X-射線電子管的改良陰極結(jié)構(gòu)的制作方法

專利名稱：X-射線電子管的改良陰極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式主要涉及X-射線電子管陰極領(lǐng)域，并且更具體地涉及X-射線電子管陰極的電子發(fā)射結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
如圖1所示，傳統(tǒng)的X-射線電子管的盤繞絲極具有封閉卷繞的螺旋形式，懸掛在導(dǎo)槽中間。線圈的縱向示意圖如圖2所示。通常，絲極線圈面向電子管的陽極，并且電場的幾何形狀趨于擴(kuò)散，特別在絲極線圈附近的地方電場更低，導(dǎo)致電子束的擴(kuò)散；并且由此減少了提供給陽極的電子束強度。如圖2所示，束流從具有對面陽極的凸曲率的陰極表面的擴(kuò)散對于圓柱形絲極線圈來說是已知的幾何特性。需要注意的是，出于強調(diào)的目的，圖2中的擴(kuò)散被放大。電子束的擴(kuò)散增加了入射到陽極上的電子束流寬度，減少了入射到陽極上中電子束的均勻性，并且使入射到陽極上的電子束的邊緣變得模糊。

發(fā)明內(nèi)容
將描述一種用于X-射線電子管陰極的具有表面的螺旋盤繞的圓柱形絲極的設(shè)備和方法。在一個實施方式中，相對于圓柱形絲極的表面的非選定部分，表面的選定部分具有被改變的特性。在一個實施方式中，被改變的特性是曲率。在另一個實施方式中，被改變的特性是功函數(shù)。特性改變的目的是改良入射到X-射線電子管的陽極上的電子束的精確度和強度。在一個實施方式中，公開了一種設(shè)備，該設(shè)備包括絲極，該絲極用作X射線電子管的陰極，其中該絲極的部分具有至少一被改變的特性，且該被改變的特性促使電子軌跡形成一集中的電子束。在一個實施方式中，公開了一種設(shè)備，該設(shè)備包括X射線電子管的陰極絲極，其中該絲極的部分的功函數(shù)被降低，其中該陰極包括第一材料和第二材料。在一個實施方式中，公開了一種設(shè)備，該設(shè)備包括X射線電子管的陰極絲極，該陰極絲極具有表面，其中相比于該表面的多個非選定部分，該表面的多個選定部分至少具有較低的功函數(shù)，其中所述非選定部分包括基本絲極材料，且所述選定部分包括滲碳基本絲極材料。在一個實施方式中，公開了一種設(shè)備，該設(shè)備包括X射線電子管的陰極，該陰極包括絲極，該絲極具有外表面，其中相比于該外表面的多個非選定部分，該外表面的多個選定部分具有至少一被改變的特性，且該至少一被改變的特性包括該表面的選定部分的第一功函數(shù)，該第一功函數(shù)低于所述非選定部分的第二功函數(shù)。在一個實施方式中，公開了一種設(shè)備，該設(shè)備包括X射線電子管的陰極，該陰極包括被纏繞為盤繞螺旋結(jié)構(gòu)的絲極，該絲極定義了一圓柱形外表面，其中該圓柱形外表面的選定部分在所述盤繞螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋軸方向上具有被更改的截面。在一個實施方式中，公開了一種設(shè)備，該設(shè)備包括具有多個線圈的絲極，該絲極用作X射線電子管的陰極，該絲極包括至少一被改變的特性，且與該絲極不具有被改變的特性相比，該被改變的特性促使該絲極具有較低的功函數(shù)。在一個實施方式中，公開了一種設(shè)備，該設(shè)備包括絲極，該絲極被配置為具有被更改的功函數(shù)，該絲極用作X射線電子管的陰極，該絲極包括含釷鎢或滲碳含釷鎢。在一個實施方式中，公開了一種設(shè)備，該設(shè)備包括絲極，該絲極被別配置為具有被更改的功函數(shù)，該絲極用作X射線電子管的陰極，該絲極包括含鑭鎢或滲碳含鑭鎢。在一個實施方式中，公開了一種設(shè)備，該設(shè)備包括絲極，該絲極被別配置為具有被更改的功函數(shù)，該絲極用作X射線電子管的陰極，該絲極包括含鈰鎢或滲碳含鈰鎢。在一個實施方式中，公開了一種設(shè)備，該設(shè)備包括絲極，該絲極具有多個線圈，該絲極用作X射線電子管的陰極，該絲極包括含釷的碳化二鎢(W2C/Th02)、含鈰的碳化二鎢 (W2C/Ce02 或 W2C/Ce20;3)、或含鑭的碳化二鎢(W2C/Ln03)。在一個實施方式中，可以通過磨掉或切除表面的選定部分的材料來形成曲率。在另一個實施方式中，可以通過彎曲表面的選定部分的材料來形成曲率。在一個實施方式中，圓柱形絲極的表面具有基本絲極材料，該基本絲極材料具有相關(guān)的功函數(shù)。在一個實施方式中，功函數(shù)通過在表面的選定部分上沉積材料膜層而被改變，所述表面具有基本絲極材料。在一個實施方式中，材料膜層具有比非選定部分的基本絲極材料低的功函數(shù)。在另一個實施方式中，改變功函數(shù)包括在表面的非選定部分上沉積材料膜層，所述表面具有基本絲極材料。材料膜層具有比選定部分的基本絲極材料高的功函數(shù)?？蛇x擇地，改變功函數(shù)包括在表面的選定部分沉積第一材料膜層，以及在表面的非選定部分上沉積第二材料膜層。第一材料膜層具有比非選定部分的第二材料膜層低的功函數(shù)。通過附圖以及下述的詳細(xì)描述，本實施方式的其它特點和優(yōu)點將顯而易見。


本實施方式將通過示例性的方式進(jìn)行說明，并不局限于附圖中的圖示。圖1示出了 X-射線電子管的傳統(tǒng)的螺旋形式的盤繞絲極。圖2示出了圖1所示盤繞絲極的縱向示意圖。圖3示出了包括陰極和陽極的X-射線電子管的一個實施方式。圖如示出了圓柱形絲極線圈的一個實施方式的縱向示意圖，該圓柱形絲極線圈的表面的選定部分有凹曲率。圖4b示出了用于將在選定部分中的表面的凸曲率改變?yōu)榛旧掀降幕虬嫉那实姆椒ǖ囊粋€實施方式。圖如示出了圓柱形絲極線圈的另一個實施方式的縱向示意圖，該實施方式在表面的選定部分上有凹曲率。圖恥示出了用于將在選定部分中的表面的凸曲率改變?yōu)榛旧掀降幕虬嫉那实姆椒ǖ牧硪粋€實施方式。圖6顯示了示出了關(guān)于表面選定部分的發(fā)射表面曲率半徑的相對束流寬度。
圖7a示出了顯示表面的選定部分和非選定部分的邊界的圓柱形絲極線圈的一個實施方式的縱向示意圖。圖7b示出了在圓柱形絲極線圈的表面的選定部分上沉積材料的一個實施方式的縱向示意圖。圖7c示出了在圓柱形絲極線圈的表面的非選定部分上沉積材料的另一個實施方式的縱向示意圖。圖7d示出了在圓柱形絲極線圈的表面的選定部分和非選定部分兩者上都沉積材料的另一個實施方式的縱向示意圖。圖7e示出了用于相對于表面的非選定部分改變選定部分的功函數(shù)的方法的一個實施方式。圖7f示出了在盤繞絲極的表面上沉積材料的方法的一個實施方式。圖7g示出了用于轉(zhuǎn)化/碳化盤繞絲極的表面的材料的方法的一個實施方式。圖示出了用于轉(zhuǎn)化/碳化和擴(kuò)散盤繞絲極的表面的材料的方法的一個實施方式。圖8示出了顯示在X-射線電子管中從陰極的被均勻碳化的絲極線圈發(fā)射到陽極的電子束的示例性實施方式的示意圖。圖9示出了在X-射線電子管中從陰極的被選擇性碳化的絲極線圈發(fā)射到陽極的電子束的示例性實施方式的示意圖。圖10示出了圖9所示的從被選擇性碳化的絲極線圈發(fā)射到陽極的電子束的特寫圖。
