WO1996029723A1 - Mikrofocus-röntgeneinrichtung - Google Patents

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WO1996029723A1
WO1996029723A1 PCT/EP1996/001145 EP9601145W WO9629723A1 WO 1996029723 A1 WO1996029723 A1 WO 1996029723A1 EP 9601145 W EP9601145 W EP 9601145W WO 9629723 A1 WO9629723 A1 WO 9629723A1
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target
electron beam
ray
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brake
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PCT/EP1996/001145
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Inventor
Alfred Reinhold
Original Assignee
Medixtec Gmbh Medizinische Geräte
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    • 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
    • G21K7/00—Gamma- or X-ray microscopes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/24—Tubes wherein the point of impact of the cathode ray on the anode or anticathode is movable relative to the surface thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/112—Non-rotating anodes
    • H01J35/116—Transmissive anodes

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • a device is known from US Pat. No. 4,344,013 (LedLey).
  • Image plane is shown enlarged.
  • microfocus X-ray devices have not really been able to establish themselves in practice, particularly in medical diagnostics. This seems to be mainly due to the fact that they can only work with limited X-ray power. Because the very close focus of the electric tetras on the brake target results in a focal spot (focus) of very small diameter with a correspondingly very high energy density. This large specific load leads quickly to the fact that the target, which is usually irradiated in a direction of 10 ° to 45 °, causes a disadvantageous change in its conversion to convert the incident electron energy into x-ray radiation to be emitted Topography with an early malfunction of the brake layer is experienced.
  • the exposure time per x-ray exposure would have to be extended if low-power x-ray beams were used, which would contradict the requirement for short exposure times in the range from tenths to hundredths of a second, in order to increase the unnecessarily high radiation exposure and to blur the object movement avoid.
  • the smaller the thermal focal spot on the target anode the lower the electrical power that can be absorbed by the small target area before it begins to melt. This behavior contradicts the demand for a higher density of the electron beams hitting the target for higher power of the X-rays. From the above-mentioned US Pat. No. 4,344,013 (Ledley), a microfocus X-ray device is known which already works with a fused target.
  • the electron beam falls on a slanted target, so that the generated X-ray radiation is also emitted at an angle from the target.
  • a rapidly progressing crater formation leads to the optical axis of the emitted x-ray groove being exposed to shadowing from the swelling crater rim, which largely x-rays absorbed.
  • the result is a diffuse X-ray light that cannot be regarded as starting from a point-like source. Therefore, such a device with an inclined to the incident E lekt ronenst rah L position of the target has not proven.
  • DE-OS 34 01 749 A1 (Siemens) relates to an X-ray device in which the electron beam on the braking material is deflected continuously and, for example, meanderingly. However, this increases the effective focal spot, causing - as described above - the image sharpness to suffer.
  • 1 is a schematic longitudinal section through a Mi Krofocus-Röntgenei device
  • FIG. 3 shows the target according to FIG. 2 with a measurement of the target current
  • 3A shows the course of the target current as a function of the irradiation time
  • Fig. 4 shows a target with a braking volume
  • FIG. 4A shows a support with support material doping.
  • the microfocus X-ray device 1 consists of an evacuated housing 11, 12 made of glass or non-ferro-magnetic material.
  • the tube 12 has an arbitrary, generally round cross section.
  • electrical feed wires 13 protrude for a hair Lade ge cathode 14 into the interior of the tube 12.
  • the heated cathode 14 acts as an E Lekt ronenque L le, from whose radiation by means of a lattice 15 in the form of a cap, a narrow, di erecting E lekt ronenstrah L 16 is hidden.
  • the beam 16 passes through the central opening of a perforated disk anode 17 and is thereby bundled to form a virtual focal spot 18.
  • the beam 16 which then widens again, passes through the cross-sectional zone of a deflection coil 19 arranged outside the tube 12 and is im magnetic gap 20 of a subsequent focus they rspu le 21 bundled.
  • the focussing coil 21 images as an e-romagnitical lens a reduced image of the virtual focal spot 18 as focal spot 22 on a transmission target 23 which is located in the outlet opening 24 of the tube 12.
  • the focus spot 21 generates an extremely flat focal spot 22 of the order of magnitude of typically 0.5 to 100 ⁇ m.
