CN108074786B - 用于x射线管的光圈以及具有这种光圈的x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于约束X射线管电子束5横截面的光圈，具有第一材料制成的基体1和第二材料制成的附加本体2，基体具有第一圆柱形或锥形光圈孔10，附加本体具有第二圆柱形或锥形光圈孔20，安装状态下附加本体2置于近电子源的一侧，第一材料原子序数大于第二材料原子序数，远离电子源端的光圈孔径10、20不小于近电子源端，远离电子源端的第二光圈孔20完全坐落在接近电子源端的第一光圈孔10内。进一步，本发明涉及X射线管，尤其是微焦X射线管，具有引导电子束5到靶材9上的装置，以及根据上述权利要求任一项的光圈，光圈置于电子束5传播路径上。

Description

用于X射线管的光圈以及具有这种光圈的X射线管

技术领域

本发明涉及一种用于约束X射线管的电子束横截面的光圈，以及一种X射线管，尤其是一种微焦X射线管。

背景技术

在X射线管，尤其是在微焦X射线管的情景下，图像品质因为光亮圆盘经常出现在所生成的X射线图像这一事实而受损。圆盘由散射X辐射引起，而X辐射在电子撞击X射线管的透镜光圈的光圈本体时形成。透镜光圈指的是本申请语境下的光圈。由于光圈本体必须耐高温，因此特别地由金属组成，当电子撞击光圈本体时，且当使用更高能量的电子时，形成短波X辐射，其穿过靶材并将光圈针孔的图像投影在图像接收器上。

DE 10 2006 062 454 A1描述了一种微焦X射线管，利用光圈涂层解决了这个问题。光圈金属涂覆有低原子序数的材料，以便减少漫辐射。此处的缺点是涂层通常仅在微米范围内可用。例如，大约4μm的碳涂层是可行的。然而，在高能情况下，电子的穿透深度远大于4μm，结果电子一直穿透到金属中并产生漫辐射然而，光圈暴露在高热载荷下。在已涂层光圈的情况下，这通常导致涂层剥落。

X射线管中的电子束瞄准仪可从US 3,227,880中了解到。这种瞄准仪构建成两部分。其接近电子源的部分——第一部分——由低原子序数的材料组成，例如是铝，而其远离电子源的部分——第二部分——由高原子序数的材料组成，例如是铅。原则上，形成贯穿这两个部分的瞄准仪孔，使得其在电子源附近的入射侧面积大于其远离电子源的出射侧面积；因此它沿电子束的射束方向收窄。瞄准仪孔具有第一孔部分(形成于第一部分内)和第二孔部分(形成于第二部分内)。在每一种情况下，两个孔部分分别具有截锥形表面积。这些孔部分可形成为沿射束方向扩大或收窄。在远离电子源的第一孔部分端部的第一孔形成为小于接近电子源的第二孔部分端部的第二孔，结果是沿射束方向存在台阶，该台阶延伸进电子束。或者，在每一种情况下孔部分沿射束方向收窄的情况下，第一孔和第二孔还能够大小相同。在两个实施例中，电子能够撞击第二部分并在该处产生漫辐射。

一种用在电子辐射方法中的洒施机光圈可从DE 10 2011 005 450 A1了解到。这种光圈构造为三层结构，其中面向电子束辐射方向的层由第一原子序数的第一金属组成，第一原子序数小于中间层第二材料的第二原子序数，而第二原子序数转而小于第三材料的第三原子序数，第三材料在背离电子辐射方向的层上。光圈孔形成为圆筒套的形状。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光圈以及具有这种光圈的X射线管，防止在X射线图像上形成光亮圆盘。

该目的通过根据权利要求1的特征的光圈来实现。由于光圈分为两个组成部分，即基体和附加本体，这两部分可以由不同材料一体形成。根据本发明，附加本体由具有小于基体第一材料的原子序数(和密度)的第二材料组成。电子束的电子在其直径方面受限于第二光圈孔，撞击布置在电子源附近的光圈侧的附加本体。当电子束的电子撞击附加本体，并且造成光亮圆盘形式的干涉时，形成短波X射线，由于第二材料具有低于第一材料的原子序数，短波X射线的比例降低。漫辐射的较小部分由此能够穿透靶材并引起图像误差。由于组成基体的第一材料具有高于组成附加本体的第二材料的原子序数(和密度)，光圈满足屏蔽漫辐射的功能，其中漫辐射形成于X射线管内部。由于在远离电子源的端部光圈孔直径不小于接近电子源端部光圈孔直径的事实，即它们不会沿轴向收窄，这样在基体的侧部可具有以下结果：在电子飞行穿过第一光圈孔期间，电子撞击第一材料并由此产生上述干涉——尽管程度很小——尽管已被附加本体屏蔽。附加本体在其远离电子源的端部光圈孔完全坐落在基体在其接近电子源的端部光圈孔，在电子飞行穿过第一光圈孔期间，这一实施例还防止电子能够撞击第一材料，并防止在这过程中出现干涉。

本发明的有利发展提供了，附加本体和基体的光圈孔彼此同心布置。在特别简单的方式中，这样造就了将两个孔的直径设计得小的可能性——同时在绝对性和彼此相对性上而言。

本发明的另一有利发展提供了，在每一种情况下，附加本体和基体的光圈孔为锥形，并且基体在其接近电子源的端部光圈孔直径大于附加本体在其远离电子源的端部光圈孔直径。尤其是第一光圈孔的锥形确保飞行穿过光圈的电子不会撞击第一材料，即使它们的轨迹稍微倾向第一光圈孔的中轴(例如由于电子束的有限孔径角)，而是无散射地穿过第一光圈孔。

本发明的另一有利发展提供了，附加本体在其远离电子源的表面，以及基体在其接近电子源的表面，彼此接触，特别是它们整个表面进行接触。尤其是在整个表面上接触的情况下，由此保持低的(沿电子束方向的)总高度。

本发明的另一有利发展提供了，第一材料为金属。组成基体的第一材料可根据相应要求在宽范围内进行选择，尤其是针对耐高温。诸如钼、钨或钛的金属尤其适用。本发明的另一有利发展提供了，第二材料是铝、铍、硅、碳，尤其是以石墨、硼或这些元素中的一个或多个的化合物的形式。组成附加本体的第二材料也可根据相应要求在宽范围内进行选择。根据有第二材料组成的附加本体的功能，材料具有低原子序数。列给基体和附加材料的材料，一方面对于第一材料而另一方面对于第二材料而言，是明显具有彼此不同的原子序数的材料。

第一材料和第二材料之间的原子序数差优选至少为16、尤其优选至少为36。对于此原因，碳(原子序数为6)轻易地用于第二材料而钼(原子序数为42)轻易地用于第一材料。根据本发明的材料必须耐热并具有高导热性，因为它们计划由发生在靶材上的电子轰击或暴露在散射X射线来加热。材料还必须不能磁化，因为这会影响X射线管内的场干涉。

本发明的另一有利发展提供了，基体在其接近电子源的表面具有凹陷，该凹陷对应于附加本体远离电子源的表面外轮廓，并比该外轮廓稍大。附加本体由此可以非常简单的方式结合到基体，使得这两个部分相对于电子束的辐射方向的彼此位置没有发生改变。由此，当电子穿过第一光圈孔时，防止电子撞击第一材料并造成非期望的干涉，该干涉是由于电子相对第二光圈孔纵轴沿辐射方向偏移。

本发明的另一有利发展提供了，附加本体在其接近电子源的表面具有凹球面部分的形状。附加本体在电子束撞击附加本体且受限于第二光圈孔的区域因此被放大，结果是当电子撞击时，绕第二光圈孔产生的热分布得更好。

该目的还通过具有权利要求9的特征的X射线管来实现。对此，关于本发明的光圈的上述优点也能得到。

本发明的另一有利发展提供了，光圈固定器在光圈的径向端部包围其附加本体和基体，使得附加本体和基体压在彼此身上。这样防止光圈的这两个部分，即基体和附加本体改变其相对于电子束的轴向和径向相对位置，而这会导致电子撞击基体第一材料并且会导致干涉。

附图说明

本发明的进一步优点和细节在下文参照附图所示的示范性实施例更详细说明。其中示出了：

图1为本发明基体的透视图。

图2为贯穿图1的基体的纵向截面。

图3为本发明附加本体的透视图。

图4为贯穿图3的附加本体的纵向截面。

图5为贯穿图6的具有基体和附加本体的光圈的纵向截面。

图6为本发明的具有图1和2的基体以及图3和4的附加本体的光圈透视图。以及

图7为伴发明的光圈在X射线管的一部分中的示意性截面图。

具体实施方式

用于X射线管光圈的本发明基体1在图1和2中示出，其中图1的透视图以相对于图2横截面从下方看到的角度方向示出了基体1。

基体1形成为关于纵向中轴7轴对称。它是用于约束电子束5的光圈的一部分(见图7)，其中电子束5用于在X射线管中在靶材9上产生X辐射(见图7)。

基体1由第一材料制成，第一材料由于其位置在X射线管中而必须高度耐热，并且必须具有高导热性，以便将在其上产生的热除去。而且，它必须尽可能不发挥磁化影响，以便不会干涉X射线管内的电场。它优选由金属制成，因为这是本领域公知的光圈状态，尤其是钼、钨或钛。

沿其纵向中轴7，具有第一光圈孔10，第一光圈孔10从第一光圈入射孔11开始向第一光圈出射孔12锥形地扩大，在安装状态下第一光圈入射孔11位于电子源附近的一侧，第一光圈出射孔12位于远离电子源的一侧。

在接近电子源的一侧上，基体1具有带有凹陷的圆周形法兰14，该凹陷绕纵向中轴周向地形成，该凹陷形成平整的第一定位表面15。

在其远离电子源的一侧上，基体1具有短型中空圆筒延长部，该延长部位于距离第一光圈出射孔12一大段径向距离处。

本发明光圈的附加本体2在图3和4中示出，其中图3的透视图以相对于图4横截面从上方看到的角度方向示出了附加本体2。它以相对于图1和2的基体1放大地示出。

附加本体2形成为关于纵向中轴7轴对称。它是用于约束电子束5的光圈的一部分(见图7)。

附加本体2还是由第二材料制成，第二材料由于其位置在X射线管中而必须高度耐热，并且必须具有高导热性，以便将在其上产生的热除去。而且，它必须尽可能不发挥磁化影响，以便不会干涉X射线管内的电场。它优选由石墨、碳化合物、铍或铝制成。

沿其纵向中轴7，具有第二光圈孔20，第二光圈孔20从第二光圈入射孔21开始向第二光圈出射孔22锥形地扩大，在安装状态下第二光圈入射孔21位于电子源附近的一侧，第二光圈出射孔22位于远离电子源的一侧。

镜像外表面在其下部形成为圆柱形，并且在其上部形成为锥形套25。

在接近电子源的一侧上，附加本体2具有凹球面部分的形状。在远离电子源的一侧上，它相反地具有平整的第二支承面24。

贯穿整个光圈横截面——对比图2和4的横截面——在图5中示出。两个单独的部分，即基体1和附加本体2彼此以正确的大小比例示出；然而与图1至4相比，比例有所变化。

基体1和附加本体2彼此结合，使得它们的凭证定位面15、24抵住彼此，而附加本体2的下端坐落在基体1的凹陷13中。这两个部分相对于彼此的径向稳定性由此得到保证。这两个部分的对准度使得它们各自的纵向中轴7一致且形成共同纵向中轴7，整个所得结构绕中轴7轴对称。

第二光圈孔20的锥形孔径角远小于第一光圈孔10的锥形孔径角。在所示示范性实施例中，示出了限制性情况，其中第二光圈出射孔22和第一光圈入射孔11直径相同。在本发明的架构内，还能够使得第二光圈出射孔22的直径小于第一光圈入射孔11的直径(见图7)。

图6以透视图形式示出了具有基体1和附加本体2的光圈，在方向方面对应于图4；图5是图6的纵向截面。为了不仅实现光圈两个部分——基体1和附加本体2——的径向位置变化，还实现沿纵向中轴7的轴向位置变化，具有光圈固定器(未示出)。在图6中从上方看过去，光圈固定器压在附加本体2的锥形套25一部分上，并抵住基体1法兰14的面向电子源的光圈固定器支承面8(也可见图2和5)。因此，它阻止这两个部分，即基体1和附加本体2彼此的轴向运动。

图7示出了X射线管在靶材9区域处的截面示意图。靶材9是本领域公知的靶材9状态，且具有支撑材料3，以及对支撑材料3施用的靶材材料4，其中来自电子源(未示出)的电子束5撞击靶材材料4并产生X辐射6。所示X射线管是输送管，这不是对本发明的限制。

光圈用于限制X射线管的焦点大小，这意味着焦点仅与来自第一和第二光圈孔10、20的电子等大。

为了防止撞击光圈的电子束5的电子产生干涉X辐射6，附加本体2必须由这样的材料制成：尽可能少并且优选形成比起在靶材材料4产生的X射线更软的X射线。为此目的——对比本领域的状况，其中光圈材料为金属(在本发明的情况下这仅适用于光圈的基体1)——附加本体2由石墨制成。因为石墨具有低原子序数，短波X射线的比例降低，结果是仅有非常少的一部分漫辐射穿透靶材9并能够造成图像误差。

为了没有平行于纵向中轴7飞行的电子束5电子也不会撞击基体1的金属材料——在示范性实施例中，它由钼(具有高原子序数)组成并且产生漫辐射，第一光圈孔10具有向靶材9锥形扩大的形状。基体1还具有屏蔽漫辐射的功能，该漫辐射形成在X射线管的内部。对此，高原子序数和密度更有利。

第二光圈孔20的锥形孔径角选择为小角度，以便阻止散光效应。

附图标记列表

1.基体

2.附加本体

3.支撑材料

4.靶材材料

5.电子束

6.X辐射

7.纵向中轴

8.光圈固定器支承面

9.靶材

10.第一光圈孔

11.第一光圈入射孔

12.第一光圈出射孔

13.凹陷

14.法兰

15.第一支承面

20.第二光圈孔

21.第二光圈入射孔

22.第二光圈出射孔

23.接近电子束的表面

24.第二支承面

25.锥形套

Claims (12)

1.用于约束X射线管电子束(5)横截面的光圈

具有由第一材料制成的基体(1)，具有第一锥形光圈孔(10)，

并且具有由第二材料制成的第二本体(2)，具有第二圆柱形或锥形光圈孔(20)，

其中在安装状态下所述第二本体(2)布置在接近电子源的一侧上，

其中所述第一材料的原子序数大于所述第二材料的原子序数，

其中所述第一光圈孔(10)和第二光圈孔(20)均具有朝向电子源的近端和远端，

其中第二光圈孔(20)的远端具有不小于第二光圈孔(20)的近端处的直径的直径，

其中第一光圈孔(10)的远端具有大于第一光圈孔(10)的近端处的直径的直径，

其中所述第二光圈孔(20)远端完全坐落在所述第一光圈孔(10)近端内。

2.根据权利要求1所述的光圈，其特征在于，所述第一光圈孔(10)和所述第二光圈孔(20)彼此同心布置。

3.根据权利要求1所述的光圈，其特征在于，在每一种情况下所述第一光圈孔(10)和所述第二光圈孔(20)为锥形，并且所述第一光圈孔(10)的近端处的直径大于所述第二光圈孔(20)的远端处的直径。

4.根据权利要求1所述的光圈，其特征在于，所述第二本体(2)朝向电子源的远处表面，以及所述基体(1)朝向电子源的近处表面，以它们的整个表面彼此接触。

5.根据权利要求1所述的光圈，其特征在于，所述第一材料为金属，所述金属包括钼、钨和钛中的至少一种，而所述第二材料包括铝、铍、硅、碳、石墨、和硼中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的光圈，其特征在于，所述第一材料和第二材料之间的原子序数差至少为16。

7.根据权利要求1所述的光圈，其特征在于，所述第一材料和第二材料之间的原子序数差至少为36。

8.根据权利要求1所述的光圈，其特征在于，所述基体(1)朝向电子源的近处表面具有带有第一支承面(15)的凹陷(13)，所述凹陷(13)配置为接收所述第二本体(2)的第二支承面(24)的远处表面。

9.根据权利要求1所述的光圈，其特征在于，所述第二本体(2)朝向电子源的近处表面(23)具有凹球面部分的形状。

10.X射线管，所述X射线管包括用于引导电子束(5)到靶材(9)上的装置，以及根据上述权利要求中任一项所述的光圈，所述靶材(9)和所述光圈布置在所述电子束(5)的传播路径上。

11.根据权利要求10所述的X射线管，其特征在于，光圈固定器(8)在光圈的径向端部包围其第二本体(2)和基体(1)，使得所述第二本体(2)和基体(1)压在彼此身上。

12.根据权利要求10所述的X射线管，其特征在于，X射线管是微焦X射线管。

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