專利名稱：X射線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X射線管，具體地說(shuō)，涉及控制在所述管外殼中產(chǎn)生的熱。
背景技術(shù)：
提供這樣一種X射線管是眾所周知的，該X射線管包括電子發(fā)射器和金屬陽(yáng)極，其中該陽(yáng)極具有相對(duì)于電子發(fā)射器的正電勢(shì)(例如100kV)。來(lái)自發(fā)射器的電子在電場(chǎng)的影響下向著陽(yáng)極加速。在到達(dá)陽(yáng)極時(shí)，電子損失其一些或所有的動(dòng)能給了陽(yáng)極，同時(shí)超過(guò)99％的這種能量被釋放為熱。除去這些熱量需要仔細(xì)設(shè)計(jì)陽(yáng)極。
以低初始能量從陽(yáng)極反向散射的電子向下沿著電勢(shì)線向著電子源往回移動(dòng)，直到它們的動(dòng)能降為零。它們隨后往回被向著陽(yáng)極加速，在那里它們的動(dòng)能導(dǎo)致了熱(或X輻射)的進(jìn)一步產(chǎn)生。
以高能量從陽(yáng)極散射的電子可逃離在陽(yáng)極終止的電勢(shì)線并開(kāi)始向著管的外殼移動(dòng)。在大多數(shù)X射線管中，電子可以以高動(dòng)能到達(dá)外殼并使外殼的加熱局部化，此結(jié)果可導(dǎo)致管的故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種X射線管，包括陰極，被安排提供電子源；陽(yáng)極，具有相對(duì)于陰極的正電勢(shì)并被安排加速來(lái)自陰極的電子以使它們撞擊陽(yáng)極從而產(chǎn)生X射線；和減速電極，具有相對(duì)于陽(yáng)極的負(fù)電勢(shì)從而在陽(yáng)極和減速電極之間產(chǎn)生電場(chǎng)，該電場(chǎng)可以使從陽(yáng)極散射的電子減速?gòu)亩鴾p少它們可在管中產(chǎn)生的熱量。
最好減速電極持有相對(duì)于陰極的正電勢(shì)。
最好減速電極形成電路的一部分，以使由該減速電極收集的電子可被從其導(dǎo)離從而保持其電勢(shì)大體上不變。
X射線管可包括圍住陽(yáng)極和陰極的外殼，并且至少外殼的一部分可形成減速電極。另一方面，減速電極可位于陽(yáng)極和外殼之間從而在電子到達(dá)外殼之前使它們減速。
陽(yáng)極最好由一個(gè)具有比陽(yáng)極更少的原子數(shù)量的支持層來(lái)支撐。最好陽(yáng)極具有5微米或更小的數(shù)量級(jí)的厚度。


現(xiàn)在將僅參考附圖通過(guò)示例來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的X射線管的示圖；圖1a是顯示圖1的管的減速電極的衰減特征的圖表；圖1b是顯示由圖1的管的陽(yáng)極所產(chǎn)生的X射線的能量的圖表；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的X射線管的示圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的X射線管的示圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的X射線管的示圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，X射線管包括外殼10，其圍住作為陰極12的電子源；和薄膜式陽(yáng)極14。該陽(yáng)極包括高原子數(shù)量的目標(biāo)材料的薄膜14a，所述高原子數(shù)量的目標(biāo)材料在此情況下為鎢，該薄膜由低原子數(shù)量的材料的支持物14b支撐，所述低原子數(shù)量的材料在此情況下為硼。硼是適合的，這是由于其高導(dǎo)熱性和電子相互作用的低概率，這兩點(diǎn)都有助于減少陽(yáng)極14中的熱的增大。鎢的薄膜14a可具有0.1至5微米的厚度，支持物14b具有10到200微米的厚度。陰極12和陽(yáng)極14被連接到電路15，該電路15使陰極12保持在相對(duì)于陽(yáng)極14的固定的負(fù)電勢(shì)，在此情況下為-100kV。