  • the target 23 consists of a thin brake layer 32 made of a metal of a high atomic number in the periodic system of the elements, such as tungsten, gold, copper or molybdenum, and a weakly x-ray absorbing but good heat-conducting carrier rs ci cht 33, preferably made of aluminum or beryllium.
  • a thin brake layer 32 made of a metal of a high atomic number in the periodic system of the elements, such as tungsten, gold, copper or molybdenum, and a weakly x-ray absorbing but good heat-conducting carrier rs ci cht 33, preferably made of aluminum or beryllium.
  • the structure of the sample 26, insofar as it is more or less impermeable to the X-ray beam 25, is correspondingly enlarged as a silhouette to a distance behind the sample 26 parallel to the transmission target 23 and thus perpendicular to the beam direction 28 Projected in the picture plane 29.
  • a suction system 37 for maintaining the vacuum in the tube 12 and for removing vaporous material from the burning cathode 14 also causes the interior of the tube 12 to be kept clean of melted material from the furnace Leak hole 31 in target 23.
  • the particularly high yield of X-ray steel L 25 results from the extremely small-area excited brake volume 40 (FIG. 4) in the transmission target 23.
  • the high power density, that is to say the high surface-specific physical stress with the micro focus, the electric light beam L 16 leads to the burning of a Brennf Lee k hole 31 in the target 23, so that in the outgoing direction 28 of the X-ray beams 25 the remaining target material and thus its beam-weakening self-absorption is continuously reduced.
  • the brake layer 32 is melted off in a targeted manner by the reflecting electron beam L 16, which in terms of its aggregate state represents a dynamically changing X-ray beam Lungsque l Le.
  • the brake material is stored as a thin layer 32, for example made of tungsten, on a carrier layer 33, on the other hand, which is thick and is made of a good heat-conducting material, such as beryllium or aluminum, then it is hardly avoidable but also uncritical that at the bottom of the hole 31 in the brake layer
  • the irradiation of the target 23 must be ended at this point, that is, in the application of this X-ray device 1, the recording must have ended; because the exposure of the wearer 33 to electron beams 16 only leads to very soft X-ray radiation 25 and thus to diffuse shadow images of the sample 26 to be illuminated that can hardly be used in the image plane 29.
  • the transmission target 23 is again irradiated for a very short time with a microfocused electron beam L 16, for which again the cathode 14 only operated briefly and / or the beam 16 via a ve rs c hwenkba re, not shown in the drawing. Aperture only released for a short time or the beam 16 is briefly pivoted from an inoperative waiting direction into the device and Wi rk axis 10 of the beam device 28 via a corresponding control of the deflection coil 19.
  • a spot must not be irradiated again at which a hole 31 had previously been burned in, otherwise the carrier chic chic 33 instead of the brake layer would be used immediately or even immediately
  • an offset control 34 is provided, which ensures that the focal spots 22 that follow one another only along a meandering or spiral-arc-shaped path by the above-described beam deflection by means of the deflection coil 19 out of the device axis 10 and / or by displacement of the target 23 relative to the device axis 10 are caused. This ensures that only unused areas of the target 23 are used one after the other and thus destruction of the carrier layer
  • the target 23 is thus by the vertical exposure to electrons in the
  • a positioning motor 35 is shown in the drawing in the tube.
  • the target 23 together with the positioning motor 35 can in principle also be held in a vacuum-tight manner on the end face in front of the outlet opening 24 of the tube 12; or from an external arrangement of the positioning motor 35, a linkage engages through the wall on a rotating or viewing holder 36 for the target in the interior of the tube 12.
  • the displacement of the target 23 must always take place when the electric ronst rah L 16 has burned the micro-hole 31 so deep into the brake layer 32 that it reaches the carrier layer 33.
  • a simple method for determining this point in time is to end the generation of the focal spot on the target 23 after a short irradiation time of the order of milliseconds or microseconds which can be estimated in terms of power or can be more easily empirically determined, for which purpose the electron beam, as already described above, can be switched off, dimmed or swung out of the target area.
  • this procedure does not take into account the individual condition of the micro. Hole 31. It may well be that with this method the carrier 33 is already irradiated or, on the other hand, the micro-hole 31 has not yet reached the boundary between the brake layer 32 and carrier 33.
