專利名稱：具有非平行幾何場的x射線源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及x射線的產(chǎn)生和使用，更具體地說，涉及一種用于從連續(xù)源產(chǎn)生收斂或發(fā)散的x射線發(fā)射圖案的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)x射線形式的高能電磁輻射在廣譜領(lǐng)域的使用和嘗試。對大多數(shù)人來說，醫(yī)學(xué)成像中x射線的使用可能是最熟悉的情況，但是也有許多其它的使用。例如，可以將x射線用在以活化如藥物或物質(zhì)的為目的的醫(yī)學(xué)調(diào)整中，而不是用于成像。而且，已知許多x射線輻射在土地和地質(zhì)勘探中的使用，如在石油勘探或物質(zhì)成像方面。一種x射線輻射的有效使用是對物質(zhì)的處理以減少生物和其它污染。例如，可以照射食物以殺死微生物，從而使食物對消費者更安全。可以以相同的方式照射廢水或徑流以減少污染。
然而，就x射線在某些功能方面有用而言，目前產(chǎn)生和定向輻射的效率卻是次佳的。典型的x射線源包括點源電子發(fā)生器、加速器和金屬靶。在操作中，通過該加速器加速由電源產(chǎn)生的電子，然后撞擊該金屬靶。在高能電子對該靶的撞擊下，發(fā)射x射線輻射。
該發(fā)射的輻射一般以圓錐形圖案在該撞擊區(qū)域之外展開，這取決于該靶的組成和構(gòu)造，碰撞電子的能量和散布等等。假設(shè)這種散布的輻射圖案，可以看到距離該撞擊區(qū)域給定距離r的輻射量以近似負二次方(1/r2)的方式衰減。為了有效地使用該適當(dāng)量的輻射圖案，考慮到隨著距離的衰減，必須產(chǎn)生強輻射場，并且必須適當(dāng)?shù)貙⒅匾康姆旁谠撦椛溴F體上。雖然一些輻射源可以使用多個電源，或者一個或多個可移動的電源，以補償該次佳的輻射圖案，但是這種系統(tǒng)具有它們自身固有的缺點和復(fù)雜性。具體地說，包括源定時、定位等的混亂是普遍現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式提供了一種新型的x射線產(chǎn)生和使用技術(shù)。在此描述的技術(shù)利用一個或多個發(fā)射表面，而不是點源。在本發(fā)明的實施方式中，該發(fā)射表面和靶表面的幾何形狀使得從該發(fā)射表面撞擊到該靶表面上的電子產(chǎn)生收斂的輻射場。在本發(fā)明的另一實施方式中，該靶表面位于管狀元件的外表面，以便在該管狀元件內(nèi)出現(xiàn)收斂的輻射場。這對易流動的材料如液體、氣體等等的輻射處理特別有用。
然而，更一般地，本發(fā)明在實施方式中涉及具有相似凹面(不必在角度上，但是要在方向上)的兩個元件的使用，放置和配置該兩個元件使得所述元件之一產(chǎn)生的電子以收斂或發(fā)散的方式在所述元件之間加速，并且撞擊位于第二元件或在其上的金屬靶膜。產(chǎn)生的x射線響應(yīng)于這些碰撞以收斂的圖案輻射穿過該第二元件并且越過該第二元件，或者從該第二元件反射。
在本發(fā)明的實施方式中，將多個單獨的x射線產(chǎn)生裝置串聯(lián)和/或并聯(lián)使用，以便輻射易流動的材料，所述材料包括但不限于液體。在本發(fā)明的另一實施方式中，抽空該第一和第二元件之間的空間，以便最小化電子損失和電子能量損失，從而允許該電子有效地得到能量，并在它們的原始表面和x射線產(chǎn)生表面或元件之間行進。
通過下面參照附圖對示例性實施方式的詳細描述，本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點將變得顯見。


雖然所附權(quán)利要求詳盡地闡述了本發(fā)明的特征，但是通過下面結(jié)合附圖的詳細描述可以最好地理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點，所述附圖中附圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方式的x射線產(chǎn)生裝置的截面?zhèn)纫晥D；附圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的x射線產(chǎn)生裝置的截面?zhèn)纫晥D；附圖3A是根據(jù)本發(fā)明實施方式的半球形x射線產(chǎn)生裝置的透視側(cè)視圖；附圖3B是根據(jù)本發(fā)明實施方式的包括內(nèi)外弧形板的x射線產(chǎn)生裝置的透視側(cè)視圖；附圖4是根據(jù)本發(fā)明實施方式的x射線產(chǎn)生裝置的一部分的簡化示意圖，且為了清楚省略了凹度；附圖5是根據(jù)本發(fā)明實施方式的多道流通處理系統(tǒng)和分量x射線產(chǎn)生裝置的示意圖；附圖6是根據(jù)本發(fā)明實施方式的包括雙x射線產(chǎn)生裝置的單道平行處理系統(tǒng)的示意圖；附圖7是根據(jù)本發(fā)明實施方式的樣品x射線產(chǎn)生裝置的照片；附圖8是根據(jù)本發(fā)明可選實施方式的x射線產(chǎn)生裝置的截面?zhèn)纫晥D；附圖9是在本發(fā)明的實施方式中在線A水平沿附圖8的方向B得到的截面端視圖；附圖10是根據(jù)本發(fā)明另一個可選實施方式的x射線產(chǎn)生裝置的截面?zhèn)纫晥D；附圖11是根據(jù)本發(fā)明實施方式的裝置內(nèi)，在40kV電子能量時的x射線譜的圖表；附圖12是根據(jù)本發(fā)明又一可選實施方式的x射線產(chǎn)生裝置的截面?zhèn)纫晥D；附圖13是根據(jù)附圖12中的本發(fā)明實施方式的裝置的使用條件的示意圖；附圖14是根據(jù)本發(fā)明實施方式的x射線發(fā)射裝置的截面?zhèn)纫晥D。
具體實施例方式
本發(fā)明與x射線的產(chǎn)生和使用有關(guān)，并且在本發(fā)明的實施方式中，圍繞著一種產(chǎn)生收斂的輻射場的新穎系統(tǒng)和技術(shù)進行說明，該系統(tǒng)和技術(shù)特別適用于流通介質(zhì)的輻射，但是也可用于其它使用。總體上看，根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的結(jié)構(gòu)包括內(nèi)管和外管。電子從該外管內(nèi)表面上的發(fā)射體層被提取，并且朝向該內(nèi)管被加速。一旦該電子與該內(nèi)管外表面上的靶層發(fā)生撞擊，就會發(fā)射出x射線輻射。由于撞擊點大致均勻地位于該內(nèi)管表面周圍，因而得到的輻射場基本上是軸對稱的，并且朝向該內(nèi)管的中心軸收斂。
現(xiàn)在參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的實施方式。參照附圖1，該圖示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的x射線產(chǎn)生裝置的截面?zhèn)纫晥D。該x射線產(chǎn)生裝置100包括與空心管狀內(nèi)部元件103大致同軸的空心管狀外部元件101。將內(nèi)部和外部管狀元件103和101保持在它們的相對位置，并且通過第一環(huán)形絕緣端蓋105和第二環(huán)形絕緣端蓋107保持該內(nèi)部和外部管狀元件彼此電隔離。該端蓋105、107可以直接與內(nèi)部和外部管狀元件103和101接觸，如通過螺紋或滑動接觸?？蛇x地，可以在所示的端蓋105、107與內(nèi)部和外管管狀元件103和101之間插入環(huán)形密封或墊片109、111等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解適當(dāng)?shù)拿芊夂蛪|片包括橡膠密封，如氟橡膠，或銅墊片等等。
