WO2008006552A1 - Flüssigkeitsgekühltes target zur erzeugung von elektromagnetischer strahlung - Google Patents

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WO2008006552A1
WO2008006552A1 PCT/EP2007/006120 EP2007006120W WO2008006552A1 WO 2008006552 A1 WO2008006552 A1 WO 2008006552A1 EP 2007006120 W EP2007006120 W EP 2007006120W WO 2008006552 A1 WO2008006552 A1 WO 2008006552A1
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target
cooling liquid
line section
arrangement
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PCT/EP2007/006120
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Marco Erler
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
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    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08Anodes; Anti cathodes
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    • H01J35/02Details
    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
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    • H01J35/12Cooling non-rotary anodes
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    • H01J2235/1225Cooling characterised by method
    • H01J2235/1262Circulating fluids
    • HELECTRICITY
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    • H01J2235/00X-ray tubes
    • H01J2235/12Cooling
    • H01J2235/1225Cooling characterised by method
    • H01J2235/1291Thermal conductivity

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for generating electromagnetic radiation, in particular X-radiation or extreme ultraviolet radiation.
  • the invention also relates to the field of investigation of industrially and / or artificially manufactured articles by means of electromagnetic radiation.
  • electromagnetic radiation For example, it is known to irradiate a workpiece with X-radiation and to record an X-ray image, to repeat the process in different directions of incidence of the X-radiation and subsequently to generate three-dimensional, reconstructed X-ray images of the workpiece by a computer. Reconstruction on the computer is called computer tomography (CT).
  • CT computer tomography
  • Conventional x-ray tubes contain, for example, a tungsten target on which electrons of the x-ray tube are irradiated as the anode.
  • tungsten has a very high melting temperature compared to other metals.
  • tungsten also melts.
  • the electron beam is deliberately de-focused. This does not change the fact that the target is usually cooled by liquid cooling. De-focusing reduces the quality of the X-ray source. In particular, the radiance of the X-radiation is reduced. It is an object of the present invention to provide an arrangement and a method of the type mentioned above, which allow the generation of electromagnetic radiation at high beam density, wherein damage to the target is to be avoided.
  • a basic idea of the present invention is to arrange the actual target material, in which incident particles (in particular electrons or quanta of electromagnetic radiation) which generate electromagnetic radiation, on a base of a material with preferably high thermal conductivity, wherein the base is connected to the target (and therefore carries the target).
  • the connection of the target to the base can be designed in different ways.
  • the target may immediately adjoin the base without further material therebetween.
  • intermediate layers may also be present (eg a solder layer) and / or local material regions may be arranged between the target and the base via which the connection is made.
  • the main function of the base is to support the target.
  • Another function of the base may be to impart stability to the target, especially if the target has only a small thickness.
  • a material of high thermal conductivity is understood in particular to mean a material which has a thermal conductivity of 100 W / mK or more at temperatures of 100 to 200 ° C., preferably has a thermal conductivity of 350 W / mK or more.
  • Diamond material produced by CVD has a thermal conductivity of more than 1000 W / mK in the temperature range mentioned.
  • the heat dissipated from the target via the base is efficiently removed from the base.
  • the base which in turn carries the target, is applied to a metal rod or other shaped metal carrier.
  • the metal rod or other carrier is preferably made of copper, since copper has a high thermal conductivity and can also be used without problems in the vacuum region of an X-ray tube.
  • diamond may have been produced by CVD (Chemical Vapor Deposition) or PVD (Physical Vapor Deposition).
  • the base may be disc-shaped and therefore have a front and a rear surface, which are approximately parallel to each other and in each case a plane extending surfaces.
  • the front side is the side on which the usable X-ray radiation is emitted. In reflector operation, this is also the side on which the target is located. In transmission mode this is the opposite side of the target. In this description, however, a distinction is also made between the first and second sides of the base, the second side being opposite the first side.
  • the first page is the side of the base where the target is located.
  • the thickness of the disc-shaped base is e.g. at least 0.2 mm, preferably at least 0.4 mm. On the one hand this facilitates the production and on the other hand leads to a very good heat conduction transversely to the surfaces of the disc.
  • the width of the disc is substantially greater than the thickness. For a circular disc, the width is understood to mean the diameter. Therefore, the heat generated in the focal spot is first dissipated from the adjacent target into the disk and there is rapidly distributed in the disk. As a result, the temperature of the focal spot is reduced.
  • the thickness of the disc is limited by practical considerations such as high cost of thick diamond material. However, optimizing the overall design of the target assembly can also cause the thickness to not exceed a certain threshold. For example, otherwise due to different thermal expansion coefficients of the materials involved too high mechanical stresses occur.
  • the thickness of the disc is therefore preferably at most 1.5 mm. In a preferred embodiment, the thickness is at a value in the range of 0.45 to 0.55 mm, in particular 0.5 mm.
  • the thickness of a slice does not have to be over the entire slice be constant. For example, the thickness at the edges may be greater than in the central region of the disk.
  • any other suitable material for the generation of electromagnetic radiation is possible as the target material.
  • Targets may also be used, e.g. have multiple layers of the same or different metals and / or one or more metal alloys.
  • a thickness of the target disposed on the base surface is obtained Layer in the range of a few microns, eg 5 ⁇ m, up to a few 10 ⁇ m, e.g. 50-80 ⁇ m, preferred.
  • the thickness of the target may depend on the kinetic energy of the particles, i. e.g. the acceleration voltage of the X-ray tube, are tuned, in particular to the maximum kinetic energy or acceleration voltage of a specific arrangement.
  • a layer thickness of the tungsten target in the range of 40-60 .mu.m, in particular 50 .mu.m is preferred.
  • the thickness depends in particular on the target material. So if another target material is used, this should be considered for the thickness. For molybdenum as the target material, a thickness of about 80 ⁇ m is preferred at the aforementioned acceleration voltage.
  • the target is not formed as usual by depositing the target material, e.g. by means of CVD, but a separately prepared film consisting of the target material is placed on and connected to the base.
  • the connection is e.g. by soldering, especially brazing.
  • the generating device may be a microfocus X-ray tube.
  • the most preferred embodiment of the invention has, in addition to the base carrying the target, a conduit for cooling liquid to cool the target during operation of the assembly.
  • a line section of the line which is referred to below as the base line section, arranged from the perspective of the target on the opposite side of the base or runs there.
  • the target therefore lies on the first side of the base and the base conduit portion on the opposite, second side of the base.
  • the cooling liquid in the base pipe section absorbs heat and transports it.
  • This embodiment has the advantage that the heat dissipated from the focal spot via the base can be transferred to the cooling liquid with high efficiency and can be quickly removed by the cooling liquid. As a result, only small temperature differences between the focal spot and the wall of the base conduit section are needed to carry away the heat. Therefore, set at the focal spot lower temperatures than without this liquid cooling.
  • the base itself, e.g. the diamond material, at least a portion of a wall of the base conduit section.
  • the heat from the base is transferred directly to the coolant, without any additional material between the base and the coolant.
  • the base line section has a reduced conductor cross-section compared with other or all other line sections of the line.
  • the base line section has a smaller line cross section with respect to a line section located downstream in the course of the flow and / or a line section located upstream in the course of the flow.
  • the line section located in front and behind in particular form the feed line located directly in front of the base line section or the outlet line for the base line section located immediately behind the base line section.
  • the feed line of the base line section is shaped and / or arranged such that the flow direction of the cooling liquid in the feed line is directed transversely to a surface of the base, so that the cooling liquid after its entry into the base line section flows to the surface and is deflected by this. This improves the heat transfer from the base to the coolant.
  • a focal spot of the particles impinging on the target can be adjusted to have the shortest possible distance, measured by the base, to that part of the surface to which the cooling liquid is flowing.
  • the focal spot is located in front of a point of the base, on the opposite side of which the cooling liquid impinges on the base.
  • the supply line can be arranged so that the cooling liquid flows perpendicular to the surface of the base. As a result, a particularly good heat transfer from the base to the cooling liquid can be achieved.
  • the arrangement is rotatable about an axis of rotation extending in the direction of flow of the supply line, so that by rotating the arrangement, the location of the focal spot of the particles impinging on the target in the target can be changed.
  • the target is rotated a few degrees about the axis of rotation so that a portion of the target enters the beam of impinging particles that previously lay outside the focal spot.
  • the feed line is formed by an inner tube of a double-walled tube.
