專利名稱：電子源及其陰極杯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陰極杯以及具有陰極杯的電子源和X射線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電子源使用于不同的應(yīng)用中，例如像X射線斷層攝影(CT)和心臟血管(CV)系統(tǒng)的X射線系統(tǒng)。這些電子源通常包括熱離子發(fā)射體，其在達(dá)到一定溫度時會發(fā)射電子。形成這些熱離子發(fā)射體的絲狀體必定要由具有高熔點的金屬例如鎢、鑭或它們的合金制成。這些熱離子發(fā)射體通常固定在主要用作電子-光學(xué)聚焦元件的陰極杯上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的陰極杯、一種電子源和一種X射線系統(tǒng)。該目的通過根據(jù)獨立權(quán)利要求所述的陰極杯來實現(xiàn)。圖1示出了一種電子源。這種電子源包括具有凹部的陰極杯10，電子發(fā)射體11固定地保持在凹部中。電子發(fā)射體11形成為具有蛇形紋的發(fā)射區(qū)域12的平板。一旦對電子發(fā)射體11施加電壓，發(fā)射區(qū)域12就發(fā)射電子。為了發(fā)射這種電子，在暴露時間內(nèi)，發(fā)射區(qū)域12的溫度會達(dá)到2000°C以上。這種高溫帶來的結(jié)果是，電子發(fā)射體11的材料會蒸發(fā)并且沉積在電子發(fā)射體11周圍的冷表面上。圖2示出了具有沉積材料的圖1中的電子源。由于發(fā)射區(qū)域12的高溫而蒸發(fā)的材料在陰極杯的表面上直接與發(fā)射區(qū)域12面對面地形成薄膜13。圖3示出了沉積材料的分離。由于不同的應(yīng)用，陰極杯10的溫度會變化。如果陰極杯10和電子發(fā)射體11采用不同的材料，由于熱膨脹系數(shù)的不同，會產(chǎn)生熱機械應(yīng)力。所形成的剪應(yīng)力可能超過粘附力，這導(dǎo)致薄膜13從陰極杯10的表面分離14。這種分離通常開始于薄膜I3的邊緣。根據(jù)薄膜13內(nèi)部的溫度和密度分布，存在薄膜13朝向電子發(fā)射體 11彎曲并與其接觸的風(fēng)險。這種接觸會改變電流的電路徑且因此會導(dǎo)致電子發(fā)射體11的熱電性能的巨大改變，這會導(dǎo)致電子源的故障。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識到通過改變薄膜相對于陰極杯10的粘附性能來避免這種分離是有利的。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種包括用于保持電子發(fā)射體的容置部的陰極杯，其中陰極杯至少在面向電子發(fā)射體的區(qū)域設(shè)置有包括多個空腔的表面。由不同的熱膨脹系數(shù)引起的破裂效應(yīng)的主要原因是在薄膜端部的剪應(yīng)力集中以及其在陰極杯表面上的粘附力太低。薄膜破裂的外觀以及其可能對電子源性能造成的負(fù)面影響可以通過該提及的實施例來克服，因為該實施例中面向電子發(fā)射體的表面的粘附能力得到增強。根據(jù)進(jìn)一步的實施例，空腔形成在陰極杯的材料中。這樣設(shè)置的優(yōu)點是可以無需太費力就可容易地形成空腔。根據(jù)另一實施例，空腔形成在至少部分覆蓋陰極杯的覆蓋層中。在該實施例中，陰極杯表面可以被覆蓋層覆蓋，且之后空腔形成在覆蓋層中，或用已經(jīng)包括了呈覆蓋層的結(jié)構(gòu)或紋理的形式的空腔的覆蓋層來覆蓋陰極杯表面。根據(jù)另一實施例，空腔通過激光鉆孔制成。這種制造方法的優(yōu)點在于不會產(chǎn)生可能會形成應(yīng)力集中區(qū)域的尖銳邊緣，裂縫可能會從該應(yīng)力集中區(qū)域開始產(chǎn)生。可選擇的，空腔通過銑削制成。另一可選擇的，空腔通過沉入腐蝕(s ink eroding)而制成。根據(jù)另一實施例，空腔形成為凹陷部，凹陷部的邊界互相接觸。這種設(shè)置的優(yōu)點在于能夠最佳地利用該區(qū)域來提供空腔。根據(jù)進(jìn)一步的實施例，容置部包括電子發(fā)射體被布置在其中的凹部和用于固定電子發(fā)射體的插口。通過提供具有凹部的電子發(fā)射體，陰極杯可以用作電子光學(xué)聚焦元件。根據(jù)進(jìn)一步的實施例，空腔設(shè)置在插口之間。這個區(qū)域是陰極杯最接近發(fā)射電子的部分的那部分，因此有利的是將空腔設(shè)置在該區(qū)域。另外，本發(fā)明提供了一種包括根據(jù)上述實施例之一所述的陰極杯的電子源和X射線系統(tǒng)。這些裝置具有上述相同的優(yōu)點。這種陰極杯有益地適用于需要具有高發(fā)射電流的熱離子發(fā)射體的任何領(lǐng)域。通過參考下文描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將得到更加清除的闡釋。可見的是，本發(fā)明的主旨是給保持電子發(fā)射體的陰極杯至少在面向電子發(fā)射體的區(qū)域提供具有改善了粘附性能的表面，以避免沉積的蒸發(fā)的材料的分離。


圖1示出了電子源；圖2示出了具有沉積材料的圖1中的電子源；圖3示出了沉積材料的分離；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電子源；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電子源。
具體實施例方式圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電子源。圖示的電子源包括具有圓柱形狀的陰極杯20，其中，在陰極杯20的表面?zhèn)?圖4中上側(cè))設(shè)置具有矩形橫截面區(qū)域且沿圓柱形的直徑走向的凹部。凹部的底面設(shè)置有用于保持電子發(fā)射體21的兩個插口。電子發(fā)射體21是大體呈矩形的平板，在其中心區(qū)域形成發(fā)射區(qū)域22，發(fā)射區(qū)域22通過制成具有接近電子發(fā)射體21的寬度的80%到90%的長度且交替地通向電子發(fā)射體21的一側(cè)或另一側(cè)的切口來形成蛇形紋。一旦對電子發(fā)射體21施加電壓，發(fā)射區(qū)域22發(fā)射電子。為此，蛇形紋的形狀減小了沿著電流流動路徑的橫截面面積，因此電子發(fā)射體在發(fā)射區(qū)域22的電阻增加。在電子發(fā)射體21面向陰極杯20的一側(cè)設(shè)置有插腳，插腳插入陰極杯20的插口中。 通過將插腳插入插口中使陰極杯20能夠固定地保持電子發(fā)射體21。電子發(fā)射體21由具有高熔點的金屬例如鎢、鑭或它們的合金制成。陰極杯20面向發(fā)射區(qū)域22的表面設(shè)置有通過激光鉆孔、銑削或沉入焊接來得到的空腔23。空腔23以凹陷形式形成在兩個插口之間， 它們的邊界互相接觸。盡管這是優(yōu)選的形式，空腔23還可以具有多種可能形式，例如沿著圖中的豎直方向的通孔、沉孔、樹干形狀的孔、向底部收縮的圓錐孔、圓柱形孔、凹痕、鉆孔、凹槽、裂縫等等。—旦對電子發(fā)射體21施加電壓，由于增大的電阻，發(fā)射區(qū)域22會被電流加熱到 2000°C以上的溫度。當(dāng)達(dá)到這個溫度時，電子被發(fā)射，且發(fā)射體材料被蒸發(fā)。在陰極杯面向發(fā)射區(qū)域22的表面上會沉積薄膜，如參考圖2的描述。在這個過程中，陰極杯20達(dá)到幾百攝氏度的溫度。當(dāng)關(guān)閉電子發(fā)射體21時，陰極杯20冷卻下來，且在沉積材料的薄膜與陰極杯20之間的接觸面內(nèi)形成剪應(yīng)力。該應(yīng)力的最大值位于薄膜的邊緣。根據(jù)該實施例，可以通過減小薄膜與陰極杯20之間的接觸面內(nèi)的最大剪應(yīng)力來避免薄膜從陰極杯20表面的分離。這種最大剪應(yīng)力的減小可以通過將在平坦表面下的單純剪應(yīng)力分解為橫向(剪應(yīng)力) 和垂直方向(拉應(yīng)力或合力)的分量來實現(xiàn)。在該實施例中，通過構(gòu)造具有空腔23的沉積表面來實現(xiàn)，也就是說通過構(gòu)造具有上述形式的空腔的表面，改變面向發(fā)射體的陰極表面的布局來實現(xiàn)?？涨?3的尺寸可以根據(jù)沉積薄膜的估測厚度來優(yōu)化，使得即使在薄膜破裂的情況下，薄膜的碎片仍會保持在空腔23中。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的電子源。