EP3599619A1 - Target for producing x-ray radiation, x-ray emitter and method for producing x-ray radiation - Google Patents

Target for producing x-ray radiation, x-ray emitter and method for producing x-ray radiation Download PDF

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EP3599619A1
EP3599619A1 EP18185506.5A EP18185506A EP3599619A1 EP 3599619 A1 EP3599619 A1 EP 3599619A1 EP 18185506 A EP18185506 A EP 18185506A EP 3599619 A1 EP3599619 A1 EP 3599619A1
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EP
European Patent Office
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target
layer
metallic element
particle stream
layer structure
Prior art date
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Pending
Application number
EP18185506.5A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Marvin Möller
Benno Cyliax
Martin Koschmieder
Sven Müller
Stefan Willing
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Siemens Healthineers AG
Original Assignee
Siemens Healthcare GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Healthcare GmbH filed Critical Siemens Healthcare GmbH
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Priority to US16/519,245 priority patent/US10886096B2/en
Priority to CN201910676447.3A priority patent/CN110783160B/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00—Irradiation devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/112—Non-rotating anodes
    • H01J35/116—Transmissive anodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/081—Target material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/088—Laminated targets, e.g. plurality of emitting layers of unique or differing materials

Definitions

  • the invention relates to a target for generating X-rays by exposure to a particle stream containing charged particles, in particular electrons.
  • the invention further relates to an X-ray emitter having a particle source emitting a particle stream and an acceleration device, in particular an acceleration device comprising a plurality of coupled cavity resonators, which is designed to generate a particle stream directed at the target.
  • the invention further relates to a method for generating X-rays by applying a charged particle stream, in particular electrons, to the target stream.
  • x-ray emitters in particular high-energy x-ray emitters, to provide x-rays in the MeV range, in medical and in non-medical applications.
  • X-ray radiation or brake radiation is generated in a known manner by applying a particle stream of accelerated and charged particles, usually electrons, to a target. The particles are slowed down so that they emit part of their kinetic energy as photons or X-rays.
  • Linear accelerators are used in particular to accelerate the charged particles or electrons.
  • a medical application for X-rays generated in this way relates to radiation therapy.
  • Another, technical field of application concerns non-destructive Material testing or the screening of objects, in particular as part of an imaging security check or as part of an imaging inspection of freight.
  • screening systems are known in which linear accelerators are used to generate photons in the MeV range.
  • the X-ray radiation attenuated when the object is irradiated is detected by an X-ray detector in a spatially resolved manner.
  • This object is achieved by a target for generating x-rays according to claim 1, a linear accelerator according to claim 6 and a method for generating x-rays according to claim 11.
  • a target for generating X-ray radiation by exposure to a particle stream containing charged particles, in particular electrons, has at least two metallic layers Layer structure.
  • a target surface which can be acted upon by the particle stream is formed by a first layer of the layer structure, which consists of a material comprising a first metallic element.
  • a second layer of the layer structure consists of a material comprising a second metallic element. The atomic number of the first metallic element is smaller than the atomic number of the second metallic element.
  • the invention is based on the knowledge that the interaction of the accelerated particles, in particular electrons, with the atoms in the material of the target with a given acceleration of the particles, that is to say with a given acceleration voltage, significantly influences the emission of photons or X-ray quanta inside and outside the useful radiation field.
  • the interaction between the particle stream and the material of the target determines the proportion and the energy of the backscattered particles. It has now been shown that these backscattered particles (also: secondary electrons) are responsible for a significant proportion of the leakage and scattered radiation outside the useful radiation field, since these are braked at other points in one of the surrounding materials and thus for the emission of electromagnetic radiation, especially X-rays.
  • the essence of the invention is to reduce the energy of the backscattered particles by a targeted arrangement of different materials in the target. As a result, a substantial reduction in mass can then be achieved by reducing the shielding, in particular against the beam direction of the incident particle stream.
  • the target according to the invention is constructed in such a way that the proportion of backscattered particles or electrodes is reduced compared to the known approach with a comparable useful radiation field.
  • the interaction of the accelerated particles with different materials For metallic elements with a large atomic number (also: atomic number, atom number, proton number) this interaction is generally stronger than with metallic elements with a lower atomic number. This means that both the deflection of the particles as a function of the penetration depth and the yield of X-rays generated differ.
  • the target would thus have to be designed in such a way that the target surface to which the particle stream is applied or which can be applied consists of a material which comprises elements with the greatest possible atomic number.
  • the design of the target is characterized by the fact that a material with a smaller atomic number is upstream from the point of view of the incident particle stream.
  • the target surface that can be acted upon is formed by the first layer, the material of which has metallic elements with a smaller atomic number.
  • the second layer in particular immediately adjacent to the first layer, accordingly comprises metallic elements with a larger atomic number.
  • the layer structure of the target comprises at least two layers.
  • the target is formed by a layer structure with exactly two layers.
  • the atomic number of the first metallic element is less than 36 and the atomic number of the second metallic element is more than 36.
  • the first metallic element is, for example, a metal of the third or fourth period, such as copper (Cu).
  • the second metallic element is, for example, a fifth or sixth period metal, such as tungsten (W).
  • the difference between the atomic number of the second metallic element and the atomic number of the first metallic element is at least 18.
  • the first and second material is a metal or a metal alloy.
  • the first and / or second material is a homogeneous metal, this can in particular be formed by the first and / or second metallic element. If the first and / or second material is a metal alloy, the first and / or second metallic element is accordingly a component of the metal alloy.
  • the first metallic element is copper and the second metallic element is tungsten.
  • the first layer can in particular consist of a metal alloy containing copper.
  • the second layer can in particular consist of a metal alloy containing tungsten.
  • the first layer can essentially consist of elemental copper and the first layer essentially of elementary tungsten. The term “essentially” is to be understood in such a way that impurities due to foreign metals and / or oxidation are also included.
  • a layer thickness of the first layer is in the range between 0.3 to 0.7 times the range of electrons in the material from which the first layer is formed.
  • a layer thickness of the second layer is accordingly likewise preferably in the range between 0.3 and 0.7 times the range of electrons in the material from which the second layer is formed.
  • the layer thickness of the first layer is thus chosen in particular as a function of the average particle energy of the particle stream acting on the target such that at least a substantial proportion of the incident particles penetrate the first layer. In other words, the mean penetration depth of the incident particles is greater than the layer thickness of the first layer.
  • the average particle energy is particularly in the range of MeV.
  • the transition from the at least one first layer to the at least one second layer does not necessarily have to run abruptly; rather, one embodiment can provide that the material composition of the target changes continuously from the first to the second layer.
  • Generative manufacturing methods such as sintering, selective laser melting or 3D printing are particularly suitable for producing such targets with a varying material composition.
  • An x-ray emitter with a particle source emitting a particle stream and an acceleration device, in particular an acceleration device of a linear accelerator comprising a plurality of coupled cavity resonators, is designed to generate a particle stream directed at a target, in particular at the above-mentioned target.
  • the target has a layer structure comprising at least two metallic layers, the target surface which can be acted upon by the particle stream being formed by the first layer of the layer structure, which consists of the material comprising the first metallic element.
  • the second layer of the layer structure is formed from the material comprising the second metallic element, the atomic number of the first metallic element being smaller is the atomic number of the second metallic element.
  • the particle stream acting on the target surface is aligned along a beam axis which is essentially perpendicular to the at least two layers of the layer structure.
  • the first and second layers are in particular directly adjacent to one another and, for example, run plane-parallel to one another.
  • the acceleration device is designed to accelerate the particles in the particle stream to an average particle energy in the range of MeV, in particular in the range of more than 1MeV and less than 20MeV.
  • the target is applied in particular in such a way that the radiation of the X-ray or brake radiation largely takes place in the direction of the incident particle stream, that is to say after the target has been irradiated at least in sections.
  • the target can also be referred to as a transmission target.
  • the mean particle energy is to be selected accordingly as a function of the layer thicknesses of at least the first and second layers.
  • the target for radiating X-rays is arranged in a solid angle range of less than 60 ° around the beam axis, preferably of about 35 ° around the beam axis, in particular in the direction, that is, in an imaginary extension of the particle stream acting on the target surface.
  • the useful radiation field and the incident particle stream are arranged on opposite sides of the target.
  • a method for generating X-ray radiation by applying a charged particle, in particular electrons, to a target, in particular the already described target, is characterized in that the target has a layer structure comprising at least two metallic layers.
  • the target surface acted upon by the particle stream is formed by the first layer of the layer structure.
  • the first layer consists of the material comprising the first metallic element and the second layer of the layer structure consists of the material comprising the second metallic element.
  • the atomic number of the first metallic element is smaller than the atomic number of the second metallic element.
  • the advantages of the method using a target designed and aligned in this way result directly from the previous description with reference to the corresponding device.
  • the yield of X-radiation per incident particle changes.
  • the proportion of the X-radiation emitted in the direction of the beam axis that is to say in the forward direction of the particle stream, is changed in relation to the particles scattered in the reverse direction.
  • the proportion of particles scattered in the backward direction can be or electrons, in particular compared to known methods.
  • the particle stream acting on the target surface is aligned along a beam axis which is essentially perpendicular to the at least two layers of the layer structure.
  • the second layer can in particular form a side of the target facing away from the particle stream.
  • the target for radiating X-rays is arranged in a solid angle range of less than 60 ° around the beam axis, preferably of about 35 ° around the beam axis, in particular in the direction of the particle stream acting on the target surface.
  • the useful radiation field and the incident particle stream are arranged on opposite sides of the target.
  • the particles in the particle stream are accelerated to an average particle energy in the range of MeV, in particular in the range of more than 1MeV and less than 20MeV, with the aid of an acceleration device, in particular with the aid of an acceleration device of a linear accelerator comprising several coupled cavity resonators.
  • a particle stream is preferably generated with which brake or X-ray radiation can be generated in a spectral range which is suitable for screening massive containers, such as in particular the freight containers, freight containers or railroad cars commonly used in goods traffic.
  • the x-ray radiation generated, in particular brake radiation is provided for the non-destructive testing of materials, for the imaging inspection of freight and / or for medical radiation therapy.
  • Figure 1 shows the basic structure of an X-ray emitter 10 with a target 11, which is acted upon by a particularly pulsed particle stream of charged particles e, in order to generate X-ray or brake radiation ⁇ .
  • the pulse or pulsed particle stream e of charged particles - in the present
  • electrons can be generated by means of the linear accelerator 1, which comprises a particle source 2, for example an electron gun, and an acceleration device 3, for example an accelerator tube with a plurality of coupled cavity resonators 4, in particular for generating electromagnetic traveling waves.
  • the linear accelerator 1 which comprises a particle source 2, for example an electron gun, and an acceleration device 3, for example an accelerator tube with a plurality of coupled cavity resonators 4, in particular for generating electromagnetic traveling waves.
  • a power supply 5 supplies the accelerating device 3 with a high-frequency power in order to generate a high-frequency alternating field for accelerating the particle flow within the coupled cavity resonators 4, which alternating field is injected or injected into the accelerating device by the particle source 2 at predetermined times.
  • the supply of high-frequency power can in particular periodically, i. H. in the form of high-frequency pulses supplied by the acceleration device 3.
  • a controller or control device 6 is connected both to the particle source 2 and to the energy supply 5 and is designed to synchronize the coupling or "shooting in” of the particle stream into the acceleration device 3 with respect to the periodically supplied high-frequency power.
  • the particle stream e is directed parallel to the beam axis A at the target 11.
  • the useful beam field N for the generated x-ray radiation ⁇ is essentially limited to a conical solid angle region around the beam axis A, the opening angle ⁇ between the conical surface enclosing the solid angle region and the beam axis A being 60 ° or less.
  • the target 11 has a layer structure S which is shown in detail in Figure 2 is shown.
  • the target 11 is formed by two essentially homogeneous layers S1, S2.
  • the material of the first layer S1 comprises a first metallic element of a relatively low atomic number Z.
  • the first layer S1 is made of copper in the non-limiting embodiment.
  • the first layer S1 is formed from a metal alloy containing copper (Cu).
  • the material of the second layer S2 comprises a second metallic element of relatively large atomic number Z.
  • the second layer S2 is formed from tungsten (W) in the non-limiting embodiment.
  • the second layer S2 is formed from a metal alloy containing tungsten.
  • a target surface T acted upon by the incident particle stream e is formed by the first layer S1 with lighter constituents of low atomic number Z.
  • the second layer S2 is oriented in the direction of the opposite exit side for x-radiation y.
  • the design of the target 11 in accordance with the exemplary embodiment shown is thus characterized in that, from the point of view of the incident particle or electron beam, the first layer S1 made of a material with a smaller atomic number Z precedes the second layer S2 made of a material with the larger atomic number Z , As a result, the yield of X-ray brake radiation per particle or electron is initially somewhat reduced, but the proportion of backscattered particles or secondary electrons e2 is minimized to a much greater extent.
  • a target whose acted target surface is formed by tungsten serves as a comparative example.
  • the curves relating to the exemplary embodiment according to the invention are drawn through and those of the comparative example are shown in dashed lines.
  • Figure 3 illustrates the X-ray brake spectrum of the emitted X-rays ⁇ of the exemplary embodiment and the comparative example.
  • the energy of the emitted photons or X-ray quanta is shown in MeV on the X axis.
  • the average energy of the emitted spectra is recorded on the X axis as marker X1.
  • the number of photons of the corresponding energy is shown on the left Y-axis, while the sum product of the respective spectrum is scaled as dose equivalent D with a further marker X2 on the right Y-axis.
  • the X-ray brake spectra emitted in the exemplary embodiment and the comparative example correspond to one another with regard to their mean energy (X1) and dose equivalent (X2).
  • X1 and dose equivalent (X2) approximately 1.4 times as many accelerated particles were required for this than in the variant according to the comparative example.
  • the simulation of the exemplary embodiment is therefore based on a particle stream e which is increased 1.4 times.
  • Figure 4 illustrates the energy fluence of the photons (Y-axis) as a function of the angle (X-axis) of the X-rays ⁇ emitted in the forward direction, ie in the direction of the incident particle stream e.
  • An angle of 0 ° corresponds to a trajectory parallel to the beam axis A. It can be seen that the photon distribution over the angle in the comparative example is directed somewhat more forward than in the exemplary embodiment, ie the emitted x-ray radiation ⁇ is somewhat stronger on the region close to the axis around the beam axis A focused.
  • Figure 5 illustrates the backward scattered spectrum of the exemplary embodiment in comparison to the comparative example.
  • the energy of the backscattered particles or secondary electrons e2 is shown in MeV on the X axis.
  • the mean energy of the scattering spectra is on the X axis as marker X3, X4 listed.
  • the number of backscattered particles (electrons) of the corresponding energy is shown on the left Y-axis, while the sum product of the respective spectrum is shown as dose equivalent D with further markers X5, X6 on the right Y-axis.
  • Both the average energy X3 and the number of backscattered electrons or the dose equivalent X5 in the variant according to the exemplary embodiment are significantly lower than the corresponding values X4, X6 of the comparative example. If one compares the backscattered particles or electrons weighted with their respective energy (see dose equivalent), there is a difference of about a factor of 3.
  • An angle 0 ° corresponds to a trajectory antiparallel to the beam axis A, that is to say a trajectory which is directed in the opposite direction to the incident particle stream e. It can be seen that in the exemplary embodiment as a whole significantly fewer particles are scattered back in the exemplary embodiment than in the comparative example.