  • the cooling liquid can flow through the inner tube to the base, the surface of which extends in this case transversely to the flow direction of the supply line.
  • the discharge of the base line section can then be formed by an outer tube of the double-walled tube.
  • the double-walled tube achieves a very compact arrangement with integrated liquid cooling.
  • rod-shaped holders are used to hold the target.
  • the rod-shaped holder can be replaced by the double-walled tube with the arranged at the end of the tube target.
  • the base may be carried by the outer wall of the double-walled tube.
  • the base is circumferentially soldered around the central longitudinal axis of the double-walled tube to the outer wall of the tube or otherwise circumferentially connected to the outer wall of the tube.
  • the connection is preferably made liquid-tight, so that no additional measures must be taken to prevent liquid leakage of the cooling liquid between the base and the outer wall of the double-walled tube at the end.
  • axis of rotation In the axis of rotation about which in the case of the embodiment described above, the target and the base can be rotated so that the location of the focal spot can be changed, it is an axis which runs in particular at least partially through the interior of the inner tube, which is available for the flow of the cooling liquid.
  • the term axis of rotation is therefore not understood to mean a shaft made of a solid material. Nevertheless, a shaft can extend at least in sections along the axis of rotation.
  • Another embodiment of the arrangement according to the invention relates to the transmission operation.
  • This is understood to mean the operation of an arrangement for generating electromagnetic radiation in which the particles impinge on the target from one side and the generated usable radiation passes at least partially through the base.
  • the line for the Cooling liquid for cooling the base is arranged so that the usable radiation passed through the base then also passes through the cooling liquid which flows past the opposite side of the base from the view of the target. The usable radiation therefore passes through the liquid in the base conduit section.
  • a collimator can be arranged which absorbs radiation scattered in the cooling liquid or leaves the scattered radiation from the arrangement only in the solid angle range defined by it ,
  • the base line section is bounded on its one side by the base and has in the radiation direction on its opposite side on a substantially parallel to the wall formed by the base of the base line section extending wall.
  • the thickness of the base conduit section defined by the path of the useable radiation passing through the fluid in the base conduit section may be constant or vary over the entire base conduit section. In any case, it is preferable that the thickness is in the range of 0.8 to 1.2 mm, preferably 1 mm.
  • the base line section is again preferably a line section with a smaller line cross-section than in other sections of the line, in particular the feed line and / or the discharge line. Due to the thickness in the range of 1 mm, on the one hand, an even more effective removal of liquid from the base is ensured and, on the other hand, the absorption and scattering of the radiation in the cooling liquid is kept low.
  • the base and the target can be designed as described above and preferably have a total thickness of 0.4 to 0.6 mm, in particular at 0.5 mm. In this case, if the arrangement has an exit window for the exit of the radiation with a thickness of 0.5 mm, the result is a focus-object distance of 2 mm.
  • the invention relates to a method for producing an arrangement for generating electromagnetic radiation, in particular X-ray radiation or extreme ultraviolet radiation, wherein
  • a base which consists in particular of a material with high thermal conductivity, is provided,
  • a target is connected to the base at a first side of the base, wherein the target is designed to generate the electromagnetic radiation if, during operation of the arrangement, particles, in particular electrons, strike the target,
  • a conduit for guiding coolant is provided, wherein a base line portion of the conduit is arranged so that it extends along one of the first side of the base opposite the second side of the base.
  • the base may be formed of diamond, in particular formed of diamond made by CVD or PVD.
  • the target can be formed from a metal foil, in particular a tungsten foil, wherein the foil is soldered to the base.
  • a feed line of the base line section can be formed by an inner tube of a double-walled tube, so that the base is preferably arranged so that the through the feed line into the base line section incoming cooling liquid impinges on the surface of the base and is deflected by this.
  • a drain which is a conduit section downstream of the base conduit section, may be formed by an outer tube of the double-walled tube.
  • the base is attached to an end face of the outer wall of the double-walled tube, in particular attached liquid-tight.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an arrangement for generating electromagnetic radiation
  • FIG. 3 shows a detail of the embodiment of FIG. 2 and
  • Fig. 4 shows a third embodiment of such an arrangement, which is operated in contrast to the other two embodiments in the transmission mode.
  • the arrangement shown in Fig. 1 for generating electromagnetic radiation is in particular an X-ray tube.
  • the FIGURE shows a schematic longitudinal section through the arrangement 1.
  • a dash-dotted line 3 the direction of incidence is shown, in which electrons enter the assembly 1 and impinge on a target 5 made of tungsten foil.
  • the arrangement 1 has an electron aperture 9.
  • Means be provided and / or methods are used, with which the location of the focal spot and the focusing of the electron beam can be set on the target.
  • the target 5 is supported by a base 7 made of CVD diamond. Both the target 5 and the base 7 are disc-shaped and shaped in particular circular disk. At the opposite side of the base 7 from the view of the target 5, the base 7 is carried by a solid rod 13 made of copper. The rod 13 and thus also the base 7 and the target 5 can be manually rotated about a central longitudinal axis 15 of the rod 13, as indicated by an arrow 16, at the opposite end of the rod 13 from the viewpoint of the target 13 is a knurl -Mechanik 18 is provided which allows the rotation of the rod 13 about the longitudinal axis 15.
  • the outer wall of the arrangement 1 is shown.
  • the defined by the outer wall 17 and optionally other parts of the assembly 1 interior 14 is evacuated for the operation of the assembly 1.
  • the knurled mechanism 18 is located outside the interior 14.
  • a cooling device 19 is provided for indirectly cooling the target and the base.
  • indirect cooling is meant that neither the target nor the base with the cooling device or a coolant of the cooling device are in direct contact.
  • the cooling device 19 absorbs heat by thermal radiation and optionally via material bridges (not illustrated in more detail) between the rod 13 and the cooling device 19 and transports them away.
  • the target 5 and the base 7 are designed in particular as the target and the base, which are explained with reference to FIG. 3.
  • FIG. 3 represents a detail of another embodiment of the arrangement.
  • the X-radiation generated by the target 5 leaves the inner space 14 through a window 20 permeable to X-radiation, for example of beryllium or diamond. After the X-ray has passed through the window 20, it is collimated by means of a collimator 21.
  • This arrangement shown in FIG. 2 likewise has an electron shield 9, an outer wall 17 and an interior 14 evacuated during operation.
  • an exit window 20 for the X-radiation and a collimator 21 are also provided.
  • the target 5 is in turn attached to one side of a base 7 and good heat conductive, for example by brazing, connected to the surface of the base 7.
  • a double-walled tube 33 is provided instead.
  • the outer wall 34 of the tube 33 is at its front end 36 (ie at one end of the tube 33, viewed in the direction of the longitudinal axis 45 of the tube) liquid-tightly connected to the base 7, so that a self-contained circumferential liquid-tight connection is formed "circumferentially" on the central longitudinal axis 45 of the tube 33 is related.
  • the target 5 and the base 7 are again circular disk-shaped, and the liquid-tight connection therefore extends along a circular line in the edge region of the surface of the base 7 which is opposite the view of the target 5.
  • the base 7 and the target 5 are rotatable about a rotation axis which is approximately perpendicular to the surface of the target 5.
  • the axis of rotation is identical to the central longitudinal axis 45 of the tube 33. Cooling liquid can be supplied to the rear side of the base 7 through a feed line formed by the inner tube 35 of the tube 33.
  • the base line section of the liquid line is the base line section of the liquid line.
  • the inner tube 35 terminates at a distance of about 0.5 to 2.0 mm from the surface of the base 7 (see also Fig. 3).
  • Fig. 3 In Fig.
  • the flow direction within the supply line by two straight arrows 51 is designated.
  • the base 7 deflects the direction of flow (represented by arrows 52 in FIG. 3). Turbulence can therefore occur in the base line section on the rear side of the base 7.
  • a deflection takes place again and the heated cooling liquid (which has absorbed heat from the base 7) is discharged via the gap between the inner tube 35 and the outer wall 34 of the tube 33 (arrows 53 in FIG. 3).
  • the derivative has therefore z.
  • B the shape of a cylindrical space in which a central inner cylinder is recessed, ie the shape of a hollow cylinder.
  • the target 5 can be connected to the base 7 via a layer 6, which is preferably a layer of brazing material.
  • connection 8 between the base 7 and the outer wall 34 of the tube 33 is shown, which may also be formed by brazing.
