用于高通量X射線源的梯度真空制造技術

一種用于生成X射線束（102）的X射線管（100），X射線管（100）包括：可旋轉安裝的陽極（104），所述可旋轉安裝的陽極布置和配置成當暴露于電子束（106）時生成X射線；在陽極（104）內的中空空間（108）；冷卻單元（110），所述冷卻單元配置成用于通過中空空間（108）內的流體循環冷卻陽極（104）；以及真空泵裝置（114、136、150），所述真空泵裝置配置成用于生成在中空空間（108）內的第一真空（116）和在圍繞陽極（104）的空間（112）中的第二真空（118），其中與第二真空（118）相關的壓力值低于與第一真空（116）相關的壓力值；其中真空泵裝置（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）之間的連續壓力梯度。

【技術實現步驟摘要】
用于高通量X射線源的梯度真空
本專利技術涉及X射線管、X射線源和操作X射線管的方法。
技術介紹
X射線管是產生X射線的真空管。X射線是具有比紫外光短的波長的電磁波譜。X射線管在許多領域中使用，例如X射線結晶照相術、醫療設備、機場行李掃描儀和用于工業檢查。X射線管包括將電子發射到真空中的陰極和收集電子的陽極，因此建立電子束。高壓電源連接陰極和陽極以加速電子。來自陰極的電子與陽極材料碰撞使得生成的能量的一部分作為X射線發射。X射線束然后可以通過經過X射線光學器件并且隨后經過準直器成形。能量的剩余部分導致陽極被加熱。熱典型地通過輻射和傳導冷卻從陽極去除并且可能涉及在陽極后面或內部流動的冷卻水的使用。在旋轉陽極管中，陽極例如可以由來自真空管外部的一系列定子繞組的電磁感應旋轉。旋轉陽極的目的是導致電子束在沿著圓形軌道的范圍內而不是在固定位置碰撞陽極，這因此分散熱并且允許使用更大的電子束功率，因此生成X射線的更高功率。然而，陽極需要復雜的冷卻以獲得高X射線通量。此外，陽極的旋轉需要高度復雜的軸承和密封件以保持真空。US8, 121，258公開了一種以大于4keV的能量輸送X射線束的設備，該設備包括X射線源，所述X射線源包括適合于在陽極的靶區上生成連續電子束以用于由陽極進行X射線發射的電子槍，其中所述陽極形成在100到250毫米之間的直徑的旋轉體，并且固定地連接到電機軸使得它由旋轉系統驅動旋轉，并且電子槍和陽極布置在真空室中，所述室包括將由陽極發射的X射線束傳輸到室的外部的出射窗口，包括X射線光學器件的調節裝置，所述X射線光學器件適合于用二維光學效應調節X射線束，其中電子槍設計成發射小于400瓦的功率的電子束，并且包括以由小尺度和大尺度限定的大致長形將所述電子束聚焦到靶區上的裝置，其中小尺度包括在10到30微米之間并且大尺度比小尺度大3到20倍，旋轉陽極包括發射冷卻系統以通過輻射疏散由電子束傳輸到陽極的能量的一部分，旋轉系統包括具有磁軸承的電機，所述磁軸承設計成以大于20，OOOrpm的速度旋轉陽極進行旋轉，并且出射窗口布置成傳輸由陽極發射的X射線束使得朝著調節裝置發射的X射線束由大致對應于靶區的形狀的小尺度的尺度的大致點狀焦斑限定。常規地，提供旋轉陽極X射線管的不同部件之間的適當密封是麻煩的。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種旋轉陽極類型的X射線管，其具有緊湊設計并且不受到麻煩的密封。該目的由獨立權利要求實現。另外的實施例由從屬權利要求體現。根據本專利技術的示例性實施例，提供一種用于生成X射線束的X射線管，所述X射線管包括:可旋轉安裝的陽極(特別是旋轉陽極)，所述可旋轉安裝的陽極布置和配置成當暴露于電子束(其可以通過從電子發射器發射電子并且通過經由在發射器和陽極之間施加高電壓加速發射電子而生成)時生成X射線；在所述陽極內的中空空間(例如凹陷);冷卻單元，所述冷卻單元配置成用于通過所述中空空間內的流體循環冷卻所述陽極(其由電子束加熱);以及真空泵裝置(即，一個或多個互連的真空泵)，所述真空泵裝置配置成用于生成在所述中空空間內的第一真空(例如第一負壓力，即，低于大氣壓)和在圍繞所述陽極的空間中的第二真空(例如第二負壓力)，其中與所述第二真空相關的壓力值低于與所述第一真空相關的壓力值，其中所述真空泵裝置包括泵(其可以表示為梯度泵)，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間的連續壓力梯度(特別是沿著無密封流動路徑)。根據另一示例性實施例，提供一種X射線源，所述X射線源包括:具有上述特征的X射線管；χ射線光學器件(其可以包括一個或多個反射鏡)，用于收集和聚焦在所述X射線管中生成的X射線；以及可選的X射線束調節器(例如準直器)，用于在由所述X射線光學器件收集和聚焦X射線之后調節X射線。