[发明专利]X射线管的阳极和具有这种阳极的X射线管

说明书

本发明涉及一种X射线管的阳极，该阳极具有一个为电子束而设的撞击面。在X射线管工作时，X射线束自电子束撞击点发出。

如果电子撞击到一种其核电荷数为Z的材料上，则电子的一部分、也可用反向散射系数η表明，被反向散射。如表1所示，该反向散射系数与电子能量E的关系不大，但与材料的核电荷数Z有很大关系。同时，反向散射系数η与电子轨道和撞击点处表面法线之间夹角φ的关系也很大(参见图1)。反向散射电子的平均能量随撞击面材料的核电荷数Z的增加而持续增加并且对核电荷数Z高的元素而言，该平均能量约为撞击能量的90％。

从图1中可以看出，在通过一撞击到例如由钨(Z＝74)构成的阳极靶的电子束产生X射线辐射时，撞击角φ对效率具有重要的意义。该撞击角不得大于30°，因为，否则会如图1所示，反向散射系数η急剧增大并且反向散射电子一方面只对阳极进行加热，另一方面只导致焦外辐射。

所以X射线管的电子束发射源和可能设在其后的电子光学系统通常应设计和布置得使临界撞击角φ_krit不超过30°。在传统的X射线管中，通常就可简单地实施这种设置。但也存在这样的应用场合，例如在电子束层析摄影仪所需的环形X射线管(参见EP 0 455 177A2)中，就只有花费大量费用才能避免超过临界撞击角φ_krit。

德国专利DE-PS 619 562和美国专利US-PS 2 071 696公开的是，在没有对焦点进行光学放大和畸变的情况下通过在焦点范围内设置沟槽来增大撞击面的被电子束作用的范围的面积。通过这种方式，可提高焦点的热承载能力，但不能提高生成X射线辐射时的效率。

在英国专利GB-PS 1 469 932中描述了一种旋转阳极式X射线管，为了增加热承载能力，通过电子束的偏转，使该X射线管的焦点垂直于旋转阳极的圆周方向作周期性位移。为了使焦点即便在出现位移的情况下仍然表现得固定不动，一方面，阳极具有一个带有沟槽结构的撞击面；另一方面，须保持电子束的偏转频率与旋转阳极的转速之间的确定的比值和电子束的偏转频率与旋转阳极的转速之间的确定的相位。但通过这种方式，在形成X辐射时也达不到提高效率的目的。

在英国专利GB-PS 1 604 431中描述了一种固定阳极式X射线管，为了增加热承载能力，通过电子束的偏转，该X射线管的焦点在阳极的撞出面上作周期性位移，即垂直于设在焦点范围内的筋条的方向位移。为了避免在筋条的尖峰附近出现热过载，焦点的位移是以步进的方式进行的，致使焦点每次在筋条的凹陷部位停留，但快速扫过筋条的尖峰部位。通过这种方式也不能达到在形成X辐射时提高效率的目的。

在美国专利US-PS 1 174 044中描述了一种固定阳极式X射线管，其中，阳极的撞击面在焦点的范围内具有沟槽，其中，每条沟槽均由一个第一面和一个第二面构成。设置这些面使电子束只撞击到第一面上，但当X辐射从第一面发出时，第二面遮蔽该X辐射的一部分。据此，可改进成象特性。但按此方式仍达不到在形成X辐射时提高效率的目的。

本发明的目的在于提供一种X射线管的阳极，使在形成X辐射时可达到高的效率。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种X射线管的阳极，该阳极具有一个供电子束形成焦点的撞击面，该撞击面中至少在X射线管工作时焦点所处的范围内具有一个带端面的阶梯结构，这些端面在X射线管工作时至少基本上垂直于电子束，并且该阶梯结构还具有与端面相互连接的侧壁，这些侧壁的布置应使得在X射线管工作时，由端面反向散射的电子撞击到侧壁上，从而有助于X射线的形成。对构成撞击面的各种材料和X射线管工作时所具备的电子能量而言，通过阳极的上述阶梯结构可至少近似地得到所能达到的最低反向散射系数。由于存在使端面连在一起的、在X射线管工作时被端面反向散射的电子击中的侧壁，可进一步提高量子效率，其原因在于，撞击到侧壁上的电子也有助于X辐射的形成。在一个现有的X射线管中，为了提高X辐射生成时的效率，只要把该X射线管阳极的撞击面设置成阶梯结构就足够了。如果该阶梯结构构成的包络线相当于原有阳极的撞击面的轮廓，则除改变阳极之外，毋须其它变化。

考虑到在端面区域形成的X射线的无阻碍的反射，端面和侧壁之间的夹角至少应等于90°。考虑到黑尔效应(Heel-Effekt)，端面和侧壁之间的夹角至少等于98°。

为了防止在X射线管工作时焦点所处范围内的阶梯结构或者粗糙度在X射线管工作期间被熔化并因此遭到破坏，按照本发明的另一实施形式，阳极包括一个用于冷却剂的腔，如一个让冷却液通过的通道。