ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ, ИСТОЧНИК РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО, В КОТОРОМ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ИСТОЧНИК РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК H01J35/02 

Ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка испрашивает приоритет в соответствии с заявкой на выдачу патента Китая №201410419359.2, поданной 25 августа 2014 года, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится к источнику электронов, который генерирует токи электронного пучка, и к источнику рентгеновского излучения, который формирует рентгеновские лучи с помощью источника электронов. В частности, настоящее изобретение относится к источнику электронов, предназначенному для генерирования токов электронного пучка из разных точек по заданному закону; к источнику рентгеновского излучения, предназначенного для формирования рентгеновских лучей из разных точек по заданному закону; и к устройству, в котором используется источник рентгеновского излучения.

Уровень техники

Источник электронов представляет собой блок или устройство, которое способно генерировать токи электронного пучка, и которое часто называется электронной пушкой, катодом, излучателем электронов и т.п. Источники электронов широко используются в дисплеях, источниках рентгеновского излучения, электронных СВЧ-лампах и прочих приборах. Источник рентгеновского излучения представляет собой устройство, формирующее рентгеновские лучи. Основой источника рентгеновского излучения служит рентгеновская трубка. Источник рентгеновского излучения содержит источник электронов, анод и вакуумный герметизированный корпус; при этом обычно он также содержит источник питания, систему управления и вспомогательные элементы, такие как экран, охладитель и т.п. Источники рентгеновского излучения широко используются при неразрушающем контроле на производстве, при досмотре багажа, при диагностике медицинского состояния и лечении, а также в иных сферах.

Обычно в источнике рентгеновского излучения в качестве катода используется вольфрамовая нить прямого охлаждения. Во время работы нить, через которую проходит электрический ток, нагревается до рабочей температуры около 2000 градусов Кельвина и - за счет термоэлектронной эмиссии - генерирует ток электронного пучка. Ток электронного пучка ускоряется электрическим полем напряжением в сотни тысяч вольт между анодом и катодом в направлении анода, доходит до мишени (анода) и формирует рентгеновский луч.

Автоэлектронная эмиссия может быть обусловлена применением множества материалов, таких как, например, металлические иглы или углеродные нанотрубки, которые испускают электроны при комнатной температуре и генерируют токи электронного пучка. С развитием нанотехнологий, особенно углеродных наноматериалов, стали широко использоваться автоэмиссионные источники электронов на основе наноматериалов. Источник рентгеновского излучения требует, чтобы его источник электронов характеризовался током эмиссии большой силы, обычно свыше 1 мА. Например, в компьютерных томографах, используемых в настоящее время в медицинских целях, маслоохлаждаемые источники рентгеновского излучения с вращающимися анодами могут генерировать электрический ток до 1300 мА. Как описано в отсылочном патенте №1, в рентгеновском аппарате, содержащим автоэмиссионный источник электронов на основе наноматериала, для получения тока эмиссии большой силы поверхность эмиссии катода, характеризующаяся макроразмером, выполнена из наноматериала, а сетка расположена над поверхностью эмиссии и параллельно указанной поверхности для регулирования автоэлектронной эмиссии. За счет точности механической обработки, деформации сетки и точности монтажа такая конструкция характеризуется большим расстоянием между сеткой и поверхностью катода, и поэтому для регулирования автоэлектронной эмиссии сетке необходимо очень большое напряжение, обычно превышающее 1000 В.

Как правило, электронные пушки, в которых применяется принцип автоэлектронной эмиссии, характеризуются практически одинаковой конструкцией, проиллюстрированной, например, на фиг. 3 (виды (А), (В) и (С)). На виде (А) фиг. 3 показано техническое решение, раскрытое в отсылочном патенте №2, где наноматериал (31) прикреплен к структуре (13) подложки (10). На виде (В) фиг. 3 показано техническое решение, раскрытое в отсылочном патенте №3, где наноматериал (20) сформован непосредственно на плоских поверхностях подложек (12) и (14). На виде (С) фиг. 3 показано техническое решение, раскрытое в отсылочном патенте №4, где источник электронов рентгеновского аппарата содержит поверхность (330) из наноматериала, которая характеризуется макроразмерами (от миллиметровых до сантиметровых), а его сетка представляет собой сетку с микроразмерными ячейками; при этом поверхность указанной сетки идет параллельно поверхности наноматериала.

Отсылочный патент №1: CN102870189 В;

Отсылочный патент №2: US5773921;

Отсылочный патент №3: US5973444; и

Отсылочный патент №4: CN100459019.

Сущность изобретения

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложен автоэмиссионный источник электронов новой конструкции, отличающийся простотой, невысокой стоимостью, низким управляющим напряжением и большой силой тока эмиссии. Предложен также источник рентгеновского излучения, использующий источник электронов, который характеризуется высокой выходной интенсивностью рентгеновских лучей и низкой себестоимостью; или формирующий ряд фокусных пятен рентгеновского источника в разных точках; при этом такое фокусное пятно характеризуется высокой интенсивностью пучка и небольшим зазором.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложен автоэмиссионный источник электронов, который характеризуется низким управляющим напряжением и током эмиссии большой силы, а также источник рентгеновского излучения, в котором используется источник электронов. Источник электронов согласно настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, две области эмиссии электронов, в каждой из которых предусмотрено множество электронно-эмиссионных микроблоков. Конструкция электронно-эмиссионного микроблока согласно настоящему изобретению обеспечивает сверхнизкое управляющее напряжение автоэлектронной эмиссии. При совместной работе многочисленных электронно-эмиссионных блоков в области эмиссии электронов генерируется ток эмиссии большой силы. Благодаря специальной конструкции анода, источник рентгеновского излучения, в котором используется источник электронов, может быть конструктивно выполнен в виде двухэнергетического источника рентгеновского излучения. За счет особой конструкции источника электронов может быть получен распределенный источник рентгеновского излучения с множеством фокусных пятен в разных точках. Многорежимность позволяет повысить выходную интенсивность рентгеновского луча по каждому фокусному пятну, уменьшить зазор между пятнами на мишени, избавиться от черных пятен и расширить функции и сферы применения распределенного источника рентгеновского излучения для автоэлектронной эмиссии. Более того, за счет уменьшения управляющего напряжения можно облегчить управление системой, а также сократить производственные расходы и снизить риск сбоев в работе, за счет чего можно продлить срок службы распределенного источника рентгеновского излучения.

Кроме того, согласно одному из аспектов настоящего изобретения дополнительно предусмотрено применение распределенного источника рентгеновского излучения, упомянутого выше, в системе формирования изображений методом просвечивания рентгеновскими лучами. Различные технические решения с использованием источника рентгеновского излучения характеризуются одним или несколькими преимуществами, в том числе низкой себестоимостью высокой скоростью детектирования, формированием изображений высокого качества и т.п.

Кроме того, согласно одному из аспектов настоящего изобретения дополнительно предложена система лучевой терапии под визуальным контролем в реальном масштабе времени. Что касается лечения органов тела, характеризующихся физиологической подвижностью, таких как легкие, сердце и т.п., то система лучевой терапии под визуальным контролем в реальном масштабе времени способствует снижению доз облучения и уменьшению воздействия органических веществ, что имеет большое значение. Более того, распределенный источник рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению характеризуется наличием нескольких фокусных пятен на мишени, что дает возможность получать «трехмерные» диагностические изображения с информацией о глубине, которые отличаются от обычных двухмерных изображений. При лучевой терапии под визуальным контролем это может дополнительно повышать точность наведения и позиционирования пучков излучения.

Для достижения целей настоящего изобретения приняты следующие технические решения.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения предлагается источник электронов, содержащий, по меньшей мере, одну область эмиссии электронов, которая характеризуется наличием множества электронно-эмиссионных микроблоков; при этом каждый электронно-эмиссионный микроблок содержит: базовый слой, изолирующий слой на базовом слое, слой сетки на изолирующем слое, отверстие в слое сетки и эмиттер электронов, который закреплен на базовом слое и соответствует положению отверстия; при этом все электронно-эмиссионные микроблоки в области эмиссии электронов одновременно испускают или не испускают электроны.

Кроме того, согласно настоящему изобретению базовый слой может быть использован в качестве опорной структуры и для обеспечения электрического соединения.

Кроме того, согласно настоящему изобретению слой сетки может быть выполнен из токопроводящих материалов.

Кроме того, согласно настоящему изобретению отверстие может проходить через слой сетки и изолирующий слой, доходя до базового слоя.

Кроме того, согласно настоящему изобретению изолирующий слой может характеризоваться толщиной менее 200 мкм.

Кроме того, согласно настоящему изобретению размер отверстия может быть меньше толщины изолирующего слоя.

Кроме того, согласно настоящему изобретению размер отверстия может быть меньше расстояния от эмиттера электронов до слоя сетки.

Кроме того, согласно настоящему изобретению высота эмиттера электронов может составлять менее половины толщины изолирующего слоя.

Кроме того, согласно настоящему изобретению эмиттер электронов может быть изготовлен с использованием наноматериалов.

Кроме того, согласно настоящему изобретению слой сетки может идти параллельно базовому слою.

Кроме того, согласно настоящему изобретению электронно-эмиссионный микроблок может занимать пространство вдоль решетки, лежащее в микрометрическом диапазоне. В предпочтительном варианте пространство, занимаемое электронно-эмиссионным микроблоком вдоль решетки, может составлять 1-200 мкм.

Кроме того, согласно настоящему изобретению отношение длины к ширине области эмиссии электронов может быть больше, чем 2 к 1.

Кроме того, согласно настоящему изобретению базовый слой может состоять из подложки и токопроводящего слоя на подложке, а эмиттер электронов может быть закреплен на токопроводящем слое.

Кроме того, согласно настоящему изобретению ток эмиссии каждой области эмиссии электронов может составлять менее 0,8 мА.

Кроме того, согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложен источник электронов, содержащий, по меньшей мере, две области эмиссии электронов, в каждой из которых предусмотрено множество электронно-эмиссионных микроблоков; при этом каждый электронно-эмиссионный микроблок содержит: базовый слой, обеспечивающий опору конструкции и электрическое соединение; изолирующий слой, расположенный на базовом слое; слой сетки, расположенный на изолирующем слое и выполненный из токопроводящего материала; отверстие, проходящее через слой сетки и изолирующий слой, и доходящее до базового слоя; и эмиттер электронов, закрепленный в отверстии на базовом слое; при этом все электронно-эмиссионные микроблоки в рамках одной области эмиссии электронов электрически связаны между собой, и они одновременно испускают или не испускают электроны; при этом разные области эмиссии электронов электрически разделены.

Кроме того, согласно настоящему изобретению изолирующий слой может иметь толщину менее 200 мкм.

Кроме того, согласно настоящему изобретению слой сетки может идти параллельно базовому слою.

Кроме того, согласно настоящему изобретению разные области эмиссии электронов электрически разделены, а это означает, что изолированы соответствующие базовые слои всех областей эмиссии электронов, или изолированы соответствующие слои сетки всех областей эмиссии электронов, или изолированы как соответствующие базовые слои, так и слои сетки всех областей эмиссии электронов.

Кроме того, согласно настоящему изобретению разные области эмиссии электронов могут быть настроены на испускание электронов в заданном порядке, например, последовательно с определенными интервалами, поочередно, единовременно по частям, погруппно или каким-либо иным образом.

Кроме того, согласно настоящему изобретению соответствующие базовые слои всех электронно-эмиссионных микроблоков в рамках одной области эмиссии электронов могут представлять собой один и тот же основной слой; соответствующие слои сетки всех электронно-эмиссионных микроблоков могут представлять собой один и тот же основной слой; и соответствующие изолирующие слои всех электронно-эмиссионных микроблоков могут представлять собой один и тот же основной слой.

Кроме того, согласно настоящему изобретению размер электронно-эмиссионного микроблока в области эмиссии электронов вдоль решетки может лежать в микрометрическом диапазоне.

Кроме того, согласно настоящему изобретению пространство, занимаемое электронно-эмиссионным микроблоком вдоль решетки, может лежать в диапазоне 1 - 200 мкм.

Кроме того, согласно настоящему изобретению размер отверстия может быть меньше толщины изолирующего слоя.

Кроме того, согласно настоящему изобретению размер отверстия может быть меньше расстояния от эмиттера электронов до слоя сетки.

Кроме того, согласно настоящему изобретению высота эмиттера электронов может составлять менее половины толщины изолирующего слоя.

Кроме того, согласно настоящему изобретению линейная длина эмиттера электронов может идти перпендикулярно поверхности базового слоя.

Кроме того, согласно настоящему изобретению эмиттер электронов может быть изготовлен с использованием наноматериалов.

Кроме того, согласно настоящему изобретению наноматериалы могут представлять собой одностенные углеродные нанотрубки, двустенные углеродные нанотрубки, многостенные углеродные нанотрубки или сочетание указанных нанотрубок.

Кроме того, согласно настоящему изобретению базовый слой может состоять из подложки и токопроводящего слоя на подложке. Базовый слой может быть использован в качестве опорной структуры. Токопроводящий слой может быть использован для образования электрического соединения между соответствующими базовыми слоями (неподвижный электрод из наноматериала) всех электронно-эмиссионных микроблоков в одной области эмиссии электронов.

Кроме того, согласно настоящему изобретению отношение длины к ширине области эмиссии электронов может быть больше, чем 2 к 1.

Кроме того, согласно настоящему изобретению соответствующие области эмиссии электронов могут характеризоваться одинаковыми размерами и располагаться по ширине равномерно, параллельно и соосно друг другу,

Кроме того, согласно настоящему изобретению ток эмиссии каждой области эмиссии электронов может превышать 0,8 мА.

Кроме того, согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложен источник рентгеновского излучения, содержащий: вакуумную камеру; источник электронов, расположенный в вакуумной камере; анод, расположенный напротив источника электронов в вакуумной камере; управляющее устройство источника электронов, выполненное с возможностью подачи напряжения между базовым слоем и слоем сетки в области эмиссии электронов источника электронов; и высоковольтный источник электропитания, соединенный с анодом и выполненный с возможностью подачи высокого напряжения на анод. Источник рентгеновского излучения отличается тем, что источник электронов содержит, по меньшей мере, одну область эмиссии электронов, в которой предусмотрено множество электронно-эмиссионных микроблоков; при этом каждый электронно-эмиссионный микроблок занимает пространство микрометрического диапазона вдоль решетки; при этом электронно-эмиссионный микроблок содержит: базовый слой, обеспечивающий опору конструкции и электрическое соединение; изолирующий слой, расположенный на базовом слое; слой сетки, расположенный на изолирующем слое и выполненный из токопроводящего материала; отверстие, проходящее через слой сетки и изолирующий слой, и доходящее до базового слоя; и эмиттер электронов, закрепленный в отверстии на базовом слое; при этом все электронно-эмиссионные микроблоки одновременно испускают или не испускают электроны.

Кроме того, согласно настоящему изобретению изолирующий слой может характеризоваться толщиной менее 200 мкм.

Кроме того, согласно настоящему изобретению управляющее устройство источника электронов может подавать на источник электронов управляющее напряжение, обеспечивающее автоэлектронную эмиссию, которое составляет менее 500 В.

Кроме того, согласно одному из аспектов настоящего изобретение предложен распределенный источник рентгеновского излучения, содержащий: вакуумную камеру; источник электронов, расположенный в вакуумной камере; анод, расположенный напротив источника электронов в вакуумной камере; управляющее устройство источника электронов, выполненное с возможностью подачи напряжения между базовым слоем и слоем сетки в области эмиссии электронов источника электронов; и высоковольтный источник электропитания, соединенный с анодом и выполненный с возможностью подачи высокого напряжения на анод. Источник рентгеновского излучения отличается тем, что источник электронов содержит, по меньшей мере, две (число N) области эмиссии электронов, в каждой из которых предусмотрено множество электронно-эмиссионных микроблоков; при этом электронно-эмиссионный микроблок содержит: базовый слой, изолирующий слой на базовом слое, слой сетки на изолирующем слое, отверстие в слое сетки и эмиттер электронов, закрепленный в отверстии на базовом слое в соответствии с положением отверстия; при этом все электронно-эмиссионные микроблоки в рамках одной области эмиссии электронов электрически связаны между собой, и они одновременно испускают или не испускают электроны; при этом разные области эмиссии электронов электрически разделены.

Кроме того, согласно настоящему изобретению в источнике электронов соответствующие базовые слои могут быть электрически разделены между разными областями эмиссии электронов, а каждый базовый слой может быть соединен с управляющим устройством источника электронов отдельным выводом.

Кроме того, согласно настоящему изобретению в источнике электронов соответствующие слои сетки могут быть электрически разделены между разными областями эмиссии электронов, а каждый слой сетки может быть соединен с управляющим устройством источника электронов отдельным выводом.

Кроме того, согласно настоящему изобретению поверхность анода и поверхность источника электронов могут располагаться напротив друг друга, характеризоваться одинаковой формой и размерами, идти параллельно или практически параллельно друг другу; при этом они могут сформировать, по меньшей мере, два фокусных пятна на мишени в разных местах.

Кроме того, согласно настоящему изобретению анод может быть выполнен, по меньшей мере, из двух разных материалов, и он может формировать рентгеновские лучи разной полной энергии с разных фокусных пятен.

Кроме того, согласно настоящему изобретению области эмиссии электронов в количестве N могут иметь форму полос и располагаться в линию по ширине в одной плоскости.

Кроме того, согласно настоящему изобретению области эмиссии электронов в количестве N могут испускать электроны независимо друг от друга и формировать рентгеновские лучи в нескольких точках на аноде числом N, соответствующих областям эмиссии электронов, образуя N-oe число фокусных пятен на мишени.

Кроме того, согласно настоящему изобретению из N-ого числа областей эмиссии электронов все соседние области n эмиссии электронов могут быть сгруппированы так, чтобы они не перекрывались. Испускание электронов может осуществляться погруппно. Рентгеновские лучи могут формироваться в соответствующих точках на аноде числом N/n, образуя на мишени фокусные пятна числом N/n.

Кроме того, согласно настоящему изобретению из N-ого числа областей эмиссии электронов все соседние области n эмиссии электронов могут быть сгруппированы так, чтобы некоторые из них (число а) перекрывались. Испускание электронов осуществляется погруппно. Рентгеновские лучи могут формироваться в соответствующих точках на аноде, образуя на аноде фокусные пятна числом .

Кроме того, согласно настоящему изобретению поверхность области эмиссии электронов может характеризоваться дугообразной формой по ширине; а электроны, испускаемые всеми электронно-эмиссионными микроблоками, расположенными в этой области эмиссии электронов, могут фокусироваться на некой точке в поперечном направлении.

Кроме того, согласно настоящему изобретению распределенный источник рентгеновского излучения может дополнительно содержать фокусировочные устройства, количество которых соответствует числу областей эмиссии электронов, и которые расположены между источником электронов и анодом.

Кроме того, согласно настоящему изобретению распределенный источник рентгеновского излучения может дополнительно содержать коллимирующее устройство, расположенное в вакуумной камере или за пределами вакуумной камеры на пути прохождения рентгеновских лучей с целью выдачи рентгеновских лучей в форме пера, сходящих на конус или расходящихся веером, или множества параллельных рентгеновских лучей.

Кроме того, согласно настоящему изобретению фокусные пятна на мишени распределенного источника рентгеновского излучения могут располагаться по кругу или по дуге.

Кроме того, согласно настоящему изобретению фокусные пятна на мишени распределенного источника рентгеновского излучения могут располагаться в виде замкнутого прямоугольника, в виде ломаной линии или в виде отрезка прямой

Кроме того, согласно настоящему изобретению мишень на аноде может представлять собой проницаемую мишень, от которой выходные рентгеновские лучи идут в том же направлении, что и ток электронного пучка с источника электронов.

Кроме того, согласно настоящему изобретению мишень на аноде может представлять собой отражающую мишень, от которой выходные рентгеновские лучи идут под углом в 90 градусов относительно тока электронного пучка с источника электронов.

Кроме того, согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложена система формирования изображений методом просвечивания рентгеновскими лучами с использованием источника рентгеновского излучения согласно заявленному изобретению, содержащая: по меньшей мере, один источник рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению, выполненный с возможностью генерирования рентгеновских лучей, покрывающих область детектирования; по меньшей мере, один детектор, расположенный на стороне области детектирования напротив источника рентгеновского излучения и выполненный с возможностью приема рентгеновских лучей; и перемещающее устройство, расположенное между источником рентгеновского излучения и детектором, и выполненное с возможностью переноса обнаруженного объекта и перемещения обнаруженного объекта по области детектирования.

Кроме того, согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложена система формирования изображений методом обратного рассеяния с использованием источника рентгеновского излучения согласно заявленному изобретению, содержащая по меньшей мере, один источник рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению, выполненный с возможностью генерирования ряда пучков рентгеновских лучей в форме пера, покрывающих область детектирования; и, по меньшей мере, один детектор, расположенный на той же стороне области детектирования, что и источник рентгеновского излучения, и выполненный с возможностью приема рентгеновских лучей, отраженных от обнаруженного объекта.

Кроме того, в системе формирования изображений методом обратного рассеяния согласно настоящему изобретению может быть предусмотрено, по меньшей мере, две группы, каждая из которых состоит из источника рентгеновского излучения и детектора; при этом, по меньшей мере, две такие группы расположены по разные стороны обнаруженного объекта.

Кроме того, в системе формирования изображений методом обратного рассеяния согласно настоящему изобретению может быть дополнительно предусмотрено перемещающее устройство, выполненное с возможностью переноса обнаруженного объекта и перемещения обнаруженного объекта в области детектирования.

Кроме того, в системе формирования изображений методом обратного рассеяния согласно настоящему изобретению может быть дополнительно предусмотрено передвигающее устройство, выполненное с возможностью перемещения источника рентгеновского излучения и детектора в области, в которой находится обнаруженный объект.

Кроме того, согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложена рентгеновская система обнаружения, содержащая следующие элементы: по меньшей мере, два распределенных источника рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению; и, по меньшей мере, две группы детекторов, соответствующих источникам рентгеновского излучения. По меньшей мере, одна группа, состоящая из распределенного источника рентгеновского излучения и детектора, используется для построения изображений обнаруженного объекта с помощью проходящих лучей; а, по меньшей мере, одна группа, также состоящая из распределенного источника рентгеновского излучения и детектора, используется для формирования изображения обнаруженного объекта методом обратного рассеяния. Система комплексной обработки изображений используется для всесторонней обработки изображений, полученных с помощью проходящих лучей, и изображений, полученных методом обратного рассеяния, что позволяет получать информацию, более точно характеризующую обнаруженный объект.

Кроме того, согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложено оборудование для лучевой терапии под визуальным контролем в реальном масштабе времени, в состав которого входит: радиотерапевтический источник излучения, предназначенный для генерирования пучков излучения с целью лечения пациента ионизирующим облучением; многолепестковый коллиматор, предназначенный для регулирования формы пучков излучения при лучевой терапии с учетом очага поражения; передвижная кровать для перемещения и локализации пациента таким образом, чтобы можно было отрегулировать положение пучка излучения с учетом местоположения очага поражения; по меньшей мере, один источник диагностического излучения, представляющий собой источник рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению, предназначенный для генерирования пучков излучения с целью диагностической визуализации; планарный детектор, предназначенный для приема пучков излучения с целью диагностической визуализации; и система управления, предназначенная для формирования диагностического изображения по пучкам излучения с планарного детектора, локализации очага поражения на диагностическом изображении, совмещения центров пучков излучения с центром очага поражения и подгонки формы пучков излучения под форму очага поражение с помощью многолепесткового коллиматора. Радиотерапевтический источник излучения представляет собой распределенный источник рентгеновского излучения круглой или прямоугольной формы, испускающий рентгеновские лучи в поперечном направлении; при этом ось или осевая линия распределенного источника рентгеновского излучения совпадает с осью пучка радиотерапевтического источника излучения. Иначе говоря, радиотерапевтический источник излучения и диагностический источник излучения расположены с одной стороны пациента.

Согласно настоящему изобретению можно создать источник электронов, характеризующийся низким управляющим напряжением и током эмиссии большой силы, и источник рентгеновского излучения, в котором используется источник электронов, а также систему формирования изображений, рентгеновскую систему обнаружения, оборудование для лучевой терапии под визуальным контролем в реальном масштабе времени и прочие системы, в которых используется источник рентгеновского излучения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена упрощенная схема конструкции источника электронов согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2 показано схематическое изображение, иллюстрирующее конструкцию электронно-эмиссионного микроблока согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее на видах (А) ~ (С) конструкцию нескольких автоэлектронных эмиттеров, используемых в настоящее время.

На фиг. 4 представлено изображение, схематически иллюстрирующее вид в разрезе передней стороны источника электронов согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 5 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее на видах (А) ~ (С) несколько источников электронов, сегментированных разными способами, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 6 схематически показана детальная конструкция электронно-эмиссионного микроблока согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 7 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее на видах (А) ~ (С) несколько электронно-эмиссионных микроблоков согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, в которых наноматериалы закреплены разными способами.

На фиг. 8 представлена упрощенная схема конструкции источника рентгеновского излучения с источником электронов согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 9 представлено схематическое изображение распределенного источника рентгеновского излучения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, в котором анод характеризуется наличием множества облучаемых мишеней.

На фиг. 10 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее три режима работы распределенного источника рентгеновского излучения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 11 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее распределенный источник рентгеновского излучения, в котором источник электронов характеризуется особой конструкцией согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 12 представлено схематическое изображение распределенного источника рентгеновского излучения, содержащего фокусировочное устройство согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 13 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее на видах (А) ~ (D) некоторые эффекты коллимации распределенного источника рентгеновского излучения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 14 представлено схематическое изображение распределенного источника рентгеновского излучения круглой формы согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 15 представлено схематическое изображение распределенного источника рентгеновского излучения прямоугольной формы согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 16 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее на видах (А) ~ (D) несколько сечений распределенного источника рентгеновского излучения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 17 представлено схематическое изображение системы формирования изображений методом просвечивания рентгеновскими лучами с использованием распределенного источника рентгеновского излучения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 18 представлено схематическое изображение системы формирования изображений методом обратного рассеяния с использованием распределенного источника рентгеновского излучения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение будет подробно раскрыто ниже в привязке к соответствующим чертежам. На фиг. 1 представлена упрощенная схема конструкции источника электронов согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, источник (1) электронов содержит множество областей эмиссии электронов, таких как области (11), (12) и т.д. Кроме того, хотя это и не показано, в источнике (1) электронов может быть предусмотрена только одна область эмиссии электронов. Как показано на фиг. 1, в каждой области эмиссии электронов содержится множество электронно-эмиссионных микроблоков (100). Кроме того, электронно-эмиссионные микроблоки (100) в одной области эмиссии электронов физически (электрически) связаны друг с другом. Разные области эмиссии электронов физически отделены друг от друга (т.е. разные области эмиссии электронов гальванически развязаны). Кроме того, как показано на фиг. 1, множество областей эмиссии электронов ((11), (12) и т.д.) выстроено в ряд по ширине (слева направо на фиг. 1). Однако такой конфигурацией настоящее изобретение не ограничивается. Области эмиссии электронов могут быть также выстроены и иным образом, например, в несколько рядов или в несколько рядов, где области эмиссии электронов в каждом ряду располагаются в шахматном порядке относительно друг друга. Кроме того, размеры и форма областей эмиссии электронов и интервалы между ними могут быть установлены произвольно в зависимости от обстоятельств.

Все электронно-эмиссионные микроблоки (100) в одной и той же области эмиссии электронов могут одновременно испускать или не испускать электроны. Области эмиссии электронов могут быть настроены на испускание электронов в заданном порядке, например, последовательно с определенными интервалами, поочередно, единовременно по частям, погруппно или каким-либо иным образом.

На фиг. 2 показана упрощенная схема конструкции электронно-эмиссионного микроблока (100) согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 2, электронно-эмиссионный микроблок (100) содержит базовый слой (101); изолирующий слой (102), расположенный на базовом слое (101); слой (103) сетки, расположенный на изолирующем слое (102); отверстие (105), проходящее через слой (103) сетки и изолирующий слой (102), и доходящее до базового слоя (101); и эмиттер (104) электронов, расположенный в отверстии (105) и закрепленный на базовом слое (101). Базовый слой (101) представляет собой структурную основу электронно-эмиссионного микроблока (100), обеспечивая опору конструкции и электросвязь (электрическое соединение). Изолирующий слой (102) расположен поверх базового слоя (101); при этом он выполнен из изоляционных материалов, которые изолируют слой (103) сетки от базового слоя (101). Кроме того, за счет наличия изолирующего слоя (102) обеспечивается, в общем, одинаковое расстояние между слоем сетки и базовым слоем в разных точках в пределах одной области эмиссии электронов (т.е. поверхности, на которых располагается, соответственно, слой сетки и базовый слой, идут параллельно друг другу), вследствие чего электрическое поле между слоем (103) сетки и базовым слоем (101) будет однородным. Слой (103) сетки расположен поверх изолирующего слоя (102) и выполнен из токопроводящего металла. Отверстие (105) проходит через слой (103) сетки и изолирующий слой (102). Эмиттер (104) электронов расположен в отверстии (105) и соединен с базовым слоем (101). Кроме того, отверстие (105) может иметь любую форму, пригодную для обработки, например, круглую, квадратную, многоугольную, овальную и пр. В предпочтительном варианте отверстие (105) характеризуется круглой формой. Размеры отверстия (105) в слое (104) сетки могут совпадать или не совпадать с его размерами в изолирующем слое (102). Например, как показано на фиг. 2, диаметр отверстия в изолирующем слое (102) немного превышает диаметр отверстия в слое (103) сетки. Кроме того, эмиттер (104) электронов расположен в отверстии (105) и соединен с базовым слоем (101). В предпочтительном варианте эмиттер (104) электронов установлен по центру отверстия. По длине эмиттер (104) электронов расположен перпендикулярно поверхности базового слоя (101). При подаче разности потенциалов внешним источником V электропитания между слоем (103) сетки и базовым слоем (101) (т.е. напряжения автоэлектронной эмиссии) между слоем (103) сетки и базовым слоем (101) образуется электрическое поле. Когда интенсивность электрического поля достигает определенного уровня, например, превышает 2 В/мкм, эмиттер (104) электронов инициирует автоэлектронную эмиссию; при этом сгенерированный ток Е электронного пучка проходит через изолирующий слой (102) и слой (103) сетки, после чего выходит из отверстия (105).

Далее, эмиттер (104) электронов характеризуется конструкцией, содержащей «наноматериалы». Наноматериалами называют материалы, у которых в трехмерном пространстве, по меньшей мере, один из размеров лежит в нанодиапазоне (1~100 нм), или материалы, состоящие из базовых элементов, характеризующихся наноразмерами. К наноматериалам относятся: металлический или неметаллический нанопорошок, нановолокно, нанопленка, объемные наноматериалы и иные материалы подобного рода. Типовыми примерами наноматериалов могут служить углеродные нанотрубки, нанопроволока на основе оксида цинка и т.п. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения наноматериалами служат одностенные углеродные нанотрубки и двустенные углеродные нанотрубки диаметром менее 10 нанометров.

После изучения и анализа отсылочных патентов №№2-4 автор настоящего изобретения пришел к выводу, что электронно-эмиссионные блоки, представленные на видах (А) и (В) фиг. 3 обычно характеризуются плоской двумерной решетчатой структурой, в которой базовые слои в форме полос и слои сетки (или комплексные многоуровневые слои сетки) расположены вертикально и горизонтально (или в продольном и поперечном направлении). Каждый автоэмиссионный блок регулируется отдельно и характеризуется сверхслабым током эмиссии. В прикладной области структурные пропорции различных компонентов не учитываются, что дает низкое качество тока эмиссии. В конструкции, проиллюстрированной на виде (В) фиг. 3, размер отверстия в слое сетки намного больше расстояния от наноматериала до слоя сетки, вследствие чего на края наноматериала будет воздействовать сильное электрическое поле. Таким образом, ток эмиссии начнет генерироваться в первую очередь по краям наноматериала. Однако ток эмиссии характеризуется большими углами расхождения по краям и, соответственно, слабыми характеристиками передачи в прямом направлении, вследствие чего он может быть легко заперт и поглощен слоем сетки. Предполагается, что ток эмиссии с хорошими характеристиками передачи в прямом направлении генерируется средней частью наноматериала. Однако из-за слабого электрического поля в этой части ток эмиссии не генерируется или генерируется недостаточно. В источниках рентгеновского излучения используются электронно-эмиссионные блоки, представленные на виде (С) фиг. 3. Плоскость сетки и плоскость наноматериала образуют параллельную планарную структуру, которая характеризуется большой протяженностью и небольшим зазором. Вследствие ограничений, связанных с точностью механической обработки и точностью монтажа, сложно выполнить зазор менее 200 мкм. В противном случае указанные две плоскости не будут параллельными, а электрическое поле, соответственно, будет неоднородным; или же деформация, обусловленная электродвижущей силой, будет существенно влиять на однородность электрического поля, что может привести даже к короткому замыканию между сеткой и наноматериалом. По причине большого зазора между плоскостью сетки и плоскостью наноматериала такой электронно-эмиссионный блок инициирует повышение управляющего напряжения автоэлектронной эмиссии, что еще больше усложняет регулировку и повышает производственные расходы. В сравнении с используемыми в настоящее время конструкциями, представленными на видах (А), (В) и (С) фиг. 3, настоящее изобретение обеспечивает более высокие характеристики автоэлектронной эмиссии и ток Е электронного пучка большей силы за счет особых структур и соотношений различных компонентов электронно-эмиссионных микроблоков (100) и областей эмиссии электронов с одновременным уменьшением управляющего напряжения V, потребного для автоэлектронной эмиссии.

На фиг. 4 представлено изображение, схематически иллюстрирующее вид в разрезе передней стороны источника (1) электронов согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 4, все электронно-эмиссионные микроблоки (100) в одной области эмиссии электронов физически (электрически) связаны между собой. В частности, например, базовые слои (101) различных электронно-эмиссионных микроблоков (100) представляют собой один и тот же основной слой; слои (103) сетки различных электронно-эмиссионных микроблоков (100) также представляют собой один и тот же основной слой; и изолирующие слои (102) различных электронно-эмиссионных микроблоков также представляют собой один и тот же основной слой. Термин «один и тот же основной слой» указывает на то, что соответствующие слои расположены на одном и том же пространственном уровне, электрически связаны между собой и конструктивно объединены друг с другом. Изолирующие слои (102) различных электронно-эмиссионных микроблоков (100) также могут состоять из множества изолирующих столбиков, изоляционных блоков, изолирующих полос и прочих изолирующих элементов, которые расположены на одном и том же пространственном уровне при условии, что слой (103) сетки и базовый слой (101) изолированы друг от друга и характеризуются одинаковым расстоянием между собой в различных точках (т.е. слой сетки и базовый слой идут параллельно друг другу). Кроме того, физически отделены друг от друга также и соответствующие области эмиссии электронов. В частности, например, независимы и отделены друг от друга слои (103) сетки различных областей эмиссии электронов, или независимы и отделены друг от друга базовые слои (101) различных областей эмиссии электронов, или независимы и отделены друг от друга как слои (103) сетки, так и базовые слои (101) различных областей эмиссии электронов. Соответственно, все электронно-эмиссионные микроблоки в рамках одной области эмиссии электронов могут одновременно испускать или не испускать электроны, а соответствующие области эмиссии электронов могут быть отрегулированы таким образом, чтобы они испускали электроны в независимо регулируемой последовательности или в совместно регулируемой последовательности. Одновременное срабатывание множества электронно-эмиссионных микроблоков (100) может дать ток эмиссии в области эмиссии электронов свыше 0,8 мА.

На фиг. 5 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее на видах (А) ~ (С) несколько источников электронов, сегментированных разными способами, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на видах (А), (В) и (С) фиг. 5, физическое разделение разных областей эмиссии электронов может быть достигнуто за счет реализации различных вариантов конструкции согласно настоящему изобретению. Например, на виде (А) фиг. 5 показано, что области (11) и (12) эмиссии электронов имеют общий базовый слой и общий изолирующий слой, но слои сетки указанных областей отделены друг от друга зазором d; на виде (В) фиг. 5 показано, что области (11) и (12) эмиссии электронов имеют общий слой сетки и общий изолирующий слой, а зазором d разделены их базовые слои; а, например, на виде (С) фиг. 5 показано, что зазором d разделены между собой все слои сетки, изолирующие слои и базовые слои областей (11) и (12) эмиссии электронов.

Кроме того, форма различных областей эмиссии электронов может быть круглой, квадратной, полосообразной, овальной, многоугольной, комбинированной или какой-либо иной. Термин «прямоугольный» означает «квадратный» или «продолговатый», а термин «продолговатый» означает, что длина превышает ширину (например, отношение длины к ширине составляет 10 к 1). Различные области эмиссии электронов одного источника электронов могут характеризоваться одинаковой или разной формой. Различные области эмиссии электронов могут иметь одинаковые или разные размеры. Область эмиссии электронов может характеризоваться макроразмерами в миллиметровом диапазоне, например, 0,2-40 мм. Разделительный зазор d между соответствующими областями эмиссии электронов может лежать в микрометрическом диапазоне, или характеризоваться макроразмером в миллиметровом или сантиметровом диапазоне. Разделительный зазор d между разными областями эмиссии электронов может быть одинаковым или разным. В типовой конструкции каждая из областей эмиссии электронов характеризуется полосообразной формой и одинаковыми размерами 1 мм × 20 мм: при этом указанные области эмиссии электронов расположены в ряд параллельно друг другу, с равными интервалами между собой и на одной линии по ширине (1 мм); при этом разделительный зазор d между различными областями эмиссии электронов составляет 1 мм.

На фиг. 6 схематически показана детальная конструкция электронно-эмиссионного микроблока согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 6, в конструкции электронно-эмиссионного микроблока (100) базовый слой (101) обеспечивает как опору конструкции, так и электрическое соединение; при этом он может представлять собой металлический слой или состоять из подложки (106) и токопроводящего слоя (107). Подложка (106) используется в качестве опоры конструкции, обеспечивая ровную поверхность, на которую может быть наложен токопроводящий слой. Подложка (106) представляет собой конструктивную основу области эмиссии электронов. Иначе говоря, приклеивание, пайка, наращивание или закрепление токопроводящего слоя (107), изолирующего слоя (102), слоя (103) сетки, эмиттера (104) электронов и прочих элементов осуществляется именно на подложке (106). Подложка (106) может быть выполнена из металла, такого как нержавеющая сталь, или неметаллического материала, например, из керамики. Токопроводящий слой (107) выполнен из материалов, характеризующихся высокой проводимостью, к числу которых относятся как металлы, так и неметаллы, такие как золото, серебро, медь, молибден, углеродная нанопленка и т.п.

Далее, размер S электронно-эмиссионного микроблока (100) в области эмиссии электронов вдоль решетки может лежать в микрометрическом диапазоне. Иначе говоря, пространство, занимаемое каждым электронно-эмиссионным микроблоком (100) вдоль решетки, лежит в пределах 1-200 мкм; обычно оно составляет 50 мкм. Направление, перпендикулярное поверхности решетке, определяется как глубина или толщина. Толщина подложки (106) может характеризоваться макроразмером и лежать в миллиметровом диапазоне, составляя, например, 1-10 мм, а обычно - 4 мм. На фиг. 6 показана только часть подложки (106) по толщине. Толщина токопроводящего слоя (107) может лежать в миллиметровом или микрометрическом диапазоне, что в определенной степени зависит от используемого материала. Для облегчения изготовления и сокращения расходов предпочтительно, чтобы толщина токопроводящего слоя (107) лежала в микрометрическом диапазоне; например, для этого должна использоваться углеродная нанопленка толщиной 20 мкм. Толщина изолирующего слоя (102) также может лежать в микрометрическом диапазоне, составляя, к примеру, 5-400 мкм, а обычно - 100 мкм. Толщина слоя (103) сетки также может лежать в микрометрическом диапазоне, и в предпочтительных вариантах она должна быть немного меньше толщины изолирующего слоя (102), составляя, например, 5-400 мкм, а обычно - 30 мкм. Размер D отверстия (105) может лежать также в микрометрическом диапазоне, и быть меньше толщины изолирующего слоя (102), составляя, например, 5-100 мкм, а обычно - 30 мкм. Высота эмиттера (104) электронов может лежать в микрометрическом диапазоне и составлять менее половины толщины изолирующего слоя (102), например, 1-100 мкм, а обычно - 20 мкм. Расстояние Н от эмиттера (104) электронов до слоя (103) сетки (т.е. расстояние от верхней части эмиттера (104) электронов до нижнего края слоя (103) сетки) может лежать также в микрометрическом диапазоне и быть меньше толщины изолирующего слоя (102), т.е. меньше 200 мкм, а обычно - 80 мкм.

Размер S электронно-эмиссионного микроблока (100) может лежать о микрометрическом диапазоне, равно как и размер D отверстия (105), с тем, чтобы в отверстии (105) мог разместиться ряд одностенных или двустенных углеродных нанотрубок или комбинация таких нанотрубок диаметром менее 10 нанометров, обеспечивая определенную производительность по эмиссии тока. Размер отверстия (105) меньше толщины изолирующего слоя (102). Иначе говоря, отверстие (105) характеризуется формой «глубокого колодца». Напряженность электрического поля, воздействующая на верхнюю часть эмиттера (104) электронов, распределяется относительно равномерно, вследствие чего ток эмиссии с эмиттера (104) электронов обладает относительно хорошей характеристикой передачи в прямом направлении. Толщина слоя (103) сетки должна быть немного меньше толщины изолирующего слоя (102) с тем, чтобы электрическое поле в верхней части эмиттера (104) электронов было относительно равномерным, и чтобы не происходило запирание тока Е электронного пучка, испускаемого эмиттером (104) электронов. Вышеописанные структуры и размеры различных компонентов повышают качество тока Е электронного пучка, испускаемого электронно-эмиссионным микроблоком (100), увеличивают силу тока эмиссии и улучшают характеристики передачи в прямом направлении. Кроме того, управляющее напряжение отрегулировано таким образом, чтобы излучательная способность каждого электронно-эмиссионного микроблока (100) составляла более 100 нА, например, от 100 нА до 25 мкА.

Далее, расстояние Н от эмиттера (104) электронов до слоя (103) сетки составляет менее 20 мкм с тем, чтобы управляющее напряжение слоя сетки было меньше 500 В (это обусловлено тем, что если отношение напряжения между слоем сетки и эмиттером электронов к расстоянию между слоем сетки и эмиттером электронов превысит 2 В/мкм, то эмиттер электронов инициирует автоэлектронную эмиссию. Фактически, кончик эмиттера электронов из наноматериала демонстрирует эффект усиления напряженности. Иначе говоря, электрическое поле, оказывающее воздействие на кончик из наноматериала, будет характеризоваться отношением, превышающим отношение V/H, где величина V обозначает управляющее напряжение слоя сетки, а величина Н - расстояние между слоем сетки и эмиттером электронов). Обычно Н=80 мкм, а управляющее напряжение V=300 В. Соответственно, источник электронов согласно настоящему изобретению характеризуется легкостью управления с низкими затратами на регулировку.

Далее, размер S электронно-эмиссионного микроблока (100) лежит в микрометрическом диапазоне. В соответствии с обычными диапазонами размеров, указанными выше, размер S электронно-эмиссионного микроблока (100) может составлять 50 мкм. Область эмиссии электронов площадью 1 мм × 20 мм может содержать 8000 электронно-эмиссионных микроблоков (100), каждый из которых обладает излучательной способностью от 100 нА до 25 мкА. Область эмиссии электронов характеризуется излучательной способностью свыше 0,8 мА, например, 0,8-200 мА.

Далее, эмиттер (104) электронов может быть закреплен непосредственно на токопроводящем слое методом наращивания, приклеивания, набивки, пайки, спекания и т.п., или же он может быть закреплен на специально спроектированных выступах на токопроводящем слое, как это показано, например, на видах (А), (В) и (С) фиг. 7. На виде (А) фиг. 7 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее закрепление наноматериала на неподвижной конической бобышке. В альтернативном варианте эта бобышка может иметь форму куба, цилиндра или любую иную форму, используемую в данной области техники. На виде (В) фиг. 7 представлена конструкция, где на токопроводящем слое расположен металлический микростолбик (или металлический кончик), на котором закреплены наноматериалы, вследствие чего наноматериал приобретает древовидную форму. На виде (С) фиг. 7 показана структура, где токопроводящим слоем служит пленка, выполненная из наноматериала; при этом часть наноматериала нанопленки в отверстии загибается вверх в ходе последующей обработки.

На фиг. 8 представлена упрощенная схема конструкции источника рентгеновского излучения с источником электронов согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Источник рентгеновского излучения, показанный на фиг. 8, содержит следующие элементы: источник (1) электронов; анод (2), расположенный напротив источника (1) электронов; вакуумную камеру (3), в которую заключены источник (1) электронов и анод (2); управляющее устройство (4) источника электронов, соединенное с источником (1) электронов; высоковольтный источник (5) электропитания, соединенный с анодом (2); первое соединительное устройство (41), проходящее через стенку корпуса вакуумной камеры (3) и соединенное с источником (1) электронов и управляющим устройством (4) источника электронов; и второе соединительное устройство (51), проходящее через стенку корпуса вакуумной камеры (3) и соединенное с анодом (2) и высоковольтным источником (5) электропитания.

Как было сказано выше, источник (1) электронов содержит, по меньшей мере, одну область эмиссии электронов. В области эмиссии электронов предусмотрено множество электронно-эмиссионных микроблоков (100), каждый из которых занимает пространство вдоль решетки, размеры которого лежат в микрометрическом диапазоне. Электронно-эмиссионный микроблок (100) содержит базовый слой (101); изолирующий слой (102), расположенный на базовом слое (101); слой (103) сетки, расположенный на изолирующем слое (102); отверстие (105), проходящее через слой (103) сетки и изолирующий слой (102) и доходящее до базового слоя (101); и эмиттер (104) электронов в отверстии (105), закрепленный на базовом слое (101). Электронно-эмиссионные микроблоки (100) одновременно испускают или не испускают электроны.

Кроме того, рабочее состояние области эмиссии электронов регулируется управляющим устройством источника электронов, которое соединено с источником (i) электронов. Управляющее устройство источника электронов подает два разных напряжения на базовый слой (101) и слой (103) сетки в области эмиссии электронов источника (1) электронов через первое соединительное устройство (41). Электрическое поле, инициирующее автоэлектронную эмиссию, устанавливается между базовым слоем (101) и слоем (103) сетки, где разность потенциалов выражается величиной V. Напряженность электрического поля равна V/H (Н - расстояние между эмиттером (104) электронов и слоем (103) сетки). Если напряжение слоя (103) сетки превышает напряжения базового слоя (101), значение величины V будет положительным. В противном случае значение величины V будет отрицательным. Если напряжение V электрического поля выражено положительным значением, наноматериалом эмиттера (104) электронов служит углеродная нанотрубка, а напряженность V/H превышает 2 В/мкм (из-за эффекта усиления напряженности на конце из наноматериала фактическая напряженность электрического поля, воздействующего на наноматериал, может быть выше значения V/H), то область эмиссии электронов инициирует автоэлектронную эмиссию. При отрицательном или нулевом значении напряжения электрического поля область эмиссии электронов не инициирует автоэлектронную эмиссию. При повышении напряжения V и напряженности V/H происходит повышение силы тока электронной эмиссии. Соответственно, сила тока эмиссии с источника (1) электронов может регулироваться путем регулирования выходного напряжения V управляющего устройства (4) источника электронов. К примеру, регулируемый диапазон напряжения, которое может выдавать управляющее устройство (4) источника электронов, составляет 0-500 В. При нулевом выходном напряжении источник (1) электронов не испускает электроны. При достижении выходным напряжением определенного уровня (например, 200 В) источник (1) электронов начинает испускать электроны. При дальнейшем повышении выходного напряжения до следующего уровня (например, 300 В) сила тока эмиссии с источника (10) электронов достигает заданной величины. Если сила тока эмиссии с источника (1) электронов ниже или выше заданной величины, вернуть силу тока эмиссии с источника (1) электронов до заданной величины можно путем увеличения или понижения выходного напряжения управляющего устройства (4) источника электронов. Такое автоматическое регулирование с использованием обратной связи может быть без труда обеспечено современными системами управления. Обычно для удобства пользования базовый слой (101) области эмиссии электронов источника (1) электронов соединяется с потенциалом земли, а на слой (103) сетки подается положительное напряжение, или слой (103) сетки соединяется с потенциалом земли, а на базовый слой (101) подается отрицательное напряжение.

Далее, анод (2) выполнен с возможностью установления электрического поля высокого напряжения между анодом (2) и источником (1) электронов, а также приема тока Е электронного пучка, испускаемого источником (1) электронов, с его последующим ускорением электрическим полем высокого напряжения, вследствие чего образуются рентгеновские лучи. Анод (2) также называется мишенью. Обычно он выполняется из металлического материала, состоящего из тяжелых химических элементов, который называется материалом мишени. Широко используются такие материалы, как вольфрам, молибден, палладий, золото, медь и пр. В качестве материала мишени могут использоваться как металлы, так и сплавы. С целью сокращения расходов для изготовления подложки используется нормальный металл, на который в качестве материала мишени наносится один или несколько материалов, состоящих из тяжелых химических элементов. Для этого используются электролитическое осаждение, распыление, высокотемпературная опрессовка, сварка, пайка и прочие методы.

Анод (2) соединен с высоковольтным источником (5) электропитания анода через второе соединительное устройство (51). Высоковольтный источник (5) электропитания может генерировать высокое напряжение в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен кВ (например, 40-500 кВ), которое подается между анодом (2) и источником (1) электронов. Анод (2) характеризуется положительным напряжением относительно источника (1) электронов. Например, в типовом варианте основная часть источника (1) электронов соединена с потенциалом земли, и высоковольтный источник (5) электропитания подает на анод (2) положительное напряжение в 160 кВ. Между анодом (2) и источником (1) электроном образуется поле высокого напряжения. Это поле высокого напряжения ускоряет ток Е электронного пучка, испускаемый источником (1) электронов, который идет в направлении электрического поля (в направлении, противоположном направлению силовых линий электрического поля) и сталкивается с материалом мишени анода (2), вследствие чего формируются рентгеновские лучи.

Далее, вакуумная камера (3) представляет собой полностью герметичный полый корпус, в который заключен источник (1) электронов и анод (2). Корпус выполнен, в основном, из изоляционных материалов, таких как стекло, керамика и т.п. В альтернативном варианте корпус вакуумной камеры (3) может быть выполнен из металла, такого как нержавеющая сталь. Если корпус вакуумной камеры (3) выполнен из металла, указанный корпус должен отстоять от источника (1) электронов и анода (2) на достаточное расстояние. Это предотвратит возникновение токового и искрового разряда между корпусом и источником (1) электронов или анодом (2), и не будет влиять на распределение электрического поля между источником (1) электронов и анодом (2). Первое соединительное устройство (41) монтируется на стенке вакуумной камеры (3) для проводки электрических кабелей через стенку вакуумной камеры (3) с сохранением ее герметичности. Первое соединительное устройство (41) обычно представляет собой ввод, выполненный из керамики. Второе соединительное устройство (51) также монтируется на стенке вакуумной камеры (3) для проводки электрических кабелей через стенку вакуумной камеры (3) с сохранением ее герметичности. Второе соединительное устройство (51) обычно представляет собой высоковольтный ввод, выполненный из керамики. Внутри вакуумной камеры (3) создано сильное разряжение, которое поддерживается за счет сушки и удаления воздуха с помощью устройства отвода газов под действием высоких температур. Глубина вакуумирования обычно составляет не менее 10^-3 Па, а в предпочтительном варианте - не менее 10^-5 Па. В вакуумной камере (3) могут быть предусмотрены устройства поддержания вакуума, такие как ионные насосы и иные устройства подобного рода.

