限制靶材的遷移的制作方法
【技術領域】
[0001] 本文所公開的發(fā)明總體上設及電子照射系統(tǒng)。特別地，其設及具有陰極保護裝置 的電子撞擊X射線源。
【背景技術】
[000引用于通過照射液體祀產生X射線的系統(tǒng)在本申請人的國際申請PCT/ EP2009/000481、PCT/EP2009/002464、PCT/EP2010/068843 和 PCT/SE2011/051557 中進行了 描述。在該些系統(tǒng)中，其通常在非常低的壓力下運行，包括高電壓陰極的電子槍被利用，W 產生撞擊祀的電子束。自由粒子（包括碎片和來自液體祀的蒸汽）傾向于逐漸使陰極退化 (例如，通過腐蝕），并減少其使用壽命。已經在高能電子照射系統(tǒng)（其帶在高電位和/或 高溫運行的陰極）中注意到與化學陰極退化相關的類似的問題。
[000引概述
[0004] 鑒于現(xiàn)有技術的上述缺點，本發(fā)明的目的是提出具有增加陰極壽命的高能量電子 照射系統(tǒng)。特定的目的是將具有減少的遷移率的祀材料的電子撞擊X射線源提供到陰極。 另一個特定的目的是將具有減少的遷移率的汽化祀材的液體射流X射線源提供到陰極。
[0005] 因此，本發(fā)明提供了根據獨立權利要求的用于電子照射的設備和方法。
[0006] 在電子照射系統(tǒng)中，氣密外殼圍繞陰極區(qū)和照射區(qū)，該些區(qū)憑借一個或多個通道 相通。氣密性使低壓條件下的運行成為可能，其中可提供一個或多個出口，通過出口外殼被 抽空，例如通過抽氣。在陰極區(qū)，布置有用于發(fā)射電子束的高電壓陰極。在照射區(qū)中，存在 有布置成容納待被照射的靜止或移動的物體的照射部位。該些區(qū)相通，特別是經由圍繞從 陰極到照射部位的至少一個可能的電子軌跡的至少一段的孔。為了本發(fā)明的目的，什么結 構元件來劃定孔或，就此而言，該孔是否被劃定在所有側面上，是不重要的。加速電場或磁 場的存在W及可能的另外的因素確定電子軌跡的位置。因為陰極和照射部位可W具有非零 空間范圍，可能存在一定的粒子能量擴散，且加速場可隨時間而變化，通常存在多個可能的 電子軌跡。當孔圍繞一個或多個電子軌跡的段時，其不需要W該些電子軌跡段中的任何電 子軌跡段為中屯、。
[0007] 氣密外殼包括第一導電元件，諸如金屬真空包膜部件的組件。氣密外殼可W是整 體的，包括單個導電元件，照射設備和其它設備被安裝在其上，例如，安裝在隔離器上的高 電壓陰極?？商鎿Q地，外殼還可包括非導電部件。特別地，外殼可包括多個相互絕緣的導電 元件，允許每個絕緣導電元件被施加獨立于構成外殼的其它元件的電位。
[000引根據本發(fā)明的第一方面，該電子照射系統(tǒng)還包括至少一個第二導電元件和電源， 該電源可運行W在第一導電元件和第二導電元件之間施加非零偏置電壓。選擇第一導電元 件和第二導電元件的幾何結構和偏置電壓的大小，W便產生的電場防止帶正電荷的粒子通 過孔進入陰極區(qū)。
[0009] 本發(fā)明基于該樣的認識，即帶電的自由陰極退化粒子的百分比高得驚人。該表明， 靜電裝置為了控制朝向陰極的粒子的傳輸的目的（例如，倒轉、捕獲或轉移）可W是高效 的。沒有默許特定的物理模型，本發(fā)明人目前相信，電離發(fā)生在電子束的附近，主要是照射 部位的上游，其中電子束與被照射的物體相互作用且產生蒸汽。（如在本公開中使用的，術 語"上游"和"下游"指的是其中電子束傳播的方向。）
[0010] 本發(fā)明給予靜電裝置優(yōu)先級而非給予磁性裝置優(yōu)先級，主要是因為靜電場影響帶 電粒子，與它們的能量無關。相反，由于電子束中的電子通常運動的比帶電粒子快得多，故 設計一個有效地防止碎片朝向陰極傳輸但仍然沒有擾亂電子束到顯著程度的磁場將是更 棘手的任務。
[0011] 眾所周知，用于聚焦、對準、偏轉電子束等的常規(guī)電子光學系統(tǒng)可在某些情況下趨 向于朝向系統(tǒng)的光軸（即更靠近電子束）推動帶電粒子。除了該一點之外，如本發(fā)明人已 注意到的，靜電吸入作用與電子束相關聯(lián)，其在某些條件下朝向其本身吸引帶正電的粒子。 帶正電的粒子可與在靜止的延長的負電荷附近的電荷的表現(xiàn)相似。因為將照射區(qū)連接到陰 極區(qū)的孔通常W電子束路徑為中屯、，該兩種效應中的每一種將增加帶電粒子找到"并進 入在上游方向的孔的趨勢，從而到達陰極區(qū)。換言之，也可W說該兩種效應增加了孔的接受 角。在此基礎上，本發(fā)明人已經認識到，防止帶正電荷的粒子進入陰極區(qū)是必要的，由于帶 電粒子將最可能與緊接在高電壓陰極下游的強烈的加速度場相互作用，并與陰極或在陰極 區(qū)中的其它元件碰撞。表面上，特別是在陰極表面上，所產生的高速碰撞可引起瓣射損害， 該增加了已經討論過的更廣泛已知的化學腐蝕。最后，本發(fā)明人已經認識到，防止帶電粒子 通過圍繞電子軌跡或朝向陰極的視線角的孔進入是首要重要的。事實上，帶電碎片粒子通 常將粘在（通過吸附）和/或中和在導電壁元件上，諸如接地真空包膜部分，其意味著彎 曲的或成角度的路徑或由擋板部分地隔斷的路徑，通常不是可能對陰極有害粒子的重要來 源。粘在表面上的趨勢，其可被量化為粘著系數，對于撞擊在金屬表面的大多數金屬粒子， 粘著系數是相對較高的。
