[发明专利]在X射线产生中液体金属靶的供应

说明书

发明领域

本发明大体上涉及液体金属靶，具体涉及在电子撞击X射线源中的使用。

技术背景

X射线传统上通过让电子束撞击固体阳极靶来产生。但是，在阳极的热效应限制了X射线源的性能。一种减轻涉及固体阳极靶过热的问题的方式使用了旋转的固体阳极。

最近，已提议使用液体喷射流作为X射线产生中的电子靶。例如，WO 02/11499公开了使用液体喷射流作为电子束靶来产生X射线或者EUV辐射的方法和装置。这样的X射线源可以包括适于作为阳极、也就是作为电子束靶的液体金属的接地喷射流。由于它的可再生性质，这样的液体金属喷射流能够经受强电子束撞击；作为比较，喷射流的传播速度能够相似于或者比传统的旋转阳极的切线速度高。虽然只有电子束携带的一部分能量被转换成为X射线能量-其导致相当大的过量热产生-这些液体喷射流X射线源还是具有优异的亮度的特征，其带来涉及曝光时间、空间分辨率和诸如相差成像的新的成像方法的益处。

但是，设计能够在持久的时间内运行而没有由于维护产生的间断的液体金属喷射流X射线源是一个挑战。例如，在以前的这种X射线源中，操作者需要暂停X射线的产生，以便改变或者再填充靶供应容器，或者改变或者再填充用于产生靶喷射流的加压的推进气体的容器。

发明概述

本发明的总体目标是提供向相互作用区域供应液体金属的闭环系统，其中在所述相互作用区域，电子束撞击液体金属以产生X射线。设想本发明将提供在由于保养或者维修必须中断X射线产生之前的延长的运行时间。

通过介绍，涉及用于供应液体金属喷射流的系统的背景和一些挑战将被简要地讨论。

提及的类型的X射线源包含电子枪和用于在真空腔内提供稳定的液体金属喷射流的系统。使用的金属优选是具有相对较低的熔点的一种，诸如铟、镓、锡、铅、铋或者其合金。电子枪可以根据冷场发射、热场发射、热电子发射和诸如此类的原理运行。用于提供电子撞击靶、也就是液体金属喷射流的系统可以包含加热器和/或冷却器、加压装置、喷射流喷嘴和用于在喷射流的末尾收集液体金属的容器。由于电子和液体金属靶的相互作用，X射线辐射在撞击区域产生。具有合适的透射特性的窗口允许这样产生的X射线离开低压腔。为了允许设备的连续运行，需要收回来自相互作用区域的的下游的液体金属，并且以闭环形式重复使用收回的液体金属。

在技术层面上，发现了以闭环的方式供应液体金属喷射流需要承担潜在的弱点。例如，由于由泵活塞的移动、容纳在液体内的固体污染物的间歇性的机械式梗阻、在系统的多个部分内的液体平面的波动、和甚至泵的抽取能力的损失等导致的压强变化，喷射流在速度、形状和厚度方面的一致性，可能不是令人满意的。在一些情况下，喷射流还可能在电子束撞击喷射流的点之前变的空间不连续并且分解成为片段或者液滴，其将导致对于X射线产生的复杂化。

金属泄漏是用于提供液体金属喷射流的闭环系统的另一个潜在的挑战。泄漏的结果可以是金属永远地丢失到系统的外部，但还包括金属在系统的不能到达的部分固化的情况。例如，在喷嘴的出口处和在液体喷射流撞击在收集容器内包含的液体的位置可能产生雾状悬浮液滴。如果这样的相对移动的雾沉积在低压腔的内壁上，它将从循环过程差不多永久地丢失。进一步地，如果低压腔是适于持续地排泄气体或者其气体悬浮粒子的泵真空腔，以这种方式从系统中可以排出大量的液体。最后，密封件、管道和泵都是潜在的液体泄漏源，并且因此成为循环回路的弱点。从用户的观点来看，泄漏可以释放潜在的有毒气体，使液体的昂贵的补充成为必须，缩短维护间隔(特别地在清洁X射线输出窗口之间的时间间隔)，通过损坏振动条件降低性能，并且通常使关联的X射线源更加难以运行连续的一段时间。通过本发明克服和应对了这些挑战。

根据本发明的一个方面，因此这里提出了用于闭环供应液体金属到相互作用区域的方法，其中电子束撞击液体金属以便尤其通过轫致辐射或者特征线发射产生X射线。该方法包括下面的步骤：

使用高压泵，将包含在闭环循环系统的第一部分内的液体金属的压强升高到至少10巴，优选地至少50巴或者更多。

加压的液体金属被引导至喷嘴。虽然通过导管的任何引导将承担在该环境中可能可忽略不计的一些压强损失，但是加压的液体金属依然以10巴以上的压强到达喷嘴，优选在50巴以上。

液体金属从喷嘴喷射进入真空腔以产生液体金属喷射流，其中相互作用区域位于该真空腔内。

喷射的液体金属在通过相互作用区域以后在收集容器内被收集。