WO2020052773A1 - Bauteil oder elektronenfanghülse für eine röntgenröhre und röntgenröhre mit einer solchen vorrichtung - Google Patents

Bauteil oder elektronenfanghülse für eine röntgenröhre und röntgenröhre mit einer solchen vorrichtung Download PDF

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ray tube
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André Schu
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Definitions

  • the invention relates to a component in the vacuum region of an X-ray tube with an opening through which an electron beam is guided, with an electron capture sleeve and with an X-ray tube, in particular a microfocus X-ray tube.
  • the tube current does not correspond to the current that generates the useful radiation in the target or the anode. If the electron optics are set for the highest resolution, only approx. 2.5% of the electrons hit the target. The remaining 97.5% of the electrons hit components of the X-ray tube on the way from the cathode to the target. A large proportion of these electrons is absorbed in the lens hood, since this limits the electron beam. The remaining electrons of the 97.5% already hit parts of the electron optics.
  • the components usually consist of metals - such as iron (iron cores of the coils), titanium or molybdenum - and form the vacuum seal to the outside. In all of the above cases, interference radiation is generated.
  • Another source of interference radiation is electrons scattered back from the target. So that they do not generate a second focal spot on the target or hit the target carrier, a so-called electron capture sleeve is installed near the target, which absorbs these electrons. This also produces interference radiation, which increases the overall image brightness and worsens the contrasts. Due to the proximity to the target, the electron capture sleeve must be able to withstand high temperatures. Therefore, it is often made of a metal such as molybdenum. The inhomogeneity in brightness has so far been corrected in 2D image recordings via a detector adjustment. This correction then only applies to an arrangement with a specific distance between the detector and the focus of the X-ray tube and a centering that is not stable over the long term.
  • the diaphragm body Since the diaphragm body must be resistant to high temperatures and therefore consists in particular of metal, short-wave X-rays are generated when the electrons strike the diaphragm body, which penetrates the target and, when using higher energies of the electrons, casts an image of the diaphragm hole on the image receiver.
  • DE 10 2006 062 454 A1 describes a microfocus X-ray tube that solves this problem by coating the diaphragm.
  • the metal of the diaphragm is coated with a material with a low atomic number in order to reduce the interference radiation.
  • the disadvantage here is that coatings are usually only possible in the micrometer range. For example, a carbon coating of approximately 4 pm is possible.
  • the penetration depth of the electrons is well above 4 pm at high energies, which causes the electrons to penetrate into the metal and generate interference radiation.
  • the panel is exposed to high thermal loads. In the case of coated panels, this often leads to the coating peeling off.
  • the object of the invention is therefore to reduce the occurrence of interference radiation between the cathode and target, at best to prevent it.
  • the object is achieved by a component according to the features of patent claim 1. Since the surface of the opening of the component through which the electron beam extends is, according to the invention, made of a second material of lower atomic number (and density) than the metal of the base body, and thus the electrons of the electron beam which passes through the opening meet the second material and not the metal, the proportion of short-wave X-rays is reduced due to the lower atomic number of the second material. So that can less interference radiation penetrates the target and causes image errors.
  • the component is a beam pipe or an iron core of a coil that has a tubular opening, or is an aperture that has an annular opening, or is a combination of several of the aforementioned components.
  • the components mentioned are the essential components which are located on the path of the electron beam from the cathode to the target and through which the electron beam has to pass. This ensures in a configuration of these components according to the invention that no interference radiation is generated in these components - at least in the regions covered by the second material.
  • the second material can also cover the components in question in one piece, so that fewer additional parts have to be inserted into the X-ray tube.
  • the object is also achieved by a target carrier with the features of patent claim 3.
  • the second material which covers the base body between the lens hood and the target, serves to absorb the electrons scattered back from the target. This ensures that no interference can be generated in the area between the lens hood and the target. If the second material is used in the form of a separate additional part, this is referred to as an electron capture sleeve in the context of this application.
  • the first material is a metal, such as molybdenum, iron, tungsten or titanium.
  • the first material from which the base body is made can be selected within wide limits in accordance with the respective requirements, in particular with regard to high temperature resistance or magnetic properties. The aforementioned metals are particularly suitable.
  • the second material aluminum, beryllium, silicon, carbon - in particular in the form of graphite - boron or a chemical compound fertilizer is one or more of these elements.
  • the second material can also be selected within wide limits according to the respective requirements.
  • the material has a low atomic number.
  • the difference in the atomic numbers of the first material and the second material is preferably at least 16, particularly preferably at least 36. Because of this, carbon (with the atomic number 6) is often used for the second material and molybdenum (with the atomic number 42) is used for the first material.
  • the materials according to the invention must be heat-resistant and have a high thermal conductivity, since they are strongly heated due to the electron bombardment or the exposure of the X-ray scatter radiation generated in the target. The materials must also not allow magnetization, as this would disturb the fields inside the X-ray tube.
  • a further advantageous development of the invention provides that the second material is applied in the form of a coating or a film on the surface of the first material or the second material is designed as a separate additional body, in particular as a tubular additional body.
  • a coating or film has the advantage that they are thin and thus hardly reduce the cross section of the opening through which the electron beam has to pass; This means that conventional components can be used, since there is no need to enlarge the cross-section of the component so that the electron beam can still pass through the opening.
  • the disadvantage of such a thin layer of the second material is that the electrons can penetrate it and generate interference radiation in the first material underneath. This is less critical for components far from the target than for components that are in close proximity to the target.
  • a further advantageous development of the invention provides that the additional body rests against the surface of the base body over its entire surface.
  • the inside diameter of the tubular additional body is as large as possible for a given wall thickness of the tubular additional body .
  • the additional body covers several components with respect to the electron beam. This means, for example, that the beam tube together with the iron cores of all coils can be covered with a single additional body, so that assembly is very simple, since only a single additional part has to be inserted into the X-ray tube.
  • a further advantageous development of the invention provides that the X-ray tube is constructed in such a way that the electron beam cannot hit the first material anywhere on its entire path from the cathode to the target, but only that second material. This completely prevents interference radiation from being generated at all.
  • the figure shows a section of a microfocus X-ray tube according to the invention in the area of its condenser 1 and its objective 2 up to a target 5 in a schematic longitudinal section.
  • the rest of the micro-focus X-ray tube not shown, corresponds to the prior art and is not relevant to the invention. Instead of a microfocus X-ray tube, it can also be another type of X-ray tube.
  • the condenser 1 and the objective 2 are arranged around a beam tube 3 for an electron beam 13, shown in broken lines.
  • the condenser 1 lies in front of the objective 2 in the direction of the electron beam 13.
  • the condenser 1 contains a condenser coil, of which only its condenser iron core 8 is shown.
  • the objective 2 is connected to the condenser coil in the direction of propagation of the electron beam 13.
  • the objective 2 contains an objective coil, of which only its objective iron core 9 is shown.
  • the beam tube 3 extends in the direction of propagation of the electron beam 13 beyond the end of the condenser 1 into the region of the objective 2.
  • a lens diaphragm 4 is connected to the objective 2 in the direction of propagation of the electron beam 13.
  • an additional body 10 is arranged between these surfaces and the electron beam 13 in the radial direction - based on the electron beam 13 - which consists of graphite.
  • the additional body 10 extends in the longitudinal direction over the entire length of the jet pipe 3 and the objective 2 to the lens aperture 4. It is formed in one piece and lies with its outer surface against the opening 14 of the beam tube 3 and against the opening 15 of the objective iron core 9. Its inner surface is cylindrical. Because of the step between the end of the jet pipe 3 and the objective iron core 9, its outer surface is designed like a cylinder with a step and has a tubular shape.
  • the lens aperture 4 has a lens aperture base body 7 and an additional lens aperture body 11 arranged in front of it in the direction of propagation of the electron beam 13.
  • the lens aperture 4, by means of its opening 16, serves to limit the electron beam 13 - and thus the focus - which is used in the X-ray tube to generate X-rays on a target 5.
  • the lens hood base body 7 is made of a first material which, due to its position in the X-ray tube, has to be highly heat-resistant and has a high thermal conductivity to remove the heat generated in it. In addition, it should not exert any magnetic influence, so as not to disturb the electrical fields in the X-ray tube. It is preferred made of a metal, such as the orifices known in the prior art, in particular made of molybdenum, tungsten or titanium.
  • the lens hood additional body 11 is made of a second material which, because of its position in the X-ray tube, must also be highly heat-resistant, like the first material, and must have a high thermal conductivity for the removal of the heat generated in it. In addition, he should have as little magnetic influence as possible so as not to disturb the electrical fields in the X-ray tube.
  • the objective diaphragm additional body 11 In order to prevent the electrons of the electron beam 13, which impinge on the objective diaphragm 4, from generating disruptive x-ray radiation, the objective diaphragm additional body 11 must be made of a material that generates as little and preferably significantly softer x-ray radiation as that is generated in the target 5.
  • the opening 16 of the lens aperture 4 widens conically, so that electrons of the electron beam 13 scattered, for example, on the lens aperture additional body 11 cannot strike the metal of the lens aperture base body 7 and thereby generate interference. radiation would come.
  • Such a lens hood is described in DE 10 2016 013 747.
  • a lens diaphragm 4 according to the invention could be designed such that the shielding of the lens diaphragm additional body 11 in radial direction - based on the electron beam 13 - is arranged around the lens diaphragm main body 7, the lens diaphragm base body 7 does not protrude radially beyond the end of the tubular additional body 10 to which it connects. Even then it is achieved that no electrons of the electron beam 13 can hit the metal of the lens diaphragm base body 7 and interference radiation would be generated.
  • the lens aperture 4 is followed by the target 5 - a transmission target in the exemplary embodiment shown - which is attached to a target carrier 6 connected to the lens 2.
  • the target carrier 6 forms the vacuum seal between the objective iron core 9 and the target 5 in the front area of the microfocus X-ray tube. It serves to mechanically stabilize the target 5, since in some areas it is only about 300 ⁇ m thick. For the best possible dissipation of the heat that is generated on the target 5, it is helpful that the target carrier 6 consists of a metal, such as brass. Since some of the electrons are scattered back when the electron beam 13 hits the target 5, these could hit the target carrier 6. Then 6 interference radiation would arise in the target carrier. In order to prevent this, the entire surface of the target carrier 6 between the objective 2 and the target 5 is covered with a body made of graphite, which is referred to as the electron capture sleeve 12.
  • the electron capture sleeve 12 is formed in one piece and lies against the entire surface of the target carrier 6 facing the electron beam 13.
  • the electron capture sleeve 12 is at earth potential in order to be able to directly derive backscattered electrons. Due to the proximity to the target 5 and the focal spot, the material of the electron capture sleeve 12 has to withstand high temperatures and must not disturb the trajectory of the electrons. A metal, such as molybdenum, is often used for the electron capture sleeve 12. If a metal were used, the electron capture sleeve 12 would itself generate interference radiation. A material with a low atomic number and density is therefore preferable. Because of the additional parts according to the invention, additional body 10 and electron capture sleeve 12 in conjunction with objective lens additional body 11, it is prevented that electrons of electron beam 13 can generate interference radiation at any point, so that no image errors are caused by interference radiation.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil im Vakuumbereich einer Röntgenröhre mit einer Öffnung (14, 15, 16), durch die ein Elektronenstrahl (13) geführt ist, mit einem Grund- körper aus einem ersten Material, wobei das erste Material ein Metall ist, wobei auf der Oberfläche der Öffnung (14, 15, 16) ein zweites Material angeordnet ist, dessen Ordnungszahl kleiner ist als die Ordnungszahl des ersten Materials. Die Erfindung betrifft auch einen Targetträger 6 mit einem Grundkörper aus einem ersten Material, wobei das erste Material ein Metall ist, und mit einem zweiten Material auf der dem Elektronenstrahl 13 zugewandten Oberfläche des Grundkörpers, das sich zwischen Target (5) und Objektivblende (4) erstreckt. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Röntgenröhre, insbesondere Mikrofokus-Röntgenröhre, mit Mitteln zum Richten eines Elektronenstrahls (13) auf ein Target (5) und im Ausbreitungsweg des Elektronenstrahls (13) angeordneten erfindungsgemäßen Bauteilen und/oder einem erfindungsgemäßen Targetträger (6).

Description

Bauteil oder Elektronenfanghülse für eine Röntgenröhre und Röntgenröhre mit ei- ner solchen Vorrichtung
Die Erfindung befasst sich mit einem Bauteil im Vakuumbereich einer Röntgenröh- re mit einer Öffnung, durch die ein Elektronenstrahl geführt ist, mit einer Elektro- nenfanghülse sowie mit einer Röntgenröhre, insbesondere einer Mikrofokus- Röntgenröhre.
Bei Mikrofokus-Röntgenröhren entspricht der Röhrenstrom nicht dem Strom, der die Nutzstrahlung im Target oder der Anode erzeugt. Wird die Elektronenoptik für die höchste Auflösung eingestellt, treffen nur ca. 2,5% der Elektronen auf das Tar- get. Die restlichen 97,5% der Elektronen treffen auf dem Weg von der Kathode zum Target auf Bauteile der Röntgenröhre. Ein großer Anteil dieser Elektronen wird in der Objektivblende absorbiert, da diese den Elektronenstrahl stark be- grenzt. Die restlichen Elektronen der 97,5% treffen schon zuvor auf Teile der Elektronenoptik. Üblicherweise bestehen die Bauteile aus Metallen - wie Eisen (Eisenkerne der Spulen), Titan oder Molybdän - und bilden den Vakuumabschluss nach außen. In allen genannten Fällen wird Störstrahlung erzeugt. Eine weitere Quelle für Störstrahlung sind vom Target zurückgestreute Elektronen. Damit diese keinen zweiten Brennfleck auf dem Target erzeugen oder auf den Targetträger treffen, wird nahe dem Target eine sogenannte Elektronenfanghülse verbaut, die diese Elektronen absorbiert. Dabei entsteht ebenfalls Störstrahlung, die die ge- samte Bildhelligkeit erhöht und die Kontraste verschlechtert. Aufgrund der Nähe zum Target muss die Elektronenfanghülse mit hohen Temperaturen belastet wer- den können. Daher besteht diese oft ebenfalls aus einem Metall, wie Molybdän. Die Inhomogenität in der Helligkeit wird bisher in 2D-Bildaufnahmen über einen Detektorabgleich korrigiert. Diese Korrektur gilt dann aber nur für eine Anordnung mit spezifischem Abstand des Detektors vom Fokus der Röntgenröhre und eine Zentrierung, die nicht langzeitstabil ist. Für 3D-Aufnahmen ist dieser Bildfehler nur sehr schwer über die Software zu korrigieren. Die Bildqualität bei Röntgenröhren, insbesondere bei Mikrofokus-Röntgenröhren wird dadurch beeinträchtigt, dass sich in dem erzeugten Röntgenbild oftmals eine störende helle Kreisscheibe zeigt. Diese Kreisscheibe wird durch Röntgen- Streustrahlung verursacht, die - wie oben angedeutet - beim Auftreffen von Elekt- ronen auf dem Blendenkörper einer Objektivblende der Röntgenröhre entsteht. Da der Blendenkörper hochtemperaturbeständig sein muss und daher insbesondere aus Metall besteht, entsteht beim Auftreffen der Elektronen auf den Blendenkörper kurzwellige Röntgenstrahlung, die das Target durchdringt und bei Anwendung hö- herer Energien der Elektronen eine Abbildung des Blendenloches auf den Bild- empfänger wirft.
In der DE 10 2006 062 454 A1 wird eine Mikrofokus-Röntgenröhre beschrieben, die dieses Problem mittels einer Beschichtung der Blende löst. Dabei wird das Me- tall der Blende mit einem Material mit niedriger Ordnungszahl beschichtet, um die Störstrahlung zu reduzieren. Nachteilig hierbei ist, dass Beschichtungen meist nur im Mikrometerbereich möglich sind. Beispielsweise ist eine Kohlenstoffbeschich- tung von etwa 4 pm möglich. Die Eindringtiefe der Elektronen liegt aber bei hohen Energien deutlich über 4 pm, wodurch die Elektronen bis in das Metall eindringen und Störstrahlung erzeugen. Außerdem ist die Blende hohen thermischen Belas- tungen ausgesetzt. Bei beschichteten Blenden führt dies oft zu einem Abblättern der Beschichtung.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Entstehung von Störstrahlung zwischen Kathode und Target zu verringern, bestenfalls sie zu verhindern.
Die Aufgabe wird durch ein Bauteil gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Da die Oberfläche der Öffnung des Bauteils, durch das sich der Elektro- nenstrahl erstreckt, erfindungsgemäß aus einem zweiten Material niedrigerer Ord- nungszahl (und Dichte) als das Metall des Grundkörpers ist, und die Elektronen des Elektronenstrahls, der durch die Öffnung geht, somit auf das zweite Material und nicht auf das Metall treffen, wird aufgrund der niedrigeren Ordnungszahl des zweiten Materials der Anteil kurzwelliger Röntgenstrahlen reduziert. Damit kann ein geringerer Teil an Störstrahlung das Target durchdringen und Bildfehler verur- sachen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Bauteil ein Strahlrohr oder ein Eisenkern einer Spule ist, die eine röhrenförmige Öffnung auf- weisen, oder eine Blende ist, die eine ringförmige Öffnung aufweist, oder eine Kombination aus mehreren der vorgenannten Bauteile ist. Bei den genannten Bauteilen handelt es sich um die wesentlichen Bauteile, die sich auf dem Weg des Elektronenstrahls von der Kathode zum Target befinden und durch die der Elekt- ronenstrahl durchtreten muss. Damit ist bei einer erfindungsgemäßen Ausgestal- tung dieser Bauteile gewährleistet, dass in diesen Bauteilen - zumindest in den Bereichen, die von dem zweiten Material bedeckt sind - keine Störstrahlung er- zeugt wird. Bei einer Kombination mehrerer der genannten Bauteile kann das zweite Material auch einstückig die fraglichen Bauteile überdecken, so dass weni- ger zusätzliche Teile in die Röntgenröhre eingesetzt werden müssen.
Die Aufgabe wird auch durch einen Targetträger mit den Merkmalen des Pa- tentanspruchs 3 gelöst. Das zweite Material, das den Grundkörper zwischen Ob- jektivblende und Target überdeckt, dient zur Absorption der vom Target rückge- streuten Elektronen. Somit wird auch im Bereich zwischen Objektivblende und Target erreicht, dass keine Störstrahlung erzeugt werden kann. Wird das zweite Material in der Form eines separaten Zusatzteils verwendet, so wird dies im Rah- men dieser Anmeldung als Elektronenfanghülse bezeichnet. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das erste Ma- terial ein Metall, wie Molybdän, Eisen, Wolfram oder Titan, ist. Das erste Material, aus dem der Grundkörper besteht, ist entsprechend den jeweiligen Anforderun- gen, insbesondere im Hinblick auf eine hohe Temperaturbeständigkeit oder mag- netische Eigenschaften, innerhalb weiter Grenzen wählbar. Besonders gut eignen sich die vorgenannten Metalle. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfin- dung sieht vor, dass das zweite Material Aluminium, Beryllium, Silizium, Kohlen- stoff - insbesondere in der Form von Graphit - Bor oder eine chemische Verbin- düng eines oder mehrerer dieser Elemente ist. Auch das zweite Material ist ent- sprechend den jeweiligen Anforderungen innerhalb weiter Grenzen wählbar. Ent- sprechend der Funktion des aus dem zweiten Material bestehenden Zusatzkör- pers weist das Material eine niedrige Ordnungszahl auf. Die aufgeführten Materia- lien für den Grundkörper und das zweite Material, das beispielsweise als separater Zusatzkörper ausgebildet sein kann, weisen deutlich voneinander unterschiedliche Ordnungszahlen auf.
Bevorzugt beträgt der Unterschied der Ordnungszahlen von erstem Material und zweitem Material mindestens 16, besonders bevorzugt mindestens 36. Aufgrund dessen wird für das zweite Material gerne Kohlenstoff (mit der Ordnungszahl 6) und für das erste Material gerne Molybdän (mit der Ordnungszahl 42) verwendet. Die erfindungsgemäßen Materialien müssen hitzebeständig sein und eine hohe Wärmleitfähigkeit besitzen, da sie aufgrund des Elektronenbeschusses bezie- hungsweise der Exposition der im Target erzeugten Röntgenstreustrahlung stark erhitzt werden. Die Materialien dürfen auch keine Magnetisierung zulassen, da diese die Felder innerhalb der Röntgenröhre stören würde.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Material in der Form einer Beschichtung oder einer Folie auf der Oberfläche des ersten Materials aufgebracht ist oder das zweite Material als ein separater Zusatz- körper, insbesondere als rohrförmiger Zusatzkörper, ausgebildet ist. Eine Be- schichtung oder Folie hat den Vorteil, dass sie dünn sind und somit den Quer- schnitt der Öffnung, durch die der Elektronenstrahl hindurch muss, kaum verrin- gern; somit können herkömmliche Bauteile verwendet werden, da keine Vergröße- rung des Querschnitts des Bauteils vorgenommen werden muss, damit der Elekt ronenstrahl die Öffnung immer noch passieren kann. Allerdings besteht der Nach- teil einer solch dünnen Schicht aus dem zweiten Material darin, dass die Elektro- nen diese durchdringen und im darunter liegenden ersten Material Störstrahlung erzeugen können. Bei fernab vom Target liegenden Bauteilen ist dies weniger kri tisch als bei Bauteilen, die in unmittelbarer Nähe zum Target liegen. Bei solchen letztgenannten Bauteilen ist es vorteilhaft, wenn sie aus einem separaten Zusatz- körper aus dem zweiten Material sind, da dieser dicker ausgebildet sein kann, als die erstgenannten dünnen Schichten. Eventuell muss bei einem Zusatzkörper mit einer größeren Wandstärke des Rohrs eine Vergrößerung des Querschnitts des Bauteils vorgenommen werden. Ein Zusatzkörper hat gegenüber den oben ge- nannten dünnen Schichten auch den Vorteil, dass er einfacher herzustellen ist und leichter ausgetauscht werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Zusatz- körper über seine gesamte Fläche an der Oberfläche des Grundkörpers anliegt Dadurch wird insbesondere bei einem rohrförmigen Zusatzkörper erreicht, dass bei vorgegebener Wandstärke des rohrförmigen Zusatzkörpers der Innendurch- messer des rohrförmigen Zusatzkörpers möglichst groß ist. Durch das Anliegen entlang der gesamten Länge - in Strahlrichtung des Elektronenstrahls - wird er- reicht, dass keine Elektronen des Elektronenstrahls das erste Material des Grund- körpers an irgendeiner Stelle treffen können.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Zusatz- körper mehrere Bauteile in Bezug auf den Elektronenstrahl überdeckt. Damit kön- nen mit einem einzigen Zusatzkörper beispielsweise das Strahlrohr zusammen mit den Eisenkernen aller Spulen überdeckt werden, so dass die Montage sehr ein- fach möglich ist, da nur ein einziges Zusatzteil in die Röntgenröhre eingesetzt werden muss.
Die Aufgabe wird auch durch eine Röntgenröhre mit den Merkmalen des Pa- tentanspruchs 9 gelöst. Es ergeben sich auch hierfür die oben zum erfindungsge- mäßen Bauteil beziehungsweise zur erfindungsgemäßen Elektronenfanghülse an- gegeben Vorteile.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Röntgen- röhre so aufgebaut ist, dass der Elektronenstrahl auf seinem gesamten Weg von der Kathode zum Target nirgends das erste Material treffen kann, sondern nur das zweite Material. Damit wird vollständig verhindert, dass überhaupt Störstrahlung erzeugt wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den Figu- ren dargestellten Ausführungsbeispiels im Folgenden näher erläutert. Die einzige Figur zeigt: eine Skizze eines Längsschnitts durch einen Teil einer Röntgen- röhre mit einem erfindungsgemäßen Zusatzkörper.
In der Figur ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Mikrofokus-Röntgenröhre im Bereich ihres Kondensors 1 und ihres Objektivs 2 bis zu einem Target 5 in ei- nem schematischen Längsschnitt dargestellt. Der nicht dargestellte Rest der Mik- rofokus-Röntgenröhre entspricht dem Stand der Technik und ist für die Erfindung nicht relevant. Anstatt einer Mikrofokus-Röntgenröhre, kann es sich auch um ei- nen anderen Röntgenröhrentyp handeln.
Kondensor 1 und Objektiv 2 sind um ein Strahlrohr 3 für einen - gestrichelt darge- stellten - Elektronenstrahl 13 herum angeordnet. In Richtung des Elektronen- Strahls 13 liegt der Kondensor 1 vor dem Objektiv 2.
Der Kondensor 1 enthält eine Kondensorspule, von der nur ihr Kondensoreisen- kern 8 dargestellt ist. An die Kondensorspule schließt sich in Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls 13 das Objektiv 2 an. Das Objektiv 2 enthält eine Objektiv- spule, von der nur ihr Objektiveisenkern 9 dargestellt ist.
Das Strahlrohr 3 reicht in Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls 13 über das Ende des Kondensors 1 hinaus bis in den Bereich des Objektivs 2 hinein. An das Objektiv 2 schließt sich in Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls 13 eine Objektivblende 4 an. Um zu verhindern, dass Elektronen des Elektronenstrahls 13 auf das Strahlrohr 3, das aus einem Metall ist, oder die dem Elektronenstrahl 13 zugewandte Oberflä- chen des Kondensoreisenkerns 8 sowie des Objektiveisenkerns 9, die beide aus Eisen bestehen, treffen und dabei aufgrund der hohen Ordnungszahl der verwen- deten Materialien Störstrahlung erzeugen, ist zwischen diesen Oberflächen und dem Elektronenstrahl 13 in radialer Richtung - bezogen auf den Elektronenstrahl 13 - ein Zusatzkörper 10 angeordnet, der aus Graphit besteht. Aufgrund des im Zusatzkörper 10 verwendeten Graphits mit seiner niedrigen Ordnungszahl, ent- steht bei einem Auftreffen von Elektronen des Elektronenstrahls 13 nur langwellige Röntgenstrahlung. Somit wird der Anteil kurzwelliger Röntgenstrahlung reduziert, so dass keine oder nur ein sehr geringer Teil an Störstrahlung entstehen kann.
Der Zusatzkörper 10 erstreckt sich in Längsrichtung über die gesamte Länge des Strahlrohrs 3 und des Objektivs 2 bis zur Objektivblende 4 hin. Er ist einstückig ausgebildet und liegt mit seiner Außenfläche an der Öffnung 14 des Strahlrohrs 3 und an der Öffnung 15 des Objektiveisenkerns 9 an. Seine Innenfläche ist zylind risch ausgebildet. Seine Außenfläche ist aufgrund der Stufe zwischen dem Ende des Strahlrohrs 3 und dem Objektiveisenkern 9 wie ein Zylinder mit Stufe ausge- bildet und weist eine Rohrform auf.
Die Objektivblende 4 weist einen Objektivblenden-Grundkörper 7 und einen in Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls 13 davor angeordneten Objektivblen- den-Zusatzkörper 11 auf. Die Objektivblende 4 dient mittels ihrer Öffnung 16 zur Begrenzung des Elektronenstrahls 13 - und somit des Fokus -, der in der Rönt- genröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung auf einem Target 5 dient.
Der Objektivblenden-Grundkörper 7 ist aus einem ersten Material, das aufgrund seiner Position in der Röntgenröhre hochgradig hitzebeständig sein muss und eine hohe Wärmeleitfähigkeit zum Abtransport der in ihm entstehenden Wärme aufwei- sen muss. Außerdem darf er möglichst keinen magnetischen Einfluss ausüben, um die elektrischen Felder in der Röntgenröhre nicht zu stören. Er ist bevorzugt aus einem Metall, wie dies die im Stand der Technik bekannten Blenden sind, ins- besondere aus Molybdän, Wolfram oder Titan.
Der Objektivblenden-Zusatzkörper 11 ist aus einem zweiten Material, das auf- grund seiner Position in der Röntgenröhre auch - wie das erste Material - hoch- gradig hitzebeständig sein muss und eine hohe Wärmeleitfähigkeit zum Abtrans- port der in ihm entstehenden Wärme aufweisen muss. Außerdem darf er möglichst keinen magnetischen Einfluss ausüben, um die elektrischen Felder in der Rönt- genröhre nicht zu stören. Um zu verhindern, dass die Elektronen des Elektronen- Strahls 13, die auf die Objektivblende 4 treffen, störende Röntgenstrahlung erzeu- gen, muss der Objektivblenden-Zusatzkörper 11 aus einem Material sein, das möglichst wenig und bevorzugt deutlich weichere Röntgenstrahlung erzeugt als diejenige, die im Target 5 erzeugt wird. Deshalb ist er aus einer Kohlenstoffverbin- dung, Beryllium oder Aluminium - besonders bevorzugt aus Graphit - gefertigt. Da Graphit eine niedrige Ordnungszahl hat, wird der Anteil kurzwelliger Röntgenstrah- lung reduziert, so dass nur ein sehr geringer Teil von Störstrahlung das Target 5 durchdringt und Bildfehler verursachen kann.
In Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls 13 weitet sich die Öffnung 16 der Objektivblende 4 konisch auf, damit etwa an dem Objektivblenden-Zusatzkörper 11 gestreute Elektronen des Elektronenstrahls 13 nicht auf das Metall des Objek- tivblenden-Grundkörpers 7 treffen können und es dabei zur Erzeugung von Stör- strahlung käme. Eine solche Objektivblende wird in der DE 10 2016 013 747 beschrieben.
Alternativ zu der dargestellten Objektivblende 4 mit einer Aufteilung in Ausbrei- tungsrichtung des Elektronenstrahls 13 in Objektivblenden-Grundkörper 7 und diesen abschirmenden Objektivblenden-Zusatzkörper 11 könnte eine erfindungs- gemäße Objektivblende 4 so gestaltet sein, dass die Abschirmung des Objektiv- blenden-Zusatzkörpers 11 in radialer Richtung - bezogen auf den Elektronenstrahl 13 - um den Objektivblenden-Grundkörper 7 angeordnet ist, wobei der Objektiv- blenden-Grundkörper 7 radial nicht über das Ende des rohrförmigen Zusatzkör- pers 10, an den er anschließt, heraussteht. Auch dann wird erreicht, dass keine Elektronen des Elektronenstrahls 13 das Metall des Objektivblenden- Grundkörpers 7 treffen können und Störstrahlung erzeugt würde.
In Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls 13 schließt sich an die Objektiv- blende 4 das Target 5 - im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Transmissions- target - an, das an einem mit dem Objektiv 2 verbundenen Targetträger 6 befes- tigt ist.
Der Targetträger 6 bildet im vorderen Bereich der Mikrofokus-Röntgenröhre den Vakuumabschluss zwischen Objektiveisenkern 9 und Target 5. Er dient der me- chanischen Stabilisierung des Targets 5, da dieses in einigen Bereichen nur etwa 300pm dick ist. Für eine möglichst gute Ableitung der Wärme, die auf dem Target 5 entsteht, ist es hilfreich, dass der Targetträger 6 aus einem Metall, wie bei spielsweise Messing, besteht. Da beim Auftreffen des Elektronenstrahls 13 auf dem Target 5 ein Teil der Elektronen rückgestreut werden, könnten diese den Targetträger 6 treffen. Dann würde im Targetträger 6 Störstrahlung entstehen. Um dies zu verhindern, ist die gesamte Oberfläche des Targetträgers 6 zwischen Objektiv 2 und Target 5 mit einem Körper aus Graphit bedeckt, der als Elektronen- fanghülse 12 bezeichnet wird. Die Elektronenfanghülse 12 ist wie der Zusatzkör- per 10 einstückig ausgebildet und liegt an der gesamten, dem Elektronstrahl 13 zugewandten Oberfläche des Targetträgers 6 an. Die Elektronenfanghülse 12 liegt auf Erdpotential, um zurückgestreute Elektronen direkt ableiten zu können. Auf- grund der Nähe zum Target 5 und zum Brennfleck muss das Material der Elektro- nenfanghülse 12 hohe Temperaturen verkraften und darf die Flugbahn der Elekt- ronen nicht stören. Häufig wird für die Elektronenfanghülse 12 ein Metall, wie bei spielsweise Molybdän, verwendet. Bei der Verwendung eines Metalls würde die Elektronenfanghülse 12 wieder selbst Störstrahlung erzeugen. Daher ist ein Mate- rial mit niedriger Ordnungszahl und Dichte zu bevorzugen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Zusatzteile Zusatzkörper 10 und Elektronen- fanghülse 12 in Verbindung mit dem Objektivblenden-Zusatzkörper 11 wird ver- hindert, dass an irgendeiner Stelle Elektronen des Elektronenstrahls 13 Störstrah- lung erzeugen können, so dass keine Bildfehler durch Störstrahlung verursacht werden.
Bezugszeichenliste
1 Kondensor
2 Objektiv
3 Strahlrohr
4 Objektivblende
5 Target
6 Targetträger
7 Objektivblenden-Grundkörper
8 Kondensoreisenkern
9 Objektiveisenkern
10 Zusatzkörper
11 Objektivblenden-Zusatzkörper
12 Elektronenfanghülse
13 Elektronenstrahl
14 Öffnung des Strahlrohrs
15 Öffnung des Objektiveisenkerns
16 Öffnung der Objektivblende

Claims

Patentansprüche
1. Bauteil im Vakuumbereich einer Röntgenröhre mit einer Öffnung (14, 15, 16), durch die ein Elektronenstrahl (13) geführt ist,
mit einem Grundkörper aus einem ersten Material, wobei das erste Material ein Metall ist,
wobei auf der Oberfläche der Öffnung (14, 15, 16) ein zweites Material ange- ordnet ist, dessen Ordnungszahl kleiner ist als die Ordnungszahl des ersten Materials.
2. Bauteil nach Patentanspruch 1 , wobei es ein Strahlrohr (3) oder ein Eisen- kern (8, 9) einer Spule ist, die eine röhrenförmige Öffnung (15) aufweisen, oder eine Blende (4) ist, die eine ringförmige Öffnung (16) aufweist oder eine Kombination aus mehreren der vorgenannten Bauteile ist.
3. Targetträger (6) mit einem Grundkörper aus einem ersten Material, wobei das erste Material ein Metall ist,
und mit einem zweiten Material auf der dem Elektronenstrahl (13) zugewand- ten Oberfläche des Grundkörpers, das sich zwischen Target (5) und Objek- tivblende (4) erstreckt.
4. Bauteil oder Targetträger (6) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei das erste Material Molybdän, Eisen, Wolfram oder Titan ist und das zweite Material Aluminium, Beryllium, Silizium, Kohlenstoff, insbesondere in der Form von Graphit, Bor oder eine chemische Verbindung eines oder meh- rerer dieser Elemente ist.
5. Bauteil oder Targetträger (6) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei der Unterschied der Ordnungszahlen von erstem Material und zweitem Material mindestens 16, bevorzugt mindestens 36, beträgt.
6. Bauteil oder Targetträger (6) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei das zweite Material in der Form einer Beschichtung oder einer Folie auf der Oberfläche des ersten Materials aufgebracht ist oder das zweite Ma- terial als ein separater Zusatzkörper (10, 12), insbesondere als rohrförmiger Zusatzkörper, ausgebildet ist.
7. Bauteil oder Targetträger (6) nach Patentanspruch 6, wobei der Zusatzkörper (10, 12) über seine gesamte Fläche an der Oberfläche des Grundkörpers an- liegt.
8. Bauteil nach einem der Patentansprüche 6 oder 7, wobei der Zusatzkörper (10, 12) mehrere der in Patentanspruch 2 genannten Bauteile in Bezug auf den Elektronenstrahl (13) überdeckt.
9. Röntgenröhre, insbesondere Mikrofokus-Röntgenröhre, mit Mitteln zum Rich- ten eines Elektronenstrahls (13) auf ein Target (5) und im Ausbreitungsweg des Elektronenstrahls (13) angeordneten Bauteilen und/oder einem Targett- räger (6) nach einem der vorstehenden Patentansprüche.
10. Röntgenröhre nach Patentanspruch 9, wobei sie so aufgebaut ist, dass der
Elektronenstrahl (13) auf seinem gesamten Weg von der Kathode zum Tar- get (5) nirgends das erste Material treffen kann, sondern nur das zweite Ma- terial.
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