用于高通量X射线源的梯度真空制造技术

一种用于生成X射线束（102）的X射线管（100），X射线管（100）包括：可旋转安装的阳极（104），所述可旋转安装的阳极布置和配置成当暴露于电子束（106）时生成X射线；在阳极（104）内的中空空间（108）；冷却单元（110），所述冷却单元配置成用于通过中空空间（108）内的流体循环冷却阳极（104）；以及真空泵装置（114、136、150），所述真空泵装置配置成用于生成在中空空间（108）内的第一真空（116）和在围绕阳极（104）的空间（112）中的第二真空（118），其中与第二真空（118）相关的压力值低于与第一真空（116）相关的压力值；其中真空泵装置（114、136、150）包括泵（114），所述泵布置成用于形成在第一真空（116）和第二真空（118）之间的连续压力梯度。

【技术实现步骤摘要】
用于高通量X射线源的梯度真空
本专利技术涉及X射线管、X射线源和操作X射线管的方法。
技术介绍
X射线管是产生X射线的真空管。X射线是具有比紫外光短的波长的电磁波谱。X射线管在许多领域中使用，例如X射线结晶照相术、医疗设备、机场行李扫描仪和用于工业检查。X射线管包括将电子发射到真空中的阴极和收集电子的阳极，因此建立电子束。高压电源连接阴极和阳极以加速电子。来自阴极的电子与阳极材料碰撞使得生成的能量的一部分作为X射线发射。X射线束然后可以通过经过X射线光学器件并且随后经过准直器成形。能量的剩余部分导致阳极被加热。热典型地通过辐射和传导冷却从阳极去除并且可能涉及在阳极后面或内部流动的冷却水的使用。在旋转阳极管中，阳极例如可以由来自真空管外部的一系列定子绕组的电磁感应旋转。旋转阳极的目的是导致电子束在沿着圆形轨道的范围内而不是在固定位置碰撞阳极，这因此分散热并且允许使用更大的电子束功率，因此生成X射线的更高功率。然而，阳极需要复杂的冷却以获得高X射线通量。此外，阳极的旋转需要高度复杂的轴承和密封件以保持真空。US8, 121，258公开了一种以大于4keV的能量输送X射线束的设备，该设备包括X射线源，所述X射线源包括适合于在阳极的靶区上生成连续电子束以用于由阳极进行X射线发射的电子枪，其中所述阳极形成在100到250毫米之间的直径的旋转体，并且固定地连接到电机轴使得它由旋转系统驱动旋转，并且电子枪和阳极布置在真空室中，所述室包括将由阳极发射的X射线束传输到室的外部的出射窗口，包括X射线光学器件的调节装置，所述X射线光学器件适合于用二维光学效应调节X射线束，其中电子枪设计成发射小于400瓦的功率的电子束，并且包括以由小尺度和大尺度限定的大致长形将所述电子束聚焦到靶区上的装置，其中小尺度包括在10到30微米之间并且大尺度比小尺度大3到20倍，旋转阳极包括发射冷却系统以通过辐射疏散由电子束传输到阳极的能量的一部分，旋转系统包括具有磁轴承的电机，所述磁轴承设计成以大于20，OOOrpm的速度旋转阳极进行旋转，并且出射窗口布置成传输由阳极发射的X射线束使得朝着调节装置发射的X射线束由大致对应于靶区的形状的小尺度的尺度的大致点状焦斑限定。常规地，提供旋转阳极X射线管的不同部件之间的适当密封是麻烦的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种旋转阳极类型的X射线管，其具有紧凑设计并且不受到麻烦的密封。该目的由独立权利要求实现。另外的实施例由从属权利要求体现。根据本专利技术的示例性实施例，提供一种用于生成X射线束的X射线管，所述X射线管包括:可旋转安装的阳极(特别是旋转阳极)，所述可旋转安装的阳极布置和配置成当暴露于电子束(其可以通过从电子发射器发射电子并且通过经由在发射器和阳极之间施加高电压加速发射电子而生成)时生成X射线；在所述阳极内的中空空间(例如凹陷);冷却单元，所述冷却单元配置成用于通过所述中空空间内的流体循环冷却所述阳极(其由电子束加热);以及真空泵装置(即，一个或多个互连的真空泵)，所述真空泵装置配置成用于生成在所述中空空间内的第一真空(例如第一负压力，即，低于大气压)和在围绕所述阳极的空间中的第二真空(例如第二负压力)，其中与所述第二真空相关的压力值低于与所述第一真空相关的压力值，其中所述真空泵装置包括泵(其可以表示为梯度泵)，所述泵布置成用于形成在所述第一真空和所述第二真空之间的连续压力梯度(特别是沿着无密封流动路径)。根据另一示例性实施例，提供一种X射线源，所述X射线源包括:具有上述特征的X射线管；χ射线光学器件(其可以包括一个或多个反射镜)，用于收集和聚焦在所述X射线管中生成的X射线；以及可选的X射线束调节器(例如准直器)，用于在由所述X射线光学器件收集和聚焦X射线之后调节X射线。