這是通過(guò)將陽(yáng)極保持在固定的正電勢(shì)并將陰極保持在固定的低電勢(shì)或者保持在地電勢(shì)而被實(shí)現(xiàn)的。外殼10具有穿過(guò)其的第一窗口16，其位于陽(yáng)極相對(duì)于陰極的對(duì)面；和第二窗口18，其在陽(yáng)極14和陰極12之間的一側(cè)。減速電極20也位于外殼10內(nèi)在陽(yáng)極14和第一窗口16之間，即位于陽(yáng)極14相對(duì)于陰極12的對(duì)面。減速電極的形式是一片具有100至500微米的厚度的不銹鋼箔，其大體上平行于薄膜陽(yáng)極14和第一窗口16延伸。鉬片也可被使用。減速電極20也被連接到電路并具有相對(duì)于陰極12為正的固定的電勢(shì)，但是比陽(yáng)極14的小得多，在此情況下相對(duì)于陰極為10kV。
在使用中，在陰極12產(chǎn)生的電子11被陰極12和陽(yáng)極14之間的電場(chǎng)加速成為朝向陽(yáng)極14的電子束13。一些電子11通過(guò)光電效應(yīng)與陽(yáng)極14相互作用以產(chǎn)生X射線15，該X射線15在與入射的電子束13平行的方向上通過(guò)第一窗口16可被收集，或者在大體上與入射的電子束13的方向垂直的方向上通過(guò)第二窗口18可被收集。實(shí)際在大體所有方向上，X射線被從陽(yáng)極發(fā)射出，因而需要被外殼10在除窗口16、18之外的所有區(qū)域阻擋。
電子的能量越高，它就越可能通過(guò)光電效應(yīng)與陽(yáng)極14相互作用。結(jié)果，任何電子與陽(yáng)極14的第一次相互作用是最可能產(chǎn)生熒光光子的一次相互作用。在目標(biāo)中散射的電子具有產(chǎn)生軔致輻射(bremsstrahlung)X射線光子的概率，但是該光子通常在能量上將比熒光光子低(尤其當(dāng)來(lái)自諸如鎢的高原子數(shù)量的目標(biāo)時(shí))。因此面對(duì)于大多數(shù)的成像應(yīng)用，由光電相互作用產(chǎn)生的X射線更可取。
使用Monte Carlo的研究，可顯示出事實(shí)上所有的熒光光子是由目標(biāo)14中的第一次電子相互作用所引起。如果第一次相互作用沒(méi)有產(chǎn)生熒光光子，很可能任何隨后的相互作用也將不產(chǎn)生熒光光子。在高原子數(shù)量的材料，諸如鎢中，第一次電子相互作用典型地發(fā)生得非常接近于陽(yáng)極表面，例如表面的1微米之內(nèi)。因此，使用薄目標(biāo)14以使熒光輻射對(duì)軔致輻射之比被最大化是有利的。此外，在這樣的薄目標(biāo)14中散發(fā)出的熱較低。
不與薄目標(biāo)14相互作用的電子通常將以與它們從電子源12進(jìn)入目標(biāo)14相同的直線軌道中繼續(xù)前進(jìn)，該直線軌道是它們?cè)谑?3中所跟隨的。穿過(guò)陽(yáng)極14的電子將減速，這是因?yàn)樗鼈儽魂?yáng)極14后面的區(qū)域中的電場(chǎng)的力減速，該電場(chǎng)由陽(yáng)極14與減速電極20之間的電勢(shì)引起。當(dāng)電子與減速電極20相互作用時(shí)，它們具有較低的動(dòng)能，因而僅有較少的熱能被留存在電極中。在本實(shí)施例中，附加的電極處于相對(duì)于電子源12為10kV的電勢(shì)上，但是陽(yáng)極處于相對(duì)于電子源12為100kV的電勢(shì)上，那么在該X射線管中的全部熱能散發(fā)將是傳統(tǒng)的厚目標(biāo)X射線源中的10％左右。