  • Fig. 3 by a pointing obliquely from above right to bottom left arrow 61 for an embodiment of the incidence of electrons on the target 5.
  • the electrons are represented by the symbol e ".
  • at accelerating voltages of over 100 kV penetrate the electron deep into the target 5, so that, for example, results in the designated in Fig. 3 by the reference numeral 63 focal spot, which represents approximately the volume range in which the electrons are decelerated and thereby the X-radiation is formed, as indicated by arrows 65.
  • the case Heat which is likewise formed is transferred from the target 5 to the base 7 via the layer 6 and spreads there due to the very good thermal conductivity in the entire base 7.
  • the base is preferably 0.5 mm thick diamond material made by CVD. In this case, the thickness between the front side of the base 7, which faces the target 5, and the back of the base 7 at the front side of the tube 33 is measured.
  • liquid connections 41, 43 are provided (Fig. 2).
  • the port 41 is not rotated in any rotation of the tube 33 about the rotation axis 45 and is liquid-tight, e.g. via a ring seal 42, connected to the inner tube 35.
  • the port 43 through which the liquid is discharged from the tube 33, be firmly connected to the outer region of the tube 33 when the port 43 or a conduit connected thereto are formed of formflexiblem material.
  • the target 5 may be made of tungsten, but is preferably made thinner than in the embodiments for the reflection mode.
  • the thickness of the target designed as a disk is in the range of 5 to 20 ⁇ m. The thickness depends in particular on what attenuation of the X-ray radiation is accepted in the target itself, the attenuation being spectrally different in the manner of a spectral filter.
  • the acceleration voltage of the electrons must be considered.
  • the target 5 directly on the rear surface of the base. 7 have been applied, for example by CVD.
  • the rear surface in this case is the surface of the base 7, which faces the electron beam 3.
  • the front surface (to the right in FIG. 4) of the base 7 directly adjoins the base conduit section 76, i. the front surface of the base 7 forms a wall of the base lead portion 76.
  • the base 7 and the attached target 5 are held by a target holder 70.
  • the target holder 70 comprises the base 7 and the target 5 partially, namely at their surfaces which extend approximately parallel to the direction of incidence of the electron beam 3 and partly at the rear surface of the target 5.
  • the target holder 70 may also form part of the wall of the base line section 76 and / or the feed line 75 and / or discharge line 77 of the base line section 76.
  • the seat of the base 7 in the enclosure formed by the target holder 70 is preferably formed liquid-tight.
  • an additional seal (not shown) between the target holder 70 and the base 7 may be arranged, for example, an O-ring seal).
  • the target holder 70 may be soldered liquid-tight to the base 7, for example with brazing material.
  • Fig. 4 shows a variant in which the seat of the base 7 in the target holder 70 is formed liquid-tight, wherein the target holder 70 by a plurality of screws 79, the base 7 and the target 5 in a direction parallel to the direction of the electron beam 3 against the Liquid line presses.
  • the line may have a corresponding recess of its wall, so that the base 7 can be pressed by means of screws 79 against an edge region of the recess.
  • a seal e.g. an O-ring seal, arranged to make the seat liquid-tight.
  • the cooling liquid is conducted via a connection 41 into the supply line 75 of the arrangement, deflected in a direction parallel to the electron beam 3 (section 81 of the supply line), again in FIG Direction perpendicular to the electron beam 3 deflected into the base line section 76, deflected after passing through the base 7 in a section 83 of the supply line in which the cooling liquid is guided in anti-parallel to the direction of the electron beam 3, and from there into the end region of the discharge 77th deflected, in which the liquid is again guided perpendicular to the direction of the electron beam 3.
  • a port 43 for draining the liquid from the assembly is connected.
  • the section 81 may be considered part of the supply line 75.
  • the portion 83 may be considered part of the derivative 77.
  • the flow cross section available for the cooling liquid is greater in the sections 81, 83 than in the base line section 76. Therefore, the flow velocity in the base conduit section is greater than in the sections 81, 83, whereby a faster removal of the liquid is ensured in the base line section 76 recorded heat.
  • the flow velocity in the base line section 76 can be adjusted so that the flow therein is turbulent, so that the heat transfer from the base 7 to the liquid is better than with laminar flow.
  • the radiation generated in the target 5, in particular X-radiation has propagated approximately in continuation of the direction of the electron beam 3 through the base 7 and the cooling liquid in the base line section 76, it passes through a radiation window 71 of the device and is penetrated by an outside of Radiation window 71 arranged collimator 73 collimated. As a result, the usual radiation cone can be generated.
  • the cooling liquid is in all embodiments, for example, water or an oil. In both cases, the coolant may contain additives.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (31) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Röntgenstrahlung oder extremer Ultraviolett-Strahlung, mit einem Target (5), in dem beim Betrieb der Anordnung durch auftreffende Teilchen die Strahlung erzeugt wird, einer Basis (7), wobei die Basis (7) an einer ersten Seite der Basis mit dem Target (5) verbunden ist, einer Leitung für Kühlflüssigkeit, um beim Betrieb der Anordnung das Target (5) zu kühlen, wobei die Leitung einen Basis-Leitungsabschnitt aufweist, der sich entlang einer der ersten Seite der Basis (7) gegenüberliegenden zweiten Seite der Basis (7) erstreckt.

Description

FLÜSSIGKEITSGEKÜHLTES TARGET ZUR ERZEUGUNG VON ELEKTROMAGNETISCHER STRAHLUNG
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Röntgenstrahlung oder extremer Ultraviolett-Strahlung.
Die Erfindung betrifft insbesondere auch das Gebiet der Untersuchung von industriell und/oder handwerklich hergestellten Gegenständen mittels elektromagnetischer Strahlung. Beispielsweise ist es bekannt, ein Werkstück mit Röntgenstrahlung zu durchstrahlen und ein Röntgenbild aufzunehmen, den Vorgang bei verschiedenen Einfallsrichtungen der Röntgenstrahlung zu wiederholen und anschließend durch einen Computer dreidimensionale, rekonstruierte Röntgenbilder des Werkstücks zu erzeugen. Die Rekonstruktion am Computer wird als Computer-Tomographie (CT) bezeichnet. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher Teil eines solchen Verfahrens sein.
Bei der CT ist eine hohe Leistung der für die Erzeugung der Röntgenstrahlen oder anderen kurzwelligen elektromagnetischen Strahlen verwendeten Röhren erwünscht. Als Faustregel gilt, dass die Zeit für die Aufnahme der Röntgenbilder halbiert werden kann, wenn die Strahlungsleistung der Röhre verdoppelt wird.
Herkömmliche Röntgenröhren enthalten z.B. ein Wolframtarget, auf das als Anode Elektronen der Röntgenröhre eingestrahlt werden. Heutzutage ist es möglich, den Elektronenstrahl auf einen Brennfleck mit sehr kleinem Querschnitt zu fokussieren. Zwar hat Wolfram im Vergleich zu anderen Metallen eine sehr hohe Schmelztemperatur. Bei sehr kleinem Brennfleck-Querschnitt schmilzt jedoch auch Wolfram. Um eine Beschädigung des Targets aufgrund des Erreichens des Schmelzpunktes und der dadurch einsetzenden physikalischen und chemischen Veränderungen zu verhindern, wird der Elektronenstrahl absichtlich de-fokussiert. Daran ändert auch die Tatsache nichts, dass das Target in der Regel durch eine Flüssigkeitskühlung gekühlt wird. Durch die De-Fokussierung wird aber die Qualität der Röntgenquelle verringert. Insbesondere wird die Strahldichte der Röntgenstrahlung reduziert. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren der Eingangs genannten Art anzugeben, die die Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung bei hoher Strahldichte ermöglichen, wobei eine Beschädigung des Targets vermieden werden soll.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, das eigentliche Targetmaterial, in dem auftreffende Teilchen (insbesondere Elektronen oder Quanten einer elektromagnetischen Strahlung) die elektromagnetische Strahlung erzeugen, an einer Basis aus einem Material mit vorzugsweise hoher Wärmeleitfähigkeit anzuordnen, wobei die Basis mit dem Target verbunden ist (und daher das Target trägt). Die Verbindung des Targets mit der Basis kann auf unterschiedliche Weise ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Target unmittelbar, ohne weiteres Material dazwischen, an die Basis angrenzen. Es können jedoch auch Zwischenschichten vorhanden sein (z. B. eine Lotschicht) und/oder lokale Materialbereiche zwischen dem Target und der Basis angeordnet sein, über die die Verbindung hergestellt ist. Insbesondere besteht die Hauptfunktion der Basis darin, das Target zu tragen. Eine weitere Funktion der Basis kann darin bestehen, dem Target Stabilität zu verleihen, insbesondere dann, wenn das Target nur eine geringe Dicke aufweist.
