在X射线产生中液体金属靶的供应制造技术

本发明专利技术公开了在X射线产生中液体金属靶的供应。呈现了用于向相互作用区域提供液体金属的闭环循环，在该相互作用区域，电子束撞击液体金属以产生X射线。在根据本发明专利技术的方法中，使用高压泵(312)将液体金属的压强升高到至少10巴。加压的液体金属然后被引导至喷嘴(332)并且以空间连续的喷射流的形式喷射进入真空腔(330)。在通过真空腔以后，在收集容器(334)内收集液体金属，并且例如使用启动泵(322)将液体金属的压强升高到适于高压泵的入口的入口压强。本发明专利技术还涉及对应的循环系统和装备这样的循环系统的X射线源。

【技术实现步骤摘要】
在X射线产生中液体金属靶的供应本申请是申请日为2009年4月3日，申请号为200980158566.4，专利技术名称为“在X射线产生中液体金属靶的供应”的申请的分案申请。
本专利技术大体上涉及液体金属靶，具体涉及在电子撞击X射线源中的使用。
技术介绍
X射线传统上通过让电子束撞击固体阳极靶来产生。但是，在阳极的热效应限制了X射线源的性能。一种减轻涉及固体阳极靶过热的问题的方式使用了旋转的固体阳极。第二种传统的方法是将电子束引向液体阳极靶，诸如以自由落体的液滴或者流的形式。US4953191示出了一种使用液体镓的下降流作为它的阳极的X射线源，其大体上是平直的并且通常具有大约2.0m/s的切线速度。考虑到过热，这种类型的X射线源的功率将受到由流动的流每单位时间传输的镓的质量的限制。空间定位通常是源的理想的属性，并且加厚流或者增加它的速度都不是可用于增加质量流的方式。最近，已提议使用液体喷射流作为X射线产生中的电子靶。例如，WO02/11499公开了使用液体喷射流作为电子束靶来产生X射线或者EUV辐射的方法和装置。这样的X射线源可以包括适于作为阳极、也就是作为电子束靶的液体金属的接地喷射流。由于它的可再生性质，这样的液体金属喷射流能够经受强电子束撞击；作为比较，喷射流的传播速度能够相似于或者比传统的旋转阳极的切线速度高。虽然只有电子束携带的一部分能量被转换成为X射线能量-其导致相当大的过量热产生-这些液体喷射流X射线源还是具有优异的亮度的特征，其带来涉及曝光时间、空间分辨率和诸如相差成像的新的成像方法的益处。但是，设计能够在持久的时间内运行而没有由于维护产生的间断的液体金属喷射流X射线源是一个挑战。例如，在以前的这种X射线源中，操作者需要暂停X射线的产生，以便改变或者再填充靶供应容器，或者改变或者再填充用于产生靶喷射流的加压的推进气体的容器。
技术实现思路
本专利技术的总体目标是提供向相互作用区域供应液体金属的闭环系统，其中在所述相互作用区域，电子束撞击液体金属以产生X射线。设想本专利技术将提供在由于保养或者维修必须中断X射线产生之前的延长的运行时间。通过介绍，涉及用于供应液体金属喷射流的系统的背景和一些挑战将被简要地讨论。提及的类型的X射线源包含电子枪和用于在真空腔内提供稳定的液体金属喷射流的系统。使用的金属优选是具有相对较低的熔点的一种，诸如铟、镓、锡、铅、铋或者其合金。电子枪可以根据冷场发射、热场发射、热电子发射和诸如此类的原理运行。用于提供电子撞击靶、也就是液体金属喷射流的系统可以包含加热器和/或冷却器、加压装置、喷射流喷嘴和用于在喷射流的末尾收集液体金属的容器。由于电子和液体金属靶的相互作用，X射线辐射在撞击区域产生。具有合适的透射特性的窗口允许这样产生的X射线离开低压腔。为了允许设备的连续运行，需要收回来自相互作用区域的的下游的液体金属，并且以闭环形式重复使用收回的液体金属。在技术层面上，发现了以闭环的方式供应液体金属喷射流需要承担潜在的弱点。例如，由于由泵活塞的移动、容纳在液体内的固体污染物的间歇性的机械式梗阻、在系统的多个部分内的液体平面的波动、和甚至泵的抽取能力的损失等导致的压强变化，喷射流在速度、形状和厚度方面的一致性，可能不是令人满意的。