[发明专利]具有可偏转电子束的X射线设备

说明书

背景技术

本发明涉及一种X射线设备，包括

电子束源，发射电子束，

靶，电子束被引导到其上，从而在靶上形成焦斑(focal spot)，

X射线光学元件，收集从焦斑发射出的X射线并形成X射线束，以及

样品位置，X射线束被引导到该样品位置处。

这种X射线设备是已知的，参见US7,929,667B1。

利用X射线，可通过无损且有效的方式对样品进行检查。X射线通过多种方式与样品相互作用，以获得关于样品的分析信息，而X射线衍射(XRD)和X射线荧光(XRF)是两种重要的方法。通常，在X射线分析试验中，高X射线强度对于获得高信噪比是有用的。

通常，通过将电子束引导到靶上而产生X射线。束电子的减速(产生轫致辐射(Bremsstrahlung))以及靶材的耗尽的深电子壳层的再次充填(产生特性X射线)，致使在靶上的电子束焦斑之内的X射线发射。为了提供特定波长的X射线，可使用单色仪。另外，如果样品与焦斑明显间隔开，则通过适当的光学元件如镜或Montel光学元件来聚焦X射线是有用的。

US6,249,566B1提出组合微焦距(microfocus)X射线源与Montel型光学元件以便将X射线聚焦到样品上。提出大约30μm或更小的表观(apparent)焦斑尺寸。

在US7,929,667B1中提出了一种极高亮度X射线源，其中电子束被聚焦在液态金属如镓的喷射物上。因电子束而将更高功率加载到靶上，因而由于靶已经是液态所以可以实现高亮度级，并且能够将从焦斑产生的热快速地散掉。可使用多层X射线聚焦元件对X射线束进行整形。提到了焦斑尺寸为大约10-15μm。

US6,711,233B2还提出一种X射线源，其中电子束被引导到液态金属喷射靶上。其提出使电子束的尺寸与喷射靶的尺寸相匹配，其中喷射物的直径为大约1-100μm。

当组合微焦距X射线源与X射线光学元件时，必须使这些部件彼此对准。对准意味着，在反射镜下游，光束性质的某个方面被最大化。取决于所预期的应用，此方面可以是例如通量密度或积分通量。在传统的X射线系统中，这通过改变X射线光学元件并机械地重新定位X射线光学元件来实现。不过，在实践中，很难在μm范围机械地移动X射线光学元件以使X射线源的焦斑与X射线光学元件的焦点相匹配，特别是由于对准机构的轮齿隙所致。

发明目的

本发明的目的之一在于提供一种X射线设备，其中，简化了X射线光学元件相对于微焦距X射线源的对准。

发明简述

根据本发明，通过说明书开始部分中提到的X射线设备来实现这一目的，其特征在于，该X射线设备进一步包括适用于使焦斑在靶上移动的静电或电磁电子束偏转装置，以及，在任意方向上，焦斑的扩展范围(extension)比靶的扩展范围小至少F倍，F＝1.5。

利用电子束偏转装置，可使焦斑在靶上移动。当在靶上的电子束的焦斑与X射线光学元件的焦点相重合时，该X射线设备被对准。取代机械地移动X射线光学元件，本发明的设备允许移动焦斑，特别是在不使用对准机构的情况下移动焦斑，通常这是通过电方式来完成的(诸如通过改变电极之间的电压或改变流过电磁线圈的电流)。电子对准是高度可再现的，允许更高的精度，特别是不会受到轮齿隙的影响。因而，本发明的设备能以快速简单的方式被对准。

根据本发明，焦斑具有尺寸(扩展范围)S，S＊F≤T，其中F＝1.5，T为靶的尺寸(扩展范围)；该公式在任意方向上都是有效的(即，S和T是在同一方向上测得的，不过该方向可以是任选的；另外，下面将更详细地讨论焦斑和靶在x，y，z方向上的尺寸SX，XY，SZ和TX，TY，TZ)。这意味着焦斑在不脱靶的情况下在任意方向上都具有最小可用对准范围。这一要求保证了在通过机械方式将靶与X射线光学元件粗略的预对准之后，可以容易地通过电子束偏转装置进行精细对准。

可将焦斑(和电子束)的扩展范围确定为电子强度分布的半峰全宽(FWHM)。可将X射线束的扩展范围确定为光子强度分布的半峰全宽。应当注意，电子束偏转装置可以被包括在电子束源中(从而电子束源需要控制用于调节束偏转的输入)，不过通常其与电子束源分离。电子束的(最大)直径足够小以适合用于微焦距X射线源，诸如100μm或者更小，优选30μm或更小。