Unter einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit wird insbesondere ein Material verstanden, das bei Temperaturen von 100 bis 2000C eine Wärmeleitfähigkeit von 100 W/mK oder mehr aufweist, vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von 350 W/mK oder mehr aufweist. Durch CVD hergestelltes Diamantmaterial weist in dem genannten Temperaturbereich eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1000 W/mK auf.
Gemäß einem weiteren Gedanken der vorliegenden Erfindung wird die von dem Target über die Basis abgeführte Wärme effizient von der Basis abtransportiert.
Hierfür eignet sich insbesondere folgender Aufbau: Auf einen Metallstab oder anders geformten Träger aus Metall ist die Basis aufgebracht, die wiederum das Target trägt. Der Metallstab bzw. sonstige Träger ist vorzugsweise aus Kupfer gefertigt, da Kupfer eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und auch unproblematisch im Vakuumbereich einer Röntgenröhre verwendet werden kann. Generell, unabhängig von dem im vorangegangenen Absatz beschriebenen Aufbau, wird gemäß der Erfindung bevorzugt, als Material der Basis Diamant zu verwenden. Z.B. kann das Diamantmaterial durch CVD (Chemical Vapour Deposition) oder PVD (Physical Vapour Deposition) hergestellt worden sein. Insbesondere kann die Basis scheibenförmig sein und daher eine vorderseitige und eine rückwärtige Oberfläche aufweisen, die etwa parallel zueinander verlaufen und in jeweils einer Ebene verlaufende Flächen sind. Unter vorderseitig wird die Seite verstanden, auf der die nutzbare Röntgenstrahlung abgestrahlt wird. Im Reflektorbetrieb ist dies auch die Seite, auf der das Target liegt. Im Transmissionsbetrieb ist dies die dem Target gegenüberliegende Seite. In dieser Beschreibung wird jedoch auch zwischen der ersten und der zweiten Seite der Basis unterschieden, wobei die zweite Seite der ersten Seite gegenüberliegt. Die erste Seite ist die Seite der Basis, an der das Target angeordnet ist.
Die Dicke der scheibenförmigen Basis beträgt z.B. mindestens 0,2 mm, vorzugsweise mindestens 0,4 mm. Dies erleichtert einerseits die Herstellung und führt andererseits zu einer sehr guten Wärmeleitung quer zu den Oberflächen der Scheibe. Vorzugsweise ist die Breite der Scheibe wesentlich größer als die Dicke. Bei einer kreisförmigen Scheibe wird unter der Breite der Durchmesser verstanden. Daher wird die im Brennfleck erzeugte Wärme zunächst aus dem angrenzenden Target in die Scheibe abgeleitet und verteilt sich dort schnell in der Scheibe. Im Ergebnis wird die Temperatur des Brennflecks reduziert.
Nach oben ist die Dicke der Scheibe durch praktische Überlegungen wie hohe Kosten für dickes Diamantmaterial begrenzt. Allerdings kann auch die Optimierung der Gesamt-Konstruktion der Target-Anordnung dazu führen, dass die Dicke einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten sollte. Beispielsweise können andernfalls aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialen zu hohe mechanische Spannungen auftreten. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Scheibe daher maximal 1 ,5 mm. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Dicke bei einem Wert im Bereich von 0,45 bis 0,55 mm, insbesondere bei 0,5 mm. Die Dicke einer Scheibe muss jedoch nicht über die gesamte Scheibe konstant sein. Beispielsweise kann die Dicke an den Rändern größer sein als im mittleren Bereich der Scheibe.
Als Targetmaterial kommt außer Wolfram grundsätzlich jedes andere für die Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung geeignete Material infrage. Auch können Targets verwendet werden, die z.B. mehrere Lagen von gleichen oder verschiedenen Metallen und/oder eine oder mehrere Metalllegierungen aufweisen. Handelt es sich bei dem Targetmaterial um Wolfram, wird für den Reflektorbetrieb (d.h. den Betrieb, in dem die Teilchen aus demselben Halbraum auf das Targetmaterial auftreffen, in den auch die nutzbare elektromagnetische Strahlung emittiert wird) eine Dicke der auf der Basis-Oberfläche angeordneten Target-Schicht im Bereich von wenigen μm, z.B. 5 μm, bis einigen 10 μm, z.B. 50-80 μm, bevorzugt.
Insbesondere kann die Dicke des Targets auf die kinetische Energie der Teilchen, d.h. z.B. die Beschleunigungsspannung der Röntgenröhre, abgestimmt werden, insbesondere auf die maximale kinetische Energie bzw. Beschleunigungsspannung einer konkreten Anordnung. Bei einer Beschleunigungsspannung einer Elektronenstrahl-Röntgenröhre von z.B. 225 kV wird beispielsweise eine Schichtdicke des Wolfram-Targets im Bereich von 40-60 μm, insbesondere 50 μm, bevorzugt. Außerdem hängt die Dicke insbesondere von dem Targetmaterial ab. Wenn also ein anderes Targetmaterial verwendet wird, sollte dies für die Dicke berücksichtigt werden. Für Molybdän als Targetmaterial wird bei der genannten Beschleunigungsspannung eine Dicke von ca. 80 μm bevorzugt.
Bei einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Target nicht wie sonst üblich durch Abscheiden des Targetmaterials, z.B. mittels CVD, erzeugt, sondern es wird eine separat hergestellte Folie, die aus dem Targetmaterial besteht, an der Basis angeordnet und mit dieser verbunden. Die Verbindung wird z.B. durch Löten, insbesondere Hartlöten, hergestellt.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann wie zuvor beschrieben ausgestaltet sein und optional wie folgt hinsichtlich der Strahlungsleistung verbessert werden. Insbesondere kann es sich bei der Erzeugungseinrichtung um eine Mikrofokus- Röntgenröhre handeln. Die besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist außer der Basis, die das Target trägt, eine Leitung für Kühlflüssigkeit auf, um beim Betrieb der Anordnung das Target zu kühlen. Dabei ist ein Leitungsabschnitt der Leitung, der im Folgenden als Basis-Leitungsabschnitt bezeichnet wird, aus Sicht des Targets auf der gegenüberliegenden Seite der Basis angeordnet bzw. verläuft dort. Das Target liegt daher auf der ersten Seite der Basis und der Basis-Leitungsabschnitt auf der gegenüberliegenden, zweiten Seite der Basis. Die Kühlflüssigkeit in dem Basis- Leitungsabschnitt nimmt Wärme auf und transportiert sie ab.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die von dem Brennfleck über die Basis abgeführte Wärme mit hoher Effizienz auf die Kühlflüssigkeit übertragen und von der Kühlflüssigkeit schnell abtransportiert werden kann. Im Ergebnis werden nur geringe Temperaturunterschiede zwischen dem Brennfleck und der Wand des Basis- Leitungsabschnitts benötigt, um die Wärme abzutransportieren. Daher stellen sich an dem Brennfleck niedrigere Temperaturen als ohne diese Flüssigkeitskühlung ein.
Insbesondere bildet die Basis selbst, z.B. das Diamantmaterial, zumindest einen Teil einer Wand des Basis-Leitungsabschnittes. In diesem Fall wird die Wärme von der Basis unmittelbar auf die Kühlflüssigkeit übertragen, ohne weiteres Material zwischen Basis und Kühlflüssigkeit.