Далее, источник (1) электронов содержит, по меньшей мере, две области эмиссии электронов, например, N-oe количество областей эмиссии электронов. В каждой области эмиссии электронов предусмотрено множество электронно-эмиссионных микроблоков (100). Как было сказано выше, электронно-эмиссионный микроблок (100) содержит базовый слой (101); изолирующий слой (102), расположенный на базовом слое (101); слой (103) сетки, расположенный на изолирующем слое (102); отверстие (105), проходящее через слой (103) сетки и изолирующий слой (102), и доходящее до базового слоя (101); и эмиттер (104) электронов в отверстии (105), закрепленный на базовом слое (101). Электронно-эмиссионные микроблоки (100) в пределах одной области эмиссии электронов физически соединены друг с другом, а разные области эмиссии электронов физически отделены друг от друга.

Как было сказано выше, характеристика «электронно-эмиссионные микроблоки (100) в пределах одной области эмиссии электронов физически соединены друг с другом» означает, что их базовые слои (101) представляют собой один и тот же основной слой; слои (103) их сеток представляют собой один и тот же основной слой; и их изолирующие слои (102) представляют собой один и тот же основной слой.

Характеристика «разные области эмиссии электронов физически отделены друг от друга» может варьироваться от случая к случаю. В случае (А) базовые слои (101) и изолирующие слои (102) разных областей эмиссии электронов представляют собой, соответственно, одни и тот же слой, тогда как слои (103) сетки разных областей эмиссии электронов расположены в одной плоскости, но физически отделены друг от друга. В этом случае базовые слои (101) источника (1) электронов имеют общий вывод, соединенный с управляющим устройством (4) источника электронов с помощью первого соединительного устройства (41). Каждый из слоев (103) сетки различных областей эмиссии электронов характеризуется наличием отдельного вывода, который соединен с управляющим устройством (4) источника электронов через первое соединительное устройство (41). Для области эмиссии электронов в количестве N первое соединительное устройство (41) содержит отдельные выводы в количестве, по меньшей мере, N+1. Кроме того, базовые слои (101) источника (1) электронов соединены с потенциалом земли управляющего устройства (4) источника электронов через общий вывод, а многоканальные выходы (каждый из которых характеризуется положительным напряжением) управляющего устройства (4) источника электронов подключены к соответствующим слоям (103) сетки различных областей эмиссии электронов через первое соединительное устройство (41), благодаря чему каждая из областей эмиссии электронов может регулироваться автономно. В случае (В) слои (103) сетки и изолирующие слои (102) разных областей эмиссии электронов представляют собой, соответственно, один и тот же слой, тогда как базовые слои (101) разных областей эмиссии электронов расположены в одной плоскости, но физически отделены друг от друга. Например, между соседними областями эмиссии электронов предусмотрен зазор d. Если базовый слой (101) состоит из непроводящей подложки (106) и токопроводящего слоя (107), то разделение базовых слоев (101) может означать также и разделение токопроводящих слоев (107). В этом случае слои (103) сетки источника (1) электронов имеют общий вывод, который подключен к управляющему устройству (4) источника электронов через первое соединительное устройство (41). Каждый базовый слой (101) различных областей эмиссии электронов снабжен отдельным выводом, который соединен с управляющим устройством (4) источника электронов через первое соединительное устройство (41). Для областей эмиссии электронов в количестве N первое соединительное устройство (41) содержит отдельные выводы в количестве, по меньшей мере, N+1. Кроме того, слои (103) сетки источника (1) электронов соединены с потенциалом земли управляющего устройства (4) источника электронов через общий вывод, а многоканальные выходы (каждый из которых характеризуется положительным напряжением) управляющего устройства (4) источника электронов подключены к соответствующим базовым слоям (101) различных областей эмиссии электронов через первое соединительное устройство (41), благодаря чему каждая из областей эмиссии электронов может регулироваться автономно. В случае (С) разные области эмиссии электронов расположены в одной плоскости, однако слои (103) сетки, изолирующие слои (102) и базовые слои (101) физически отделены друг от друга. Например, между соседними областями эмиссии электронов предусмотрен зазор d. В этом случае базовые слои (101) и слои (103) сетки источника (1) электронов имеют общие выводы, которые соединены с управляющим устройством 94) источника электронов через первое соединительное устройство (41). Для областей эмиссии электронов в количестве N первое соединительное устройство (41) содержит отдельные выводы в количестве, по меньшей мере, 2N. Многоканальные выходы (где пара выводов составляет группу с разностью напряжений между ними) управляющего устройства (4) источника электронов соответственно подключены к базовым слоям (101) и слоям (103) сетки различных областей эмиссии электронов через первое соединительное устройство (41), благодаря чему каждая из областей эмиссии электронов может регулироваться автономно.

Как показано на фиг. 8, области эмиссии электронов в количестве N (области (11), (12), (13) и т.д. в разных местах источника (1) электронов) характеризуются линейным расположением. Источник (1) электронов может испускать электроны из разных точек. Анод (2) расположен напротив источника (1) электронов. Иначе говоря, как показано на фиг. 8, анод (2) расположен поверх источника (1) электронов; при этом он характеризуется аналогичной или схожей формой и размерами, что и источник (1) электронов; а поверхность анода (2), на которой формируются фокусные пятна, лежит напротив и параллельно или почти параллельно поверхности слоев (103) сетки источника (1) электронов. Ток Е электронного пучка, сгенерированный в областях эмиссии электронов ((11), (12), (13) и т.д.), поступает на фокусные пятна числом N ((21), (22), (23) и т.д.), расположенные в разных точках анода (2). В настоящем изобретении источник рентгеновского излучения, который формирует множество фокусных пятен рентгеновского источника в разных точках анода, называется распределенным источником рентгеновского излучения.

На фиг. 9 представлено схематическое изображение распределенного источника рентгеновского излучения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, в котором анод характеризуется наличием множества материалов мишени. Как показано на фиг. 9, анод (2) распределенного источника рентгеновского излучения содержит, по меньшей мере, два материала мишени, и поэтому он может испускать рентгеновские лучи разной полной энергии из разных фокусных пятен на мишени. Рентгеновский луч характеризуется непрерывным спектром. Термин «полная энергия» указывает на комплексное действие при варьирующихся пропорциях рентгеновских лучей различной энергии. Источник (1) электронов содержит, по меньшей мере, две области эмиссии электронов. Ток электронного пучка, испускаемый из каждой области эмиссии электронов, формирует фокусные пятна рентгеновского источника в разных точках на аноде (2). Разные материалы мишени обеспечены в разных точках расположения фокусных пятен на аноде (2). Поскольку разные материалы отличаются разными характеристическими спектрами, могут быть получены рентгеновские лучи с варьирующейся полной энергией. Например, в качестве подложки анода (2) использован молибден; при этом на поверхности анода (2) (напротив источника (1) электронов) предусмотрен участок мишени из вольфрама толщиной 200 мкм, нанесенного в области фокусных пятен (21), (23), (25) и т.д. (напротив областей (11), (13), (15) и т.д. эмиссии электронов), и участок мишени из меди толщиной 200 мкм, нанесенной в области фокусных пятен (22), (24), (26) и т.д. (напротив областей (12), (14), (16) и т.д. эмиссии электронов); при этом указанные материалы нанесены методом ионно-лучевого распыления. Если во время работы источника рентгеновского излучения анодное напряжение не меняется, то различные области эмиссии электронов генерируют токи Е электронного пучка, характеризующиеся одинаковой силой и энергией. Однако полная энергия рентгеновского луча XI, испускаемого из фокусных пятен (21), (23), (25) и т.д. (вольфрамовый слой мишени), будет превышать полную энергию рентгеновского луча Х2, испускаемого из фокусных пятен (22), (24), (26) и т.д. (медный слой мишени).

На фиг. 10 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее три режима работы распределенного источника рентгеновского излучения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 10, распределенный источник рентгеновского излучения, в котором используется источник (1) электронов согласно настоящему изобретению, может работать в разных режимах, что дает различные положительные эффекты. Типовой распределенный источник рентгеновского облучения обладает внутренней структурой, которая характеризуется тем, что области (11), (12), (13) и т.д. эмиссии электронов источника (1) электронов имеют одинаковую полосообразную форму и выстроены по ширине в одну линию с равными интервалами и в одной плоскости. При большом количестве областей эмиссии электронов (например, от нескольких десятков до нескольких тысяч) форма источника (1) электронов также будет полосообразной, и длинная сторона источника (1) электронов будет идти перпендикулярно длинной стороне области эмиссии электронов. Соотнесенный анод (2) также характеризуется полосообразной формой; при этом он совмещен по вертикали с источником (1) электронов и расположен параллельно указанному источнику электронов. Распределенный источник рентгеновского излучения может работать в самых разных режимах, что дает многочисленные положительные эффекты.

Первым режимом работы является режим А. Области эмиссии электронов в количестве N ((11), (12), (13) и т.д.) испускают электроны независимо друг от друга и формируют рентгеновские лучи в соответствующих точках (N) на аноде (2), которые образуют фокусные пятна на мишени. Согласно первому порядку работы области эмиссии электронов последовательно испускают электронные пучки в соответствии со своим расположением в течение времени Т. Иначе говоря, под управлением устройства (4) источника электронов происходит следующее: 1) область (11) эмиссии электронов испускает электронный пучок, который инициирует эмиссию рентгеновского луча в точке (21) на аноде (2) и прекращает указанную эмиссию по истечении времени Т; 2) область (12) эмиссии электронов испускает электронный пучок, который инициирует эмиссию рентгеновского луча в точке (22) на аноде (2) и прекращает указанную эмиссию по истечении времени Т; 3) область (13) эмиссии электронов испускает электронный пучок, который инициирует эмиссию рентгеновского луча в точке (23) на аноде (2) и прекращает указанную эмиссию по истечении времени Т; и т.д. Когда все области эмиссии электронов завершат первую автоэлектронную эмиссию, начнется второй цикл с шага 1, описанного выше. Согласно второму порядку работы последовательно испускают электронные пучки те области эмиссии электронов, которые разделены частично, что также происходит в течение определенного времени Т. Иначе говоря, под управлением устройства (4) источника электронов происходит следующее: 1) область (11) эмиссии электронов испускает электронный пучок, который инициирует эмиссию рентгеновского луча в точке (21) на аноде (2) и прекращает указанную эмиссию по истечении времени Т; 2) область (13) эмиссии электронов испускает электронный пучок, который инициирует эмиссию рентгеновского луча в точке (23) на аноде (2) и прекращает указанную эмиссию по истечении времени Т; 3) область (15) эмиссии электронов испускает электронный пучок, который инициирует эмиссию рентгеновского луча в точке (25) на аноде (2) и прекращает указанную эмиссию по истечении времени Т; и т.д. до тех пор, пока не будет достигнута оконечная точка источника электронов. Затем эта часть областей эмиссии электронов может опять начать эмиссию, или же параллельно эмиссию может начать другая часть областей эмиссии электронов ((12), (14), (16) и т.д.). Этот процесс повторяется циклически. Согласно третьему порядку работы некоторые области эмиссии электронов сводятся в группы. Различные группы последовательно испускают электронные пучки в течение определенного времени Т. Иначе говоря, под управлением устройства (4) источника электронов происходит следующее: 1) области (11), (14) и (17) эмиссии электронов испускают электронные пучки, которые инициируют эмиссию рентгеновских лучей в точках (21), (24) и (27) на аноде (2) и прекращают указанную эмиссию по истечении времени Т; 2) области (12) (15) и (18) эмиссии электронов испускают электронные пучки, которые инициируют эмиссию рентгеновских лучей в точках (22), (25) и (28) на аноде (2) и прекращают указанную эмиссию по истечении времени Т; 3) области (13), (16) и (19) эмиссии электронов испускают электронные пучки, которые инициируют эмиссию рентгеновских лучей в точках (23), (26) и (29) на аноде (2) и прекращают указанную эмиссию по истечении времени Т; и т.д. до тех пор, пока все группы не завершат автоэлектронную эмиссию. Этот процесс повторяется циклически. В режиме А каждая область эмиссии электронов управляется по отдельности; при этом формируется отдельная мишень, соответствующая конкретной области эмиссии электронов. Каждая область эмиссии электронов характеризуется большой шириной (например, 2 мм), а также током эмиссии большой силы (например, свыше 1,6 мА). Между соседними областями эмиссии электронов предусмотрен большой зазор (например, d=200 мкм), который соответствует мишеням с большими зазорами (например, межцентровое расстояние может составлять 2+2=4 мм) и определенным местоположением. Соответственно, упрощается его регулировка и использование.

Вторым режимом работы является режим В. Из N-ого числа областей эмиссии электронов ((11), (12), (13) и т.д.) все соседние области n эмиссии электронов могут быть сгруппированы так, чтобы они не перекрывались. Испускание электронов осуществляется погруппно. Рентгеновские лучи могут формироваться в соответствующих точках на аноде (2) числом N/n, образуя на мишени фокусные пятна числом N/n. Например, области (11), (12) и (13) эмиссии электронов образуют группу (1); области (14), (15) и (16) эмиссии электронов образуют группу (2); области (17), (18) и (19) эмиссии электронов образуют группу (3); и т.д. Вновь образованные группы числом N/3 (N/n=N/3) ((1), (2) и (3) и т.д.) могут срабатывать в любом порядке, предусмотренном для режима А. Режим В может дать несколько положительных эффектов. С одной стороны, комбинация областей эмиссии электронов повышает силу тока эмиссии с одновременным увеличением интенсивности рентгеновского излучения из каждого фокусного пятна на мишени. Число n может быть задано в зависимости от конкретной области применения распределенного источника рентгеновского излучения с целью получения требуемой интенсивности испускания электронного пучка. С другой стороны, ширина каждой области испускания электронов может быть дополнительно сокращена, и большее число областей эмиссии электронов может быть сведено в группу. При сбое в работе определенной области эмиссии электронов (например, закоротил один из электронно-эмиссионных микроблоков), которая затем была исключена из группы, эта группа может продолжить работу с силой тока эмиссии, уменьшенной на величину 1/n. Такое уменьшение может быть компенсировано регулировкой параметров. Соответственно, распределенный источник рентгеновского излучения в целом будет по-прежнему характеризоваться наличием фокусных пятен на мишени числом N/n; при этом обеспечивается отсутствие «черных пятен» (подобных черным линиям на мониторе), обусловленных неполадкой в одной из областей эмиссии электронов. Предотвращение появления «черных пятен», с одной стороны, может предотвратить появление мертвых зон на фокусных пятнах рентгеновского источника и, таким образом, сократить число случаев некорректной работы. С другой стороны, при некорректном функционировании нескольких областей эмиссии электронов вследствие преждевременного отказа, средства предотвращения появления «черных пятен» будут фактически продлевать срок службы распределенного источника рентгеновского излучения. Кроме того, число n в этом режиме может представлять собой постоянную или непостоянную величину. Например, количество областей эмиссии электронов в группе может быть равно 3, 5 и т.д. Комбинация N/n просто указывает на то, что число групп и фокусных пятен на мишени может быть получено путем деления количества N областей эмиссии электронов на множитель n.

Третьим режимом работы является режим С. Из N-ого числа областей эмиссии электронов ((11), (12), (13) и т.д.) все соседние области n эмиссии электронов могут быть сгруппированы так, чтобы некоторые из них (число а) перекрывались. Испускание электронов осуществляется погруппно. Рентгеновские лучи могут формироваться в соответствующих точках на аноде, образуя на мишени фокусные пятна числом . Комбинация указывает на округление результата до целого числа. Например, если n=3, а число а=2, то области (11), (12) и (13) эмиссии электронов образуют группу (1); области (14), (15) и (16) эмиссии электронов образуют группу (2); области (17), (18) и (19) эмиссии электронов образуют группу (3); и т.д. Соответственно, формируются группы числом N-2 ((1), (2), (3) и т.д.), которые могут срабатывать в любом порядке, предусмотренном для режима А. Режим С может дать несколько положительных эффектов. С одной стороны, режим С характеризуется теми же преимуществами, что и режим В, т.е. увеличением силы тока электронного пучка при автоэлектронной эмиссии и предотвращением появления «черных пятен» на мишени, обусловленных сбоем в работе определенной области эмиссии электронов. С другой стороны, в сравнении с режимом В режим С характеризуется наличием большего числа фокусных пятен на мишени и меньшим межцентровым расстоянием между ними (соседние фокусные пятна на мишени, соответствующие группам областей эмиссии электронов, частично перекрываются). Это дает положительный эффект при использовании распределенного источника рентгеновского излучения, поскольку увеличено как число фокусных пятен на мишени, так и число видов, вследствие чего может быть существенно улучшено качество изображений, полученных с помощью системы формирования изображений распределенного источника рентгеновского излучения. Как и в режиме В, множители n и а могут представлять собой непостоянные величины. Комбинация просто указывает на метод вычислений и означает, что количество фокусных пятен на мишени в режиме С будет меньше, чем в режиме А, но больше, чем в режиме В, что дает определенное преимущество, которое заключается в том, что в этом случае сила тока автоэлектронной эмиссии будет больше, чем в режиме А, и можно предотвратить появление «черных пятен».

Символ N обозначает целое число (N≥3); символ n обозначает целое число (N>n≥2)_; а символ а - целое число (n>a≥1).

Кроме того, рабочие режимы источника рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению не ограничены указанными тремя режимами. Доступен любой режим при условии, что области эмиссии электронов источника (1) электронов способны испускать электроны в заданной последовательности, или заданное число соседних областей эмиссии электронов источника (1) электронов способно испускать электроны в заданной последовательности.

Кроме того, описанная конфигурация областей эмиссии электронов источника (1) электронов носит исключительно иллюстративный характер. Иными словами, области эмиссии электронов могут характеризоваться схемой расположения иной формы, непараллельным расположением, беспорядочным расположением, многомерной схемой расположения (например, в виде решетки 4×100), некомпланарной схемой расположения и т.д. Все они представляют собой варианты реализации источника (1) электронов согласно настоящему изобретению. Соотнесенный анод (2) характеризуется структурой и формой, которые соответствуют схеме расположения областей эмиссии электронов. К примеру, многие варианты конфигурации раскрыты в таких патентных документах, как CN 203377194U, CN 203563254U, CN 203590580U и CN 203537653U. Области эмиссии электронов согласно настоящему изобретению могут быть также выстроены в порядке, описанном в указанных патентных документах.

На фиг. 11 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее распределенный источник рентгеновского излучения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, в котором источник электронов характеризуется особой конструкцией. Как показано на фиг. 11, области эмиссии электронов источника (1) электронов характеризуются шириной, лежащей в макроскопическом диапазоне, например, 2-40 мм, что примерно соответствует порядку величины расстояния от источника (1) электронов до анода (2). Например, отношение расстояния между источником (1) электронов и анодом (2) к ширине области эмиссии электронов может составлять менее 10 к 1. Поверхность областей эмиссии электронов характеризуется дугообразной формой по ширине (слева направо на фиг. 11). Соответственно, электроны, испускаемые различными электронно-эмиссионными микроблоками (100), обеспечивают улучшенный фокусирующий эффект. Дугообразная поверхность области эмиссии электронов может быть использована для центровки положения мишени на соотнесенном аноде (2). Например, ток Е электронного пучка, испускаемого из области (11) эмиссии электронов, формирует фокусное пятно (21) на аноде (2), а поверхность области (11) эмиссии электронов (или ее части) проиллюстрирована по ширине в виде дуги, центр которой приходится на фокусное пятно (21).

На фиг. 12 представлено схематическое изображение распределенного источника рентгеновского излучения, содержащего фокусировочное устройство согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 12, распределенный источник рентгеновского излучения дополнительно содержит множество фокусировочных устройств (6), предусмотренных между источником (1) электронов и анодом (2), которые расположены так, чтобы соотносится с конкретными областями эмиссии электронов. Фокусировочное устройство (6) может представлять собой электрод; соленоид, способный генерировать магнитное поле; или иное устройство подобного рода. Если в качестве фокусировочного устройства (6) используется электрод, то он может быть подключен к внешнему источнику электропитания (или системе управления, которая не показана) с помощью фокусировочного кабеля или иных средств соединения (не показаны) для получения предварительно поданного напряжения (электрического потенциала) с тем, чтобы электроны, испускаемые электронно-эмиссионными микроблоками (100), при прохождении через фокусировочное устройство (6) могли фокусироваться по центру. Если в качестве фокусировочного устройства (6) используется электрод, то он может быть изолирован от остальных элементов. При испускании электронов различными электронно-эмиссионными микроблоками (100) часть электронов, генерируемых электронно-эмиссионными микроблоками (100) по краям области эмиссии электронов, захватывается фокусировочным электродом для накопления электростатического заряда, благодаря чему электростатическое поле создает толкающее усилие, фокусируя по центру последующие электроны, проходящие через фокусировочное устройство (6). Если в качестве фокусировочного устройства (6) используется соленоид, то он может быть подключен к внешнему источнику электропитания (или системе управления, которая не показана) с помощью фокусировочного кабеля или иных средств соединения (не показаны). Соответственно, при прохождении заданного электрического тока через соленоид и последующем формировании фокусирующего магнитного поля с заданной напряженностью над областью эмиссии электронов электроны, испускаемые электронно-эмиссионными микроблоками (100), при прохождении через фокусировочное устройство (6) будут фокусироваться по центру. Фокусировочные устройства согласно настоящему изобретению отличаются тем, что они располагаются относительно областей эмиссии электронов во взаимнооднозначном соответствии, и закрывают сверху все электронно-эмиссионные микроблоки (100) в области эмиссии электронов. Фокусировочный кабель, средства соединения, источник электропитания (или система управления), не показанные на фиг. 11, представляют собой стандартные элементы, используемые в данной области техники.

На фиг. 13 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее на видах (А) ~ (D) некоторые эффекты коллимации распределенного источника рентгеновского излучения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 14, распределенный источник рентгеновского излучения дополнительно содержит коллимирующее устройство (7), которое расположено в выходном тракте рентгеновского луча и предназначено для выдачи рентгеновских лучей в форме пера, сходящих на конус или расходящихся веером, или множества параллельных рентгеновских лучей. Коллимирующее устройство (7) может представлять собой внутренний коллиматор, смонтированный внутри распределенного источника рентгеновского излучения, или внешний коллиматор, смонтированный за пределами распределенного источника рентгеновского излучения. В качестве материалов, из которых изготовлено коллимирующее устройство (7), обычно используются металлы высокой плотности, такие как, например, вольфрам, молибден, обедненный уран, свинец, сталь и т.д. Для облегчения понимания задана система координат, в которой продольное направление распределенного источника рентгеновского излучения (направление в сторону мишени) обозначено как направление X, поперечное направление распределенного источника рентгеновского излучения обозначено как направление Y, а направление выхода рентгеновских лучей обозначено как направление Z. Как показано на виде (А) фиг. 13, коллимирующее устройство (7) расположено перед распределенным источником рентгеновского излучения (в направлении выхода рентгеновских лучей). В коллимирующем устройстве (7) предусмотрены коллимирующие щели большой ширины. Длина расположения коллимирующей щели приблизительно равна длине расположения мишени распределенного источника рентгеновского излучения. Коллимирующее устройство (7) выдает сходящие на конус рентгеновские лучи, каждый из которых характеризуется очень большим углом в направлениях X и большим углом в направлении Y (на виде (А) фиг. 13 показан только один пучок рентгеновских лучей, сходящий на конус и исходящий их центрального фокусного пятна), Как показано на виде (В) фиг. 13, коллимирующее устройство (7) расположено перед распределенным источником рентгеновского излучения. В этом коллимирующем устройстве (7) предусмотрены очень узкие коллимирующие щели для рентгеновских лучей. Длина расположения коллимирующей щели приблизительно равна длине расположения мишени распределенного источника рентгеновского излучения. Коллимирующее устройство (7) выдает пучки рентгеновских лучей, каждый из которых характеризуется веерообразной формой в плоскости X-Z и сверхмалой толщиной в направлении Y (на виде (В) фиг. 13 показан только один веерообразный пучок рентгеновских лучей, исходящий из центрального фокусного пятна), Как показано на виде (С) фиг. 13, коллимирующее устройство (7) расположено перед распределенным источником рентгеновского излучения. Коллимирующие щели для рентгеновских лучей в коллимирующем устройстве (7) представляют собой ряд щелей, выстроенных в соответствии с расположением фокусных пятен; при этом каждая из этих щелей характеризуется определенной шириной (в направлении Y). Длина расположения коллимирующей щели приблизительно равна длине расположения мишени распределенного источника рентгеновского излучения. Коллимирующее устройство (7) выдает массив пучков рентгеновских лучей, каждый из которых характеризуется определенным углом расхождения в направлении Y и определенной толщиной в направлении X; при этом видно, что многочисленные пучки рентгеновских лучей идут параллельно друг другу в плоскости X-Z. Как показано на виде (D) фиг. 13, коллимирующее устройство (7) расположено перед распределенным источником рентгеновского излучения. Коллимирующие щели для рентгеновских лучей в коллимирующем устройстве (7) представляют собой ряд небольших отверстий, выстроенных в соответствии с расположением фокусных пятен. Длина расположения коллимирующей щели приблизительно равна длине расположения мишени распределенного источника рентгеновского излучения. Коллимирующее устройство (7) выдает массив точечных пучков рентгеновских лучей в плоскости X-Y, каждый из которых представляет собой перообразный пучок, ось которого совпадает с направлением Z. Все коллимирующие устройства (7), проиллюстрированные на видах (А), (В), (С) и (D) фиг. 13, расположены за пределами источника рентгеновского излучения и используются для изменения формы пучков рентгеновских лучей в их выходном тракте. Однако коллимирующее устройство (7) может быть также установлено внутри источника рентгеновского излучения, т.е. между анодом (2) и вакуумной камерой (3). Коллимирующее устройстве (7) может быть установлено ближе к аноду (2) или к стенке вакуумной камеры (3), В этом случае коллимирующее устройство (7) используется также для изменения формы пучков рентгеновских лучей в их выходном тракте. Если коллимирующее устройство (7) устанавливается внутри источника рентгеновского излучения, то можно уменьшить его размеры и все; при этом иногда достигается лучший коллимирующий эффект.

На фиг. 14 представлено схематическое изображение распределенного источника рентгеновского излучения круглой формы согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, Как показано на фиг. 14, мишени распределенного источника рентгеновского излучения расположены по кругу или занимают отрезок дуги. На фиг. 14 проиллюстрирован случай с круглой формой распределенного источника рентгеновского излучения. Различные области эмиссии электронов источника (1) электронов образуют круг; при этом соотнесенные аноды (2) также выстроены по кругу. Вакуумная камера (3) представляет собой круговое полое кольцо, в которое заключен источник (1) электронов и анод (2), и центр которого обозначен позицией «О». Сгенерированные рентгеновские лучи направлены на центр О или идут вдоль оси, на которой расположен центр О. Форма распределенного источника рентгеновского излучения может быть также овальной; в три четверти круга; полукруглой; в четверть круга; в виде дуги, стягивающей иные углы; и т.д.

На фиг. 15 представлено схематическое изображение распределенного источника рентгеновского излучения прямоугольной формы согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 15, фокусные пятна распределенного источника рентгеновского излучения расположены внутри замкнутого прямоугольника, образуя ломаную линию или отрезок прямой линии. На фиг. 15 проиллюстрирован случай, когда распределенный источник рентгеновского излучения имеет форму прямоугольной рамки. Различные области эмиссии электронов источника (1) электронов расположены внутри прямоугольной рамки, при этом соотнесенные аноды (2) также заключены в прямоугольную рамку. Вакуумная камера (3) представлена в виде прямоугольной рамки, в которую заключены источник (1) электронов и анод (2). Сгенерированные рентгеновские лучи направлены внутрь указанной прямоугольной рамки. Распределенный источник рентгеновского излучения может также характеризоваться U-образной формой (три четверти прямоугольника), L-образной формой (половина прямоугольника), в виде прямой линии (четверть прямоугольник), в виде равностороннего многоугольника, в виде иных ломаных линий с непрямыми углами и прочими формами.

На фиг. 16 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее на видах (А) ~ (D) несколько сечений распределенного источника рентгеновского излучения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 16, мишень анода (2) распределенного источника рентгеновского излучения может представлять собой прострельную или отражающую мишень.

На виде (А) фиг. 16 проиллюстрирован случай, когда анодные мишени распределенного источника рентгеновского излучения представляют собой прострельные мишени. Иначе говоря, в этом случае выходное направление рентгеновского луча практически совпадает с направлением подачи тока Е электронного пучка. В привязке к фиг. 14 вид (А) фиг. 16 может быть описан следующим образом: различные области эмиссии электронов источника (1) электронов расположены по внешнему кругу, а поверхности областей эмиссии электронов параллельны оси круга; различные фокусные пятна на аноде (2) образуют внутренний круг, расположенный концентрически с внешним кругом; вакуумная камера (3) представляет собой круговое полое кольцо, в которое заключен источник (1) электронов и анод (2); места расположения мишеней на аноде (2) характеризуются малой толщиной, например, менее 1 мм; при этом и ток Е электронного пучка, и рентгеновский луч направлены на центр О круга. В привязке к фиг. 15 вид (А) фиг. 16 может быть описан следующим образом: различные области эмиссии электронов расположены на внешнем прямоугольнике, а поверхности областей эмиссии электронов параллельны центральной оси прямоугольника; различные фокусные пятна анода (2) расположены во внутреннем прямоугольнике, центр которого совпадает с центром внешнего прямоугольника; вакуумная камера (3) представляет собой прямоугольное полое кольцо, в которое заключен источник (1) электронов и анод (2); места расположения мишеней на аноде (2) характеризуются малой толщиной, например, менее 1 мм; при этом и ток Е электронного пучка, и рентгеновский луч направлены внутрь прямоугольников.

На виде (В) фиг. 16 проиллюстрирован случай, когда анодные мишени распределенного источника рентгеновского излучения представляют собой отражающие мишени. Иначе говоря, в этом случае между направлением выхода рентгеновского луча и направлением подачи тока Е электронного пучка образуется угол в 90 градусов (угол в 90 градусов в данном случае представляет собой угол около 90 градусов; при этом указанный угол может варьироваться в пределах 70-120 градусов, в предпочтительном варианте - в пределах от 80 до 100 градусов). В привязке к фиг. 14 вид (В) фиг. 16 может быть описан следующим образом: различные области эмиссии электронов источника (1) электронов расположены по кругу, а поверхности областей эмиссии электронов перпендикулярны оси О круга; различные фокусные пятна на аноде (2) образуют еще один круг; при этом оба указанных круга характеризуются одинаковыми размерами, их центры расположены на оси круга, а плоскости, в которых лежат эти два круга, параллельны друг другу; или же анод (2) характеризуется наклонным углом (например, 10 градусов) относительно источника (1) электронов, вследствие чего поверхность, на которой расположены различные фокусные пятна анода (2), представляет собой коническую поверхность, ось которой совпадает с осью круга. Вакуумная камера (3) представляет собой круговое полое кольцо, в которое заключен источник (1) электронов и анод (2). Ток Е электронного пучка идет параллельно оси круга, а рентгеновский луч направлен на центр О круга. В привязке к фиг. 15 вид (В) фиг. 16 может быть описан следующим образом: различные области эмиссии электронов заключены в прямоугольник, а поверхности областей эмиссии электронов параллельны центральной оси О этого прямоугольника; различные фокусные пятна анода (2) расположены в другом прямоугольнике; при этом оба указанных прямоугольника характеризуются одинаковыми размерами и лежат в одной плоскости, в которой эти два прямоугольника расположены параллельно друг другу; или же анод (2) характеризуется наклонным углом (например, 10 градусов) относительно источника (1) электронов, вследствие чего поверхность, на которой расположены различные фокусные пятна анода (2), представляет собой поверхность пирамидальной формы, центральная ось которой совпадает с осью указанных прямоугольников. Вакуумная камера (3) представляет собой прямоугольное полое кольцо, в которое заключен источник (1) электронов и анод (2). Ток Е электронного пучка идет параллельно центральной оси прямоугольника, а рентгеновский луч направлен внутрь прямоугольника.

Далее, источник света, проиллюстрированный на виде (С) фиг. 16, также представляет собой прострельную мишень. Отличие от вида (А) фиг. 16 заключается только в схеме расположения источника (1) электронов и анода (2) в круге (или прямоугольнике), т.е. внешний и внутренний круги (или внешний и внутренний прямоугольники) заменены передним и задними кругами (или передним и задним прямоугольниками). Ток Е электронного пучка и рентгеновские лучи идут параллельно оси круга (или осевой линии прямоугольника). Иначе говоря, распределенные рентгеновские лучи испускаются в поперечном направлении относительно круга (или в поперечном направлении относительно прямоугольника).

Кроме того, источник света, проиллюстрированный на виде (D) фиг. 16. также представляет собой отражаемую мишень. Отличие от вида (В) фиг. 16 заключается только в схеме расположения источника (1) электронов и анода (2) в круге (или прямоугольнике), т.е. внешний и внутренний круги (или внешний и внутренний прямоугольники) заменены передним и задними кругами (или передним и задним прямоугольниками). Ток Е электронного пучка идет перпендикулярно осевой линии круга (или осевой линии прямоугольника), а рентгеновские лучи идут параллельно оси круга (или осевой линии прямоугольника). Иначе говоря, распределенные рентгеновские лучи испускаются в поперечном направлении относительно круга (или в поперечном направлении относительно прямоугольника).

Строго говоря, только вид (А) фиг. 16 соответствует фиг. 14 и 15, тогда как вид (В) фиг. 16 совпадает только с фиг. 15. Часть (В) фиг. 16 удобно описывать в привязке к описанию фиг. 15.

Далее, форма распределенного источника рентгеновского излучения может представлять собой комбинацию кривых и прямых линий, описанных выше, или спиралей и иных линий подобного рода, которые могут быть обработаны с использованием современных технологий обработки.

На фиг. 17 представлено схематическое изображение системы формирования изображений методом просвечивания рентгеновскими лучами с использованием распределенного источника рентгеновского излучения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. На фиг. 17 проиллюстрирована система формирования изображений методом просвечивания рентгеновскими лучами с использованием распределенного источника рентгеновского излучения согласно одному из вариантов реализации заявленного изобретения, которая содержит, по меньшей мере, один источник (81) рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению, предназначенный для генерирования рентгеновских лучей, способных охватывать всю область детектирования; по меньшей мере, один детектор (82), расположенный на другой стороне области детектирования напротив источника (81) рентгеновского излучения, предназначенный для приема рентгеновских лучей; и перемещающее устройство (84), расположенное между источником (81) рентгеновского излучения и детектором (82), которое предназначено для перемещения обнаруженного объекта (83) по области детектирования.

Первый конкретный вариант осуществления настоящего изобретения содержит следующие элементы: источник рентгеновского излучения, в котором предусмотрена одна область эмиссии электронов, и который формирует одно фокусное пятно на мишени; и множество детекторов, которые образуют линейную или планарную матрицу (или планарный детектор). Этот вариант реализации заявленного изобретения характеризуется конфигурацией, подобной конфигурации системы построения изображений методом просвечивания рентгеновскими лучами. Этот вариант осуществления настоящего изобретения отличается простотой конструкции, небольшими размерами и низкой стоимостью. Однако источник рентгеновского излучения с автоэлектронной эмиссией согласно настоящему изобретению обладает рядом преимуществ; в частности, он характеризуется более низким управляющим напряжением и высокой пусковой скоростью.

Второй конкретный вариант осуществления настоящего изобретения содержит следующие элементы: источник рентгеновского излучения, в котором предусмотрены две области эмиссии электронов, формирующие два фокусных пятна на мишени, выполненной из разных материалов, которые могут попеременно генерировать пучки рентгеновских лучей разной энергии; и множество детекторов, которые образуют линейную или планарную матрицу (или планарный детектор), или служащих в качестве двухэнергетических детекторов. Этот вариант осуществления настоящего изобретения отличается простотой конструкции, небольшими размерами и низкой стоимостью, и он может обеспечивать двухэнергетическое построение изображений, за счет чего повышается эффективность идентификации материалов, из которых изготовлены обнаруженные объекты.

Третий конкретный вариант осуществления настоящего изобретения содержит следующие элементы: распределенный источник рентгеновского излучения, формирующий множество фокусных пятен на мишени; и множество детекторов, которые образуют линейную или планарную матрицу (или планарный детектор). Эти детекторы выполняют построение изображений обнаруженного объекта методом просвечивания рентгеновскими лучами под разными углами (в разных точках), что дает возможность получения изображений в проходящих лучах, содержащих многоуровневую информацию по глубине. В сравнении с мультивидовой системой, использующей несколько обычных источников рентгеновского излучения, этот вариант реализации заявленного изобретения отличается простотой конструкции, небольшими размерами и низкой стоимостью.

Четвертый конкретный вариант осуществления настоящего изобретения содержит следующие элементы: один распределенный источник рентгеновского излучения, формирующий множество фокусных пятен на мишени; и один или несколько детекторов, которые получают изображения в проходящих лучах в инвертированном виде. Этот вариант реализации заявленного изобретения отличается уменьшенным количеством детекторов и, соответственно, более низкой стоимостью.

Пятый конкретный вариант осуществления настоящего изобретения содержит один или несколько распределенных источников рентгеновского излучения и одну или несколько соотнесенных детекторных матриц, где все фокусные пятна расположены таким образом, что они охватывают обнаруженный объект, а угол охвата превышает 180 градусов. Этот вариант реализации заявленного изобретения предусматривает конфигурацию статического источника рентгеновского излучения с широким углом охвата для получения полного трехмерного изображения обнаруженного объекта в проходящих лучах, обеспечивая высокую скорость обнаружения и высокий КПД.

Шестой конкретный вариант осуществления настоящего изобретения содержит следующие элементы: множество распределенных источников рентгеновского излучения и множество соотнесенных детекторных матриц, расположенных во множестве плоскостей в направлении доставки обнаруженного объекта. Этот вариант реализации заявленного изобретения отличается многократно увеличенной скоростью детектирования, или построением мультиэнергетических трехмерных изображений в разных плоскостях методом просвечивания рентгеновскими лучами разной энергии; или постепенным улучшением качества изображений. Например, в первой плоскости приблизительно определяются подозрительные участки, а во второй плоскости выполняется тщательное детектирование подозрительных участков по разным параметрам, в результате чего могут быть получены изображения высокого разрешения и четкости.

На фиг. 18 представлено схематическое изображение системы формирования изображений методом обратного рассеяния с использованием распределенного источника рентгеновского излучения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. На фиг. 18 проиллюстрирована система построения изображений методом обратного рассеяния с распределенным источником рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению, которая содержит следующие элементы: по меньшей мере, один распределенный источник (81) рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению, предназначенный для формирования ряда перообразных пучков рентгеновских лучей, охватывающих область детектирования; и, по меньшей мере, один детектор (82), расположенный на той же стороне области детектирования напротив источника (81) рентгеновского излучения, и предназначенный для приема рентгеновских лучей, отраженных от обнаруженного объекта.

Первый конкретный вариант осуществления настоящего изобретения дополнительно содержит перемещающее устройство (84), предназначенное для перемещения обнаруженного объекта (83) по области детектирования с целью построения его полного изображения.

Второй конкретный вариант осуществления настоящего изобретения дополнительно содержит передвигающее устройство, предназначенное для перемещения распределенного источника (81) рентгеновского излучения и обнаруженного объекта (83) с тем, чтобы область детектирования могла отсканировать обнаруженный объект с целью построения полного изображения этого объекта.

Третий конкретный вариант осуществления настоящего изобретения содержит, по меньшей мере, две группы, состоящие из распределенного источника (81) рентгеновского излучения и детектора (83), которые расположены по разные стороны обнаруженного объекта. Путем перемещения обнаруженного объекта с помощью перемещающего устройства или перемещения источника рентгеновского излучения с помощью передвигающего устройства осуществляется «комплексное» построение изображения.

Кроме того, предложена рентгеновская система обнаружения, содержащая следующие элементы: по меньшей мере, два распределенных источника рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению; по меньшей мере, две группы детекторов, соответствующих источникам рентгеновского излучения; и систему комплексной обработки изображений. По меньшей мере, одна группа, состоящая из распределенного источника рентгеновского излучения и детектора, используется для построения изображений обнаруженного объекта с помощью проходящих лучей; а, по меньшей мере, одна группа, также состоящая из распределенного источника рентгеновского излучения и детектора, используется для формирования изображения обнаруженного объекта методом обратного рассеяния. Система комплексной обработки изображений используется для всесторонней обработки изображений, полученных с помощью проходящих лучей, и изображений, полученных методом обратного рассеяния, что позволяет получать информацию, более точно характеризующую обнаруженный объект.

Кроме того, следует особо отметить, что система построения изображений методом просвечивания рентгеновскими лучами и система построения изображений методом обратного рассеяния, описанные выше, могут представлять собой стационарные устройства; или же они могут быть встроены в подвижные устройства, такие как перевозочные средства, представляя собой подвижную систему построения изображений методом просвечивания рентгеновскими лучами и подвижную систему построения изображений методом обратного рассеяния.

Кроме того, следует особо отметить, что система построения изображений методом просвечивания рентгеновскими лучами и система построения изображений методом обратного рассеяния, описанные выше, используются в общеупотребительном смысле. За счет встраивания вспомогательных элементов или без добавления таковых вышеописанные системы могут быть использованы для обнаружения, например, малогабаритных транспортных средств, грузов, багажа, ручной клади, механических деталей, промышленных продуктов, людей, органов тела и т.д.

Кроме того, предложено оборудование лучевой терапии под визуальным контролем в реальном масштабе времени, в состав которого входит: радиотерапевтический источник излучения, предназначенный для генерирования пучков излучения с целью лечения пациента ионизирующим облучением; многолепестковый коллиматор, предназначенный для регулирования формы пучков излучения при лучевой терапии с учетом очага поражения; передвижная кровать для перемещения и локализации пациента таким образом, чтобы можно было отрегулировать положение пучка излучения с учетом местоположения очага поражения; по меньшей мере, один распределенный источник рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению, предназначенный для генерирования пучков излучения с целью диагностической визуализации; планарный детектор, предназначенный для приема пучков излучения с целью диагностической визуализации; и система управления, предназначенная для формирования диагностического изображения по пучкам излучения с планарного детектора, локализации очага поражения на диагностическом изображении, совмещения центров пучков излучения с центром очага поражения и подгонки формы пучков излучения под форму очага поражения с помощью многолепесткового коллиматора. Распределенный источник рентгеновского излучения представляет собой распределенный источник рентгеновского излучения круглой или прямоугольной формы, испускающий рентгеновские лучи в поперечном направлении (варианты, проиллюстрированные на видах (С) и (D) фиг. 16); при этом ось или осевая линия распределенного источника рентгеновского излучения совпадает с осью пучка радиотерапевтического источника излучения. Иначе говоря, радиотерапевтический источник излучения и диагностический источник излучения расположены с одной стороны пациента. Планарный детектор расположен с другой стороны пациента относительно диагностического источника излучения. Пациента можно подвергать радиационной терапии под визуальным контролем с одновременным получением диагностического изображения без вращения консолей радиотерапевтического оборудования. Это называется лучевой терапией под визуальным контролем в реальном масштабе времени. Что касается лечения органов тела, характеризующихся физиологической подвижностью, таких как легкие, сердце и т.п., то система лучевой терапии под визуальным контролем в реальном масштабе времени способствует снижению доз облучения и уменьшению воздействия органических веществ, что имеет большое значение. Более того, распределенный источник рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению характеризуется наличием нескольких фокусных пятен на мишени, что дает возможность получать «трехмерные» диагностические изображения с информацией о глубине, которые отличаются от обычных двухмерных изображений. При лучевой терапии под визуальным контролем это может дополнительно повышать точность наведения и позиционирования пучков излучения

Как было сказано выше, настоящее изобретение лишь проиллюстрировано, но не ограничено описанными вариантами его осуществления. Следует понимать, что различные комбинации и изменения, соответствующие сути настоящего изобретения, а также любые устройства, оборудование или системы, в состав которых входит источник электронов согласно заявленному изобретению или источник рентгеновского излучения согласно заявленному изобретению, входят в объем настоящего изобретения.

Перечень ссылочных позиций:

1: Источник электронов;

11, 12 и 13: Области эмиссии электронов в источнике электронов;

100: Электронно-эмиссионный микроблок;

101: Базовый слой;

102: Изолирующий слой;

103: Слой сетки;

104: Эмиттер электронов;

105: Отверстие;

106: Подложка;

107: Токопроводящий слой;

2: Анод;

21, 22 и 23: Фокусные пятна рентгеновского источника на аноде;

3: Вакуумная камера;

4: Управляющее устройство источника электронов;

41: Первое соединительное устройство;

5: Высоковольтный источник электропитания;

51: Второе соединительное устройство;

6: Фокусировочное устройство;

7: Коллимирующее устройство;

81: Источник рентгеновского излучения;

82: Детектор;

83: Обнаруженный объект;

84: Перемещающее устройство;

S: Размер электронно-эмиссионного микроблока;

D: Размер отверстия;

Н: Расстояние от эмиттера электронов до слоя сетки;

h: Высота эмиттера электронов;

d: Интервал между областями эмиссии электронов;

V: Напряжение автоэлектронной эмиссии;

Е: Ток электронного пучка:

X: Рентгеновский луч;

О: Центр, осевая линия или ось источника рентгеновского излучения.

Изобретение относится к источнику электронов и источнику рентгеновского излучения, в котором используется указанный источник электронов. Источник электронов содержит по меньшей мере две области эмиссии электронов, в каждой из которых предусмотрено множество электронно-эмиссионных микроблоков; при этом каждый из электронно-эмиссионных микроблоков содержит: базовый слой; изолирующий слой, расположенный на базовом слое; слой сетки, расположенный на изолирующем слое; отверстие в слое сетки; эмиттер электронов, который закреплен на базовом слое и положение которого совпадает с положением отверстия. Электронно-эмиссионные микроблоки в пределах одной области эмиссии электронов электрически соединены друг с другом и могут одновременно испускать или не испускать электроны, а разные области эмиссии электронов гальванически развязаны между собой. Техническим результатом является возможность создания источника электронов, характеризующегося низким управляющим напряжением и током эмиссии большой силы, и источника рентгеновского излучения, в котором используется источник электронов; а также системы формирования изображений, рентгеновской системы обнаружения, оборудования для лучевой терапии под визуальным контролем в реальном масштабе времени и прочих систем, в которых используется источник рентгеновского излучения. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Источник электронов, содержащий:

одну или по меньшей мере две области эмиссии электронов, в каждой из которых предусмотрено множество электронно-эмиссионных микроблоков; при этом:

электронно-эмиссионный микроблок содержит: базовый слой; изолирующий слой, расположенный на базовом слое; слой сетки, расположенный на изолирующем слое; отверстие в слое сетки; эмиттер электронов, который закреплен на базовом слое и положение которого совпадает с положением отверстия; а

электронно-эмиссионные микроблоки в пределах одной области эмиссии электронов электрически соединены друг с другом и могут одновременно испускать или не испускать электроны,

где размер отверстия меньше толщины изолирующего слоя и меньше расстояния от эмиттера электронов до слоя сетки.

2. Источник электронов по п. 1, в котором, если указанный источник электронов содержит по меньшей мере две области эмиссии электронов, разные области эмиссии электронов электрически разделены.

3. Источник электронов по п. 2, в котором разные области эмиссии электронов электрически разделены, а это означает, что физически отделены друг от друга соответствующие базовые слои всех областей эмиссии электронов, или физически отделены друг от друга соответствующие слои сетки всех областей эмиссии электронов, или физически отделены друг от друга как соответствующие базовые слои, так соответствующие слои сетки всех областей эмиссии электронов.

4. Источник электронов по п. 1, в котором изолирующий слой характеризуется толщиной менее 200 мкм.

5. Источник электронов по п. 1, в котором слой сетки идет параллельно базовому слою.

6. Источник электронов по п. 1, в котором эмиттер электронов характеризуется высотой, составляющей менее половины толщины изолирующего слоя.

7. Источник электронов по п. 1, в котором эмиттер электронов может быть изготовлен с использованием наноматериалов, и такими наноматериалами могут служить, или одностенные углеродные нанотрубки, или двустенные углеродные нанотрубки, или многостенные углеродные нанотрубки, или комбинация указанных нанотрубок.

8. Источник электронов по п. 1, в котором:

базовый слой содержит подложку и токопроводящий слой, расположенный на подложке; а

эмиттер электронов закреплен на токопроводящем слое.

9. Источник электронов по п. 8, в котором эмиттер электронов составлен таким образом, что токопроводящий слой представляет собой пленку, выполненную из наноматериала, а часть наноматериала нанопленки в позиции, соответствующей отверстию, поднимается и идет перпендикулярно поверхности токопроводящего слоя.

10. Источник электронов по п. 1, в котором пространство, занимаемое электронно-эмиссионным микроблоком вдоль решетки, варьируется в пределах 1-200 мкм.

11. Источник электронов по п. 1, в котором соотношение между длиной и шириной области эмиссии электронов превышает 2:1.

12. Источник рентгеновского излучения, содержащий: вакуумную камеру;

источник электронов, расположенный в вакуумной камере, который содержит:

одну или по меньшей мере две области эмиссии электронов, в каждой из которых предусмотрено множество электронно-эмиссионных микроблоков; при этом:

электронно-эмиссионный микроблок содержит: базовый слой; изолирующий слой, расположенный на базовом слое; слой сетки, расположенный на изолирующем слое; отверстие в слое сетки; эмиттер электронов, который закреплен на базовом слое и положение которого совпадает с положением отверстия; а

электронно-эмиссионные микроблоки в пределах одной области эмиссии электронов электрически соединены друг с другом и могут одновременно испускать или не испускать электроны,

где размер отверстия меньше толщины изолирующего слоя и меньше расстояния от эмиттера электронов до слоя сетки;

анод, расположенный напротив источника рентгеновского излучения в вакуумной камере;

управляющее устройство источника электронов, выполненное с возможностью подачи напряжения между базовым слоем и слоем сетки в области эмиссии электронов источника электронов; и

высоковольтный источник электропитания, подключенный к аноду и выполненный с возможностью подачи высокого напряжения на анод.

13. Источник рентгеновского излучения по п. 12, дополнительно содержащий:

первое соединительное устройство, смонтированное на стенке вакуумной камеры и выполненное с возможностью подключения к источнику электронов и управляющему устройству источника электронов; и

второе соединительное устройство, смонтированное на стенке вакуумной камеры и выполненное с возможностью подключения к аноду и высоковольтному источнику электропитания.

14. Источник рентгеновского излучения по п. 12, в котором анод характеризуется наличием участков с фокусными пятнами, которые соотносятся с соответствующими областями эмиссии электронов источника электронов; при этом каждый из множества различных материалов мишени обеспечен в соответствующих участках анода с фокусными пятнами.

15. Источник рентгеновского излучения по п. 12, в котором управляющее устройство источника электронов осуществляет управление таким образом, чтобы области эмиссии электронов в источнике электронов испускали электроны в заданной последовательности.

16. Источник рентгеновского излучения по п. 12, в котором управляющее устройство источника электронов осуществляет управление таким образом, чтобы заданное число соседних областей эмиссии электронов в источнике электронов испускало электроны в заданной последовательности.

17. Источник рентгеновского излучения по п. 12, в котором поверхность области эмиссии электронов характеризуется дугообразной формой по ширине, а электроны, испускаемые всеми электронно-эмиссионными микроблоками, расположенными в этой области эмиссии электронов, фокусируются на точке в поперечном направлении.

18. Источник рентгеновского излучения по п. 12, дополнительно содержащий: множество фокусировочных устройств, которые соотносятся с множеством областей эмиссии электронов и которые расположены между источником электронов и анодом; при этом:

фокусировочные устройства закрывают сверху все электронно-эмиссионные микроблоки в области эмиссии электронов; и

фокусировочное устройство представляет собой электрод или соленоид.

19. Источник рентгеновского излучения по п. 12, в котором фокусные пятна на аноде располагаются по одной из следующих схем: по кругу, по дуге, в виде замкнутого прямоугольника, в виде ломаной линии или в виде отрезка прямой.