紧凑型电离射线生成源、包括多个源的组件以及用于生产该源的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生成电离辐射并且特别是X射线的源，涉及一种包括多个源的组件，并且涉及一种用于生产该源的方法。用于生成电离辐射的所述源包括：真空腔室(12)；阴极(14)，其能够向所述真空腔室(12)中发射电子束(18)；阳极(16)，其接收所述电子束(18)并且包括靶(20)，所述靶(20)能够从自所述电子束(18)接收的能量生成电离辐射(22)；以及电极(24)，其放置在所述阴极(14)附近，并形成维内特。根据本发明专利技术，所述电极(24)由附着至电介质的凹面(26)的导电表面形成。

Compact ionizing ray source, components including multiple sources and method for producing the source

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】紧凑型电离射线生成源、包括多个源的组件以及用于生产该源的方法
本专利技术涉及一种用于生成电离辐射并且特别是X射线的源，涉及一种包括多个源的组件，并且涉及一种用于生产该源的方法。
技术介绍
目前，X射线特别是在成像和放射治疗中具有许多用途。X射线成像得到了广泛的应用，特别是在医学领域、用于执行无损检测的工业中、以及用于检测危险材料或物体的安全领域中。从X射线产生图像已取得很大进展。最初仅使用光敏膜。后来，出现了数字检测器。这些与软件包相关联的检测器允许借助扫描仪快速重构二维或三维图像。相反，自1895年伦琴发现X射线以来，X射线发生器的变化很小。第二次世界大战后出现的同步加速器允许生成强烈且聚焦良好的发射。发射是由于带电粒子的加速或减速引起的，该粒子可选地在磁场中运动。线性加速器和X射线管实现了轰击靶的加速电子束。由于靶的核的电场而引起的束的减速允许生成韧致辐射X射线。X射线管通常由在其中产生真空的泡组成。泡由金属结构和通常由氧化铝或玻璃制成的电绝缘体形成。两个电极放置在此泡中。偏置到负电位的阴极电极配备有电子发射器。相对于第一电极偏置到正电位的阳极第二电极与靶相关联。通过两个电极之间的电位差加速的电子会在他们撞击靶时通过减速而产生电离辐射(轫致辐射)的连续谱。金属电极必须具有大尺寸并具有大的曲率半径，以使表面上的电场最小化。根据X射线管的功率，X射线管可以配备有固定阳极或使得其可以分散热功率的旋转阳极。固定阳极管具有几千瓦的功率，并且特别是用于低功率医学、安全和工业应用中。旋转阳极管可能超过100千瓦，并且主要用于医学领域，用于需要高X射线通量的成像，允许提高对比度。举例来说，工业管的直径在450kV下为约150mm，在220kV下为约100mm，并且在160kV下为约80mm。指示的电压对应于两个电极之间施加的电位差。对于医学旋转阳极管，直径从150到300mm变化，取决于要消耗在阳极上的功率。因此，已知的X射线管的尺寸仍然大，约为几百毫米。成像系统已经出现了具有越来越快速和高性能的3-D重构软件包的数字检测器，而与此同时，X射线管技术实际上已经保持未变化达一个世纪之久，并且这是对X射线成像系统的主要技术限制。数个因素是当前X射线管小型化的障碍。电绝缘体的尺寸必须足够大，以确保针对30kV至300kV的高电压具有良好的电绝缘性。通常用于生产这些绝缘体的烧结氧化铝典型地具有约18MV/m的介电强度。金属电极的曲率半径不能太小，以使施加到表面的静电电场保持在可接受的极限以下，典型地为25MV/m。在此之上，通过隧穿效应进行的寄生电子的发射变得难以控制，并导致对壁的加热、不期望的X射线的发射和微放电。因此，在高电压下，诸如在X射线管中遇到的电压下，阴极电极的尺寸大，以限制电子的寄生发射。热离子阴极通常用于常规管中。这类阴极的尺寸及其工作温度(典型地高于1000℃)导致膨胀问题，并导致导电元素(诸如钡)的蒸发。这使得与电介质绝缘体接触的这种类型的阴极的小型化和集成变得困难。当使用的电介质(氧化铝或玻璃)的表面位于电子束附近时，与库仑相互作用有关的表面电荷效应出现在该电介质(氧化铝或玻璃)的表面上。为了防止电子束和电介质表面之间的接近，或者使用放置在电介质前面的金属屏形成静电屏蔽，或者增大电子束和电介质之间的距离。屏的存在或这种增大的距离也倾向于增大X射线管的尺寸。形成靶的阳极必须耗散高热功率。这种耗散可以通过传热流体的流动或通过生产大尺寸的旋转阳极来实现。对这种耗散的需求还要求增大X射线管的尺寸。