X射线源及包括X射线源的系统技术方案

本发明专利技术一般涉及一种X射线源，特别地涉及一种适用于大面积X射线产生情形下的X射线源。本发明专利技术还涉及一种包括此X射线源的系统。

X ray source and system including X ray source

The invention generally relates to a X ray source, in particular to a X ray source suitable for large area X ray production. The invention also relates to a system comprising the X ray source.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】X射线源及包括X射线源的系统
本专利技术一般涉及一种X射线源，特别地涉及一种适用于大面积X射线产生情形下的X射线源。本专利技术还涉及一种包括此X射线源的系统。
技术介绍
用于产生X射线辐射的系统在例如，医学诊断中用于采集射线照相图像或者产生用于技术诊断应用的平面图像。X射线辐射的另一个有效使用是在物质处理中用以减少生物和其他污染的影响。例如，可以照射食物来延长有效期，使得食物的食用更安全。可以以相同的方式来照射废水或者径流来减少污染的影响。在技术诊断成像领域，X射线对穿透待检查的固体物体的内部结构特别有效，并且由通过那里的X射线所形成的图像显示物体的内部缺陷或者结构缺陷。技术诊断X射线成像因此提供用于在制造期间和产品的有效期内评估产品的结构方面的一个有价值的质量控制检查工具。这种形式的诊断分析有时优于其他类型的评估，因为成像物体不需要在评估过程中被破坏。因此，技术诊断成像也被称为非破坏性测试。图1a中示意性地示出一个典型的现有技术中的装置。X射线管1通常包括一个电子枪，电子枪具有发射加速到阳极3的电子束2的阴极（未示出）。阳极由例如钨的金属靶表面组成，由于加速电子的撞击，X射线从该阳极上产生。辐射由两部分组成，轫致辐射和特征辐射。轫致辐射是主要部分，并且以具有垂直于电子束2的线性路径的最大值和具有与sin2(v)的角度成比例的分布（其中，v=0是角度平行于电子线性运动，即轫致辐射强度最大值垂直于电子束路径2）的强度属性辐射，而特征辐射在整个立体角（球面）上具有均匀的强度分布。图1b示出sin2分布10，其中，示出来自电子路径的径向轫致辐射强度为均匀的。从而，由图1a所示，阳极3通常与电子束2的轴线成一定角度放置，X射线4可以在大致垂直于电子束轴的方向上透射。应当注意的是，在这种装置中，大约一半所产生的X射线将穿透如阳极中，并且将被吸收。X射线4然后可以穿过用于校准X射线束的薄铍窗口，并且还在X射线管1内提供一个真空密封。此后，X射线4沿着大致圆锥形路径离开X射线管1，其中，圆锥的顶点与由撞击电子束所形成的目标上的点大致重合。这种发散辐射图案，基本上源自点源将在真空中具有与距离r的平方反比成比例的强度下降，即，对于纯几何原因，为1/r2。为了以适当的剂量有效地利用该辐射图案，必须产生考虑随着距离而下降的辐射剂量，并且感兴趣的物体必须合理地放置在辐射锥体中。虽然一些辐射源使用多个点源，或一个或多个移动点源，来补偿次优发射图案，此发射系统具有其自身固有的缺点和复杂性。特别地，涉及源定时，源定位等的混合体是常见的。在特别是去污或者卫生目的的材料处理中，重要的是能够递送足够均匀和足够强辐射图案，以确保足够辐射来减少微生物（或者更大生物体）和污染物的影响。已经得到一种方法来解决上述提及问题，该方法通过引入用于X射线产生的大面积平板源。在EP1948249中公开了此实施例的示例，其中，一个或者多个X射线辐射的大面积平板源被引导如目标区域中。待处理的目标物质例如经传送带、管等防止在目标区域内，并且用来自一个或者多个平板源辐射照射以减少污染物存在于目标物质中的生物效应。该解决方案的缺点是当平行或者接近平行于表面传输时，强度分布中的大部分将损失。图2构思性地示出现有技术中平板X射线装置20中的X射线分布，（装置）包括透射阴极22和阳极24，也指示如上所述的平行X射线分布。因此，需要一种改进的X射线源和相应的系统，其至少减轻现有技术中的可靠性问题，进一步关注低成本应用。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，上述至少部分地通过被配置为提供X射线辐射的全向传输的X射线源来缓解，所述X射线源包括阳极、场发射阴极，对于X射线辐射为透明的真空室，阳极和场发射阴极布置在真空外壳内部，其中，真空外壳是延伸的管状真空室，场发射阴极与延伸的管状真空室的内表面相邻地布置，以及将阳极中心地布置在延伸的管状真空室的内部。本专利技术的另外一个方面是最小化或者至少显著地减少如上讨论的被吸收到阳极中的X射线，以及尽可能多地利用所产生的辐射。根据本专利技术的X射线源的一般用途是在操作期间在X射线源周围的大面积内实现有用的X射线辐射。