  • a much more precise method for determining the point in time t a at which the brake layer 32 has melted and the electrons strike the carrier 33 is the measurement of the target current I Bec shown in FIG. 3, as shown in FIG. 3 , the target current I measured as a function of the irradiation time, then this has the course shown in FIG. 3A.
  • the target quantity increases abruptly.
  • the point in time t a is the point in time at which the electrons have penetrated the brake layer 32 and the micro-hole 31 extends to the carrier layer 33.
  • an electron accelerated in a high voltage penetrates the surface of matter, it experiences in interaction with the matter a series of elastic impacts, during which it loses a part of its kinetic energy, which is converted into radiation. Part of this radiation consists of X-rays.
  • the electron passes through a braking volume 40 (FIG. 4) within the target material, the expansion of which is primarily determined by the atomic number Z of the target material, the energy E 0 of the electrons and by the electron beam diameter is.
  • the x-ray radiation is generated within the Bremsvo Lumens 40 described.
  • the extent of the steel Lenque l Le is thus determined by the size of the B remsvo Lumens 40. Even if an e-ect ron Lahdurc me s rd is assumed, a finite braking volume 40 remains due to the spread of the electrons. Thus, a minimum beam Lenque l length, essentially determined by E 0 and Z, cannot be fallen below in principle.
  • target material doping 41 (FIG. 4A) must be introduced into the carrier material ri a L, the volume of each of which is significantly smaller than the above-described braking volume 40 of the electrons in a coherent target ateri al.
  • the usable X-ray radiation only arises in the target material with a high atomic number.
  • the low ordinal number from the target material dopings 41 into the carrier material penetrated electrons do not contribute to the usable X-ray radiation, just as the electrons that penetrate directly into the carrier material in addition to the dopings 41 do not make any significant contribution to the usable radiation.
  • the electron beam Since in the small doping volume na according to FIG. 4A, with the same electron beam, fewer x-ray photons are generated per time than in the larger brake volume Lumi na 40 in a brake layer 32 (FIG. 2), the electron beam must be dic ht e (current) can be increased. Although this leads to a faster melting of the target material dopings 41 and their surrounding of the carrier material, the X-radiation generated during the melting process can also be used. For the next x-ray exposure, the electron beam 16 is directed in a known manner onto a still unused doping point 41, etc.
  • the doping 41 can be arranged, for example, in a defined grid.

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Abstract

Bei einer Mikrofocus-Röntgeneinrichtung für vergrößerungsradiografische Kurzzeit-Aufnahmen trifft ein fokussierter Elektronenstrahl zur Erzeugung der Röntgenstrahlung (16) auf das Bremsmaterial eines Targets (23) auf. Hierbei geht im Brennfleck (22) das Bremsmaterial durch die hohe thermische Beanspruchung in den flüssigen Aggregatzustand über. Aus diesem Grund wird die Einrichtung im Impulsbetrieb betrieben, wobei die Lage des Brennflecks (22) auf dem Target (23) bei jeder Beaufschlagung gegenüber der vorherigen Lage versetzt ist. Das Bremsmaterial ist in einer Bremsschicht (32) auf einer Trägerschicht (33) angeordnet und der Elektronenstrahl (16) trifft senkrecht auf die zum Elektronenstrahl (16) orientierte Bremsschicht (32) auf. Eine Steuerung bricht spätestens beim Anschmelzen der Trägerschicht (33) die Bestrahlung ab.

Description

Mikrofocus-Röntgeneinric tung
Eeschrei ung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Einrichtung ist aus der US-PS 4 344 013 (LedLey) bekannt.
Die Verwendbarkeit sogenannter direkt- und ve rg röße rungs radi og rap i s c he r Einrichtungen, insbesondere auf den Gebieten der Mater i a Lprüfung und der Medizin, ist in dem Beitrag "Entwicklung und Perspektiven der medizinischen Ve rg röße rungs radi og raphi e" von G.Reuther, H.-L. KronhoLz und K.B. Hüttenbrink in RADIOLOGE Bd.31 (1991 ) 403-406, näher beschrieben. Die Funktion solcher Einrichtungen beruht auf der st rah Lengeomet ri sehen Gesetzmäß gkeit, nach welcher eine St rah Lungsque L Le nur dann zu kontrastreichen Schattenbi ldern hoher Ort sauf Lösung führt, wenn die abbi ldungswirksame Abst rah L f Lache sehr klein im Vergleich zur bestrahlten Fläche des abzubi ldenden Objektes ist. Wei l anderenfalls jeder Punkt des Objektes unter verschiedenen Winkeln, nämlich von verschiedenen Stellen der Strahlenquelle her, bestrahlt werden würde, ergäbe jeder Objekt-Punkt bei der Projektion in die Bi ldebene gegeneinander versetzte Schattenwürfe, und insgesamt wäre das Resultat eine verwaschene Kontur des
Objektes, das nach Maßgabe seiner Entfernung von der
Bi ldebene vergrößert dargestellt wird.
