Ｘ射线源组件及其操作方法技术

一种Ｘ射线源组件，包括：具有斑点的阳极，基于提供给该组件的功率电平以电子撞击在该斑点上；以及光学元件，被耦合而用以接收在该斑点处产生的发散Ｘ射线，并从该组件发射输出Ｘ射线。提供控制系统，用以通过改变提供给该组件的功率电平，在该Ｘ射线源组件的操作过程中动态维持输出Ｘ射线的强度，尽管该Ｘ射线源组件的至少一个工作条件有变化。该控制系统可包括至少一个调节器，用于例如通过控制与该组件相关的电源来改变提供给该组件的功率电平。该控制系统还可改变阳极的温度和／或位置来维持输出强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及X射线源，具体涉及具有聚焦或准直X射线束输出的X射线源组件，它利用根据理想强度调节管功率的控制回路，在一定工作条件范围内具有增强的稳定性并实现自动校正。
技术介绍
在工业、医疗和牙科应用广泛领域内，用于X射线荧光(XRF)光谱和X射线衍射(XRD)的仪器中广泛采用小巧而紧凑的X射线管。X射线管通常以发散方式发出辐射。要获得足够强度的亮斑尺寸一般需要昂贵、高功率源。近来聚焦X射线辐射技术能缩小X射线源的尺寸、降低其成本，因此X射线系统在各个应用领域都得到应用。通过多毛细管聚焦与准直光学元件可以具体实现X射线束的产生和发射，并且可以实现在光学元件/源组合中，如共同转让给X射线光学系统公司的美国专利5192869、5175755、5497008、5745547、5570408、5604353中所记载的内容，上述美国专利申请都全部结合在此作为参考。虽然近来X射线聚焦技术在不断进步，但仍需对X射线源组件做进一步改良。例如，改善在各种工作条件下X射线束的输出稳定性，以及在已知条件下校正其操作。本专利技术就是针对这些需求。
技术实现思路
在上述X射线源中利用撞击阳极的电子束来产生X射线，由此会产生的热量足以引起支撑X射线管并使其定位在X射线源内的元件发生热膨胀。该热膨胀可能导致阳极发散出的X射线和例如用于控制X射线方向的元件之间未对准。结果，在不同功率下操作X射线源可能导致在发散出的X射线与聚焦光学元件之间有一定范围的未对准。该未对准可能使得X射线源的输出功率强度大范围变化。对某些类型的射束控制元件，如针孔或单反射镜来说，未对准还可引起X射线输出点或X射线束的位置发生改变。因此，在一方面，在此提供了一种X射线源组件，它具有在操作功率电平范围内增强的输出稳定性，以及增强的X射线斑点或X射线束位置的稳定性。具体而言，依照本专利技术一个方面的X射线源组件提供一种X射线束输出强度，该强度能够保持相对恒定，尽管X射线源的一个或多个工作条件(例如阳极功率电平、组件周围的外壳温度和环境温度)有变化。依照本专利技术的X射线源组件包括具有斑点的阳极和耦合的光学元件，基于提供给该组件的功率电平以电子撞击在该斑点上，而所述光学元件用于接收斑点上产生的发散X射线，并从该组件发出输出X射线。提供一种控制系统，用以在X射线源组件的操作过程中动态维持输出X射线的强度，其中，通过改变提供给该组件的功率电平，该控制系统维持输出强度，尽管X射线源组件的至少一个工作条件有变化。控制系统可包括至少一个调节器(actuator)，用以通过例如控制与该组件关联的电源，实现提供给该组件的功率电平的变化。控制系统还可改变阳极的温度和/或位置来维持输出强度。可以设置若干个调节器来调节阳极源斑点的位置和输出结构中至少一个的位置；和/或执行加热阳极和冷却阳极中的至少之一，以便实现阳极相对光学元件的调节。控制系统还可包括至少一个传感器，用以提供与输出强度相关的反馈；若干个附加传感器，用以监测阳极的功率电平和/或直接或间接监测阳极温度。在此还描述并要求保护对应于上述方法的系统和计算机程序产品。另外，其它特征和优点也可通过本专利技术的技术实现。在此详细描述了本专利技术的其它实施例和方面，它们也被认为是要求保护的专利技术的一部分。附图说明在说明书后面的权利要求书中具体指出并清楚要求保护的本专利技术的主题。