將環(huán)形電子發(fā)射體源113，如選通場發(fā)射體源，沿著外部管狀元件101的內(nèi)壁定位。類似地，環(huán)形金屬靶層115位于內(nèi)部管狀元件103的外表面上，并且可以通過未示出的絕緣層與內(nèi)部管狀元件103絕緣或者不絕緣。從該端蓋107的外面電連接該金屬靶層115和該選通場發(fā)射體源113的選通電極。在本發(fā)明的實施方式中，例如通過高壓導(dǎo)通，相應(yīng)的導(dǎo)線121和119穿過端蓋107連接到所述組件，這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的。此外，該選通場發(fā)射體源113的發(fā)射體膜經(jīng)導(dǎo)線117電連接地穿過端蓋107，例如經(jīng)由高壓導(dǎo)通或類似的機構(gòu)。
最后，該外部管狀元件101具有入口123，該入口從該外部管狀元件101的外面到由該外部管狀元件101、內(nèi)部管狀元件103和端蓋105、107限定的內(nèi)部空間125。該入口最初用于在該裝置100的操作過程中將該內(nèi)部空間125抽至真空(如小于10-6托)，以便最小化在離開該發(fā)射體膜之后且撞擊該金屬靶層115之前該加速電子與外來分子或微粒的碰撞。此外，當(dāng)該裝置100未使用時，可以使用該入口123回填該內(nèi)部空間125，如通過氮氣或其它惰性氣體。
可以在該內(nèi)部和外部管狀元件103和101的建造中使用不同的材料。然而，最重要的是該內(nèi)部和外部管狀元件103和101都能夠維持和承受保持在該內(nèi)部空間125中的真空水平。此外，希望該內(nèi)部管狀元件103的厚度和材料能夠使該內(nèi)部管狀元件103對x射線輻射基本上是可穿透的，以便任何由加速電子與金屬靶層115碰撞產(chǎn)生的向內(nèi)的x射線大量地穿過該內(nèi)部管狀元件103的壁進入其內(nèi)部空間127中。具有充足的x射線透射率的示例材料包括玻璃、塑料、薄金屬、鈹、石英、石墨、硼，氮化物等等。
此外，對于外部管狀元件101來說，希望該元件對由該工具產(chǎn)生的x射線是基本上不可穿透的，或者涂有對這種x射線基本上不可穿透的材料。這是因為在該裝置內(nèi)產(chǎn)生的x射線的一部分可向外定向或向外散射。當(dāng)希望保護附近的人員和/或材料不受輻射破壞時，該外部管狀元件103的屏蔽性質(zhì)很重要。優(yōu)選地，該外部管狀元件103由適當(dāng)?shù)暮穸葮?gòu)成，如0.12”，可以在上述原則內(nèi)使用管狀不銹鋼或鋁和其它材料。
對于金屬靶層115來說，優(yōu)選該層以使得由所用的特定電壓和間隔產(chǎn)生的電子能量足夠使x射線從該材料發(fā)射。適當(dāng)?shù)牟牧侠绨ㄣ~、鎢、鉬等等。該層可以通過蒸汽沉積、濺射等沉積，或者可以例如以箔的形式放置。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在這種系統(tǒng)中可用的加速電壓相當(dāng)高，因而需要關(guān)注介質(zhì)擊穿的問題。典型的電壓大約為10-500kV。而且，電場傾向于集中在突起或不規(guī)則處，如上述管狀元件的端部。為了防止介質(zhì)擊穿，通常希望最小化該電子發(fā)射表面和靶x射線產(chǎn)生表面或元件之間的露頭和不規(guī)則。
附圖2是具有彎曲的電子發(fā)射和x射線發(fā)射表面的x射線產(chǎn)生裝置的截面圖，該表面具有大致相同的方向上的凹度。雖然可以看出附圖2表示附圖3A所示構(gòu)造的裝置的截面?zhèn)纫晥D，但是也可以將其應(yīng)用于具有柱形凹面，而不是球形或半球形凹面的裝置。
在截面中可以看到外部管狀元件的壁203，其與內(nèi)部管狀元件的壁201一樣。通過相應(yīng)的元件205和207表示該發(fā)射體膜和選通電極。金屬靶層同樣由元件209表示。還示意性地示出了施加的電壓，雖然可以理解，在裝配的系統(tǒng)中，任何高壓如通過導(dǎo)線209施加的電壓一般經(jīng)由高壓導(dǎo)通施加，而不是簡單的導(dǎo)線。
可以看到，將發(fā)射體膜205保持在接地或參考電壓VREF。將發(fā)射體提取柵極(選通電極)207保持在提取電壓VE，電勢VE-VREF足夠從發(fā)射體膜205提取出電子。將金屬靶層209保持在加速電壓VA。在操作中，從發(fā)射體膜205提取的電子一旦位于選通電極207和靶層209之間的區(qū)域就開始加速。它們的加速度基本上與施加的靜電加速力成正比，該靜電加速力本身與電壓差VA-VE成正比，而與選通電極207和靶層209之間的半徑距離成反比。雖然更高的加速電壓產(chǎn)生更高的電子能量，但是這種最大電壓會受到該端蓋、導(dǎo)通等的絕緣限制，也會受到電弧或介質(zhì)擊穿的作用的限制。
雖然上述一些系統(tǒng)利用同心管狀元件，但是可以理解，許多其它幾何形狀可以使用相同的原理產(chǎn)生柱形或球形收斂的x射線場。附圖3A-B表示這種排列的示范性選擇。特別地，在附圖3A中，示出半球形x射線產(chǎn)生裝置301。內(nèi)殼305和外殼303執(zhí)行與上述實施方式的內(nèi)部和外部管狀元件相同的功能。特別地，殼303、305之間的空間是電子加速區(qū)域，并具有布置在內(nèi)殼305外側(cè)上的靶層(未示出)，以及布置在外殼303內(nèi)側(cè)上的電子發(fā)射體、選通電極或其它(未示出)。為了抽空該電子加速區(qū)域，可以將殼303、305的邊緣密封在一起，如通過絕緣端環(huán)，或者可以簡單地在單獨的真空室中使用該裝置。
可以理解，由于內(nèi)殼305是凹面的，因而產(chǎn)生的輻射場在鄰近該同心球形殼303、305的中心的區(qū)域中是大致收斂的。可以理解，也可以產(chǎn)生附加的非收斂的輻射場，但是這在此不重要。如圖所示，在本發(fā)明的實施方式中，同心球形殼303、305的焦點位于由內(nèi)殼305限定的部分封閉的靶區(qū)內(nèi)或位于該靶區(qū)上。
可以控制內(nèi)殼305和外殼303的凹度，以限定由該裝置產(chǎn)生的發(fā)射的收斂圖案。例如，較多集中的凹度傾向于使該發(fā)射圖案收緊或變窄，而較少集中的凹度傾向于使該圖案變寬。這樣，發(fā)射的收斂圖案的截面主要限制在任何所需的程度，如10度、45度、90度、180度，270度等等，或者任何沒有限制的中間值。對于球形或部分球形的幾何形狀來說，可以以相同的方式限制發(fā)射的收斂圖案，即其主要限制在π球面度、2π球面度等等，或者任何中間值。
附圖3B中表示可選的排列。特別地，x射線產(chǎn)生裝置包括內(nèi)部和外部彎曲的板311和309。與上本發(fā)明的實施方式相似，內(nèi)部板311和外部板309執(zhí)行與該內(nèi)部和外部管狀元件相同的功能。該板309、311之間的空間是電子加速區(qū)域，具有布置在內(nèi)部板311外側(cè)上的未示出的靶層，以及布置在外部板309內(nèi)側(cè)上的未示出的選通或截止的發(fā)射體。此外，為了抽空該電子加速區(qū)域，可以將板309、311的邊緣密封在一起，如通過絕緣邊擬合，或者簡單地在真空室內(nèi)使用該裝置。而且，由于內(nèi)部板311是凹面的，因而產(chǎn)生的輻射場在內(nèi)部板311內(nèi)側(cè)限定的區(qū)內(nèi)或附近是大致徑向收斂的。