Zur weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs von der Basis auf die Kühlflüssigkeit und zur Verbesserung des Abtransports der Wärme von der Basis wird vorgeschlagen, dass der Basis-Leitungsabschnitt einen gegenüber anderen oder allen anderen Leitungsabschnitten der Leitung verkleinerten Leitungsquerschnitt aufweist. Insbesondere hat der Basis-Leitungsabschnitt gegenüber einem im Strömungsverlauf dahinter gelegenen Leitungsabschnitt und/oder einem im Strömungsverlauf davor gelegenen Leitungsabschnitt einen kleineren Leitungsquerschnitt. Der davor und dahinter gelegene Leitungsabschnitt bilden insbesondere die unmittelbar vor dem Basis-Leitungsabschnitt gelegene Zuleitung bzw. die unmittelbar hinter dem Basis-Leitungsabschnitt gelegene Ableitung für den Basis-Leitungsabschnitt. Durch die Verjüngung des Basis-Leitungsabschnitts werden höhere Fließgeschwindigkeiten erzeugt, die zumindest den Wärmeabtransport verbessern und abhängig von der Art der Strömung auch den Wärmeübergang auf die Kühlflüssigkeit verbessern.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Zuleitung des Basis-Leitungsabschnitts so geformt und/oder angeordnet, dass die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit in der Zuleitung quer zu einer Oberfläche der Basis gerichtet ist, so dass die Kühlflüssigkeit nach ihrem Eintritt in den Basis- Leitungsabschnitt auf die Oberfläche zuströmt und von dieser abgelenkt wird. Dadurch wird der Wärmeübergang von der Basis auf die Kühlflüssigkeit verbessert.
Bevorzugt wird dabei, dass ein Brennfleck der auf das Target auftreffenden Teilchen so eingestellt werden kann, dass er die kürzest mögliche, durch die Basis gemessene Entfernung zu dem Teil der Oberfläche aufweist, auf die die Kühlflüssigkeit zuströmt. Im Fall einer scheibenförmigen Basis liegt der Brennfleck daher vor einer Stelle der Basis, an deren gegenüberliegender Seite die Kühlflüssigkeit auf die Basis auftrifft.
Insbesondere kann die Zuleitung so angeordnet sein, dass die Kühlflüssigkeit senkrecht auf die Oberfläche der Basis zuströmt. Dadurch ist ein besonders guter Wärmeübergang von der Basis auf die Kühlflüssigkeit erreichbar.
Mit der folgenden Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, den Betrieb der Anordnung fortzusetzen, obwohl das Target z.B. wegen einer Überschreitung des Schmelzpunktes beschädigt wurde. Gemäß dieser Ausgestaltung ist die Anordnung um eine in der Strömungsrichtung der Zuleitung verlaufende Drehachse drehbar, so dass durch Drehung der Anordnung der Ort des Brennflecks der auf das Target auftreffenden Teilchen in dem Target verändert werden kann. Beispielsweise wird das Target um wenige Grad um die Drehachse gedreht, so dass ein Bereich des Targets in den Strahl der auftreffenden Teilchen gelangt, der zuvor außerhalb des Brennflecks lag. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Zuleitung durch ein Innenrohr eines doppelwandigen Rohrs gebildet. Insbesondere kann daher die Kühlflüssigkeit durch das Innenrohr hindurch auf die Basis zuströmen, deren Oberfläche sich in diesem Fall quer zur Strömungsrichtung der Zuleitung erstreckt.
Die Ableitung des Basis-Leitungsabschnitts kann dann durch ein Außenrohr des doppelwandigen Rohrs gebildet sein. Durch das doppelwandige Rohr wird eine sehr kompakte Anordnung mit integrierter Flüssigkeitskühlung erzielt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in existierenden Röntgenröhren stabförmige Halter zum Halten des Targets eingesetzt werden. Der stabförmige Halter kann durch das doppelwandige Rohr mit dem am Ende des Rohrs angeordneten Target ersetzt werden. Somit ist eine Nachrüstung bzw. Umrüstung möglich. Insbesondere kann die Basis von der Außenwand des doppelwandigen Rohrs getragen werden. Beispielsweise ist die Basis umlaufend um die zentrale Längsachse des doppelwandigen Rohrs mit der Außenwand des Rohrs verlötet oder auf andere Weise umlaufend mit der Außenwand des Rohrs verbunden. Die Verbindung ist vorzugsweise flüssigkeitsdicht ausgestaltet, so dass keine zusätzlichen Maßnahmen ergriffen werden müssen, um einen Flüssigkeitsaustritt der Kühlflüssigkeit zwischen der Basis und der Außenwand des doppelwandigen Rohrs an deren Ende zu verhindern.
Bei der Drehachse, um die im Fall der oben beschriebenen Ausführungsform das Target und die Basis gedreht werden können, so dass der Ort des Brennflecks verändert werden kann, handelt es sich um eine Achse, die insbesondere zumindest abschnittsweise durch den Innenraum des Innenrohrs verläuft, welcher für die Strömung der Kühlflüssigkeit zur Verfügung steht. Unter dem Begriff Drehachse wird also nicht eine Welle aus einem festen Material verstanden. Gleichwohl kann sich eine Welle zumindest abschnittsweise entlang der Drehachse erstrecken.
Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung betrifft den Transmissionsbetrieb. Darunter wird der Betrieb einer Anordnung zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung verstanden, in dem die Teilchen von einer Seite auf das Target auftreffen und die erzeugte nutzbare Strahlung zumindest teilweise durch die Basis hindurch tritt. Es wird vorgeschlagen, dass die Leitung für die Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Basis so angeordnet wird, dass die durch die Basis hindurch getretene nutzbare Strahlung anschließend auch durch die Kühlflüssigkeit hindurch tritt, die auf der aus Sicht des Targets gegenüberliegenden Seite der Basis vorbeiströmt. Die nutzbare Strahlung tritt daher durch die Flüssigkeit in dem Basis- Leitungsabschnitt hindurch.
Dadurch kann auch für den Transmissionsbetrieb eine sehr effektive Kühlung der Basis erzielt werden.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere Röntgenstrahlung, die in dem Target erzeugt wurde, durch geeignete Kühlflüssigkeiten, insbesondere Wasser, weder in erheblichem Maße absorbiert noch gestreut wird. Auch kann aus Sicht des Basis-Leitungsabschnitts im weiteren Verlauf der Ausbreitung der Röntgenstrahlung oder anderen Strahlung wie allgemein üblich ein Kollimator angeordnet sein, der in der Kühlflüssigkeit gestreute Strahlung absorbiert bzw. die gestreute Strahlung nur in dem durch ihn definierten Raumwinkelbereich aus der Anordnung austreten lässt.
Vorzugsweise ist der Basis-Leitungsabschnitt auf seiner einen Seite durch die Basis berandet und weist in Strahlungsrichtung auf seiner gegenüberliegenden Seite eine sich im Wesentlichen parallel zu der durch die Basis gebildeten Wand des Basis- Leitungsabschnitts erstreckende Wand auf.
Die Dicke des Basis-Leitungsabschnitts, die durch den Weg der durch die Flüssigkeit in dem Basis-Leitungsabschnitt hindurch tretenden nutzbaren Strahlung definiert ist, kann über den gesamten Basis-Leitungsabschnitt konstant sein oder variieren. In jedem Fall wird bevorzugt, dass die Dicke im Bereich von 0,8 bis 1 ,2 mm liegt, vorzugsweise bei 1 mm. Bei dem Basis-Leitungsabschnitt handelt es sich wiederum vorzugsweise um einen Leitungsabschnitt mit einem geringeren Leitungsquerschnitt als in anderen Abschnitten der Leitung, insbesondere der Zuleitung und/oder der Ableitung. Durch die Dicke im Bereich um 1 mm wird einerseits ein noch wirksamerer Flüssigkeits-Abtransport von der Basis gewährleistet und andererseits die Absorption und Streuung der Strahlung in der Kühlflüssigkeit gering gehalten. Die Basis und das Target können wie oben beschrieben ausgestaltet sein und haben vorzugsweise eine Gesamtdicke von 0,4 bis 0,6 mm, insbesondere bei 0,5 mm. In diesem Fall ergibt sich, wenn die Anordnung ein Austrittsfenster für den Austritt der Strahlung mit einer Dicke von 0,5 mm aufweist, ein Fokus-Objekt-Abstand von 2 mm.
Bezüglich eines zur Erfindung gehörenden Verfahrens zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung wird auch auf die Beschreibung der Anordnung und ihrer Ausgestaltungen sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
Außerdem gehört zur Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Röntgenstrahlung oder extremer Ultraviolett-Strahlung, wobei
- eine Basis, die insbesondere aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, vorgesehen wird,
- ein Target an einer ersten Seite der Basis mit der Basis verbunden wird, wobei das Target ausgestaltet ist, die elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, wenn beim Betrieb der Anordnung Teilchen, insbesondere Elektronen, auf das Target auftreffen,
- eine Leitung zur Führung von Kühlflüssigkeit vorgesehen wird, wobei ein Basis-Leitungsabschnitt der Leitung so angeordnet wird, dass er sich entlang einer der ersten Seite der Basis gegenüberliegenden zweiten Seite der Basis erstreckt.
