TWI687959B - X射線源及用於產生x射線輻射之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明概念係關於一種X射線源，其包括：一液靶源，其經組態以提供沿一流動軸移動之一液靶；一電子源，其經組態以提供一電子束；及一液靶整形器，其經組態以將該液靶整形為包括相對於該流動軸之一非圓形橫截面，其中該非圓形橫截面具有沿一第一軸之一第一寬度及沿一第二軸之一第二寬度，其中該第一寬度比該第二寬度短，且其中該液靶包括與該第一軸相交之一衝擊部分；其中該X射線源經組態以將該電子束引導朝向該衝擊部分，使得該電子束在該衝擊部分內與該液靶相互作用以產生X射線輻射。

Description

X射線源及用於產生X射線輻射之方法
本文中描述之發明概念大體上係關於電子衝擊X射線源，且係關於用於此等X射線源中之液靶。
申請者之國際申請案PCT/EP2012/061352及PCT/EP2009/000481中描述用於藉由照射一液靶而產生X射線之系統。在此等系統中，利用包括一高壓陰極之一電子槍來產生撞擊一液體射流之一電子束。較佳地藉由一真空室內提供之具有低熔點之一液態金屬(諸如銦、錫、鎵鉛或鉍或其等之一合金)形成靶。用於提供液體射流之構件可包含一加熱器及/或冷卻器、一加壓構件(諸如一機械泵或一化學惰性推進劑氣體源)、一噴嘴及用以在射流末端收集液體之一容槽。藉由電子束與液體射流之間之相互作用產生之X射線輻射可透過將真空室與環境大氣分離之一窗離開真空室。
然而，仍需要經改良X射線源。
本發明概念之一目標係提供一種經改良X射線源。
根據發明概念之一第一態樣，提供一種X射線源，其包括：一液靶源，其經組態以提供沿一流動軸移動之一液靶；一電子源，其經組態以提供一電子束；及一液靶整形器，其經組態以將該液靶整形為包括相對於該流動軸之一非圓形橫截面，其中該非圓形橫截面具有沿一第一軸之一第一寬度及沿一第二軸之一第二寬度，其中該第一寬度比該第二寬度短，且其中該液靶包括與該第一軸相交之一衝擊部分；其中該X射線源經組態以將該電子束引導朝向該衝擊部分，使得該電子束在該衝擊部分內與該液靶相互作用以產生X射線輻射；且其中該X射線源進一步包括經組態以在該衝擊部分內移動其中該電子束與該液靶相互作用之一位置的一配置。
本發明概念基於以下認知：藉由提供具有一非圓形橫截面之液靶，可達成用於電子束之一較寬衝擊表面而不必增大(例如)液靶之流速。一較寬或較不彎曲衝擊表面亦可允許多個電子束較佳地沿垂直於流動軸之一方向同時衝擊液靶，且允許使用較大或較寬電子束點而實質上不損害X射線點之聚焦。將瞭解，此一衝擊表面亦可搭配卵形或甚至線形之電子束點使用。
此外，與有具有類似寬度及流速之具有一圓形橫截面之一對應液靶相比，具有一非圓形橫截面之一液靶可提供經改良熱性質。特定言之，藉由沿界定液靶之橫截面之軸之一者減小寬度，液靶之速度可增大，其因此可改良液靶之熱性質。換言之，熱負載液靶之能力隨液靶之速度而改變。保持速度同時增大寬度意謂增大質量流，其繼而可能對泵系統提出更嚴格要求。
亦期望能夠相對於電子源及/或一X射線窗(X射線輻射可透過其離開X射線源)之一位置調整一衝擊部分之位置。較佳地，衝擊部分及電子源可經對準，使得電子束可撞擊液靶之最大表面部分，即，液靶之具有最小彎曲度之部分。此外，可能期望增大衝擊部分處之靶之寬度以提供一較大表面以供電子束撞擊。
此外，已認識到，電子束撞擊液靶之入射角可能對(例如)所產生X射線輻射之空間分佈具有重要意義。特定言之，可藉由相對於電子束之一方向轉動橫截面之第一軸或反之亦然，及/或藉由調整電子束撞擊液靶之一位置而選擇性地調整電子束撞擊液靶之一入射角及/或電子束撞擊液靶之一位置。
在本申請案之背景內容中，術語「寬度」係指液靶之側間之一直徑或範圍。特定言之，第一寬度可係非圓形橫截面沿第一軸之最大寬度，且第二寬度可係非圓形橫截面沿第二軸之最大寬度。第一軸及第二軸可能彼此垂直，且可能與流動軸相交。第二寬度可為約100 μm，諸如在10 μm至1000 μm之範圍內，諸如100 μm至500 μm，諸如150 μm至250 μm。在一些實例中，第二寬度與第一寬度之間之比率可係至少1.05，諸如至少1.1，諸如至少1.5，諸如至少2，諸如至少5。
