deceleration or stopping rotation, the electronic bombardment of the liquid metal target is first stopped and it is cooled to a solid state.
RU2019113053A 2017-11-24 2019-04-26 X-ray source with liquid metal target and method of radiation generation RU2709183C1 (en)

Priority Applications (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019113053A RU2709183C1 (en) 2019-04-26 2019-04-26 X-ray source with liquid metal target and method of radiation generation
JP2021562318A JP2022522541A (en) 2019-04-26 2020-04-26 Rotating liquid-X-ray source with metal target and radiation generation method
US17/604,922 US11869742B2 (en) 2019-04-26 2020-04-26 X-ray source with rotating liquid-metal target
KR1020217034376A KR102428199B1 (en) 2019-04-26 2020-04-26 X-ray source with rotating liquid metal target and method of generating radiation
CN202080031572.XA CN113728410A (en) 2019-04-26 2020-04-26 X-ray source with rotating liquid metal target
EP20795825.7A EP3926656B1 (en) 2019-04-26 2020-04-26 X-ray source with rotating liquid-metal target
PCT/RU2020/050083 WO2020218952A1 (en) 2019-04-26 2020-04-26 X-ray source with rotating liquid-metal target
IL286753A IL286753A (en) 2019-04-26 2020-04-26 X-ray source with rotating liquid-metal target and method of generating radiation
IL286753D IL286753B (en) 2019-04-26 2021-09-28 X-ray source with rotating liquid-metal target and method of generating radiation
JP2022001456U JP3238566U (en) 2019-04-26 2022-05-06 X-ray source with rotating liquid-metal target
US18/519,456 US20240121878A1 (en) 2017-11-24 2023-11-27 High brightness lpp euv light source with fast rotating target and method of cooling thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019113053A RU2709183C1 (en) 2019-04-26 2019-04-26 X-ray source with liquid metal target and method of radiation generation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2709183C1 true RU2709183C1 (en) 2019-12-17

Family

ID=69006547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019113053A RU2709183C1 (en) 2017-11-24 2019-04-26 X-ray source with liquid metal target and method of radiation generation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2709183C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2754863C1 (en) * 2020-09-21 2021-09-08 Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» X-ray radiation source
RU2775268C1 (en) * 2021-12-21 2022-06-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" Matrix of thin-film shot targets for x-ray sources
WO2023079042A1 (en) 2021-11-03 2023-05-11 Isteq B.V. High-brightness laser produced plasma source and method of generating and collecting radiation
US11882642B2 (en) 2021-12-29 2024-01-23 Innovicum Technology Ab Particle based X-ray source

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2068210C1 (en) * 1992-02-04 1996-10-20 Физико-энергетический институт Method of generation of x-ray radiation and x-ray source
WO2002011499A1 (en) * 2000-07-28 2002-02-07 Jettec Ab Method and apparatus for generating x-ray or euv radiation
RU2278483C2 (en) * 2004-04-14 2006-06-20 Владимир Михайлович Борисов Extreme ultraviolet source with rotary electrodes and method for producing extreme ultraviolet radiation from gas-discharge plasma
US20110249243A1 (en) * 2008-08-06 2011-10-13 Asml Netherlands B.V. Optical element for a lithographic apparatus, lithographic apparatus comprising such optical element and method for making the optical element
RU2017141042A (en) * 2017-11-24 2018-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН" DEVICE AND METHOD FOR LASER PLASMA RADIATION GENERATION

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2068210C1 (en) * 1992-02-04 1996-10-20 Физико-энергетический институт Method of generation of x-ray radiation and x-ray source
WO2002011499A1 (en) * 2000-07-28 2002-02-07 Jettec Ab Method and apparatus for generating x-ray or euv radiation
RU2278483C2 (en) * 2004-04-14 2006-06-20 Владимир Михайлович Борисов Extreme ultraviolet source with rotary electrodes and method for producing extreme ultraviolet radiation from gas-discharge plasma
US20110249243A1 (en) * 2008-08-06 2011-10-13 Asml Netherlands B.V. Optical element for a lithographic apparatus, lithographic apparatus comprising such optical element and method for making the optical element
RU2017141042A (en) * 2017-11-24 2018-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН" DEVICE AND METHOD FOR LASER PLASMA RADIATION GENERATION

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2754863C1 (en) * 2020-09-21 2021-09-08 Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» X-ray radiation source
RU2776025C1 (en) * 2021-11-03 2022-07-12 Акционерное Общество "Эуф Лабс" High-brightness source based on laser plasma and method of generation and collection of radiation
WO2023079042A1 (en) 2021-11-03 2023-05-11 Isteq B.V. High-brightness laser produced plasma source and method of generating and collecting radiation
RU2775268C1 (en) * 2021-12-21 2022-06-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" Matrix of thin-film shot targets for x-ray sources
US11882642B2 (en) 2021-12-29 2024-01-23 Innovicum Technology Ab Particle based X-ray source
RU2784895C1 (en) * 2022-04-26 2022-11-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (ФГАОУ ВО НИ ТПУ) Source of bremsstrahlung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2706713C1 (en) High-brightness short-wave radiation source
RU2709183C1 (en) X-ray source with liquid metal target and method of radiation generation
US10008357B2 (en) X-ray source, high-voltage generator, electron beam gun, rotary target assembly, rotary target, and rotary vacuum seal
JP3238566U (en) X-ray source with rotating liquid-metal target
US20140029729A1 (en) Gradient vacuum for high-flux x-ray source
KR19990088266A (en) X-ray source having a liquid metal target
KR102649379B1 (en) Plasma light source generated by high-intensity laser
KR20070073605A (en) Compact source having x ray beam of very high brilliance
JP2010123575A (en) X-ray tube with liquid lubrication type bearing and liquid cooling type anode target assembly
CN110199373B (en) High power X-ray source and method of operation
US20240121878A1 (en) High brightness lpp euv light source with fast rotating target and method of cooling thereof