X射線管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種X射線管.
【背景技術(shù)】
[0002]一般通過以電子轟擊陽極在X射線管中產(chǎn)生X射線輻射。電子本身從電子源(具有熱離子發(fā)射器或場發(fā)射器的陰極)中釋放并且通過作用在電子源和陽極之間的高壓加速到期望的起始能量。在電子擊中焦點斑的停留區(qū)內(nèi)的陽極的材料時，通過電子與陽極材料的原子核的相互作用，電子的動能大致I %轉(zhuǎn)化為X射線輻射，約99%轉(zhuǎn)化為熱量。作為陽極材料使用具有較高的核電荷數(shù)(原子序數(shù))Z的材料，例如鎢(W，Z = 74)或由鎢(W)和錸(Re，Z = 75)組成的合金。
[0003]由于擊中陽極的電子的動能的大致99% (典型地約70keV至最大140keV)轉(zhuǎn)化為熱量，在焦點斑的停留區(qū)內(nèi)形成的溫度不超過約2600°C。因此，熱量管理是陽極的重要任務(wù)。
[0004]技術(shù)上規(guī)劃的和結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)的焦點斑停留區(qū)，即其上出現(xiàn)陰極中產(chǎn)生的電子的一次輻射的陽極部位，可以要么是靜止不動的(立式/固定陽極)要么形成焦點帶(在旋轉(zhuǎn)陽極X射線管或旋轉(zhuǎn)活塞X射線管中的旋轉(zhuǎn)著的陽極)。
[0005]焦點斑或焦點帶本身又發(fā)射一些電子。一部分是附加地從陽極材料中通過激發(fā)過程脫離出的二次電子，另一部分還是反向散射電子，即在彈性散射之后或在非彈性散射或激發(fā)過程之后又離開陽極的、一次輻射的電子。
[0006]尤其是反向散射電子至少部分地還具有比較高的能量(平均約為入射電子能量的80%)。若反向散射電子擊中真空殼體的相鄰部分、射出口或擊中陽極本身(這次也在實際焦點斑之外或在實際焦點帶之外)，則它們由于其較高的能量(分別根據(jù)在二次擊中點上的材料)而產(chǎn)生或強或弱的X射線輻射并且引起材料的加熱。尤其在具有由穩(wěn)定金屬制成的真空殼體的大功率X射線管中，二次擊中點是不可忽略的、也稱作額外焦點輻射的X射線輻射的來源。
[0007]此外，二次擊中點又是用于反向散射和二次電子的來源。反向散射率、即發(fā)射電子與入射電子的數(shù)量比在此隨著相關(guān)材料的核電荷數(shù)Z在0.2 (Z = 10)至0.5(Z = 50)的范圍內(nèi)(電子相對表面法線的入射角度為40° )變化。尤其是對于大功率X射線管，在二次擊中點上出現(xiàn)可觀的反向散射。
[0008]通過反向散射電子在真空殼體中、在X射線出口中和在真空殼體和X射線出口之間的連接部位中出現(xiàn)的加熱往往是有問題的。
[0009]通過在立式或旋轉(zhuǎn)陽極中的機械和熱負載以及由于形成的溫度差和由于在旋轉(zhuǎn)陽極中較高的離心力，卻在所有的陽極類型情況下出現(xiàn)很大的熱機械應力，這些熱機械應力會導致陽極盤的損壞或毀壞或限制陽極的應用。熱機械應力的類型還取決于在旋轉(zhuǎn)陽極情況下陽極盤在支承系統(tǒng)上的連接，尤其是在轉(zhuǎn)子軸上的固定。這可以是在陽極盤的內(nèi)側(cè)上的較高的切向負載，當陽極盤通過例如釬焊固定連接時也可以是徑向的熱機械應力。為避免由于運行中較高的熱機械應力導致的裂縫，例如從DE 102010041064A1中已知，在陽極盤中引入沿徑向的狹縫(消除應力的旋轉(zhuǎn)陽極)。雖然狹縫相對電子的飛行軌跡傾斜地布置，但電子由于第二和第三極散射效應(二次或反向散射電子)在陽極之后擊中真空殼體并且在該部位處導致局部過熱。由此，能使真空殼體嚴重熔化，導致超高真空不復存在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有改善的熱機械特性的X射線管。
[0011 ] 所述技術(shù)問題按本發(fā)明通過一種X射線管解決，該X射線管具有真空殼體，在所述真空殼體中安置有陽極和陰極，其中，所述陰極產(chǎn)生電子，所述電子朝著所述陽極加速和聚焦并且在擊中所述陽極時在焦點斑的停留區(qū)內(nèi)產(chǎn)生X射線輻射。按照本發(fā)明，在所述陽極的背面和所述真空殼體的內(nèi)側(cè)之間安置有至少一個電子護板。