在一些情况下，喷射流还可能在电子束撞击喷射流的点之前变的空间不连续并且分解成为片段或者液滴，其将导致对于X射线产生的复杂化。金属泄漏是用于提供液体金属喷射流的闭环系统的另一个潜在的挑战。泄漏的结果可以是金属永远地丢失到系统的外部，但还包括金属在系统的不能到达的部分固化的情况。例如，在喷嘴的出口处和在液体喷射流撞击在收集容器内包含的液体的位置可能产生雾状悬浮液滴。如果这样的相对移动的雾沉积在低压腔的内壁上，它将从循环过程差不多永久地丢失。进一步地，如果低压腔是适于持续地排泄气体或者其气体悬浮粒子的泵真空腔，以这种方式从系统中可以排出大量的液体。最后，密封件、管道和泵都是潜在的液体泄漏源，并且因此成为循环回路的弱点。从用户的观点来看，泄漏可以释放潜在的有毒气体，使液体的昂贵的补充成为必须，缩短维护间隔(特别地在清洁X射线输出窗口之间的时间间隔)，通过损坏振动条件降低性能，并且通常使关联的X射线源更加难以运行连续的一段时间。通过本专利技术克服和应对了这些挑战。根据本专利技术的一个方面，因此这里提出了用于闭环供应液体金属到相互作用区域的方法，其中电子束撞击液体金属以便尤其通过轫致辐射或者特征线发射产生X射线。该方法包括下面的步骤：使用高压泵，将包含在闭环循环系统的第一部分内的液体金属的压强升高到至少10巴，优选地至少50巴或者更多。加压的液体金属被引导至喷嘴。虽然通过导管的任何引导将承担在该环境中可能可忽略不计的一些压强损失，但是加压的液体金属依然以10巴以上的压强到达喷嘴，优选在50巴以上。液体金属从喷嘴喷射进入真空腔以产生液体金属喷射流，其中相互作用区域位于该真空腔内。喷射的液体金属在通过相互作用区域以后在收集容器内被收集。在流动方向上(也就是，在系统的正常运行中，从收集容器向高压泵流动的液体金属)在位于收集容器和高压泵之间的闭环循环系统的第二部分内，收集的液体金属的压强被升高到高压泵的吸入侧压强(入口压强)。高压泵的入口压强至少是0.1巴，优选至少是0.2巴，以便提供高压泵的可靠并且稳定的运行。然后通常连续地重复上述步骤—就是说，将具有入口压强的液体金属再一次提供给高压泵，其再一次加压它到至少10巴等—以便以持续的、闭环的方式实现到相互作用区域的液体金属喷射流的供应。用于加压在循环回路的高压部分的液体金属的高压泵包括专用的高压元件，以便允许在它的吸入侧和释放侧产生相当大的压强差。泵具体地可以是无密封型，以便降低泄漏的风险。动态密封，诸如滑动密封或者旋转密封，已知确实对高压泄漏特别敏感。这能够导致压强波动(由于动态密封的紧密度可能随着它的实际位置而变化)和液体的稳定泄漏。在本专利技术的背景中，无密封泵，诸如膜式泵，相比具有动态密封的泵更加优选。升高收集的液体金属的压强到足够的入口压强的步骤确保了高压泵的良好的运行条件，使它能够向喷嘴供应稳定的高压并且保护它不损失它的吸入能力。优选地，液体金属喷射流通过真空腔的传播速度是至少10m/s。产生液体金属喷射流以便该喷射流将在电子束撞击金属喷射流的位置在空间上连续。但是，应当注意，在电子束撞击靶喷射流的位置以外，喷射流的分解通常是可接受的，因为喷射流的这样的后期分解不在任何相关的程度上影响X射线的产生；这样的分解的可能性不影响喷嘴的大小。液体金属压强从真空压强直到入口压强的升高可以通过在容器内收集喷射的液体并使用重力场被动实现，该容器具有这样的布局：在它的底端的液体金属柱至少在运行过程中供应合适幅度的静水压到高压泵的吸入侧。可替换地，容器可以是基本上平坦的，但是通过在重力场中向下延伸的液体填充(在运行过程中)的导管连接到高压泵。因此，相对于收集容器，在这个实例中高压泵在重力场中的位置应该较低，并且在提供足够的高压泵的入口压强的稳定状态的运行过程中，至少在这些(在流动方向)之间的部分连接应该包含液体金属。还可以主动地提供足够的入口压强，例如通过在收集容器和高压泵之间布置启动泵的方式，以提供加压的液体金属到后者的吸入侧。