為了方便讀者，參照附圖4給出該電子提取加速過程以及該x射線發(fā)射過程的簡要描述。附圖4表示該x射線產(chǎn)生裝置的一部分的簡化示意圖，為了容易理解省略了凹度。外壁部分401在其上具有發(fā)射體膜部分403和提取選通電極405。內(nèi)壁部分409在其上具有靶金屬膜或箔部分407。在操作中，觀察單個電子的通路，電子411通過提取電壓VE從發(fā)射體膜403被提取，并且通過加速電壓VA朝向內(nèi)壁407加速。
該電子在穿過內(nèi)壁空間413并且在其中加速之后，在點415撞擊金屬靶膜407。該撞擊產(chǎn)生一個或多個具有x射線范圍內(nèi)的能量的光子417。雖然所示的x射線417是朝向該裝置的中心的，但是一些x射線418也可以朝向該外壁向后散射(或者在管狀組件中，從該內(nèi)部管狀元件的遠側(cè)出去，并且朝向該外部管狀元件上的相反點繼續(xù))。因此，如上所述，該外壁應(yīng)當(dāng)具有屏蔽性質(zhì)或包括屏蔽層。
已經(jīng)描述了多種根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的x射線產(chǎn)生裝置，現(xiàn)在論述一些根據(jù)本發(fā)明進一步實施方式的這種系統(tǒng)的示范性使用。附圖5表示如上所述高水平示意形式的多通流通處理系統(tǒng)500和分量x射線產(chǎn)生裝置。系統(tǒng)500包括具有入口503和出口505的導(dǎo)管或管道501，其穿過如上相對于附圖1所述的第一和第二x射線產(chǎn)生裝置507和509。所示的共享泵513和電源511連接到每個x射線產(chǎn)生裝置507、509。
在液態(tài)物質(zhì)進入入口503之后，其首先通過第一x射線產(chǎn)生裝置507，然后在該物質(zhì)從出口505排出之前，該液體流返回第二x射線產(chǎn)生裝置509。在每個流經(jīng)x射線產(chǎn)生裝置的過程中，用以上述方式產(chǎn)生和定向的x射線輻射照射該液體。這樣，將消滅、破壞任何對這種類型的輻射敏感的生物或化學(xué)成分，或者將其修正成所需的形式。應(yīng)當(dāng)注意，應(yīng)當(dāng)基于所要照射的材料，包括其x射線吸收特性、所需的最終產(chǎn)品，以及影響的微生物、靶物等的濃度計算所需輻射的強度和能譜。例如，需要造成PCBs的擊穿。如果用x射線通過切斷其鍵去除該分子的氯原子，則可以產(chǎn)生無害的最終產(chǎn)品如HCL、水和CO2。如上面的例子指出的，可以通過調(diào)整x射線輻射以特定的反應(yīng)為目標。
另一個例子在于促進流通，而不是批量(batch)、聚合。適當(dāng)?shù)膯误w和/或寡聚物可以流過任何上述的系統(tǒng)。然后由該系統(tǒng)產(chǎn)生的x射線造成電離以引起自由基聚合。除了這種連續(xù)處理提供的許多好處之外，這種比傳統(tǒng)的UV聚合更有改進，這是因為x射線具有更低的消光。在此也可以以這種方式使用在其他地方描述的電子束(e-beam)裝置，雖然需要證明高能電子一般經(jīng)歷增長的消光這一事實。
在本發(fā)明的另一個實施方式中，需要處理大量的材料，或者需要非?？焖俚靥幚斫o定量的材料，可以通過高吞吐量以如圖6所示的平行方式處理目標材料。具體地說，附圖6的單通平行處理系統(tǒng)600包括如參照附圖5所述的雙x射線產(chǎn)生裝置607、609，以及共享的泵613和電源611。然而，不同于附圖5中所示的裝置，處理系統(tǒng)600在單通道中處理廢物，而提供多通路以改進吞吐量。因此，進入入口601的液態(tài)材料可以通過任一x射線產(chǎn)生裝置607或609，而不是兩個都通過。在x射線產(chǎn)生裝置607、609中進行處理之后，組合該液體，并且離開出口603。
在本發(fā)明的實施方式中，希望能夠拆卸根據(jù)附圖5和6的處理系統(tǒng)以便維修、存儲或滑動。因此，該入口、出口和連接導(dǎo)管、管道等優(yōu)選為可以拆卸的和重新安裝的，如通過標準真空、管系安裝和電硬件。
應(yīng)當(dāng)注意，上述處理系統(tǒng)僅是示范性的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以是任何元件的組合和構(gòu)造。例如，可以是在每個通道中包括多個x射線產(chǎn)生裝置的平行系統(tǒng)，以及包括一系列平行子系統(tǒng)的串聯(lián)處理系統(tǒng)。而且，雖然表示了共享的組件，但是本發(fā)明在這方面沒有限制，該x射線產(chǎn)生裝置可以按需要使用專用或共享支持裝置。
下面將更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的樣品裝置的構(gòu)造和操作。優(yōu)選構(gòu)造和操作該裝置，使得產(chǎn)生的x射線以在管的中心近似1000灰色的劑量照射要處理材料。該劑量水平通常適于殺死食物中的細菌，并且還具有足夠的能量去分離例如廢水化合物內(nèi)的元素鍵。
在附圖7中示出樣品裝置701。該裝置大約為36”長和60”高，雖然二者的測量不是關(guān)鍵的，并且在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)，兩值中的一個或二個可以替換成更大或者更小值。該裝置的可視外容器703對應(yīng)于該裝置的外管，如附圖1的管101。雖然該樣品的發(fā)射體層未選通，即以二極管模式操作該樣品x射線源，但該裝置類似于示意性地在圖1中示出的裝置。該裝置701包括3.315英寸直徑的石墨圓筒的2”長截面，該石墨圓筒同心定位在3”直徑石英管周圍，將12.5μm厚的銅箔纏繞并焊接到該石英管上。因此，該石墨圓筒對應(yīng)于附圖1的發(fā)射體層113(省略了選通電極)，而該銅箔對應(yīng)于環(huán)形金屬靶層115。該3”直徑的內(nèi)石英管對應(yīng)于附圖1的空心管狀內(nèi)部元件103。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，一般僅通過多級泵浦就可以達到高和超高真空水平。例如，可以通過由機械或“低真空”泵支持的渦輪分子泵對該室的抽泵作用實現(xiàn)高真空(大約10-6托)?？梢酝ㄟ^首先例如由上述系統(tǒng)抽泵到高真空，然后切換到可以UHV的泵，如離子泵(在適當(dāng)?shù)氖抑?，來實現(xiàn)超高真空。對大多數(shù)本發(fā)明的實施方式來說，高真空水平是足夠的，不需要超高真空。因此，該樣品利用了由未示出的機械低真空泵支持的渦輪分子泵705。
附圖11示出在40kV電子能量時空間127內(nèi)得到的典型x射線譜。該圖中所示的圖表的縱坐標表示光子計數(shù)，而橫坐標表示光子能量。該裝置701的基礎(chǔ)壓力穩(wěn)定在5.1×10-7托。
在本發(fā)明的實施方式中，將沉積的銅膜而不是銅箔用作金屬靶層。在本發(fā)明的另一個實施方式中，使用鉬靶層。雖然還可以使用鎢，但是為了容易鍍層，優(yōu)選鉬。
注意到，雖然該樣品是透射模式裝置，但是其還能夠以類似配置在反射模式下工作，如下面更詳細地論述。在本發(fā)明的實施方式中，由熱離子發(fā)射體替換該場發(fā)射體。該熱離子裝置還可以在反射或透射模式中操作。
描述至此的本發(fā)明的實施方式使用例如由內(nèi)管103附近產(chǎn)生x射線發(fā)射導(dǎo)致的外管101附近的電子發(fā)射。然而，在這種稱作透射模式(由于該x射線必須至少部分地穿過該金屬靶層，這取決于在其深度中它們產(chǎn)生的位置)的模式下，該x射線強度由于在該靶層(例如，層115)中的再吸收會略有降低。為了緩和該問題，也可使用反射模式。參照附圖8和9將描述可在反射模式中操作的示例裝置。
附圖8示出與附圖1中類似的柱形x射線產(chǎn)生裝置的截面?zhèn)纫晥D。然而，附圖8的裝置主要在兩個方面不同于附圖1的裝置。首先，附圖8的裝置在下面具有相反的構(gòu)造，其中電子產(chǎn)生元件813位于外管801的外表面，而電子靶(x射線產(chǎn)生)元件815位于該外管801的內(nèi)表面。其次，附圖8中所示的裝置是二極管裝置(由于非選通電子發(fā)射體813)，而不是如附圖1中的三極管裝置。后一區(qū)別不是很重要，應(yīng)當(dāng)注意到，透射和反射裝置都可以在二極管或三極管模式中配置和操作，這取決于制造者的偏好。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，如附圖1的裝置可以使用熱離子發(fā)射體層來代替場發(fā)射體層113。而且，雖然附圖8的反射裝置以配置為熱離子二極管模式的裝置來描述，可以理解，可以使用選通發(fā)射體層來代替元件813。
附圖8中所示的電子發(fā)射元件813是纏繞在絕緣內(nèi)部管803周圍的電線。所示的繞線的間距大約是50％，雖然也可以使用更大或者更小的間距。如果需要，可以使用電線813的電子產(chǎn)生特性和x射線吸收特性來確定最佳間距。注意到，熱離子發(fā)射元件會在操作中變得非常熱，因而希望通過使用絕緣隔離棒等將該熱離子發(fā)射元件與一個或兩個管保持一定距離，這取決于該內(nèi)部和/或外部管的材料。下面參照附圖10論述示范性布置。
靶層815在該透射模式中可以是銅膜或箔，但是可以更厚，由于不希望或需要x射線透過該層。也可以使用其它材料如鉬、鎢等代替該層815。該靶層815所需的質(zhì)量是當(dāng)通過足夠高的能量撞擊時其會發(fā)射x射線。
將靶層815經(jīng)由導(dǎo)線821連接到電壓源，而將電子產(chǎn)生元件813經(jīng)由導(dǎo)線817a和817b連接到電壓源。在這種情況下，電線813端部的相對電壓確立流過該電線的電流，而靶層815和電線813上的點之間的電壓差確定發(fā)射電子的撞擊能量。
當(dāng)在所示的熱離子二極管模式中操作時，跨越電子產(chǎn)生元件813施加電壓，并且將電壓施加到該靶層815。合成的場強度足夠?qū)l(fā)射的電子朝向靶層815加速，以使它們獲得足夠的撞擊能量，從而在靶層815中產(chǎn)生x射線。由于該靶層對x射線不是完全透射的，因而產(chǎn)生的x射線中的相當(dāng)大一部分朝向該裝置的內(nèi)部反射或被引向該裝置的內(nèi)部。大量這種輻射將撞擊產(chǎn)生元件813，或在元件813的線圈之間傳遞，因而進入內(nèi)部空間827以照射其內(nèi)容。在給定該裝置的幾何形狀、構(gòu)造和材料的情況下，可以設(shè)置該電壓以實現(xiàn)所需的輻射水平。
附圖9更詳細地說明了該電子和x射線的發(fā)射過程。附圖9表示大約在附圖8的線A處、沿線B得到的薄切片的截面頂視圖。該裝置901在向內(nèi)的同心順序上包括外管903(801)、電子靶和x射線發(fā)射層905(815)、電子/x射線通過空間907(825)、電子發(fā)射元件909(813)、內(nèi)部管911(803)以及用于流通材料輻射的靶區(qū)913(827)。在操作中，跨越電子發(fā)射元件909施加電壓，還在元件909上的點處確立平均電壓V1，并且將電壓V2施加到該電子靶和x射線發(fā)射層905。如上所述，該電壓差V2-V1一般大約為10-500kV，但是也可以使用更大或者更小的電壓。
由于施加的電壓差，電子從電子發(fā)射元件909發(fā)射，并且朝向該電子靶和x射線發(fā)射層905加速。雖然為了清楚起見僅示出了三個電子，但是可以理解，可以以操作電壓產(chǎn)生無限數(shù)量的電子。該電子在撞擊區(qū)域915加速撞擊該電子靶和x射線發(fā)射層905，從而導(dǎo)致從許多這種區(qū)域915產(chǎn)生x射線輻射。雖然每個所示的區(qū)域915顯示了x射線發(fā)射，但是可以理解，x射線發(fā)射不一定出現(xiàn)在每個撞擊區(qū)域。而且，雖然所示的x射線輻射向內(nèi)定向，但是可以理解，一些產(chǎn)生的x射線輻射可以不同的定向。
如圖所示，一部分產(chǎn)生的x射線輻射朝向靶區(qū)913定向。記住在本發(fā)明所示的實施方式中，該電子發(fā)射元件909是螺旋纏繞的電線，一部分朝向靶區(qū)913的定向輻射終止于電子發(fā)射元件909，而另一部分在該元件909的線圈和內(nèi)部管911之間傳遞，并且進入靶區(qū)913以照射其當(dāng)前的內(nèi)容。
可以理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所示的反射模式裝置會有許多的變化。例如，電子發(fā)射元件909可以是板、帶、膜或箔，來替代電線。而且，對熱離子發(fā)射來說，該元件909的材料可以是任何適當(dāng)?shù)牟牧?，包括但不限于石墨、金屬，或金屬合金，或非金屬合金，或它們的組合。例如，涂釷鎢(ThoriatedTungsten)和鑭己硼化物(Lanthanum Hexaboride)是適合的材料。而且，該電子發(fā)射機構(gòu)可以是任何適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)，包括但不限于熱離子發(fā)射、場發(fā)射等等。而且，該電子靶和x射線發(fā)射層905可以具有任何適當(dāng)?shù)牟牧虾蜆?gòu)造。例如，可以使用銅、鎢、鉬或任何其它適當(dāng)?shù)牟牧希搶?05的構(gòu)造可以是局部的或連續(xù)的，并且可以作為x射線屏蔽或不作為x射線屏蔽。而且，雖然附圖8和9中所示的反射裝置的幾何形狀是柱形的，但是可以理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以使用任何其它適當(dāng)?shù)膸缀涡螤钊缟鲜龌蚱渌膸缀涡螤睢?br> 附圖10以截面?zhèn)纫晥D示出就某些方面與附圖9的裝置相似的熱離子二極管模式的透射x射線產(chǎn)生裝置。在石英支撐棒1021的柱形排列的周圍纏繞熱離子電子發(fā)射電線或燈絲1013。電導(dǎo)線1017a和1017b使電流穿過元件1013。外管1001密封電子發(fā)射燈絲1013和石英支撐棒1021以及內(nèi)管1003，在該內(nèi)管上設(shè)置金屬靶材料1015，該金屬靶材料響應(yīng)電子轟擊產(chǎn)生x射線。還提供和設(shè)置有端蓋1029，以便可以將該內(nèi)管1003和外管1001之間的空間1025抽空。
在操作中，通過電流流過電阻來加熱離子發(fā)射燈絲1013，從而產(chǎn)生電子的發(fā)射。通過對這些元件施加適當(dāng)?shù)碾妷涸跓艚z1013和靶材料1015之間建立加速場，以便該發(fā)射的電子朝向靶材料1015加速并且撞擊該靶材料。雖然由這種撞擊產(chǎn)生的x射線定向在許多方向上，但是大量的x射線是朝向內(nèi)管1003內(nèi)的靶區(qū)1027定向的。一部分這種x射線輻射穿過靶材料1015和內(nèi)管1003，并且進入靶區(qū)1027。這樣，可以有效地照射該靶區(qū)的內(nèi)容。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)許多其它模式的操作都是可用的，在闡述了以上原理的情況下。通常，根據(jù)本發(fā)明的x射線產(chǎn)生裝置相對于電子發(fā)射可以以場發(fā)射或熱離子發(fā)射模式操作。在這些模式中，該裝置可以以二極管或三極管模式操作，并且還可以以反射或透射模式操作。在二極管模式中，該電子發(fā)射體未選通，而在三極管模式中該發(fā)射體選通。而且，在該反射模式中，該x射線的靶區(qū)位于x射線發(fā)射體表面或元件與該電子撞擊相同的一側(cè)；在反射模式中，該x射線的靶區(qū)位于該x射線發(fā)射體表面或元件與該電子撞擊相反的一側(cè)。