[0012]通過在真空殼體的內(nèi)部在陽極之后設(shè)置至少一個電子護板，由于第二和第三級的散射效應在陽極之后雜散的電子(二次或反向散射電子)未擊中真空殼體而是擊中電子護板。由于電子護板的質(zhì)量和熱容量，由雜散的電子引入的熱能在電子護板中首先吸收，然后散發(fā)。因此，在真空殼體中的陽極之后未出現(xiàn)局部過熱，從而防止了真空殼體的該區(qū)域內(nèi)的熱損壞并且可靠地保持了超高真空。因此，通過按本發(fā)明的X射線管，可實現(xiàn)具有長壽命的大功率X射線管。
[0013]按本發(fā)明優(yōu)選的實施形式，電子護板通過固持部固定在真空殼體上。通過該固持部，存儲在電子護板中的熱能散發(fā)到真空殼體中，該真空殼體作為X射線管的一部分布置在輻射器殼體中并被冷卻介質(zhì)繞流。因此，確保了電子護板特別可靠的散熱。
[0014]電子護板的優(yōu)選材料按本發(fā)明是鉬或鉬基合金，優(yōu)選TZM(鈦鋯鉬合金)。其他的重金屬也適合用于制造電子護板。TZM具有下列的化學組成:重量百分比0.5%的鈦(Ti)、0.08%的鋯(Zr)和0.02%的碳(C)，其余的是鉬(Mo)。鉬鈦混晶的形成和細微分布的鈦鋯碳化物確保在不超過約1400°C的溫度時良好的強度特性。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，也可以使用另外的重金屬(具有較高核電荷數(shù)/原子序數(shù)的材料)。
[0015]按本發(fā)明的解決方案既適合用于具有立式/固定陽極的X射線管，也適合用于具有旋轉(zhuǎn)陽極的X射線管。在旋轉(zhuǎn)陽極中，焦點斑內(nèi)產(chǎn)生的熱量由于陽極的旋轉(zhuǎn)分散在焦點帶上。由此通過熱過載避免了陽極材料過快熔化。在計算機層析X射線攝影儀中，旋轉(zhuǎn)陽極在幾平方毫米的面積上必須吸收多于10kW的功率。每個病人的拍攝周期不超過100秒。
[0016]尤其是根據(jù)本發(fā)明的X射線管中，所述陽極構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)陽極，所述旋轉(zhuǎn)陽極的陽極盤抗扭地固定在轉(zhuǎn)子軸上，其中，陽極構(gòu)造為熱負荷大的旋轉(zhuǎn)陽極，按本發(fā)明的解決方案的實現(xiàn)是特別有效的。
[0017]在按照本發(fā)明的X射線管中有利于補償運行中出現(xiàn)的切向應力的是，布置在陽極盤中的徑向延伸的狹縫。
【附圖說明】
[0018]下列根據(jù)附圖進一步闡述本發(fā)明示意性的實施例，但并不限于此。附圖中:
[0019]圖1示出通過X射線管的縱剖面以及
[0020]圖2示出通過按圖1的X射線管的橫截面。
【具體實施方式】
[0021]在圖1和2中，以I標記X射線管的真空殼體。在所示的實施例中，在真空殼體I中設(shè)置旋轉(zhuǎn)陽極2，此旋轉(zhuǎn)陽極2的陽極盤21抗扭地固定在轉(zhuǎn)子軸3上。
[0022]此外，在真空殼體I中設(shè)置僅在圖1中可見的產(chǎn)生電子5的陰極4。電子5朝旋轉(zhuǎn)陽極2加速并且聚焦。在擊中旋轉(zhuǎn)陽極2時，聚焦成電子束的電子5在焦點斑6 (焦點帶)的停留區(qū)內(nèi)在涂在旋轉(zhuǎn)陽極2上的陽極涂層22中產(chǎn)生X射線輻射7。X射線輻射7通過射線出口 8離開真空殼體I。
[0023]陽極盤21具有徑向延伸的狹縫23，由此補償了運行中由于最大許可溫度而出現(xiàn)的切向應力。
[0024]按本發(fā)明，在旋轉(zhuǎn)陽極2的背面24和真空殼體I的內(nèi)側(cè)11之間設(shè)置至少一個電子護板9，此電子護板9例如由鉬或TMZ構(gòu)成。在按本發(fā)明的X射線管的所示結(jié)構(gòu)方案中，具體設(shè)置有一個電子護板9。但根據(jù)應用情況和設(shè)計條件也可能在旋轉(zhuǎn)陽極2的背面24的區(qū)域內(nèi)設(shè)置多于一個的電子護板9。
[0025]通過在真空殼體I的內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)陽極2的后方設(shè)置電子護板4，由于第二和第三級的散射效應，在旋轉(zhuǎn)陽極2后方雜散的電子51 ( 二次或反向散射電子)未擊中真空殼體I的內(nèi)側(cè)11而是擊中電子護板9。由此有效地防止在此部位處出現(xiàn)可能導致真空殼體I的熔化的局部過熱，。
[0026]由于電子護板4的質(zhì)量和熱容量，由雜散的電子51引入的熱能首先在電子護板4中吸收，然后導出。因此，在真空殼體I中的旋轉(zhuǎn)陽極2后方不會出現(xiàn)局部過熱，從而防止了真空殼體I的該區(qū)域內(nèi)的熱損壞并且可靠地保持了超高真空。
[0027]對于圖1和2中所示的結(jié)構(gòu)方案，電子護板9通過固持部10固定在真空殼體I上。通過該固持部10，存儲在電子護板9中的熱能導出到真空殼體I中，該真空殼體作為X射線管的一部分布置在附圖中未示出的輻射器殼體中并且被冷卻介質(zhì)繞流。因此，確保電子護板9的特別可靠的散熱。
[0028]電子護板9的優(yōu)選的材料例如是鉬或鉬基合金，優(yōu)選TZM。
[0029]雖然通過優(yōu)選的實施例詳細地進一步闡述了本發(fā)明，但本發(fā)明不受圖1和2中所示的實施例的限制。而對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以容易推導出按本發(fā)明的解決方案的其他變型，只要不偏離本發(fā)明的基本構(gòu)思即可。
【主權(quán)項】
1.一種X射線管，具有真空殼體(1)，在所述真空殼體(I)中安置有陽極(2)和陰極(4)，其中，所述陰極產(chǎn)生電子(5)，所述電子(5)朝著所述陽極(2)加速和聚焦并且在擊中所述陽極(2)時在焦點斑(6)的停留區(qū)內(nèi)產(chǎn)生X射線輻射(7)，其特征在于，在所述陽極(2)的背面(24)和所述真空殼體(I)的內(nèi)側(cè)(11)之間安置有至少一個電子護板(9)。2.按權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于，所述電子護板(9)通過固持部(10)固定在所述真空殼體(I)上。3.按權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于，所述電子護板(9)由鉬構(gòu)成。4.按權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于，所述電子護板(9)由鉬基合金構(gòu)成。5.按權(quán)利要求4所述的X射線管，其特征在于，所述鉬基合金是TZM。6.按權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于，所述陽極(2)構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)陽極，所述旋轉(zhuǎn)陽極的陽極盤(21)抗扭地固定在轉(zhuǎn)子軸(3)上。7.按權(quán)利要求6所述的X射線管，其特征在于，所述陽極盤(21)具有徑向延伸的狹縫(23)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種X射線管，具有真空殼體(1)，在所述真空殼體(1)中安置有陽極(2)和陰極(4)，其中，所述陰極產(chǎn)生電子(5)，所述電子(5)朝著所述陽極(2)加速和聚焦并且在擊中所述陽極(2)時在焦點斑(6)的停留區(qū)內(nèi)產(chǎn)生X射線輻射(7)。按本發(fā)明，在所述陽極(2)的背面(24)和所述真空殼體(1)的內(nèi)側(cè)(11)之間安置有至少一個電子護板(9)。這種X射線管具有改善的熱機械特性。
【IPC分類】H01J35/02, H01J35/10
【公開號】CN104900468
【申請?zhí)枴緾N201510101171
【發(fā)明人】J.諾亞克, L.沃納
【申請人】西門子公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年3月6日
【公告號】DE102014204112A1