结合现有技术，场发射阴极与真空室的内表面相邻地布置，而不是普通方案中阴极通常地中心布置。在典型的现有技术的装置中，阴极布置在外壳的内表面，电子将撞击阳极而产生X射线，但是由于在这种现有技术的装置中的阴极优选地由重元素例如钨来制造，不可避免地，立即产生的X射线（在很大程度上）将在阳极中被吸收，因此，这种现有技术中的装置的总体效率将会降低。这种装置的另外一个优点是场发射阴极的表面积增加，因此，允许更大的阳极暴露给从场发射阴极发射的电子。从而，由于本专利技术的装置中阳极被场发射阴极所“围绕”，根据本专利技术，与阴极布置在中心的解决方案相比，可以更有效地产生X射线的全向辐射。在X射线源的操作期间，在阴极和中心布置的阳极之间施加电势，电子因此从阴极发射且朝向阳极的方向上被加速至高速度。一旦电子与阳极碰撞就产生X射线。随后，当布置在管状腔室的内表面的场发射阴极基本上“围绕”阳极时，X射线以“所有方向”从阳极发射。阳极为金属材料，例如包括钨或者更抗裂的铼（5%）和钨（95%）或者钼的合金。其他金属材料也是可能的，包括例如铜和钴。从上文可以理解，本专利技术的X射线源，其中，阴极布置为基本上围绕中心布置的阳极，可以因此允许形成X射线源，其中，与现有技术的解决方案相比，阴极的总表面可以更大，因此可能允许朝向阳极发射的电子的增加。在本专利技术的优选实施例中，场发射阴极对于X射线辐射基本上是透明的，例如作为透射阴极。从而，将不必要包括一个现有技术的X射线源解决方案中常见的特别布置的“窗口”。此外，事实上，场发射阴极基本上透明允许X射线辐射的全方位的发射。然而，应当注意的是，在本专利技术的构思内，可能允许阴极表面的一些部分“屏蔽”X射线辐射，例如在一个或者多个选择的方向限制X射线辐射。在本专利技术的一些实施例中，阳极具有一个与延伸管状真空室的内部的至少一个部分相匹配且沿着其延伸的延伸形状，优选地由玻璃材料制造。在例如配置为阳极的铜靶的情形下，铜靶可以被构造为与管状真空室相匹配的实心圆柱体。优选地，X射线源配置为连接至一个可控的高压源，用于在阴极和阳极之间提供上述的电势差。高压源电连接至阳极和阴极，且优选地配置输送介于（至少）4-20kV的高电压。有利地，X射线源可以适于在提供低至1mA电流时产生高达大约20keV的X辐射光谱。从而，可以设置具有仅小能力消耗的合适的X射线源，从而使得X射线源的成本运行有效。优选地，真空室具有大约10-4Pa或者更低的压力，以使得能够使用场发射的冷阴极，并且避免降解、寿命电弧和与这种设备中不良真空相关的类似现象的问题。在本专利技术的实施例中，场发射阴极包括多个纳米结构。由此所提供的协同效应允许改善朝向阳极的电子发射，并且因此与现有技术相比，允许产生一个改进的和能量高效的X射线。在本文上下中，术语纳米结构指其中至少一个维度在高达几百纳米的数量级上的结构。这种纳米结构可以例如包括纳米管、纳米棒、纳米线、纳米铅笔、纳米钉、纳米花、纳米带、纳米针、纳米盘、纳米壁、纳米纤维和纳米球。此外，纳米结构也可以由任何上述提及的结构的组合所形成。纳米结构的优选方向为在基本上垂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种X射线源，配置为提供X射线辐射的全向传输，所述X射线源包括：‑ 阳极；‑ 场发射阴极；‑ 对于X射线辐射为透明的真空室，阳极和场发射阴极布置在真空外壳内部，其中，真空外壳是延伸的管状真空室，场发射阴极布置为与延伸的管状真空室的内表面相邻，阳极中心地布置在延伸的管状真空室的内部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.01 EP 14183041.41.一种X射线源，配置为提供X射线辐射的全向传输，所述X射线源包括：-阳极；-场发射阴极；-对于X射线辐射为透明的真空室，阳极和场发射阴极布置在真空外壳内部，其中，真空外壳是延伸的管状真空室，场发射阴极布置为与延伸的管状真空室的内表面相邻，阳极中心地布置在延伸的管状真空室的内部。2.根据权利要求1所述的X射线源，其特征在于，场发射阴极对X射线辐射基本上是透明的。3.根据权利要求1和2中任意一项所述的X射线源，其特征在于，阳极具有一个延伸形状，延伸形状与延伸的管状真空室内部的至少一个部分相匹配且沿着该部分延伸。4.根据前面权利要求中任意一项所述的X射线源，其特征在于，X射线源配置为连接至一个可控的高压源，在X射线源的操作期间，电子沿着朝向阳极的方向从场发射阴极加速，并且从阳极朝向场发射阴极全方向辐射X射线辐射以及辐射出X射线源。5.根据权利要求4所述的X射线源，其特征在于，X射线辐射透射通过场发射阴极。6.根据权利要求5所述的X射线源，其特征在于，场发射阴极形成为透射阴极。7.根据前面权利要求中任意一项所述的X射线源，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳斯·迪伦，
申请(专利权)人：光学实验室公司瑞典，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE