在x射線產生中液體金屬靶的供應的製作方法

2023-09-22 16:28:35 1

專利名稱：在x射線產生中液體金屬靶的供應的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及液體金屬靶，具體涉及在電子撞擊X射線源中的使用。
背景技術：
X射線傳統上通過讓電子束撞擊固體陽極靶來產生。但是，在陽極的熱效應限制了 X射線源的性能。一種減輕涉及固體陽極靶過熱的問題的方式使用了旋轉的固體陽極。最近，已提議使用液體噴射流作為X射線產生中的電子靶。例如，WO 02/11499公開了使用液體噴射流作為電子束靶來產生X射線或者EUV輻射的方法和裝置。這樣的X射線源可以包括適於作為陽極、也就是作為電子束靶的液體金屬的接地噴射流。由於它的可再生性質，這樣的液體金屬噴射流能夠經受強電子束撞擊；作為比較，噴射流的傳播速度能夠相似於或者比傳統的旋轉陽極的切線速度高。雖然只有電子束攜帶的一部分能量被轉換成為X射線能量-其導致相當大的過量熱產生-這些液體噴射流X射線源還是具有優異的亮度的特徵，其帶來涉及曝光時間、空間解析度和諸如相差成像的新的成像方法的益處。但是，設計能夠在持久的時間內運行而沒有由於維護產生的間斷的液體金屬噴射流X射線源是一個挑戰。例如，在以前的這種X射線源中，操作者需要暫停X射線的產生， 以便改變或者再填充靶供應容器，或者改變或者再填充用於產生靶噴射流的加壓的推進氣體的容器。發明概述本發明的總體目標是提供向相互作用區域供應液體金屬的閉環系統，其中在所述相互作用區域，電子束撞擊液體金屬以產生X射線。設想本發明將提供在由於保養或者維修必須中斷X射線產生之前的延長的運行時間。通過介紹，涉及用於供應液體金屬噴射流的系統的背景和一些挑戰將被簡要地討論。提及的類型的X射線源包含電子槍和用於在真空腔內提供穩定的液體金屬噴射流的系統。使用的金屬優選是具有相對較低的熔點的一種，諸如銦、鎵、錫、鉛、鉍或者其合金。電子槍可以根據冷場發射、熱場發射、熱電子發射和諸如此類的原理運行。用於提供電子撞擊靶、也就是液體金屬噴射流的系統可以包含加熱器和/或冷卻器、加壓裝置、噴射流噴嘴和用於在噴射流的末尾收集液體金屬的容器。由於電子和液體金屬靶的相互作用， X射線輻射在撞擊區域產生。具有合適的透射特性的窗口允許這樣產生的X射線離開低壓腔。為了允許設備的連續運行，需要收回來自相互作用區域的的下遊的液體金屬，並且以閉環形式重複使用收回的液體金屬。在技術層面上，發現了以閉環的方式供應液體金屬噴射流需要承擔潛在的弱點。 例如，由於由泵活塞的移動、容納在液體內的固體汙染物的間歇性的機械式梗阻、在系統的多個部分內的液體平面的波動、和甚至泵的抽取能力的損失等導致的壓強變化，噴射流在速度、形狀和厚度方面的一致性，可能不是令人滿意的。在一些情況下，噴射流還可能在電子束撞擊噴射流的點之前變的空間不連續並且分解成為片段或者液滴，其將導致對於X射線產生的複雜化。金屬洩漏是用於提供液體金屬噴射流的閉環系統的另一個潛在的挑戰。洩漏的結果可以是金屬永遠地丟失到系統的外部，但還包括金屬在系統的不能到達的部分固化的情況。例如，在噴嘴的出口處和在液體噴射流撞擊在收集容器內包含的液體的位置可能產生霧狀懸浮液滴。如果這樣的相對移動的霧沉積在低壓腔的內壁上，它將從循環過程差不多永久地丟失。進一步地，如果低壓腔是適於持續地排洩氣體或者其氣體懸浮粒子的泵真空腔，以這種方式從系統中可以排出大量的液體。最後，密封件、管道和泵都是潛在的液體洩漏源，並且因此成為循環迴路的弱點。