X射線輻射源、用于產(chǎn)生x射線輻射的方法以及發(fā)射單色x射線輻射的x射線輻射源的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種X射線輻射源，在該X射線輻射源中尤其能夠產(chǎn)生單色X射線輻射。此外，本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生X射線輻射的方法以及該X射線輻射源用于透射主體（例如人體）的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，在殼體中氣凝膠（12）例如以桿（45）的形式被提供作為靶標(biāo)。該桿利用電子束（13）來(lái)轟擊，其中在此情況下氣凝膠（12）由于其極其小的密度和高能量而蒸發(fā)。因此，靶標(biāo)通過(guò)輥（46）被供給，使得總是未被消耗的靶標(biāo)可供用于產(chǎn)生尤其單色X射線輻射。
【專利說(shuō)明】X射線輻射源、用于產(chǎn)生X射線輻射的方法以及發(fā)射單色X射線輻射的X射線輻射源的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種X射線輻射源，其具有殼體，在該殼體中設(shè)置有靶標(biāo)，該靶標(biāo)在以電子束轟擊的情況下可以發(fā)射X射線輻射。此外，本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生X射線輻射的方法，其中在X射線輻射源的殼體中以電子束轟擊靶標(biāo)并且發(fā)射X射線輻射。另外，本發(fā)明涉及發(fā)射單色X射線輻射的X射線輻射源的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]開(kāi)頭所說(shuō)明的類型的X射線輻射源、其應(yīng)用和用于產(chǎn)生X射線輻射的方法例如在US 2008/0144774 Al中已知。根據(jù)該文獻(xiàn)，X射線輻射源例如可以通過(guò)將電極布置在殼體中來(lái)實(shí)現(xiàn)。電子束在殼體中通過(guò)電極產(chǎn)生，該電極具有OV的電勢(shì)。在該電極對(duì)面布置有陽(yáng)極，該陽(yáng)極用作用于電子輻射的靶標(biāo)。該陽(yáng)極處于10kV上。此外集電器位于該陽(yáng)極之后，該集電器處于1kV的電勢(shì)上。如果電子束射到陽(yáng)極上，則釋放X射線輻射，該X射線輻射可以通過(guò)合適的窗口(對(duì)于X射線輻射來(lái)說(shuō)透明的)從殼體耦合輸出并且輸送給應(yīng)用。
[0003]用作靶標(biāo)的陽(yáng)極可以必須被實(shí)施為薄壁的結(jié)構(gòu)，因?yàn)橹辉诘谝辉訉又挟a(chǎn)生單色X射線輻射。更厚的靶標(biāo)導(dǎo)致韌致輻射的增加的、不期望的產(chǎn)生。例如，該陽(yáng)極可以具有由硼構(gòu)成的基板，該基板具有ΙΟμπι到200 μ m之間的厚度。薄鎢層被施加到該基板上，該鎢層具有100 nm到500 nm的層厚度，該鎢層被用作靶標(biāo)。然而，非常薄的鎢層遭受由電子束引起的聞熱負(fù)荷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的任務(wù)在于，改善開(kāi)頭所說(shuō)明的X射線輻射源，使得X射線輻射源的比較長(zhǎng)的運(yùn)行持續(xù)時(shí)間是可能的，而不必替換靶標(biāo)。此外，本發(fā)明的任務(wù)是說(shuō)明一種用于運(yùn)行所提及的X射線輻射源的方法。最后，本發(fā)明的任務(wù)是找到這種X射線輻射源的應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明的任務(wù)利用開(kāi)頭所說(shuō)明的X射線輻射源根據(jù)本發(fā)明通過(guò)如下方式來(lái)解決:使用氣凝膠作為靶標(biāo)材料。