用于液冷隔离的X射线透射靶的方法及系统技术方案

一种X射线源，其具有靶组件、电子源和飞行管组件，靶组件包括靶，电子源用于产生撞击靶的电子，飞行管组件将靶组件与电子源分开并且将冷却剂输送到靶组件。飞行管组件包括飞行管接口环、靶筒管以及位于飞行管接口环与靶筒管之间的电隔离环。之间的电隔离环。之间的电隔离环。

【技术实现步骤摘要】
用于液冷隔离的X射线透射靶的方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种用于液冷隔离的X射线透射靶的方法及系统。

技术介绍

[0002]X射线由于其短波长和穿透物体的能力而被广泛地用于显微镜学中。典型地，最佳的X射线源是同步加速器，但是这些是昂贵的系统。因此，通常使用所谓的管或实验室X射线源，其中产生的电子束轰击靶。所得的X射线包括由靶的组成和宽韧致辐射确定的特征线。
[0003]X射线显微镜学系统存在几个基本配置。一些配置采用聚光器将X射线集中到研究中的物体上和/或采用物镜以在与物体相互作用之后将X射线成像。与这些类型的显微镜相关联的分辨率和像差通常由X射线的光谱特性来确定。一些显微镜学系统采用投影配置，其中通常结合几何放大率使用小X射线源焦斑来对物体成像。
[0004]性能和特别是分辨率受到不同因素的影响。因为投影配置不具有像差，所以分辨率通常由X射线源焦斑的大小来确定。理想地，X射线源焦斑将是点焦斑。实际上，X射线源焦斑相当大。通常，源焦斑尺寸由电子光学器件和那些光学器件将电子束向下聚焦到点的能力来决定。源焦斑尺寸通常约为50
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200微米(μm)，具有良好的电子光学器件；虽然在其他示例中，当功率是更重要的品质因数时，X射线源焦斑尺寸可以是1
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5毫米(mm)。对于透射靶X射线源，几个微米的焦斑尺寸是常见的，诸如1μm至5μm等。事实上，一些发射源具有低至150纳米(nm)的焦斑尺寸。在任何情况下，X射线源尺寸通常将限制X射线投影显微镜的分辨率。
[0005]对于许多显微镜学应用，通常使用透射靶X射线源。在X射线管的基本配置中，热电子或场发射电子器件在真空管中的阴极(细丝)处产生并且加速到阳极(形成由不同的静电和(电
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)磁性光学元件整形的电子束)。例如，磁性透镜通常在铁极片内部使用铜线的线圈。通过线圈的电流在极片的孔中产生磁场。静电透镜采用带电电介质来产生静电场。然后电子束在其背侧面撞击通常较薄的靶，常见的靶料例如为钨、铜和铬。然后，使用从靶的前侧面发射的X射线照射物体。