從用戶的觀點來看，洩漏可以釋放潛在的有毒氣體， 使液體的昂貴的補充成為必須，縮短維護間隔(特別地在清潔X射線輸出窗口之間的時間間隔)，通過損壞振動條件降低性能，並且通常使關聯的X射線源更加難以運行連續的一段時間。通過本發明克服和應對了這些挑戰。根據本發明的一個方面，因此這裡提出了用於閉環供應液體金屬到相互作用區域的方法，其中電子束撞擊液體金屬以便尤其通過軔致輻射或者特徵線發射產生X射線。該方法包括下面的步驟使用高壓泵，將包含在閉環循環系統的第一部分內的液體金屬的壓強升高到至少 10巴，優選地至少50巴或者更多。加壓的液體金屬被引導至噴嘴。雖然通過導管的任何引導將承擔在該環境中可能可忽略不計的一些壓強損失，但是加壓的液體金屬依然以10巴以上的壓強到達噴嘴，優選在50巴以上。液體金屬從噴嘴噴射進入真空腔以產生液體金屬噴射流，其中相互作用區域位於該真空腔內。噴射的液體金屬在通過相互作用區域以後在收集容器內被收集。在流動方向上(也就是，在系統的正常運行中，從收集容器向高壓泵流動的液體金屬)在位於收集容器和高壓泵之間的閉環循環系統的第二部分內，收集的液體金屬的壓強被升高到高壓泵的吸入側壓強(入口壓強)。高壓泵的入口壓強至少是0. 1巴，優選至少是0. 2巴，以便提供高壓泵的可靠並且穩定的運行。然後通常連續地重複上述步驟-就是說，將具有入口壓強的液體金屬再一次提供給高壓泵，其再一次加壓它到至少10巴等-以便以持續的、閉環的方式實現到相互作用區域的液體金屬噴射流的供應。用於加壓在循環迴路的高壓部分的液體金屬的高壓泵包括專用的高壓元件，以便允許在它的吸入側和釋放側產生相當大的壓強差。泵具體地可以是無密封型，以便降低洩漏的風險。動態密封，諸如滑動密封或者旋轉密封，已知確實對高壓洩漏特別敏感。這能夠導致壓強波動(由於動態密封的緊密度可能隨著它的實際位置而變化)和液體的穩定洩漏。在本發明的背景中，無密封泵，諸如膜式泵，相比具有動態密封的泵更加優選。升高收集的液體金屬的壓強到足夠的入口壓強的步驟確保了高壓泵的良好的運行條件，使它能夠向噴嘴供應穩定的高壓並且保護它不損失它的吸入能力。優選地，液體金屬噴射流通過真空腔的傳播速度是至少lOm/s。產生液體金屬噴射流以便該噴射流將在電子束撞擊金屬噴射流的位置在空間上連續。但是，應當注意，在電子束撞擊靶噴射流的位置以外，噴射流的分解通常是可接受的，因為噴射流的這樣的後期分解不在任何相關的程度上影響X射線的產生；這樣的分解的可能性不影響噴嘴的大小。液體金屬壓強從真空壓強直到入口壓強的升高可以通過在容器內收集噴射的液體並使用重力場被動實現，該容器具有這樣的布局在它的底端的液體金屬柱至少在運行過程中供應合適幅度的靜水壓到高壓泵的吸入側。可替換地，容器可以是基本上平坦的，但是通過在重力場中向下延伸的液體填充(在運行過程中)的導管連接到高壓泵。因此，相對於收集容器，在這個實例中高壓泵在重力場中的位置應該較低，並且在提供足夠的高壓泵的入口壓強的穩定狀態的運行過程中，至少在這些(在流動方向)之間的部分連接應該包含液體金屬。還可以主動地提供足夠的入口壓強，例如通過在收集容器和高壓泵之間布置啟動泵的方式，以提供加壓的液體金屬到後者的吸入側。還應當理解高壓泵的入口壓強能夠使用重力場和啟動泵的結合得到。如在先解釋的，X射線生成過程產生了相當大的量的過量熱。高溫可以加速系統的腐蝕和其他類型的劣化。為了去除來自液體金屬的過量熱，可以裝備冷卻器，諸如熱連接到收集容器的製冷線圈，適於將由電子束傳輸的過量熱釋放到循環系統外側。這樣的冷卻器可以以與電子束的實際強度成比例的速度運行，目的是保持包含在循環系統中的液體金屬在適度的設定點溫度，諸如稍微高於在討論中的金屬的熔點。