МНОГОЛУЧЕВОЙ ГЕНЕРАТОР РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО МНОГОЛУЧЕВОЙ РЕНТГЕНОГРАФИИ Российский патент 2010 года по МПК H01J35/08 H05G1/02 G01T1/24 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к многолучевому генератору рентгеновского излучения, используемому для недеструктивной рентгенографии, диагностики и тому подобного, в области медицинского оборудования и промышленного оборудования, которое использует рентгеновские источники.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Традиционно, рентгеновская трубка использует источник тепловых электронов в качестве источника электронов и получает пучок электронов высокой энергии, разгоняя тепловые электроны, испускаемые с помощью нити, нагретой до высокой температуры с помощью электрода Ванельта, выводного электрода, ускорительного электрода и линзового электрода. После профилирования пучка электронов в требуемую форму, рентгеновская трубка формирует рентгеновские лучи, облучая пучком часть рентгеновской мишени, сделанную из металла.

В последнее время были разработаны источники электронов с холодным катодом в качестве источника электронов, замещающего этот источник тепловых электронов, и были широко исследованы в качестве применения дисплея с плоским экраном (FPD). В качестве типичного холодного катода известен источник электронов типа Спиндта, который извлекает электроны посредством приложения интенсивного электрического поля к кончику иглы с размером в несколько 10 нм. Также имеется в распоряжении излучатель электронов, использующий углеродную нанотрубку (CNT) в качестве материала и источник электронов типа с поверхностной проводимостью, который испускает электроны, посредством формирования микроструктуры миллимикронного порядка на поверхности стеклянной подложки. Патентные ссылки 1 и 2 предлагают, в качестве применения этих источников электронов, технологию извлечения рентгеновских лучей посредством формирования одиночного пучка электронов с использованием источника электронов типа Спиндта или источника электронов типа углеродной нанотрубки. Патентная ссылка 3 и непатентная ссылка 1 раскрывают технологию формирования рентгеновских лучей облучением части рентгеновской мишени пучком электронов из многолучевого источника электронов с использованием множества этих источников электронов с холодным катодом.

Патентная ссылка 1: Выложенный патент Японии, №9-180894

Патентная ссылка 2: Выложенный патент Японии, №2004-329784

Патентная ссылка 3: Выложенный патент Японии, №8-264139

Непатентная ссылка 1: Документ 86 по прикладной физике, 184104 (2005), Дж. Жанг «Стационарный сканирующий рентгеновский источник, основанный на автоэлектронных излучателях с углеродными нанотрубками».

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЗАДАЧИ, КОТОРЫЕ ДОЛЖНО РЕШАТЬ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Фиг.14 - вид, показывающий компоновку традиционной схемы формирования рентгеновских лучей с использованием многолучевых пучков электронов. В вакуумной камере 1, в которой множество источников электронов, содержащих многолучевые элементы испускания электронов, формируют пучки e электронов, пучки e электронов наталкиваются на часть 2 мишени, чтобы формировать рентгеновские лучи. Сформированные рентгеновские лучи выводятся непосредственно в атмосферу. Однако рентгеновские лучи, сформированные из части 2 мишени, расходятся во всех направлениях в вакууме. По этой причине трудно сформировать независимые рентгеновские пучки x, используя рентгеновские лучи, выведенные из окон 4 вывода рентгеновских лучей пластины 3 экранирования рентгеновских лучей, предусмотренной на стороне атмосферы, так как рентгеновские лучи, испускаемые из соседних рентгеновских источников, испускаются через те же самые окна 4 вывода рентгеновских лучей.

В дополнение, как показано на фиг.15, когда рентгеновские лучи выводятся из окна 4 вывода рентгеновских лучей на сторону атмосферы посредством установки одной пластины 6 экранирования рентгеновских лучей на стороне атмосферы части 5 стенки вакуумной камеры 1, происходит утечка многочисленных рентгеновских лучей ×2 расходящихся рентгеновских лучей ×1, которые не наталкиваются на объект P. Более того, трудно формировать многолучевые рентгеновские пучки с равномерной интенсивностью вследствие использования множества источников электронов, содержащих множественные элементы испускания электронов в отличие от традиционного одиночного рентгеновского источника.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить компактный многолучевой генератор рентгеновского излучения, который может решать вышеприведенные задачи и формировать многолучевые рентгеновские пучки с малыми рассеиваемыми рентгеновскими лучами и превосходной равномерностью, и устройство рентгенографии, использующее генератор.

СРЕДСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Для того чтобы достичь вышеприведенной цели, многолучевой генератор рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению технически отличается тем, что содержит множество элементов испускания электронов, средство ускорения для ускорения пучков электронов, испускаемых из множества элементов испускания электронов, и часть мишени, которая облучается пучками электронов, при этом часть мишени предусмотрена в соответствии с пучками электронов, часть мишени содержит средство экранирования рентгеновских лучей, и рентгеновские лучи, формируемые из части мишени, выводятся в качестве многолучевых рентгеновских пучков в атмосферу.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно многолучевому генератору рентгеновского излучения по настоящему изобретению рентгеновские источники, использующие множество элементов испускания электронов, могут формировать многолучевые рентгеновские пучки, чьи углы расхождения контролируются, с малыми рассеиваемыми рентгеновскими лучами и рентгеновскими лучами утечки. Использование многолучевых рентгеновских пучков может претворять в жизнь компактное устройство рентгенографии с превосходной равномерностью пучков.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из последующего описания, взятого в соединении с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

Прилагаемые чертежи, которые включены в состав и составляют часть описания изобретения, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и, вместе с описанием, служат для разъяснения принципов изобретения.

Фиг.1 - вид, показывающий компоновку корпуса многолучевого рентгеновского источника согласно первому варианту осуществления;

фиг.2 - вид сверху подложки элемента;

фиг.3 - вид, показывающий компоновку элемента типа Спиндта;

фиг.4 - вид, показывающий компоновку элемента типа с углеродной нанотрубкой;

фиг.5 - вид, показывающий компоновку элемента типа с поверхностной проводимостью;

фиг.6 - график, показывающий вольт-амперную характеристику многочисленных элементов испускания электронов;

фиг.7 - вид, показывающий компоновку части мишени многопроходного типа, имеющей пластину экранирования рентгеновских лучей;

фиг.8 - вид, показывающий компоновку части мишени проходного типа;

фиг.9 - вид, показывающий компоновку части мишени многопроходного типа, имеющей пластину экранирования рентгеновских лучей;

фиг.10 - вид, показывающий компоновку части мишени проходного типа, имеющей пластину экранирования рентгеновских лучей/пучка отраженных электронов;

фиг.11 - вид, показывающий компоновку пластины экранирования рентгеновских лучей, снабженную конической частью вывода рентгеновских лучей;

фиг.12 - вид в перспективе корпуса многолучевого рентгеновского источника, содержащего часть мишени отражательного типа согласно второму варианту осуществления;

фиг.13 - вид, показывающий компоновку устройства рентгенографии согласно третьему варианту осуществления;

фиг.14 - вид, показывающий компоновку традиционного многолучевого рентгеновского источника; и

фиг.15 - вид, показывающий традиционный многолучевой рентгеновский источник.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение будет подробно описано на основании вариантов осуществления, показанных на фиг. с 1 по 13.

[Первый вариант осуществления изобретения]

Фиг.1 - вид, показывающий компоновку корпуса 10 многолучевого рентгеновского источника. Блок 12 формирования пучка электронов и анодный электрод 20 скомпонованы в вакуумной камере 11. Блок 12 формирования пучка электронов содержит подложку 14 элементов и матрицу 16 элементов, содержащую множество элементов 15 испускания электронов, выстроенных на подложке элементов. Блок 17 сигнала возбуждения управляет возбуждением элементов 15 испускания электронов. Линзовый электрод 19, закрепленный в изолирующем элементе 18, предусмотрен для управления пучками e электронов, испускаемыми с элементов 15 испускания электронов. Высокие напряжения прикладываются к электродам 19 и 20 через части 21 и 22 ввода высокого напряжения.

Часть 13 мишени проходного типа, на которую наталкиваются испущенные пучки e электронов, по отдельности сформирована на анодном электроде 20, с тем чтобы быть обращенной к пучкам e электронов. Часть 13 мишени проходного типа дополнительно снабжена пластиной 23 экранирования рентгеновских лучей, изготовленной из тяжелого металла. Пластина 23 экранирования рентгеновских лучей в этой вакуумной камере имеет части 24 вывода рентгеновских лучей. Часть 25 стенки вакуумной камеры 11 снабжена окнами 27 вывода рентгеновских лучей, имеющими пленки 26 пропускания рентгеновских лучей в местах впереди частей вывода рентгеновских лучей.

Пучки e электронов, испускаемые с элементов 15 испускания электронов, принимают линзовое воздействие линзового электрода 19 и ускоряются до конечного потенциального уровня участками части 13 мишени проходного типа анодного электрода 20. Рентгеновские пучки x, сформированные частью 13 мишени проходного типа, проходят через части 24 вывода рентгеновских лучей и выводятся в атмосферу через окна 27 вывода рентгеновских лучей. Множество рентгеновских пучков x формируется в соответствии с множеством пучков e электронов из множества элементов 15 испускания электронов. Множество рентгеновских пучков x, выведенных из частей 24 вывода рентгеновских лучей, формируют многолучевые рентгеновские пучки.