具體實施例方式在下面的描述中，諸如特殊材料、處理參數(shù)、處理步驟等等的許多的特殊的細(xì)節(jié)被列出，以便于提供對本發(fā)明的徹底了解。本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知這些細(xì)節(jié)不需要逐一地遵從以實行所主張的實施方式。在其它的實例中，已知的處理步驟、材料等等沒有被列出，以便于不使本發(fā)明模糊。這里使用的術(shù)語“功函數(shù)(work function)”指將電子從金屬的表面移走所需的最小量的能量。陰極將被描述。陰極被用于X-射線電子管中以發(fā)射電子，這些電子被加速到與陽極碰撞時產(chǎn)生χ-射線所需要的高能量。陰極可以是如這里描述的可被卷繞為螺旋形的圓柱形絲極。圓柱形絲極是電導(dǎo)體，通常是具有表面的金屬絲。表面的作用是提供電子束。表面可以具有選定部分和非選定部分。如下面將詳細(xì)描述的，表面的選定部分有一個特性，它可以相對于表面的非選定部分而被改變。在典型的卷繞絲極中的凸曲率導(dǎo)致電子束的擴(kuò)散，并且由此減少了提供給陽極的電子束強度。在一個實施方式中，卷繞絲極的凸曲率可以在卷繞絲極的頂部表面上被改變?yōu)榛旧掀降幕虬嫉那?，以為卷繞絲極電子發(fā)射表面提供較好幾何結(jié)構(gòu)，減少電子束的擴(kuò)散并且增加提供給陽極的電子束強度。通過在其輪廓上具有曲率的表面，陰極線圈可以被制作成使得與電子發(fā)射表面相切的外圍(envelope)具有凹輪廓，在此處類似于一維皮爾斯(pierce)陰極的幾何結(jié)構(gòu)，從而使電子集中到陽極上。例如，可以通過磨掉、切除或彎曲表面選定部分中的表面輪廓來形成曲率。可選擇地，本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它的方法可以被用來沿著表面的選定部分形成需要的曲率。在另一個實施方式中，可以在絲極表面的明確選定區(qū)域上改變功函數(shù)，例如，通過沉積材料以改變至少一個選定部分上的功函數(shù)，或者忽略選定區(qū)域并且在非選定區(qū)域沉積材料，或者在選定部分和非選定部分的兩者上沉積具有不同功函數(shù)的材料。這可以通過將表面從基本絲極材料轉(zhuǎn)化為不同混合物的操作來實現(xiàn)。一個這種操作的實例被實施在鎢絲金屬線上以碳化選定區(qū)域中的可控深度的表面層，以減少其上的功函數(shù)。其它表面修改操作也可以被使用，以減少或增加功函數(shù)，或相反地改變絲極的限定區(qū)域的表面的特性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的方法可以被用來改變表面的選定部分和非選定部分之間的功函數(shù)差異，允許表面的選定部分比表面的非選定部分具有更低的功函數(shù)。陰極結(jié)構(gòu)的選定部分的幾何限定可以被設(shè)計為通過增加來自于具有減少的功函數(shù)區(qū)域的電子通量來提高電子束的集中。通過較小的源區(qū)域，可以使得電子束的寬度更小且束邊界更加銳化，允許在陽極上的覆蓋區(qū)(footprint)具有縮減的區(qū)域和更加銳化的邊界限定。在不反對較小的電子束覆蓋區(qū)的情況下，電子束強度可以較高，并且總的χ-射線產(chǎn)量可以被保持。一般地，χ-射線圖像輪廓通過χ-射線源點的尺寸來確定。增加電子束強度和/或減少電子束寬度，會導(dǎo)致入射到陽極的電子束覆蓋區(qū)的寬度減小、均勻度提高、 并且包括更清晰的邊界。通過增大束流強度和/或減少電子束寬度，包括這里描述的絲極的X-射線電子管可以產(chǎn)生更清晰的、更不模糊的X-射線圖像。通過這里描述的改變圓柱形絲極表面的選定部分的特性來的限定絲極的電子發(fā)射區(qū)域的其它優(yōu)點在于電子束強度可以被增加，并且在沒有附加的聚焦電極的情況下，陽極的束流覆蓋區(qū)的輪廓和尺寸可以被改善，所述附加的聚焦電極需要單獨的電激勵。X-射線電子管一般包括外殼，該外殼包含電極，該電極對電子進(jìn)行加速并且將該電子從陰極絲極導(dǎo)引到金屬陽極，在金屬陽極處，它們的碰撞產(chǎn)生X-射線。傳統(tǒng)的X-射線電子管與外殼一起被提供，所述外殼通常具有玻璃或陶瓷和金屬構(gòu)造且密封有高真空，在該高真空中，電子可以被自由地加速，而不存在與氣體分子的過多碰撞。