通过下面结合附图进行的详细描述，将使本专利技术的前述和其他目的、特征以及优点变得清楚，其中图1描绘了依照本专利技术一个方面的X射线源组件的一个实施例的剖视图；图2描绘了依照本专利技术一个方面的用于图1所示X射线源的源扫描曲线的一个例子，它绘制出了输出强度对位移的曲线；图3描绘了图1中X射线源组件的剖视图，图中示出依照本专利技术的一个方面来解决的源斑点与光学元件未对准；图4描绘了图3的X射线源组件的剖视图，它表示依照本专利技术一个方面、用于监测源斑点相对光学元件的位移的不同传感器布置；图5是依照本专利技术一个方面、图1、3和4中描绘的阳极基座组件的一个实施例的剖视图；图6是依照本专利技术一个方面的图1、3和4的阳极组的剖视图；图6A是依照本专利技术一个方面、对应于不同阳极功率电平在阳极组元件两端的温度变化的曲线图；图6B是依照本专利技术一个方面、作为阳极功率电平的函数的参考温度的变化图。图7描绘了依照本专利技术一个方面、增强型X射线源组件的一个实施例的剖视图；图8描绘了依照本专利技术一个方面、用于X射线源组件的控制系统的一个实施例的方框图；图8A是依照本专利技术一个方面、由图8的控制系统的处理器所实施的处理的一个实施例的表示图；图9-9a是依照本专利技术一个方面、用于X射线源组件的控制处理的实施例的流程图；以及图10-10a是依照本专利技术一个方面、可由图9-9a的控制处理所采用的示范性参考温度和最大强度表格。专利技术详述按照上面的概括描述，本专利技术在一个方面提供了一种X射线源组件，该组件例如提供聚焦的X射线束或准直的X射线束，并在工作条件的范围内具有稳定的输出。，该稳定输出通过控制系统来实现，所述控制系统在一个方面中控制提供给源的功率，尽管一个或多个工作条件有变化。控制系统采用了可以实现必要变化的一个或多个调节器。例如，一个调节器可包括功率调节器，它(与电源协作)改变提供给管的功率；温度调节器，提供对阳极的加热/冷却处理，以此实现阳极源斑点位置相对输出结构的调节；或者机械调节器，它根据需要物理调节阳极源斑点或输出结构的位置。再有一个调节器可通过静电方式或磁力方式移动电子束。控制系统可采用一个或多个传感器来提供有关阳极源斑点位置相对输出结构的反馈。这些传感器可包括若干个温度传感器，例如直接或间接测量阳极温度的传感器，以及外壳温度传感器和环境温度传感器。这些传感器还可包括用于获得阳极功率电平、或直接或间接测量光学元件输出强度的反馈机构。此处所用的术语“输出结构”是指包括部分X射线源组件或与X射线源组件关联的结构。举例说明，该结构可包括X射线发射窗或光学元件(如聚焦或准直光学元件)，它们可以、或不必固定在该组件内X射线管周围的外壳上。图1表示依照本专利技术一个方面的X射线源组件100的剖面正视图。X射线源组件100包括X射线源101，它包括拥有发射窗107的真空密封的X射线管105(一般由玻璃或陶瓷制成)。X射线管105容纳电子枪115，电子枪115与高电压(HV)阳极125相对布置。正如本领域所公知的，在施加电压时，电子枪115发出电子流形式的电子，即电子束(e束)120。HV阳极125用作具有源斑点的靶，电子流撞击源斑点产生X射线辐射，即X射线130。举例说明，电子枪115可保持在接地电位(零伏)，而HV阳极125保持高电压电位，一般在50kv左右。结果，从接地电位的电子枪115发出的电子束120被电吸到HV阳极125的表面，由此从阳极上电子束120撞击阳极处的源斑点产生X射线130。接着X射线130通过真空密封的X射线管105的发射窗107射出。制造发射窗107一般采用允许基本上不受阻碍地发射X射线、同时保持X射线管105内的真空的材料，如铍(Be)。外壳110至少部分地包围X射线管105。外壳110可包括一个与X射线管105的发射窗107对齐的孔隙112。例如，孔隙112可包括外壳110中的开口孔隙或限定空气隙的封闭孔隙。X射线130一旦通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｘ射线源组件，包括：具有斑点的阳极，基于提供给该组件的功率电平以电子撞击在该斑点上；光学元件，被耦合而用以接收在该斑点处产生的发散Ｘ射线，并从该组件发射输出Ｘ射线；以及控制系统，用以在该Ｘ射线源组件的操作过程中动态维持该输出Ｘ射线的强度，其中，尽管该Ｘ射线源组件的至少一个工作条件有变化，该控制系统通过改变提供给该组件的功率电平来维持该输出强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩拉德利，迈克尔D莫勒，马克菲茨杰拉德，
申请(专利权)人：X射线光学系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]