專利名稱：微焦x射線管的陰極元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微焦X射線管的陰極元件，包括由金屬絲形成的、可加熱的燈絲(Filament),該燈絲用于熱發(fā)射電子以便形成電子束。
背景技術(shù)：
在微焦X射線管中，為了實(shí)現(xiàn)在μ m范圍內(nèi)的焦斑尺寸而使用發(fā)夾式燈絲，其中金屬絲彎曲成尖頭電極來發(fā)射細(xì)的電子束。但是由于增加的高的射線管電流和與此相關(guān)的燈絲溫度使得發(fā)夾式燈絲只具有相對短的使用壽命，因此在有限的運(yùn)行小時(shí)以后必需有規(guī)律地更換陰極元件。由此引起巨大的附加的維護(hù)費(fèi)用和相應(yīng)的停機(jī)時(shí)間，這些尤其妨礙了微焦X射線管在工業(yè)生產(chǎn)中的使用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種具有延長的使用壽命的用于微焦X射線管的陰極元件。本發(fā)明借助獨(dú)立權(quán)利要求的裝置實(shí)現(xiàn)這一目的。由于按照本發(fā)明的燈絲在電子束的源范圍內(nèi)在垂直于電子束的兩個(gè)方向上的長形延伸可以顯著提高發(fā)射電子的有效面積，從而與發(fā)夾式燈絲的發(fā)射電子的絲尖基本尖狀延伸相比，明顯更低的燈絲溫度足夠用于發(fā)射相同的電子流。燈絲的長形延伸意味著，長度顯著地、尤其至少50%大于金屬絲的粗度，優(yōu)選地至少兩倍大，更加優(yōu)選至少三倍大。較低的燈絲溫度導(dǎo)致明顯延長燈絲的使用壽命并由此延長陰極元件的使用壽命。通過本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)倍地、直到一個(gè)數(shù)量級并更多地延長的燈絲使用壽命。已經(jīng)特別驚奇地證實(shí)，盡管擴(kuò)大發(fā)射電子的面積，仍然可以實(shí)現(xiàn)小于10 μ m、優(yōu)選地7 μ m和更小的焦點(diǎn)尺寸。因此基于本發(fā)明能夠在工業(yè)生產(chǎn)中使用高分辨率的微焦X射線檢驗(yàn)裝置。所述燈絲在電子束的源范圍中優(yōu)選地具有多個(gè)并排設(shè)置的絲段。通過這種方式使本發(fā)明以簡單的方式由單一的燈絲實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)能特別簡單完成的并因此優(yōu)選的實(shí)施方式中燈絲段由多個(gè)燈絲圈形成，從而使得發(fā)射電子的燈絲范圍具有螺旋絲的形狀。所述燈絲段優(yōu)選地相互間隔地設(shè)置。由此燈絲側(cè)面、即燈絲段之間的側(cè)面的燈絲面積可以進(jìn)一步有助于電子發(fā)射的表面，由此可以放大本發(fā)明的效果。所述燈絲段的數(shù)量優(yōu)選地為至少三個(gè)，用于實(shí)現(xiàn)明顯增加的發(fā)射電子的表面。發(fā)射電子的燈絲段數(shù)量優(yōu)選最多為10個(gè)、進(jìn)一步優(yōu)選最多為6個(gè)，以實(shí)現(xiàn)最大10 μ m的微焦、即電子束焦斑。奇數(shù)燈絲段是有利的，因?yàn)檎锰幱谥行牡臒艚z段使電子束的射線輪廓變得更有利。特別優(yōu)選三個(gè)、五個(gè)或七個(gè)燈絲段。所述陰極元件優(yōu)選地設(shè)計(jì)成可更換的元件，其用于安裝在微焦X射線管的更換座中。在這種情況下根據(jù)應(yīng)用可以使按照本發(fā)明的陰極元件或者具有發(fā)夾式燈絲的常規(guī)陰極元件安裝在按照本發(fā)明的微焦X射線管的更換座里面。按照本發(fā)明的微焦X射線管優(yōu)選地包括聚光透鏡，其用于在使用按照本發(fā)明的陰極元件的情況下使得電子束接近平行地取向。這能夠?qū)崿F(xiàn)，尤其在使用下游的常規(guī)聚焦透鏡的情況下，與所使用的陰極元件類型無關(guān)地得到特有的射線管額定參數(shù)。在使用具有發(fā)夾式燈絲的陰極元件情況下，聚光透鏡以適宜的方式斷開。無需使聚光透鏡匹配于按照本發(fā)明的陰極元件。


下面借助有利的實(shí)施例參照附圖詳細(xì)地解釋本發(fā)明。附圖示出圖I示出微計(jì)算機(jī)X射線攝影系統(tǒng)的示意面，圖2示出微焦X射線管的示意橫截面圖，其中插入了按照圖3、4的陰極元件，圖3示出按照本發(fā)明實(shí)施例的燈絲立體圖，圖4示出了迎著電子束方向的陰極單元，其具有在圖3中所示的燈絲， 圖5，6示出了迎著電子束方向的陰極單元，其具有另一實(shí)施例的燈絲，圖7示出微焦X射線管的示意橫截面圖，其插入有具有發(fā)夾式燈絲的陰極元件。
具體實(shí)施例方式在圖I中所示的微計(jì)算機(jī)X射線攝影系統(tǒng)包括X射線系統(tǒng)10，X射線系統(tǒng)10布置成用于拍攝試樣13的X射線投射組。為此，X射線系統(tǒng)10包括微焦X射線管11，從X射線管11的焦點(diǎn)16發(fā)射X射線輻射14，X射線系統(tǒng)10還包括形成圖形的X射線檢測器12和試樣固定器20，試樣固定器20優(yōu)選地布置成用于使試樣13圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。X射線檢測器12優(yōu)選地是面檢測器、尤其是平板檢測器，但是也可以是線檢測器。例如通過試樣固定器20以分別確定的小的角間距逐步地旋轉(zhuǎn)和通過在每個(gè)旋轉(zhuǎn)角拍攝X射線投影得到試樣13的X射線投影組。X射線系統(tǒng)10不局限于試樣固定器20圍繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)。作為選擇例如可以使X射線管11和X射線檢測器12圍繞靜止的試樣13旋轉(zhuǎn)。X射線投影由X射線檢測器12讀出并且傳遞到計(jì)算機(jī)裝置41，在那里由所拍攝的X射線發(fā)射組利用原理上公知的重建算法計(jì)算試樣13的重建的三維體積數(shù)據(jù)并且例如在顯示屏42上顯示。如圖I所示，計(jì)算機(jī)裝置41同樣可以布置用于控制X射線源11、試樣固定器20和射線檢測器12，作為選擇可以選擇設(shè)有獨(dú)立的控制裝置。微焦射線管11尤其包括陰極元件15、文納爾柱形電極21、陽極19、優(yōu)選地作為電磁透鏡實(shí)施的聚焦透鏡22和電子束祀23。此外可以設(shè)有另一電磁透鏡25,它優(yōu)選地布置成聚光透鏡，用于接近平行地調(diào)直電子束24 ;但是，不是一定需要聚光透鏡25。聚焦射線管11還適宜地包括未示出的用于調(diào)整射線位置的偏轉(zhuǎn)單元。陰極元件15包括燈絲17，燈絲17由適合的金屬絲27、尤其鎢絲制成并且裝配在絕緣的、例如由陶瓷制成的座34上。燈絲的金屬絲27優(yōu)選地具有100 μ m至300 μ m的強(qiáng)度，例如約200 μ m。在燈絲17的端部上施加加熱電壓，用于由燈絲金屬絲27熱發(fā)射電子。在燈絲17與陽極19之間施加通過未示出的高壓發(fā)生器產(chǎn)生的加速電壓，用于使從金屬絲提取的電子向著陽極19加速并且產(chǎn)生電子束24。最高加速電壓優(yōu)選地至少為IOOkV,優(yōu)選地至少200kV。所產(chǎn)生的電子束利用聚焦透鏡22聚焦到靶23上，由此產(chǎn)生x射線14。靶23優(yōu)選地以反射結(jié)構(gòu)設(shè)置(直接電子束靶)。塊狀的靶23可以接收較高的功率，從而使射線管11有利地布置用于產(chǎn)生至少ImA的最大射線管電流和/或至少IOOW的最大射線管功率。因此射線管11適合于檢驗(yàn)相對厚的試樣，例如鑄件。本發(fā)明不局限于直接電子束靶。按照本發(fā)明的燈絲17尤其也可以在具有透射靶的射線管11里面使用。鑒于此，最大射線管電流優(yōu)選地至少為O. 5mA和/或最大射線管功率至少為50W。為了在X射線圖形中實(shí)現(xiàn)在微計(jì)算機(jī)照相中所期望的明顯小于10 μ m的細(xì)節(jié)識別性，需要使在靶23上的電子束焦點(diǎn)16的尺寸在10 μ m以下。為此使電子束24首先利用相對于燈絲17位于適合的負(fù)電位上的文納爾柱形電極或柵極21聚焦，從而產(chǎn)生清晰的轉(zhuǎn)向點(diǎn)26。因此陰極17、文納爾柱形電極21和陽極19形成三極管。在陽極19后面，電子束還通過聚焦透鏡22聚焦在靶的焦點(diǎn)16上。射線管11的電子光路一般布置成用于產(chǎn)生具有最大10 μ m的平均直徑的焦點(diǎn)16，這里射線管由文納爾柱形電極21、聚焦透鏡22和必要時(shí)的聚光透鏡25組成。
在按照圖3和4的優(yōu)選實(shí)施例中，燈絲17的發(fā)射電子的部位28由多個(gè)優(yōu)選地基本相互平行設(shè)置的圈29形成。在這個(gè)實(shí)施例中燈絲17是簡單卷繞的燈絲圈。這里優(yōu)選涉及至少三個(gè)圈29。在圖3和4的實(shí)施例中示出可能是最優(yōu)選的三個(gè)圈29。此外優(yōu)選涉及最多十個(gè)圈29，更優(yōu)選最多七個(gè)圈29，用于根據(jù)期望的X射線圖形中的細(xì)節(jié)識別性來限制發(fā)射電子范圍的延展。由多個(gè)燈絲段30形成朝向靶23的燈絲表面，它形成電子束24的主源，如在圖4中優(yōu)選地所示。燈絲段30優(yōu)選地基本平行地取向并因此形成朝向靶23的燈絲17表面的總體上扁平地延伸，其具有垂直于電子束的第一長形延伸11和垂直于電子束且垂直于延伸11的第二長形延伸12(見圖4)。長形延伸意味著，11和12明顯大于燈絲的粗度d，尤其至少大50%，優(yōu)選至少大兩倍，更優(yōu)選至少大三倍，在本實(shí)施例中約為四倍。與長度約為d2的“點(diǎn)狀”的發(fā)夾式燈絲的尖端表面相比，得到以直到三倍或更大的系數(shù)加大的發(fā)射電子的燈絲17表面。由此為了產(chǎn)生相同的射線管電流可以明顯降低燈絲17的加熱溫度，并由此以直到10且更大的系數(shù)提高其使用壽命。延伸11和12優(yōu)選地大小基本相同，即相互間的差別不大于兩個(gè)延伸中較大者的50%。燈絲17優(yōu)選地沒有尖端或折彎點(diǎn)，并具有燈絲直徑d范圍內(nèi)的彎曲半徑。圈29和相關(guān)的發(fā)射電子的燈絲段30優(yōu)選地相互間隔地設(shè)置，如圖4看到的那樣。間隔優(yōu)選地小于或等于燈絲27的粗度d，并且優(yōu)選地位于O. Id至d的范圍，在所示情況下例如為O. 5d或約100 μ m。燈絲段30的間隔布置的優(yōu)點(diǎn)是，燈絲段30的側(cè)面或側(cè)面表面附加地用于發(fā)射電子的、形成電子束源的表面。由此可以無需更多費(fèi)用地進(jìn)一步提高有效發(fā)射電子的面積。燈絲段30也可以以其它方式利用燈絲圈29形成。在未示出的實(shí)施方式中，每個(gè)燈絲段30例如可以由獨(dú)立的簡單的燈絲形成。在圖5中所示的實(shí)施方式中，例如由蛇形燈絲形成例如五個(gè)燈絲段30。按照圖6的實(shí)施方式表明，沒有直線的燈絲段30也可以實(shí)現(xiàn)朝向靶23的燈絲27表面的總體平坦的延伸。射線管11以敞開的結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成，即，射線管11具有用于通風(fēng)的裝置并且可以在通風(fēng)狀態(tài)敞開，從而取出陰極元件15并安裝新的陰極元件15，尤其當(dāng)燈絲已經(jīng)達(dá)到或超過給定的運(yùn)行時(shí)間的時(shí)候。為此，射線管11的外殼34由兩個(gè)外殼半體35、36組成,它們在一個(gè)法蘭37上是相互可分開的。作為可更換的元件實(shí)施的陰極元件15優(yōu)選地包括文納爾柱形電極21，由此生產(chǎn)者就可以將燈絲17相對于用于電子束24的端面開孔31進(jìn)行定心，而無需由射線管11的操作者完成。在裝入新的陰極元件15以后，通過連接兩個(gè)外殼半體35、36真空密封地封閉射線管11，并且利用永久地裝配在射線管11上的真空泵33抽真空到操
作真空。在優(yōu)選的實(shí)施例中，尤其當(dāng)期望更高的射線圖形細(xì)節(jié)識別性的時(shí)候，射線管11適于可選地與發(fā)夾式燈絲17 —起使用。為此，僅在座32里面安裝一個(gè)具有發(fā)夾式燈絲的陰極元件15 ;在圖7中示出在這種高分辨率的運(yùn)行狀態(tài)中的射線管11。除了更換陰極元件15，或者未示出的高壓發(fā)生器，不必在結(jié)構(gòu)上對射線管11進(jìn)行其他改變。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，所使用的具有基本扁平延伸的燈絲17的主要參數(shù)，如燈絲長度和直徑、尺寸如圈直徑以及間隔，需要被最優(yōu)化地選擇。在具有發(fā)夾式燈絲的射線管11運(yùn)行時(shí)，聚光透鏡25優(yōu)選地關(guān)閉。因此射線管11以常見的方式利用聚焦透鏡22運(yùn)行。優(yōu)選地，通過插入具有發(fā)夾式燈絲的陰極元件自動(dòng)地關(guān)閉聚光透鏡25。
在圖I中所示的實(shí)施方式涉及微計(jì)算機(jī)攝影系統(tǒng)10。但是射線管11同樣適用于兩維的沒有CT重建的放射性檢驗(yàn)設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種用于微焦X射線管的陰極元件(15)，所述陰極元件(15)包括由金屬絲(27)形成的、可加熱的燈絲(17)，所述燈絲(17)用于熱發(fā)射電子以形成電子束(24)，其特征在于，所述燈絲(17)在電子束的源范圍(28)內(nèi)在垂直于電子束(24)的兩個(gè)方向上分別具有長形的延伸(11，12)。
2.如權(quán)利要求I所述的陰極元件，其中，所述燈絲(17)在電子束(24)的源范圍(28)內(nèi)具有多個(gè)并排設(shè)置的燈絲段(30 )。
3.如權(quán)利要求2所述的陰極元件，其中所述燈絲段(30)相互間隔地設(shè)置。
4.如權(quán)利要求2或3所述的陰極元件，其中所述燈絲段(30)的數(shù)量為至少三個(gè)。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的陰極元件，其中所述燈絲段(30)由燈絲(27)的多個(gè)燈絲圈(29)形成。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的陰極元件，其中所述陰極元件(15)設(shè)計(jì)成可更換的元件，以便安裝在微焦X射線管(11)的更換座(32)中。
7.一種微焦X射線管(11)，包括如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的陰極元件(15)和靶(23)，以便借助于碰撞到靶(23)上的電子束(24)來產(chǎn)生X射線(14)。
8.如權(quán)利要求7所述的微焦X射線管，其中，所述電子束(24)在靶(23)上的焦斑(16)具有最大10 μ m的平均直徑。
9.如權(quán)利要求7或8所述的微焦X射線管，其中，所述X射線管可通風(fēng)、打開并真空密封地封閉，以更換陰極單元。
10.如權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的微焦X射線管，包括用于將X射線管抽真空的真空泵(33)。
11.如權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的微焦X射線管，包括聚光透鏡(25)，所述聚光透鏡(25 )布置成使得電子束(24 )接近平行地取向。
12.如權(quán)利要求11所述的微焦X射線管，其中，如果具有發(fā)夾式燈絲的陰極元件(15)被安裝在微焦X射線管(11)中，所述聚光透鏡(25 )可以被關(guān)閉。
13.如權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)所述的微焦X射線管，其中最大射線管電流為至少ImA0
14.如權(quán)利要求7至13中任一項(xiàng)所述的微焦X射線管，其中最大射線管功率為至少IOOff0
15.一種利用微焦X射線檢驗(yàn)試樣的方法，包括利用微焦X射線管(11)產(chǎn)生X射線，所述微焦X射線管(11)包括由金屬絲(27)形成的、可加熱的燈絲(17)，所述燈絲(17)用于熱發(fā)射電子以形成電子束(24)，其特征在于，所述燈絲(17)在電子束的源范圍(28)內(nèi)在垂直于電子束(24)的兩個(gè)方向上分別具有長形的延伸(11，12)。
全文摘要
一個(gè)用于微焦x射線管的陰極元件，包括由金屬絲形成的、可加熱的用于熱發(fā)射電子以形成電子束的燈絲。所述燈絲在電子束的源范圍內(nèi)在垂直于電子束的兩個(gè)方向上分別具有長形延伸(l1,l2)。
文檔編號H01J1/18GK102884606SQ201080065686
公開日2013年1月16日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者E·諾伊澤, A·施密特, W·施佩納 申請人:Ge傳感與檢測技術(shù)有限公司