在本申請案之背景內容中，術語「液靶」可係指被迫通過(例如)一噴嘴且透過一系統傳播以產生X射線之一液體流(stream或flow)。即使液靶一般而言可由基本上連續液流(flow或stream)形成，仍將瞭解，液靶額外地或替代地可包括複數個液滴或甚至由複數個液滴形成。特定言之，在與電子束相互作用後可產生液滴。液滴群組或群集之此等實例亦可被術語「液靶」涵蓋。
液靶可具有一非圓形橫截面，其可能符合卵形、橢圓形或其他長形形狀。藉由使橫截面更長形，可減小衝擊部分處之表面之曲率。最終，曲率可能足夠低以允許衝擊部分處之表面近似於一平坦二維表面。此一靶亦可被稱為一「平坦射流」。換言之，衝擊部分之位置可經選擇為與一平坦表面最相似之液靶之部分。一液幕係此一射流之一極端實例，展示可用作電子束之衝擊部分之一實質上平坦表面。
液靶可由一液體射流形成，其至少在衝擊區域之位置相對於周圍環境自由地傳播。因此，液體射流之材料可曝露於X射線源之室中之環境。
通常，液靶材料係較佳地具有一相對較低熔點之一金屬。此等金屬之實例包含銦、鎵、錫、鉛、鉍及其合金。
如以下揭示內容中將進一步描述，電子束之一電子束點可具有一圓形形狀或一長形形狀。在一些實例中，長形形狀亦可實現為一線形狀或線焦點。針對一線焦點可定義一寬高比，即，焦點寬度與焦點高度之間之比率。具有圓形橫截面之一液靶上可達到之寬高比之一典型值係4。具有一非圓形橫截面之一液靶可實現較大寬高比；例如，至少6。可取決於所產生X射線輻射之較佳通量及/或亮度來選取電子束點之形狀。
為充分瞭解以下揭示內容，可注意到，對於足夠大的韋伯數，可針對自具有一非圓形開口之一噴嘴發射之一液靶觀察到稱為軸切換之一現象。軸切換係其中(例如)一非圓形(諸如(例如)橢圓形)液靶之橫截面演變，使得長軸及短軸沿液靶之流動方向週期性地切換位置的一現象。切換之波長隨增加的液靶速度而增加。此外，軸切換受黏度抑制，意謂隨著黏度增加，軸切換之幅度接近零。
因此，應瞭解，衝擊部分可沿流動軸延伸。此外，衝擊部分可被描述為非圓形橫截面之一區段內之一部分。該部分可(例如)跨越具有180度或更小(諸如(例如) 120度或更小，諸如90度或更小，諸如60度或更小)之一角度之區段，且可較佳地以第一軸為中心。
X射線源可進一步經組態以將電子束引導朝向衝擊部分內之一特定區域。此一區域亦可被稱為一相互作用區域。因此，衝擊部分可被理解為與第一軸相交之部分，諸如一表面部分或體積，而相互作用區域可被理解為被電子束擊中且其中可產生X射線輻射之衝擊部分之特定部分或區域。相互作用區域可係朝向非圓形橫截面之一中心(即，朝向流動軸)延伸一距離之一體積。同樣地，衝擊部分可係一體積，且可朝向非圓形橫截面之中心(即，朝向流動軸)延伸一距離。
如自本發明容易理解，配置可經組態以調整電子束撞擊液靶之位置，或換言之，相互作用區域之位置。此可能係必要的，以便確保允許完整大小之電子束點與液靶相互作用，且特定言之確保允許電子束點在衝擊部分內與液靶相互作用。
舉例而言，配置可包括用於相對於液靶移動電子束的一電子光學件配置。替代地或額外地，配置可經組態以與液靶整形器協作以移動或調整電子束與靶相互作用之一位置。在一實例中，配置可包括一馬達或致動器，該馬達或致動器耦合至液靶整形器且經配置以依允許調整液靶之位置或定向的一方式移動靶整形器。舉例而言，配置可經組態以圍繞流動軸旋轉液靶整形器，從而導致衝擊部分圍繞流動軸之一對應旋轉，使得可改變衝擊部分相對於電子源之一定向及/或位置。在進一步實例中，配置可經組態以在正交於流動軸及/或電子束之軌跡之一方向上平移液靶整形器，及/或使液靶整形器相對於流動軸傾斜。
在一個實例中，配置可經組態以控制一磁場產生器，該磁場產生器經組態以產生一磁場以便將液靶整形為包括非圓形橫截面。下文中將更詳細地描述磁場產生器。
