[发明专利]电子光学设备、X射线发射装置及产生电子束的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于产生电子束的电子光学设备、一种X射线发射装置以及一种产生电子束的方法。

背景技术

未来有关X射线源的高端计算机断层摄影(CT)和心血管(CV)成像要求(1)更高的功率/管电流，(2)与对焦斑的尺寸、比率和位置实施主动控制的能力相结合的更小的焦斑，(3)用于冷却的以及与CT相关的更短的时间，(4)更短的扫描架旋转时间。除此之外，管设计在长度和重量方面受到限制，从而针对CV应用实现容易的操纵，针对CT应用获得可实现的扫描架设置。

采用X射线管内的复杂的热管理原理给出了实现更高的功率和更快的冷却的一个关键。在常规的双极X射线管中，靶的热负荷的大约40％都是由于从靶反向散射的电子导致的，所述电子被朝向所述靶重新加速，并在焦斑之外再次击中所述靶。因而，这些电子促使靶的温度升高，并且导致离焦辐射。因此，当前开发的新一代X射线管的一个关键部件就是设置于靶前面的散射电子收集器(SEC)。如果两种元件，即靶和SEC都处于相同的电位上，那么通过与单极管设置相结合引入这一部件(SEC)能够在靶的上方建立无电场区域。在这种情况下，靶的热负荷仅由为管的X射线输出做出贡献的电子决定。反向散射的电子将在集成到了管的冷却系统当中的SEC处释放其能量。

就常规而言，这一包括SEC的设置增加了阳极和阴极之间的距离，但是却没有为聚焦元件留下空间。与现有的X射线管相比，这将使电子束路径急剧扩大，从而使电子束的聚焦更加提前(advanced)。

用于医疗检查的新的高端X射线管的一个主要目标在于，在高电压范围为U＝60-150kV且管电流高达I＝2A的范围内提供可变的小的焦斑尺寸和位置。此外，必须考虑光程1<130mm的情况下管尺寸的限制。

CT或CV成像中的图像质量问题要求具备在图像获取过程中对焦斑尺寸进行主动控制的可能性。此外，CT中的有助于提高空间分辨率或者减少伪影的新的成像模态，例如，动态焦斑(在切向方向和径向方向上发生偏转)还需要对焦斑位置实施主动控制的能力。

为了满足上述和其他要求，可能需要一种改进的用于产生电子束的电子光学设备、一种改进的X射线发射装置和一种改进的用于产生电子束的方法。

发明内容

可以通过根据独立权利要求的主题满足这一需求。在从属权利要求中描述了本发明的有利实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种电子光学设备，其包括下述优选按照所指示的顺序沿光轴布置的部件：包括发射器的阴极，所述发射器具有用于发射电子的平坦表面；用于在基本沿所述光轴的方向上对所发射的电子进行加速的阳极；用于使经过加速的电子发生偏转的并且具有第一磁轭的第一磁四极透镜；用于使经过加速的电子进一步发生偏转的并且具有第二磁轭的第二磁四极透镜；以及用于使经过加速的电子进一步发生偏转的磁偶极透镜。

本发明的这一方面是以这样一种思路为基础的，即，将由第一磁四极透镜和第二磁四极透镜构成的双四极透镜的优点与无结构的或只有略微结构的薄的扁平发射器的优点结合到电子光学设备当中。所述的双四极透镜提供了卓越的聚焦特性。具有用于发射电子的平坦表面的扁平发射器使得所发射的电子的侧向能量分量得到降低，由此还有助于实现所述电子光学设备的卓越的聚焦特性。此外，为了实现所要求的可变焦斑位置，提供了用于使所发射的电子在横向方向和径向方向上偏转的磁偶极透镜。

在下文中，将详细说明根据第一方面的电子光学设备的特征和优点。

本文，将电子设备定义为既包括具有作为自由电子源的发射器的阴极和用于对所提供的自由电子进行加速从而产生电子束的阳极，又包括用于使经过加速的自由电子发生偏转从而使电子束发生聚焦和/或偏转的电子光学器件。将自由电子被阳极加速到其内的主方向定义为电子光学设备的光轴。

发射器具有用于发射电子的基本平坦的表面。本文，“基本平坦”是指所述表面不包括显著的弯曲、开口或突起，其基本是扁平的、光滑的，而且基本上是无结构的。但是，在所述平坦表面内可能存在精细的结构，例如，沟槽或凹陷。这样的结构的深度可以显著小于所述表面的尺寸。例如，所述结构的深度可以小于所述表面的长度的10％，优选小于其1％。所述发射器可以具有扁平箔的形式。可以采用诸如钨或钨合金的难熔导电材料制备所述发射器。