因此，通常，操作的幾個示例性模式為(1)場發(fā)射(二極管/透射)；(2)場發(fā)射(二極管/反射)；(3)場發(fā)射(三極管/透射)；(4)場發(fā)射(三極管/反射)；(5)熱離子發(fā)射(二極管/透射)；(6)熱離子發(fā)射(二極管/反射)；(7)熱離子發(fā)射(三極管/透射)；以及(8)熱離子發(fā)射(三極管/反射)。上面論述的附圖1、2和4表示場發(fā)射(三極管/透射)裝置的例子，而附圖8和9表示熱離子發(fā)射(二極管/反射)裝置的例子。附圖10表示熱離子發(fā)射(二極管/透射)裝置的例子。由于它們說明了透射和反射操作，二極管和三極管操作，以及熱離子和場發(fā)射操作，也可以根據(jù)上述原理排列這些圖的元件來構(gòu)成任何其它類型的裝置。
雖然在工業(yè)應(yīng)用，如大規(guī)模水凈化和廢物處理的內(nèi)容中論述了上述本發(fā)明的實施方式，但是可以理解，所述的本發(fā)明的實施方式也適用于非商業(yè)設(shè)置。例如，在本發(fā)明的實施方式中，將根據(jù)上述原理的小型裝置與家庭廚房電器聯(lián)系起來以提供凈化功能。例如，可以將這種裝置與位于如水龍頭、電冰箱，咖啡壺等的飲用水水源串聯(lián)放置。此外，在本發(fā)明的實施方式中，可以在家使用如上所述的流通處理裝置，如在到化糞池或市政下水道系統(tǒng)之前的通道中。
在上述本發(fā)明的實施方式中，希望屏蔽該裝置以便x射線輻射不會延伸到該裝置的外部。然而，在本發(fā)明的可選實施方式中，希望照射該裝置外部而不是內(nèi)部的材料。例如，可以從內(nèi)部收縮的空間如導(dǎo)管或管道使用x射線輻射，以便檢查裂縫或其它有問題的情況。在工業(yè)和家庭管路以及專門的應(yīng)用如核電站冷卻系統(tǒng)中，管道的完整性特別重要。
附圖12中示出產(chǎn)生x射線并且將它們向外定向的裝置。該裝置類似于附圖8的裝置，但是更小，并且不具有軸向流通的開口。更詳細地，該裝置1200包括在其內(nèi)表面上具有靶材料1203的外殼1201。該靶材料可以是任一上述靶材料，并且足夠薄或充分地擴散，以便不會屏蔽產(chǎn)生的x射線。同樣地，該外殼由允許大量的x射線透射的材料和構(gòu)造組成，如聚合材料、石墨、鈹或薄金屬材料。
在該外殼1201內(nèi)，放置石英支撐棒1205a和1205b，且其通過端蓋1207a和1207b保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。端蓋1207a和1207b還用于密封由該外殼1201限定的內(nèi)部空間1209。在該石英支撐棒1205a和1205b的周圍纏繞熱離子電子發(fā)射元件1211。雖然為了簡明，示出了兩個這樣的支撐棒，但是可以理解，更多數(shù)量的均勻間隔的支撐棒，如四個或更多個棒將允許更多均勻圖案的電子產(chǎn)生，并從而產(chǎn)生x射線。導(dǎo)線1213a和1213b將電源提供給電子發(fā)射元件1211，而導(dǎo)線1215將電壓施加給靶材料1203。為了操作該裝置，孔1217可用于抽空空間1209。在操作中，抽泵作用可以繼續(xù)，或者可以密封該孔1217。
該裝置的操作通常如上所述。具體地說，在熱離子電子發(fā)射元件1211和靶材料1203之間施加電壓差。在施加的場的影響下，由熱離子電子發(fā)射元件1211發(fā)射的電子朝向靶材料1203加速，并且撞擊該靶材料1203。響應(yīng)于這種電子轟擊，該靶材料1203發(fā)射x射線輻射。由于該靶材料1203和殼1201基本不會屏蔽這種輻射，因而一部分產(chǎn)生的輻射傳到該裝置的外部，從而照射該裝置當(dāng)前的環(huán)境。
在下文中參照附圖13描述使用這種裝置的方式。特別地，將所示的裝置1301位于要分析的導(dǎo)管1303的內(nèi)部下面。優(yōu)選將該裝置連接到支持線路1305。還將用于操作該裝置的導(dǎo)線1307連接到裝置1301。當(dāng)加電時，該裝置發(fā)射撞擊該導(dǎo)管1303的壁的x射線1309。為了分析該導(dǎo)管1303的完整性，通過放置在該導(dǎo)管1303外部的x射線探測器1311檢測通過該導(dǎo)管1303的x射線的透射變化?？蛇x地，可以在該裝置1301的外部周圍纏繞x射線感光膠片，以便用于通過圖像強度的變化來檢測該導(dǎo)管中的裂紋。
注意到，雖然將所示的裝置用在特定的環(huán)境中，但是對于該環(huán)境是沒有限制的。例如，如果尺寸適當(dāng)，也可以將所示的裝置用于醫(yī)療目的。例如，可以將這種裝置用于分析體內(nèi)結(jié)構(gòu)，如靜脈和腔，或者用于提供對這種結(jié)構(gòu)的輻射。例如，可以使用這種裝置照射特殊的部位。
雖然在上面的范例中，靶材料1203和殼1201是基本上透射x射線輻射的，但這不是必需的。具體地說，該靶材料1203和殼1201之一或者兩者都可以在要產(chǎn)生所述的輸出圖案的選定位置對x射線輻射是不可穿透的。例如，環(huán)透射率會產(chǎn)生環(huán)形輻射圖案，而條紋透射率會產(chǎn)生平面或板圖案。
注意到，可以使用相同的原理構(gòu)成電子轟擊裝置，即電子發(fā)射體、在該電子發(fā)射體周圍的管狀元件、以及用于產(chǎn)生場以將從該電子發(fā)射體發(fā)射的電子朝向該管狀元件加速的電壓源。然后可以使用穿過該管狀元件并且離開該裝置的電子來照射外部材料。
雖然上面的論述集中在以反射或透射模式操作的裝置上，但是本發(fā)明也可以同時利用兩種操作模式。附圖14以截面?zhèn)纫晥D示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的一個這種裝置。該裝置1400類似于附圖12所示的裝置，但是將其分別表示以更清楚描述其操作的不同模式。
裝置1400包括在其內(nèi)表面上具有靶材料1403的柱形外殼1401。再者，該靶材料足夠薄或充分擴散，以便不會實質(zhì)上屏蔽產(chǎn)生的x射線。類似地，該外殼1401由允許上述重要的x射線透射的材料和構(gòu)造構(gòu)成。端蓋1407a和1407b用于密封由該外殼1401限定的內(nèi)部空間1409。熱離子電子發(fā)射元件1411位于該外殼1401內(nèi)，并且近似與該外殼1401同心。該熱離子電子發(fā)射元件1411可以在結(jié)構(gòu)上自支撐，或者可以通過未示出的臂、棒等支撐。
導(dǎo)線1413a和1413b向該電子發(fā)射元件1411供電，導(dǎo)線1415對該靶材料1403施加電壓。如同上述附圖12的裝置一樣，為了該裝置1400的操作，可以使用孔1417抽空空間1409，并且為了該裝置1400的使用，如果中止抽泵操作可以將其密封。
在操作中，在該熱離子電子發(fā)射元件1411和靶材料1403之間施加電壓差。在該施加的場的影響下，由該熱離子電子發(fā)射元件1411發(fā)射的電子朝向該靶材料1403加速，并且撞擊該靶材料1403。結(jié)果，該靶材料1403發(fā)射x射線輻射。如上所述，該靶材料1403和殼1401基本上不屏蔽這種輻射。因此，一部分產(chǎn)生的輻射傳到該裝置1400的外部。此外，另一部分產(chǎn)生的輻射向內(nèi)朝向該外殼1401相反的壁反射。在通過該外殼1401內(nèi)的腔之后，一部分反射的輻射穿過該外殼1401相反的壁，并且離開該裝置1400。可以看到，該修正的操作模式提高了效率，假定初始反射的x射線即使在該相反側(cè)上仍然會離開該裝置1400。