在新兴的技术解决方案中，文献描述了在X射线管结构中使用基于碳纳米管的冷阴极，但是当前提出的解决方案仍然基于常规X射线管结构，该常规X射线管结构实现了围绕冷阴极的金属维内特(wehnelt)。该韦内特是被升高到高电压的电极，并且在限制电子的寄生发射方面总是受到严格的尺寸约束。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过提供一种电离辐射源，例如采用高电压三极管或二极管的形式，来减轻所有或某些上述问题，该高电压三极管或二极管的尺寸比常规X射线管的尺寸小得多。电离辐射的产生机理与已知管中实现的机理相似，即用电子束轰击靶子。电子束在阴极和阳极之间加速，在阴极和阳极之间施加例如高于100kV的电位差。对于给定的电位差，本专利技术允许根据本专利技术的源的尺寸相对于已知的管显着减小。为了实现该目的，本专利技术允许对阴极电极或维内特的表面处的电场水平进行的严格约束得以放松。前述约束与电极和电子束传播通过的腔室内存在的真空之间的界面的金属性质有关。本专利技术主要在于用电介质/真空界面代替电极的金属/真空界面，该电介质/真空界面不允许电子通过隧穿效应而寄生发射。这样，可以接受比以金属/真空界面可接受的电场高得多的电场。初步的内部试验表明，可以在不产生电子的寄生发射的情况下获得远高于30MV/m的静态场。该电介质/真空界面可以例如通过用由电介质构成的电极代替其外表面经受电场的金属电极来形成，该电极的表面经受电场并且其内部表面涂有执行静电维内特功能的完美附着的导电沉积物。也可以用电介质覆盖经受电场的金属电极的外表面，以用电场高的电介质/真空界面代替已知电极的金属/真空界面。特别地，该布置允许增大最大电场，在该最大电场以下，不会发生电子的寄生发射。允许的电场的增大使X射线源(更一般地说是电离辐射源)得以小型化。更准确地，本专利技术的一个主题是用于生成电离辐射的源，包括：真空腔室；阴极，其能够向所述真空腔室中发射电子束；阳极，其接收所述电子束并且包括靶，所述靶能够从自所述电子束接收的能量生成电离辐射；以及电极，其放置在所述阴极附近，并形成维内特；其特征在于，所述电极由附着至电介质的凹面的导电表面形成。有利地，所述源包括机械部件，所述机械部件由所述电介质制成并包括所述凹面。有利地，所述导电表面由放置在所述凹面上的金属沉积物形成。有利地，所述机械部件包括内部面，所述内部面具有包括在1×109Ω·平方和1×1013Ω·平方之间的表面电阻率。有利地，所述电介质由氮化物基陶瓷形成。所述内部面的所述表面电阻率可以是通过在所述机械部件的所述电介质上沉积半导体而获得的。有利地，所述内部面的所述表面电阻率可以是通过向所述氮化物基陶瓷的体积添加允许降低所述氮化物基陶瓷的固有电阻率的材料而获得的。有利地，所述阴极通过场效应发射所述电子束，并且其特征在于，所述电极被放置成与所述阴极接触。有利地，所述机械部件形成所述阴极的保持器。有利地，所述机械部件形成所述真空腔室的一部分。有利地，所述机械部件形成所述阳极的保持器。有利地，所述机械部件包括内圆锥平截头体形状的外表面。所述源包括保持器和向所述阴极供电的至少一个高电压接触部，所述保持器的外圆锥平截头体形状的表面与所述内圆锥平截头体形状的外表面互补。所述接触部和所述圆锥平截头体形状的表面形成所述源的高电压连接器。有利地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于生成电离辐射的源，包括：/n真空腔室(12；153)；/n阴极(14)，其能够向所述真空腔室(12；153)中发射电子束(18)；/n阳极(16；76；154；174)，其接收所述电子束(18)并且包括靶(20；21)，所述靶(20；21)能够从自所述电子束(18)接收的能量生成电离辐射(22)；以及/n电极(24；166)，其放置在所述阴极(14)附近，并形成维内特；/n其特征在于，所述电极(24)由附着至电介质的凹面(26；168)的导电表面形成。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170711 FR 17007411.用于生成电离辐射的源，包括：
真空腔室(12；153)；
阴极(14)，其能够向所述真空腔室(12；153)中发射电子束(18)；
阳极(16；76；154；174)，其接收所述电子束(18)并且包括靶(20；21)，所述靶(20；21)能够从自所述电子束(18)接收的能量生成电离辐射(22)；以及
电极(24；166)，其放置在所述阴极(14)附近，并形成维内特；
其特征在于，所述电极(24)由附着至电介质的凹面(26；168)的导电表面形成。