當(dāng)陰極/絲極通過電流被加熱時，陰極/絲極將電子釋放到附近。電子被加速到陽極，該陽極在被加速電子碰撞時產(chǎn)X-射線。在一些X-射線電子管中，陽極被旋轉(zhuǎn)以便于散去由于高能電子碰撞所留下的能量而產(chǎn)生的熱量。位于電子管中的旋轉(zhuǎn)陽極包括被設(shè)計用來旋轉(zhuǎn)陽極的感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。感應(yīng)電機(jī)的定子通常被置于電子管的外部。X-射線電子管的外殼可以設(shè)置有由低密度材料制成窗口，以允許由χ-射線電子管產(chǎn)生的χ-射線的離去。窗口可以具有較高密度的邊框以限定輸出的X-射線束的邊界。圖3示出了具有陰極和陽極的X-射線電子管的一個實施方式。圖3的X-射線電子管100包括陰極結(jié)構(gòu)110和陽極120。陰極結(jié)構(gòu)110可以包括導(dǎo)電絲極111和絲極外殼結(jié)構(gòu)112。絲極111可以是卷繞為螺旋形狀的圓柱形金屬絲。絲極111包括表面。絲極111 在通過電流經(jīng)過的方式被充分地加熱時從表面釋放電子。隨后，陰極結(jié)構(gòu)Iio和陽極120 之間的電場在朝著的陽極方向?qū)﹄娮舆M(jìn)行加速，所述電場通過在所述X-射線電子管100的陰極結(jié)構(gòu)Iio和陽極120之間應(yīng)用范圍在幾千伏特到幾十萬伏特的高電壓而生成。被加速的電子構(gòu)成了電子束，該電子束具有電子束強度、寬度和長度。束長度依賴于陰極結(jié)構(gòu)110和陽極120之間的距離。束流能量和寬度由存在于陰極結(jié)構(gòu)110和陽極 120之間的電場來定義。注意，電子從絲極111的表面以低能量被釋放。在這種情況下，電子容易受到由當(dāng)前電場的操作的影響。通過靈活的操作和被指派為電子束中電子的源的區(qū)域的幾何結(jié)構(gòu)的結(jié)合，以及電子軌跡的靈活操作，通過使用在此描述的方法和結(jié)構(gòu)，特別是在能量低的時候，電子束的寬度可以減小，并且電子束的強度可以增大。增大強度且減小電子束的寬度導(dǎo)致入射到陽極的電子束的較小的覆蓋區(qū)。有礙于電子束的控制的影響在于電子的相互靜電排斥，該靜電排斥可以導(dǎo)致引起電子束分離或擴(kuò)散。由于電子通過陰極結(jié)構(gòu)110和陽極120之間的強電場加速，所以它們不易受到橫向加速的影響，并且電子束可以更緊密地保持到期望的狹窄覆蓋區(qū)。加速電子以使它們移動到陽極所需要的高電場由高壓電源供應(yīng)。普通的電源包括變壓器，該變壓器用于從商業(yè)電線提供高電壓交變電流源。在很多情況下，所述交變電流源通過高壓整流器(真空管或半導(dǎo)體)整流。注意，許多用于產(chǎn)生高電壓源的可選裝置在產(chǎn)生X-射線的技術(shù)領(lǐng)域是公知的。通過整流后的高電壓的應(yīng)用，電子一開始就被迅速地加速到高能量。一旦到達(dá)陽極，電子被突然停止。對于一小部分的電子，非常劇烈的停止過程會產(chǎn)生X-射線。X-射線起源于電子束的覆蓋區(qū)，電子束在該覆蓋區(qū)撞擊陽極。為了形成狹窄的具有銳邊界的X-射線束，所述覆蓋區(qū)應(yīng)該盡可能的小，因此在陽極上提供小的電子束覆蓋區(qū)是非常重要的。陽極120可以被配置成接收從圓柱形絲極111表面發(fā)射的電子。陽極可以被布置以呈現(xiàn)傾斜于電子束方向的面。X-射線在電子束覆蓋區(qū)下被產(chǎn)生并且從電子碰撞的聚集點被同向地發(fā)散。對于偏離陽極表面的法線小于90度的傾角，X-射線自由地生成。