該氣凝膠通過(guò)以下方式具有極小的密度，即在具有非常薄的壁的氣凝膠材料的網(wǎng)中形成氣孔(類似于泡沫)。X射線輻射源的電子束穿透這種由氣凝膠形成的活性介質(zhì)并且激發(fā)氣凝膠材料的原子的K殼層。一旦這些原子從其被激發(fā)的狀態(tài)返回到K殼層，能量就以特定量子作為單色X射線輻射被輸出。在此，由于氣凝膠的密度非常小而不形成韌致輻射或僅形成非常少的韌致輻射，其中該韌致輻射(如果到底有)朝著電子束的方向傳播并且因此可以容易地與單色X射線輻射分離。因此，未受干擾的單色X射線輻射可以被輸送給所期望的應(yīng)用(例如為了醫(yī)學(xué)目的)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一種構(gòu)型，氣凝膠被固定在金屬薄膜上，所述金屬薄膜由一種輕金屬或多種輕金屬(合金)、尤其是鋁構(gòu)成。該氣凝膠由于其極其小的密度而對(duì)機(jī)械應(yīng)力敏感，使得具有該氣凝膠的載體結(jié)構(gòu)的載體薄膜有助于該氣凝膠的穩(wěn)定。載體薄膜本身必須足夠薄地被實(shí)施，以便形成盡可能少的韌致輻射并且該韌致輻射根據(jù)電子束的取向保持其方向。優(yōu)選地，如果不使用被打孔的載體，則金屬薄膜應(yīng)具有0.5 μ m到10 μ m、優(yōu)選地I μ m的厚度。如果載體薄膜是被打孔的薄膜，則金屬薄膜也可以明顯更厚并且因此機(jī)械上更穩(wěn)定地被實(shí)施，因?yàn)槠鋵?duì)所發(fā)射的輻射無(wú)貢獻(xiàn)。在此，金屬薄膜有利地可以具有孔，這些孔通過(guò)靶標(biāo)材料被橋接。以此方式也可以使用更厚的薄膜，其中這些薄膜形成格柵狀的支承結(jié)構(gòu)。這些孔例如可以是圓形孔，這些圓形孔按規(guī)則的圖案布置。以此方式，形成規(guī)則的格柵結(jié)構(gòu)。特別有利的是，這些孔具有規(guī)則的六邊形的橫截面并且蜂巢狀地布置在金屬薄膜中。在此情況下，形成由接片構(gòu)成的支承結(jié)構(gòu)，這些接片按蜂巢圖案布置(對(duì)應(yīng)于蜜蜂蜂巢的俯視圖)。在此情況下，在材料花費(fèi)有利地盡可能小的情況下可以實(shí)現(xiàn)最大的支承作用。韌致輻射的形成在此有利地在很大程度上被避免。在產(chǎn)生單色X射線輻射時(shí)容忍靶標(biāo)的熱損毀。
[0007]在靶標(biāo)是薄膜狀的(被增強(qiáng)或未被增強(qiáng))時(shí)，特別有利的是，靶標(biāo)被實(shí)施為帶，該帶可以從第一輥被展開(kāi)并且可以被卷繞到第二輥上。陽(yáng)極的帶狀的構(gòu)型具有如下大的優(yōu)點(diǎn):可以通過(guò)簡(jiǎn)單的操作步驟引導(dǎo)該帶經(jīng)過(guò)電子束。由此，可以產(chǎn)生在靶標(biāo)與電子束之間的相對(duì)移動(dòng)。特別有利的是，將該帶以輥的形式輸送給X射線輻射源并且將被消耗的帶卷繞到相應(yīng)的輥上，使得可以簡(jiǎn)單地在X射線輻射源的運(yùn)行期間將帶可靠地保存在殼體中并且引導(dǎo)到電子束。此外，當(dāng)該帶用完時(shí)，可以通過(guò)取出輥對(duì)帶進(jìn)行簡(jiǎn)單更換。特別有利地，為此目的可以規(guī)定，第一輥和第二輥被安置在殼體的真空閘中。本申請(qǐng)意義上的真空閘應(yīng)理解為殼體內(nèi)的單獨(dú)的封閉的空間，該空間一方面朝向殼體內(nèi)部具有用于帶狀靶標(biāo)材料的通道。此外，存在向外的可封閉的閘開(kāi)口，所使用的輥穿過(guò)所述閘開(kāi)口。輥更換于是可以通過(guò)僅涌進(jìn)(Fluten)可供使用的閘室來(lái)進(jìn)行，使得殼體的剩余殼體空間保持排空。為此要注意的是，X射線輻射的產(chǎn)生優(yōu)選地在排空的殼體中進(jìn)行。至少第二輥也應(yīng)有利地以機(jī)械方式與驅(qū)動(dòng)裝置耦合，該驅(qū)動(dòng)裝置優(yōu)選地被固定在殼體外部。固定在殼體外部具有如下優(yōu)點(diǎn):該驅(qū)動(dòng)裝置可以較簡(jiǎn)單地維護(hù)，因?yàn)樵擈?qū)動(dòng)裝置可容易地到達(dá)并且使維護(hù)工作不需要?dú)んw空間的涌進(jìn)。