根據又一示例性實施例，一種操作用于生成X射線束的X射線管的方法，其中所述方法包括:將旋轉陽極暴露于電子束以由此生成X射線；通過所述旋轉陽極內的中空空間內的流體循環冷卻所述陽極；以及操作泵(其可以表示為梯度泵，例如分子牽引真空泵)以形成在由另一個泵(例如類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間的連續壓力梯度使得所述第一真空存在于所述中空空間內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)在圍繞所述陽極的空間中生成，其中與所述第二真空相關的壓力值低于與所述第一真空相關的壓力值。在本申請的上下文中，術語“第一真空和第二真空之間的連續壓力梯度”可以特別地表示沿著泵送介質(例如氣體)被梯度泵泵送的流動路徑的壓力分布是連續的并且不具有突變或不連續壓力階越(step)或中斷。這可以通過使用真空泵得到保證，所述真空泵支持第一真空和第二真空之間的壓力梯度，而不用實現流動路徑中的密封。例如，可以使用具有轉子的真空泵，所述轉子附連到陽極以旋轉陽極。根據本專利技術的示例性實施例，提供一種X射線管，該X射線管具有保持在第一(較低)真空和第二 (較高)真空之間操作的泵室內的連續壓力梯度的真空泵(例如分子牽引真空泵)。較低真空可以在旋轉陽極的中空空間內生成，使得冷卻流體仍然可以傳導通過旋轉陽極的中空空間而沒有冷卻流體蒸發的危險。沒有必要提供沿其真空路徑(和因此在陽極的中空空間和圍繞陽極的空間之間)的任何密封，梯度泵在其較高真空端部提供在旋轉陽極的直接周圍中的較高第二真空?？紤]到在第一真空和第二真空之間操作的梯度泵的性能可以省略麻煩的密封。具有轉子和定子的這樣的梯度泵可以具有與旋轉陽極整體形成的轉子，由此獲得緊湊構造。通過公開的設計能夠由冷卻單元高效地冷卻旋轉陽極，所述冷卻單元部分地整合在旋轉陽極中，并且同時生成在其外部的適當真空。第一真空和第二真空之間的嚴格分離由于其由梯度泵生成而可有可無，使得可以省略密封?？紤]到高效冷卻的旋轉陽極和在其周圍中的適當真空，簡單構造可以與X射線束的高通量組合。所以，通過實現X射線管的室內的梯度泵，例如分子牽引真空泵，可以省略密封。因此，獲得基本上無需保養的X射線管。在第一真空和第二真空之間不發生壓力的不連續或階梯式變化。與此相比，壓力梯度從第一真空連續地傳遞到第二真空。接著，將解釋X射線管的另外示例性實施例。然而，這些實施例也適用于X射線源和操作X射線管的方法。在實施例中，泵是布置成用于在第一真空和第二真空之間操作的分子牽引真空泵。在本申請的上下文中，術語“分子牽引真空泵”可以特別地表示具有在轉子和定子之間的空白空間或體積的真空泵，其中對著定子旋轉轉子將排出待泵送的介質(例如氣體)，所述介質沿著轉子和定子之間的路徑(例如螺旋形路徑)傳播。因此，這樣的分子牽引真空泵在較高壓力(或開始壓力)和較低壓力(或最后壓力)之間工作，然而所述較高壓力是(例如20mbar或以下的)負壓力。沿著分子牽引真空泵的工作路徑，壓力值可以逐漸減小使得可以有沿著路徑的梯度真空。在本申請的上下文中，術語“在第一真空和第二真空之間操作分子牽引真空泵”可以特別地表示分子牽引真空泵使用開始真空(其可以由另一個泵提供)，并且然后生成較好或較低真空。因此，技術人員將清楚地理解分子牽引泵不產生第一真空。第一真空初始由作為能夠使分子牽引泵開始泵送的初始泵送幫助的低真空泵產生。低真空泵因此保持第一真空并且分子牽引泵產生在第一真空的頂本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于生成X射線束（102）的X射線管（100），所述X射線管（100）包括：可旋轉安裝的陽極（104），所述可旋轉安裝的陽極布置和配置成當暴露于電子束（106）時生成X射線；在所述陽極（104）內的中空空間（108）；冷卻單元（110），所述冷卻單元配置成用于通過所述中空空間（108）內的流體循環冷卻所述陽極（104）；真空泵裝置（114、136、150），所述真空泵裝置配置成用于生成在所述中空空間（108）內的第一真空（116）和在圍繞所述陽極（104）的空間（112）中的第二真空（118），其中與所述第二真空（118）相關的壓力值低于與所述第一真空（116）相關的壓力值；其中所述真空泵裝置（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）之間的連續壓力梯度。

【技術特征摘要】
