金属射流X射线管[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107004552 A(43)申请公布日 2017.08.01

(21)申请号 201580070208.3(22)申请日 2015.12.18

(30)优先权数据

102014226813.3 2014.12.22 DE(85)PCT国际申请进入国家阶段日

2017.06.22(86)PCT国际申请的申请数据

PCT/EP2015/080504 2015.12.18(87)PCT国际申请的公布数据

WO2016/102370 DE 2016.06.30(71)申请人 西门子公司

地址 德国慕尼黑(72)发明人 O.海德　

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

(74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公

司 72001

代理人 胡莉莉　刘春元(51)Int.Cl.

H01J 35/06(2006.01)H01J 35/12(2006.01)

(54)发明名称

金属射流X射线管(57)摘要

提出了一种金属射流X射线管，所述金属射流X射线管比常规的X射线管更少地遇到电子射流在阳极部件上的碰撞点处的功率密度的问题。为此，所述金属射流X射线管提供薄的金属射流（6），使得通过该金属射流（6）使碰撞在其上的电子射流（4）只是部分地制动。此外，还设置刀片阴极作为阴极部件（3），所述刀片阴极具有以微小的倾斜向下指向所述阳极部件（7）的液态金属射流（6）的方向的阴极刀片（10）。

CN 107004552 ACN 107004552 A

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种金属射流X射线管，所述金属射流X射线管在真空腔内具有：用于提取电子射流的阴极部件；用于从所述阴极部件提取所述电子射流的装置；用液态金属射流形成的阳极部件，作为所述阴极部件的所发射的电子射流的目标；以及用于使由所述阴极部件发射的电子射流在真空段内朝阳极部件的方向并且以阳极部件为目标地加速的装置，其特征在于，设置薄的金属射流（6）作为阳极部件（7），通过所述薄的金属射流（6）使碰撞在其上的电子射流（4）的电子只是部分地制动；而且设置刀片阴极作为阴极部件（3），所述刀片阴极具有以微小的倾斜向下指向所述阳极部件（7）的液态金属射流（6）的方向的阴极刀片（10）。

2.根据权利要求1所述的金属射流X射线管，其特征在于，在所述阳极部件（7）之后设置有另一真空段（11），用于所述电子射流（4）的还没有完全制动的电子，在所述真空段（11）内，使所述电子制动得至少几乎直至停下。

3.根据权利要求2所述的金属射流X射线管，其特征在于，对所述电子的至少几乎直至停下的制动与能量回收装置（12）相关联。

4.根据上述权利要求之一所述的金属射流X射线管，其特征在于，所述阳极部件（7）的金属射流（6）至少被嵌入在相对良好地透过电子并且吸收热的唯一的第二材料（13）中或者溶解在其中。

2

CN 107004552 A

说　明　书金属射流X射线管

1/3页

技术领域

[0001]本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的金属射流X射线管。

背景技术

[0002]在迄今为止公知的固定阳极X射线管或旋转阳极X射线管或者也包括金属射流X射线管中，存在电子射流在阳极部件上的碰撞点处的功率密度的问题。在那里，对于给出的光强度和焦点光密度来说形成过高的损耗功率。此外，强的背景磁场、例如与磁共振断层扫描相关联地引起的强的背景磁场是一个问题。在这种强的磁场中，使电子射流静电地聚焦是不可能的。

[0003]在旋转阳极X射线管的情况下以及在金属射流X射线管的情况下，使在电子射流的焦点处的阳极材料维持固态或液态的物态公知地通过如下方式来解决：在电子射流的焦点处的旋转阳极或金属射流的材料足够快地被运送经过所述焦点。在此，尽管只有高能量的电子引起所希望的短波X射线辐射，仍使电子制动得直至停止。完全的制动在焦点功率沉积以及也包括效率方面是不利的过程。

发明内容

[0004]本发明的任务是提出一种金属射流X射线管，所述金属射流X射线管比常规的固定阳极X射线管或旋转阳极X射线管或者迄今为止的金属射流X射线管更少地遇到电子射流在阳极部件上的碰撞点处的功率密度的问题。[0005]按照本发明，该任务从在开头提到的类型的金属射流X射线管出发通过具有在权利要求1的特征部分中的特征的金属射流X射线管来解决。[0006]然后，所述金属射流X射线管在真空腔内除了用于提取电子射流的阴极部件之外也具有用于从阴极部件提取电子射流的装置。此外，所述金属射流X射线管还具有用液态金属射流形成的阳极部件作为阴极部件的所发射的电子射流的目标，而且具有用于使由阴极部件发射的电子射流在真空段之内朝阳极部件的方向并且以阳极部件为目标地加速的装置。对此，按照本发明，所述金属射流X射线管具有薄的金属射流作为阳极部件，通过所述薄的金属射流使碰撞在阳极部件上的电子射流的电子只是部分地制动。此外，按照本发明，所述金属射流X射线管具有刀片阴极作为阴极部件，所述刀片阴极具有以微小的倾斜向下指向阳极部件的液态金属射流的方向的阴极刀片。[0007]借此，提出一种金属射流X射线管，其中快速的、在第一真空段内静电地或电动地加速的原电子在薄的、相对地电子透明的目标介质中只是部分地被制动。[0008]但是，在这种情况下仍存在如下问题：薄的生成光的阳极材料只能吸收非常少的能量。在最终效果方面，首先基本上存在与在厚的阳极材料的情况下相同的功率极限。物理上需要很薄的阳极材料、例如厚度为0.1至10μm的阳极材料。[0009]另一方面，液态金属射流以不同于圆形的形状只能非常困难地来实现。借此，焦点直径同样限于很小的尺寸。