[0008]確保電子束與靶標(biāo)材料之間的相對(duì)移動(dòng)的另一可能性在于，用于電子束的產(chǎn)生裝置可回轉(zhuǎn)地實(shí)施。通過(guò)產(chǎn)生裝置的回轉(zhuǎn)，電子束也在靶標(biāo)材料上來(lái)回游移，由此可以均勻地沖擊整個(gè)靶標(biāo)材料。自然，可回轉(zhuǎn)的產(chǎn)生裝置也可以與輥機(jī)構(gòu)組合。輥機(jī)構(gòu)可以引起電子束在帶上在卷繞方向上移動(dòng)，而產(chǎn)生裝置尤其可以垂直于帶的移動(dòng)方向可回轉(zhuǎn)。這確保，帶也可以在其完整的寬度上被利用，由此可以最佳地充分利用靶標(biāo)材料。
[0009]本發(fā)明的一種替代的構(gòu)型規(guī)定，氣凝膠具有桿的形狀并且可以利用引導(dǎo)設(shè)備被引導(dǎo)穿過(guò)電子束。該桿有利地可以具有如下橫截面，該橫截面適于被電子束完全穿透。因此，電子束的引導(dǎo)在該變型方案中是不必要的。如果氣凝膠被消耗，則可以通過(guò)引導(dǎo)設(shè)備來(lái)移動(dòng)桿，使得未被消耗的材料可被引入電子束的影響范圍中。桿形狀可以有利地非常簡(jiǎn)單地來(lái)制造。有利地，桿形狀在考慮其固有彈性的情況下被支承在輥上，該輥位于引導(dǎo)設(shè)備的另一端上。通過(guò)棍的滾動(dòng)，氣凝膠的桿自動(dòng)地通過(guò)引導(dǎo)設(shè)備被供給(nachgefiihrt),其中該引導(dǎo)設(shè)備同時(shí)能夠有助于桿材料的矯直。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一種有利的構(gòu)型規(guī)定，氣凝膠由如下材料構(gòu)成，該材料的原子的K殼層具有對(duì)于應(yīng)用有用的發(fā)射特性。詳細(xì)地，該定義適用于如下輕金屬:所有堿金屬、除鐳之外的所有堿土金屬、此外鈧、釔、鈦和鋁。用于構(gòu)造氣凝膠的其他有利的材料族是鎢、鑰和鑭系元素的族。詳細(xì)地，在此涉及元素鑭和在元素周期表中跟隨在鑭之后的14種元素。
[0011]氣凝膠的使用此外有如下優(yōu)點(diǎn):通過(guò)利用電子束激發(fā)靶標(biāo)可以有利地產(chǎn)生單色X射線輻射。在此，涉及具有僅僅一種波長(zhǎng)的X射線輻射，這具有如下優(yōu)點(diǎn):例如利用單色X射線輻射可以更清晰地成像X射線圖。因此，本發(fā)明的一種替代的解決方案也是使用該單色X射線輻射照射主體，其中必須提供該主體，使得在所使用的單色X射線輻射的波長(zhǎng)處在圖像上顯現(xiàn)主體的對(duì)比度。該主體可以是技術(shù)結(jié)構(gòu)(技術(shù)的或無(wú)生命的主體)、譬如部件連接，其必須針對(duì)空氣流入進(jìn)行檢查。其他可能性是記錄人或獸類身體的X射線圖。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]隨后借助附圖來(lái)描述本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)。相同或相應(yīng)的附圖元素在各個(gè)圖中分別配備有相同的附圖標(biāo)記并且只在各個(gè)圖之間產(chǎn)生差別的范圍內(nèi)多次予以解釋。
[0013]圖1以示意性剖面示意性地示出單色X射線輻射在由氣凝膠構(gòu)成的薄膜中的產(chǎn)生，
圖2以示意剖面示出根據(jù)本發(fā)明的X射線光源的一個(gè)實(shí)施例，其中使用根據(jù)圖1的薄膜，以及