上文揭示內容提供配置可如何用於調整電子束與液靶之間之一相對位置的數個實例。移動相互作用區域及/或衝擊部分可導致電子束之入射角之調整。此一修正之一目的可係沿一觀察方向或在一樣本位置增加總X射線通量，增加X射線源之亮度，或將X射線源之位置與一X射線系統之其他部分(例如，光學件)對準。在一實例中，入射角及/或相互作用區域之位置之調整係基於一所量測X射線輸出。
電子束可按可能大於0度之一入射角與衝擊部分相互作用。入射角可被定義為相對於非圓形橫截面之一法線之一入射角。
使電子束按大於0度之一入射角與衝擊部分相互作用之一優勢係液靶中可吸收較少X射線。特定言之，可經由按相對於(諸如實質上垂直於)電子束之方向的一角度定位之一X射線窗傳輸更多X射線。因此，本發明配置可提供增加之總X射線通量，及/或增加之X射線亮度。
下文尤其將遵循X射線源之可能修改以便提供對入射角及/或電子束撞擊液靶之相互作用區域之位置的調整。如自以下段落將瞭解，修改可能係關於液靶、電子束或該兩者之一組合。
電子源可經組態以圍繞流動軸旋轉，以便調整電子束之入射角及/或電子束撞擊靶之相互作用區域的位置。
液靶整形器可包括具有一非圓形開口之一噴嘴，以便將液靶整形為包括非圓形橫截面。開口可(例如)具有選自包括橢圓形、矩形、正方形、六邊形、卵形、體育場形(stadium)及具有圓形邊角之矩形之群組之一形狀。
將瞭解，根據一些實施例之X射線源可經組態以相對於電子束移動液靶，以便改變電子束與液靶相互作用的位置。舉例而言，可在垂直於液體射流之流動軸及/或垂直於電子束之傳播方向之一方向上實現移動，從而導致相互作用區域之位置之一橫向移位。舉例而言，可憑藉液靶源來達成相互作用區域的移動或位置的移位。
在一個實例中，液靶源之噴嘴可經組態以沿著流動軸移動，以便調整入射角及/或相互作用區域的位置。
在一個實例中，噴嘴可經組態以圍繞流動軸旋轉，以便調整入射角及/或相互作用區域的位置。
在一個實例中，液靶源可經組態以在垂直於流動軸之一方向上移動，以便調整入射角及/或相互作用區域的位置。
液靶整形器可包括一磁場產生器，該磁場產生器經組態以產生一磁場以便將液靶整形為包括非圓形橫截面。磁場可係實質上垂直於流動軸。磁場之量值可能在流動軸之方向上是非均勻的，使得液靶在其沿流動軸行進時經歷一場梯度。換言之，磁場可包括一磁場梯度。用於對液靶整形之機制可基於液靶內之感應渦流，其因此可係導電的。磁場可係一交變磁場。
一實例可包含沿流動軸引導之磁場之一時變分量。此場分量可賦予液靶加速度，因此增加可在蒸發或類似問題發生之前施加於液靶之熱負載。
液靶半徑藉由施加一磁場梯度之一最大相對變化可寫為：
Figure 02_image001
其中
Figure 02_image002
且
Figure 02_image004
如上文中定義之Na 被稱為斯圖爾特(Stuart)數，
Figure 02_image006
係韋伯數，
Figure 02_image008
係噴嘴半徑，B0 係磁場之量值，Lm 係磁場梯度之長度尺度，且σe 係液靶之導電率。
在一個實例中，液靶由液態鎵組成，且將以下值輸入至上文公式中： ρ = 6100 kg/m3 ， σ = 0.7 N/m， a = 100 μm， ν = 100 m/s， σe = 4 MS/m， B0 = 1.7 T，及 Lm = 1 mm， 其可能賦予液靶半徑之百分之幾之一最大變化。
類似於具有一橢圓形噴嘴之情況，液靶之形狀可沿流動軸振盪。上文使用之值賦予約250個噴嘴半徑(即，25 mm)之一波長。若液靶之排出速度增加至1000 m/s (即，韋伯數增長100倍)，則振幅約相同，但波長增加10倍。一種增大相對半徑變化之量值之方式可係增大磁場，此係因為量值隨斯圖爾特數(即，隨磁場之平方)而按比例調整。增加效應之另一方式可係增加韋伯數。此可在藉由降低表面張力而在不影響斯圖爾特數之情況下完成。此繼而可藉由提高溫度而達成。作為一實例，藉由將磁場增大至4 T，在半徑之相對變化中，效應之量值係約10%。作為一邊注，量值亦可隨增大之噴嘴直徑而增大。然而，如上文中論述，此可能適得其反，此係因為假若保持質量流，則僅增大直徑可能導致一較低速度。一較低速度繼而可意謂液靶上之一較低允許熱負載。
