提供了一种x射线靶、x射线源和x射线系统。该x射线靶包括导热的衬底，该导热衬底包括表面和位于该表面的至少一部分上或嵌入在该至少一部分中的至少一个结构。该至少一个结构包括与衬底热连通的导热的第一材料。第一材料具有在大于1毫米的范围内的沿着与表面的该部分平行的第一方向的长度和沿着与表面的该部分平行并与第一方向垂直的第二方向的宽度。该宽度在0.2毫米至3毫米的范围内。该至少一个结构还包括位于第一材料之上的至少一个层。该至少一个层包括与第一材料不同的至少一种第二材料。该至少一个层的厚度在2微米至50微米的范围内。该至少一种第二材料被配置为在被能量在0.5keV至160keV的能量范围内的电子辐照时生成x射线。成x射线。成x射线。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高亮度X射线反射源
[0001]优先权要求
[0002]本申请要求于2018年7月26日提交的美国临时申请No.62/703,836的优先权的权益，该申请通过引用整体地并入本文中。
[0003]本申请总体上涉及x射线源。
技术介绍
[0004]实验室x射线源通常用电子轰击金属靶，其中这些电子的减速产生从零到电子的动能的所有能量的轫致辐射x射线。另外，金属靶通过在靶原子的内核心电子轨道中创建空穴来产生x射线，这些空穴然后由靶的具有比内核心电子轨道低的结合能量的电子填充，并伴随生成具有表征靶原子特性的能量的x射线。辐照靶的电子的大部分功率被转换成热(例如，约60％)和反向散射电子(例如，约39％)，其中仅约1％的入射功率被转换成x射线。x射线靶由于此热而导致的熔化可以是可由x射线源实现的最终亮度(例如，每球面度每面积每秒的光子)的限制性因素。
[0005]被配置为生成微聚焦或纳米聚焦x射线束的透射型x射线源通常利用在导热低密度衬底材料(例如，金刚石)之上包括薄溅射金属层(例如，钨)的靶。在靶的一侧的金属层被电子辐照，并且x射线束包括从靶的相反侧射出的x射线。x射线斑大小取决于电子束斑大小，并且另外，由于电子在靶内浮散，从靶生成和发射的x射线具有比入射电子束的焦斑大小大的有效焦斑大小。结果，生成微聚焦或纳米聚焦x射线束的透射型x射线源通常需要非常薄的靶和非常好的电子束聚焦。
[0006]常规的反射型x射线源辐照块状靶金属(例如，钨)的表面并且以相对于被辐照靶表面的射出角(例如，6至30度)收集从被辐照靶表面透射的x射线，其中射出角被选择以在与靶中产生的x射线的自吸收进行平衡的同时优化x射线的累积。因为在反射型x射线源中靶处的电子束斑在一个角度下被有效地看到，因此x射线源斑大小可以小于透射型x射线源中的电子束斑大小。
技术实现思路
[0007]本文描述的某些实施例提供一种x射线靶。该x射线靶包括导热的衬底，该导热的衬底包括表面和位于该表面的至少一部分上或嵌入在该至少一部分中的至少一个结构。该至少一个结构包括与衬底热连通的导热的第一材料。第一材料具有在大于1毫米的范围内的沿着与表面的该部分平行的第一方向的长度和沿着与表面的该部分平行并与第一方向垂直的第二方向的宽度。该宽度在0.2毫米至3毫米的范围内。该至少一个结构还包括位于第一材料之上的至少一个层。该至少一个层包括与第一材料不同的至少一种第二材料。该至少一个层的厚度在2微米至50微米的范围内。该至少一种第二材料被配置为在被能量在0.5keV至160keV的能量范围内的电子辐照时生成x射线。
[0008]本文描述的某些实施例提供一种x射线源。该x射线源包括x射线靶，该x射线靶包括导热的衬底，该导热衬底包括表面和位于该表面的至少一部分上或嵌入在该至少一部分中的至少一个结构。该至少一个结构包括与衬底热连通的导热的第一材料。该第一材料具有在大于1毫米的范围内的沿着与表面的该部分平行的第一方向的长度和沿着与表面的该部分平行并与第一方向垂直的第二方向的宽度。该宽度在0.2毫米至3毫米的范围内。该至少一个结构还包括位于第一材料之上的至少一个层。该至少一个层包括与第一材料不同的至少一种第二材料。该至少一个层的厚度在2微米至50微米的范围内。该至少一种第二材料被配置为在被能量在0.5keV至160keV的能量范围内的电子辐照时生成x射线。该x射线源还包括电子源，该电子源被配置为在至少一个电子束中生成电子并且引导该至少一个电子束以撞击该至少一个结构。
附图说明
[0009]图1A-1C示意性地图示了根据本文描述的某些实施例的示例x射线靶的各部分。
[0010]图2A和图2B示意性地图示了根据本文描述的某些实施例的具有彼此分离的多个结构的示例x射线靶的各部分。
[0011]图3示意性地图示了根据本文描述的某些实施例的示例x射线系统的示例x射线源。
[0012]图4A和图4B示意性地图示了根据本文描述的某些实施例的x射线源的其他示例。
[0013]图5A示意性地图示了根据本文描述的某些实施例的示例x射线靶，图5B-5I示意性地图示了来自图5A的各种版本的示例x射线靶的亮度的各种模拟结果。
具体实施例
[0014]本文描述的某些实施例提供了这样的反射型x射线源，该反射型x射线源在使用比透射型x射线源中使用的电子束斑大小大的电子束斑大小(例如，与透射型x射线源中使用的电子束聚焦相比利用不太严格的电子束聚焦)的同时有利地实现了小的x射线斑大小。