Die Basis kann aus Diamant gebildet werden, insbesondere aus durch CVD oder PVD hergestelltem Diamant gebildet werden.
Das Target kann aus einer Metallfolie gebildet werden, insbesondere einer Wolframfolie, wobei die Folie auf die Basis aufgelötet wird.
Eine Zuleitung des Basis-Leitungsabschnitts kann durch ein Innenrohr eines doppelwand igen Rohrs gebildet werden, so dass die Basis vorzugsweise so angeordnet ist, dass die durch die Zuleitung in den Basis-Leitungsabschnitt einströmende Kühlflüssigkeit auf die Oberfläche der Basis auftrifft und von dieser abgelenkt wird.
Eine Ableitung, die ein im Strömungsverlauf nach dem Basis-Leitungsabschnitt gelegener Leitungsabschnitt ist, kann durch ein Außenrohr des doppelwandigen Rohrs gebildet werden. Vorzugsweise wird die Basis an einer Stirnseite der Außenwand des doppelwandigen Rohrs befestigt, insbesondere flüssigkeitsdicht befestigt.
Bezüglich der Vorteile der mit dem Herstellungsverfahren hergestellten Anordnung wird auf die Beschreibung der Anordnung und deren Ausgestaltungen verwiesen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Anordnung zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer solchen Anordnung,
Fig. 3 ein Detail der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und
Fig. 4 eine dritte Ausführungsform einer solchen Anordnung, die im Unterschied zu den beiden anderen Ausführungsformen im Transmissionsbetrieb betrieben wird.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung ist insbesondere eine Röntgenröhre. Die Fig. zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die Anordnung 1. Durch eine strichpunktierte Linie 3 ist die Einfallsrichtung dargestellt, in der Elektronen in die Anordnung 1 eintreten und auf ein Target 5 aus Wolframfolie auftreffen. Um den Ort des Brennflecks der Elektronen in dem Target 5 einstellen zu können, weist die Anordnung 1 eine Elektronenblende 9. Bei der hier beschriebenen Ausgestaltung der Anordnung und auch bei anderen Anordnungen können alternativ oder zusätzlich zu der Elektronenblende weitere Einrichtungen vorgesehen sein und/oder Verfahren angewendet werden, mit denen der Ort des Brennflecks und die Fokussierung des Elektronenstrahls auf dem Target eingestellt werden können.
Das Target 5 wird von einer Basis 7 aus CVD-Diamant getragen. Sowohl das Target 5 als auch die Basis 7 sind scheibenförmig und insbesondere kreisscheibenförmig geformt. An der aus Sicht des Targets 5 gegenüberliegenden Seite der Basis 7 wird die Basis 7 von einem massiven Stab 13 aus Kupfer getragen. Der Stab 13 und somit auch die Basis 7 und das Target 5 können um eine zentrale Längsachse 15 des Stabes 13 manuell gedreht werden, wie auch durch einen Pfeil 16 angedeutet ist, an dem aus Sicht des Targets 5 gegenüberliegenden Ende des Stabes 13 ist eine Rändel-Mechanik 18 vorgesehen, die das Verdrehen des Stabes 13 um die Längsachse 15 ermöglicht.
Durch eine polygonale Umrisslinie 17 ist die Außenwand der Anordnung 1 dargestellt. Der durch die Außenwand 17 und gegebenenfalls weitere Teile der Anordnung 1 definierte Innenraum 14 wird für den Betrieb der Anordnung 1 evakuiert. Die Rändel-Mechanik 18 befindet sich außerhalb des Innenraums 14.
Außerdem ist eine Kühleinrichtung 19 zum indirekten Kühlen des Targets und der Basis vorgesehen. Unter indirekter Kühlung wird verstanden, dass weder das Target noch die Basis mit der Kühleinrichtung bzw. einem Kühlmittel der Kühleinrichtung direkt in Kontakt sind. Beim Betrieb der Anordnung 1 nimmt die Kühleinrichtung 19 durch Wärmestrahlung und optional über nicht näher dargestellte Materialbrücken zwischen dem Stab 13 und der Kühleinrichtung 19 Wärme auf und transportiert diese ab.
Das Target 5 und die Basis 7 sind insbesondere so ausgestaltet, wie das Target und die Basis, die noch anhand von Fig. 3 erläutert werden. Dabei stellt jedoch Fig. 3 ein Detail einer anderen Ausführungsform der Anordnung dar.
Die von dem Target 5 erzeugte Röntgenstrahlung veriässt den Innenraum 14 durch ein für Röntgenstrahlung durchlässiges Fenster 20, beispielsweise aus Beryllium oder Diamant. Nachdem die Röntgenstrahlung das Fenster 20 passiert hat, wird sie mit Hilfe eines Kollimators 21 kollimiert.
Im Folgenden wird nun die nach gegenwärtigem Kenntnisstand bestmögliche Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Diese in Fig. 2 dargestellte Anordnung weist ebenfalls eine Elektronenblende 9, eine Außenwand 17 und einen beim Betrieb evakuierten Innenraum 14 auf. Außerdem sind ebenfalls ein Austrittsfenster 20 für die Röntgenstrahlung und ein Kollimator 21 vorgesehen.
Das Target 5 ist wiederum an der einen Seite einer Basis 7 befestigt und gut Wärme leitend, beispielsweise durch Hartverlöten, mit der Oberfläche der Basis 7 verbunden.
Anders als bei der Anordnung gemäß Fig. 1 ist bei der Anordnung 31 gemäß Fig. 2 jedoch kein massiver Stab vorhanden, der die Basis 7 trägt. Vielmehr ist stattdessen ein doppelwandiges Rohr 33 vorgesehen. Die Außenwand 34 des Rohres 33 ist an ihrem stirnseitigen Ende 36 (d.h. an einem Ende des Rohres 33, betrachtet in Richtung der Längsachse 45 des Rohres) flüssigkeitsdicht mit der Basis 7 verbunden, so dass eine in sich geschlossen umlaufende flüssigkeitsdichte Verbindung gebildet ist, wobei "umlaufend" auf die zentrale Längsachse 45 des Rohres 33 bezogen ist.
Insbesondere sind das Target 5 und die Basis 7 wiederum kreisscheibenförmig und erstreckt sich die flüssigkeitsdichte Verbindung daher entlang einer Kreislinie im Randbereich der aus Sicht des Targets 5 gegenüberliegenden Oberfläche der Basis 7.
Wieder sind die Basis 7 und das Target 5 um eine Drehachse drehbar, die etwa senkrecht zu der Oberfläche des Targets 5 verläuft. In dem Ausführungsbeispiel ist die Drehachse identisch mit der zentralen Längsachse 45 des Rohres 33. Durch eine durch das Innenrohr 35 des Rohrs 33 gebildete Zuleitung kann Kühlflüssigkeit zu der Rückseite der Basis 7 zugeleitet werden. Dabei ist die Strömungsrichtung innerhalb der Zuleitung, d.h. innerhalb des Innenrohres 35, etwa parallel zu der Drehachse 45. An dem links unten in Fig. 2 dargestellten Ende des Innenrohres 35 befindet sich der Basis-Leitungsabschnitt der Flüssigkeitsleitung. Das Innenrohr 35 endet in einem Abstand von etwa 0,5 bis 2,0 mm von der Oberfläche der Basis 7 (siehe auch Fig. 3). In Fig. 3 ist die Strömungsrichtung innerhalb der Zuleitung durch zwei gerade Pfeile 51 bezeichnet. Dadurch, dass die Kühlflüssigkeit auf die Rückseite der Basis 7 auftrifft, lenkt die Basis 7 die Strömungsrichtung um (in Fig. 3 durch Pfeile 52 dargestellt). In dem Basis-Leitungsabschnitt an der Rückseite der Basis 7 können daher Turbolenzen auftreten. Wenn die Kühlflüssigkeit den Basis-Leitungsabschnitt verlässt, findet erneut eine Umlenkung statt und wird die erwärmte Kühlflüssigkeit (die Wärme von der Basis 7 aufgenommen hat) über den Zwischenraum zwischen dem Innenrohr 35 und der Außenwand 34 des Rohres 33 abgeleitet (Pfeile 53 in Fig. 3). Die Ableitung hat daher z. B. die Form eines zylindrischen Raums, in dem ein zentraler Innenzylinder ausgespart ist, d.h. die Form eines Hohlzylinders.