磁場產生器可經組態以調整磁場以便調整入射角及/或相互作用區域之位置。
磁場可係非均勻的。特定言之，磁場產生器可經組態以調整一非均勻磁場之一方向以便調整入射角及/或相互作用區域之位置。
在一個實例中，磁場產生器可經組態以產生一磁場，該磁場移動液靶，使得相互作用區域之位置相對於電子束移動。
液靶源可經組態以提供液靶之一可調整流速以便調整第一寬度及第二寬度。
液靶可係一金屬。
X射線源可經組態以相對於電子束之一方向轉動衝擊區域。換言之，X射線源可經組態以相對於電子束之一方向轉動非圓形橫截面之第一軸。
應瞭解，如上文中描述之一噴嘴及一磁場產生器兩者可存在於根據發明概念之X射線源中。
根據發明概念之一第二態樣，提供一種用於產生X射線輻射之方法。該方法包括：提供一電子束；提供沿一流動軸移動之一液靶，該液靶包括相對於該流動軸之一非圓形橫截面，其中該非圓形橫截面具有沿一第一軸之一第一寬度及沿一第二軸之一第二寬度，其中該第一寬度比該第二寬度短，且其中該液靶包括與該第一軸相交之一衝擊部分；將該電子束引導朝向該衝擊部分，使得該電子束在該衝擊部分內與該液靶相互作用以產生X射線輻射。
方法可進一步包括沿流動軸及/或在垂直於流動軸之一方向上移動電子束以便移動電子束與液靶相互作用之位置，即，相互作用區域。
方法可進一步包括圍繞流動軸旋轉電子源以便調整入射角及/或相互作用區域之位置。
方法可進一步包括沿流動軸移動噴嘴以便調整入射角及/或相互作用區域之位置。
方法可進一步包括圍繞流動軸旋轉噴嘴以便調整入射角及/或相互作用區域之位置。
提供液靶之步驟可包括提供用於對液靶之非圓形橫截面整形之一磁場。
方法可進一步包括調整磁場以便調整入射角及/或相互作用區域之位置。
方法可進一步包括調整液靶之一流速以便調整第一寬度及第二寬度。
方法可進一步包括相對於電子束之一方向轉動衝擊區域。
方法可進一步包含一步驟：在液靶與一感測器區域之一未遮擋部分之間掃描電子束以便較佳地在衝擊部分處判定(例如)電子束之一寬度。可形成根據第一態樣之X射線源之部分之感測器區域可配置於如自電子源所見之液靶後方，使得液靶至少部分遮擋感測器區域。此配置允許電子束掃描進及/或出液靶且撞擊於感測器區域之(若干)未遮擋部分上。接著，可分析來自感測器之輸出信號以較佳地在掃描方向或垂直於流動軸之一方向上判定液靶之寬度。
可使用液靶之經判定寬度作為用於液靶源、液靶整形器及/或電子束之操作之回饋或一調整參數。此等回饋或調整之目的可係較佳地在衝擊部分處控制液靶之寬度。因此，可藉由調整液靶之一流速，藉由圍繞流動軸旋轉衝擊部分，藉由移動電子束與液靶相互作用之位置，及/或藉由調整電子束與衝擊部分之一表面之間之一入射角而改變寬度。
在一個實例中，根據第二態樣之方法可包含X射線輸出(諸如(例如) X射線通量及/或X射線亮度)之量測。可藉由用於特性化或量化所產生X射線輻射之感測器構件執行量測。類似於上文中描述之回饋機制，所量測X射線輸出可用於控制電子束與液靶之間之相互作用以(例如)在通量或亮度方面達成一所要輸出。可(例如)藉由圍繞流動軸旋轉衝擊部分，移動電子束與液靶相互作用之位置，或藉由調整電子束與衝擊部分之一表面之間之一入射角而控制相互作用。
關於上文態樣之一第一者描述之一特徵亦可併入上文態樣之另一者中，且特徵之優勢可應用於特徵所併入之全部態樣。
本發明概念之其他目標、特徵及優勢將自以下詳細揭示內容、自隨附發明申請專利範圍以及自圖式顯而易見。
通常，發明申請專利範圍中使用之全部術語應根據其等在技術領域中之普通意義進行解釋，除非本文中另外明確定義。此外，本文中使用術語「第一」、「第二」及「第三」及類似者不表示任何順序、數量或重要性，而係用於區分一個元件與另一元件。對「一/一個/該[元件、裝置、組件、構件、步驟等]」之全部引用應開放地解釋為指代該元件、裝置、組件、構件、步驟等之至少一個例項，除非另外明確規定。不必依揭示之精確順序執行本文中揭示之任何方法之步驟，除非明確規定。