圖3示出用于根據(jù)本發(fā)明的X射線輻射源的桿形式的靶標(biāo)材料的另一實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0014]在圖1中，作為靶標(biāo)11設(shè)置有氣凝膠12 (作為片段示出)。電子束13以電子14射到靶標(biāo)材料(例如鑭)的原子15上。也示出了原子15的K殼層16，其中電子束引起K殼層16的電子17之一被激發(fā)并且被提升到另一殼層上。當(dāng)這些電子躍回時(shí)，在此情況下發(fā)射單色X射線輻射18。
[0015]氣凝膠12被施加在金屬薄膜40上，該金屬薄膜支承該氣凝膠12。此外，金屬薄膜40具有孔41，這些孔可以按規(guī)則的圖案被布置在金屬薄膜40中以便確保在金屬薄膜40的支承作用盡可能大的情況下材料密度/原子層數(shù)盡可能小。如可從斷面圖42(金屬薄膜的俯視圖)中獲悉的那樣，這些孔41尤其可以具有蜂巢43的形狀。金屬薄膜40的材料于是以接片44的形式構(gòu)造。接片的寬度可以在考慮到所需要的支承作用的情況下在結(jié)構(gòu)上被確定。
[0016]從圖2中可以獲悉根據(jù)本發(fā)明的X射線輻射源的構(gòu)造。X射線輻射源本身被安置在可排空的殼體19中，該殼體具有窗口 22。電子束射到靶標(biāo)11上，其中該靶標(biāo)由于其小的厚度而幾乎不吸收電子束的能量。然而，能量的一部分通過(guò)以已經(jīng)描述的方式激發(fā)原子15(參見(jiàn)圖1)而被轉(zhuǎn)換成單色X射線輻射18，該單色X射線輻射可以通過(guò)窗口 22離開(kāi)殼體。穿透靶標(biāo)的電子束通過(guò)集電器以靜電方式減速到如下程度，即電子束的電子低能地?fù)羧朐诩娖魃?，使得不能產(chǎn)生韌致輻射。為了將電子束13中的電子14充分加速，設(shè)置有所謂的E槍(即電子槍)。該E槍具有被加熱的陰極23，該陰極在存在電場(chǎng)的情況下發(fā)射電子。這些電子借助電透鏡24被聚束，以便電子束在靶標(biāo)上產(chǎn)生盡可能小的點(diǎn)狀的輻射源。該電場(chǎng)通過(guò)如下方式來(lái)構(gòu)建:靶標(biāo)作為陽(yáng)極來(lái)連接。該陽(yáng)極可以利用10kV到300kV的電勢(shì)來(lái)運(yùn)行，其中附加地在靶標(biāo)之后還使用電勢(shì)為40kv到120kV的集電器27。
[0017]此外，在殼體中設(shè)置有第一輥28和第二輥29。根據(jù)圖1的以帶30的形式存在的靶標(biāo)在第一輥28上被卷起并且以未更詳細(xì)示出的方式借助調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置M2 (在殼體之外以本身已知的方式位于用于使輥29轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸上)來(lái)驅(qū)動(dòng)。在此，靶標(biāo)11從輥28被展開(kāi)并且被卷繞到輥29上。為了可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行輥28、29的更換，設(shè)置有以點(diǎn)劃線勾畫(huà)的真空閘31，使得在更換輥28、29時(shí)不必涌進(jìn)殼體的剩余空間。輥28、29通過(guò)所勾畫(huà)的活門32來(lái)取出。
[0018]電子槍同樣通過(guò)軸33可回轉(zhuǎn)地支承。驅(qū)動(dòng)通過(guò)馬達(dá)Ml進(jìn)行。軸33與繪圖平面平行地處于軸承34中，使得電子槍的回轉(zhuǎn)導(dǎo)致電子束13能夠在帶30的整個(gè)寬度上回轉(zhuǎn)。輥28、29的驅(qū)動(dòng)引起電子束也可以在帶30的縱向伸展方向上更換在靶標(biāo)上的擊中部位。
[0019]在圖3中示出了桿45形式的靶標(biāo)。該靶標(biāo)被卷繞到具有足夠大的直徑的儲(chǔ)備輥46上，以便由于輥46的直徑所引起的變形不損壞靶標(biāo)的氣凝膠12，尤其是僅彈性變形。通過(guò)引導(dǎo)設(shè)備47將靶標(biāo)45輸送給電子束13。在此情況下，以關(guān)于圖2所描述的方式使用馬達(dá)M2。與圖2不同，用于卷繞靶標(biāo)的另一輥是不必要的，因?yàn)樵摪袠?biāo)在以電子束13照射時(shí)蒸發(fā)。盡管如此可以設(shè)想通過(guò)以下方式將根據(jù)圖3的設(shè)備安裝到根據(jù)圖2的X射線輻射源中，即代替輥28使用該設(shè)備。在此情況下不使用輥29。
