x射線源、高電壓發(fā)生器、電子束槍、旋轉(zhuǎn)靶組件、旋轉(zhuǎn)靶以及旋轉(zhuǎn)真空密封件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種X射線源，并且更具體而言涉及針對所述X射線源的高電壓發(fā)生器、電子束槍、旋轉(zhuǎn)靶組件、旋轉(zhuǎn)靶以及旋轉(zhuǎn)真空密封件。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線成像對于研究、工業(yè)應(yīng)用以及醫(yī)學(xué)應(yīng)用是一種寶貴工具。通過利用X射線輻射來照射靶對象并通過對透射通過該對象的X射線進(jìn)行探測，可以獲得該對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像。
[0003]該圖像容許識別出對象中使X射線的通過相對較多地衰減的那些部分以及使X射線的通過相對較少地衰減的那些部分。通常，較密集的材料以及包含有高比例的高原子序數(shù)的原子或離子的那些材料會傾向于相對較大程度地阻礙X射線的通過。此外，X射線在靶對象中行進(jìn)的總路徑長度越長，衰減程度越大。因此，X射線成像除了提供結(jié)構(gòu)信息之外，還可以提供關(guān)于對象的組分的信息。
[0004]此外，通過相對于源-探測器系統(tǒng)來旋轉(zhuǎn)靶對象，或反之亦然，以不同角度獲得關(guān)于對象的一系列X射線圖像，并且應(yīng)用計算機(jī)重構(gòu)技術(shù)，可以確定對象的3D體積圖。該圖容許重構(gòu)出對象的以更大或更小程度衰減X射線的那些體積部分，并因此容許在3D中確定關(guān)于對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組分的信息。該3D重構(gòu)被稱為計算機(jī)斷層掃描成像或CT成像。
[0005]該X射線成像技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品和研究樣品的無損試驗中尤其重要。例如，對渦輪葉片進(jìn)行成像容許確定鑄造缺陷，而對考古遺物進(jìn)行成像容許確定遺物的結(jié)構(gòu)和組分，即使當(dāng)對象被腐蝕或者被包覆在沉積的沉積物中時。例如，該技術(shù)在公知為Antikythera機(jī)械裝置的古老的Corinthian模擬計算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的確定上已經(jīng)是極其重要的，甚至通過大量的礦物沉積。
[0006]然而，使X射線能夠在對對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析上是有利的的屬性，即致密物質(zhì)對X射線的部分衰減，也存在關(guān)于其效用的技術(shù)限制。更具體而言，如果對象尺寸很大或者包含大量的不透射線或射線不能透射的材料(為呈現(xiàn)出相對高的每單位X射線輻射路徑長度的衰減的材料)，那么已穿過對象的X射線束可能被衰減到使得記錄的圖像中的對比度或信噪比為差的程度，并因此不能可靠地確定內(nèi)部結(jié)構(gòu)或組分。
[0007]在衰減僅是適度的情況下，增加通過對象的總X射線通量可以產(chǎn)生在探測器處的信噪比和對比度上的提高。然而，在對象很大或者極其不透射以致入射在對象上的較大比例的X射線都無法完全透射對象而是在對象內(nèi)部被吸收的情況下，需要不同的解決方案。
[0008]X射線光子在被吸收前典型地穿透的距離(“穿透深度”)隨著X射線光子能量而增加。因此，高X射線光子能量的X射線源(特別是達(dá)到300keV或更高)的產(chǎn)生實現(xiàn)了對較大和較密集的對象的有用的X射線成像。然而，商業(yè)上還未生產(chǎn)出實用的適當(dāng)高能量的X射線源。
[0009]因此，本領(lǐng)域需要一種可以在高達(dá)500keV以及更高的能量下工作并且適合于用于商業(yè)X射線應(yīng)用以及研究方面的X射線應(yīng)用(諸如，計算機(jī)斷層掃描(CT))的X射線源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)第一方面，提供了一種用于X射線源的高電壓發(fā)生器，該發(fā)生器包括:輸出電極；第一電壓倍增器；第二電壓倍增器；以及屏蔽電極，該屏蔽電極被設(shè)置為至少部分圍繞輸出電極；其中，第二電壓倍增器的輸出端電連接到輸出電極；第一倍增器的輸出端電連接到第二電壓倍增器的輸入端；并且屏蔽電極電連接到第二電壓倍增器的輸入端。
[0011]在一個實施例中，屏蔽電極實質(zhì)上包圍輸出電極。
[0012]在一個實施例中，屏蔽電極周向地包圍輸出電極。
[0013]在一個實施例中，屏蔽電極具有發(fā)射孔口以容許來自安裝在輸出電極處的電子發(fā)射源的電子的發(fā)射。
[0014]在一個實施例中，發(fā)生器還包括具有第一端部和第二端部的延長絕緣套管，其中:第一電壓倍增器和第二電壓倍增器被設(shè)置在套管內(nèi)；輸出電極被提供在套管的第二端部處；并且屏蔽電極從套管的介于套管的第一端部與第二端部之間的區(qū)域延伸。
[0015]在一個實施例中，發(fā)生器還包括:第三電壓倍增器；以及輔助屏蔽電極，該輔助屏蔽電極被設(shè)置為至少部分圍繞屏蔽電極，其中:第三電壓倍增器的輸出端電連接到第一電壓倍增器的輸入端；并且輔助屏蔽電極電連接到第一電壓倍增器的輸入端。
[0016]在一個實施例中，發(fā)生器被布置為在至發(fā)生器的輸入端與輸出電極之間生成至少500kV的DC電位差，優(yōu)選地至少750kV的DC電位差。
[0017]在一個實施例中，第一電壓倍增器和第二電壓倍增器以及可選地第三電壓倍增器中的每一個電壓倍增器被布置為在各自的輸入端與輸出端之間產(chǎn)生至少150kV，優(yōu)選地200kV，最優(yōu)選地300kV。
[0018]在一個實施例中，其中，第一電壓倍增器和第二電壓倍增器以及可選地第三電壓倍增器中的每一個電壓倍增器是Cockroft-Walton電壓倍增器。
[0019]在一個實施例中，發(fā)生器還包括提供在第一電壓倍增器的輸出端與第二電壓倍增器的輸入端之間的一個或多個浪涌電阻器，以及可選地，一個或多個另外的浪涌電阻器提供在第三電壓倍增器的輸出端與第一電壓倍增器的輸入端之間。
[0020]在一個實施例中，發(fā)生器還包括提供在第二電壓倍增器的輸出端與輸出電極之間的一個或多個浪涌電阻器。
[0021]根據(jù)第二方面，提供了一種電子束發(fā)生器，包括:第一方面的實施例的高電壓發(fā)生器；安裝在輸出電極處的電子發(fā)射源。
[0022]在一個實施例中，電子發(fā)射源是被加熱的燈絲。
[0023]在一個實施例中，電子束發(fā)生器還包括被設(shè)置為包圍輸出電極和屏蔽電極的真空外殼。
[0024]根據(jù)第三方面，提供了一種X射線槍，包括:第二方面的實施例的電子束發(fā)生器；以及被放置為受電子束的照射的X射線發(fā)射靶。
[0025]根據(jù)第四方面，提供了一種電子束設(shè)備，包括:真空外殼；以及電子束發(fā)生器，該電子束發(fā)生器被安裝在真空外殼中，電子束發(fā)生器包括高電壓電極以及被安裝在高電壓電極處以產(chǎn)生電子束的電子發(fā)射源，其中:電子束發(fā)生器還包括被安裝在電子束發(fā)生器內(nèi)的控制模塊；電子束設(shè)備還包括相對于真空外殼的壁而安裝的遠(yuǎn)程模塊；控制模塊包括光電探測器和光電發(fā)射器中的一個；遠(yuǎn)程模塊包括光電探測器和光電發(fā)射器中的另一個；光電探測器被放置為接收由光電發(fā)射器發(fā)射的光；電子束設(shè)備還包括被設(shè)置在光電探測器與光電發(fā)射器之間的光學(xué)路徑的、用于覆蓋光電探測器和光電發(fā)射器中的一個的透明傳導(dǎo)屏蔽體。
[0026]在一個實施例中，透明屏蔽體被布置在高電壓電極處并且電連接到該高電壓電極，并且控制模塊被安裝在高電壓電極內(nèi)。
[0027]在一個實施例中，透明屏蔽體被布置在真空外殼的壁處，并且電連接到真空外殼的壁。
[0028]在一個實施例中，傳導(dǎo)反射鏡被放置于透明屏蔽體與光電探測器和光電發(fā)射器中未被透明傳導(dǎo)屏蔽體覆蓋的另一個之間的光學(xué)路徑中。
[0029]在一個實施例中，傳導(dǎo)反射鏡被放置于高電壓電極處或高電壓電極內(nèi)，并且電連接到高電壓電極。
[0030]在一個實施例中，傳導(dǎo)反射鏡放置于真空外殼的壁處或真空外殼的壁外，并且電連接到真空外殼的壁。
[0031]在一個實施例中，透明傳導(dǎo)屏蔽體形成在真空外殼的壁或者高電壓電極的壁處的真空屏障的部分。
[0032]在一個實施例中，提供了從透明傳導(dǎo)屏蔽體的一側(cè)到透明傳導(dǎo)屏蔽體的另一側(cè)的流動路徑，以均衡一側(cè)與另一側(cè)之間的壓強(qiáng)。
[0033]在一個實施例中，透明傳導(dǎo)屏蔽體包括透明基板，該透明基板具有在透明基板上提供的透明傳導(dǎo)層。
[0034]在一個實施例中，透明傳導(dǎo)層是圖案化的傳導(dǎo)層。
[0035]在一個實施例中，透明傳導(dǎo)層是傳導(dǎo)膜。
[0036]在一個實施例中，透明傳導(dǎo)層由氧化銦錫組成。
[0037]在一個實施例中，透明基板是玻璃。
[0038]在一個實施例中，遠(yuǎn)程模塊以可移除的方式安裝至真空外殼的壁。
[0039]根據(jù)第五方面，提供了一種X射線槍，包括第四方面的實施例的電子束設(shè)備以及靶組件，該靶組件被布置為使得來自電子束發(fā)生器的電子束照射靶組件的X射線發(fā)射靶部分。
[0040]根據(jù)第六方面，提供了一種用于旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)真空密封件，該密封件包括:用于容納軸并且在高壓強(qiáng)端部和低壓強(qiáng)端部中的每一個端部處具有端子孔口的孔；在介于高壓強(qiáng)端部與低壓強(qiáng)端部之間的位置處圍繞孔并且周向地鄰接孔的腔室；以及從腔室延伸至適合于連接到真空栗的端口的流動路徑。
[0041 ] 在一個實施例中，孔在高壓強(qiáng)端部與腔室以及低壓強(qiáng)端部與腔室中的每一個之間實質(zhì)上是圓柱形的。
[0042]在一個實施例中，腔室實質(zhì)上是圓柱形的。
[0043]在一個實施例中，腔室具有跨孔的縱軸的最小內(nèi)部尺寸，該最小內(nèi)部尺寸為孔的縱軸的至少120%。
[0044]在一個實施例中，密封件包括用于可旋轉(zhuǎn)地支撐孔中的軸的旋轉(zhuǎn)軸承，軸承可選地被提供為在孔的高壓強(qiáng)端部和低壓強(qiáng)端部中的每一個端部處的一對旋轉(zhuǎn)軸承，優(yōu)選地為一對滾珠軸承。
[0045]在一個實施例中，密封件還包括被容納在孔中的軸。
[0046]在一個實施例中，軸實質(zhì)上是圓柱形的。
[0047]在一個實施例中，孔和軸的尺寸被設(shè)定為:使得在高壓強(qiáng)端部處維持的1巴的壓強(qiáng)以及在腔室中維持的1毫巴的壓強(qiáng)導(dǎo)致在標(biāo)準(zhǔn)溫度下高壓強(qiáng)端部與腔室之間氮的質(zhì)量流率低于1毫巴1/s。
[0048]在一個實施例中，孔和軸的尺寸被設(shè)定為:使得在腔室中維持的1巴的壓強(qiáng)以及在低壓強(qiáng)端部處維持的10 5毫巴的壓強(qiáng)導(dǎo)致腔室與低壓強(qiáng)端部之間氮的質(zhì)量流率低于10 3毫巴1/s。
[0049]根據(jù)第七方面，提供了一種用于X射線源的靶組件，包括:真空殼體；x射線發(fā)射靶；以及第六方面的實施例的旋轉(zhuǎn)真空密封件，該旋轉(zhuǎn)真空密封件被提供至外殼的壁，其中，X射線發(fā)射靶安裝在軸上。
[0050]根據(jù)第八方面，提供了一種用于X射線源的旋轉(zhuǎn)靶組件，該裝置包括:x射線發(fā)射靶；真空殼體；安裝靶并穿過真空殼體的壁的軸；可旋轉(zhuǎn)地支撐主軸的軸承；以及支撐軸承并安裝在真空殼體的壁上的軸承殼體，其中，通過扭矩限制器來安裝軸承殼體，以使得當(dāng)軸承殼體與真空殼體之間的扭矩超過預(yù)定的扭矩時，軸承殼體相對于真空殼體旋轉(zhuǎn)。
[0051]在一個實施例中，扭矩限制器包括被布置為抑制真空殼體與軸承殼體之間的旋轉(zhuǎn)并且被布置為在預(yù)定的扭矩下發(fā)生剪切的一部分。
[0052]在一個實施例中，扭矩限制器包括在真空殼體與軸承殼體之間施加摩擦力的部分并且被設(shè)置為容許真空殼體和軸承殼體在預(yù)定的扭矩下相對于彼此進(jìn)行滑動的一部分。
[0053]在一個實施例中，軸承殼體和真空殼體中的一個具有法蘭，而軸承殼體和真空殼體中的另一個具有夾鉗組件；并且夾鉗組件被布置為將摩擦力施加于法蘭。
[0054]在一個實施例中，夾鉗組件包括被布置為接觸法蘭的一側(cè)的能量吸收板，以及被布置為抵靠著能量吸收板推動法蘭的夾鉗。
[0055]在一個實施例中，能量吸收板是環(huán)形的。
[0056]在一個實施例中，夾鉗包括作為夾鉗部分的滾動軸承或滑動軸承，滾動軸承或滑動軸承用于允許法蘭自由地抵靠著夾鉗部分而滑動。
[0057]在一個實施例中，夾鉗設(shè)置有偏置彈簧，以便調(diào)整夾鉗力，其中借助夾鉗力，夾鉗裝置抵靠著能量吸收盤而被推動。
[0058]在一個實施例中，法蘭和板至少中的至少一個沿著法蘭和板中的至少一個與法蘭和板中的另一個相接觸的路徑是周向連續(xù)的。
[0059]在一個實施例中，夾鉗被安裝至能量吸收板。
[0060]在一個實施例中，法蘭和能量吸收板被選擇為在低于100°C的溫度下是相互無磨損的。
[0061]在一個實施例中，夾鉗組件被布置為在法蘭與能量吸收板之間提供超過50kg的力，可選地提供超過80kg的力。
[0062]在一個實施例中，夾鉗組件被布置為在軸承殼體與真空殼體之間傳遞的扭矩已經(jīng)超過預(yù)定的扭矩之后，將在軸承殼體與真空殼體之間傳遞的扭矩限制為低于lONm。
[0063]在一個實施例中，預(yù)定的扭矩低于lONm。
[0064]根據(jù)第九方面，提供了一種X射線槍，包括:電子束發(fā)生器以及第八方面的實施例的旋轉(zhuǎn)靶組件，旋轉(zhuǎn)靶組件被布置為使得來自電子束發(fā)生器的電子束照射X射線發(fā)射靶的革巴部分。
[0065]根據(jù)第十方面，提供了一種用于在電子束照射下產(chǎn)生X射線輻射的旋轉(zhuǎn)X射線發(fā)射靶，包括:限定靶的預(yù)定的旋轉(zhuǎn)軸的支撐轂，以及各自由靶材料構(gòu)成并且被支撐在轂上的多個靶板，其中，板被布置在轂上，以提供繞旋轉(zhuǎn)軸的環(huán)形靶區(qū)域。
[0066]在一個實施例中，靶板被布置為在靶區(qū)域的周向方向上彼此間隔開，以使得靶區(qū)域的靶材料在靶板之間被中斷。
[0067]在一個實施例中，靶材料中的靶材料的中斷表示不超過靶區(qū)域內(nèi)的總周向路徑的10%,優(yōu)選地不超過靶區(qū)域內(nèi)的總周向路徑的1 %，更優(yōu)選地不超過靶區(qū)域內(nèi)的總周向路徑的 0.1 % ο
[0068]在一個實施例中，靶板重疊或者彼此鄰接，以提供靶材料的實質(zhì)上連續(xù)的靶區(qū)域。
[0069]在一個實施例中，靶板中的每一個靶板在板的相對徑向向內(nèi)位置處被錨定至轂，并且以轂相對徑向向外伸出。
[0070]在一個實施例中，靶板中的每一個靶板是以環(huán)形扇形部的形式。
[0071]在一個實施例中，靶還包括被支撐在轂上并且被布置為覆在靶區(qū)域的部分之上的多個屏蔽元件，靶板在該靶區(qū)域的該部分處鄰接或重疊，或者在該靶區(qū)域的該部分處沒有靶材料。
[0072]在一個實施例中，屏蔽元件被布置為覆在靶板的周向方向邊緣部分之上。
[0073]在一個實施例中，屏蔽元件在靶區(qū)域內(nèi)的位置處與靶板軸向地間隔開。
[0074]在一個實施例中，屏蔽元件由由與靶材料相比具有顯著更低的原子序數(shù)的原子或離子的材料而構(gòu)成。
[0075]在一個實施例中，屏蔽元件由鈹合金或鋁合金構(gòu)成。
[0076]在一個實施例中，靶材料是鎢或鎢合金。
[0077]在一個實施例中，靶區(qū)域中的靶板具有小于在750keV下靶材料中的電子穿透深度的200%的厚度，優(yōu)選地小于電子穿透深度的150%的厚度，更優(yōu)選地小于電子穿透深度的125%的厚度。
[0078]在一個實施例中，轂具有用于將轂安裝至軸承以便繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的安裝裝置。
[0079]在一個實施例中，轂具有厚度相對減小的第一徑向內(nèi)區(qū)域和厚度相對增加的第二徑向向外區(qū)域。
[0080]在一個實施例中，第二區(qū)域設(shè)置有用于冷卻流體的多個徑向延伸的通道；第一區(qū)域的相對減小的厚度限定了轂的軸向面中的凹槽；并且多個通道終止于凹槽的周向壁中提供的相應(yīng)的端口。
[0081]在一個實施例中，多個通道被連接為以限定從凹槽的壁延