[发明专利]热电子发射极和包括这种热电子发射极的X射线源

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过热发射来发射电子的热电子发射极和包括这种热 电子发射极的X射线源。

背景技术

对与X射线源相关的高端CT(计算机断层摄影)和CV(心血管)成 像的未来要求是更高功率/管电流、对管电流的更短响应时间(尤其是当期 望脉冲调制时)和与未来探测器系统要求相对应的更小焦斑。

可以通过使用复杂的电子光学理念给出以更小焦斑达到更高功率的一 个解决方案。但同样重要的是电子源本身和电子的发出条件。对用于X射 线管的热电子发射极，加热金属表面以达到1-2A的电子发射电流是必要 的。在管内的这些电子电流对于现有技术的医疗应用是必需的。对于如今 的高端X射线管，通常使用直接或间接加热的薄平发射极。

图1a和1b分别示出传统直接加热的具有矩形或圆形几何结构的薄平 发射极101、201的示例，构造出平的电子发射表面103、203以限定电路 径并获得所需的高电阻。将薄发射极膜在连接点105、205处固定至终端 107、207，可以将外部电压通过终端107、207施加至所构造的发射表面， 以便引导用于将发射表面加热至进行热电子发射的温度的加热电流。

如在图2中所看到的，可以将电子发射极101利用其终端107安装至 阴极杯111。对于直接加热的电子发射极，将绝缘体113设置在终端107 和阴极杯111之间以获得用于施加电流至电子发射极的电路。对于例如通 过电子轰击或者通过激光辐照进行加热的间接加热的发射极，这种绝缘体 不是必需的。

上阴极杯表面115相对于发射表面103的准确位置对于阴极杯的良好 定义的电子聚焦行为是必要的。然而，包括电子发射极和阴极杯的电子源 的温度可能影响发射表面103和阴极杯表面115之间的距离。在利用一系 列X射线脉冲的医学研究中，终端107、207和阴极杯111的温度可能不同 地改变。结果，可能发生不同的热机械膨胀并且导致发射表面103和上阴 极杯表面115之间的相对位置改变。

这在图3a、3b中示出。在第一脉冲期间，终端107和阴极杯111所处 于的温度导致如在图3a中所示的设置。发射表面103和阴极杯表面115之 间的不同位置引起电场117的等势线弯曲。该弯曲使从发射表面103发射 的电子束119聚焦。在一系列X射线脉冲的最后，可能建立不同的温度分 布。在图3b中，示出了在终端107处于较高温度并且因此具有较大膨胀的 情况下所得的最终位置。上发射表面103和阴极杯115之间的距离减小。 结果，电场弯曲得不如前面情况中那样强。因此，给出了整个电子源的不 同光学行为。阳极上的焦斑尺寸和形状可能改变，这可能引起例如空间分 辨率的光学质量的降低。

换言之，在进行若干系列X射线脉冲时，热状况可能改变。因此，发 射表面103和阴极杯表面115的位置可能改变，这可能引起不同的电势特 性和不同的光学状况。阳极上的电子束的焦斑可能改变，这可能导致X射 线照片的光学质量的降低。

在DE10135995A1中，提出了如在图4中所示的电子发射极设计，其 可以降低该负面影响。直接加热的热平发射极301具有圆形发射表面303， 其被细分成电流路径304，电流路径304被狭缝305所分离并且连接至终端 307。许多附加的片段309通过各自的窄连结板311连接至发射极的最外部 互连件，但是由于间隙313，各片段309彼此无连接。

如在图5a和5b中所看到的，在图4中示出的设计的结果可能是：终 端307的热膨胀使发射中的内部发射表面303移位，并同样使具有突出片 段309的较冷的外部发射部分移位。即，这两部分的上表面总在平面中。 因此，对于电子发射，该设计可以几何分离弯曲的电势线317的区域和电 子发射区域303。因此，弯曲的电势线的改变可以不再对X射线源的光学 性质有显著影响。

然而，实际使用已经揭示出DE10135995A1中描述的电子发射极设计 也可能具有与所发射的电子束的分布和均匀性相关的问题。

可能需要改进的热电子发射极和包括这种热电子发射极的X射线源， 以提供改进的电子发射特性，从而允许提高的电子发射均匀性和/或降低的 温度依赖性。

发明内容

这一需要可以由根据独立权利要求的主题满足。本发明的有利实施例 在从属权利要求中描述。