但是，應當理解，液體金屬的溫度將隨著閉環循環系統的不同部分而變化。一般來說，可以應用溫度控制。除了去除由電子撞擊產生的過量熱以避免系統內敏感構件的腐蝕和過熱之外，可能需要加熱系統的其他部分的液體金屬。如果使用具有較高熔點的金屬並且由電子束供應的熱力不足以在整個系統中保持該金屬在它的液體狀態， 則可能需要加熱。關於特別的不便，如果溫度降到臨界值以下，撞擊收集容器的部分內壁的液體金屬的噴濺物可能固化並且從系統的液體循環迴路中消失。如果在運行過程中發生大的向外的熱流則也可能需要加熱，例如如果證實難以熱絕緣系統的一些部分。還應當理解， 如果使用的金屬在典型的環境溫度下不是液態，則在啟動時是需要加熱的。在真空腔內提供產生X射線的相互作用區域。對於在本發明的背景中的X射線的產生，優選地需要至多10_3毫巴的壓強。較低的壓強要求主要是由於電子束系統。對於一些精心製作的電子束系統，更高的真空壓強可能被接受。在具有優勢的實施方式中，該方法還包括衰減高壓泵可能在液體金屬中激發的壓強脈衝。已知許多位移式泵-包含單頭或多頭活塞泵和隔膜泵-不以連續的方式排出加壓的介質，並且這是提供均勻的液體金屬噴射流的障礙。能夠使用合適類型的脈衝衰減器實現壓強脈衝的衰減。例如，衰減器可以是隔膜蓄能器、氣囊式蓄能器、或者活塞式蓄能器。隔膜蓄能器可以包括能夠通過液體金屬內的壓強脈衝壓縮的大量氣體。氣體然後通常被封入隔膜後同時它的另一側與系統內包含的液體金屬接觸。氣體還可以提供在部分用液體金屬填充的豎管的封閉的頂端並且與系統的其餘部分自由相通。可替換地，衰減器可以是在流動方向上連接高壓泵和噴嘴的導管的彎曲部分，其適於彈性彎曲和吸收壓強脈衝。也可以設想其他類型的壓強脈衝衰減器。在當前情況下的金屬，其以蒸氣、霧和噴濺物的形式在真空腔中分布，許多包括液體靶的X射線源在一定程度上遭受從靶材發出的殘渣的汙染。為了降低這樣的殘渣的產生，本發明的方法的有利的實施方式通過讓噴射流撞擊傾斜的表面來提供液體金屬的收集。傾斜的表面將任何噴濺物從真空腔偏轉開而朝向收集容器。在本發明的系統的一些實現中，液體金屬在系統中的循環過程中可能通過一個或者多個過濾器。例如，相對較粗的過濾器可以在正常的流動方向上在收集容器和高壓泵之間布置，而且相對較細的過濾器可以在正常的流動方向上在高壓泵和噴嘴之間布置。粗的和細的過濾器可以單獨地或者結合使用。只要固體汙染物在它們損壞系統的其他部分之前被捕捉並從循環中去除，包含液體金屬的過濾的實施方式是有優勢的。根據本發明的第二個方面，提供了用於為X射線產生供應液體金屬電子靶的循環系統。還提供了包括這樣的循環系統的X射線源。附圖的簡要說明 現在將參考附圖詳細描述本發明的實施方式，其中

圖1是根據本發明的實施方式閉環供應液體金屬的方法的流程圖；圖2是用於為通過電子束撞擊產生X射線提供液體金屬靶的本發明的循環系統的示圖概覽；圖3示意性地示出了在圖2中概覽的循環系統的可替換的實施方式；圖4示意性地示出液體金屬收集容器的第一實現；圖5示意性地示出液體金屬收集容器的第二實現；和圖6示意性地示出了根據本發明的包括液體金屬的閉環循環系統的X射線源。在附圖中，同樣的部分或者細節一般始終通過同樣的參考符號標示。實施方式的詳細描述現在將參考圖1描述根據本發明當前優選的實施方式的用於閉環供應液體金屬的方法100。為了這個公開方案的清楚和簡潔，本方法將按照「步驟」進行描述。應當強調， 「步驟」不必是在時間上分隔開並且彼此分離的過程，而且可以以並行的方式在同一時間執行一個以上「步驟」。