穿過(guò)窗口16的X射線還必須穿過(guò)減速電極20。在此情況下，確保減速電極盡可能少地阻擋陽(yáng)極14中產(chǎn)生的X射線很重要。參照?qǐng)D1a，隨著X射線能量的增加，減速電極20的X射線衰減系數(shù)μ一般減少，但是具有明顯的中斷，在那里它在繼續(xù)減少之前急劇地增加。這導(dǎo)致了在該中斷正下方的能量處的最小衰減區(qū)域。參照?qǐng)D1b，隨著由于輻射的軔致輻射分量而引起的能量的增加，在陽(yáng)極產(chǎn)生的X射線的能量穩(wěn)定地減少，但是在峰值能量處具有尖峰點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)于熒光X射線的產(chǎn)生。為了使穿過(guò)減速電極20的熒光X射線的比例最大化，在減速電極中最小衰減的能量被選擇以對(duì)應(yīng)于峰值X射線能量。例如，對(duì)于鎢目標(biāo)，其以Kα1＝59.3keV和Kα2＝57.98keV的能量產(chǎn)生熒光X射線，錸(rhemium)減速電極可被使用，其具有在59.7keV和61.1kev的吸收邊緣并因而大體上對(duì)于59.3keV的能量的X射線透明，在更少的程度上對(duì)于57.98keV的能量的X射線透明。
參照?qǐng)D2，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，陰極112和陽(yáng)極114被這樣設(shè)置，從而電子束113以斜角與陽(yáng)極114相互作用。在這種設(shè)置中，與傳統(tǒng)的反射陽(yáng)極X射線管相比，留存在陽(yáng)極114中的能量被顯著地減少。使用Monte Carlo建?？梢燥@示，通過(guò)使用該幾何學(xué)，X射線輸出被相對(duì)小地影響。然而，在向前的方向上逃離陽(yáng)極114的電子的數(shù)量較高。減速電極120因而被設(shè)置使前向引導(dǎo)的散射電子減速，從而留存在管外殼110中的熱能被減少到可容忍的等級(jí)。在此安排中的X射線可通過(guò)第一窗口116被收集，該第一窗口116位于減速電極120之后從而X射線必須穿過(guò)減速電極120以到達(dá)窗口116，或者X射線可通過(guò)第二窗口118被收集，該第二窗口118在外殼110面對(duì)陽(yáng)極114的一側(cè)中。如第一實(shí)施例，外殼110阻擋在除了通過(guò)窗口116、118的方向之外的方向上發(fā)射的X射線。
參照?qǐng)D3，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，來(lái)自電子源212的電子束213被用于照射典型的反射陽(yáng)極214。這里，陽(yáng)極214和電子源212被減速電極220包圍。在本實(shí)施例中，減速電極220包括金屬箔，但是導(dǎo)電網(wǎng)可被等同地使用。減速電極220持有相對(duì)于陽(yáng)極214的負(fù)電勢(shì)，但是持有相對(duì)于電子源212的正電勢(shì)。再一次，來(lái)自陽(yáng)極214的高能量的散射電子將在陽(yáng)極214與減速電極220之間的電場(chǎng)中減速，從而減少X射線管中總的熱負(fù)荷。
為了設(shè)置減速電極220的電勢(shì)，減速電極220與管中的所有部件電絕緣，并隨后通過(guò)電阻R被連接到陽(yáng)極214的電勢(shì)+HV。當(dāng)電子到達(dá)減速電極220時(shí)，電流I將通過(guò)電阻R流回陽(yáng)極供電裝置并且該電極的電勢(shì)將降到相對(duì)于陽(yáng)極為負(fù)。在這種情況下，減速電極的電勢(shì)將受管的操作特性影響并將在某種程度上是自調(diào)節(jié)的。這樣的方法也可被用于如圖1和圖2所示的減速電極。
參照?qǐng)D4，在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，通過(guò)使用導(dǎo)電材料的容器310并使它的電勢(shì)固定在相對(duì)于電子源312稍稍為正，X射線管的整個(gè)容器310被用作減速電極320。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射目標(biāo)X射線管，包括一個(gè)陰極，被安排提供電子源；一個(gè)陽(yáng)極，保持有相對(duì)于陰極的正電勢(shì)并被安排加速來(lái)自陰極的電子以使它們撞擊陽(yáng)極從而產(chǎn)生X射線，其中，所述陽(yáng)極是薄膜陽(yáng)極；和一個(gè)減速電極，保持有相對(duì)于陽(yáng)極的負(fù)電勢(shì)從而在陽(yáng)極和減速電極之間產(chǎn)生電場(chǎng)，該電場(chǎng)可以使已穿過(guò)陽(yáng)極的電子減速?gòu)亩鴾p少它們?cè)诠苤挟a(chǎn)生的熱量，其中，所述減速電極位于陽(yáng)極相對(duì)于陰極的對(duì)面。