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，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)射器和金屬陽極，其中該陽極具有相對于電子發(fā)射器的正電勢(例如100kV)。來自發(fā)射器的電子在電場的影響下向著陽極加速。在到達(dá)陽極時，電子損失其一些或所有的動能給了陽極，同時超過99％的這種能量被釋放為熱。除去這些熱量需要仔細(xì)設(shè)計陽極。
以低初始能量從陽極反向散射的電子向下沿著電勢線向著電子源往回移動，直到它們的動能降為零。它們隨后往回被向著陽極加速，在那里它們的動能導(dǎo)致了熱(或X輻射)的進(jìn)一步產(chǎn)生。
以高能量從陽極散射的電子可逃離在陽極終止的電勢線并開始向著管的外殼移動。在大多數(shù)X射線管中，電子可以以高動能到達(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；陽極，具有相對于陰極的正電勢并被安排加速來自陰極的電子以使它們撞擊陽極從而產(chǎn)生X射線；和減速電極，具有相對于陽極的負(fù)電勢從而在陽極和減速電極之間產(chǎn)生電場，該電場可以使從陽極散射的電子減速從而減少它們可在管中產(chǎn)生的熱量。
最好減速電極持有相對于陰極的正電勢。
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)離從而保持其電勢大體上不變。
X射線管可包括圍住陽極和陰極的外殼，并且至少外殼的一部分可形成減速電極。另一方面，減速電極可位于陽極和外殼之間從而在電子到達(dá)外殼之前使它們減速。
陽極最好由一個具有比陽極更少的原子數(shù)量的支持層來支撐。最好陽極具有5微米或更小的數(shù)量級的厚度。


現(xiàn)在將僅參考附圖通過示例來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的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)明的第二實施例的X射線管的示圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的X射線管的示圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的X射線管的示圖。
具體實施例方式
參照圖1，X射線管包括外殼10，其圍住作為陰極12的電子源；和薄膜式陽極14。該陽極包括高原子數(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，這兩點都有助于減少陽極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和陽極14被連接到電路15，該電路15使陰極12保持在相對于陽極14的固定的負(fù)電勢，在此情況下為-100kV。這是通過將陽極保持在固定的正電勢并將陰極保持在固定的低電勢或者保持在地電勢而被實現(xiàn)的。外殼10具有穿過其的第一窗口16，其位于陽極相對于陰極的對面；和第二窗口18，其在陽極14和陰極12之間的一側(cè)。減速電極20也位于外殼10內(nèi)在陽極14和第一窗口16之間，即位于陽極14相對于陰極12的對面。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于陰極12為正的固定的電勢，但是比陽極14的小得多，在此情況下相對于陰極為10kV。
在使用中，在陰極12產(chǎn)生的電子11被陰極12和陽極14之間的電場加速成為朝向陽極14的電子束13。一些電子11通過光電效應(yīng)與陽極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第二窗口18可被收集。實際在大體所有方向上，X射線被從陽極發(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，它就越可能通過光電效應(yīng)與陽極14相互作用。結(jié)果，任何電子與陽極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)來自諸如鎢的高原子數(shù)量的目標(biāo)時)。因此面對于大多數(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)，該直線軌道是它們在束13中所跟隨的。穿過陽極14的電子將減速，這是因為它們被陽極14后面的區(qū)域中的電場的力減速，該電場由陽極14與減速電極20之間的電勢引起。當(dāng)電子與減速電極20相互作用時，它們具有較低的動能，因而僅有較少的熱能被留存在電極中。在本實施例中，附加的電極處于相對于電子源12為10kV的電勢上，但是陽極處于相對于電子源12為100kV的電勢上，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。