[0015]本文描述的某些实施例有利地提供了这样的反射型x射线源，该反射型x射线源具有高亮度x射线同时避免了靶的过度加热的有害影响。通过使用冷却的衬底和与该衬底热连通的高导热性的第一材料(例如，金刚石)并使第二材料的靶层沉积在第一材料上，可以有利地以比通过块状靶除去热所实现的更快的速率从靶层除去热。
[0016]本文描述的某些实施例有利地提供了在“密封管”源内具有多种靶材料的反射型x射线源。通过将x射线源配置为使用电子束来辐照多种靶材料(其中每种靶材料生成对应于具有不同特性x射线能量的相应的x射线谱的x射线)中的所选靶材料，反射型x射线源可有利地提供多个可选择的x射线谱，使得可针对不同的应用来优化x射线源，而不必每次打开x射线源来改变靶并抽空x射线源。
[0017]图1A-1C示意性地图示了根据本文描述的某些实施例的示例x射线靶10的各部分。在图1A-1C的每一个中，x射线靶10包括导热的衬底20，该导热的衬底20包括表面22和位于该表面22的至少一部分上或嵌入在该至少一部分中的至少一个结构30。该至少一个结构30包括与衬底20热连通的导热的第一材料32。第一材料32具有沿着与表面22的该部分平行的第一方向34的长度L，该长度L在大于1毫米的范围内。第一材料32还具有沿着与表面22的该
部分平行并且与第一方向34垂直的第二方向36的宽度W，该宽度W在0.2毫米至3毫米(例如，0.2毫米至1毫米)的范围内。至少一个结构30还包括位于第一材料32之上的至少一个层40，该至少一个层40包括与第一材料32不同的至少一种第二材料42。至少一个层40的厚度T在1微米至50微米的范围内(例如，在1微米至20微米的范围内；钨层厚度在1微米至4微米的范围内；铜层厚度在2微米至7微米的范围内)，并且至少一种第二材料42被配置为在通过能量在0.5keV至160keV的能量范围内的电子辐照时生成x射线。
[0018]在某些实施例中，靶10被配置为将热从至少一个结构30转移走。例如，衬底20的表面22可包括至少一种导热材料，并且衬底20的剩余部分可包括相同的至少一种导热材料和/或另一种或多种导热材料。至少一种导热材料的示例包括但不限于金属(例如，铜；铍、掺杂石墨)、金属合金、金属复合材料以及电绝缘但导热的材料(例如，金刚石；石墨；类金刚石碳；硅；氮化硼；碳化硅；蓝宝石)。在某些实施例中，至少一种导热材料的导热性在20W/m-K与2500W/m-K之间(例如，150本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种x射线靶，包括：导热的衬底，包括表面；以及至少一个结构，位于所述表面的至少一部分上或嵌入在所述至少一部分中，所述至少一个结构包括：导热的第一材料，与所述衬底热连通，所述第一材料具有沿着第一方向的长度和沿着第二方向的宽度，所述第一方向与所述表面的所述部分平行，所述第二方向与所述表面的所述部分平行并且与所述第一方向垂直，所述长度在大于1毫米的范围内，所述宽度在0.2毫米至3毫米的范围内；以及至少一个层，位于所述第一材料之上，所述至少一个层包括与所述第一材料不同的至少一种第二材料，所述至少一个层的厚度在2微米至50微米的范围内，所述至少一种第二材料被配置为在被能量在0.5keV至160keV的能量范围内的电子辐照时生成x射线。2.根据权利要求1所述的x射线靶，其中，所述表面包括铜。3.根据权利要求1所述的x射线靶，其中，所述第一材料被钎焊到所述衬底。4.根据权利要求1所述的x射线靶，其中，所述第一材料包括以下项中的至少一项：金刚石、碳化硅、铍、蓝宝石。5.根据权利要求1所述的x射线靶，其中，所述第一材料的热导率在20W/m-K至2500W/m-K之间的范围内，并且所述第一材料包括原子序数小于或等于14的元素。6.根据权利要求1所述的x射线靶，其中，所述第一材料在与所述表面的所述部分垂直的方向上的厚度在0.2毫米至1毫米的范围内。7.根据权利要求1所述的x射线靶，其中，所述至少一种第二材料包括以下项中的至少一项：钨、铬、铜、铝、铑、钼、金、铂、铱、钴、钽、钛、铼、碳化硅、碳化钽、碳化钛、碳化硼、以及包括前述项中的一项或多项的合金或组合。8.根据权利要求1所述的x射线靶，其中，所述至少一个层还包括至少一种第三材料，所述至少一种第三材料位于所述第一材料与所述至少一种第二材料之间，所述至少一种第三材料与所述第一材料和所述至少一种第二材料不同。9.根据权利要求8所述的x射线靶，其中，所述至少一种第三材料包括以下项中的至少一项：氮化钛、铱、氧化铪。10.根据权利要求8所述的x射线靶，其中，所述至少一种第三材料的厚度在2纳米至50纳米的范围内。11.根据权利要求1所述的x射线靶，其中，所述至少一个结构包括彼此分离的多个结构。12.根据权利要求11所述的x射线靶，其中，所述多个结构沿着所述第二方向彼此间隔大于0.02毫米的分离距离。13.根据权利要求11所述的x射线靶，其中，所述多个结构中的两个或更多个结构的所述至少一种第二材料彼此不同。14.根据权利要求11所述的x射线靶，其中，所述多个结构中的两个或更多个结构的所述第一材料彼此相同。15.根据权利要求11所述的x射线靶，其中，由所述多个结构中的两个或更多个结构生成的x射线具有彼此不同的作为能量的函数的强度分布。
16.根据权利要求1所述的x射线靶...
【专利技术属性】
技术研发人员：云文兵，西尔维娅，
申请(专利权)人：斯格瑞公司，
类型：发明
国别省市：
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