這個公開方案旨在的觀點是「步驟」表示液體在它通過適於執行該方法的循環系統的迴路的過程中經歷的不同的處理。在步驟110中，液體金屬的壓強被升高到高壓。一旦液體金屬噴射流從噴嘴入射， 高壓足以使其在真空腔中獲得高的傳播速度。通常地，高壓將至少是10巴，優選地至少50 巴並且直到超過100巴。根據圖3，被加壓的液體金屬容納在閉環循環系統300中，閉環循環系統300包括高壓泵312，優選為隔膜泵或者其他高壓泵。泵構成了到循環系統300的第一部分310(高壓部分)的過渡。在步驟112，加壓的液體金屬通過系統300的高壓部分310被引導至噴嘴332。因此，循環系統的高壓部分310位於高壓泵312和噴嘴332之間。在步驟112中，加壓的液體金屬在它從泵312到噴嘴332傳輸的過程中將損失一些壓強，但是其壓強保持足夠高以便金屬以至少10巴並且通常至少50巴的足夠高的壓強到達噴嘴。在本實施方式中，加壓的液體金屬在它到達噴嘴332之前通過光學細過濾器316。細過濾器316可以以不鏽鋼篩或者幾個連續篩的形式提供。依賴於高壓泵312的性質，在加壓的液體金屬內傳播的壓強脈衝可能作為加壓的副作用而產生。這樣的壓強脈衝可以在可選的第三步驟114中，使用在系統的第一部分內 (在細過濾器316之前或者之後)提供的衰減器318進行衰減。衰減器可以包括薄膜，該薄膜使大量氣體(諸如壓縮的隊)封入在它的後面。當壓強脈衝到達衰減器318時，液體側的壓強增加，薄膜延伸並且擠壓氣體。由於壓強回落，氣體又膨脹到它之前的體積。實際上， 通過衰減器318向前朝向噴嘴332傳播的任何剩餘脈衝具有降低的振幅。為了圖3清楚起見，繪製了從循環系統的第一部分310和衰減器318的連接線。然而，相似種類的衰減器可以在系統的第一部分310直接地、串聯布置，和/或該衰減器具有擴大的導管段的形式，該導管段具有如上面描述的通過壓縮的氣體體積支撐的作為牆的彈性薄膜。在需要更強的衰減的實施方式中，可以在第一部分310提供多個衰減器。在步驟116中，液體金屬通過噴嘴332噴射進入真空腔330。穩定的(空間上連續的)液體金屬噴射流然後可以用作在這個腔330內的電子束(沒有示出)的靶。電子束在相互作用區域(沒有示出)撞擊液體金屬，並且部分電子束能量被轉換為X射線。要使用的噴嘴口具有這樣的形狀和尺寸，以致噴射的液體金屬呈現物理上連續的噴射流的形式。噴射流將趨向於鬆弛到較低的表面能的狀態並且由此通常改變它的形狀。如上面解釋的，噴射流在電子束撞擊金屬噴射流的點以外分解成為噴霧、液滴、或者其他類型的不連續的部分，這是可以容忍的，因為這樣的後期分解在X射線產生上的任何影響是可以忽略不計的。類似地，重力將對噴射流的形狀具有非常小的影響，該噴射流不必與重力場平行。適當地，噴嘴是藍寶石板或者紅寶石板，通過其提供圓柱形孔或者錐形孔。孔的直徑可以與板的厚度在相同的數量級。噴嘴的形狀應該最小化液體金屬薄霧的產生，其可能汙染真空腔 330。考慮可選的X射線的產生條件，可以採用期望的噴射流的截面作為標定噴嘴尺寸的起始點。在優選的實現中，液體金屬在噴嘴處的壓強是大約100巴。噴嘴具有直徑IOOym的噴射口，其與藍寶石噴嘴的壁厚度相似。用於撞擊液體金屬噴射流的合適的電子束具有大約20 μ m直徑的焦點和大約200W的功率。閱讀和理解當前公開的內容後，技術人員將根據常規計算和實驗找到合適的參數。在步驟118，噴射的液體金屬在收集容器334中被收集。如上面已經討論的，液體金屬可能需要冷卻以避免系統的過熱。