穿過窗口16的X射線還必須穿過減速電極20。在此情況下，確保減速電極盡可能少地阻擋陽極14中產(chǎn)生的X射線很重要。參照圖1a，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。參照圖1b，隨著由于輻射的軔致輻射分量而引起的能量的增加，在陽極產(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，其對應(yīng)于熒光X射線的產(chǎn)生。為了使穿過減速電極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應(yīng)于峰值X射線能量。例如，對于鎢目標(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于59.3keV的能量的X射線透明，在更少的程度上對于57.98keV的能量的X射線透明。
參照圖2，在本發(fā)明的第二實施例中，陰極112和陽極114被這樣設(shè)置，從而電子束113以斜角與陽極114相互作用。在這種設(shè)置中，與傳統(tǒng)的反射陽極X射線管相比，留存在陽極114中的能量被顯著地減少。使用Monte Carlo建模可以顯示，通過使用該幾何學(xué)，X射線輸出被相對小地影響。然而，在向前的方向上逃離陽極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。在此安排中的X射線可通過第一窗口116被收集，該第一窗口116位于減速電極120之后從而X射線必須穿過減速電極120以到達(dá)窗口116，或者X射線可通過第二窗口118被收集，該第二窗口118在外殼110面對陽極114的一側(cè)中。如第一實施例，外殼110阻擋在除了通過窗口116、118的方向之外的方向上發(fā)射的X射線。
參照圖3，在本發(fā)明的第三實施例中，來自電子源212的電子束213被用于照射典型的反射陽極214。這里，陽極214和電子源212被減速電極220包圍。在本實施例中，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持有相對于陽極214的負(fù)電勢，但是持有相對于電子源212的正電勢。再一次，來自陽極214的高能量的散射電子將在陽極214與減速電極220之間的電場中減速，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，減速電極220與管中的所有部件電絕緣，并隨后通過電阻R被連接到陽極214的電勢+HV。當(dāng)電子到達(dá)減速電極220時，電流I將通過電阻R流回陽極供電裝置并且該電極的電勢將降到相對于陽極為負(fù)。在這種情況下，減速電極的電勢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。
參照圖4，在本發(fā)明的第四實施例中，通過使用導(dǎo)電材料的容器310并使它的電勢固定在相對于電子源312稍稍為正，X射線管的整個容器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，包括一個陰極，被安排提供電子源；一個陽極，保持有相對于陰極的正電勢并被安排加速來自陰極的電子以使它們撞擊陽極從而產(chǎn)生X射線，其中，所述陽極是薄膜陽極；和一個減速電極，保持有相對于陽極的負(fù)電勢從而在陽極和減速電極之間產(chǎn)生電場，該電場可以使已穿過陽極的電子減速從而減少它們在管中產(chǎn)生的熱量，其中，所述減速電極位于陽極相對于陰極的對面。
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于陰極的正電勢。
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)電地連接到陽極，從而流過電阻的電流將確定減速電極相對于陽極的電勢。
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，包括一個包圍陽極和陰極的外殼，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的任何一個的發(fā)射目標(biāo)X射線管，還包括一個外殼，其中，減速電極位于陽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，所述陽極由一種具有比該陽極更少的原子數(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，所述陽極具有5微米或更小的數(shù)量級的厚度。
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X射線通過其將被發(fā)射的窗口，其中，所述減速電極在陽極和該窗口之間延伸，從而通過該窗口穿出的X射線將穿過所述減速電極。
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)形式的電子源和陽極(14)。陽極(14)是薄膜陽極，以便不與其相互作用從而產(chǎn)生X射線的大多數(shù)電子直接穿過它。X射線可通過陽極(14)正后方的第一窗口(16)而被收集，或者可被位于陽極的一側(cè)的第二窗口(10)而被收集。減速電極(20)位于陽極(14)之后并持有相對于陽極(14)為負(fù)，以及相對于陰極(12)稍稍為正的電勢。該減速電極(20)產(chǎn)生使穿過陽極(14)的電子減速的電場，從而當(dāng)電子與其相互作用時，電子處于相對較低的能量。這減少了管上的熱負(fù)荷。
文檔編號H01J35/08GK1781177SQ200480011229
公開日2006年5月31日 申請日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者愛德華·J.·摩頓, 拉塞爾·D.·盧加, 保羅·德·安東尼斯 申請人:Cxr有限公司