技术实现思路

[0006]在透射(或反射)靶X射线源的操作过程中，必须从靶中去除热量。并且，热量过大，因为只有非常小百分比的电子束的能量被转换成X射线。
[0007]从靶本身去除热量通常是通过朝向靶的水冷或空气冷散热器的热传导来完成的。对于透射靶本身，使用具有低X射线吸收率(低
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Z)的材料，如金刚石或铍，其也是良好的热导体。在将热量从X射线燃烧点移开之后，更便宜且更方便的材料被用于朝向冷却构件的热传导，如铜。
[0008]然而，应当最大化热传导，尤其是对于高性能X射线源。通常，至散热器的较短热路径是可取的。此外，应当避免穿过源的其他结构元件(如磁性透镜轭)传导热量，因为它导致这些部件的热漂移并且因此导致X射线焦斑位置漂移或不稳定性。此外，调节产生的X射线输出还涉及靶电流的测量，这需要(热)靶的电隔离。
[0009]本方法可以包括若干创新。首先，X射线靶可以结合到小的、圆筒形的、电隔离且导热的“筒”。“筒”包括两个铜“圆筒”、飞行管接口环和靶筒管，它们结合到薄的、分开的金刚石绝缘环的每一侧。这允许优异的热传导同时保持电隔离。
[0010]进一步地，筒或靶组件被附接到特殊的液冷的飞行管组件，飞行管组件将液体冷却剂(诸如水等)带到非常靠近筒。飞行管组件的示例包括三壁管，其直径也类似于X射线靶的直径。内壁充当真空与冷却液之间的屏障；外壁充当冷却液与环境空气之间的屏障，并且中间壁或挡板充当流入冷却液与流出冷却液之间的屏障。在飞行管组件的基部处的歧管允许冷却液的供应和回流。因此，冷却液体从飞行管组件的基部一直流动至远端，在远端处靶“筒”被结合，从最小化X射线靶与冷却液体之间的热路径的长度。优选地，飞行管组件和靶组件的直径具有与X射线靶本身类似的尺寸，并且全部都足够小以适配在环形磁性透镜轭的内部。因此，它使X射线靶元件与磁性聚焦透镜和其他转向和整形单元热地和机械地分离。此外，磁性透镜轭或其他转向单元的任何部分都不需要暴露于真空，并且可以独立地对齐。
[0011]总体上，根据一个方面，本专利技术的特征是一种X射线源。它包括靶组件、电子发射器以及飞行管组件，靶组件包括靶，电子发射体器用于产生电子以撞击靶的，飞行管组件将靶组件与电子源分开并将冷却剂输送到靶组件。
[0012]在当前实施例中，靶是透射靶，但这些原理还可以应用于反射靶。
[0013]在实施例中，源进一步包括飞行管歧管，飞行管歧管用于将冷却剂供应至飞行管组件并且接收回流的冷却剂。
[0014]在一个示例中，飞行管组件包括内部飞行管、外部飞行管以及在内部飞行管与外部飞行管之间的挡板，挡板用于将冷却剂引导至飞行管组件的远端。
[0015]总体上，根据另一个方面，本专利技术的特征是一种用于冷却X射线源的靶的方法，方法包括使冷却剂流过飞行管组件到达靶，以及使从靶回流的冷却剂流过飞行管组件。
[0016]总体上，根据另一个方面，本专利技术的特征是一种用于X射线源的靶组件。组件包括靶、保持靶的筒管、用于接口连接(interfacing)到飞行管的接口环、以及位于筒管和接口环之间的隔离环。
[0017]总体上，根据另一个方面，本专利技术的特征是一种X射线源，X射线源包括靶组件、高压发生器、飞行管组件、磁性聚焦透镜以及束转向和整形系统，靶组件包括靶，电子源用于产生撞击靶的电子，高压发生器用于加速电子，飞行管组件将靶组件与电子源分开，束转向和整形系统嵌套在磁性聚焦透镜与飞行管组件之间。
[0018]束转向和整形系统可以包括位于飞行管组件与磁性聚焦透镜的轭之间的至少一个转向/整形单元。转向/整形单元可以包括至少八个线圈。
[0019]总体上，根据另一个方面，本专利技术的特征是一种X射线源，X射线源包括靶组件、电子源、飞行管组件、磁性聚焦透镜以及束转向和整形系统，靶组件包括靶，电子源用于产生电子束，飞行管组件将靶组件与电子源分开，磁性聚焦透镜用于将电子束聚焦在靶上，束转向和整形系统具有独立控制的线圈以用于对电子束进行转向和整形。
[0020]总体上，根据另一个方面，本专利技术的特征是一种用于操作X射线源的方法，方法包括产生电子束并且将束引导至靶以产生X射线，并且在待机模式中引导电子束避开靶以抑制在靶处产生X射线。
[0021]现在将参考附图更具体地描述本专利技术的以上和其他特征，特征包括各种新颖的构造细节和部件结合、以及其他优点，并且在权利要求中指出。将理解的是，体现本专利技术的特定方法和设备是通过说明的方式示出的，而不是作为本专利技术的限制。在不脱离本专利技术的保护范围的情况下，本专利技术的原理和特征可以用在各种和许多实施例中。
附图说明
[0022]在附图中，贯穿不同视图附图标记指代相同部分。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本专利技术的原理上。在附图中：
[0023]图1是根据本专利技术的X射线源的示意性剖视图；
[0024]图2是示出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种X射线源，包括：靶组件，所述靶组件包括靶；电子源，所述电子源用于产生撞击靶的电子；高压发生器，所述高压发生器用于加速电子；以及飞行管组件，所述飞行管组件将所述靶组件与所述电子源分开并且将冷却剂输送至所述靶组件。2.根据权利要求1所述的源，进一步包括飞行管歧管，所述飞行管歧管用于将冷却剂供应至所述飞行管组件并且接收回流的冷却剂。3.根据权利要求1所述的源，其中，所述飞行管组件包括：内部飞行管，所述内部飞行管用于提供真空并且用于将所述电子束导向所述靶；外部飞行管；以及挡板，所述挡板位于所述内部飞行管与所述外部飞行管之间，所述挡板用于将冷却剂引导至所述飞行管组件的远端。4.根据权利要求1所述的源，其中，所述靶组件包括：飞行管接口环；靶筒管；以及电隔离环，所述电隔离环位于所述飞行管接口环与所述靶筒管之间。5.根据权利要求4所述的源，其中，所述靶安装在所述靶筒管的口部中。6.根据权利要求1所述的源，进一步包括位于外部飞行管与挡板之间的垫片。7.根据权利要求1所述的源，其中，所述飞行管组件延伸穿过束转向系统和磁性聚焦透镜。8.根据权利要求1所述的源，其中，所述靶是透射靶。9.一种用于冷却X射线源的靶的方法，所述方法包括：使冷却剂流过飞行管组件到达靶；以及使从所述靶回流的所述冷却剂流过所述飞行管组件。10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括用挡板将流向所述靶的冷却剂与从所述靶流出的冷却剂分开。11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括使所述冷却剂流过靶转向系统和磁性透镜。12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括将所述飞行管组件与保持所述靶的靶组件电隔离。13.一种用于X射线源的靶组件，所述组件包括：靶；保持所述靶的筒管；接口环，所述接口环用于与飞行管接口连接；以及隔离环，所述隔离环位于所述筒管与所述接口环之间。14.根据权利要求13所述的靶组件，其中，所述隔离环是电绝缘且导热的。15.根据权利要求13所述的靶组件，其中，所述隔离环由金刚石制成。16.根据权利要求13所述的靶组件，其中，所述飞行管的飞行管组件输送冷却剂。
17.一种X射线源，包括：靶组件，所述靶组件包括靶；电子源...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉切内克，
申请(专利权)人：卡尔蔡司有限公司，
类型：发明
国别省市：