Abstract

Ein Target (11) zum Erzeugen von Röntgenstrahlung (γ) durch Beaufschlagung mit einem geladene Teilchen, insbesondere Elektronen, enthaltenden Teilchenstrom (e), ist gemäß der Erfindung durch eine zumindest zwei metallische Schichten (S1, S2) umfassende Schichtstruktur (S) charakterisiert. Eine von dem Teilchenstrom (e) beaufschlagbare Targetoberfläche (T) ist von einer ersten Schicht (S1) der Schichtstruktur (S) gebildet, die aus einem ein erstes metallisches Element umfassendes Material besteht. Eine zweite Schicht (S2) der Schichtstruktur besteht aus einem ein zweites metallisches Element umfassenden Material. Die Ordnungszahl (Z) des ersten metallischen Elements ist kleiner als die Ordnungszahl (Z) des zweiten metallischen Elements. Die Erfindung betrifft ferner einen Röntgenemitter (10) mit einem derartigen Target und ein Verfahren zum Erzeugen von Röntgenstrahlung (γ).According to the invention, a target (11) for generating X-rays (γ) by exposure to a particle stream (e) containing charged particles, in particular electrons, is characterized by a layer structure (S) comprising at least two metallic layers (S1, S2). A target surface (T) which can be acted upon by the particle stream (e) is formed by a first layer (S1) of the layer structure (S), which consists of a material comprising a first metallic element. A second layer (S2) of the layer structure consists of a material comprising a second metallic element. The atomic number (Z) of the first metallic element is smaller than the atomic number (Z) of the second metallic element. The invention further relates to an X-ray emitter (10) with such a target and a method for generating X-ray radiation (γ).

Description

Die Erfindung betrifft ein Target zum Erzeugen von Röntgenstrahlung durch Beaufschlagung mit einem geladene Teilchen, insbesondere Elektronen, enthaltenden Teilchenstrom.The invention relates to a target for generating X-rays by exposure to a particle stream containing charged particles, in particular electrons.

Die Erfindung betrifft ferner einen Röntgenemitter mit einer einen Teilchenstrom emittierenden Teilchenquelle und einer Beschleunigungsvorrichtung, insbesondere einer mehrere miteinander gekoppelte Hohlraumresonatoren umfassenden Beschleunigungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen auf das Target gerichteten Teilchenstrom zu erzeugen.The invention further relates to an X-ray emitter having a particle source emitting a particle stream and an acceleration device, in particular an acceleration device comprising a plurality of coupled cavity resonators, which is designed to generate a particle stream directed at the target.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen von Röntgenstrahlung durch Beaufschlagung des Targets mit einem geladene Teilchen, insbesondere Elektronen, enthaltenden Teilchenstrom.The invention further relates to a method for generating X-rays by applying a charged particle stream, in particular electrons, to the target stream.

Es ist bekannt, Röntgenemitter, insbesondere hochenergetische Röntgenemitter zur Bereitstellung von Röntgenstrahlung im MeV Bereich, in medizinischen und in nicht-medizinischen Anwendungen einzusetzen. Röntgenstrahlung bzw. Bremsstrahlung wird dabei in bekannter Weise dadurch erzeugt, dass ein Target mit einem Teilchenstrom aus beschleunigten und geladenen Teilchen, für gewöhnlich Elektronen, beaufschlagt wird. Dabei werden die Teilchen abgebremst, so dass diese einen Teil ihrer kinetischen Energie als Photonen- bzw. Röntgenstrahlung emittieren. Zur Beschleunigung der geladenen Teilchen bzw. Elektronen kommen insbesondere Linearbeschleuniger zum Einsatz.It is known to use x-ray emitters, in particular high-energy x-ray emitters, to provide x-rays in the MeV range, in medical and in non-medical applications. X-ray radiation or brake radiation is generated in a known manner by applying a particle stream of accelerated and charged particles, usually electrons, to a target. The particles are slowed down so that they emit part of their kinetic energy as photons or X-rays. Linear accelerators are used in particular to accelerate the charged particles or electrons.

Ein medizinischer Anwendungsbereich für derartig erzeugte Röntgenstrahlung betrifft die Strahlentherapie. Ein anderes, technisches Anwendungsfeld betrifft die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung bzw. die Durchleuchtung von Objekten insbesondere im Rahmen einer bildgebenden Sicherheitsüberprüfung oder im Rahmen einer bildgebenden Überprüfung von Frachtgut. Im letzteren Fall sind beispielsweise zur Durchleuchtung von großen Objekten, wie beispielsweise Frachtcontainer, Durchleuchtungssysteme bekannt, bei denen zur Erzeugung von Photonen im MeV-Bereich Linearbeschleuniger eingesetzt werden. Die bei der Durchstrahlung des Objekts abgeschwächte Röntgenstrahlung wird räumlich aufgelöst von einem Röntgendetektor detektiert.A medical application for X-rays generated in this way relates to radiation therapy. Another, technical field of application concerns non-destructive Material testing or the screening of objects, in particular as part of an imaging security check or as part of an imaging inspection of freight. In the latter case, for example, for the screening of large objects, such as freight containers, screening systems are known in which linear accelerators are used to generate photons in the MeV range. The X-ray radiation attenuated when the object is irradiated is detected by an X-ray detector in a spatially resolved manner.

Aus Gründen des Strahlenschutzes besteht in vielen Anwendungen die Anforderung, die außerhalb des Nutzstrahlenfeldes emittierte Röntgenstrahlung, insbesondere Streu- und Leckstrahlung, so weit wie möglich zu reduzieren. Die Reduzierung der Röntgenstrahlung außerhalb des Nutzstrahlenfeldes erfolgt typischerweise durch Abschirmungen und Kollimations-Blenden, welche maßgeblich zum Gesamtgewicht der Anlage, insbesondere des Linearbeschleunigers, beitragen.For reasons of radiation protection, there is a requirement in many applications to reduce as far as possible the X-rays emitted outside the useful radiation field, in particular scattered and leakage radiation. The reduction of the x-ray radiation outside the useful radiation field is typically carried out by shielding and collimation diaphragms, which contribute significantly to the total weight of the system, in particular the linear accelerator.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von Röntgenstrahlung derart anzugeben, dass der Anteil der erzeugten Röntgenstrahlung außerhalb des gewünschten Nutzstrahlenfelds reduziert ist.It is an object of the invention to provide an apparatus and a method for generating X-rays in such a way that the proportion of the X-rays generated outside the desired useful radiation field is reduced.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Target zum Erzeugen von Röntgenstrahlung nach Anspruch 1, einen Linearbeschleuniger nach Anspruch 6 und ein Verfahren zum Erzeugen von Röntgenstrahlung nach Anspruch 11.This object is achieved by a target for generating x-rays according to claim 1, a linear accelerator according to claim 6 and a method for generating x-rays according to claim 11.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein Target (auch: Streukörper) zum Erzeugen von Röntgenstrahlung durch Beaufschlagung mit einem geladene Teilchen, insbesondere Elektronen, enthaltenden Teilchenstrom, weist gemäß der Erfindung eine zumindest zwei metallische Schichten umfassende Schichtstruktur auf. Eine von dem Teilchenstrom beaufschlagbare Targetoberfläche ist von einer ersten Schicht der Schichtstruktur gebildet, die aus einem ein erstes metallisches Element umfassenden Material besteht. Eine zweite Schicht der Schichtstruktur besteht aus einem ein zweites metallisches Element umfassenden Material. Die Ordnungszahl des ersten metallischen Elements ist kleiner als die Ordnungszahl des zweiten metallischen Elements.According to the invention, a target (also: scattering body) for generating X-ray radiation by exposure to a particle stream containing charged particles, in particular electrons, has at least two metallic layers Layer structure. A target surface which can be acted upon by the particle stream is formed by a first layer of the layer structure, which consists of a material comprising a first metallic element. A second layer of the layer structure consists of a material comprising a second metallic element. The atomic number of the first metallic element is smaller than the atomic number of the second metallic element.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Wechselwirkung der beschleunigten Teilchen, insbesondere Elektronen, mit den Atomen im Material des Targets bei gegebener Beschleunigung der Teilchen, also bei gegebener Beschleunigungsspannung, die Emission von Photonen bzw. Röntgenquanten innerhalb und außerhalb des Nutzstrahlenfelds maßgeblich beeinflusst. Insbesondere bestimmt die Wechselwirkung zwischen dem Teilchenstrom und dem Material des Targets den Anteil und die Energie der zurückgestreuten Teilchen. Es hat sich nun gezeigt, dass diese zurückgestreuten Teilchen (auch: Sekundärelektronen) für einen signifikanten Anteil der Leck- und Streustrahlung außerhalb des Nutzstrahlenfeldes verantwortlich sind, da diese an anderen Stellen in einem der umliegenden Materialien abgebremst werden und so zur Emission von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung, beitragen.The invention is based on the knowledge that the interaction of the accelerated particles, in particular electrons, with the atoms in the material of the target with a given acceleration of the particles, that is to say with a given acceleration voltage, significantly influences the emission of photons or X-ray quanta inside and outside the useful radiation field. In particular, the interaction between the particle stream and the material of the target determines the proportion and the energy of the backscattered particles. It has now been shown that these backscattered particles (also: secondary electrons) are responsible for a significant proportion of the leakage and scattered radiation outside the useful radiation field, since these are braked at other points in one of the surrounding materials and thus for the emission of electromagnetic radiation, especially X-rays.

Kern der Erfindung ist es, die Energie der zurückgestreuten Teilchen durch eine gezielte Anordnung von unterschiedlichen Materialien im Target zu reduzieren. Im Ergebnis kann dann eine erhebliche Massereduzierung durch Reduzierung der Abschirmung insbesondere entgegen der Strahlrichtung des einfallenden Teilchenstroms erfolgen.The essence of the invention is to reduce the energy of the backscattered particles by a targeted arrangement of different materials in the target. As a result, a substantial reduction in mass can then be achieved by reducing the shielding, in particular against the beam direction of the incident particle stream.

Das Target gemäß der Erfindung ist so konstruiert, dass bei vergleichbarem Nutzstrahlenfeld der Anteil der zurückgestreuten Teilchen bzw. Elektroden gegenüber der bekannten Herangehensweise reduziert ist. Hierzu wird die Wechselwirkung der beschleunigten Teilchen mit den unterschiedlichen Materialen ausgenutzt. Für metallische Elemente mit einer großen Ordnungszahl (auch: Kernladungszahl, Atomnummer, Protonenzahl) ist diese Wechselwirkung im Allgemeinen stärker als mit metallischen Elementen mit geringerer Ordnungszahl. Damit ist sowohl die Ablenkung der Teilchen als Funktion der Eindringtiefe als auch die Ausbeute an erzeugter Röntgenstrahlung unterschiedlich. Um eine maximale Ausbeute an Röntgenstrahlung, insbesondere Bremsstrahlung, sicherzustellen, wäre somit das Target so auszulegen, dass die mit dem Teilchenstrom beaufschlagte bzw. beaufschlagbare Targetoberfläche aus einem Material besteht, welches Elemente mit möglichst großer Kernladungszahl umfasst.The target according to the invention is constructed in such a way that the proportion of backscattered particles or electrodes is reduced compared to the known approach with a comparable useful radiation field. The interaction of the accelerated particles with different materials. For metallic elements with a large atomic number (also: atomic number, atom number, proton number) this interaction is generally stronger than with metallic elements with a lower atomic number. This means that both the deflection of the particles as a function of the penetration depth and the yield of X-rays generated differ. In order to ensure a maximum yield of X-ray radiation, in particular brake radiation, the target would thus have to be designed in such a way that the target surface to which the particle stream is applied or which can be applied consists of a material which comprises elements with the greatest possible atomic number.

Die Auslegung des Targets zeichnet sich dadurch aus, dass ein Material mit kleinerer Ordnungszahl aus Sicht des einfallenden Teilchenstroms vorgelagert ist. Mit anderen Worten ist die beaufschlagbare Targetoberfläche von der ersten Schicht gebildet, deren Material metallische Elemente mit einer kleineren Ordnungszahl aufweist. Die an die erste Schicht insbesondere unmittelbar angrenzende zweite Schicht umfasst entsprechend metallische Elemente mit größerer Ordnungszahl. Bei einer derartigen konstruktiven Ausführung des Targets ist die Ausbeute an Röntgenstrahlung pro einfallendem Teilchen etwas reduziert, jedoch ist der Anteil der rückgestreuten Teilchen, insbesondere Elektronen, wesentlich stärker reduziert. Die zur Abschwächung von Röntgenstrahlung außerhalb des vorgesehenen Nutzstrahlfeldes vorgesehene Abschirmung kann maßgeblich, in Anwendungsfällen insbesondere um mehr als eine Halbwertschichtdicke reduziert werden. Da die Abschirmung bei den meisten Röntgenstrahlern zur Erzeugung von hochenergetischer Röntgenstrahlung den größten Anteil am Gesamtgewicht hat, ist der Gewichtsvorteil für das Gesamtsystem bedeutsam.The design of the target is characterized by the fact that a material with a smaller atomic number is upstream from the point of view of the incident particle stream. In other words, the target surface that can be acted upon is formed by the first layer, the material of which has metallic elements with a smaller atomic number. The second layer, in particular immediately adjacent to the first layer, accordingly comprises metallic elements with a larger atomic number. With such a constructive design of the target, the yield of X-ray radiation per incident particle is somewhat reduced, but the proportion of the backscattered particles, in particular electrons, is reduced considerably more. The shielding provided for the attenuation of x-ray radiation outside the intended useful beam field can be significantly reduced, in particular by more than a half-value layer thickness in application cases. Since the shielding in most X-ray emitters for the generation of high-energy X-rays makes up the largest part of the total weight, the weight advantage for the overall system is significant.

Die Schichtstruktur des Targets umfasst zumindest zwei Schichten. In Ausgestaltung ist das Target von einer Schichtstruktur mit genau zwei Schichten gebildet.The layer structure of the target comprises at least two layers. In one embodiment, the target is formed by a layer structure with exactly two layers.

In Ausgestaltung beträgt die Ordnungszahl des ersten metallischen Elements weniger als 36 und die Ordnungszahl des zweiten metallischen Elements mehr als 36. Das erste metallische Element ist beispielsweise ein Metall der dritten oder vierten Periode, wie etwa Kupfer (Cu). Das zweite metallische Element ist beispielsweise ein Metall der fünften oder sechsten Periode, wie etwa Wolfram (W).In an embodiment, the atomic number of the first metallic element is less than 36 and the atomic number of the second metallic element is more than 36. The first metallic element is, for example, a metal of the third or fourth period, such as copper (Cu). The second metallic element is, for example, a fifth or sixth period metal, such as tungsten (W).

In Ausgestaltung beträgt die Differenz zwischen der Ordnungszahl des zweiten metallischen Elements und der Ordnungszahl des ersten metallischen Elements zumindest 18.In an embodiment, the difference between the atomic number of the second metallic element and the atomic number of the first metallic element is at least 18.

In Ausgestaltung ist das erste und zweite Material ein Metall oder eine Metalllegierung. Im Falle, dass das erste und/oder zweite Material ein homogenes Metall ist, kann dieses insbesondere vom ersten und/oder zweiten metallischen Element gebildet sein. Ist das erste und/oder zweite Material eine Metalllegierung, so ist entsprechend das erste und/oder zweite metallische Element Bestandteil der Metalllegierung.In an embodiment, the first and second material is a metal or a metal alloy. In the event that the first and / or second material is a homogeneous metal, this can in particular be formed by the first and / or second metallic element. If the first and / or second material is a metal alloy, the first and / or second metallic element is accordingly a component of the metal alloy.

In Ausgestaltung ist das erste metallische Element Kupfer und das zweite metallische Element Wolfram. Die erste Schicht kann insbesondere aus einer Kupfer enthaltenden Metalllegierung bestehen. Die zweite Schicht kann insbesondere aus einer Wolfram enthaltenden Metalllegierung bestehen. Alternativ dazu kann die erste Schicht im Wesentlichen aus elementarem Kupfer und die erste Schicht im Wesentlichen aus elementarem Wolfram bestehen. Der Begriff "im Wesentlichen" ist dabei so zu verstehen, dass auch Verunreinigungen durch Fremdmetalle und/oder Oxidation beinhaltet sind.In an embodiment, the first metallic element is copper and the second metallic element is tungsten. The first layer can in particular consist of a metal alloy containing copper. The second layer can in particular consist of a metal alloy containing tungsten. Alternatively, the first layer can essentially consist of elemental copper and the first layer essentially of elementary tungsten. The term “essentially” is to be understood in such a way that impurities due to foreign metals and / or oxidation are also included.

In Ausgestaltung liegt eine Schichtdicke der ersten Schicht im Bereich zwischen dem 0,3 bis 0,7-fachen der Reichweite von Elektronen im Material, aus dem die erste Schicht gebildet ist. Eine Schichtdicke der zweiten Schicht liegt entsprechend ebenfalls bevorzugt im Bereich zwischen dem 0,3 bis 0,7-fachen der Reichweite von Elektronen im Material, aus dem die zweite Schicht gebildet ist. Die Schichtdicke der ersten Schicht ist somit insbesondere in Abhängigkeit der mittleren Teilchenenergie des das Target beaufschlagenden Teilchenstroms so gewählt, dass zumindest ein wesentlicher Anteil der einfallenden Teilchen die erste Schicht durchdringt. Mit anderen Worten ist die mittlere Eindringtiefe der einfallenden Teilchen größer als die Schichtdicke der ersten Schicht. Die mittlere Teilchenenergie liegt insbesondere im Bereich von MeV.In one embodiment, a layer thickness of the first layer is in the range between 0.3 to 0.7 times the range of electrons in the material from which the first layer is formed. A layer thickness of the second layer is accordingly likewise preferably in the range between 0.3 and 0.7 times the range of electrons in the material from which the second layer is formed. The layer thickness of the first layer is thus chosen in particular as a function of the average particle energy of the particle stream acting on the target such that at least a substantial proportion of the incident particles penetrate the first layer. In other words, the mean penetration depth of the incident particles is greater than the layer thickness of the first layer. The average particle energy is particularly in the range of MeV.

Es versteht sich, dass der Übergang von der zumindest einen ersten Schicht zu der zumindest einen zweiten Schicht nicht zwingend abrupt verlaufen muss, vielmehr kann in Ausgestaltung vorgesehen sein, dass sich die Materialzusammensetzung des Targets von der ersten zur zweiten Schicht kontinuierlich ändert. Zur Herstellung derartiger Targets mit variierender Materialzusammensetzung bieten sich insbesondere generative Fertigungsverfahren an, wie beispielsweise Sintern, selektives Laserschmelzen oder 3D-Druck.It goes without saying that the transition from the at least one first layer to the at least one second layer does not necessarily have to run abruptly; rather, one embodiment can provide that the material composition of the target changes continuously from the first to the second layer. Generative manufacturing methods such as sintering, selective laser melting or 3D printing are particularly suitable for producing such targets with a varying material composition.

Ein Röntgenemitter mit einer einen Teilchenstrom emittierenden Teilchenquelle und einer Beschleunigungsvorrichtung, insbesondere eine mehrere miteinander gekoppelte Hohlraumresonatoren umfassende Beschleunigungsvorrichtung eines Linearbeschleunigers, ist dazu ausgebildet, einen auf ein Target, insbesondere auf das vorstehend bereits genannte Target, gerichteten Teilchenstrom zu erzeugen.An x-ray emitter with a particle source emitting a particle stream and an acceleration device, in particular an acceleration device of a linear accelerator comprising a plurality of coupled cavity resonators, is designed to generate a particle stream directed at a target, in particular at the above-mentioned target.

Gemäß der Erfindung weist das Target eine zumindest zwei metallische Schichten umfassende Schichtstruktur auf, wobei die von dem Teilchenstrom beaufschlagbare Targetoberfläche von der ersten Schicht der Schichtstruktur gebildet ist, die aus dem das erste metallische Element umfassenden Material besteht. Die zweite Schicht der Schichtstruktur ist aus dem das zweite metallische Element umfassenden Material gebildet, wobei die Ordnungszahl des ersten metallischen Elements kleiner ist als die Ordnungszahl des zweiten metallischen Elements.According to the invention, the target has a layer structure comprising at least two metallic layers, the target surface which can be acted upon by the particle stream being formed by the first layer of the layer structure, which consists of the material comprising the first metallic element. The second layer of the layer structure is formed from the material comprising the second metallic element, the atomic number of the first metallic element being smaller is the atomic number of the second metallic element.

Die Vorzüge eines Röntgenemitters mit einem derartig ausgebildeten und ausgerichteten Target ergibt sich unmittelbar aus der bisherigen Beschreibung. Da die beaufschlagte Targetoberfläche von der ersten, Konstituenten mit niedriger Ordnungszahl umfassenden, Schicht gebildet ist, ist der Anteil insbesondere an zurückgestreuten Teilchen bzw. Elektronen reduziert. Dies verringert Streu- und Leckstrahlung, die von diesen zurückgestreuten Teilchen verursacht werden. Die Abschirmung insbesondere in Rückwärtsrichtung zum einfallenden Teilchenstrom kann daher reduziert werden. Dies führt zu einer erheblichen Gewichtsreduzierung, da das Gesamtgewicht der Anlage maßgeblich von der Dimensionierung der Abschirmung bestimmt ist.The advantages of an X-ray emitter with a target designed and aligned in this way result directly from the previous description. Since the applied target surface is formed by the first layer comprising constituents with a low atomic number, the proportion of backscattered particles or electrons is reduced in particular. This reduces stray and leakage radiation caused by these backscattered particles. The shielding, in particular in the reverse direction to the incident particle stream, can therefore be reduced. This leads to a considerable reduction in weight, since the overall weight of the system is largely determined by the dimensioning of the shield.