[001引因為帶電荷q和質量m的粒子上的電場加速度與商q/m成比例，理論上的考慮顯 示可能無法完全防止具有無界速度分布的帶電粒子群經由孔進入陰極區(qū)。然而，如果存在 進入該陰極區(qū)的祀材料數量的減少，本發(fā)明將已實現(xiàn)其目的中的至少一個。關于電場的定 性的（幾何形狀）和定量的（強度）參數的考慮將在下面更詳細地討論。
[0013] 值得注意的是，第二導電元件可W是多個物理上分開的導電元件，其W共同的偏 置電壓從第一導電元件分開?？商鎿Q地，第二導電元件可包括多個（組）導電元件，其被連 接到獨立的（但不一定是不同的）電位，使得它們通過多個獨立偏置電壓從第一導電元件 分離。
[0014] 在第二方面中，本發(fā)明提供用于照射位于照射區(qū)的照射部位中的物體的方法，該 照射區(qū)被包圍在至少部分地包括第一導電元件的氣密外殼中。該方法包括下列步驟，其通 常在時間上重疊：
[0015] ?電子束從設置在與照射區(qū)一樣包圍在相同的氣密外殼中的陰極區(qū)中的高電壓陰 極發(fā)射，陰極區(qū)與照射區(qū)連通。
[0016] ?電子束被引導通過連接陰極區(qū)和照射區(qū)的孔。
[0017] ?借助于電位不同于第一導電元件的電位的第二導電元件來產生電場。電場防止 在照射區(qū)中的帶正電荷的粒子穿過孔進入陰極區(qū)。
[001引在照射區(qū)中，該電子照射會產生碎片（例如，蒸汽）。因為電離的原因，如本發(fā)明人 已經認識到，在上游方向朝向孔運動的碎片部分包含意想不到百分比的帶電材料。無論帶 電粒子源自哪里，本發(fā)明的該方面還可有效地減少經由孔進入陰極區(qū)的帶電粒子的數量。
[0019] 本發(fā)明的有利的實施方案由附屬權利要求來限定，且現(xiàn)在將簡要討論。實施方案 中的第一組設及照射系統(tǒng)，其中帶正電的粒子的傳輸被通過方向基本上平行于電子束的電 場控制或減少。可優(yōu)選地借助于旋轉對稱電極來產生電場。利用該種設置，電場將擾亂電 子束到有限的程度或通過散焦或重聚焦可容易地被補償的某種程度。特別地，旋轉對稱電 極的主要作用是改變電子束的散度。第二組實施方案利用帶橫向分量的電場，該橫向分量 使帶電粒子偏轉遠離導致到達陰極或在與高電壓陰極相關聯(lián)的強烈加速度場中的點的該 樣的軌跡。另一組實施方案可使用電場的任意的方向。
[0020] 在實施方案中，第二導電元件與第一導電元件絕緣，并且通過部分地為陰極或陰 極區(qū)遮擋照射部位來對照射區(qū)與陰極區(qū)進行劃界。該是用于產生平行于電子束延伸的電場 的有利的幾何形狀。第二導電元件可W是實屯、限定器，向上延伸到外殼且離開作為陰極區(qū) 與照射區(qū)之間的僅有的通道的孔?？商鎿Q地，第二導電元件可部分地或完全地從外殼分離， 或可W是其自身內穿孔的，使得陰極區(qū)和照射區(qū)之間存在多于一個的通道。第二導電元件 可用該樣的方式限制孔，即其限定該孔的邊界的至少一段。特別地，該孔（或至少其一個軸 向段）完全由第二導電元件限定。因此，第二導電元件可因此說包圍該孔的一部分。可替 換地，第二導電元件被布置在孔的附近，但在距離該孔非零的距離。優(yōu)選地，如果第二導電 元件被布置在孔的附近或在孔的附近內，則其是排斥的。
[0021] 圍繞該孔的第二導電元件可用作待設置在與高電壓陰極不同的電位的虛陽極， 即，其將相對于接地電位為弱陽性。加速電場將被定位在陰極和虛陽極之間的加速間隙內。 在使用時，其W如在橫截面中看到的基本對稱的方式在下游方向對電子進行加速。該意味 著從陰極發(fā)射的相當大份額的電子將集中在進入虛陽極中的孔的軌跡上。W該種方式加速 的電子將然后在虛陽極的下游高速行進。
[0022] 如將要在下一部分更詳細討論的，W該樣的方式來選擇被施加W產生平行電場的 偏置電壓，即；將具有低于最大能量的動能的單電荷陽離子通過電場從照射部位移動到孔 的動作需要比所述最大能量更大的功。換言之，平行電場被設計為使得其實現(xiàn)了能量闊值 足夠高W阻止具有低于最大能量的動能的所有離子。
[0023] 在實施方案中，第二導電元件布置在孔的內部。其也可布置在照射區(qū)，該照射區(qū)位 于孔的下游和通過其將照射區(qū)與陰極區(qū)連通的任何另外的通道的下游。如上所述，蒸汽的 電離化發(fā)生在整個電子束的范圍