通常，在容器中的液體金屬的溫度應該優選地保持在熔化溫度稍微以上的溫度，並且可以隨著金屬的熔點、使用的金屬種類、系統300的熱絕緣性和它的構件的耐熱性的函數而發生變化。冷卻可以通過熱傳導電路336實現，其將過量的熱H排到系統以外。如果在容器334和系統外側之間的熱傳導很大，無源的熱傳導電路可以提供足夠的冷卻。如果需要更強的冷卻，人們可以使用包含壓縮冷卻介質的有源的製冷。在優選的實施方式中，使用固定在容器和/或導管的水冷式鋁塊實現冷卻。為了降低真空腔330的汙染，採取措施以便液體金屬噴射流的收集產生儘可能少的殘渣。已經證實，如果通過傾斜的表面引導噴射流進入收集容器334，則液體金屬的收集以規則的、非混亂的並且不是非常噴濺的方式進行。在循環系統300的穩定狀態的運行過程中，傾斜的表面可以是容器334的內壁或者接近液體金屬表面布置的板。使用與金屬噴射流呈45度或者更小的角度傾斜的表面實現了最好的殘渣阻止結果。傾斜的表面可以是如10度或者更小的角度一樣的陡峭。此外，液體金屬表面可以被包括噴射流的入口孔的篩網覆蓋；這樣的篩網適於捕獲薄霧和噴濺的液滴，並且阻止這些汙染真空腔330。作為又一個步驟120，為了為高壓泵312提供好的工作條件，收集的液體金屬的壓強被升高到高壓泵的入口壓強。這個步驟在位於收集容器334和高壓泵312的吸入側之間的系統300的第二部分320內發生。在這個實施方式中，壓強的升高通過啟動泵322有效地實現。對於如在優選的實施方式中使用的隔膜計量泵形式的高壓泵，高壓泵的入口壓強應該至少是0. 1巴，優選地至少0. 2巴。粗的機械過濾器324，諸如不鏽鋼過濾器，可以可選地提供在啟動泵322的上遊， 保護它免於潛在的有害的固體汙染物的汙染。在液體金屬再一次被高壓泵312加壓到至少10巴時，它在系統300離完成了迴路。上面描述的步驟現在將以連續的方式重複，以便在閉環系統中實現液體金屬到相互作用區域的穩定供應。一種優選的用於上面的方法中的金屬是包括95wt %的( 和5wt %的In、具有25°C的熔點和大約16°C的凝固點的合金。在該方法中使用的其他可以想到的金屬是 Galinstan ，其是包括 68. 5wt%&Ga、21.化和Sn、具有大約-19°C 的熔點和凝固點的合金，包括66wt %的h和%的Bi、具有大約72°C的熔點和凝固點的合金，和具有大約157°C的熔點和凝固點的純^1。在下面，根據附圖具體為圖3、圖4及其圖5詳細描述根據本發明的裝置。根據本發明的液體金屬的閉環循環系統300的形式的裝置作為框圖在圖3中示意性地示出。該裝置包括真空腔330，在其中電子束(沒有示出)撞擊到液體金屬靶噴射流上以便通過軔致輻射和特徵線發射產生X射線輻射。在真空腔提供噴嘴332以產生液體金屬靶噴射流。噴嘴通過管道或者導管系統可操作地連接至高壓泵312。在噴嘴和高壓泵之間的閉環循環系統的部分310組成高壓部分(第一部分)，在其中加壓的液體金屬向噴嘴332 傳輸以便噴射作為液體金屬靶噴射流。在循環系統的高壓部分310，可以可選地提供衰減器 318。該衰減器318的目的是降低在管道系統內的由高壓泵312導致的任何壓強脈衝，以便在噴嘴332產生平滑的並且連續的液體金屬靶噴射流。另外，循環系統的高壓部分310可以包括過濾器，諸如在316指示的細過濾器，以消除可能另外堵塞或者妨礙噴嘴332的細顆粒。高壓泵312從閉環循環系統的第二部分320工作，其中液體金屬的壓強顯著低於高壓部分310的壓強。在高壓泵的入口側，液體金屬的壓強應該具有合適的入口壓強。在循環系統的第二部分提供啟動泵322以將液體金屬的壓強從在真空腔出現的低壓升高到合適的入口壓強。