[发明专利]用于X射线管的辅助格栅电极

说明书

技术领域

本发明涉及高功率X射线源的领域，尤其涉及旋转阳极类型的X射线管，其能够有利地应用于材料检查领域或医学X射线成像应用领域。根据本发明，公开了上述种类的X射线管，其包括至少一个具有孔径的临时负偏置的辅助格栅电极，管阴极的热离子电子发射器发射的电子束能够通过所述孔径。作为其备选方案，也可以正偏置辅助格栅电极，以便增强从发射器的电子发射。由此可以利用馈通(feedthrough)电缆将辅助格栅电极连接到可控电压源单元的电源电压，馈通电缆充当为主控格栅提供格栅电源电压的馈送线路。

背景技术

源于热离子电子发射器表面的电子发射强烈取决于通常由X射线管阳极生成的“牵引”电场。为了实现快速的开/关切换，从相关现有技术知道，可以为旋转阳极类型的X射线管装备格栅电极，所述格栅电极放置在管阴极的电子发射器前方附近。在过去的电子管中，将所述格栅电极实现为金属丝(wire)的格栅。因此，尽管在现代X射线管中看起来更像孔径，但仍然将这种电极称为“格栅”，并且它是阴极杯静电聚焦的一部分。为了完全切断电子束，所谓的切断电压U_co被施加到生成排斥电场的格栅电极，并且通常由电子发射器和格栅电极之间的电势差的绝对值给出。发射器表面处所得的电场是格栅和阳极所生成的场之和。如果在电子发射器上的所有位置总场都是排斥的，则完全切断了电子发射。

发明内容

当装备有上述格栅电极时，常规X射线管通常面临一些严重问题，可以将其总结如下：

第一个问题在于，格栅开关阴极的主控格栅处的切断电压需要与管电压成正比(后者被定义为阳极与阴极的电势差)，在管电压比较高的一些情况下，现有的X射线管和现有用于操作这些X射线管的绝缘技术可能无法可靠地处理这种情况。新的格栅设计以大的通过格栅和发射器表面上用于高电子发射的大的牵引场为特征。在这些情况下，需要高的格栅切断电压。考虑到阴极中温度很高，绝缘技术是非常困难的问题。为了确保可靠的运行，需要限制格栅切断电压。目前，在电压要求和可用绝缘技术之间存在差距。

在给定的设计限制条件下，通过减小通过栅格考虑了可用格栅切断电压的范围，第二个问题是在低管电压、诸如血管成像应用所需要的低管电压下电子发射不良。另一方面，用于补偿的高发射器温度减少了热离子电子发射器的使用寿命。

此外，由于源自带负电阴极表面或热离子电子发射器的真空电弧放电，可能导致X射线管的严重损坏。许多真空放电是从阴极头开始的。如果它们终止于地电势(其存在于在这里还称为“管框架”的管罩的表面上)，高压管电路、至少高压馈通电缆被迅速放电，从而可能发生对X射线管或对电缆线路之间的绝缘的严重损坏并触发更多放电。如果未加以恰当地限制，电弧放电可能将X射线管电流升高到几千安培，使得放电路径的垂足(footpoint)处具有极大的能量密度，这可能损坏电子发射器和/或释放粒子(particle)。此外，这可能进一步危及X射线管的高压稳定性。此外，电缆上的反射可能带来电磁兼容性(EMC)问题。

有鉴于此，本发明的目的是提供一种装备有格栅电极的X射线管，通过提供有限的格栅切断电压并允许发射增强和电弧放电电流限制克服了所有上述问题。

这一目的是通过根据所附权利要求中的任一项的X射线管实现的。本发明的有利方面从附属权利要求将变得显而易见。

如这里主张的，本发明的第一方面涉及一种旋转阳极类型的高功率X射线管，所述X射线管包括旋转阳极、装备有热离子电子发射器的阴极，以及在所述热离子电子发射器和所述旋转阳极之间布置于真空罩(也称为“管框架”或“管壳”)中的至少临时负偏置的主控格栅，其中，所述X射线管还包括偏置的孔径辅助格栅电极，所述X射线管阴极的热离子电子发射器发射的电子束在通过所述主控格栅之后，以及撞击管阳极的X射线发射表面的目标区中的焦斑之前，穿过所述辅助格栅电极。

本发明的另一方面涉及一种用于操作如上所述的高功率X射线管的方法，其中，通过为孔径辅助格栅电极供应电极电势来打开电子束以便增强阴极发射，所述电极电势或者接近其在X射线管内位置的空间点处电场的电压电势，或者处在更正性的电压电势U_Aux。为了切断该电子束，为孔径辅助格栅电极供应负电压电势U_Aux。