3

CN 107004552 A[0010]

说　明　书

2/3页

此外，强的、均匀的背景磁场的存在、例如在磁共振断层扫描中使用时强的、均匀

的背景磁场的存在不可能使电子静电地聚焦。[0011]因而，与阳极部件的相对应地薄的金属射流相结合地使用刀片阴极，所述刀片阴极按照本发明产生具有与金属射流直径匹配的厚度的电子平射流，使得从阴极射出的电子的足够大的份额碰到金属射流。[0012]总的来说，得到一种金属射流X射线管，所述金属射流X射线管不再具有在开头提到的缺点。

[0013]本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。[0014]然后，在阳极部件之后设置另一真空段，用于电子射流的还没有完全制动的电子，在所述真空段内，使电子制动得至少几乎直至停下。

[0015]如果对电子的所述制动与能量回收装置一起实现，那么十分特别有利地提高了光生成效率。

[0016]附加地，阳极部件的金属射流有助于效率提高，所述金属射流被嵌入在相对良好地透过电子并且吸收热的第二材料中或者也溶解在其中。[0017]溶液例如可以以合金或混合物的形式来实现。不同于迄今为止的金属射流X射线管，这能够实现具有大的比能量吸收能力的在物理上相对厚的、但是在电子光学方面薄的阳极。总体上，金属射流可具有要简单地实现的圆柱形，所述圆柱形在仍然有在电子动力方面足够的穿透性的情况下具有以电子射流直径的量级的直径、例如10至100μm。按照本发明，所述混合物或所述合金应该具有微小的熔点，以便使得液态射流形成成为可能。阳极材料的经改善的能量吸收能力降低了所需的阳极射流速度和/或能够实现更高的功率沉积以及借此能够实现焦点的更高的光密度。

附图说明

[0018]随后，本发明依据附图进一步予以阐述。

具体实施方式

[0019]唯一的附图示出了具有真空腔2的金属射流X射线管1。在真空腔2内布置有阴极部件3。阴极部件3用于提取电子射流4。此外，在真空腔2内还设置有用于从阴极部件3提取电子射流4的装置5。此外，在真空腔2内还设置有用液态金属射流6形成的阳极部件7。金属射流6是阴极部件3的所发射的电子射流4的目标。装置8用于使由阴极部件3发射的电子射流4至少在真空段9之内朝阳极部件7的方向并且以阳极部件7为目标地加速。[0020]金属射流6被实现为如此薄的金属射流，使得电子射流4的电子通过金属射流6就只是部分地被制动。阴极部件3具有阴极刀片10，使得阴极部件3也可以被称作刀片阴极。阴极刀片10以微小的倾斜向下朝阳极部件7的液体金属射流6的方向取向。[0021]在阳极部件7之后存在另一真空段11，用于电子射流4的还没有完全制动的电子。该真空段11用于：使在阳极部件7之后至少部分地制动的电子至少几乎制动得直至停下。为此，按照附图的实施例补充性地具有能量回收装置12。[0022]在附图中不是特别能识别出的是：阳极部件7的金属射流6至少被嵌入在相对良好地透过电子并且吸收热的唯一的第二材料13中或者溶解在其中。

4

CN 107004552 A[0023]

说　明　书

3/3页

按照本发明，刀片阴极得以应用，所述刀片阴极相对可能存在的磁感线轻微地倾

斜。附加地，在根据附图的实施例中，由至少两种成分构成的合金或混合物作为生成X射线的阳极材料得以应用，而且此外还有能量回收装置12得以应用，所述能量回收装置12利用静电式集电器接收从阳极部件7的金属射流6射出的电子束。例如，将原子序数30至92的化学元素用作阳极部件7的金属射流6的材料13，例如钡、镧、铈、铋、钨以及其它等等，以及至少一种吸收热的、相对地电子透明并且X射线透明的成分，例如具有原子序数<20的化学元素（例如锂）。

[0024]金属射流6例如借助于喷射器被射到电子射流4中，使得在相互作用区域14形成轫致辐射（Bremsstrahlung）以及特征辐射。透射的和散射的电子在静电式集电器中在能量回收的情况下通过反向电场（Gegen-E-Feld）被制动并且在微小的速度的情况下被接收。[0025]容易熔化的金属合金在温度提高的情况下倾向于高蒸汽压力，这有利于使导电的表面涂层例如沉积在绝缘体上。因而有利的是，只将金属射流6引导经过放电腔一段最小的、对于与电子射流4的相互作用必需的长度，并且然后使金属射流6可以进入到经壁冷却的冷凝和接收容器中。

5

CN 107004552 A

说　明　书　附　图

1/1页

图 1

6