通常，在高壓泵的入口側的入口壓強是至少0. 1巴，更優選地至少0.2巴。 管道系統320的第二部分將高壓泵312連接到收集容器334。在被噴嘴332以靶噴射流的形式噴射以後，並且在通過真空腔以後，在收集容器332收集液體金屬以用於進一步再循環，並且啟動泵322升高其壓強到高壓泵312的適合的入口壓強。在可替換的實施方式中， 如果提供了升高壓強到高壓泵312的適合的入口壓強的其他方法，可以免除啟動泵322。例如，通過在致使液體金屬柱在泵312的上方呈現的位置布置高壓泵312可以獲得高壓泵312 的足夠的入口壓強。換句話說，高壓泵312在重力場中低於收集容器設置，並且由液體金屬柱導致的靜水壓提供足夠的入口壓強。在收集容器334和高壓泵312之間的液體金屬的流體通道內可以提供可選的過濾器，諸如粗過濾器324，以消除在液體金屬內的顆粒汙染物。當電子束在真空腔內撞擊液體金屬靶噴射流時，大量的熱沉積在液體金屬內。為了去除過量的熱，可以提供與收集容器連接的冷卻系統336。在優選的實施方式中，冷卻系統包括一個或者多個固定在靠近收集容器的管道系統的水冷卻塊。水冷卻塊可以是具有冷卻水的通道的鋁塊。
上面給出了適合的金屬的一些例子。在閉環循環系統內的金屬的溫度控制是優選使金屬的溫度保持在稍微高於在討論中的金屬的熔點來實現的。當然，金屬的溫度在它剛剛與電子束相互作用以後將相當高，直到與收集容器連接的冷卻系統起作用後。但是，對於循環系統的其他部分，金屬的溫度最好保持在中等水平。保持金屬溫度在中等水平的一個原因是金屬在高溫可以變得對管道材料和系統的其他部分具有攻擊性。還應該注意，與本發明相關聯地使用的一些金屬可能需要在一些部分供應熱量以便在系統的運行過程中一直保持金屬為液態。例如，這可能意味著在循環系統的高壓部分可以添加加熱器。另外，當使用的金屬在環境(室內)溫度下不是液體時，在系統的啟動過程經常需要熱供應。圖4和圖5是如何能夠實現液體金屬收集的兩個例子。應該注意，圖4和圖5是高度示意性的，並且只是說明一般的原理。在圖4和圖5中，液體金屬噴射流通過向下的箭頭示意地指示。如上面描述的，當收集液體金屬噴射流時應該採取措施以避免或者降低在真空腔內的殘渣(噴濺、薄霧等)的形成。為此目的，提供傾斜的表面，其在液體金屬被收集以前被液體金屬噴射流撞擊。在一種實施方式中，如在圖4中示意性示出的，傾斜的表面以及收集容器是管道系統的一部分。在圖4示出的實施方式中，設計真空腔的出口，以便液體金屬噴射流通過開口 410射出真空腔，通過出口管道415的直筒部分前進一段距離，並且最終撞擊管道的傾斜部分420。由此，噴霧、薄霧或者其他殘渣返回真空腔330的風險被顯著地降低。為了進一步降低在真空腔內的殘渣的風險，真空腔的出口 410可以裝備孔，以降低在真空腔和管道之間的物理開口。在這種情況中，收集容器334由真空腔的出口管道的較低部分組成，如在圖4中指示的。作為替代方案，如在圖5中示意性示出的，管道的直筒部分415可以位於真空腔的一般區域內。還可設想，收集容器具有器皿的形式。如果管道本身或者器皿缺乏用於液體金屬噴射流在它通過真空腔的通道以後撞擊到其上的自然傾斜的表面，可以以板或者圓錐或類似的形式提供該傾斜的表面，其也在圖5中示意性示出。本發明還涉及X射線源，其包括上面所述的液體金屬的閉環循環系統。這樣的X 射線源在圖6中示意性地示出。除了閉環液體金屬循環系統300，X射線源600還包括用於產生電子束612的電子源610。電子束與液體金屬噴射流相互作用優選通過軔致輻射和特徵線發射來產生X射線輻射。如箭頭614所指示的，產生的X射線輻射向X射線窗口 616 傳播，通過該窗口 616，X射線射出真空腔330。在圖6中，示出包圍循環系統300和電子束源610的真空腔。但是，優選的可能是使例如循環泵和液體金屬的一些管道在真空腔以外。 另外，電子源610隻是非常示意性地示出，並且在任何實現中將通常使一些部分位於真空腔以外。