Trotz der damit erreichbaren Verbesserung der Auflösung haben sich Mi k rofocus-Röntgene i nri chtungen in der Praxis, insbesondere der medizinischen Diagnostik, nicht so recht durchsetzen können. Das scheint vor allem darauf zurückzuführen zu sein, daß sie nur mit beschränkter Röntgenstrahlungs-Leistung arbeiten können. Denn die sehr enge Fokussierung des E Lekt ronens t rah les auf das Bremstarget ergibt einen Brennfleck (Fokus) sehr kleinen Durchmessers mit dementsprechend sehr hoher Energiedichte. Diese große spezifische Belastung führt schnel l dazu, daß das gewöhnlich unter einer Richtung von 10° bis 45° bestrahlte Target eine - für die Umwandlung der auft reffenden E Lekt ronens t rah lenergi e in abzugebende Röntgenst rah lenene rg i e - nachtei lige Veränderung seiner Topographie mit baldiger Zuerstörung der Bremsschicht erfährt. Andererseits müßte die Belichtungszeit pro Röntgenaufnahme verlängert werden, wenn mit Röntgens t rah Len geringerer Leistung gearbeitet würde, was aber der Forderung nach kurzen Belichtungszeiten im Bereich von zehntel bis hundertstel Sekunden widerspräche, um eine unnötig hohe Strahlenbelastung und um Unscharfen aufgrund der Objekt-Bewegung zu vermeiden. Je kleiner allerdings der thermische Brennfleck auf der Target- Anode ist, desto niedriger wird auch die elektrische Leistung, die von der kleinen Targetfläche aufgenommen werden kann, ehe sie zu schmelzen beginnt. Dieses Verhalten widerspricht a-lso der Forderung nach höherer Dichte der auf das Target aufprallenden E lekt ronenst rah Len für höhere Leistung der Röntgenstrahlung. Aus der eingangs genannten US-PS 4 344 013 (Ledley) ist eine Mi k rofocus-Röntgene i n r i c htung bekannt, die bereits mit einem angeschmolzenen Target arbeitet. Bei dieser Einrichtung fällt der Elektronenstrahl auf ein se räggeste l L tes Target, so daß die erzeugte Röntgenstrahlung gleichfalls in einem Winkel vom Target abgestrahlt wird. Bei dieser Einrichtung ist jedoch nicht berücksichtigt worden, daß schon vor dem vollständigen Durchbrennen des Targets eine schnell fortschre tende Kraterbi ldung dazu führt, daß die optische Achse der abgestrahlten Röntgen-Nut zst rah Lung eine Abschattung von dem aufquellenden Kraterrand erfährt, der die Röntgenstrahlung weitgehend absorbiert. Es ergibt sich ein diffuses Röntgen L i cht , das nicht als von einer punkt förmi gen Quelle ausgehend angesehen werden kann. Deshalb hat sich eine derartige Einrichtung mit einer zum einfallenden E lekt ronenst rah L schrägen Stellung des Targets nicht bewäh r .
Die DE-OS 34 01 749 A1 (Siemens) betrifft eine Röntgenr i chtung , bei der der Elektronenstrahl auf dem Bremsmate r i a L ständig und beispielsweise mäande r örmi g abgelenkt wird. Dadurch wird jedoch der wirksame Brennfleck vergrößert, wodurch - wie oben beschrieben - die Bi ldschärfe Lei det .
Aus der DE-OS 26 53 547 A1 (Koch u.SterzeL) ist ein Transmissions-Target bekannt, bei dem das Bremsmateri a L auf einem Träge rmateri a l angeordnet ist. Die Vermeidung einer kritischen thermischen Beanspruchung, wie sie in Mi k rofocus-Ei nri c htungen auftritt, ist in dieser Schrift nicht angesprochen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, der Mi k rofokus-Rodi og raph i e weitere Einsatzbereiche zu eröffnen, ndem trotz minimerten Brennfleckdurchmessers auf dem Target eine strahlengeometrisch verfügbare Röntgenstrahlung e rzeugt ird.
Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die gattungsgemäße Einrichtung auch nach dem Kennzei chnungste i L des Anspruchs 1 ausgelegt ist.
In den Unteransprüchen werden Fortbi ldungen und Ausgestaltungen der Erfindung beansprucht.
In den Zeichnungen ist ein Aus füh rungsbe i sp i e l der Erfindung dargestellt. Es zeigen :
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Mi krofocus-Röntgenei nri chtung,
Fig. 2 einen Schnitt durch das Target in vergrößertem Maßstab,
Fig. 3 das Target nach Figur 2 mit einer Messung des Targetstroms,
Fig. 3A den Verlauf des Targetstroms in Abhängigkeit von der Bestrahlungsdauer,
Fig. 4 ein Target mit einem eingezeichneten Bremsvolumen und
Fig. 4A eine Träge rseh i cht mit Trägermaterial-Dotierungen.
Die Mi k rofocus-Röntgene i nr i chtung 1 besteht aus einem evakuierten Gehäuse 11, 12 aus Glas oder ni cht-ferro agnet i s ehern Metall. Die Röhre 12 hat einen beliebigen, in der Regel runden Querschnitt. Durch eine rückwärtige Stirnfläche 11 der Röhre 12 ragen elektrische Speisedrähte 13 für eine haa rnade L förmi ge Kathode 14 ins Innere der Röhre 12 hinein. Die erhitzte Kathode 14 wirkt als E Lekt ronenque L l e, aus deren Abstrahlung mittels eines kappenförmi gen Gitters 15 ein schmaler di ergierender E lekt ronenst rah L 16 ausgeblendet wird. Der Strahl 16 tritt durch die zentrale Öffnung einer Lochscheibenanode 17 hindurch und erfährt dabei eine Bündelung zu einem virtuellen Brennfleck 18. Der sich danach wieder aufweitende Strahl 16 durchläuft die Que rs chni t tszone einer außerhalb der Röhre 12 angeordneten Ablenkspule 19 und wird im magnetischen Spalt 20 einer sich anschließenden Fokus s i e rspu l e 21 gebündelt. Die Fokuss i e rspu l e 21 bi ldet als e lekt romagn i t i s c he Linse ein verkleinertes Bi ld des vi rtuellen Brennflecks 18 als Brennfleck 22 auf einem Transmissionstarget 23 ab, das sich in der Aust r i t tsoffnung 24 der Röhre 12 befindet. Die Fokuss i erspu L e 21 erzeugt einen extrem k L e i nf lach i gen Brennfleck 22 in der Größenordnung von typisch 0,5 ... 100 μm. Das Target 23 besteht aus einer dünnen Bremsschicht 32 aus einem Metall hoher Ordnungszahl im periodischen System der Elemente, wie Wolfram, Gold, Kupfer oder Molybdän, und einer schwach Röntgenstrahlen absorbierenden aber gut wärmeleitenden Träge rs c i cht 33, vorzugsweise aus Aluminium oder Beryllium. Infolge der Bremswirkung des Targetmaterials Lösen di e * auf t ref fenden Elektronen des Strahls 16 die Röntgenstrahlung 25 aus. Ein Tei l der Röntgenstrahlung 25 durchdringt das Target 23 mit der St rah l r i chtung 28, die mit der Strahlachse 10 des E Lekt ronenst rah l s 16 übereinstimmt und verläßt die Röhre 12 in Richtung auf eine Probe 26 als divergierender Röntgenstrahl 25. Aufgrund der geometrischen Strahlengesetzmäßigkeit wird die Struktur der Probe 26, insoweit sie für die Röntgenst rah Len 25 mehr oder minder undurchlässig ist, entsprechend vergrößert als Schattenriß auf einen in größerem Abstand hinter der Probe 26 parallel zum Transmissionstarget 23 und somit senkrecht zur St rah l r i chtung 28 angeordneten Fi lm in der Bi ldebene 29 projiziert.
