[发明专利]低能量X‑射线的生成装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于生成X射线的装置。它特别适用于(但不限于)对医学物品、药剂产品、或者食品或饮料的包装进行消毒的低能量X射线生成器。下面对其它可能的应用进行了讨论。

背景技术

X射线生成器通常用于制作或包装设施中，其用于对医学物品、药剂产品、或者食品或饮料的包装进行消毒。

在这些应用中(例如对包装进行消毒)，按照惯例，需要进行消毒的物品将会暴露于放射源(例如放射性钴)产出的X射线辐射。该辐射包括“硬”X射线，即具有高能量的辐射(测量到数兆电子伏特(eV))。

“硬”X射线通常是由放射衰变过程产生的，在该过程中，原子核经历了向元素周期表中的不同元素的转变，同时通过电磁波放射出能量。这发生在所谓的“伽马工厂”中，它利用了放射性钴的衰变并放射出高能量的X射线光子(在该特定实例中被称为伽马粒子，尽管这仍然是X射线辐射，只是具有了特定的能量和波长)。

现在的消毒标准需要25kGy(千戈瑞)数量级的剂量来实现将细菌消灭到可接受的级别。这样的剂量需要将包装暴露到放射源中很长时间，通常需要若干小时。为了使其可行，这种消毒通常是分批地在包含一个或多个托货盘的产品中实施的。这是可行的，因为“硬”X射线凭借它们的高能量有能力穿入到大量堆叠的包装中。

但是，近来，如GB 2444310A中讨论的，发现低能量或“软”X射线更适合表面的消毒。“软”X射线的特征在于相对较低的能量，并主要具有5至20keV的量子能。由于它们的低能量，这些软X射线具有较高的吸收性。因此，在消灭表面细菌时这种X射线的效率较高，并且所需要的总暴露时间比使用高能量X射线时更低。低能量X射线的剂量也是可取的，它降低了损坏被消毒的材料的风险，并且这种X射线的柔和性也使得可以将它们安全的用于生产线中，而不会对工作人员造成危险或者对于大规模铅屏蔽的需求。

可使用粒子加速器(例如，电子枪)生成带电粒子流来生成这种“软”X射线。当这些粒子由于与物体的相互作用(例如，当它们撞击金属目标时)而被减速时，它们会放射出电磁辐射。如果粒子束的初始能量足够高，电磁辐射将会定位于放射光谱的X射线范围内。

当电子改变它们的运动方向时，它们也会放射出X射线，如同同步加速器的情况(同步加速器辐射可在宽光谱范围中生成，包括X射线)。

在目前的工作中，我们会讨论基于加速的X射线的生产方法。大多数的X射线源运行在低功率水平(它们是例如医疗/牙科X射线装置、非破坏性试验(NDT)和行李扫描设备)。这是由设备的特定任务决定的：它们必须生成确保最佳图像质量的X射线束。同时，由于对X射线成像的需求，这些射线源通常是作为点射线源产生。生成这种用于成像应用的粒子束的最佳方式是在真空中对电子进行加速并随后将它们引导到金属目标上。

但是，对于消毒应用的情况，具有热阴极的真空X射线管不是很好地适合于长周期的重负荷运行。因此，在目前的工作中，我们选择的X射线生产方法基于的是在具有冷阴极的充气设备中生成电子，而不是具有加热丝的真空电子束射线源。

现存的“软”X射线生成器系统，例如GB 2444310A中披露的，具有许多缺点，这些缺点至少部分地是由阴极和阳极电极的布置以及在它们之间发生的电弧放电导致的。电极间的电弧放电、以及由此导致的电极腐蚀会导致系统运行寿命的减少。这还会影响其在发射器头部的较大横截面上同时生产稳定的、可靠的和可再现的X射线的能力，以及提供连续的和连贯的运行的能力。

因此，本发明的实施例寻求实现下面的一个或多个目标：(1)提高X射线生成器系统的运行寿命；(2)使其能够在X射线发射器头部的较大横截面上运行(3)改进设备的稳定性和可再现性(最小化生成能量的脉冲与脉冲之间的变化)；(4)避免电弧放电并排除不稳定性，当用于需要高水平的连续和连贯的运行的工业环境中时，这种电弧放电和不稳定性会降低设备的稳定性。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了如所附权利要求1限定的X射线源。于是，提供了一种用于生成软X射线的X射线源，该X射线源包括：阴极，其具有由支撑结构支撑的电子发射结构，该电子发射结构至少部分地对支撑结构界定的区域内的X射线是透明的；阳极，其具有与阴极的电子发射结构平行的X射线发射表面；电绝缘隔板，其配置在阳极与阴极之间；其中阴极的电子发射结构和阳极的X射线发射表面被配置为，在使用中，电子发射结构可操作性地向阳极轰击电子，使得X射线从X射线发射表面发射出并穿过阴极；其中的绝缘隔板被配置为位于阳极与阴极的支撑结构之间，并突出到支撑结构之外、跨越部分阳极并且进入到所述区域中。