Элементы 15 испускания электронов выстроены двумерным образом на матрице 16 элементов, как показано на фиг.2. С последними достижениями в нанотехнологии возможно формировать тонкую структуру с нанометровым размером в предопределенном месте посредством обработки устройств. Элементы 15 испускания электронов промышленно изготавливаются посредством этой нанотехнологии. Величины испускания электронов у элементов 15 испускания электронов регулируются отдельно сигналами S1 и S2 возбуждения (будут описаны позже) посредством блока 17 сигналов возбуждения. То есть индивидуальное регулирование величин испускания электронов элементов 15 испускания электронов в матрице 16 элементов посредством использования сигналов S1 и S2 возбуждения в качестве матричных сигналов дает возможность по отдельности осуществлять управление включением/выключением рентгеновских пучков.

Фиг.3 - вид, показывающий компоновку элемента 15 испускания электронов типа Спиндта. Изолирующие элементы 32 и электроды 33 вывода предусмотрены на подложке 31 элементов, изготовленной из Si. Конические излучатели 34, каждый изготовленный из металла или полупроводникового материала и имеющий диаметр кончика в несколько 10 нм, сформированы в пазах микрометрового размера в центрах электродов, используя процесс промышленного производства устройств.

Фиг.4 - вид, показывающий компоновку элемента 15 испускания электронов типа с углеродной нанотрубкой. В качестве материала для излучателя 35 используется углеродная нанотрубка, содержащая тонкую структуру в несколько 10 нм. Излучатель 35 сформирован в центре электрода 36 вывода.

Когда напряжения от нескольких 10 до нескольких 100 В прикладываются к электродам 33 и 36 вывода элемента типа Спиндта и элемента типа с углеродной нанотрубкой, интенсивные электрические поля прикладываются к кончикам излучателей 34 и 35, тем самым, испуская пучки e электронов благодаря явлению автоэлектронной эмиссии.

Фиг.5 - вид, показывающий компоновку элемента 15 испускания электронов типа с поверхностной проводимостью. Тонкая структура, содержащая наночастицы, сформирована в качестве излучателя 38 в зазоре в тонкопленочном электроде 37, сформированном на стеклянной подложке 31 элементов. Когда напряжение, превышающее 10 В, прикладывается между электродами этого элемента типа с поверхностной проводимостью, интенсивное электрическое поле прикладывается к тонкому зазору, сформированному тонкими частицами между электродами. Это вырабатывает электроны проводимости. Одновременно, пучки e электронов испускаются в вакууме, и электронная эмиссия управляется относительно низким напряжением.

Фиг.6 показывает вольт-амперную характеристику элемента типа Спиндта, элемента типа с углеродной нанотрубкой и элемента типа с поверхностной проводимостью. Для того чтобы получать постоянный ток эмиссии, напряжение, полученное внесением поправки в среднее напряжение Vo возбуждения напряжением ΔV поправки, прикладывается в качестве напряжения возбуждения к элементам 15 испускания электронов. Это может корректировать отклонения в токах эмиссии из элементов 15 испускания электронов.

Могут использоваться источники электронов для формирования многолучевых рентгеновских пучков, иные, чем вышеприведенные элементы испускания электронов, элементы типа МДМ (MIM, металл-диэлектрик-металл) и элементы типа МДП (MIS, металл-диэлектрик-полупроводник). В дополнение, могут использоваться источники электронов типа с холодным катодом, такие как источник электронов типа с полупроводниковым PN-переходом и источник электронов типа с барьером Шотки.

Генератор рентгеновского излучения, использующий такие элементы испускания электронов типа с холодным катодом в качестве источника электронов, испускает электроны прикладыванием низкого напряжения к элементу испускания электронов при комнатной температуре, без нагревания катода. Этот генератор, поэтому, не требует времени ожидания для формирования рентгеновских лучей. В дополнение, поскольку никакая мощность не требуется для нагревания катода, рентгеновский источник низкой потребляемой мощности может промышленно изготавливаться даже посредством использования многолучевого рентгеновского источника. Поскольку токи из этих элементов испускания электронов могут управляться по включению/выключению высокоскоростной операцией возбуждения, с использованием напряжений возбуждения, может промышленно изготавливаться рентгеновский источник мультиматричного типа, который выбирает элемент испускания электронов, который должен возбуждаться, и выполняет операцию высокоскоростного срабатывания (отклика).

Фиг. с 7 по 11 - виды для пояснения способа формирования рентгеновских пучков x. Фиг.7 показывает пример части 13 мишени многопроходного типа. Части 13 мишени проходного типа, соответствующие элементам 15 испускания электронов, скомпонованы бок о бок в вакуумной камере 11. Для того чтобы формировать многолучевые рентгеновские пучки x, необходимо раздельно выводить, из вакуумной камеры 11, рентгеновские лучи, сформированные облучением части 13 мишени проходного типа одним пучком e электронов, и рентгеновский пучок x, сформированный соседним пучком e электронов, не смешивая их.

По этой причине пластина 23 экранирования рентгеновских лучей в вакуумной камере и часть 13 мишени многопроходного типа объединены в единую конструкцию. Части 24 вывода рентгеновских лучей, предусмотренные в пластине 23 экранирования рентгеновских лучей, скомпонованы в местах, соответствующих пучкам e электронов, с тем чтобы выводить рентгеновские пучки x, имеющие необходимый угол расхождения, из части 13 мишени проходного типа.

Поскольку часть 13 мишени проходного типа, сформированная из тонкой металлической пленки, обычно имеет низкую теплоотдачу, прикладывать большую мощность затруднительно. Часть 13 мишени проходного типа в этом варианте осуществления, однако, покрыта толстой пластиной 23 экранирования рентгеновских лучей кроме областей, из которых выводятся рентгеновские пучки x при облучении пучками e электронов, и часть 13 мишени проходного типа и пластина 23 экранирования рентгеновских лучей находятся в механическом и тепловом контакте друг с другом. По этой причине пластина 23 экранирования рентгеновских лучей имеет функцию рассеяния тепла, вырабатываемого частью 13 мишени проходного типа благодаря теплопроводности.

Это дает возможность формировать матрицу из множества частей 13 мишени проходного типа, к которой может прикладываться мощность, гораздо большая, чем прикладываемая к традиционной части мишени проходного типа. В дополнение, использование пластины 23 экранирования рентгеновских лучей может улучшать правильность поверхности и, отсюда, промышленно изготавливать многолучевой рентгеновский источник с равномерными характеристиками рентгеновского излучения.

Как показано на фиг.8, часть 13 мишени проходного типа содержит слой 131 формирования рентгеновских лучей и слой 132 поддержки формирования рентгеновских лучей и имеет превосходный функционал с высоким коэффициентом полезного действия генератора рентгеновских лучей. Пластина 23 экранирования рентгеновских лучей установлена на слое 132 поддержки формирования рентгеновских лучей.

Слой 131 формирования рентгеновских лучей изготовлен из тяжелого металла с толщиной пленки приблизительно от нескольких 10 нм до нескольких мкм для снижения поглощения рентгеновских лучей, когда рентгеновские пучки x пропускаются через часть 13 мишени проходного типа. Слой 132 поддержки формирования рентгеновских лучей использует подложку, изготовленную из легкого элемента, чтобы поддерживать тонкопленочный слой у слоя 131 формирования рентгеновского излучения, а также снижать ослабление интенсивности поглощением рентгеновских пучков x посредством улучшения эффективности охлаждения слоя 131 формирования рентгеновских лучей, нагреваемого применением пучков e электронов.

В целом считалось, что для традиционного слоя 132 поддержки формирования рентгеновских лучей металлический бериллий эффективен в качестве материала подложки. В этом варианте осуществления, однако, используется пленка из Al, AlN или SiC с толщиной приблизительно от 0,1 мм до нескольких мм или их комбинация. Это происходит потому, что этот материал имеет высокую теплопроводность и превосходную характеристику пропускания рентгеновских лучей, эффективно поглощает рентгеновские пучки из рентгеновских пучков x, которые находятся в области малых энергий и имеют малый вклад в качество проходного рентгеновского изображения, на 50% или меньше и обладает функцией фильтра по изменению качества излучения рентгеновских пучков x.

Со ссылкой на фиг.7, углы расхождения рентгеновских пучков x определяются условиями раскрывания частей 24 вывода рентгеновских лучей, скомпонованных в вакуумной камере 11. В некоторых случаях, требуется настраивать углы расхождения рентгеновских пучков x в зависимости от условий создания изображения. Со ссылкой на фиг.9, для того чтобы удовлетворять этим требованиям, это устройство включает в себя два средства экранирования. То есть в дополнение к пластине 23 экранирования рентгеновских лучей в вакуумной камере предусмотрена пластина 41 экранирования рентгеновских лучей снаружи вакуумной камеры 11. Поскольку легко заменять пластину 41 экранирования рентгеновских лучей, установленную в атмосфере, угол расхождения может подбираться произвольно для рентгеновского пучка x, в соответствии с условиями облучения для объекта.

Следующее условие требуется для предохранения рентгеновских пучков из соседних рентгеновских источников от утечки наружу посредством установки пластины 23 экранирования рентгеновских лучей в вакуумной камере 11 и пластины 41 экранирования рентгеновских лучей снаружи вакуумной камеры 11. То есть пластины 23 и 41 экранирования рентгеновских лучей и части 24 вывода рентгеновских лучей должны быть установлены, для поддержания соотношения d>2D·tanα, где d - расстояние между рентгеновскими пучками x, D - расстояние между частью 13 мишени проходного типа и пластиной 41 экранирования рентгеновских лучей, и α - угол излучения рентгеновского пучка x, выходящего из пластины 23 экранирования рентгеновских лучей.

Когда пучок e электронов высокой энергии ударяет часть 13 мишени проходного типа, не только отраженные электроны, но также и рентгеновские лучи рассеиваются в направлении отражения. Эти рентгеновские лучи и пучки электронов рассматриваются в качестве причины утечки рентгеновских лучей из рентгеновского источника и малого разряда при высоком напряжении.

Фиг.10 показывает меру противодействия этой проблеме. Пластина 43 экранирования рентгеновских лучей/пучка отраженных электронов, имеющая отверстия 42 падения пучка электронов, предусмотрена на стороне элемента 15 испускания электронов части 13 мишени проходного типа. Пучки e электронов, испускаемые из элементов 15 испускания электронов, проходят через отверстия 42 падения пучка электронов пластины 43 экранирования рентгеновских лучей/пучка отраженных электронов и ударяют в часть 13 мишени проходного типа. При этой конструкции пластина 43 экранирования рентгеновских лучей/пучка отраженных электронов может блокировать рентгеновские лучи, отраженные электроны и вторичные электроны, вырабатываемые на стороне источника электронов из поверхности части 13 мишени проходного типа.

Когда рентгеновские пучки x должны формироваться облучением части 13 мишени проходного типа пучками e электронов высокой энергии, плотность рентгеновских пучков x не ограничена плотностью монтажа элементов 15 испускания электронов. Эта плотность определяется пластинами 23 и 41 экранирования рентгеновских лучей для вывода раздельных рентгеновских пучков x из многолучевых рентгеновских источников, сформированных частью 13 мишени проходного типа.

Таблица 1 показывает эффекты экранирования тяжелых металлов (Ta, W и Pb) по отношению к рентгеновским пучкам с энергиями в 50 кэВ, 62 кэВ и 82 кэВ при условии энергий рентгеновских пучков x, формируемых, когда часть 13 мишени проходного типа облучается пучками e электронов в 100 кэВ.

Таблица 1 Толщина экранирующего материала (единица измерения: см, коэффициент затухания: 1/100) Экранирующий материал 82 кэВ 62 кэВ 50 кэВ Ta 0,86 1,79 0,99 W 0,72 1,48 0,83 Pb 1,98 1,00 0,051

В качестве критерия экранирования между рентгеновскими пучками x, формируемыми из части 13 мишени проходного типа, коэффициент затухания 1/100 является надлежащим значением в качестве величины, которая не влияет на рентгеновские изображения. Очевидно, что пластина из тяжелого металла, имеющая толщину приблизительно от 5 до 10 мм, требуется в качестве пластины экранирования для достижения этого коэффициента затухания.

Когда эта схема должна применяться к корпусу многолучевого рентгеновского источника, использующего пучки e электронов приблизительно в 100 кэВ, является подходящим устанавливать толщины D1 и D2 пластины 43 экранирования рентгеновских лучей/пучка отраженных электронов и пластины 23 экранирования рентгеновских лучей, показанных на фиг.11, в диапазоне от 5 до 10 мм. В дополнение, формование частей 24 вывода рентгеновских лучей пластины 23 экранирования рентгеновских лучей в вакууме в конические окна дает возможность улучшать эффект экранирования.

[Второй вариант осуществления]

Фиг.12 - вид, показывающий компоновку по второму варианту осуществления, которая является конструкцией корпуса 10' многолучевого рентгеновского источника, содержащего часть 13' мишени отражательного типа. Эта конструкция содержит блок 12' формирования пучков электронов и анодный электрод 20', содержащий часть 13' мишени отражательного типа и пластину 43' экранирования рентгеновского излучения пучков отраженных электронов, включающую в себя отверстия 42' падения пучка электронов и части 24' вывода рентгеновских лучей в вакуумной камере 11'.

В блоке 12' формирования пучков электронов пучки e электронов, испускаемые из элементов 15 испускания электронов, проходят через линзовый электрод и ускоряются до высокой энергии. Ускоренные пучки e электронов проходят через отверстия 42' падения пучка электронов пластины 43' экранирования рентгеновских лучей/пучка отраженных электронов и направляются на часть 13' мишени отражательного типа. Рентгеновские лучи, сформированные частью 13' мишени отражательного типа, выводятся в качестве рентгеновских пучков x из частей 24' вывода рентгеновских лучей пластины 43' экранирования рентгеновских лучей/пучка отраженных электронов. Множество рентгеновских пучков x формируют многолучевые рентгеновские пучки. Пластина 43' экранирования рентгеновских лучей/пучка отраженных электронов может значительно подавлять рассеяние отраженных электронов, которые вызывают высоковольтный разряд.

Как в компоновке, показанной на фиг.9, в которой углы излучения рентгеновских пучков x регулируются с использованием пластины 23 экранирования рентгеновских лучей в вакуумной камере 11 и пластины 41 экранирования рентгеновских лучей снаружи вакуумной камеры 11, в компоновке, показанной на фиг.12, углы излучения рентгеновских пучков x могут регулироваться посредством использования пластины 41 экранирования рентгеновских лучей снаружи вакуумной камеры 11.

Второй вариант осуществления характеризует пример применения настоящего изобретения к части 13' мишени отражательного типа с планарной конструкцией. Однако настоящее изобретение также может применяться к корпусу многолучевого рентгеновского источника, в котором блок 12' формирования пучков электронов, анодный электрод 20' и часть 13' мишени отражательного типа скомпонованы в аркообразной форме. Например, размещение части 13' мишени отражательного типа в аркообразной форме, центрированной по объекту, и установка пластин 23 и 41 экранирования рентгеновских лучей могут чрезвычайно сокращать зону рентгеновских лучей x2 утечки по предшествующему уровню техники, показанному на фиг.15. Отметим, что эта компоновка также может применяться к части 13 мишени проходного типа таким же образом.

Как описано выше, второй вариант осуществления может получать независимый рентгеновский пучок x, который имеет высокое отношение сигнал/шум (S/N) с очень малыми рассеянными рентгеновскими лучами или рентгеновскими лучами утечки, из рентгеновских лучей, формируемых облучением части 13' мишени отражательного типа пучком e электронов. Использование этого рентгеновского пучка x, поэтому, может выполнять рентгенографию с высокой контрастностью и высоким качеством изображения.

[Третий вариант осуществления]

Фиг.13 - вид, показывающий компоновку устройства многолучевой рентгенографии. Это устройство формирования изображения содержит блок 52 измерения многолучевой интенсивности рентгеновских лучей, включающий в себя детектор 51 рентгеновского излучения проходного типа, который помещен впереди корпуса 10 многолучевого рентгеновского источника, показанного на фиг.1. Это устройство дополнительно содержит детектор 53 рентгеновского излучения, размещенный на протяжении объекта (не показан). Блок 52 измерения многолучевой интенсивности рентгеновского излучения и детектор 53 рентгеновского излучения присоединены к блоку 56 управления через блоки 54 и 55 обработки сигнала детектирования рентгеновского излучения соответственно. В дополнение, выход блока 56 управления присоединен к блоку 17 сигнала возбуждения через схему 57 возбуждения элемента испускания электронов. Выходы блока 56 управления соответственно присоединены к частям 21 и 22 ввода высокого напряжения линзового электрода 19 и анодного электрода 20, через блоки 58 и 59 управления высоким напряжением.

Как в первом варианте осуществления, корпус 10 многолучевого рентгеновского источника формирует множество рентгеновских пучков x, облучая часть 13 мишени проходного типа множеством пучков e электронов, выводимых из блока 12 формирования пучков электронов. Множество сформированных рентгеновских пучков х выводятся в качестве многолучевых рентгеновских пучков на блок 52 измерения многолучевой интенсивности рентгеновского излучения в атмосфере через окна 27 вывода, предусмотренные в части 25 стенки. Многолучевые рентгеновские пучки (множество рентгеновских пучков x) наталкиваются на объект после пропускания через детектор 51 рентгеновского излучения проходного типа блока 52 измерения многолучевой интенсивности рентгеновского излучения. Многолучевые рентгеновские пучки, пропущенные через объект, детектируются детектором 53 рентгеновского излучения, таким образом, получая проходное рентгеновское изображение объекта.

В элементах 15 испускания электронов, выстроенных в матрице 16 элементов, имеют место незначительные отклонения вольт-амперных характеристик между элементами 15 испускания электронов. Отклонения тока эмиссии ведут к колебаниям в распределении интенсивности многолучевых рентгеновских пучков, давая в результате неоднородность контрастности во время рентгенографии. Поэтому необходимо выравнивать токи эмиссии в элементах 15 испускания электронов.

Детектор 51 рентгеновского излучения проходного типа блока 52 измерения многолучевой интенсивности рентгеновского излучения является детектором, использующим полупроводник. Детектор 51 рентгеновского излучения проходного типа поглощает части многолучевых рентгеновских пучков и преобразует их в электрические сигналы. Схема 54 управления коммутацией затем преобразует полученные электрические сигналы в цифровые данные. Блок 56 управления сохраняет цифровые данные в качестве данных интенсивности множества рентгеновских пучков x.

Блок 56 управления хранит поправочные данные для элементов 15 испускания электронов, которые соответствуют вольт-амперным характеристикам элементов 15 испускания электронов на фиг.6, и определяет заданные значения напряжений поправки для элементов 15 испускания электронов, сравнивая поправочные данные с данными интенсивности детектирования многолучевых рентгеновских пучков. Напряжения возбуждения для сигналов S1 и S2, полученные блоком 17 сигналов возбуждения, управляемым схемой 57 возбуждения элементов испускания электронов, корректируются посредством использования этих напряжений поправки. Это дает возможность выравнивать токи эмиссии в элементах 15 испускания электронов и выравнивать интенсивности рентгеновских пучков x в многолучевых рентгеновских пучках.

Способ коррекции интенсивности рентгеновского излучения с использованием детектора 51 рентгеновского излучения проходного типа может измерять интенсивность рентгеновского излучения независимо от объекта и, отсюда, может корректировать интенсивности рентгеновских пучков x в реальном времени во время рентгенографии.

Независимо от вышеприведенного способа коррекции, также возможно корректировать интенсивности многолучевых рентгеновских пучков, используя детектор 53 рентгеновского излучения для создания изображений. Детектор 53 рентгеновского излучения использует детектор рентгеновского излучения двухмерного типа, такой как с твердотельным созданием изображения ПЗС (CCD, прибора с зарядовой связью) или созданием изображения с использованием аморфного кремния, и может измерять распределения интенсивностей соответственных рентгеновских пучков.

Для того чтобы корректировать интенсивности рентгеновских пучков x, используя детектор 53 рентгеновского излучения, достаточно выводить пучок e электронов, возбуждая одиночный элемент 15 испускания электронов, и синхронно детектировать интенсивность сформированного рентгеновского пучка x, используя детектор 53 рентгеновского излучения. В этом случае можно эффективно измерять распределения интенсивностей многолучевых рентгеновских пучков, выполняя измерения при синхронизации сигнала формирования для каждого рентгеновского пучка из многолучевых рентгеновских пучков с сигналом детектирования из детектора 53 рентгеновского излучения для создания изображения. Этот сигал детектирования преобразуется в цифровой сигнал блоком 55 сигнальной обработки детектирования рентгеновского излучения. Сигнал затем сохраняется в блоке 56 управления.

Эта операция выполняется для всех элементов 15 испускания электронов. Результирующие данные затем сохраняются в качестве данных распределения интенсивности всех многолучевых рентгеновских пучков в блоке 56 управления. Одновременно, величины коррекции для напряжений возбуждения для элементов 15 испускания электронов определяются посредством использования доли или целого значения распределений интенсивности многолучевых рентгеновских пучков.

Во время рентгенографии объекта схема 57 возбуждения элементов многолучевого испускания электронов возбуждает элементы 15 испускания электронов в соответствии с величинами коррекции для напряжений возбуждения. Выполнение этой последовательности операций в качестве периодической калибровки устройства может выравнивать интенсивности рентгеновских пучков x.

Вышеприведенное описание раскрывает пример случая, в котором элементы 15 испускания электронов возбуждаются по отдельности для измерения интенсивностей рентгеновского излучения. Однако можно ускорить измерение одновременным облучением рентгеновскими пучками x множества частей в детекторе 53 рентгеновского излучения, на которых прикладываемые рентгеновские пучки x не перекрываются.

В дополнение, этот способ коррекции имеет распределение интенсивности каждого рентгеновского пучка x в качестве данных и, отсюда, может использоваться для коррекции неоднородности рентгеновских пучков x.

Устройство рентгенографии, использующее корпус 10 многолучевого рентгеновского источника по этому варианту осуществления, может реализовать планарный рентгеновский источник с размером объекта посредством компоновки рентгеновских пучков x вышеприведенным образом, и, отсюда, размер устройства может уменьшаться размещением корпуса 10 многолучевого рентгеновского источника около детектора 53 рентгеновского излучения. В дополнение, как описано выше, для рентгеновских пучков x, интенсивности облучения рентгеновскими лучами и зоны облучения могут выбираться произвольно посредством задания условий возбуждения для схемы 57 возбуждения элементов испускания электронов и областей элементов, которые должны возбуждаться.

В дополнение, устройство многолучевой рентгенографии может выбирать углы излучения рентгеновских пучков x заменой пластины 41 экранирования рентгеновских лучей, предусмотренной снаружи вакуумной камеры 11, показанной на фиг.9. Поэтому оптимальный рентгеновский пучок x может быть получен в соответствии с условиями создания изображения, такими как расстояние между корпусом 10 многолучевого рентгеновского источника и объектом и разрешение.

Настоящее изобретение не ограничено вышеприведенными вариантами осуществления, и различные изменения и модификации могут производиться в пределах сущности и объема настоящего изобретения. Поэтому для объявления общественности объема настоящего изобретения приведена следующая формула изобретения.

Изобретение относится к генераторам рентгеновского излучения, используемым для недеструктивной рентгенографии и диагностики. Многолучевой генератор рентгеновского излучения работает следующим образом: пучки (е) электронов, испускаемые из элементов (15) испускания электронов блока (12) формирования многолучевого пучка электронов, проходят через линзовый электрод (19). Результирующие пучки электронов ускоряются до конечного потенциального уровня участками части (13) мишени проходного типа анодного электрода (20). Многолучевые рентгеновские пучки (х), сформированные частью (13) мишени проходного типа, проходя через пластину (23) экранирования рентгеновских лучей и части (24) вывода рентгеновских лучей в вакуумной камере, выводятся из окна (27) вывода рентгеновских лучей части (25) стенки в атмосферу. Генератор рентгеновского излучения может формировать многолучевые рентгеновские пучки с хорошей управляемостью. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 табл., 15 ил.

1. Многолучевой генератор рентгеновского излучения, отличающийся тем, что содержит множество элементов испускания электронов, средство ускорения для ускорения пучков электронов, испускаемых из упомянутого множества элементов испускания электронов, и часть мишени, которая облучается пучками электронов, при этом упомянутая часть мишени предусмотрена в соответствии с пучками электронов, упомянутая часть мишени содержит средство экранирования рентгеновских лучей, и рентгеновские лучи, сформированные из упомянутой части мишени, выводятся в качестве многолучевых рентгеновских пучков в атмосферу.

2. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по п.1, отличающийся тем, что регулирование напряжения выполняется на упомянутых элементах испускания электронов, содержащих источники электронов с холодным катодом, на основе условий излучения рентгеновских пучков, чтобы предоставить возможность управления включением/выключением по каждому рентгеновскому пучку, формирующему многолучевые рентгеновские пучки.

3. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по п.1, отличающийся тем, что упомянутое средство экранирования рентгеновских лучей включает в себя два средства экранирования, одно из которых сконфигурировано для замены в атмосфере.

4. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по п.3, отличающийся тем, что упомянутое средство экранирования рентгеновских лучей, которое содержит упомянутая часть мишени, включает в себя функцию рассеяния тепла, вырабатываемого в упомянутой части мишени.

5. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по п.1, отличающийся тем, что другое средство экранирования для подавления рассеиваемых рентгеновских лучей и отраженных пучков электронов прикреплено к упомянутой части мишени, и упомянутое другое средство экранирования содержит отверстие падения для пучка электронов.

6. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по п.3, отличающийся тем, что упомянутая часть мишени и упомянутые два средства экранирования скомпонованы в аркообразной форме, центрированной по месту, где должен размещаться объект.

7. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по любому одному из пп.1-6, отличающийся тем, что упомянутая часть мишени содержит часть мишени проходного типа.

8. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по п.7, отличающийся тем, что упомянутая часть мишени проходного типа содержит слой формирования рентгеновских лучей, содержащий тяжелый металл и слой поддержки формирования рентгеновских лучей, содержащий легкий элемент с хорошей характеристикой пропускания рентгеновских лучей.

9. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по п.8, отличающийся тем, что упомянутый слой поддержки формирования рентгеновских лучей включает в себя функцию фильтра по изменению качества излучения рентгеновских лучей, формируемых из слоя формирования рентгеновских лучей, и содержит материал с высокой теплопроводностью.

10. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по п.8, отличающийся тем, что слой поддержки формирования рентгеновских лучей использует подложку, содержащую одно из Al, AlN и SiC или их комбинацию.

11. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по любому одному из пп.1-6, отличающийся тем, что упомянутая часть мишени содержит часть мишени отражательного типа.

12. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по любому одному из пп.1-6, отличающийся тем, что расстояние d между многолучевыми рентгеновскими пучками имеет отношение d>2D·tanα, где D - расстояние от упомянутой части мишени до места вывода для вывода многолучевого пучка рентгеновских лучей в атмосферу, и α - угол излучения пучка рентгеновских лучей из упомянутого средства экранирования рентгеновских лучей.

13. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по любому одному из пп.1-6, отличающийся тем, что интенсивности многолучевых рентгеновских пучков регулируются напряжениями возбуждения для многочисленных элементов испускания электронов на основе поправочных данных.

14. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по п.13, отличающийся тем, что поправочные данные получаются посредством измерения с использованием блока измерения интенсивности многолучевого рентгеновского излучения проходного типа, соответствующего многолучевым рентгеновским пучкам.

15. Многолучевой генератор рентгеновского излучения по п.13, отличающийся тем, что поправочные данные получаются посредством измерения при синхронизации сигнала формирования для каждого из многолучевых рентгеновских пучков с детектирующим сигналом из рентгеновского детектора для формирования изображения.

16. Устройство многолучевой рентгенографии, использующее многолучевой генератор рентгеновского излучения, определенный в одном из пп.1-6, отличающийся тем, что осуществляет детектирование, формирование изображения и диагностирование на просвет рентгеновского изображения рентгеновских пучков, полученных облучением объекта многолучевыми рентгеновскими пучками.