Eine Absauganlage 37 zur Auf rechte rha L tung des Vakuums in der Röhre 12 und zum Abziehen von dampfförmigen Mater i a L spu ren der verbrennenden Kathode 14 bewirkt zugleich ein Reinhalten des Innenraums der Röhre 12 von abgeschmolzenen Materi a Ipa rt i ke Ln aus dem Brennf Leck Loch 31 im Target 23. Die besonders hohe Ausbeute an Röntgenst rah L en 25 ergibt sich aus dem extrem kleinflächig angeregten Bremsvolumen 40 (Figur 4) im Transmissionstarget 23. Die hohe Leistungsdichte, also die hohe flächenspezifische physikalische Beanspruchung mit dem mi krofokus s i e rt en E Lekt ronenst rah L 16, führt zum Einbrennen eines Brennf Lee k Loches 31 in das Target 23, so daß sich in Abgangs r i c htung 28 der Röntgenst rah L en 25 das verbleibende Targetmaterial und damit dessen s t rah Lenschwächende Eigenabsorption fortlaufend verringert. Die Bremsschicht 32 wird durch den auft ref fenden E l ekt ronenst rah L 16 gezielt abgeschmolzen, was hinsichtlich ihres Aggregat zustandes eine dynamisch sich verändernde Röntgenst rah Lungsque l Le darstellt.
Wenn das Bremsmaterial als dünne Schicht 32, etwa aus Wolfram, auf einer dagegen dicken Trägerschicht 33 aus gut wärmeleitendem Material, wie Beryllium oder Aluminium, gelagert ist, dann ist es kaum vermeidbar aber auch unkritisch, daß am Boden des Loches 31 in der Bremsschicht
32 schließlich vom mi k rofokuss i erten Elektronenstra l 16 auch die in St rah L r i chtung 28 da nter l i egende Trägersc i cht
33 angeschmolzen wird. Dann allerdings muß die Bestrahlung des Targets 23 an dieser Stelle beendet werden, also in der Anwendung dieser Röntgenei nri chtung 1 die Aufnahme beendet sein; denn die Beaufschlagung der Trägerseh i cht 33 mit Elektronenstrahlen 16 führt nur noch zu einer sehr weichen Röntgenstrahlung 25 und damit in der Bildebene 29 zu kaum verwertbaren diffusen Schattenbi ldern der zu durc leuchtenden Probe 26.
Für das nächste aufzunehmende Röntgens chattenbi Id erfolgt wiederum die sehr kurzzeitige Bestrahlung des Transmissionstargets 23 mit einem mi krofokussi erten E lekt ronenst rah L 16, wofür wiederum die Kathode 14 nur kurzzeitig betrieben und/oder der Strahl 16 über eine ve rs c hwenkba re , in der Zeichnung nicht dargestellte. Blende nur kurzzeitig freigegeben oder der Strahl 16 über eine entsprechende Ansteuerung der Ablenkspule 19 kurzzeitig aus einer funktionslosen Warterichtung in die Geräte- und Wi rkachse 10 der St rah L r i c htung 28 verschwenkt wird. Allerdings darf beim Trans i ss i onst a rget 23 nicht wieder eine Stelle bestrahlt werden, an der zuvor schon ein Loch 31 eingebrannt worden ist, wei l sonst alsbald oder sogar unmittelbar die Träge rs c h i c ht 33 anstatt der Bremss chni cht
32 aus Bremsmaterial angeschmolzen werden würde. Deshalb ist eine Versatzsteuerung 34 vorgesehen, die durch die vorbeschriebene Strahlablenkung mittels der Ablenkspule 19 aus der Geräteachse 10 heraus und/oder durch Verlagerung des Targets 23 relativ zur Geräteachse 10 dafür sorgt, daß nur entlang eines mäandrisch oder spi ralbogen örmig verlaufenden Weges aufeinanderfolgende Brennflecke 22 hervorgerufen werden. Dadurch ist sichergestellt, daß nur unverbrauchte Bereiche des Targets 23 nacheinander beansprucht werden und so eine Zerstörung der Trägersc i cht
33 mit Auslösen nur wenig nützlicher da zu energiearmer Röntgenstrahlung vermieden wi rd. Das Target 23 wird also durch die senkrechte Beaufschlagung mit Elektronen im
Durch L i chtbet r i eb so belastet, bis eine Aggregatumwandlung in die schmelzflüssige Phase einsetzt.