【權(quán)利要求】
1.X射線輻射源，該X射線輻射源具有殼體(19)，在所述殼體中設(shè)置有靶標(biāo)(11 )，所述靶標(biāo)在以電子束(13)轟擊的情況下能夠發(fā)射X射線輻射， 其特征在于， 作為靶標(biāo)材料使用氣凝膠(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線輻射源， 其特征在于， 所述氣凝膠(12)被固定在由一種輕金屬或多種輕重金屬、尤其是鋁構(gòu)成的金屬薄膜(40)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線輻射源， 其特征在于， 所述金屬薄膜(40)具有0.5 μ m到10 μ m、優(yōu)選地I μ m的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3之一所述的X射線輻射源， 其特征在于， 所述金屬薄膜(40 )具有孔(41)，所述孔通過(guò)靶標(biāo)材料被橋接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的X射線輻射源， 其特征在于， 所述孔(41)按規(guī)則圖案布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的X射線輻射源， 其特征在于， 所述孔(41)具有規(guī)則的六邊形的橫截面并且蜂巢狀地布置在所述金屬薄膜(40)中。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的X射線輻射源， 其特征在于， 所述靶標(biāo)被實(shí)施為帶(30)，所述帶能夠從第一輥(28)被展開(kāi)并且被卷繞到第二輥(29)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線輻射源， 其特征在于， 所述氣凝膠(12)具有桿(45 )的形狀并且能夠利用引導(dǎo)設(shè)備(47 )被引導(dǎo)穿過(guò)所述電子束(13)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的X射線輻射源， 其特征在于， 在靶標(biāo)材料中包含有來(lái)自鑭系元素系列的元素。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的X射線輻射源， 其特征在于， 靶標(biāo)材料由一種輕金屬、尤其是鋁構(gòu)成。
11.用于產(chǎn)生X射線輻射的方法，其中在X射線輻射源的殼體(19)中以電子束(13)轟擊革El標(biāo)(11)并且發(fā)射X射線福射， 其特征在于， 氣凝膠(12)被用作靶標(biāo)(11)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法， 其特征在于， 利用所述靶標(biāo)(11)產(chǎn)生單色X射線輻射。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法， 其特征在于， 在所述氣凝膠(12)的老的靶標(biāo)材料被所述電子束(13)消耗時(shí)，新的靶標(biāo)材料被供給。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的發(fā)射單色X射線輻射的X射線輻射光源用于透射主體的應(yīng)用，該主體構(gòu)成在所使用的X射線輻射的波長(zhǎng)處可辨的對(duì)比度。
【文檔編號(hào)】H01J35/08GK104350572SQ201280073906
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月14日
【發(fā)明者】O.海德, T.休格斯, J.西爾特爾 申請(qǐng)人:西門子公司