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)射目標(biāo)X射線管，其中，所述減速電極保持有相對(duì)于陰極的正電勢(shì)。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的發(fā)射目標(biāo)X射線管，其中，所述減速電極由導(dǎo)電材料制成。
4.一種根據(jù)任何前述權(quán)利要求的發(fā)射目標(biāo)X射線管，其中，所述減速電極形成電路的一部分，以使由減速電極收集的電子可被從其導(dǎo)離，從而將保持它的電勢(shì)大體上不變。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)射目標(biāo)X射線管，其中，所述減速電極經(jīng)由電阻被導(dǎo)電地連接到陽(yáng)極，從而流過(guò)電阻的電流將確定減速電極相對(duì)于陽(yáng)極的電勢(shì)。
6.一種根據(jù)任何前述權(quán)利要求的發(fā)射目標(biāo)X射線管，包括一個(gè)包圍陽(yáng)極和陰極的外殼，其中，至少外殼的一部分形成減速電極。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1至5的任何一個(gè)的發(fā)射目標(biāo)X射線管，還包括一個(gè)外殼，其中，減速電極位于陽(yáng)極和外殼之間從而在電子到達(dá)外殼之前使它們減速。
8.一種根據(jù)任何前述權(quán)利要求的發(fā)射目標(biāo)X射線管，其中，所述陽(yáng)極由一種具有比該陽(yáng)極更少的原子數(shù)量的支持層所支撐。
9.一種根據(jù)任何前述權(quán)利要求的發(fā)射目標(biāo)X射線管，其中，所述陽(yáng)極具有5微米或更小的數(shù)量級(jí)的厚度。
10.一種根據(jù)任何前述權(quán)利要求的發(fā)射目標(biāo)X射線管，該X射線管限定了一個(gè)X射線通過(guò)其將被發(fā)射的窗口，其中，所述減速電極在陽(yáng)極和該窗口之間延伸，從而通過(guò)該窗口穿出的X射線將穿過(guò)所述減速電極。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求10的發(fā)射目標(biāo)X射線管，其中，所述陽(yáng)極被安排產(chǎn)生具有一定能量范圍的X射線，該能量范圍包括一個(gè)峰值能量，并且所述減速電極具有X射線衰減，該衰減隨著X射線的能量變化并在最小衰減能量附近具有最小值，其中，所述減速電極的材料是這樣選擇的，以使最小衰減能量與所述峰值能量一致。
12.一種大體上如以上參照附圖的圖1、1a和1b、圖2、圖3或圖4所描述的發(fā)射目標(biāo)X射線管。
全文摘要
一種X射線管，包括外殼內(nèi)的陰極(12)形式的電子源和陽(yáng)極(14)。陽(yáng)極(14)是薄膜陽(yáng)極，以便不與其相互作用從而產(chǎn)生X射線的大多數(shù)電子直接穿過(guò)它。X射線可通過(guò)陽(yáng)極(14)正后方的第一窗口(16)而被收集，或者可被位于陽(yáng)極的一側(cè)的第二窗口(10)而被收集。減速電極(20)位于陽(yáng)極(14)之后并持有相對(duì)于陽(yáng)極(14)為負(fù)，以及相對(duì)于陰極(12)稍稍為正的電勢(shì)。該減速電極(20)產(chǎn)生使穿過(guò)陽(yáng)極(14)的電子減速的電場(chǎng)，從而當(dāng)電子與其相互作用時(shí)，電子處于相對(duì)較低的能量。這減少了管上的熱負(fù)荷。
文檔編號(hào)H01J35/08GK1781177SQ200480011229
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者愛(ài)德華·J.·摩頓, 拉塞爾·D.·盧加, 保羅·德·安東尼斯 申請(qǐng)人:Cxr有限公司