Fig. 3 zeigt außerdem, dass das Target 5 über eine Schicht 6 mit der Basis 7 verbunden sein kann, die vorzugsweise eine Schicht aus Hartlot ist.
Außerdem ist auch die Verbindung 8 zwischen der Basis 7 und der Außenwand 34 des Rohres 33 dargestellt, die ebenfalls durch Hartlot gebildet sein kann.
Ferner zeigt Fig. 3 durch einen schräg von oben rechts nach unten links weisenden Pfeil 61 für ein Ausführungsbeispiel den Einfall von Elektronen auf das Target 5. Die Elektronen sind durch das Symbol e" dargestellt. Insbesondere bei Beschleunigungsspannungen von mehr als 100 kV dringen die Elektronen tief in das Target 5 ein, so dass sich z.B. der in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 63 bezeichnete Brennfleck ergibt, der etwa den Volumenbereich darstellt, in dem die Elektronen abgebremst werden und dabei die Röntgenstrahlung entsteht, wie durch Pfeile 65 angedeutet. Die dabei ebenfalls entstehende Wärme wird von dem Target 5 über die Schicht 6 auf die Basis 7 übertragen und breitet sich dort aufgrund der sehr guten Wärmeleitfähigkeit in der gesamten Basis 7 aus. Außerdem wird die Wärme, wie bereits beschrieben, auf die Kühlflüssigkeit übertragen und von dieser abtransportiert. Die Basis besteht vorzugsweise aus 0,5 mm dickem Diamantmaterial, der durch CVD hergestellt wurde. Dabei wird die Dicke zwischen der Vorderseite der Basis 7, die dem Target 5 zugewandt ist, und der Rückseite der Basis 7 an der Stirnseite des Rohrs 33 gemessen.
Um die Kühlflüssigkeit in die Zuleitung, d.h. in das Innenrohr 35 führen zu können und aus der Ableitung im Außenbereich des Rohres 33 abführen zu können, sind Flüssigkeitsanschlüsse 41 , 43 vorgesehen (Fig. 2). Der Anschluss 41 wird bei einer etwaigen Drehung des Rohres 33 um die Drehachse 45 nicht mitgedreht und ist flüssigkeitsdicht, z.B. über eine Ringdichtung 42, mit dem Innenrohr 35 verbunden.
Dagegen kann der Anschluss 43, über den die Flüssigkeit aus dem Rohr 33 abgeführt wird, fest mit dem Außenbereich des Rohres 33 verbunden sein, wenn der Anschluss 43 oder eine damit verbundene Leitung aus formflexiblem Material gebildet sind.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Anordnung zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Röntgenstrahlung. Hierbei wird die Strahlung im Transmissionsbetrieb erzeugt. Ein Elektronenstrahl 3 gelangt in der Darstellung von Fig. 4 von links durch eine Elektronenblende 9 in den Innenraum 14 der Anordnung. Dort werden die Elektronen auf einen Brennfleck des Targets 5 fokussiert. Wie auch bei den anderen Ausführungsformen der Anordnung kann das Target 5 aus Wolfram bestehen, ist vorzugsweise aber dünner als bei den Ausführungsformen für den Reflexionsbetrieb ausgestaltet. Beispielsweise liegt die Dicke des als Scheibe ausgestalteten Targets im Bereich von 5 bis 20 μm. Die Dicke hängt insbesondere davon ab, welche Schwächung der Röntgenstrahlung in dem Target selbst akzeptiert wird, wobei die Schwächung in der Art eines Spektralfilters spektral unterschiedlich ist. Außerdem ist die Beschleunigungsspannung der Elektronen zu berücksichtigen.
In Verlängerung der Richtung, aus der die Elektronen eingestrahlt werden, befindet sich hinter dem Target 5 wiederum die Basis 7, die vorzugsweise aus Diamant besteht. Dabei kann das Target 5 direkt auf die rückwärtige Oberfläche der Basis 7 aufgebracht worden sein, z.B. durch CVD. Die rückwärtige Oberfläche ist in diesem Fall die Oberfläche der Basis 7, die dem Elektronenstrahl 3 zugewandt ist.
Die vorderseitige (in Fig. 4 nach rechts) weisende Oberfläche der Basis 7 grenzt unmittelbar an den Basis-Leitungsabschnitt 76 an, d.h. die vorderseitige Oberfläche der Basis 7 bildet eine Wand der Basis-Leitungsabschnitts 76.
Die Basis 7 und das daran befestigte Target 5 werden von einem Targethalter 70 gehalten. Dabei umfasst der Targethalter 70 die Basis 7 und das Target 5 teilweise, nämlich an deren Oberflächen, die sich etwa parallel zur Einfallsrichtung des Elektronenstrahls 3 erstrecken und teilweise an der rückwärtigen Oberfläche des Targets 5.
Gemäß einer Ausführungsform kann auch der Targethalter 70 einen Teil der Wand des Basis-Leitungsabschnitts 76 und/oder der Zuleitung 75 und/oder Ableitung 77 des Basis-Leitungsabschnitts 76 bilden. In diesem Fall ist der Sitz der Basis 7 in der durch den Targethalter 70 gebildeten Umfassung vorzugsweise flüssigkeitsdicht ausgebildet. Dabei kann eine zusätzliche Dichtung (nicht dargestellt) zwischen dem Targethalter 70 und der Basis 7 angeordnet sein, beispielsweise eine O- Ringdichtung). Alternativ oder zusätzlich kann der Targethalter 70 beispielsweise mit Hartlot flüssigkeitsdicht an die Basis 7 angelötet sein.
Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der der Sitz der Basis 7 in dem Targethalter 70 flüssigkeitsdicht ausgebildet ist, wobei der Targethalter 70 durch eine Mehrzahl von Schrauben 79 die Basis 7 und das Target 5 in einer Richtung parallel zur Richtung des Elektronenstrahls 3 gegen die Flüssigkeitsleitung presst. Hierfür kann die Leitung eine entsprechende Aussparung ihrer Wand aufweisen, so dass die Basis 7 mittels der Schrauben 79 gegen einen Randbereich der Aussparung gepresst werden kann. Optional ist in dem Randbereich eine Dichtung, z.B. eine O-Ringdichtung, angeordnet, um den Sitz flüssigkeitsdicht auszugestalten.
In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird die Kühlflüssigkeit über einen Anschluss 41 in die Zuleitung 75 der Anordnung geleitet, in eine Richtung parallel zu dem Elektronenstrahl 3 umgelenkt (Abschnitt 81 der Zuleitung), wiederum in Richtung senkrecht des Elektronenstrahls 3 in den Basis-Leitungsabschnitt 76 umgelenkt, nach dem Passieren der Basis 7 in einen Abschnitt 83 der Zuleitung umgelenkt, in dem die Kühlflüssigkeit antiparallel zu der Richtung des Elektronenstrahls 3 geführt wird, und von dort in den Endbereich der Ableitung 77 umgelenkt, in dem die Flüssigkeit wieder senkrecht zu der Richtung des Elektronenstrahls 3 geführt wird. An der Ableitung 77 ist ein Anschluss 43 zum Ableiten der Flüssigkeit aus der Anordnung angeschlossen. Der Abschnitt 81 kann als Teil der Zuleitung 75 betrachtet werden.
Der Abschnitt 83 kann als Teil der Ableitung 77 betrachtet werden. Der für die Kühlflüssigkeit zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt ist in den Abschnitten 81 , 83 größer als in dem Basis-Leitungsabschnitt 76. Daher ist die Strömungsgeschwindigkeit in dem Basis-Leitungsabschnitt größer als in den Abschnitten 81 , 83, wodurch ein schneller Abtransport der von der Flüssigkeit in dem Basis-Leitungsabschnitt 76 aufgenommenen Wärme gewährleistet wird. Dabei kann die Strömungsgeschwindigkeit in dem Basis-Leitungsabschnitt 76 so eingestellt werden, dass die Strömung darin turbulent verläuft, so dass der Wärmeübergang von der Basis 7 auf die Flüssigkeit besser ist, als bei laminarer Strömung.