Zur Ve ranschau L i chung der Verlagerung des Targets 23 relativ zur Röhre 12 bzw. ihrer Achse 10 ist in der Zeichnung ein Positioniermotor 35 in die Röhre h i ne i nve r Legt , zeichnerisch dargestellt. Stattdessen kann das Target 23 samt Positioniermotor 35 grundsätzlich auch stirnseitig vor der Austrittsöffnung 24 der Röhre 12 vakuumdicht gehaltert sein; oder von einer externen Anordnung des Positioniermotors 35 her greift durch die Wandung hindurch ein Gestänge an einer Dreh- oder Seh i ebeha L terung 36 für das Target im Inneren der Röhre 12 an. Wie vorstehend dargelegt worden ist, muß die Verlagerung des Targets 23 immer dann erfolgen, wenn der E l e k t ronenst rah L 16 das Mikro-Loch 31 so tief in die Bremsschicht 32 eingebrannt hat, daß es die Trägerschicht 33 erreicht.
Ein einfaches Verfahren zur Bestimmung dieses Zeitpunktes besteht darin, nach einer hinsichtlich der Leistung abschätzbaren oder leichter noch empirisch bestimmbaren kurzen Bestrahlungszeit in der Größenordnung von Mi lli- oder Mikrosekunden die Brennfleckerzeugung auf dem Target 23 zu beenden, wofür der Elektronenstrahl, wie vorstehend bereits beschrieben, abgeschaltet, abgeblendet oder aus dem Targetbereich herausgeschwenkt werden kann. Dieses Verfahren nimmt jedoch keine Rücksicht auf den individuellen Zustand des Mikro. Lochs 31. Es kann also durchaus sein, daß bei diesem Verfahren die Träge rs c h i cht 33 bereits bestrahlt wird oder daß andererseits der Mikro-Loch 31 noch nicht die Grenze zwischen Bremsschicht 32 und Träge rs ch i cht 33 erreicht hat.
Ein wesentlich genaueres Verfahren zur Bestimmung des Zeitpunktes ta, an dem die Bremsschicht 32 durchgeschmolzen ist und die Elektronen auf die Träge rseh c ht 33 auftreffen, ist die in Figur 3 wiedergegebene Messung des Ta rgetst romes I Wird, wie in Figur 3 dargestellt ist, der Targetstrom I als Funktion der Best rah Lungszei t t gemessen, dann hat dieser den in Figur 3A dargestellten Verlauf. Im Zeitpunkt ta erfolgt eine sprunghafte Erhöhung des Ta rget st romes . Der Zeitpunkt ta ist derjenige Zeitpunkt, an dem der ELekt ronenst rah L die Bremsschicht 32 durchstoßen hat und das Mikro-Loch 31 bis auf die Trägerschicht 33 reicht. Durch Messung des Targetstroms I kann also sehr Leicht durch die Steuerung ein Befehl für die Umlenkung des E Lekt ronenst rah l s 16 gewonnen werden. Hierbei werden automatisch sämtliche lokalen Besonderheiten von Bremsschicht 32 und Träge rseh cht 33 berücksichtigt.
Dringt ein in einem Hoc h spannungsf e Ld beschleunigtes Elektron in die Oberfläche von Materie ein, so erfährt es in Wechselwirkung mit der Materie eine Folge elastischer Stöße, bei denen es jewei ls einen Tei l seiner kinetischen Energie verliert, die sich in Strahlung umwandelt. Ein Tei l dieser Strahlung besteht aus Röntgenstrahlung. Während der Folge der elastischen Stöße durchläuft das Elektron innerhalb des Targetmaterials ein Bremsvolumen 40 (Figur 4), dessen Ausdehnung in erster Linie durch die Ordnungszahl Z des Targetmaterials, die Energie E0 der Elektronen und durch den E lekt ronenst rah l durchmes se r d bestimmt ist.
Die Röntgenstrahlung entsteht innerhalb des beschriebenen Bremsvo Lumens 40. Die Ausdehnung der St rah Lenque l Le ist somit bestimmt durch die Größe des B remsvo Lumens 40. Selbst dann, wenn ein gegen "Null" gehender E l ekt ronenst rah Ldurc me s se r d angenommen wird, bleibt infolge der Ausbreitung der Elektronen ein endliches Bremsvolumen 40 bestehen. Somit kann eine, im wesentlichen durch E0 und Z bestimmte minimale St rah Lenque l Leng röße grundsätzlich nicht unterschritten werden.