10
權利要求
1.一種用於閉環供應液體金屬到相互作用區域的方法(100)，在所述相互作用區域中，電子束撞擊所述液體金屬以產生X射線，所述方法包括以下步驟使用高壓泵升高(110)在閉環循環系統的第一部分內的所述液體金屬的壓強到至少 10巴；引導(112)至少10巴壓強的所述液體金屬到噴嘴；從所述噴嘴噴射(116)所述液體金屬到真空腔中以產生液體金屬噴射流，所述相互作用區域位於所述真空腔中；在收集容器內收集(118)所噴射的液體金屬；在位於在所述液體金屬的流動方向上的所述收集容器和所述高壓泵之間的所述閉環循環系統的第二部分內，升高(120)所收集的液體金屬的壓強到適合於所述高壓泵的入口壓強，所述入口壓強至少是0. 1巴；和重複上面的步驟以實現液體金屬到所述相互作用區域的閉環供應。
2.如權利要求1所述的方法，其中使用所述高壓泵升高所述壓強的所述步驟包括升高所述壓強到至少50巴。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述壓強被升高到至少100巴。
4.如權利要求1-3的任一項所述的方法，其中所述入口壓強至少是0.2巴。
5.如以上權利要求的任一項所述的方法，其中在所述液體金屬噴射流通過所述真空腔從所述噴嘴直到所述電子束要撞擊所述液體金屬噴射流的位置的傳播過程中，所述液體金屬噴射流在空間上連續。
6.如以上權利要求的任一項所述的方法，其中所收集的液體金屬被冷卻，以去除由所述電子束與所述液體金屬噴射流的相互作用產生的過量的熱。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述液體金屬被冷卻到150°C以下的溫度。
8.如以上權利要求的任一項所述的方法，其中噴射所述液體金屬進入所述真空腔的所述步驟被執行以便所述液體金屬噴射流在通過所述真空腔時具有至少lOm/s的傳播速度。
9.如以上權利要求的任一項所述的方法，其中在所述真空腔內的壓強低於10_3毫巴。
10.如以上權利要求的任一項所述的方法，還包括衰減(114)在所述閉環循環系統的所述第一部分內的所述液體金屬內的壓強脈衝的步驟。
11.如以上權利要求的任一項所述的方法，其中在所述收集容器內收集所述液體金屬的步驟通過讓所噴射的液體金屬衝擊傾斜的表面來執行，以降低來自所述收集容器的由液體金屬噴濺、薄霧和諸如此類物導致的對所述真空腔的汙染。
12.如以上權利要求的任一項所述的方法，其中所述液體金屬噴射流穿過在所述真空腔和所述收集容器之間的出口內的窄孔。
13.如以上權利要求的任一項所述的方法，還包括在所述液體金屬從所述收集容器到所述高壓泵的通道上使所述液體金屬通過粗過濾器的步驟。
14.如以上權利要求的任一項所述的方法，還包括在所述液體金屬從所述高壓泵到所述噴嘴的通道上使所述液體金屬通過細過濾器的步驟。
15.如以上權利要求的任一項所述的方法，其中升高所收集的液體金屬的壓強到所述入口壓強的步驟包括使所述高壓泵在重力場中的位置低於所述容器。
16.如以上權利要求的任一項所述的方法，其中升高所述收集的液體金屬的壓強到所述入口壓強的步驟包括使用啟動泵。