在與附圖14中所示的裝置有關(guān)的本發(fā)明的可選實施方式中，該裝置進一步包括同樣涂有x射線發(fā)射靶材料的內(nèi)部管狀元件。在該電子發(fā)射體和兩個管狀元件之間進一步保持加速場，從而該電子從該電子發(fā)射體向內(nèi)和向外加速，并且撞擊兩個靶表面。該外表面如上所述地操作。該內(nèi)表面可以更厚，并且相對于該內(nèi)管以反射模式操作。也就是說，將在該內(nèi)管上x射線發(fā)射靶材料產(chǎn)生的x射線朝向該外管定向，并且實質(zhì)上穿過該外管。
可以理解，在此描述了新的并且有用的x射線產(chǎn)生技術(shù)和裝置?？紤]到可以應(yīng)用本發(fā)明的原理的許多可能的實施方式，應(yīng)當(dāng)認識到，在此相對于附圖描述的實施方式僅是為了說明，而不應(yīng)當(dāng)認為是限制本發(fā)明的范圍。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認識到，該確切的構(gòu)造和形狀是示范性的，因此在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，可以在設(shè)置和細節(jié)上對所說明的實施方式進行修改。例如，可以理解也可以將任何所示的形狀修改成包括非凹形的部分或元件，如在一個邊緣或多個邊緣處的喇叭口形或凸緣，這不會否定受影響的元件大致的凹度。
雖然在此給出了特定的數(shù)值例，但是可以理解，本發(fā)明同樣應(yīng)用于更大或更小規(guī)模的裝置和系統(tǒng)，而沒有限制。同樣地，雖然在此通常說明的是光滑的元件，但是可以理解，通常凹形元件本身可以由許多單獨的平的組件如帶或多邊形構(gòu)成。例如，可以在附圖1的裝置中使用具有多邊形的截面的管代替具有圓形截面的元件。最后，可以預(yù)期，不僅流體(包括液體和氣體)而且固體也可以穿過如上所述的系統(tǒng)，并且由其處理。代替流過該系統(tǒng)，固體優(yōu)選為通過如帶子或搖動器來輸送。而且，雖然所述的本發(fā)明的實施方式集中于x射線的產(chǎn)生，但是可以理解，也可以將本發(fā)明的原理用于提供材料的電子輻射，而沒有x射線的產(chǎn)生。例如，在附圖1的裝置中，如果使靶層115基本上對于電子可穿透，而內(nèi)管103對于電子相對可穿透，則可以使用該裝置來提供區(qū)127中的電子輻射。因此，在此描述的發(fā)明預(yù)期了所有在下面的權(quán)利要求及其等效范圍內(nèi)的實施方式。
權(quán)利要求
1.一種x射線產(chǎn)生裝置，包括具有內(nèi)部通道和外表面的第一管狀元件，所述外表面在至少一部分表面上具有響應(yīng)于電子轟擊以發(fā)射x射線輻射的x射線發(fā)射材料；以及以大致同心的關(guān)系環(huán)繞所述第一管狀元件的第二管狀元件，在所述第一和第二管狀元件之間具有腔，所述第二柱形管狀元件具有面向所述第一柱形管的外表面的內(nèi)表面，其中所述內(nèi)表面在其至少一部分上包括電子發(fā)射體元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，在所述電子發(fā)射體元件和所述第一管狀元件的外表面之間保持加速場。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述電子發(fā)射體元件是選通的電子發(fā)射體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述電子發(fā)射體元件是熱離子電子發(fā)射體。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，從所述電子發(fā)射體元件發(fā)射的電子朝向所述內(nèi)部管狀元件的外表面加速，撞擊所述外表面上的所述x射線發(fā)射材料，由此造成x射線輻射的發(fā)射。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，至少一部分發(fā)射的x射線輻射進入所述第一管狀元件的內(nèi)部通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述內(nèi)部管狀元件的外表面和所述外部管狀元件的內(nèi)表面限定一腔，其中，所述腔被密封，并且將所述腔抽空至小于環(huán)境壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，將所述腔抽空至小于10-5托的壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述第一和第二管狀元件中的至少一個具有大致光滑的截面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述第一和第二管狀元件中的至少一個具有不光滑的截面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述第一和第二管狀元件中的至少一個具有大致圓形的截面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述第一和第二管狀元件中的至少一個具有多邊形截面。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，還包括在所述第一和第二管狀元件之間的腔內(nèi)的一個或多個絕緣隔板，所述隔板以彼此絕緣的設(shè)置來保持所述第一和第二管狀元件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述第二管狀元件對于x射線輻射基本上是不可穿透的。
15.一種靶材料的x射線處理方法，其包括以下步驟將所述靶材料放置在具有主體和涂有金屬層的外表面的容積管內(nèi)，所述金屬層響應(yīng)于電子轟擊以發(fā)射x射線輻射，所述容積管的主體對于x射線基本上是可穿透的，所述容積管被發(fā)射體管的內(nèi)表面環(huán)繞，其中所述發(fā)射體管的內(nèi)表面包括電子發(fā)射體表面；從所述發(fā)射體表面提取電子；以及在所述發(fā)射體表面和所述容積管的金屬層之間施加加速電壓，其中，提取的電子朝向所述金屬層加速，并且撞擊所述金屬層，從所述金屬層激發(fā)x射線輻射的釋放，在所述金屬層的至少一部分，x射線輻射穿透所述容積管的主體，并且撞擊放置在其中的所述靶材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的x射線處理方法，其中，所述靶材料是液體材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的x射線處理方法，其中，所述靶材料是氣體或等離子體材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的x射線處理方法，其中，所述靶材料是固體或漿材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的x射線處理方法，其中，還包括抽空所述容積管和所述發(fā)射體管之間的空間，以將所述空間中的壓力降低至環(huán)境壓力以下。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的x射線處理方法，其中，還包括將所述容積管和所述發(fā)射體管之間的空間抽空至小于10-5托。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的x射線處理方法，其中，所述容積管包括入口和出口，其中，將所述靶材料放置在所述容積管內(nèi)的步驟包括在所述入口引入所述材料，通過所述管移動所述材料，并且在所述出口去除所述材料。