為了避免重復(fù)，只對本實施例不同于第一實施例的方面進(jìn)行描述。該實施例與第一實施例的不同在于空腔23不是直接形成在陰極杯20的材料中。而是，陰極杯20在兩個插口之間的表面也就是與發(fā)射區(qū)域22面對面的區(qū)域被覆蓋層M所覆蓋。覆蓋層M在施加到陰極杯20上之前已經(jīng)包括了具有空腔的紋理或結(jié)構(gòu)，或者覆蓋層M在施加到陰極杯20之后通過與第一實施例相關(guān)描述的處理方式在覆蓋層M上形成空腔23。盡管本發(fā)明已經(jīng)在附圖和前述說明中進(jìn)行了詳細(xì)的示意和描述，但所述示意和描述應(yīng)該被理解為例證性的或示范性的而不是限制性的，且不能有意地將本發(fā)明限制于所公開的實施例。術(shù)語“包括”并不排除其他元件或步驟，且“一”或“一個”并不排除多數(shù)。單個處理器或其他單元同樣可以實現(xiàn)權(quán)利要求中記載的幾項的作用。基本的事實是，在不同的從屬權(quán)利要求中記載的某些措施并不表示這些措施的組合不能有利地使用。權(quán)利要求中的任何參考標(biāo)記都不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限制。
權(quán)利要求
1. 一種陰極杯(20)，包括:用于保持電子發(fā)射體的容置部；其中，所述陰極杯至少在面向電子發(fā)射體的區(qū)域設(shè)置有包括多個空腔的表
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極杯，其特征在于，所述空腔03)形成在所述陰極杯OO) 的材料中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極杯(20)，其特征在于，所述空腔03)形成在至少部分地覆蓋所述陰極杯OO)的覆蓋層04)中。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的陰極杯(20)，其特征在于，所述空腔通過激光鉆孔制成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的陰極杯(20)，其特征在于，所述空腔通過銑削制成。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的陰極杯(20)，其特征在于，所述空腔通過沉入腐蝕制成。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的陰極杯(20)，其特征在于，所述空腔03)形成為凹陷部，所述凹陷部的邊界互相接觸。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的陰極杯(20)，其特征在于，所述容置部包括所述電子發(fā)射體被布置在其中的凹部和用于固定所述電子發(fā)射體的插口。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的陰極杯(20)，其特征在于，所述空腔被設(shè)置在所述插口之間。
10.一種電子源，包括根據(jù)權(quán)利要求1至9任一所述的陰極杯OO)；和電子發(fā)射體01)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子源，其特征在于，所述電子發(fā)射體具有增大電阻的區(qū)域面向所述空腔03)。
12.—種X射線系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1至9任一所述的陰極杯OO)；和電子發(fā)射體01)。
全文摘要
本發(fā)明的一個實施例涉及一種包括用于保持電子發(fā)射體(21)的容置部的陰極杯(20)，其中陰極杯至少在面向電子發(fā)射體(21)的區(qū)域設(shè)置有包括多個空腔(23)的表面。另外，本發(fā)明還提供了一種包括陰極杯(20)的電子源和X射線系統(tǒng)。
文檔編號H01J35/06GK102246257SQ200980149243
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者S·胡特曼, Z·泰爾萊茨卡 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司