[发明专利]用于高通量X射线源的梯度真空

说明书

技术领域

本发明涉及X射线管、X射线源和操作X射线管的方法。

背景技术

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20,000rpm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。

发明内容

本发明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。

根据本发明的示例性实施例，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；X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。