22.一種x射線輻射裝置，其包括通過收斂的發(fā)射圖案產(chǎn)生x射線的連續(xù)的大致凹形的發(fā)射元件；以及預(yù)定義的靶區(qū)，使得發(fā)射的輻射中的至少相當(dāng)大一部分集中到所述預(yù)定義的靶區(qū)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的x射線輻射裝置，其中，將所述發(fā)射的收斂圖案基本上聚焦到π球面度。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的x射線輻射裝置，其中，將所述發(fā)射的收斂圖案基本上聚焦到2π球面度。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的x射線輻射裝置，其中，所述發(fā)射的收斂圖案基本上聚焦在截面角內(nèi)，所述截面角從由10度、90度、180度和270度組成的組合中選擇。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的x射線輻射裝置，其中，所述連續(xù)的凹形發(fā)射元件通常是凹面的，但是具有復(fù)合表面。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的x射線輻射裝置，其中，所述連續(xù)的凹形發(fā)射元件通常是凹面的，并且具有光滑的表面。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的x射線輻射裝置，其中，還包括凹形電子發(fā)射體元件，其中所述x射線發(fā)射元件和電子發(fā)射體元件中的每一個都具有相應(yīng)的焦點，且其中所述電子發(fā)射體元件和x射線發(fā)射元件的焦點位于所述預(yù)定義的靶區(qū)的同側(cè)。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的x射線輻射裝置，其中，在所述電子發(fā)射體元件和x射線發(fā)射元件之間保持加速場。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的x射線輻射裝置，其中，所述電子發(fā)射體元件包括選通的電子發(fā)射體層。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的x射線輻射裝置，其中，所述電子發(fā)射體元件通過場發(fā)射來發(fā)射電子。
32.根據(jù)權(quán)利要求22所述的x射線輻射裝置，其中，所述電子發(fā)射體元件通過熱離子發(fā)射來發(fā)射電子。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的x射線輻射裝置，其中，在所述加速場的影響下從所述電子發(fā)射體元件發(fā)射的電子朝向所述x射線發(fā)射元件加速，撞擊所述x射線發(fā)射元件，由此造成x射線輻射的發(fā)射。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的x射線輻射裝置，其中，發(fā)射的x射線輻射必須穿過所述x射線發(fā)射元件以到達所述靶區(qū)。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的x射線輻射裝置，其中，發(fā)射的x射線必須穿過或經(jīng)過所述電子發(fā)射體元件以到達所述靶區(qū)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的x射線輻射裝置，其中，所述電子發(fā)射體元件是在其中具有間隔的不連續(xù)表面，其中輻射主要通過穿過其中的間隔來穿過所述元件。
37.根據(jù)權(quán)利要求28所述的x射線輻射裝置，其中，所述電子發(fā)射體元件和x射線發(fā)射元件在其間限定一腔，其中，密封所述腔，并且將所述腔抽空至小于環(huán)境壓力。
38.根據(jù)權(quán)利要求28所述的x射線輻射裝置，其中，將所述腔抽空至小于10-5托。
39.根據(jù)權(quán)利要求28所述的x射線輻射裝置，其中，還包括在所述電子發(fā)射體元件和x射線輻射元件之間的腔內(nèi)的一個或多個絕緣隔板，所述隔板以彼此絕緣的排列保持所述電子發(fā)射體元件和x射線發(fā)射元件。
40.一種x射線產(chǎn)生裝置，其包括具有內(nèi)部通道和外表面的第一管狀元件，所述外表面在其上具有電子發(fā)射體元件；以及以大致同心的關(guān)系環(huán)繞所述第一管狀元件的第二管狀元件，在所述第一和第二管狀元件之間具有腔，所述第二柱形管狀元件具有面向所述第一柱形管的外表面的內(nèi)表面，其中所述內(nèi)表面包括響應(yīng)于電子轟擊以發(fā)射x射線輻射的靶層。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，在所述電子發(fā)射體元件和所述第一管狀元件的外表面之間保持加速場。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述電子發(fā)射體元件是選通的電子發(fā)射體元件。
43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述電子發(fā)射體元件由發(fā)射體元件的螺旋線圈形成。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，將從所述發(fā)射體元件發(fā)射的電子朝向所述第二管狀元件的內(nèi)表面加速，撞擊其上的所述靶元件，從而造成x射線輻射的發(fā)射。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，至少一部分發(fā)射的x射線輻射被定向為朝向所述第一管狀元件的內(nèi)部通道，并且進入所述第一管狀元件的內(nèi)部通道。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，至少一部分發(fā)射的x射線輻射穿過所述第二管狀元件以離開所述裝置。
47.根據(jù)權(quán)利要求40所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述第一管狀元件的外表面和所述第二管狀元件的內(nèi)表面限定一腔，其中密封所述腔，并且將其抽空至小于環(huán)境壓力。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，將所述腔抽空至小于10-5托。
49.根據(jù)權(quán)利要求40所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述第二管狀元件對x射線輻射基本上是不可穿透的。
50.一種靶材料的x射線處理方法，包括以下步驟在具有在其上具有電子發(fā)射體元件的外表面的容積管內(nèi)放置所述靶材料，所述容積管對于x射線基本上是可穿透的，所述容積管被x射線管的內(nèi)表面環(huán)繞，其中所述x射線管的內(nèi)表面包括靶層，所述靶層響應(yīng)于電子轟擊來發(fā)射x射線輻射；從所述電子發(fā)射體元件提取電子；以及朝向所述靶層加速提取的電子，從而所述加速的電子撞擊所述靶層，從所述靶層激發(fā)x射線輻射的釋放，在所述靶層的至少一部分，x射線輻射穿透所述容積管，并且撞擊放置在其中的所述靶材料。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的x射線處理方法，其中，還包括抽空所述容積管和所述x射線發(fā)射體管之間的空間，以便將所述空間中的壓力降低至環(huán)境壓力以下。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的x射線處理方法，其中，還包括將所述容積管和所述x射線發(fā)射體管之間的空間抽空至小于10-5托。
53.根據(jù)權(quán)利要求50所述的x射線處理方法，其中，所述容積管包括入口和出口，其中在所述容積管內(nèi)放置所述靶材料的步驟包括在所述入口引入所述材料，通過所述管移動所述材料，并且在所述出口去除所述材料。
54.一種處理靶材料的電子轟擊裝置，其包括容納所述靶材料的第一管狀元件；同心環(huán)繞所述第一管狀元件的第二管狀元件，以便在所述第一和第二管狀元件之間限定環(huán)形空間，其中所述第二管狀元件是電子發(fā)射材料；以及從所述第二管狀元件朝向所述第一管狀元件加速發(fā)射的電子的電壓施加裝置。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的電子轟擊裝置，其中，所述第二管狀元件是熱離子電子發(fā)射材料。
56.根據(jù)權(quán)利要求54所述的電子轟擊裝置，其中，所述第二管狀元件是場電子發(fā)射材料。
57.根據(jù)權(quán)利要求54所述的電子轟擊裝置，其中，還包括控制所述第二管狀元件的電子發(fā)射速率的選通電極。
58.一種處理靶材料的電子轟擊裝置，其包括電子發(fā)射體元件；環(huán)繞所述電子發(fā)射體元件的管狀元件；以及從所述電子發(fā)射體元件朝向所述管狀元件加速發(fā)射的電子的電壓施加裝置，以使得至少一部分電子穿過所述管狀元件并且離開所述裝置，撞擊所述靶材料。
59.一種x射線產(chǎn)生裝置，其包括電子發(fā)射體元件；以及以大致同心的關(guān)系環(huán)繞所述電子發(fā)射體元件的管狀元件，所述管狀元件具有面向所述電子發(fā)射體元件的內(nèi)表面，其中所述內(nèi)表面包括響應(yīng)于電子轟擊以發(fā)射x射線輻射的靶層，其中所述管狀元件對于x射線輻射基本上是可穿透的。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，還包括位于所述環(huán)繞所述電子發(fā)射體元件的管狀元件內(nèi)并且大致與其同心的內(nèi)部管狀元件，其中所述電子發(fā)射體元件位于所述內(nèi)部管狀元件和環(huán)繞所述電子發(fā)射體元件的管狀元件之間，其中所述內(nèi)部管狀元件的外表面包括響應(yīng)于電子轟擊來發(fā)射x射線輻射的第二靶層。
61.根據(jù)權(quán)利要求59所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，在所述電子發(fā)射體元件和所述靶層與所述第二靶層之間都保持加速場。
62.根據(jù)權(quán)利要求59所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，在所述電子發(fā)射體元件和所述靶層之間保持加速場。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述電子發(fā)射體元件是選通的電子發(fā)射體元件。
64.根據(jù)權(quán)利要求62所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述電子發(fā)射體元件由發(fā)射體材料的螺旋線圈形成。
65.根據(jù)權(quán)利要求62所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，從所述發(fā)射體元件發(fā)射的電子朝向所述靶層加速，并且撞擊所述靶層，由此造成x射線輻射的發(fā)射。
66.根據(jù)權(quán)利要求59所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，所述管狀元件限定位于所述電子發(fā)射體元件的腔，其中密封所述腔，并且抽空至小于環(huán)境壓力。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，將所述腔抽空至小于10-5托。
68.一種從便攜式殼體產(chǎn)生廣角x射線輻射的方法，其包括在所述殼體內(nèi)產(chǎn)生電子，所述殼體限定內(nèi)部空間，所述殼體還響應(yīng)于電子轟擊以產(chǎn)生x射線輻射；朝向所述殼體加速所述產(chǎn)生的電子；使至少一部分所述產(chǎn)生的電子撞擊所述殼體，從而產(chǎn)生x射線輻射；一部分產(chǎn)生的x射線輻射穿過所述殼體，并且從所述殼體反射一部分產(chǎn)生的x射線輻射；以及所述產(chǎn)生的x射線輻射的反射部分穿過所述內(nèi)部空間，然后至少一些所述產(chǎn)生的x射線輻射的反射部分穿過所述殼體。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其中，所述產(chǎn)生電子的步驟包括使用選通的電子發(fā)射體。
70.根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其中，所述產(chǎn)生電子的步驟包括使用熱離子電子發(fā)射體。
71.根據(jù)權(quán)利要求68所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，密封所述內(nèi)部空間，并且將其抽空至小于環(huán)境壓力。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的x射線產(chǎn)生裝置，其中，將所述內(nèi)部空間抽空至小于10-5托。
全文摘要
一種改進的x射線產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生特別適用于大致柱形或球形的處理裝置的收斂或發(fā)散的輻射圖案。在一個實施方式中，該系統(tǒng)包括位于封閉或凹形的內(nèi)壁周圍的封閉或凹形的外壁。電子發(fā)射體位于該外壁的內(nèi)側(cè)表面，而靶膜位于該內(nèi)壁的外側(cè)表面。該發(fā)射體處的提取電壓提取電子，通過加速電壓，該電子被朝向該內(nèi)壁加速?？蛇x地，電子發(fā)射可以通過熱離子裝置。電子與該靶膜的碰撞造成x射線發(fā)射，x射線中有相當(dāng)大一部分發(fā)射被定向為通過該內(nèi)壁而進入到內(nèi)壁限定的空間中。在一實施方式中，該發(fā)射體和靶膜的位置被顛倒，為收斂的圖案設(shè)立反射而不是透射模式，而為發(fā)散的圖案設(shè)立透射模式。
文檔編號H01J35/00GK1981360SQ200580022800
公開日2007年6月13日 申請日期2005年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月27日
發(fā)明者斯坦利·萊希亞克, 海因茲·巴斯塔, 布魯斯·茲維克 申請人:卡伯特微電子公司