还应当理解高压泵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于闭环供应液体金属到相互作用区域的方法(100)，在所述相互作用区域中，电子束撞击所述液体金属以产生X射线，所述方法包括以下步骤：使用高压泵升高(110)在闭环循环系统的第一部分内的所述液体金属的压强到至少10巴；引导(112)至少10巴压强的所述液体金属到喷嘴；从所述喷嘴喷射(116)所述液体金属到真空腔中以产生以10m/s或更大的速度通过所述真空腔传播的液体金属喷射流，所述相互作用区域位于所述真空腔中；在收集容器内收集(118)所喷射的液体金属；升高(120)所收集的液体金属的压强到适合于所述高压泵的入口压强，所述入口压强至少是0.1巴；和重复上面的步骤以实现液体金属到所述相互作用区域的闭环供应；其特征在于，所述收集容器设置有所述液体金属喷射流所撞击的倾斜的表面(420)，以降低来自所述收集容器的液体金属喷溅物、薄雾和类似物对所述真空腔的污染，且在所述液体金属从所述收集容器到所述高压泵的通道上和/或在所述液体金属从所述高压泵到所述喷嘴的通道上，所述液体金属通过至少一个过滤器(316，324)。

【技术特征摘要】
1.一种用于闭环供应液体金属到相互作用区域的方法(100)，在所述相互作用区域中，电子束撞击所述液体金属以产生X射线，所述方法包括以下步骤：使用高压泵升高(110)在闭环循环系统的第一部分内的所述液体金属的压强到至少10巴；引导(112)至少10巴压强的所述液体金属到喷嘴；从所述喷嘴喷射(116)所述液体金属到真空腔中以产生以10m/s或更大的速度通过所述真空腔传播的液体金属喷射流，所述相互作用区域位于所述真空腔中；在收集容器内收集(118)所喷射的液体金属；升高(120)所收集的液体金属的压强到适合于所述高压泵的入口压强，所述入口压强至少是0.1巴；和重复上面的步骤以实现液体金属到所述相互作用区域的闭环供应；其特征在于，所述收集容器设置有所述液体金属喷射流所撞击的倾斜的表面(420)，以降低来自所述收集容器的液体金属喷溅物、薄雾和类似物对所述真空腔的污染，且在所述液体金属从所述收集容器到所述高压泵的通道上或在所述液体金属从所述高压泵到所述喷嘴的通道上，所述液体金属通过至少一个过滤器(316，324)。2.如权利要求1所述的方法，其中升高所收集的液体金属的压强到所述入口压强的步骤包括使用启动泵(322)。3.如权利要求1所述的方法，其中升高所收集的液体金属的压强到所述入口压强的步骤包括使所述高压泵在重力场中的位置低于所述收集容器。4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个过滤器包括布置在所述收集容器和所述高压泵之间的粗过滤器。5.如权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个过滤器包括布置在所述高压泵和所述喷嘴之间的细过滤器。6.如权利要求1和2中任一项所述的方法，还包括衰减(114)在所述闭环循环系统的所述第一部分内的所述液体金属内的压强脉冲的步骤。7.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述液体金属喷射流穿过在所述真空腔和所述收集容器之间的出口内的窄孔。8.一种用于供应液体金属到相互作用区域的闭环循环系统(200；300)，在所述相互作用区域中，电子束撞击所述液体金属以产生X射线，所述闭环循环系统包括：高压泵(212；312)，其连接到所述闭环循环系...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥斯卡·汉伯格，汤米·图希玛，米卡尔·奥滕达尔，
申请(专利权)人：伊克斯拉姆公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE