DE102021204538A1

DE102021204538A1 - X-ray source

Info

Publication number: DE102021204538A1
Application number: DE102021204538.3A
Authority: DE
Inventors: Jörg Freudenberger; Anja Fritzler; Peter Geithner; Peter Hackenschmied; Christoph Jud
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2021-05-05
Filing date: 2021-05-05
Publication date: 2022-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlenquelle und eine Röntgenröhre.Die erfindungsgemäße Röntgenstrahlenquelle weist- eine Elektronenemittervorrichtung mit einem Feldeffekt-Emitter für ein Emittieren von Elektronen,- eine Anode mit einem Brennfleck für ein Generieren von Röntgenstrahlung in Abhängigkeit von eintreffenden Elektronen und- ein Abschirmelement auf, wobei der Feldeffekt-Emitter eine Emitterfläche sowie eine Vielzahl an Feldeffekt-Emitternadeln als Teil der Emitterfläche aufweist undwobei das Abschirmelement zwischen der Emitterfläche und dem Brennfleck derart angeordnet ist, dass eine Sichtverbindung zwischen dem Brennfleck und der Emitterfläche zumindest teilweise unterbrochen ist.The invention concerns an x-ray source and an x-ray tube the field effect emitter has an emitter surface and a multiplicity of field effect emitter needles as part of the emitter surface, and the shielding element is arranged between the emitter surface and the focal spot in such a way that a line of sight between the focal spot and the emitter surface is at least partially interrupted.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlenquelle und eine Röntgenröhre.The invention relates to an X-ray source and an X-ray tube.

Eine herkömmliche Elektronenemittervorrichtung kann verschiedene Elektronenemitterarten enthalten, z.B. einen thermionischen Emitter oder einen Feldeffekt-Emitter mit Feldeffekt-Emitternadeln. Manche Elektronenemittervorrichtungen können direkt oder indirekt geheizt sein. Beispiele eines thermionischen Emitters ist ein Wendelemitter oder ein Flachemitter. Ein Flachemitter, welcher im Betrieb im zentralen Bereich des Emitterblechs eine geringere Elektronendichte aufweist als im an den zentralen Bereich angrenzenden Bereich, ist in der DE 10 2006 018 633 B4 offenbart.A conventional electron emitter device may include different types of electron emitters, such as a thermionic emitter or a field effect emitter with field effect emitter needles. Some electron emitting devices can be directly or indirectly heated. Examples of a thermionic emitter are a filament emitter or a surface emitter. A flat emitter, which has a lower electron density in the central area of the emitter plate than in the area adjacent to the central area, is DE 10 2006 018 633 B4 disclosed.

Beim Betrieb einer herkömmlichen Röntgenstrahlenquelle mit einer Elektronenemittervorrichtung kann es vorkommen, dass von einer Anode der herkömmlichen Röntgenstrahlenquelle kommenden Ionen in Richtung der Elektronenemittervorrichtung zurück geschleudert werden. Die Ionen werden regelmäßig bei einer Wechselwirkung der von der Elektronenemittervorrichtung generierten Elektronen mit der Anode erzeugt.When operating a conventional x-ray source with an electron emitter device, it can happen that ions coming from an anode of the conventional x-ray source are thrown back in the direction of the electron emitter device. The ions are regularly generated upon interaction of the electrons generated by the electron emitting device with the anode.

Insbesondere sind herkömmliche thermionische Emitter aufgrund der vergleichsweise makroskopischen Struktur widerstandsfähiger als herkömmliche Feldeffekt-Emitter mit Feldeffekt-Emitternadeln. Die Feldeffekt-Emitternadeln dagegen können durch die auftreffenden Ionen beschädigt, letztendlich zerstört werden.In particular, due to the comparatively macroscopic structure, conventional thermionic emitters are more resistant than conventional field-effect emitters with field-effect emitter needles. The field effect emitter needles, on the other hand, can be damaged by the impacting ions and ultimately destroyed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Röntgenstrahlenquelle und eine Röntgenröhre mit erhöhter Robustheit und Lebensdauer anzugeben.The invention is based on the object of specifying an x-ray source and an x-ray tube with increased robustness and service life.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous configurations are described in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Röntgenstrahlenquelle weist

- eine Elektronenemittervorrichtung mit einem Feldeffekt-Emitter für ein Emittieren von Elektronen,
- eine Anode mit einem Brennfleck für ein Generieren von Röntgenstrahlung in Abhängigkeit von eintreffenden Elektronen und
- ein Abschirmelement auf, wobei der Feldeffekt-Emitter eine Emitterfläche sowie eine Vielzahl an Feldeffekt-Emitternadeln als Teil der Emitterfläche aufweist und

wobei das Abschirmelement zwischen der Emitterfläche und dem Brennfleck derart angeordnet ist, dass eine Sichtverbindung zwischen dem Brennfleck und der Emitterfläche zumindest teilweise unterbrochen ist.The X-ray source according to the invention has

- an electron emitter device with a field effect emitter for emitting electrons,
- an anode with a focal spot for generating X-rays depending on incoming electrons and
- A shielding element, the field-effect emitter having an emitter surface and a multiplicity of field-effect emitter needles as part of the emitter surface and

wherein the shielding element is arranged between the emitter surface and the focal spot in such a way that a line of sight between the focal spot and the emitter surface is at least partially interrupted.

Ein Vorteil der Röntgenstrahlenquelle ist, dass eine Anzahl an geladenen Teilchen, insbesondere an Ionen und/oder an geladenen Cluster aus mehreren Atomen, reduziert wird, welche von der Anode kommend mit der Emitterfläche wechselwirken. Somit werden vorzugsweise im Betrieb weniger Feldeffekt-Emitternadeln beschädigt und/oder defekt. Durch die Reduktion der mit der Emitterfläche wechselwirkenden geladenen Teilchen kann vorzugsweise die Betriebsdauer der Röntgenstrahlenquelle erhöht werden, weil ein Ausfall einer für den Betrieb kritischen Anzahl an Feldeffekt-Emitternadeln wenigstens hinausgezögert, idealerweise gänzlich verhindert werden kann.An advantage of the X-ray source is that a number of charged particles, in particular ions and/or charged clusters of several atoms, which come from the anode and interact with the emitter surface is reduced. Thus, preferably fewer field-effect emitter needles are damaged and/or defective during operation. By reducing the charged particles interacting with the emitter surface, the service life of the x-ray source can preferably be increased because failure of a critical number of field-effect emitter needles for operation can be at least delayed, ideally completely prevented.

Die Feldeffekt-Emitternadeln können unterschiedlicher Art aufgebaut sein, beispielsweise als Kohlenstoff-Feldeffekt-Emitternadeln, Metallische-Feldeffekt-Emitternadeln oder als Silizium-Feldeffekt-Emitternadeln. Typischerweise weist die Elektronenemittervorrichtung nur eine Art an Feldeffekt-Emitternadeln auf. Die Metallische-Feldeffekt-Emitternadeln sind u.a. als Spindt-Feldeffekt-Emitter bekannt. Feldeffekt-Emitternadeln aus weiteren Materialien wie z.B. Molybdän sind ebenfalls möglich. Die Silizium-Feldeffekt-Emitternadeln sind beispielsweise auf einem Siliziumsubstrat angeordnet, welches vorteilhafterweise flächig, in Bezug auf bekannte Fertigungstechnologien in der Halbleiterbranche, siehe z.B. einen Silizium-Wafer für eine Computerchipfertigung, mit Durchmessern über viele Zentimeter hergestellt werden kann. Die emittierten Elektronen bilden insbesondere den Elektronenstrom. Die Elektronenstromdichte der Feldeffekt-Emitternadeln liegt beispielsweise in einem Bereich größer 0,1 A / cm^2 und/oder kleiner 200 A / cm^2, vorzugsweise zwischen 1 A / cm^2 und 50 A / cm^2, besonders vorteilhafterweise zwischen 5 A / cm^2 und 15 A / cm^2.The field effect emitter needles can be constructed in different ways, for example as carbon field effect emitter needles, metallic field effect emitter needles or as silicon field effect emitter needles. Typically, the electron emitter device has only one type of field effect emitter needle. The metallic field effect emitter needles are known, among other things, as Spindt field effect emitters. Field effect emitter needles made of other materials such as molybdenum are also possible. The silicon field effect emitter needles are arranged, for example, on a silicon substrate, which can advantageously be produced over a large area with diameters of many centimeters in relation to known production technologies in the semiconductor industry, see e.g. a silicon wafer for computer chip production. In particular, the emitted electrons form the electron current. The electron current density of the field-effect emitter needles is, for example, in a range greater than 0.1 A/cm^2 and/or less than 200 A/cm^2, preferably between 1 A/cm^2 and 50 A/cm^2, particularly advantageously between 5A/cm^2 and 15A/cm^2.

Die Sichtverbindung ist insbesondere so definiert, dass die Sichtverbindung im Wesentlichen jede mögliche direkte gerade Sichtverbindungslinie zwischen der Emitterfläche und dem Brennfleck, welcher nicht punktförmig ist und eine gewisse Ausdehnung aufweist, umfasst. In anderen Worten ist nicht nur eine Sichtverbindungslinie, beispielsweise zwischen der Mitte der Emitterfläche und der Mitte des Brennflecks, gemeint, sondern im Gegenteil im Wesentlichen je eine Sichtverbindungslinie pro Feldeffekt-Emitternadel und Flächeneinheit des Brennflecks. Die Größe der Flächeneinheit kann beliebig gewählt sein.In particular, line-of-sight is defined such that line-of-sight includes substantially every possible direct straight line of sight between the emitter face and the focal spot, which is not point-like and has some extent. In other words, what is meant is not just a line of sight, for example between the center of the emitter surface and the center of the focal spot, but on the contrary essentially one line of sight per field-effect emitter needle and unit area of the focal spot. The size of the unit area can be chosen arbitrarily.

Die Anode weist üblicherweise ein elektrisch leitfähiges Material wie z.B. Molybdän, Grafit und/oder Wolfram auf. Die Anode weist somit typischerweise ein einziges elektrisches Potential auf, welches gleichmäßig über die Anode verteilt ist. Grundsätzlich ist denkbar, dass die Anode aus dem elektrisch leitfähigen Material besteht.The anode usually has an electrically conductive material such as molybdenum, graphite and/or tungsten. The anode thus typically has a single electrical potential which is evenly distributed across the anode. In principle, it is conceivable that the anode consists of the electrically conductive material.

Das Abschirmelement kann insbesondere ein elektrisches Potential aufweisen, welches insbesondere gleich, kleiner oder größer als das elektrische Potential der Anode ist und typischerweise größer ist als das Potential der Elektronenemittervorrichtung. Das Abschirmelement kann insbesondere ein elektrisch leitfähiges Material wie z.B. Edelstahl, Molybdän, Tantal, Vacon oder ein anderes vergleichbares vakuumtaugliches Material aufweisen. Das Abschirmelement kann im Wesentlichen ein Blech und/oder ein Rohr sein.The shielding element can in particular have an electrical potential which is in particular equal to, lower than or higher than the electrical potential of the anode and is typically higher than the potential of the electron emitter device. The shielding element can in particular have an electrically conductive material such as stainless steel, molybdenum, tantalum, Vacon or another comparable material suitable for vacuum use. The shielding element can essentially be a metal sheet and/or a tube.

Grundsätzlich ist denkbar, dass die Röntgenstrahlenquelle einen Kathodenkopf bzw. einen Fokuskopf aufweist. Die Elektronen werden typischerweise mittels einer Beschleunigungsspannungseinheit von der Elektronenemittervorrichtung zur Anode hin beschleunigt. Die Beschleunigungsspannung liegt insbesondere zwischen 10 und 150 kV. Auf der Anode wechselwirken die eintreffenden Elektronen, wobei größtenteils Wärme und zu einem geringen Teil Röntgenstrahlung generiert wird. Die Röntgenstrahlenquelle kann für die Wärmeabfuhr eine Kühleinheit aufweisen. Die Röntgenstrahlung ist insbesondere für eine Computertomographie, eine Angiographie, eine Radiographie und/oder eine Mammographie geeignet.In principle, it is conceivable that the X-ray source has a cathode head or a focus head. The electrons are typically accelerated from the electron emitter device towards the anode by means of an accelerating voltage unit. The acceleration voltage is in particular between 10 and 150 kV. The incoming electrons interact on the anode, whereby heat is generated for the most part and X-rays to a lesser extent. The X-ray source can have a cooling unit for heat dissipation. The x-ray radiation is particularly suitable for computed tomography, angiography, radiography and/or mammography.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Anode drehbar gelagert ist und der Brennfleck ein Teil einer Brennbahn der Anode ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil insgesamt ein Elektronenstrom erhöht sein kann, wenn die Rotation und die damit verbundene Variation des Brennflecks entlang der Brennbahn ein zwischenzeitliches Abkühlen der Anode ermöglichen.One embodiment provides that the anode is rotatably mounted and the focal spot is part of a focal path of the anode. This embodiment is particularly advantageous because an electron current can be increased overall if the rotation and the associated variation of the focal spot along the focal path allow the anode to cool down in the meantime.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Abschirmelement ein Hochspannungsüberschlagschutz ist. Der Hochspannungsüberschlagschutz liegt in dieser Ausführungsform auf einem Potential, welches negativer ist als das Potential der Anode. Das Potential des Hochspannungsüberschlagschutz kann also negativ, positiv sowie kleiner als das Anodenpotential oder das Massepotential sein. Das Abschirmelement kann beispielsweise mit einem Massepotential der Röntgenstrahlenquelle elektrisch leitfähig verbunden sein. Beispielsweise kann das Metall eines Röntgenröhrengehäuses das Massepotential aufweisen und/oder bereitstellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Röntgenstrahlenquelle eine weitere Potentialquelle mit einem geeigneten Potential aufweisen, welches dem Hochspannungsüberschlagschutz eingeprägt ist. Das Potential der Potentialquelle kann insbesondere ungleich oder gleich dem Massepotential, negativ oder positiv sowie kleiner als das Anodenpotential sein. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil ein Hochspannungsüberschlag auf die Emitterfläche durch das Abschirmelement verhindert werden kann. Dadurch kann eine Beschädigung und/oder ein Zerstören der Feldeffekt-Emitternadeln in der Emitterfläche und/oder einer elektronischen Schaltung der Elektronenemittervorrichtung vorteilhafterweise verhindert werden.One embodiment provides that the shielding element is a high-voltage flashover protection. In this embodiment, the high-voltage flashover protection is at a potential which is more negative than the potential of the anode. The potential of the high-voltage flashover protection can therefore be negative, positive and lower than the anode potential or the ground potential. The shielding element can be electrically conductively connected, for example, to a ground potential of the X-ray source. For example, the metal of an x-ray tube housing can have and/or provide the ground potential. Alternatively or additionally, the X-ray source can have a further potential source with a suitable potential, which is impressed on the high-voltage flashover protection. The potential of the potential source can, in particular, be unequal or equal to the ground potential, negative or positive, and lower than the anode potential. This embodiment is particularly advantageous because a high-voltage flashover to the emitter surface can be prevented by the shielding element. As a result, damage to and/or destruction of the field effect emitter needles in the emitter area and/or an electronic circuit of the electron emitter device can advantageously be prevented.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Abschirmelement mittels der Potentialquelle auf einem einstellbaren Potential liegt zum Formen der emittierten Elektronen. Das einstellbare Potential ist insbesondere negativ, positiv oder das Massepotential. Das Abschirmelement ist insbesondere elektrisch leitfähig mit der Potentialquelle verbunden. Das Potential ist insbesondere durch die Potentialquelle einstellbar, welches beispielsweise im Betrieb konstant sein oder variiert werden kann. Beispielsweise kann eine Steuereinheit der Potentialquelle das einzustellende Potential vorgeben, so dass der Elektronenstrom eine bestimmte Form, beispielsweise gemäß einer bestimmten Brennfleckgröße und/oder Brennfleckposition beim Eintreffen auf der Anode hat. Das Formen des Elektronenstroms kann ein Lenken, ein Fokussieren oder Defokussieren umfassen.One embodiment provides that the shielding element is at an adjustable potential by means of the potential source in order to shape the emitted electrons. The adjustable potential is in particular negative, positive or ground potential. The shielding element is in particular electrically conductively connected to the potential source. The potential can be set in particular by the potential source, which can be constant or can be varied during operation, for example. For example, a control unit of the potential source can specify the potential to be set, so that the electron stream has a specific shape, for example according to a specific focal spot size and/or focal spot position when it arrives at the anode. Shaping the electron stream may include directing, focusing, or defocusing.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Abschirmelement ringförmig ausgebildet ist. Der Begriff „Ring“ steht in diesem Zusammenhang insbesondere für zu einem konventionellen Ring vergleichbare geometrische Figuren, wie zum Beispiele Vielecke mit N > 2 Ecken, welche eine zentrale Öffnung aufweisen. In anderen Worten ist das Abschirmelement nicht zwingend rund oder oval, sondern beispielsweise dreieckig oder viereckig. Grundsätzlich ist denkbar, dass der Ring näherungsweise durch ein Vieleck mit vielen Ecken und/oder durch mehrere Teilringe oder mehrere Teilstücke approximiert wird. Weiterhin ist es möglich, dass das Abschirmelement symmetrisch oder asymmetrisch ist. Die zentrale Öffnung ist insbesondere für ein Durchtreten der emittierten Elektronen und gleichermaßen der von der Anode kommenden geladenen Teilchen geeignet.One embodiment provides that the shielding element is ring-shaped. In this context, the term “ring” stands in particular for geometric figures that are comparable to a conventional ring, such as polygons with N>2 corners, which have a central opening. In other words, the shielding element is not necessarily round or oval but, for example, triangular or square. In principle, it is conceivable that the ring is approximated by a polygon with many corners and/or by a number of partial rings or a number of sections. Furthermore, it is possible for the shielding element to be symmetrical or asymmetrical. The central opening is particularly suitable for the passage of the emitted electrons and also for the charged particles coming from the anode.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Sichtverbindung eine zentrale Öffnung des ringförmigen Abschirmelements zentral schneidet. Diese Ausführungsform bietet vorteilhafterweise einen optimalen Kompromiss zwischen Schutz der Emitterfläche, Schutz übriger Komponenten der Elektronenemittervorrichtung außerhalb der Emitterfläche und eine regelmäßig ausreichende Intensität des Elektronenstroms. In anderen Worten werden vorzugsweise wie bei einer Lochkamera nur zentrale geladene Teilchen durch das Abschirmelement zentral hindurchgelassen.One embodiment provides that the line of sight intersects a central opening of the ring-shaped shielding element. This embodiment advantageously offers an optimal compromise between protection of the emitter area, protection of other components of the electron emitter device outside the emitter area and a regularly sufficient intensity of the electron electricity In other words, preferably only centrally charged particles are allowed to pass centrally through the shielding element, as in the case of a pinhole camera.

Eine zur vorherigen Ausführungsform alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Sichtverbindung eine zentrale Öffnung des ringförmigen Abschirmelements dezentral schneidet. Diese Ausführungsform bietet einen vergleichsweise höheren Schutz der Emitterfläche auf Kosten einer Intensität des Elektronenstroms.An alternative embodiment to the previous embodiment provides that the line of sight intersects a central opening of the ring-shaped shielding element in a decentralized manner. This embodiment offers a comparatively higher protection of the emitter area at the expense of an intensity of the electron current.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Abschirmelement die Sichtverbindung vollständig unterbricht. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil dabei die Anzahl der auf direktem Weg von der Anode kommenden geladenen Teilchen vorzugsweise maximal reduziert ist. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist also, dass ein Schutz der Emitterfläche optimiert ist, während gleichzeitig die Intensität des Elektronenstroms für eine Bildgebung weiterhin gewährleistet ist, insbesondere wenn diese Ausführungsform zusätzlich mit einer der folgenden beiden Ausführungsformen kombiniert ist.One embodiment provides that the shielding element completely interrupts the line of sight. This embodiment is particularly advantageous because the number of charged particles coming directly from the anode is preferably reduced to a maximum. An advantage of this embodiment is therefore that protection of the emitter surface is optimized, while at the same time the intensity of the electron current for imaging is still guaranteed, in particular when this embodiment is additionally combined with one of the following two embodiments.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Röntgenstrahlenquelle ferner eine Elektronenablenkvorrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise die emittierten Elektronen um das Abschirmelement herum in Richtung des Brennflecks zu lenken. Die Elektronenablenkvorrichtung kann ein elektrostatisches und/oder magnetisches Ablenkelement aufweisen, welches dazu ausgebildet ist, aufgrund der elektrostatischen oder elektromagnetischen Wechselwirkung die emittierten Elektronen um das Abschirmelement herum insbesondere entlang einer gekrümmten Trajektorie zu lenken. Das Ablenkelement ermöglicht insbesondere das Lenken der emittierten Elektronen entlang der gekrümmten Trajektorie von einer dem Feldeffekt-Emitter zugewandten Seite des Abschirmelements auf eine dem Feldeffekt-Emitter abgewandte Seite des Abschirmelements.One embodiment provides that the X-ray source also has an electron deflection device, which is designed to at least partially deflect the emitted electrons around the shielding element in the direction of the focal spot. The electron deflection device can have an electrostatic and/or magnetic deflection element, which is designed to deflect the emitted electrons around the shielding element, in particular along a curved trajectory, due to the electrostatic or electromagnetic interaction. In particular, the deflection element enables the emitted electrons to be deflected along the curved trajectory from a side of the shielding element facing the field-effect emitter to a side of the shielding element facing away from the field-effect emitter.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass eine auf der Emitterfläche senkrecht stehende Emitterflächennormale in einem Winkel größer 0° in Bezug auf die Sichtverbindung steht. In anderen Worten ist die Emitterfläche in Bezug auf die Sichtverbindung gekippt. Der Winkel ist vorzugsweise kleiner 180°. Typischerweise liegt der Winkel zwischen 10° und 45°. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil eine derartige Ausrichtung der Emitterfläche den Anteil der emittierten Elektronen erhöhen kann, welcher nicht mit dem Abschirmelement wechselwirkt, so dass eine Intensität des Elektronenstroms vorzugweise erhöht sein kann.One embodiment provides that an emitter surface normal that is perpendicular to the emitter surface is at an angle greater than 0° in relation to the line of sight. In other words, the emitter surface is tilted with respect to the line of sight. The angle is preferably less than 180°. Typically the angle is between 10° and 45°. This embodiment is particularly advantageous because such an orientation of the emitter surface can increase the proportion of the emitted electrons that does not interact with the shielding member, so that an intensity of the electron current can be increased preferentially.

Die erfindungsgemäße Röntgenröhre weist ein evakuiertes Röntgenröhrengehäuse und eine in dem evakuierten Röntgenröhrengehäuse angeordnete Röntgenstrahlenquelle auf. Das Röntgenröhrengehäuse umfasst typischerweise ein Metall- und/oder Glasgehäuse, welches vakuumdicht verschlossen ist.The x-ray tube according to the invention has an evacuated x-ray tube housing and an x-ray source arranged in the evacuated x-ray tube housing. The x-ray tube housing typically comprises a metal and/or glass housing which is closed in a vacuum-tight manner.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Grundsätzlich werden in der folgenden Figurenbeschreibung im Wesentlichen gleichbleibende Strukturen und Einheiten mit demselben Bezugszeichen wie beim erstmaligen Auftreten der jeweiligen Struktur oder Einheit benannt.The invention is described and explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the figures. Basically, in the following description of the figures, structures and units that are essentially the same are named with the same reference symbols as when the respective structure or unit first appeared.

Es zeigen:

1 eine Illustration einer ununterbrochenen Sichtverbindung in einer herkömmliche Röntgenstrahlenquelle gemäß dem Stand der Technik,
2 eine Röntgenstrahlenquelle in einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine Röntgenstrahlenquelle in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 eine Röntgenstrahlenquelle in einem dritten Ausführungsbeispiel,
5 eine Röntgenstrahlenquelle in einem vierten Ausführungsbeispiel,
6 eine Röntgenstrahlenquelle in einem fünften Ausführungsbeispiel und
7 eine Röntgenröhre.

Show it:

1 an illustration of an uninterrupted line of sight in a conventional x-ray source according to the prior art,
2 an X-ray source in a first embodiment,
3 an X-ray source in a second embodiment,
4 an X-ray source in a third embodiment,
5 an X-ray source in a fourth embodiment,
6 an X-ray source in a fifth embodiment and
7 an x-ray tube.

1 zeigt einen Ausschnitt einer herkömmlichen Röntgenstrahlenquelle 10. Die herkömmliche Röntgenstrahlenquelle 10 weist einen Feldeffekt-Emitter mit einer Emitterfläche 11 auf, welche gegenüber einer Anode 12 angeordnet ist. 1 zeigt weiterhin die Sichtverbindung zwischen der Emitterfläche 11 und einem Brennfleck 13 auf der Anode 12, wobei die Sichtverbindung aus beliebig vielen Sichtverbindungslinien besteht. Der Bereich, in welchen die Sichtverbindungslinien liegen, ist durch die gestrichelten Linien hervorgehoben und begrenzt die Sichtverbindung. Im Kontext der vorliegenden Erfindung sind allerdings alle Sichtverbindungslinien und somit die Sichtverbindung nicht unterbrochen. 1 shows a section of a conventional x-ray source 10. The conventional x-ray source 10 has a field-effect emitter with an emitter surface 11, which is arranged opposite an anode 12. 1 also shows the line of sight between the emitter surface 11 and a focal point 13 on the anode 12, the line of sight consisting of any number of lines of sight. The area in which the line-of-sight lines lie is highlighted by the dashed lines and limits the line-of-sight. In the context of the present invention, however, all lines of sight and thus the line of sight are not interrupted.

2 bis 6 zeigen Varianten der erfindungsgemäßen Röntgenstrahlenquelle 20. Die Röntgenstrahlenquelle 20 weist eine Elektronenemittervorrichtung mit einem Feldeffekt-Emitter für ein Emittieren von Elektronen auf. Der Feldeffekt-Emitter weist eine Emitterfläche 21 sowie eine Vielzahl an Feldeffekt-Emitternadeln als Teil der Emitterfläche auf. Die Röntgenstrahlenquelle 20 weist eine Anode 22 mit einem Brennfleck 23 für ein Generieren von Röntgenstrahlung in Abhängigkeit von eintreffenden Elektronen und ein Abschirmelement 24 auf. 2 until 6 12 show variants of the X-ray source 20 according to the invention. The X-ray source 20 has an electron emitter device with a field effect emitter for emitting electrons. The field effect emitter has an emitter surface 21 and a multiplicity of field effect emitter needles as part of the emitter surface. The x-ray source 20 has an anode 22 with a focal spot 23 for generating X-rays depending on the incoming electrons and a shielding element 24 .

Vorzugsweise ist das Abschirmelement 24 ein Hochspannungsüberschlagschutz oder derart ausgebildet. Weiterhin kann das Abschirmelement 24 mittels einer Potentialquelle auf einem einstellbaren Potential liegen zum Formen der emittierten Elektronen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Anode 22 drehbar gelagert und der Brennfleck 23 ein Teil einer Brennbahn der Anode 22.The shielding element 24 is preferably a high-voltage flashover protection or is designed in such a way. Furthermore, the shielding element 24 can be at an adjustable potential by means of a potential source in order to shape the emitted electrons. In this exemplary embodiment, the anode 22 is rotatably mounted and the focal spot 23 is part of a focal path of the anode 22.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Röntgenstrahlenquelle 20 in einer Detailansicht. Das Abschirmelement 24 ist zwischen der Emitterfläche 21 und dem Brennfleck 23 derart angeordnet, dass eine Sichtverbindung zwischen dem Brennfleck 23 und der Emitterfläche 21 zumindest teilweise unterbrochen ist. In anderen Worten ist zumindest eine Sichtverbindungslinien durch das Abschirmelement 24 unterbrochen. Die Sichtverbindung ist durch die gestrichelten Linien hervorgehoben. 2 shows a first exemplary embodiment of the x-ray source 20 in a detailed view. The shielding element 24 is arranged between the emitter surface 21 and the focal point 23 in such a way that a line of sight between the focal point 23 and the emitter surface 21 is at least partially interrupted. In other words, at least one line of sight is interrupted by the shielding element 24 . Line of sight is highlighted by the dashed lines.

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Röntgenstrahlenquelle 20. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Abschirmelement 24 ringförmig ausgebildet und derart im Querschnitt dargestellt. Die Sichtverbindung schneidet eine zentrale Öffnung 24.0 des ringförmigen Abschirmelements 24 zentral. Zentral bedeutet, dass eine mittige Sichtverbindungslinie die zentrale Öffnung 24.0 mittig, also im Mittelpunkt schneidet. 3 12 shows a second exemplary embodiment of the x-ray source 20. In this exemplary embodiment, the shielding element 24 is ring-shaped and is shown in cross section as such. The line of sight intersects a central opening 24.0 of the annular shielding element 24 centrally. Central means that a central line of sight intersects the central opening 24.0 in the middle, ie in the center.

4 zeigt ein drittes zum vorherigen Ausführungsbeispiel alternatives Ausführungsbeispiel der Röntgenstrahlenquelle 20. In diesem Ausführungsbeispiel schneidet die Sichtverbindung die zentrale Öffnung 24.0 des ringförmigen Abschirmelements 24 dezentral. 4 shows a third alternative embodiment of the X-ray source 20 to the previous embodiment. In this embodiment, the line of sight intersects the central opening 24.0 of the ring-shaped shielding element 24 in a decentralized manner.

5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Röntgenstrahlenquelle 20. Das Abschirmelement 24 unterbricht die Sichtverbindung vollständig. Die Röntgenstrahlenquelle 20 weist ferner eine Elektronenablenkvorrichtung 25 auf, welche dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise die emittierten Elektronen um das Abschirmelement 24 herum in Richtung des Brennflecks 23 zu lenken. Die entsprechend gekrümmte Trajektorie, entlang welcher die Elektronen im Wesentlichen sich bewegen, stellt der Pfeil beispielhaft dar. 5 14 shows a fourth exemplary embodiment of the x-ray source 20. The shielding element 24 completely interrupts the line of sight. The X-ray source 20 also has an electron deflection device 25 which is designed to at least partially deflect the emitted electrons around the shielding element 24 in the direction of the focal spot 23 . The arrow shows an example of the curved trajectory along which the electrons essentially move.

6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Röntgenstrahlenquelle 20. Das Abschirmelement 24 ist ringförmig ausgebildet und unterbricht die Sichtverbindung vollständig. Die Röntgenstrahlenquelle 20 weist ferner eine Elektronenablenkvorrichtung 25 auf, welche dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise die emittierten Elektronen um das Abschirmelement 24 herum in Richtung des Brennflecks 23 zu lenken. Eine auf der Emitterfläche 21 senkrecht stehende Emitterflächennormale steht in einem Winkel größer 0° in Bezug auf die Sichtverbindung. 6 shows a fifth exemplary embodiment of the x-ray source 20. The shielding element 24 is ring-shaped and completely interrupts the line of sight. The X-ray source 20 also has an electron deflection device 25 which is designed to at least partially deflect the emitted electrons around the shielding element 24 in the direction of the focal spot 23 . An emitter surface normal perpendicular to the emitter surface 21 is at an angle greater than 0° with respect to the line of sight.

7 zeigt eine Röntgenröhre 30. Die Röntgenröhre 30 weist ein evakuiertes Röntgenröhrengehäuse 31 und eine in dem evakuierten Röntgenröhrengehäuse 31 angeordnete Röntgenstrahlenquelle 20 auf. 7 12 shows an X-ray tube 30. The X-ray tube 30 has an evacuated X-ray tube housing 31 and an X-ray source 20 arranged in the evacuated X-ray tube housing 31. FIG.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung dennoch nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is nevertheless not limited by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102006018633 B4 [0002]DE 102006018633 B4 [0002]

Claims

Röntgenstrahlenquelle (20), aufweisend - eine Elektronenemittervorrichtung mit einem Feldeffekt-Emitter für ein Emittieren von Elektronen, - eine Anode (22) mit einem Brennfleck (23) für ein Generieren von Röntgenstrahlung in Abhängigkeit von eintreffenden Elektronen und - ein Abschirmelement (24), wobei der Feldeffekt-Emitter eine Emitterfläche (21) sowie eine Vielzahl an Feldeffekt-Emitternadeln als Teil der Emitterfläche (21) aufweist und wobei das Abschirmelement (24) zwischen der Emitterfläche (21) und dem Brennfleck (23) derart angeordnet ist, dass eine Sichtverbindung zwischen dem Brennfleck (23) und der Emitterfläche (21) zumindest teilweise unterbrochen ist.X-ray source (20), comprising - an electron emitter device with a field effect emitter for emitting electrons, - An anode (22) with a focal spot (23) for generating X-ray radiation as a function of incoming electrons and - a shielding element (24), the field-effect emitter having an emitter surface (21) and a multiplicity of field-effect emitter needles as part of the emitter surface (21), and the shielding element (24) between the emitter surface (21) and the focal spot (23 ) is arranged such that a line of sight between the focal spot (23) and the emitter surface (21) is at least partially interrupted.

Röntgenstrahlenquelle (20) nach Anspruch 1, wobei das Abschirmelement (24) ringförmig ausgebildet ist.X-ray source (20) after claim 1 , wherein the shielding element (24) is ring-shaped.

Röntgenstrahlenquelle (20) nach Anspruch 2, wobei die Sichtverbindung eine zentrale Öffnung (24.0) des ringförmigen Abschirmelements (24) zentral schneidet.X-ray source (20) after claim 2 , wherein the line of sight intersects a central opening (24.0) of the annular shielding element (24) centrally.

Röntgenstrahlenquelle (20) nach Anspruch 2, wobei die Sichtverbindung eine zentrale Öffnung (24.0) des ringförmigen Abschirmelements (24) dezentral schneidet.X-ray source (20) after claim 2 , wherein the line of sight intersects a central opening (24.0) of the annular shielding element (24) decentrally.

Röntgenstrahlenquelle (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abschirmelement (24) die Sichtverbindung vollständig unterbricht.An x-ray source (20) as claimed in any preceding claim, wherein the shielding member (24) completely blocks line of sight.

Röntgenstrahlenquelle (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abschirmelement (24) ein Hochspannungsüberschlagschutz ist.An x-ray source (20) as claimed in any preceding claim, wherein the shielding member (24) is a high voltage flashover protector.

Röntgenstrahlenquelle (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Elektronenablenkvorrichtung (25), welche dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise die emittierten Elektronen um das Abschirmelement (24) herum in Richtung des Brennflecks (23) zu lenken.X-ray source (20) according to one of the preceding claims, further comprising an electron deflection device (25) which is adapted to at least partially direct the emitted electrons around the shielding element (24) towards the focal spot (23).

Röntgenstrahlenquelle (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine auf der Emitterfläche (21) senkrecht stehende Emitterflächennormale in einem Winkel größer 0° in Bezug auf die Sichtverbindung steht.X-ray source (20) according to one of the preceding claims, in which an emitter surface normal which is perpendicular to the emitter surface (21) is at an angle greater than 0° in relation to the line of sight.

Röntgenstrahlenquelle (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anode (22) drehbar gelagert ist und der Brennfleck (23) ein Teil einer Brennbahn der Anode (22) ist.An x-ray source (20) as claimed in any preceding claim, wherein the anode (22) is rotatably mounted and the focal spot (23) is part of a focal path of the anode (22).

Röntgenstrahlenquelle (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abschirmelement mittels einer Potentialquelle auf einem einstellbaren Potential liegt zum Formen der emittierten Elektronen.An X-ray source (20) according to any one of the preceding claims, wherein the shielding element is at an adjustable potential by means of a potential source for shaping the emitted electrons.

Röntgenröhre (30), aufweisend ein evakuiertes Röntgenröhrengehäuse (31) und eine in dem evakuierten Röntgenröhrengehäuse (31) angeordnete Röntgenstrahlenquelle (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.X-ray tube (30), comprising an evacuated X-ray tube housing (31) and an in the evacuated X-ray tube housing (31) arranged X-ray source (20) according to any one of Claims 1 until 10 .