根据又一示例性实施例，一种操作用于生成X射线束的X射线管的方法，其中所述方法包括:将旋转阳极暴露于电子束以由此生成X射线；通过所述旋转阳极内的中空空间内的流体循环冷却所述阳极；以及操作泵(其可以表示为梯度泵，例如分子牵引真空泵)以形成在由另一个泵(例如类似于隔膜泵的低真空泵)提供(或生成)的第一真空和第二真空之间的连续压力梯度使得所述第一真空存在于所述中空空间内并且所述第二真空由所述梯度泵(使用或基于所述第一真空)在围绕所述阳极的空间中生成，其中与所述第二真空相关的压力值低于与所述第一真空相关的压力值。在本申请的上下文中，术语“第一真空和第二真空之间的连续压力梯度”可以特别地表示沿着泵送介质(例如气体)被梯度泵泵送的流动路径的压力分布是连续的并且不具有突变或不连续压力阶越(step)或中断。这可以通过使用真空泵得到保证，所述真空泵支持第一真空和第二真空之间的压力梯度，而不用实现流动路径中的密封。例如，可以使用具有转子的真空泵，所述转子附连到阳极以旋转阳极。根据本专利技术的示例性实施例，提供一种X射线管，该X射线管具有保持在第一(较低)真空和第二 (较高)真空之间操作的泵室内的连续压力梯度的真空泵(例如分子牵引真空泵)。较低真空可以在旋转阳极的中空空间内生成，使得冷却流体仍然可以传导通过旋转阳极的中空空间而没有冷却流体蒸发的危险。没有必要提供沿其真空路径(和因此在阳极的中空空间和围绕阳极的空间之间)的任何密封，梯度泵在其较高真空端部提供在旋转阳极的直接周围中的较高第二真空。考虑到在第一真空和第二真空之间操作的梯度泵的性能可以省略麻烦的密封。具有转子和定子的这样的梯度泵可以具有与旋转阳极整体形成的转子，由此获得紧凑构造。通过公开的设计能够由冷却单元高效地冷却旋转阳极，所述冷却单元部分地整合在旋转阳极中，并且同时生成在其外部的适当真空。第一真空和第二真空之间的严格分离由于其由梯度泵生成而可有可无，使得可以省略密封。考虑到高效冷却的旋转阳极和在其周围中的适当真空，简单构造可以与X射线束的高通量组合。所以，通过实现X射线管的室内的梯度泵，例如分子牵引真空泵，可以省略密封。因此，获得基本上无需保养的X射线管。在第一真空和第二真空之间不发生压力的不连续或阶梯式变化。与此相比，压力梯度从第一真空连续地传递到第二真空。接着，将解释X射线管的另外示例性实施例。然而，这些实施例也适用于X射线源和操作X射线管的方法。在实施例中，泵是布置成用于在第一真空和第二真空之间操作的分子牵引真空泵。在本申请的上下文中，术语“分子牵引真空泵”可以特别地表示具有在转子和定子之间的空白空间或体积的真空泵，其中对着定子旋转转子将排出待泵送的介质(例如气体)，所述介质沿着转子和定子之间的路径(例如螺旋形路径)传播。因此，这样的分子牵引真空泵在较高压力(或开始压力)和较低压力(或最后压力)之间工作，然而所述较高压力是(例如20mbar或以下的)负压力。沿着分子牵引真空泵的工作路径，压力值可以逐渐减小使得可以有沿着路径的梯度真空。在本申请的上下文中，术语“在第一真空和第二真空之间操作分子牵引真空泵”可以特别地表示分子牵引真空泵使用开始真空(其可以由另一个泵提供)，并且然后生成较好或较低真空。因此，技术人员将清楚地理解分子牵引泵不产生第一真空。第一真空初始由作为能够使分子牵引泵开始泵送的初始泵送帮助的低真空泵产生。低真空泵因此保持第一真空并且分子牵引泵产生在第一真空的顶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成X射线束（102）的X射线管（100），所述X射线管（100）包括：可旋转安装的阳极（104），所述可旋转安装的阳极布置和配置成当暴露于电子束（106）时生成X射线；在所述阳极（104）内的中空空间（108）；冷却单元（110），所述冷却单元配置成用于通过所述中空空间（108）内的流体循环冷却所述阳极（104）；真空泵装置（114、136、150），所述真空泵装置配置成用于生成在所述中空空间（108）内的第一真空（116）和在围绕所述阳极（104）的空间（112）中的第二真空（118），其中与所述第二真空（118）相关的压力值低于与所述第一真空（116）相关的压力值；其中所述真空泵装置（114、136、150）包括泵（114），所述泵布置成用于形成在所述第一真空（116）和所述第二真空（118）之间的连续压力梯度。

【技术特征摘要】
2012.07.26 EP 12178137.11.一种用于生成X射线束(102)的X射线管(100)，所述X射线管(100)包括: 可旋转安装的阳极(104)，所述可旋转安装的阳极布置和配置成当暴露于电子束(106)时生成X射线； 在所述阳极(104)内的中空空间(108)； 冷却单元(110)，所述冷却单元配置成用于通过所述中空空间(108)内的流体循环冷却所述阳极(104); 真空泵装置(114、136、150)，所述真空泵装置配置成用于生成在所述中空空间(108)内的第一真空(116)和在围绕所述阳极(104)的空间(112)中的第二真空(118)，其中与所述第二真空(118)相关的压力值低于与所述第一真空(116)相关的压力值； 其中所述真空泵装置(114、136、150)包括泵(114)，所述泵布置成用于形成在所述第一真空(116)和所述第二真空(118 )之间的连续压力梯度。2.根据权利要求1所述的X射线管(100)，其中所述泵是布置成用于在所述第一真空(116)和所述第二真空(118)之间操作的分子牵引真空泵(114)。3.根据权利要求1或2所述的X射线管(100)，其中所述可旋转安装的阳极(104)固定地联接到所述泵(114)的转子(120)，从而可与所述转子(120) —起旋转。4.根据权利要求1至3中任一项所述的X射线管(100)，其中所述冷却单元(110)包括配置成用于泵送冷却流体(126)通过所述中空空间(108)的冷却流体泵(122)。5.根据权利要求4所述的X射线管(100)，其包括以下特征中的至少一个: 所述冷却流体泵(122)包括由油泵和液态金属泵组成的群组中的一种； 所述冷却单元(110)包括延伸到所述中空空间(108)中的毛细管(124)，使得所述冷却流体(126)通过所述毛细管(124)经由所述毛细管(124)的敞开端部泵送到所述中空空间(108)中，并且经由所述毛细管(124)的外表面和所述泵(114)的转子(120)之间的间隙(128)从所述中空空间(108)返回； 所述冷却单元(110)包括延伸到所述中空空间(108)中的毛细管(124)，使得所述冷却流体(126)通过所述毛细管(124)经由所述毛细管(124)的敞开端部泵送到所述中空空间(108)中，并且经由所述毛细管(124)的外表面和所述泵(114)的转子(120)之间的间隙(128)从所述中空空间(108)返回，其中所述X射线管(100)包括可旋转安装的冷却流体分配器(202)，所述可旋转安装的冷却流体分配器布置在所述毛细管(124)的敞开端部和所述阳极(104)之间，并且配置成用于通过离心力和通过由所述冷却流体泵(122)施加的压力分配所述间隙(128)内的冷却流体(126)； 所述冷却单元(110)包括延伸到所述中空空间(108)中的毛细管(124)使得所述冷却流体(126)通过所述毛细管(124)经由所述毛细管(124)的敞开端部泵送到所述中空空间(108)中，并且经由所述毛细管(124)的外表面和所述泵(114)的转子(120)之间的间隙(128)从所述中空空间(108)返回，其中所述毛细管(124)固定地安装从而保持固定，特别是当所述阳极(104)、所述转子(120)和所述冷却流体分配器(202)旋转时； 所述冷却单元(110)包括配置成用于从所述循环冷却流体(126)去除热的热交换器(130)，特别是水热交换器。6.根据权利要求2至5中任一项所述的X射线管(100)，其中所述分子牵引真空泵(114)包括可旋转安装的转子(120)和固定安装的定子(132)，在它们之间封闭无密封流动路径以排出围绕所述阳极(104)的空间(112)中的气体分子，由此生成第二真空(118)。7.根据权利要求6所述的X射线管(100)，其包括以下特征中的至少一个: 所述X射线管(100)包括布置在所述转子(120)和所述阳极(104)之间的流动减小结构(134)，特别地形成所述流动路径中的局部缩窄颈部，以用于减小围绕所述阳极(104)的空间(112 )与定子(132 )和转子(120 )之间的空间(155 )之间的压力交换； 所述X射线管(100)包括布置在所述转子(120)和所述阳极(104)之间的流动减小结构(134)，特别地形成所述流动路径中的局部缩窄颈部，以用于减小围绕所述阳极(104)的空间(112)与定子(132)和转子(120)之间的空间(155)之间的压力交换，其中所述分子牵引真空泵(114)配置成通过所述流动减小结构(134)也排出围绕所述可旋转阳极(112)的气体分子； 所述X射线管(100)包括布置在所述转子(120)和所述阳极(104)之间的流动减小结构(134)，特别地形成所述流动路径中的局部缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：K达米安，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：