In Ausgestaltung ist der die Targetoberfläche beaufschlagende Teilchenstrom entlang einer Strahlachse ausgerichtet, welche im Wesentlichen senkrecht zu den zumindest zwei Schichten der Schichtstruktur verläuft. Die erste und die zweite Schicht grenzen insbesondere unmittelbar aneinander an und verlaufen beispielsweise zueinander planparallel.In one embodiment, the particle stream acting on the target surface is aligned along a beam axis which is essentially perpendicular to the at least two layers of the layer structure. The first and second layers are in particular directly adjacent to one another and, for example, run plane-parallel to one another.

In Ausgestaltung ist die Beschleunigungsvorrichtung dazu ausgebildet, die Teilchen im Teilchenstrom auf eine mittlere Teilchenenergie im Bereich von MeV, insbesondere im Bereich von mehr als 1MeV und weniger als 20MeV, zu beschleunigen. Die Beaufschlagung des Targets erfolgt insbesondere derart, dass die Abstrahlung der Röntgen- bzw. Bremsstrahlung zum großen Teil in Richtung des einfallenden Teilchenstroms, also nach zumindest abschnittsweiser Durchstrahlung des Targets erfolgt. In diesem Sinne kann das Target auch als Transmissionstarget bezeichnet werden. Hierbei ist insbesondere die mittlere Teilchenenergie in Abhängigkeit der Schichtdicken zumindest der einen ersten und zweiten Schicht entsprechend zu wählen.In one embodiment, the acceleration device is designed to accelerate the particles in the particle stream to an average particle energy in the range of MeV, in particular in the range of more than 1MeV and less than 20MeV. The target is applied in particular in such a way that the radiation of the X-ray or brake radiation largely takes place in the direction of the incident particle stream, that is to say after the target has been irradiated at least in sections. In this sense, the target can also be referred to as a transmission target. In particular, the mean particle energy is to be selected accordingly as a function of the layer thicknesses of at least the first and second layers.

In Ausgestaltung ist das Target zur Abstrahlung von Röntgenstrahlung in einem Raumwinkelbereich von weniger als 60° um die Strahlachse, bevorzugt von etwa 35° um die Strahlachse, insbesondere in Richtung, also in gedachter Verlängerung des die Targetoberfläche beaufschlagenden Teilchenstroms, angeordnet. Mit anderen Worten sind das Nutzstrahlenfeld und der einfallende Teilchenstrom auf gegenüberliegenden Seiten des Targets angeordnet.In an embodiment, the target for radiating X-rays is arranged in a solid angle range of less than 60 ° around the beam axis, preferably of about 35 ° around the beam axis, in particular in the direction, that is, in an imaginary extension of the particle stream acting on the target surface. In other words, the useful radiation field and the incident particle stream are arranged on opposite sides of the target.

Ein Verfahren zum Erzeugen von Röntgenstrahlung durch Beaufschlagung eines Targets, insbesondere des bereits beschriebenen Targets, mit einem geladene Teilchen, insbesondere Elektronen, enthaltenden Teilchenstrom ist dadurch charakterisiert, dass das Target eine zumindest zwei metallische Schichten umfassende Schichtstruktur aufweist. Die von dem Teilchenstrom beaufschlagte Targetoberfläche ist von der ersten Schicht der Schichtstruktur gebildet. Die erste Schicht besteht aus dem das erste metallische Element umfassenden Material und die zweite Schicht der Schichtstruktur besteht aus dem das zweite metallische Element umfassenden Material. Die Ordnungszahl des ersten metallischen Elements ist kleiner als die Ordnungszahl des zweiten metallischen Elements.A method for generating X-ray radiation by applying a charged particle, in particular electrons, to a target, in particular the already described target, is characterized in that the target has a layer structure comprising at least two metallic layers. The target surface acted upon by the particle stream is formed by the first layer of the layer structure. The first layer consists of the material comprising the first metallic element and the second layer of the layer structure consists of the material comprising the second metallic element. The atomic number of the first metallic element is smaller than the atomic number of the second metallic element.

Die Vorzüge des Verfahrens unter Verwendung eines derartig ausgebildeten und ausgerichteten Targets ergibt sich unmittelbar aus der bisherigen Beschreibung mit Bezug auf die entsprechende Vorrichtung. Bei einer Beaufschlagung einer Targetoberfläche, die von der ersten, Konstituenten mit niedriger Ordnungszahl umfassenden, Schicht gebildet ist, ergibt sich eine veränderte Ausbeute von Röntgenstrahlung pro einfallendem Teilchen. Insbesondere ist der in Richtung der Strahlachse, also in Vorwärtsrichtung des Teilchenstroms emittierte Anteil der Röntgenstrahlung in Relation zu den in Rückwärtsrichtung gestreuten Teilchen verändert. Bei einer gegebenen Ausbeute von Röntgenstrahlung in Vorwärtsrichtung kann der Anteil der in Rückwärtsrichtung gestreuten Teilchen bzw. Elektronen, insbesondere gegenüber bekannten Verfahren, verringert werden.The advantages of the method using a target designed and aligned in this way result directly from the previous description with reference to the corresponding device. When a target surface is acted upon, which is formed by the first layer comprising constituents with a low atomic number, the yield of X-radiation per incident particle changes. In particular, the proportion of the X-radiation emitted in the direction of the beam axis, that is to say in the forward direction of the particle stream, is changed in relation to the particles scattered in the reverse direction. For a given yield of X-rays in the forward direction, the proportion of particles scattered in the backward direction can be or electrons, in particular compared to known methods.

In Ausgestaltung ist der die Targetoberfläche beaufschlagende Teilchenstrom entlang einer Strahlachse ausgerichtet, welche im Wesentlichen senkrecht zu den zumindest zwei Schichten der Schichtstruktur verläuft. Die zweite Schicht kann insbesondere eine dem Teilchenstrom abgewandte Seite des Targets bilden.In one embodiment, the particle stream acting on the target surface is aligned along a beam axis which is essentially perpendicular to the at least two layers of the layer structure. The second layer can in particular form a side of the target facing away from the particle stream.

In Ausgestaltung ist das Target zur Abstrahlung von Röntgenstrahlung in einem Raumwinkelbereich von weniger als 60° um die Strahlachse, bevorzugt von etwa 35° um die Strahlachse, insbesondere in Richtung des die Targetoberfläche beaufschlagenden Teilchenstroms, angeordnet. Mit anderen Worten sind das Nutzstrahlungsfeld und der einfallende Teilchenstrom auf gegenüberliegenden Seiten des Targets angeordnet.In an embodiment, the target for radiating X-rays is arranged in a solid angle range of less than 60 ° around the beam axis, preferably of about 35 ° around the beam axis, in particular in the direction of the particle stream acting on the target surface. In other words, the useful radiation field and the incident particle stream are arranged on opposite sides of the target.

In Ausgestaltung werden die Teilchen im Teilchenstrom mit Hilfe einer Beschleunigungsvorrichtung, insbesondere mit Hilfe einer mehrere gekoppelte Hohlraumresonatoren umfassenden Beschleunigungsvorrichtung eines Linearbeschleunigers, auf eine mittlere Teilchenenergie im Bereich von MeV, insbesondere im Bereich von mehr als 1MeV und weniger als 20MeV, beschleunigt. Mit anderen Worten wird vorzugsweise ein Teilchenstrom generiert, mit dem Brems- bzw. Röntgenstrahlung in einem Spektralbereich erzeugt werden kann, die zum Durchleuchten von massiven Behältnissen, wie insbesondere den im Warenverkehr gängigen Gütercontainern, Frachtcontainern oder Eisenbahnwägen geeignet ist.In one embodiment, the particles in the particle stream are accelerated to an average particle energy in the range of MeV, in particular in the range of more than 1MeV and less than 20MeV, with the aid of an acceleration device, in particular with the aid of an acceleration device of a linear accelerator comprising several coupled cavity resonators. In other words, a particle stream is preferably generated with which brake or X-ray radiation can be generated in a spectral range which is suitable for screening massive containers, such as in particular the freight containers, freight containers or railroad cars commonly used in goods traffic.

In Ausgestaltung wird die erzeugte Röntgenstrahlung, insbesondere Bremsstrahlung, für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, für die bildgebende Überprüfung von Frachtgut und/oder für die medizinische Strahlentherapie bereitgestellt.In one embodiment, the x-ray radiation generated, in particular brake radiation, is provided for the non-destructive testing of materials, for the imaging inspection of freight and / or for medical radiation therapy.

Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf das in den Zeichnungsfiguren gezeigte Ausführungsbeispiel verwiesen. Es zeigen in einer schematischen Darstellung:

Fig. 1:
den schematischen Aufbau eines Röntgenemitters mit einem Linearbeschleuniger;
Fig. 2:
ein eine Schichtstruktur aufweisendes Target für den Röntgenemitter der Fig. 1;
Fig. 3:
eine schematische Illustration des in Vorwärtsrichtung emittierten Röntgenbremsspektrums eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels im Vergleich zu einem nicht-erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiel;
Fig. 4:
eine schematische Illustration der Winkelverteilung des in Vorwärtsrichtung emittierten Röntgenbremsspektrums des Ausführungsbeispiels im Vergleich zum Vergleichsbeispiel;
Fig. 5:
eine schematische Illustration des in Rückwärtsrichtung zurückgestreuten Streuspektrums des Ausführungsbeispiels im Vergleich zum Vergleichsbeispiel;
Fig. 6:
eine schematische Illustration der Winkelverteilung der zurückgestreuten Elektronen des Ausführungsbeispiels im Vergleich zum Vergleichsbeispiel.
For a further description of the invention, reference is made to the exemplary embodiment shown in the drawing figures. In a schematic representation:
Fig. 1:
the schematic structure of an X-ray emitter with a linear accelerator;
Fig. 2:
a target having a layer structure for the X-ray emitter of Fig. 1 ;
Fig. 3:
a schematic illustration of the X-ray brake spectrum emitted in the forward direction of an exemplary embodiment according to the invention in comparison with a non-inventive comparative example;
Fig. 4:
a schematic illustration of the angular distribution of the X-ray brake spectrum of the exemplary embodiment emitted in the forward direction in comparison with the comparative example;
Fig. 5:
a schematic illustration of the backscattered scatter spectrum of the embodiment in comparison to the comparative example;
Fig. 6:
is a schematic illustration of the angular distribution of the backscattered electrons of the embodiment in comparison to the comparative example.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Röntgenemitters 10 mit einem Target 11, das von einem insbesondere gepulsten Teilchenstrom geladener Teilchen e beaufschlagt wird, um Röntgen- bzw. Bremsstrahlung γ zu erzeugen. Der Puls bzw. pulsierte Teilchenstrom e geladener Teilchen -im vorliegenden Fall sind dies Elektronen- ist mittels des Linearbeschleunigers 1 erzeugbar, welcher eine Teilchenquelle 2, beispielsweise eine Elektronenkanone, und eine Beschleunigungsvorrichtung 3, beispielweise eine Beschleunigerröhre mit mehreren gekoppelten Hohlraumresonatoren 4, insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischen Wanderwellen, umfasst. Eine Energieversorgung 5 versorgt die Beschleunigungsvorrichtung 3 mit einer Hochfrequenzleistung, um innerhalb der gekoppelten Hohlraumresonatoren 4 ein hochfrequentes Wechselfeld zur Beschleunigung des Teilchenstroms zu erzeugen, welcher von der Teilchenquelle 2 in die Beschleunigungsvorrichtung zu vorgegebenen Zeitpunkten eingeschossen bzw. injiziert wird. Figure 1 shows the basic structure of an X-ray emitter 10 with a target 11, which is acted upon by a particularly pulsed particle stream of charged particles e, in order to generate X-ray or brake radiation γ. The pulse or pulsed particle stream e of charged particles - in the present In this case, electrons can be generated by means of the linear accelerator 1, which comprises a particle source 2, for example an electron gun, and an acceleration device 3, for example an accelerator tube with a plurality of coupled cavity resonators 4, in particular for generating electromagnetic traveling waves. A power supply 5 supplies the accelerating device 3 with a high-frequency power in order to generate a high-frequency alternating field for accelerating the particle flow within the coupled cavity resonators 4, which alternating field is injected or injected into the accelerating device by the particle source 2 at predetermined times.

Die Zufuhr der Hochfrequenzleistung kann insbesondere periodisch, d. h. in Form von der Beschleunigungsvorrichtung 3 zugeführten Hochfrequenzpulsen, erfolgen. Eine Steuerung bzw. Steuerungseinrichtung 6 ist sowohl mit der Teilchenquelle 2 als auch der Energieversorgung 5 verbunden und dazu ausgebildet, das Einkoppeln oder "Einschießen" des Teilchenstroms in die Beschleunigungsvorrichtung 3 hinsichtlich der periodisch zugeführten Hochfrequenzleistung zeitlich zu synchronisieren.The supply of high-frequency power can in particular periodically, i. H. in the form of high-frequency pulses supplied by the acceleration device 3. A controller or control device 6 is connected both to the particle source 2 and to the energy supply 5 and is designed to synchronize the coupling or "shooting in" of the particle stream into the acceleration device 3 with respect to the periodically supplied high-frequency power.

Einrichtungen zur Strahlformung sind in Figur 1 nicht explizit dargestellt. Es versteht sich, dass insbesondere zwischen der Beschleunigungsvorrichtung 3 und dem Target 11 ein Umlenkmagnet angeordnet sein kann.Devices for beam shaping are in Figure 1 not shown explicitly. It goes without saying that, in particular, a deflection magnet can be arranged between the acceleration device 3 and the target 11.

Der Teilchenstrom e ist parallel zur Strahlachse A auf das Target 11 gerichtet. Das Nutzstrahlenfeld N für die erzeugte Röntgenstrahlung γ ist im Wesentlichen auf einen kegelförmigen Raumwinkelbereich um die Strahlachse A begrenzt, wobei der Öffnungswinkel α zwischen der den Raumwinkelbereich umschließenden Kegelfläche und der Strahlachse A 60° oder weniger beträgt.The particle stream e is directed parallel to the beam axis A at the target 11. The useful beam field N for the generated x-ray radiation γ is essentially limited to a conical solid angle region around the beam axis A, the opening angle α between the conical surface enclosing the solid angle region and the beam axis A being 60 ° or less.

Das Target 11 weist eine Schichtstruktur S auf, die im Detail in Figur 2 dargestellt ist. Das Target 11 ist von zwei im wesentlichen homogenen Schichten S1, S2 gebildet.The target 11 has a layer structure S which is shown in detail in Figure 2 is shown. The target 11 is formed by two essentially homogeneous layers S1, S2.

Das Material der ersten Schicht S1 umfasst ein erstes metallisches Element von relativ niedriger Ordnungszahl Z. Im exemplarisch dargestellten Beispiel ist das erste metallische Element Kupfer (Z=29). Konkret ist die erste Schicht S1 in der nicht einschränkend aufzufassenden Ausführung aus Kupfer gebildet.The material of the first layer S1 comprises a first metallic element of a relatively low atomic number Z. In the example shown as an example, the first metallic element is copper (Z = 29). Specifically, the first layer S1 is made of copper in the non-limiting embodiment.

In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die erste Schicht S1 von einer Kupfer (Cu) enthaltenden Metalllegierung gebildet.In another exemplary embodiment, the first layer S1 is formed from a metal alloy containing copper (Cu).

Das Material der zweiten Schicht S2 umfasst ein zweites metallisches Element von relativ großer Ordnungszahl Z. Im exemplarisch dargestellten Beispiel ist das zweite metallische Element Wolfram (Z=74). Konkret ist die zweite Schicht S2 in der nicht einschränkend aufzufassenden Ausführung aus Wolfram (W) gebildet.The material of the second layer S2 comprises a second metallic element of relatively large atomic number Z. In the example shown as an example, the second metallic element is tungsten (Z = 74). Specifically, the second layer S2 is formed from tungsten (W) in the non-limiting embodiment.

In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die zweite Schicht S2 von einer Wolfram enthaltenden Metalllegierung gebildet.In another exemplary embodiment, the second layer S2 is formed from a metal alloy containing tungsten.

Eine vom einfallenden Teilchenstrom e beaufschlagte Targetoberfläche T ist von der ersten Schicht S1 mit leichteren Konstituenten niedriger Ordnungszahl Z gebildet. Die zweite Schicht S2 ist in Richtung der gegenüberliegenden Austrittseite für Röntgenstrahlung y orientiert.A target surface T acted upon by the incident particle stream e is formed by the first layer S1 with lighter constituents of low atomic number Z. The second layer S2 is oriented in the direction of the opposite exit side for x-radiation y.

Gegenüber einer Auslegung und Ausrichtung des Targets dergestalt, dass die vom Teilchenstrom e beaufschlagte Targetoberfläche T von einem Material mit relativ großer Ordnungszahl Z (beispielsweise Wolfram) gebildet ist, findet man eine veränderte Strahlungscharakteristik vor. Zunächst ist festzustellen, dass der Anteil an zurückgestreuten Teilchen, also der Anteil von entgegen der Einfallsrichtung gestreuten Sekundärelektronen e2, vermindert ist. Die veränderte Strahlungscharakteristik ist in den Diagrammen der Figuren 3 bis 6 anhand von Simulationsergebnissen illustriert.Compared to a design and alignment of the target in such a way that the target surface T acted upon by the particle stream e is formed by a material with a relatively large atomic number Z (for example tungsten), there is a changed radiation characteristic. First of all, it should be noted that the proportion of backscattered particles, ie the proportion of secondary electrons scattered against the direction of incidence e2, is reduced. The changed radiation characteristics are shown in the diagrams Figures 3 to 6 illustrated using simulation results.

Die Auslegung des Targets 11 entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel zeichnet sich also dadurch aus, dass aus Sicht des einfallenden Teilchen- bzw. Elektronenstrahls die erste Schicht S1 aus einem Material mit kleinerer Ordnungszahl Z der zweiten Schicht S2 aus einem Material mit der größeren Ordnungszahl Z vorgelagert ist. Hierdurch wird die Ausbeute an Röntgenbremsstrahlung pro Teilchen bzw. Elektron zunächst etwas reduziert, jedoch ist der Anteil an rückgestreuten Teilchen bzw. Sekundärelektronen e2 wesentlich stärker minimiert.The design of the target 11 in accordance with the exemplary embodiment shown is thus characterized in that, from the point of view of the incident particle or electron beam, the first layer S1 made of a material with a smaller atomic number Z precedes the second layer S2 made of a material with the larger atomic number Z , As a result, the yield of X-ray brake radiation per particle or electron is initially somewhat reduced, but the proportion of backscattered particles or secondary electrons e2 is minimized to a much greater extent.