2.根据权利要求1所述的源，其特征在于，所述源包括机械部件(28；152；162)，所述机械部件(28；152；162)由所述电介质制成并包括所述凹面(26；168)。


3.根据权利要求2所述的源，其特征在于，所述导电表面由放置在所述凹面(26；168)上的金属沉积物形成。


4.根据权利要求2和3中的任一项所述的源，其特征在于，所述机械部件(28；152；162)包括内部面(30)，所述内部面(30)具有包括在1×109Ω·平方和1×1013Ω·平方之间的表面电阻率。


5.根据前述权利要求中的一项所述的源，其特征在于，所述电介质由氮化物基陶瓷形成。


6.根据权利要求4和5所述的源，其特征在于，所述内部面(30)的所述表面电阻率是通过在所述机械部件(28；152；162)的所述电介质上沉积半导体而获得的。


7.根据权利要求4和5所述的源，其特征在于，所述内部面(30)的所述表面电阻率是通过向所述氮化物基陶瓷的体积添加允许降低所述氮化物基陶瓷的固有电阻率的材料而获得的。


8.根据前述权利要求中的一项所述的源，其特征在于，所述阴极(14)通过场效应发射所述电子束(18)，并且其特征在于，所述电极(24；166)被放置成与所述阴极(14)接触。


9.根据权利要求2和从属于权利要求2时的权利要求3至8中的一项所述的源，其特征在于，所述机械部件(28；152；162)形成所述阴极(14)的保持器。


10.根据权利要求2和从属于权利要求2时的权利要求3至9中的一项所述的源，其特征在于，所述机械部件(28；152；162)形成所述真空腔室(12)的一部分。


11.根据权利要求2和从属于权利要求2时的权利要求3至10中的一项所述的源，其特征在于，所述机械部件(28；152；162)形成所述阳极(16；76；154)的保持器。


12.根据权利要求2和从属于权利要求2时的权利要求3至11中的一项所述的源，其特征在于，所述机械部件(28；152；162)包括内圆锥平截头体形状的外表面(104)，其特征在于，所述源(10；76；154)包括保持器(100)和向所述阴极(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·波拉德，
申请(专利权)人：塔莱斯公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR