[发明专利]具有可加热场致发射电子发射器的X射线管和操作其的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种X射线管、一种包括这样的X射线管的医疗X射线设备以及一种操作这样的X射线管的方法。

背景技术

X射线照相装置可以用于各种医疗、分析或其他应用。例如，X射线管可以用于发射X射线以透射要分析的对象，其中，随后探测透射的X射线，并可以从探测的X射线吸收导出被分析对象的特性。

对于下一代X射线照相装置而言，可以期望大电流与电子束的小焦斑相组合以实现高空间分辨率。例如，为了使诸如心脏的运动器官的图像的运动诱发的模糊最小化，可以期望有高的时间分辨率，这尤其可能取决于用于采集图像的X射线源的开关时间等。

在X射线源中，电子从作为电子发射器的阴极被发射，并被电场向着阳极加速。常规上，热阴极用于热电子发射，其中，将阴极加热到极高的温度，使得阴极中电子的能量可以超过用于阴极的材料的逸出功，使得电子可以从热阴极的表面逃逸，并且之后可以向着阳极加速自由的电子。

然而，空间和时间分辨率要求的上述组合可以致使常规热阴极分别由于其非高斯射束和慢响应时间的原因而变得更不适合。此外，常规电子发射器一般不适于X射线管的小型化。

使用场致发射效应的电子发射器似乎满足以上空间和时间分辨率要求，并且具有成为用于下一代X射线管的理想电子源的潜力。

例如，WO2010/131209A1描述了一种X射线源，其具有使用场致发射的多个电子发射器。

然而，已经发现，电子的场致发射可能取决于多种参数，这可能导致不稳定的电子发射。

发明内容

需要允许改善电子发射特性的一种X射线管、一种包括X射线管的医疗X射线设备和一种操作X射线管的方法。具体而言，需要稳定的电子发射。

这样的需求可以由独立权利要求中定义的X射线管、医疗X射线设备和方法来满足。在从属权利要求中定义了本发明的实施例。

根据本发明的第一方面，提出了一种X射线管，其包括电子发射器、场发生器和加热器装置。所述电子发射器包括具有电子发射表面的衬底。这一表面具有粗糙度，所述电子发射表面适于在施加电场时，从这个表面的电子的场致发射。所述场发生器适于生成与所述电子发射器的所述电子发射表面毗邻的电场，以诱发所述电子发射表面的电子的场致发射。所述加热器装置适于与电子的场致发射同时地加热所述电子发射表面。

根据本发明的另一方面，提出了一种操作上文结合第一方面定义的X射线管的方法。该方法包括生成与所述电子发射表面毗邻的电场，以诱发所述电子发射表面的场致发射，并且优选与其同时地向所述加热器装置供应能量，以加热所述电子发射表面。作为选项，可以在生成电场之前向所述加热器装置供应能量，以预先处理所述电子发射表面。

所述电子发射器的所述电子发射表面可以包括碳纳米管(CNT)。这样的碳纳米管可以被涂覆到电子发射器衬底的表面上，并可以提供具有高粗糙度的电子发射表面，因为碳纳米管可以具有仅几纳米的直径，但长度长得多，使得多个纳米管可以像针一样从所述电子发射表面伸出，由此支持由于场效应导致的电子发射。

可以将碳纳米管直接涂覆到电子发射器衬底的表面上。可以不使用中间层和/或粘结剂来将碳纳米管附着到电子发射器衬底的表面。

在操作X射线管期间，可以将所述电子发射表面加热到超过100℃但低于温度上限的提高的温度，在所述温度上限处，热电子发射变得大于总电子发射的10％或大于场诱发的电子发射的10％。例如，所述加热器装置可以适于将电子发射表面加热到100摄氏度(℃)和1000摄氏度(℃)之间的，优选200℃和900℃之间的温度。已经发现，将电子发射表面加热到远超环境温度但优选远低于发生显著热电子发射的温度的这种提高的温度，在将场效应用于电子发射时，提高了稳定的电子发射特性。所述电子发射表面的加热应当显著低于发生显著热电子发射的温度，因为加热仅仅进一步优化了场致发射。将所述电子发射表面加热到的提高的温度应当保持低于这样的温度：在该温度下，从电子发射表面或CNT的热电子发射是显著的。优选地，这样的热电子发射保持低于总发射的10％。

所述加热器装置可以是适于直接或间接加热电子发射器衬底的电子发射表面的任何装置。可以应用任何类型的加热机制。例如，可以使用利用例如红外光源或激光器的辐射加热来加热所述电子发射表面。或者，可以应用通过介质的热传递，例如通过承载被加热液体的通道或介质的热传递。