Als Vergleichsbeispiel dient ein Target, dessen beaufschlagte Targetoberfläche von Wolfram gebildet ist. In den Diagrammen der Figuren 3 bis 6 sind die Kurven, welche das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel betreffen, durchgezogen und die des Vergleichsbeispiels gestrichelt dargestellt.A target whose acted target surface is formed by tungsten serves as a comparative example. In the diagrams of the Figures 3 to 6 the curves relating to the exemplary embodiment according to the invention are drawn through and those of the comparative example are shown in dashed lines.

Figur 3 illustriert das Röntgenbremsspektrum der emittierten Röntgenstrahlung γ des Ausführungsbeispiels und des Vergleichsbeispiels. Figure 3 illustrates the X-ray brake spectrum of the emitted X-rays γ of the exemplary embodiment and the comparative example.

Auf der X-Achse ist die Energie der emittierten Photonen bzw. Röntgenquanten in MeV dargestellt. Die mittlere Energie der emittierten Spektren ist auf der X-Achse als Marker X1 verzeichnet. Auf der linken Y-Achse ist die Anzahl der Photonen der entsprechenden Energie dargestellt, während auf der rechten Y-Achse das Summenprodukt des jeweiligen Spektrums als Dosisäquivalent D mit einem weiteren Marker X2 skaliert ist.The energy of the emitted photons or X-ray quanta is shown in MeV on the X axis. The average energy of the emitted spectra is recorded on the X axis as marker X1. The number of photons of the corresponding energy is shown on the left Y-axis, while the sum product of the respective spectrum is scaled as dose equivalent D with a further marker X2 on the right Y-axis.

Es ist ersichtlich, dass die Simulation durch Anpassen der Anzahl von eingeschossenen Teilchen dahingehend angeglichen wurde, dass jeweils in Strahlrichtung, also in einem Raumwinkelbereich, der von einem Öffnungswinkel α = +/-50° bezüglich der Strahlachse A definiert ist, jeweils im Wesentlichen die gleiche Strahlungscharakteristik hinsichtlich Anzahl der emittierten Photonen und emittiertem Dosisäquivalent D vorliegt. Insbesondere entsprechen die jeweils emittierten Röntgenbremsspektren des Ausführungs- und des Vergleichsbeispiels hinsichtlich ihrer mittlerer Energie (X1) und Dosisäquivalent (X2) einander. Bei der Variante entsprechend dem Ausführungsbeispiel wurden hierzu etwa 1,4-mal so viele beschleunigte Teilchen benötigt wie bei der Variante gemäß dem Vergleichsbeispiel. Der Simulation des Ausführungsbeispiels liegt somit ein um das 1,4-fach erhöhter Teilchenstrom e zugrunde.It can be seen that the simulation was adjusted by adapting the number of particles injected to the extent that in each case in the beam direction, that is to say in a solid angle range with respect to an opening angle α = +/- 50 ° the beam axis A is defined, essentially the same radiation characteristic is present with regard to the number of emitted photons and emitted dose equivalent D. In particular, the X-ray brake spectra emitted in the exemplary embodiment and the comparative example correspond to one another with regard to their mean energy (X1) and dose equivalent (X2). In the variant according to the exemplary embodiment, approximately 1.4 times as many accelerated particles were required for this than in the variant according to the comparative example. The simulation of the exemplary embodiment is therefore based on a particle stream e which is increased 1.4 times.

Figur 4 illustriert die Energiefluenz der Photonen (Y-Achse) in Abhängigkeit des Winkels (X-Achse) der in Vorwärtsrichtung, also in Richtung des einfallenden Teilchenstroms e emittierten Röntgenstrahlung γ. Ein Winkel 0° korrespondiert zu einer Trajektorie parallel zur Strahlachse A. Es ist ersichtlich, dass die Photonenverteilung über den Winkel bei dem Vergleichsbeispiel etwas stärker vorwärts gerichtet ist als beim Ausführungsbeispiel, d. h. die emittierte Röntgenstrahlung γ ist etwas stärker auf den achsnahen Bereich um die Strahlachse A konzentriert. Figure 4 illustrates the energy fluence of the photons (Y-axis) as a function of the angle (X-axis) of the X-rays γ emitted in the forward direction, ie in the direction of the incident particle stream e. An angle of 0 ° corresponds to a trajectory parallel to the beam axis A. It can be seen that the photon distribution over the angle in the comparative example is directed somewhat more forward than in the exemplary embodiment, ie the emitted x-ray radiation γ is somewhat stronger on the region close to the axis around the beam axis A focused.

Die Charakteristik der zurückgestreuten, also entgegen des einfallenden Teilchenstroms e gestreuten Streuspektrums geladener Teilchen ist in Figuren 5 und 6 illustriert. Es ist eine äquivalente Darstellung wie in Figuren 3 und 4 gewählt, jedoch für die entgegen der Nutzstrahlrichtung gestreuten Teilchen bzw. Elektronen.The characteristic of the backscattered spectrum of charged particles that is scattered against the incident particle stream e is shown in Figures 5 and 6 illustrated. It is an equivalent representation as in Figures 3 and 4 selected, but for the particles or electrons scattered against the direction of the useful beam.

Figur 5 illustriert das in Rückwärtsrichtung zurückgestreute Streuspektrum des Ausführungsbeispiels im Vergleich zum Vergleichsbeispiel. Figure 5 illustrates the backward scattered spectrum of the exemplary embodiment in comparison to the comparative example.

Auf der X-Achse ist die Energie der zurückgestreuten Teilchen bzw. Sekundärelektronen e2 in MeV dargestellt. Die mittlere Energie der Streuspektren ist auf der X-Achse als Marker X3, X4 verzeichnet. Auf der linken Y-Achse ist die Anzahl der zurückgestreuten Teilchen (Elektronen) der entsprechenden Energie dargestellt, während auf der rechten Y-Achse das Summenprodukt des jeweiligen Spektrums als Dosisäquivalent D mit weiteren Markern X5, X6 verzeichnet ist.The energy of the backscattered particles or secondary electrons e2 is shown in MeV on the X axis. The mean energy of the scattering spectra is on the X axis as marker X3, X4 listed. The number of backscattered particles (electrons) of the corresponding energy is shown on the left Y-axis, while the sum product of the respective spectrum is shown as dose equivalent D with further markers X5, X6 on the right Y-axis.

Sowohl die mittlere Energie X3 als auch die Anzahl der rückgestreuten Elektronen bzw. das Dosisäquivalent X5 ist bei der Variante gemäß dem Ausführungsbeispiel deutlich geringer als die entsprechenden Werte X4, X6 des Vergleichsbeispiels. Vergleicht man die mit ihrer jeweiligen Energie gewichteten zurückgestreuten Teilchen bzw. Elektronen untereinander (siehe Dosisäquivalent), so ergibt sich ein Unterschied von etwa einem Faktor 3.Both the average energy X3 and the number of backscattered electrons or the dose equivalent X5 in the variant according to the exemplary embodiment are significantly lower than the corresponding values X4, X6 of the comparative example. If one compares the backscattered particles or electrons weighted with their respective energy (see dose equivalent), there is a difference of about a factor of 3.

Die Energiefluenzverteilung der zurückgestreuten Teilchen bzw. Elektronen über den Winkel ist in Figur 6 dargestellt. Ein Winkel 0° korrespondiert zu einer Trajektorie antiparallel zur Strahlachse A, also einer Trajektorie, die dem einfallenden Teilchenstrom e entgegen gerichtet ist. Es ist ersichtlich, dass bei dem Ausführungsbeispiel insgesamt deutlich weniger Teilchen bei dem Ausführungsbeispiel zurückgestreut werden, als bei dem Vergleichsbeispiel.The energy fluence distribution of the backscattered particles or electrons over the angle is in Figure 6 shown. An angle 0 ° corresponds to a trajectory antiparallel to the beam axis A, that is to say a trajectory which is directed in the opposite direction to the incident particle stream e. It can be seen that in the exemplary embodiment as a whole significantly fewer particles are scattered back in the exemplary embodiment than in the comparative example.

Obwohl die Erfindung im Detail mit Bezug auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht hierdurch eingeschränkt. Andere Variationen und Kombinationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne vom wesentlichen Gedanken der Erfindung abzuweichen.Although the invention has been illustrated and described in detail with reference to the preferred exemplary embodiment, the invention is not restricted thereby. Other variations and combinations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the essential spirit of the invention.