Nachdem die in dem Target 5 erzeugte Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung, sich etwa in Fortsetzung der Richtung des Elektronenstrahls 3 durch die Basis 7 und die Kühlflüssigkeit in dem Basis-Leitungsabschnitt 76 ausgebreitet hat, passiert sie ein Strahlungsfenster 71 der Anordnung und wird durch einen außenseitig des Strahlungsfensters 71 angeordneten Kollimator 73 kollimiert. Im Ergebnis kann der übliche Strahlungskegel erzeugt werden.
Die Kühlflüssigkeit ist in allen Ausführungsformen beispielsweise Wasser oder ein Öl. In beiden Fällen kann die Kühlflüssigkeit Zusätze enthalten.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (31 ) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Röntgenstrahlung oder extremer Ultraviolett-Strahlung, mit
- einem Target (5), in dem beim Betrieb der Anordnung durch auftreffende Teilchen die Strahlung erzeugt wird,
- einer Basis (7), wobei die Basis (7) an einer ersten Seite der Basis mit dem Target (5) verbunden ist,
- einer Leitung für Kühlflüssigkeit, um beim Betrieb der Anordnung das Target zu kühlen, wobei die Leitung einen Basis-Leitungsabschnitt aufweist, der sich entlang einer der ersten Seite der Basis gegenüberliegenden zweiten Seite der Basis erstreckt.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , wobei die Basis (7) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Basis-Leitungsabschnitt gegenüber einem im Strömungsverlauf dahinter gelegenen Leitungsabschnitt und/oder einem im Strömungsverlauf davor gelegenen Leitungsabschnitt einen kleineren Leitungsquerschnitt hat.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Basis (7) zumindest einen Teil einer Wand des Basis-Leitungsabschnittes bildet.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Basis (7) aus Diamant, insbesondere durch CVD (Chemical Vapour Deposition) oder PVD (Physical Vapour Deposition) hergestelltem Diamant, besteht.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Target (5) aus einer Metallfolie, insbesondere Wolframfolie, besteht, die auf die Basis (7) aufgelötet ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein im Strömungsverlauf vor dem Basis-Leitungsabschnitt gelegener Leitungsabschnitt als Zuleitung so geformt und/oder angeordnet ist, dass die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit in der Zuleitung quer zu einer Oberfläche der Basis (7) gerichtet ist, so dass die Kühlflüssigkeit nach ihrem Eintritt in den Basis- Leitungsabschnitt auf die Oberfläche zuströmt und von dieser abgelenkt wird.
8. Anordnung nach Anspruch 7, wobei ein Brennfleck der auf das Target (5) auftreffenden Teilchen so eingestellt werden kann, dass er die kürzest mögliche, durch die Basis (7) gemessene Entfernung zu dem Teil der Oberfläche aufweist, auf die die Kühlflüssigkeit zuströmt.
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Zuleitung so angeordnet ist, dass die Kühlflüssigkeit senkrecht auf die Oberfläche der Basis (7) zuströmt.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Anordnung um eine in der Strömungsrichtung der Zuleitung verlaufende Drehachse (45) drehbar ist, so dass durch Drehung der Anordnung der Ort des Brennflecks der auf das Target (5) auftreffenden Teilchen in dem Target (5) verändert werden kann.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Zuleitung durch ein Innenrohr eines doppelwandigen Rohrs (33) gebildet ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11 , wobei ein im Strömungsverlauf nach dem Basis- Leitungsabschnitt gelegener Leitungsabschnitt als Ableitung durch ein Außenrohr des doppelwandigen Rohrs (33) gebildet ist.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Basis (7) von der Außenwand (34) des doppelwandigen Rohrs (33) getragen wird.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Anordnung für einen Transmissionsbetrieb gestaltet ist, in dem die Teilchen auf das Target (5) auftreffen, die erzeugte nutzbare Strahlung zumindest teilweise durch die Basis (7) hindurch tritt und anschießend auch durch die Kühlflüssigkeit auf der gegenüberliegenden Seite der Basis (7) hindurch tritt.
15. Verfahren zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Röntgenstrahlung oder extremer Ultraviolett-Strahlung, wobei
- Teilchen, insbesondere Elektronen, auf ein Target (5) gerichtet werden, sodass das Target (5) die Strahlung erzeugt,
- bei der Erzeugung der Strahlung entstehende Wärme vom Target über eine Basis (7) abgeleitet wird, wobei die Basis (7) an einer ersten Seite der Basis (7) mit dem Target (5) verbunden ist,
- die über die Basis (7) abgeleitete Wärme zumindest teilweise auf eine Kühlflüssigkeit übertragen und durch die Kühlflüssigkeit abtransportiert wird, wobei die Kühlflüssigkeit durch eine Leitung geführt wird, die einen Basis- Leitungsabschnitt aufweist, der sich entlang einer zweiten Seite der Basis (7) erstreckt, wobei die zweite Seite der Basis (7) der ersten Seite der Basis gegenüber liegt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Basis (7) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Strömungsgeschwindigkeit im Basis-Leitungsabschnitt gegenüber einem im Strömungsverlauf dahinter gelegenen Leitungsabschnitt und/oder einem im Strömungsverlauf davor gelegenen Leitungsabschnitt erhöht wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei zumindest der Teil der Wärme, der auf die Kühlflüssigkeit übertragen werden soll, unmittelbar von der Basis (7) auf die Kühlflüssigkeit in dem Basis-Leitungsabschnitt übertragen wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Kühlflüssigkeit in einer Zuleitung des Basis-Leitungsabschnitts quer zu einer Oberfläche der Basis (7) so geführt wird, dass die Kühlflüssigkeit nach ihrem Eintritt in den Basis-Leitungsabschnitt auf die Oberfläche zuströmt und von dieser abgelenkt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei ein Brennfleck (63) der auf das Target (5) auftreffenden Teilchen so eingestellt wird, dass er die kürzest mögliche, durch die Basis (7) gemessene Entfernung zu dem Teil der Oberfläche aufweist, auf die die Kühlflüssigkeit zuströmt.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Kühlflüssigkeit in der Zuleitung so geführt wird, dass die Kühlflüssigkeit senkrecht auf die Oberfläche der Basis (7) zuströmt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , wobei das Target (5) und die Basis (7) um eine in der Strömungsrichtung der Zuleitung verlaufende Drehachse (45) gedreht werden, so dass durch die Drehung der Ort des Brennflecks (63) der auf das Target (5) auftreffenden Teilchen in dem Target (5) verändert wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei die elektromagnetische Strahlung in einem Transmissionsbetrieb erzeugt wird, in dem die Teilchen auf das Target (5) auftreffen, die erzeugte nutzbare Strahlung zumindest teilweise durch die Basis (7) hindurch tritt und anschließend auch durch die Kühlflüssigkeit auf der gegenüberliegenden Seite der Basis (7) hindurch tritt.
24. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Röntgenstrahlung oder extremer Ultraviolett-Strahlung, wobei
- eine Basis (7), die insbesondere aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, vorgesehen wird,
- ein Target (5) mit der Basis (7) an einer ersten Seite der Basis (7) verbunden wird, wobei das Target (5) ausgestaltet ist, die elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, wenn beim Betrieb der Anordnung Teilchen, insbesondere Elektronen, auf das Target (5) auftreffen, - eine Leitung zur Führung von Kühlflüssigkeit vorgesehen wird, wobei ein Basis-Leitungsabschnitt der Leitung so angeordnet wird, dass er sich entlang einer der ersten Seite der Basis (7) gegenüberliegenden zweiten Seite der Basis (7) erstreckt.
25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Basis (7) aus Diamant gebildet wird, insbesondere aus durch CVD (Chemical Vapour Deposition) oder PVD (Physical Vapour Deposition) hergestelltem Diamant gebildet wird.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, wobei das Target (5) aus einer Metallfolie, insbesondere Wolframfolie, gebildet wird, die auf die Basis (7) aufgelötet wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei eine Zuleitung des Basis-Leitungsabschnitts durch ein Innenrohr eines doppelwandigen Rohrs (33) gebildet wird.
28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei ein im Strömungsverlauf nach dem Basis- Leitungsabschnitt gelegener Leitungsabschnitt als Ableitung durch ein Außenrohr des doppelwandigen Rohrs (33) gebildet wird.
29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, wobei die Basis an der Außenwand (34) des doppelwandigen Rohrs (33) befestigt wird, insbesondere flüssigkeitsdicht befestigt wird.
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