現將參考圖1a描述根據發明概念之一X射線源。自一電子源102 (諸如(例如)包括一高壓陰極之一電子槍)產生一電子束100，且自一液靶源106提供一液靶104。電子束100經引導朝向液靶104之一衝擊部分，使得電子束100與液靶104相互作用且產生X射線輻射108。液靶104較佳地憑藉一泵110 (諸如經調適以將壓力升高至至少10巴、較佳地升高至至少50巴用於產生液靶104之一高壓泵)收集且返回至液靶源106。
可藉由包括一噴嘴之液靶源106形成液靶104 (即，陽極)，一流體(諸如(例如)液態金屬或液態合金)可透過該噴嘴射出以形成液靶104。應注意，應瞭解，包括多個液靶及/或多個電子束之一X射線源在發明概念之範疇內係可行的。
仍參考圖1a，X射線源可包括一X射線窗(未展示)，該X射線窗經組態以允許傳輸自電子束100與液靶104之相互作用產生之X射線輻射。X射線窗可定位成實質上垂直於電子束之一行進方向。
現參考圖1b，相對於液靶源106及液靶104展示一磁場產生器103。磁場產生器103及液靶104可係包括在一X射線源中，該X射線源可類似於結合圖1a論述之X射線源組態。應瞭解，磁場產生器103可進一步沿流動軸延伸，且展示之磁場產生器103之放置僅係數個不同組態中之一實例。在本發明實例中，磁場產生器103可包括用於產生一磁場以對液靶104之一橫截面進行修改或整形的複數個構件。此等構件之實例可(例如)包含電磁體，該等電磁體(例如)可係配置於液靶104之一路徑之不同側處以便影響其形狀。
現參考圖2，圖解說明沿一流動軸F移動之一液靶204之一實例。由液靶源206產生液靶。X射線源包括一液靶整形器，例如，具有一非圓形開口之一噴嘴212，以便將液靶204整形為包括一非圓形橫截面214。在圖解說明實例中，噴嘴212具有一橢圓形開口。非圓形橫截面214具有沿一第一軸A1 之一第一寬度(亦被稱為直徑)及沿一第二軸A2 之一第二寬度或直徑，其中第一直徑比第二直徑短。液靶204包括與第一軸A1 相交之一衝擊部分216。此處，衝擊部分216係圖解說明為圍繞第一軸A1 為中心之一均勻區域。然而，應瞭解，衝擊部分216可具有任何任意形狀。此外，應注意，此處衝擊部分216僅在非圓形橫截面中圖解說明，但衝擊部分216可沿流動軸F延伸。
一電子束200經引導朝向衝擊部分216，使得電子束200與液靶204相互作用且產生X射線輻射。特定言之，將電子束200引導至經定位於衝擊區域216內之一相互作用區域218。相互作用區域可被定義為其中在被電子束擊中時產生X射線之一區域。
取決於液靶204之性質，如先前在本發明中論述，可觀察到軸切換。在圖2中，可見第一軸及第二軸沿流動軸F切換位置。液靶204之軸(即，第一軸A1 及第二軸A2 )可沿流動軸F數次切換位置，其中一波長與液靶沿流動軸F之一速度成比例。特定言之，軸切換之波長與韋伯數之平方根成比例，其對應於一線性速度相依性。對於特定參數組合，可觀察到其中僅發生一個軸切換事件之情境，例如，自一長形噴嘴射出之一液靶轉動90度且接著繼續而不翻轉可觀察距離。
現參考圖3，詳細圖解說明一非圓形橫截面314。非圓形橫截面314可形成類似於上文中結合圖1及圖2論述之一X射線源之一液靶的部分。應注意，相互作用區域318在此圖中不一定按比例繪製。非圓形橫截面314包括沿一第一軸A1 之一第一直徑322及沿一第二軸A2 之一第二直徑320，其中第一直徑322比第二直徑320短。如可見之衝擊部分316係與第一軸A1 相交。此處電子束200按大於0度之一入射角θ與液靶相互作用。
現參考圖4a，一電子束400被展示成按一入射角θ1 與一液靶404相互作用。相互作用區域418定位於衝擊部分416內。為調整入射角及/或相互作用區域418之位置，提供電子束400之電子源(未展示)可相對於流動軸旋轉。如圖4b中展示，此一旋轉可導致電子束400按一入射角θ2 與液靶404相互作用，且相互作用區域418之位置亦可在衝擊部分416內改變。
現參考圖4c，一第一電子束400及一第二電子束401被展示成與一液靶404相互作用。圖解說明各自第一相互作用區域418及第二相互作用區域419。第一相互作用區域418及第二相互作用區域419配置於衝擊部分416內。透過實質上垂直於第一電子束400之方向定位之一第一X射線窗421傳輸第一相互作用區域418中產生之X射線輻射408。透過實質上垂直於第二電子束401之方向定位之一第二X射線窗423傳輸第二相互作用區域419中產生之X射線輻射409。如可見，可較佳地經由相對於產生X射線輻射之相互作用區域定位於指向遠離非圓形橫截面之第一軸之一方向上的一X射線窗傳輸X射線輻射。此係為避免由液靶中之吸收導致之X射線輻射之抑制。
現參考圖4d，圖解說明具有一長形橫截面之一電子束400。因此，定位於衝擊部分416內之相互作用區域418可呈現如圖解說明橫截面中所見之一長形或線形狀。在利用具有一長形橫截面之一電子束400時，根據發明概念將電子束400引導朝向衝擊部分，以便達成經改良聚焦性質可能係有利的。此外，可經由定位於第一軸之任一側或兩個側上之X射線窗傳輸相互作用區域418中產生之X射線輻射。
現參考圖5a，一電子束500被展示成按一入射角θ1 與一液靶504相互作用。相互作用區域518定位於衝擊部分516內。為調整入射角及/或相互作用區域518之位置，液靶504可圍繞流動軸旋轉。此可藉由(例如)圍繞流動軸旋轉噴嘴，及/或藉由調整經配置以將液靶504整形為包括非圓形橫截面之一磁場而達成。如圖5b中展示，液靶504圍繞流動軸之旋轉可導致電子束500按一入射角θ2 與液靶504相互作用，且相互作用區域518之位置亦可在衝擊部分516內改變。
現參考圖6a，一電子束600被展示成按一入射角θ1 與一液靶604相互作用。此處，θ1 係實質上為零。相互作用區域618定位於衝擊部分616內。為調整入射角及/或相互作用區域616之位置，電子束600可沿流動軸及/或在垂直於流動軸之一方向上移動。圖解說明之實例展示電子束600在垂直於流動軸之一方向上之移動。可藉由具有經組態以移動電子束600之一電子光學件配置(未展示)而達成電子束600沿流動軸及/或在垂直於流動軸之一方向上之移動。術語「移動」應被解釋為包括使電子束聚焦及/或偏轉。如圖6b中展示，如上文中揭示般移動電子束600可導致電子束600按一入射角θ2 與液靶604相互作用，且相互作用區域618之位置亦可在衝擊部分616內改變。
此外，儘管未圖解說明，然沿流動軸移動液靶整形器之噴嘴，及/或調整藉由一磁場產生器產生之一磁場，以便調整入射角及/或相互作用區域之位置可係可行的。入射角及/或相互作用區域之位置之所得調整類似於上文中已結合圖4a至圖6b揭示之調整。
此外，應瞭解，上文中結合圖4a至圖6b揭示之調整之組合之任一者在發明概念之範疇內係可行的。
藉由提供適合感測器構件及一控制器(未展示)，可執行上文中結合圖4a至圖6b揭示之調整以達成一所要效能。一個實例係在一樣本位置處提供增加之X射線通量，如藉由每秒之X射線光子之數目量測。另一實例係提供增加之X射線亮度，即，每一時間、面積及立體角之光子之數目。為量測亮度，可能需要能夠記錄X射線輻射強度之空間分佈之一偵測器。可藉由一適合控制演算法(例如，一PID控制器)控制調整。
如先前結合圖4c提及，X射線源可包括一個以上電子束，因此提供一個以上相互作用區域。此之一個實例將係一雙埠源，即，當存在實質上垂直於兩個實質上平行電子束之相反方向上之兩個X射線窗時。運用此配置，可個別地調整兩個點以達成所要效能。另一實例係提供在相同方向上輻射用於干涉量測應用之多個X射線源，例如，Talbot-Lau干涉量測法。在此背景內容中，吾等可注意到，一寬靶可係較佳的，此係因為熱負載可分佈在寬度內，其中實質上垂直於之流動軸分佈之多個點與液靶相互作用。若代替地點沿流動軸配置，則允許之熱負載將較少，此係因為下游相互作用區域同樣將暴露於上游相互作用區域之熱負載。
現將參考圖7描述根據發明概念之用於產生X射線輻射之一方法。為了清楚及簡單起見，將按照「步驟」描述方法。強調步驟不一定係在時間上定界或彼此分離之程序，且可以一並行方式同時執行一個以上「步驟」。
在步驟724中，提供沿一流動軸移動之一液靶。在步驟726中，提供一電子束。在步驟728中，將液靶整形為包括相對於流動軸之一非圓形橫截面，其中該非圓形橫截面包括比一第二直徑短的一第一直徑，且其中液靶包括與第一軸相交之一衝擊部分。在步驟730中，將電子束引導朝向衝擊部分，使得電子束在衝擊部分內與液靶相互作用以產生X射線輻射。
方法可進一步包含用於調整衝擊部分以提供一較寬衝擊部分以供電子束進行相互作用的步驟。可藉由跨液靶掃描732電子束且量測在電子束之方向上定位於液靶之下游之一電子截止器(e-dump) (未展示)中吸收之一電流而量測液靶之寬度。可進一步包含用於控制734寬度朝向一所要值之步驟。
替代地或額外地，方法可包含用於量測736一X射線輸出(諸如(例如) X射線通量或X射線亮度)，及基於所量測X射線輸出而控制738 X射線輻射之產生的步驟。
熟習此項技術者決不受限於上文中描述之例示性實施例。相反，許多修改及變動在隨附發明申請專利範圍之範疇內係可行的。特定言之，在本發明概念之範疇內設想包括一個以上液靶之X射線源及系統。此外，本文中描述之類型之X射線源可有利地與針對特定應用定製之X射線光學件及/或偵測器組合，特定應用例示為(但不限於)醫學診斷、非破壞性測試、微影、晶體分析、顯微鏡學、材料科學、顯微鏡表面物理學、藉由X射線繞射、X射線光譜學(XPS)、臨界尺寸小角度X射線散射(CD-SAXS)及X射線熒光(XRF)進行之蛋白質結構判定。另外，自對圖式、揭示內容及隨附發明申請專利範圍之一研究，熟習此項技術者可在實踐所主張發明時理解並實現所揭示實例之變動。在互不相同之附屬發明申請專利範圍中敘述某些措施之純粹事實不指示此等措施之一組合無法用於獲利。
100‧‧‧電子束 102‧‧‧電子源 103‧‧‧磁場產生器 104‧‧‧液靶 106‧‧‧液靶源 108‧‧‧X射線輻射 110‧‧‧泵 200‧‧‧電子束 204‧‧‧液靶 206‧‧‧液靶源 212‧‧‧噴嘴 214‧‧‧非圓形橫截面 216‧‧‧衝擊部分 218‧‧‧相互作用區域 300‧‧‧電子束 314‧‧‧液靶 316‧‧‧衝擊部分 318‧‧‧相互作用區域 320‧‧‧第二寬度 322‧‧‧第一寬度 400‧‧‧第一電子束 401‧‧‧第二電子束 404‧‧‧液靶 408‧‧‧X射線輻射 409‧‧‧X射線輻射 416‧‧‧衝擊部分 418‧‧‧第一相互作用區域 419‧‧‧第二相互作用區域 421‧‧‧第一X射線窗 423‧‧‧第二X射線窗 500‧‧‧電子束 504‧‧‧液靶 516‧‧‧衝擊部分 518‧‧‧相互作用區域 600‧‧‧電子束 604‧‧‧液靶 616‧‧‧衝擊部分 618‧‧‧相互作用區域 724‧‧‧提供一液靶之步驟 726‧‧‧提供一電子束之步驟 728‧‧‧對液靶整形之步驟 730‧‧‧引導電子束之步驟 732‧‧‧掃描電子束之步驟 734‧‧‧控制一寬度之步驟 736‧‧‧量測一X射線輸出之步驟 738‧‧‧控制X射線輸出之步驟 A1‧‧‧第一軸 A2‧‧‧第二軸 F‧‧‧流動軸 θ‧‧‧入射角 θ1‧‧‧入射角 θ2‧‧‧入射角
將參考隨附圖式透過本發明概念之不同實施例之以下闡釋性且非限制詳細描述更佳地理解本發明概念之上文以及額外目標、特徵及優勢，其中： 圖1a示意性地圖解說明一X射線源； 圖1b示意性地圖解說明具備一磁場產生器之一X射線源； 圖2示意性地圖解說明一液靶之一透視圖； 圖3示意性地圖解說明一液靶之一非圓形橫截面； 圖4a至圖4b示意性地圖解說明一電子源之一移動以便調整一入射角及/或一相互作用區域之一位置； 圖4c示意性地圖解說明由複數個電子束撞擊之一液靶之一非圓形橫截面； 圖4d示意性地圖解說明具有一長形橫截面之一電子束。 圖5a至圖5b示意性地圖解說明液靶之整形以便調整一入射角及/或一相互作用區域之一位置； 圖6a至圖6b示意性地圖解說明一電子束之一移動以便調整一入射角及/或一相互作用區域之一位置。 圖7係用於產生X射線輻射之一方法之一流程圖。 圖不一定按比例，且通常僅展示闡明發明概念所必要之部分，其中可省略或僅建議其他部分。