Claims (15)

Target (11) zum Erzeugen von Röntgenstrahlung (y) durch Beaufschlagung mit einem geladene Teilchen, insbesondere Elektronen, enthaltenden Teilchenstrom (e), gekennzeichnet durch eine zumindest zwei metallische Schichten (S1, S2) umfassende Schichtstruktur (S), wobei eine von dem Teilchenstrom (e) beaufschlagbare Targetoberfläche (T) von einer ersten Schicht (S1) der Schichtstruktur (S) gebildet ist, die aus einem ein erstes metallisches Element umfassendes Material besteht, wobei eine zweite Schicht (S2) der Schichtstruktur aus einem ein zweites metallisches Element umfassendes Material besteht, wobei die Ordnungszahl (Z) des ersten metallischen Elements kleiner ist als die Ordnungszahl (Z) des zweiten metallischen Elements.Target (11) for generating X-rays (y) by exposure to a particle stream (e) containing charged particles, in particular electrons, characterized by a layer structure (S) comprising at least two metallic layers (S1, S2), one of the particle stream (e) actable target surface (T) is formed by a first layer (S1) of the layer structure (S), which consists of a material comprising a first metallic element, a second layer (S2) of the layer structure comprising a second metallic element Material consists, wherein the atomic number (Z) of the first metallic element is smaller than the atomic number (Z) of the second metallic element. Target (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ordnungszahl (Z) des ersten metallischen Elements weniger als 36 und die Ordnungszahl (Z) des zweiten metallischen Elements mehr als 36 beträgt.Target (11) according to claim 1, characterized in that the atomic number (Z) of the first metallic element is less than 36 and the atomic number (Z) of the second metallic element is more than 36. Target (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Material ein Metall oder eine Metalllegierung ist.Target (11) according to claim 1 or 2, characterized in that the first and second material is a metal or a metal alloy. Target (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste metallische Element Kupfer und das zweite metallische Element Wolfram ist.Target (11) according to one of the preceding claims, characterized in that the first metallic element is copper and the second metallic element is tungsten. Target (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke der ersten Schicht (S1) im Bereich zwischen dem 0,3 bis 0,7-fachen der Reichweite von Elektronen im Material der ersten Schicht liegt und eine Schichtdicke der zweiten Schicht (S2) im Bereich zwischen dem 0,3 bis 0,7-fachen der Reichweite von Elektronen im Material der zweiten Schicht liegt.Target (11) according to one of the preceding claims, characterized in that a layer thickness of the first layer (S1) is in the range between 0.3 to 0.7 times the range of electrons in the material of the first layer and a layer thickness of the second Layer (S2) in the range between 0.3 to 0.7 times the range of electrons is in the material of the second layer. Target (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (11) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, insbesondere mittels Sintern, selektivem Laserschmelzen oder 3D-Druck, gebildet ist, insbesondere derart, dass die Materialzusammensetzung des Targets (11) zwischen der zumindest einen ersten und der zumindest einen zweiten Schicht (S1, S2) kontinuierlich variabel ist.Target (11) according to one of the preceding claims, characterized in that the target (11) is formed by means of a generative manufacturing process, in particular by means of sintering, selective laser melting or 3D printing, in particular in such a way that the material composition of the target (11) between the at least one first and the at least one second layer (S1, S2) is continuously variable. Röntgenemitter (10) mit einer einen Teilchenstrom (e) emittierenden Teilchenquelle (2) und einer Beschleunigungsvorrichtung (3), insbesondere einer mehrere miteinander gekoppelte Hohlraumresonatoren (4) umfassenden Beschleunigungsvorrichtung (3) eines Linearbeschleunigers (1), die dazu ausgebildet ist, einen auf ein Target (11) gerichteten Teilchenstrom (e) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (11), insbesondere das gemäß einem der vorhergehenden Ansprüchen ausgebildete Target (11), eine zumindest zwei metallische Schichten (S1, S2) umfassende Schichtstruktur (S) aufweist, wobei eine von dem Teilchenstrom (e) beaufschlagbare Targetoberfläche (T) von einer ersten Schicht (S1) der Schichtstruktur (S) gebildet ist, die aus einem ein erstes metallisches Element umfassendes Material besteht, wobei eine zweite Schicht (S2) der Schichtstruktur (S) aus einem ein zweites metallisches Element umfassendes Material besteht, wobei die Ordnungszahl (Z) des ersten metallischen Elements kleiner ist als die Ordnungszahl (Z) des zweiten metallischen Elements.X-ray emitter (10) having a particle source (2) emitting a particle stream (e) and an acceleration device (3), in particular an acceleration device (3) of a linear accelerator (1) comprising a plurality of coupled cavity resonators (4), which is designed for this purpose to generate a target (11) directed particle stream (e), characterized in that the target (11), in particular the target (11) designed according to one of the preceding claims, has a layer structure (S. 2) comprising at least two metallic layers (S1, S2) ), wherein a target surface (T) which can be acted upon by the particle stream (e) is formed by a first layer (S1) of the layer structure (S), which consists of a material comprising a first metallic element, a second layer (S2) of the Layer structure (S) consists of a material comprising a second metallic element, the atomic number (Z) of the first metallic element ements is smaller than the atomic number (Z) of the second metallic element. Röntgenemitter (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der die Targetoberfläche (T) beaufschlagende Teilchenstrom (e) entlang einer Strahlachse (A) ausgerichtet ist, welche im Wesentlichen senkrecht zu den zumindest zwei Schichten (S1, S2) der Schichtstruktur (S) verläuft.X-ray emitter (10) according to claim 7, characterized in that the particle stream (e) acting on the target surface (T) is aligned along a beam axis (A) which is substantially perpendicular to the at least two layers (S1, S2) of the layer structure (S). Röntgenemitter (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsvorrichtung (3) dazu ausgebildet ist, die Teilchen im Teilchenstrom (e) auf eine mittlere Teilchenenergie im Bereich von MeV, insbesondere im Bereich von mehr als 1MeV und weniger als 20MeV, zu beschleunigen.X-ray emitter (10) according to claim 7 or 8, characterized in that the acceleration device (3) is designed to the particles in the particle stream (e) to an average particle energy in the range of MeV, in particular in the range of more than 1MeV and less than 20MeV , to accelerate. Röntgenemitter (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (11) zur Abstrahlung von Röntgenstrahlung (y) in einem Raumwinkelbereich von weniger als 60° um die Strahlachse (A), bevorzugt von etwa 35° um die Strahlachse (A), insbesondere in Richtung des die Targetoberfläche (T) beaufschlagenden Teilchenstroms (e), angeordnet ist.X-ray emitter (10) according to one of claims 7 to 9, characterized in that the target (11) for emitting X-rays (y) in a solid angle range of less than 60 ° around the beam axis (A), preferably about 35 ° around Beam axis (A), in particular in the direction of the particle stream (e) acting on the target surface (T), is arranged. Verfahren zum Erzeugen von Röntgenstrahlung (y) durch Beaufschlagung eines Targets (11) mit einem geladene Teilchen, insbesondere Elektronen, enthaltenden Teilchenstrom (e) dadurch gekennzeichnet, dass das Target (11) eine zumindest zwei metallische Schichten (S1, S2) umfassende Schichtstruktur (S) aufweist, wobei eine von dem Teilchenstrom (e) beaufschlagte Targetoberfläche (T) von einer ersten Schicht (S1) der Schichtstruktur (S) gebildet ist, die aus einem ein erstes metallisches Element umfassendes Material besteht, wobei eine zweite Schicht (S2) der Schichtstruktur (S) aus einem ein zweites metallisches Element umfassendes Material besteht, wobei die Ordnungszahl (Z) des ersten metallischen Elements kleiner ist als die Ordnungszahl (Z) des zweiten metallischen Elements.Method for generating X-ray radiation (y) by acting on a target (11) with a particle stream (e) containing charged particles, in particular electrons, characterized in that the target (11) has a layer structure (at least two metallic layers (S1, S2)) ( S), wherein a target surface (T) acted upon by the particle stream (e) is formed by a first layer (S1) of the layer structure (S), which consists of a material comprising a first metallic element, a second layer (S2) the layer structure (S) consists of a material comprising a second metallic element, the atomic number (Z) of the first metallic element being smaller than the atomic number (Z) of the second metallic element. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der die Targetoberfläche (T) beaufschlagende Teilchenstrom (e) entlang einer Strahlachse (A) ausgerichtet ist, welche im Wesentlichen senkrecht zu den zumindest zwei Schichten (S1, S2) der Schichtstruktur (S) verläuft.A method according to claim 11, characterized in that the particle stream (e) acting on the target surface (T) is aligned along a beam axis (A) which is essentially perpendicular to the at least two layers (S1, S2) of the layer structure (S). Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (11) zur Abstrahlung von Röntgenstrahlung (γ) in einem Raumwinkelbereich von weniger als 60° um die Strahlachse (A), bevorzugt von etwa 35° um die Strahlachse (A), insbesondere in Richtung des die Targetoberfläche (T) beaufschlagenden Teilchenstroms (e), angeordnet ist.A method according to claim 11 or 12, characterized in that the target (11) for emitting X-rays (γ) in a solid angle range of less than 60 ° around the beam axis (A), preferably about 35 ° around the beam axis (A), in particular in the direction of the particle stream (e) acting on the target surface (T). Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen im Teilchenstrom (e) mit Hilfe einer Beschleunigungsvorrichtung (3), insbesondere mit Hilfe einer mehrere gekoppelte Hohlraumresonatoren (4) umfassenden Beschleunigungsvorrichtung (3) eines Linearbeschleunigers (1), auf eine mittlere Teilchenenergie im Bereich von MeV, insbesondere im Bereich von mehr als 1MeV und weniger als 20MeV, beschleunigt werden.Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the particles in the particle stream (e) with the aid of an acceleration device (3), in particular with the aid of an acceleration device (3) of a linear accelerator (1) comprising a plurality of coupled cavity resonators (4) an average particle energy in the range of MeV, in particular in the range of more than 1MeV and less than 20MeV, are accelerated. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Röntgenstrahlung (γ), insbesondere Bremsstrahlung, für die nicht zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, für die bildgebende Überprüfung von Frachtgut und/oder für die medizinische Strahlentherapie bereitgestellt wird.Method according to one of claims 11 to 14, characterized in that the x-ray radiation (γ) generated, in particular bremsstrahlung, is provided for the non-destructive material testing, for the imaging inspection of freight and / or for medical radiation therapy.
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