2012.07.26 EP 12178137.11.一種用于生成X射線束(102)的X射線管(100)，所述X射線管(100)包括: 可旋轉安裝的陽極(104)，所述可旋轉安裝的陽極布置和配置成當暴露于電子束(106)時生成X射線； 在所述陽極(104)內的中空空間(108)； 冷卻單元(110)，所述冷卻單元配置成用于通過所述中空空間(108)內的流體循環冷卻所述陽極(104); 真空泵裝置(114、136、150)，所述真空泵裝置配置成用于生成在所述中空空間(108)內的第一真空(116)和在圍繞所述陽極(104)的空間(112)中的第二真空(118)，其中與所述第二真空(118)相關的壓力值低于與所述第一真空(116)相關的壓力值； 其中所述真空泵裝置(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 )之間的連續壓力梯度。2.根據權利要求1所述的X射線管(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)之間操作的分子牽引真空泵(114)。3.根據權利要求1或2所述的X射線管(100)，其中所述可旋轉安裝的陽極(104)固定地聯接到所述泵(114)的轉子(120)，從而可與所述轉子(120) —起旋轉。4.根據權利要求1至3中任一項所述的X射線管(100)，其中所述冷卻單元(110)包括配置成用于泵送冷卻流體(126)通過所述中空空間(108)的冷卻流體泵(122)。5.根據權利要求4所述的X射線管(100)，其包括以下特征中的至少一個: 所述冷卻流體泵(122)包括由油泵和液態金屬泵組成的群組中的一種； 所述冷卻單元(110)包括延伸到所述中空空間(108)中的毛細管(124)，使得所述冷卻流體(126)通過所述毛細管(124)經由所述毛細管(124)的敞開端部泵送到所述中空空間(108)中，并且經由所述毛細管(124)的外表面和所述泵(114)的轉子(120)之間的間隙(128)從所述中空空間(108)返回； 所述冷卻單元(110)包括延伸到所述中空空間(108)中的毛細管(124)，使得所述冷卻流體(126)通過所述毛細管(124)經由所述毛細管(124)的敞開端部泵送到所述中空空間(108)中，并且經由所述毛細管(124)的外表面和所述泵(114)的轉子(120)之間的間隙(128)從所述中空空間(108)返回，其中所述X射線管(100)包括可旋轉安裝的冷卻流體分配器(202)，所述可旋轉安裝的冷卻流體分配器布置在所述毛細管(124)的敞開端部和所述陽極(104)之間，并且配置成用于通過離心力和通過由所述冷卻流體泵(122)施加的壓力分配所述間隙(128)內的冷卻流體(126)； 所述冷卻單元(110)包括延伸到所述中空空間(108)中的毛細管(124)使得所述冷卻流體(126)通過所述毛細管(124)經由所述毛細管(124)的敞開端部泵送到所述中空空間(108)中，并且經由所述毛細管(124)的外表面和所述泵(114)的轉子(120)之間的間隙(128)從所述中空空間(108)返回，其中所述毛細管(124)固定地安裝從而保持固定，特別是當所述陽極(104)、所述轉子(120)和所述冷卻流體分配器(202)旋轉時； 所述冷卻單元(110)包括配置成用于從所述循環冷卻流體(126)去除熱的熱交換器(130)，特別是水熱交換器。6.根據權利要求2至5中任一項所述的X射線管(100)，其中所述分子牽引真空泵(114)包括可旋轉安裝的轉子(120)和固定安裝的定子(132)，在它們之間封閉無密封流動路徑以排出圍繞所述陽極(104)的空間(112)中的氣體分子，由此生成第二真空(118)。7.根據權利要求6所述的X射線管(100)，其包括以下特征中的至少一個: 所述X射線管(100)包括布置在所述轉子(120)和所述陽極(104)之間的流動減小結構(134)，特別地形成所述流動路徑中的局部縮窄頸部，以用于減小圍繞所述陽極(104)的空間(112 )與定子(132 )和轉子(120 )之間的空間(155 )之間的壓力交換； 所述X射線管(100)包括布置在所述轉子(120)和所述陽極(104)之間的流動減小結構(134)，特別地形成所述流動路徑中的局部縮窄頸部，以用于減小圍繞所述陽極(104)的空間(112)與定子(132)和轉子(120)之間的空間(155)之間的壓力交換，其中所述分子牽引真空泵(114)配置成通過所述流動減小結構(134)也排出圍繞所述可旋轉陽極(112)的氣體分子； 所述X射線管(100)包括布置在所述轉子(120)和所述陽極(104)之間的流動減小結構(134)，特別地形成所述流動路徑中的局部縮...

【專利技術屬性】
技術研發人員：K達米安，
申請(專利權)人：安捷倫科技有限公司，
類型：發明
國別省市：