200‧‧‧電子束
204‧‧‧液靶
206‧‧‧液靶源
212‧‧‧噴嘴
214‧‧‧非圓形橫截面
216‧‧‧衝擊部分
218‧‧‧相互作用區域
A1‧‧‧第一軸
A2‧‧‧第二軸
F‧‧‧流動軸

Claims (17)

  1. 一種X射線源，其包括：一液靶源，其經組態以提供沿一流動軸移動之一液靶；一電子源，其經組態以提供一電子束；及一液靶整形器，其經組態以將該液靶整形為包括相對於該流動軸之一非圓形橫截面，其中該非圓形橫截面具有沿一第一軸之一第一寬度及沿一第二軸之一第二寬度，其中該第一寬度比該第二寬度短，且其中該液靶包括與該第一軸相交之一衝擊部分；其中該X射線源經組態以將該電子束引導朝向該衝擊部分，使得該電子束在該衝擊部分內與該液靶相互作用以產生X射線輻射；且其中該X射線源進一步包括經組態以在該衝擊部分內移動其中該電子束與該液靶相互作用之一位置之一配置。
  2. 如請求項1之X射線源，其中該配置係經組態以相對於該液靶移動該電子束之一電子光學件配置。
  3. 如請求項1之X射線源，其中該配置經組態以與該液靶整形器協作，以在該衝擊部分內移動其中該電子束與該液靶相互作用之該位置。
  4. 如請求項3之X射線源，其中該配置經組態以圍繞該流動軸旋轉該靶整形器。
  5. 如請求項3之X射線源，其中該配置經組態以在正交於該流動軸之一方向上移動該靶整形器。
  6. 如請求項3之X射線源，其中該配置經組態以使該靶整形器相對於該流動軸傾斜。
  7. 如請求項1至6中任一項之X射線源，其中該液靶整形器包括具有一非圓形開口之一噴嘴，以便將該液靶整形為包括該非圓形橫截面。
  8. 如請求項7之X射線源，其中該配置經組態以沿該流動軸移動該噴嘴，以便調整該衝擊部分相對於該電子束之一位置及/或定向。
  9. 如請求項7之X射線源，其中該非圓形開口具有選自包括橢圓形、矩形、正方形、六邊形、卵形、體育場形及具有圓形邊角之矩形之群組之一形狀。
  10. 如請求項1之X射線源，其中該液靶整形器包括一磁場產生器，該磁場產生器經組態以產生一磁場，用於將該液靶整形為包括該非圓形橫截面。
  11. 如請求項10之X射線源，其中該磁場產生器經組態以調整該磁場，以便調整該衝擊部分相對於該電子束之一位置及/或定向。
  12. 如請求項1至6中任一項之X射線源，其中該電子源經組態以產生在該衝擊部分內與該液靶相互作用之複數個電子束。
  13. 如請求項1至6中任一項之X射線源，其中該液靶係一金屬。
  14. 一種用於產生X射線輻射之方法，該方法包括：提供一電子束；提供沿一流動軸移動之一液靶，該液靶包括相對於該流動軸之一非圓形橫截面，其中該非圓形橫截面具有沿一第一軸之一第一寬度及沿一第二軸之一第二寬度，其中該第一寬度比該第二寬度短，且其中該液靶包括與該第一軸相交之一衝擊部分；將該電子束引導朝向該衝擊部分，使得該電子束在該衝擊部分內與該液靶相互作用以產生X射線輻射；且在該衝擊部分內移動其中該電子束與該液靶相互作用之一位置。
  15. 如請求項14之方法，進一步包括：調整該電子束與該衝擊部分之一表面之間之一入射角。
  16. 如請求項14之方法，進一步包括：在該液靶與經配置為至少部分由該液靶遮擋之一感測器區域之一未遮擋部分之間掃描該電子束；基於來自該感測器區域之一信號來判定該液靶之一寬度；及，基於該經判定寬度，執行以下之至少一者： 圍繞該流動軸旋轉該衝擊部分；移動其中該電子束與該液靶相互作用之該位置；及調整該電子束與該衝擊部分之一表面之間之一入射角。
  17. 如請求項14之方法，進一步包括：量測一X射線輸出；及：基於該所量測X射線輸出，執行以下之至少一者：圍繞該流動軸來旋轉該衝擊部分；移動其中該電子束與該液靶相互作用之該位置；及調整該電子束與該衝擊部分之一表面之間之一入射角；其中自X射線通量及X射線亮度選擇該X射線輸出。
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