Soll nun eine weitere Verkleinerung der Strahlenquelle erreicht werden, so müssen in das Trägermate ri a L Targetmaterial-Dotierungen 41 (Figur 4A) eingebracht werden deren Volumina jewei ls deutlich kleiner sind als das vorbeschriebene Bremsvolumen 40 der Elektronen in einem zusammenhängenden Target ateri al .
Die nutzbare Röntgenstrahlung entsteht nur im Targetmaterial hoher Ordnungszahl. Die aus den Targetmaterial-Dot erungen 41 in das Trägermaterial geringer Ordnungszahl eingedrungenen Elektronen tragen nicht zur nutzbaren Röntgenstrahlung bei, wie auch die neben den Dotierungen 41 di rekt in das Trägermaterial eindringenden Elektronen nicht wesentlich zur nutzbaren Strahlung beitragen.
Da in den kleinen Dotierungsvolum na gemäß Figur 4A bei gleicher E l ekt ronenst rah Id i chte somit weniger Röntgenphotonen pro Zeit entstehen als in dem größeren Bremsvo Lumi na 40 in einer Bremsschicht 32 (Figur 2), muß die E lekt ronenst rah L d i c ht e (Strom) erhöht werden. Das führt zwar zum schnelleren Abschmelzen der Targetmaterial- Dotierungen 41 und deren Trägermaterialumgebung, jedoch kann auch die während des S chme l zVorganges entstehende Röntgenstrahlung genutzt werden. Für die nächste Röntgenaufnahme wird der Elektronenstrahl 16 in bekannter Weise auf eine noch unbenutzte Dot i erungs st e l le 41 gelenkt, usw.. Die Dotierungen 41 können zum Beispiel in einem definierten Raster angeordnet sein.
Bezugszei chenl i ste
Mi krofocus-Röntgeneinri chtung
Geräte- und Strahlachse
Sti rnfläche
Röhre
Spei sedrähte
Kathode
Gitter
E Lekt ronenst rah L
Lochscheibe virtueller Brennfleck
Ablenkspule magnetischer Spalt
Fokussierspule
Brennf leck
Transmi ssionstarget
Austrittsöffnung
Röntgenstrahlung
Probe
St rah L r i chtung der Rontgenst rah Len
B i Idebene
MikroLoch
Bremsschi cht
Trägerschicht
Versatzst euerung
Pos i t i on i e rmoto r
Dreh- oder s ch i ebeha l te rung
Absaugan Lage
Bremsvo Lumen
Dotierungen

Claims

Patentansprüche
1. Mi k rofokus-Röntgene i n r i c htung , wobei ein fokussierter E L e kt ronenst rah l zur Erzeugung der Röntgenstrahlung auf ein Bremsmaterial eines Targets (23) auftrifft, im Brennfleck (22) das Bremsmaterial durch die hohe thermische Beanspruchung mindestens in den flüssigen Agg regat zustand übergeht und die Lage des Brennflecks (22) auf dem Target (23) mit jeder Beaufschlagung gegenüber der vorherigen Lage versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsmaterial in einer Bremsschicht (32) auf einer Träge rs ch i cht (33) angeordnet ist, der Elektronenstrahl (16) senkrecht auf die zum E lekt ronenst rah L (16) hin orientierte Bremsschicht (32) auftrifft und eine Steuerung (34) vorgesehen ist, welche den E L ekt ronenst rah l (16) spätestens beim Anschmelzen der Träge rseh i cht (33) abbricht.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine unstetige mäander- oder spiralförmige St rah lab L enkung über dem Target (23) .
3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verdrehung und/oder Verschiebung des Targets (23) von einer Bestrahlung zur nächsten.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (34), die den Elektronenstra l (16) spätestens beim Anschmelzen der Trägerschicht (33) abbricht, zeitgesteuert ist.
5, Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (34) den Zeitpunkt (ta) an dem der Elektronenstrahl (16) die Träge r s ch i cht (33) anschmi lzt, durch Messung des Ta rge t st romes (I) ermittelt.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsmaterial in Form von Dotierungen (41 ) in der Träge rs c h i c h t (33) angeordnet ist
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