17.一種用於供應液體金屬到相互作用區域的閉環循環系統(300)，在所述相互作用區域中，電子束撞擊所述液體金屬以產生X射線，所述系統包括高壓泵(312)，其連接到所述循環系統(300)的高壓部分(310)的第一側；噴嘴(332)，其連接到所述循環系統(300)的所述高壓部分(310)的第二側；真空腔(330)，其用於接收從所述噴嘴(332)噴射的噴射流形式的液體金屬；收集容器(334)，其用於收集通過所述真空腔(330)以後的所述液體金屬；和裝置(322)，其位於所述循環系統(300)的所述真空腔(330)和所述高壓泵(312)之間，用於升高所述液體金屬的壓強到至少0. 1巴，以提供所述高壓泵(312)的入口壓強；其中在所述循環系統(300)的所述高壓部分(310)內的所述液體金屬的壓強是至少10巴。
18.如權利要求17所述的循環系統，其中在所述循環系統的所述高壓部分的所述液體金屬的壓強是至少50巴。
19.如權利要求18所述的循環系統，其中在所述循環系統的所述高壓部分的所述液體金屬的壓強是至少100巴。
20.如權利要求17-19的任一項所述的循環系統，其中所述入口壓強是至少0.2巴。
21.如權利要求17-20的任一項所述的循環系統，所述系統被配置成從所述噴嘴噴射空間上連續的噴射流形式的液體金屬，所述噴射流形式的液體金屬通過所述真空腔時具有至少lOm/s的傳播速度。
22.如權利要求17-21的任一項所述的循環系統，還包括冷卻器(336)，該冷卻器用於去除由所述電子束在所述金屬中沉積的過量熱。
23.如權利要求17-22的任一項所述的循環系統，其中在所述真空腔內的壓強低於10_3 毫巴。
24.如權利要求17-23的任一項所述的循環系統，還包括衰減器(318)，該衰減器用於衰減由所述高壓泵導致的在所述液體金屬內的壓強脈衝。
25.如權利要求17-24的任一項所述的循環系統，還包括傾斜的表面020)，在液體金屬噴射流通過所述真空腔以後，該液體金屬噴射流撞擊所述傾斜的表面，所述傾斜的表面被設計成降低在所述真空腔內的來自所述液體金屬的殘渣的形成。
26.如權利要求17-25的任一項所述的循環系統，還包括在所述真空腔的出口內的孔， 所述孔被設計和構造為降低殘渣從所述收集容器進入所述真空腔的風險。
27.如權利要求17-26的任一項所述的循環系統，還包括用於從循環的液體金屬去除微粒汙染物的一個或者多個過濾器(316 ；324)。
28.如權利要求17-27的任一項所述的循環系統，其中用於升高所述液體金屬的壓強到至少0. 1巴以提供所述高壓泵的入口壓強的所述裝置具有啟動泵(322)的形式。
29.—種包括電子源(610)和根據權利要求17-28的任一項的閉環循環系統的X射線源(600)。
全文摘要
呈現了用於向相互作用區域提供液體金屬的閉環循環，在該相互作用區域，電子束撞擊液體金屬以產生X射線。在根據本發明的方法中，使用高壓泵(312)將液體金屬的壓強升高到至少10巴。加壓的液體金屬然後被引導至噴嘴(332)並且以空間連續的噴射流的形式噴射進入真空腔(330)。在通過真空腔以後，在收集容器(334)內收集液體金屬，並且例如使用啟動泵(322)將液體金屬的壓強升高到適於高壓泵的入口的入口壓強。本發明還涉及對應的循環系統和裝備這樣的循環系統的X射線源。
文檔編號H01J35/08GK102369587SQ200980158566
公開日2012年3月7日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者奧斯卡·漢伯格, 湯米·圖希瑪, 米卡爾·奧滕達爾 申請人:伊克斯拉姆公司