特別地，依據(jù)圖3，X-射線沿著路徑121產(chǎn)生。隨著X-射線的出現(xiàn)，具有入射電子束在120處的寬度的焦斑，從X-射線的角度看，該焦斑因為射束121而具有縮小的寬度。電子束形狀可以被設(shè)計成在在陽極上提供的矩形覆蓋區(qū)。在該設(shè)置中，在合適的角度從出射的χ-射線束 121的方向看，由電子束覆蓋區(qū)產(chǎn)生的X-射線將被看到具有小的方形輪廓。適于該設(shè)置的角度一般在0°到20°的范圍內(nèi)。該布局允許擴(kuò)展陽極上接收電子束能量的區(qū)域，從而減少了陽極表面的局部發(fā)熱。在一個示例性實施方式中，陽極的角度大約為7度?？蛇x擇地， 其它角度也可以被使用?？梢允闺娮邮母采w區(qū)為矩形，該矩形的長軸被布置在輸出χ-射線束的方向上。當(dāng)從輸出X-射線束的方向看時，該矩形被縮小，從而提供在橫截面121看到的X-射線的較小的明顯的源點。這樣的設(shè)置可以幫助減少陽極120的發(fā)熱和腐蝕。陰極結(jié)構(gòu)110的絲極外殼結(jié)構(gòu)112裝有絲極111。絲極外殼結(jié)構(gòu)112可以成形 (shape)陰極附近和陰極110和陽極120之間的電場。它可以影響電子從陰極110到陽極 120的路徑。更特別地，絲極外殼結(jié)構(gòu)112的形狀可以影響束流的早期成形。做出了對于成形的特別暗示。如上述的，陰極可以包括絲極111，該絲極111可以是卷繞為螺旋狀的圓柱形金屬絲，以提供X-射線電子管100的陰極結(jié)構(gòu)110的電子發(fā)射單元。陰極表面可以具有選定部分，該選定部分相對于表面非選定部分具有被改變的特性。在一個實施方式中，表面的選定部分的被改變的特性可以是沿著表面的選定部分的曲率。選定部分的曲率基本上可以是凹的、平的或凸的。在一個實施方式中，改變圓柱形絲極111的選定部分的特性可以通過以下步驟實現(xiàn)提供卷繞為螺旋狀的圓柱形金屬絲的表面以用于X-射線電子管100的陰極結(jié)構(gòu)110， 選定圓柱形絲極的部分表面，并且改變選定部分的幾何特性以支持從選定部分發(fā)射的電子軌跡。改變選定部分的特性可以包括將沿著絲極111的表面的選定部分的凸曲率變?yōu)榛旧掀降幕虬嫉男螤睢７謩e在圖4a和中以及圖4b和釙的步驟401-403和501-503中示出了實現(xiàn)幾何形狀的改變所需的步驟的實施例。此處提到的凸曲率意味著正切于其表面的卷繞絲極的外圍具有從圓柱形絲極111中心面向陽極120的凸曲率。改變選定部分的凸曲率可以通過步驟405從選定部分移去材料來形成基本上平的或凹的曲率來實現(xiàn)，例如通過從選定部分磨掉材料，步驟40fe。在可選的實施方式中，從選定部分移去材料可以通過其它的方法執(zhí)行，例如，從選定部分切除材料，步驟40 ；通過電火花力口工(electric discharge machining),步驟405c ；或通過其它本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法，例如蝕刻。注意，改變圓柱形絲極111的選定部分的凸曲率可以在將圓柱形絲極 111纏繞為卷繞螺旋形狀之前或之后執(zhí)行。在另一個實施方式中(見圖fe)，改變選定部分的凸曲率可以包括將材料從它的凸形狀彎曲為基本上平的或凹的曲率，步驟505。彎曲選定部分的材料可以包括盤繞圓柱形絲極以形成基本上平的或凹的曲率，步驟50 。在一個示例性實施方式中，彎曲選定部分的材料包括將圓柱形絲極纏繞到圓柱形帶槽心軸(grooved mandrel)上，以及通過使用楔形物擠壓圓柱形帶槽心軸上的圓柱形絲極線圈來使選定部分的材料變形。該楔形物有期望形狀以使圓柱形絲極線圈的選定部分的材料變形，從而在圓柱形絲極表面的選定部分形成基本上平的或凹的曲率?？蛇x擇地，彎曲選定部分的材料可以包括其它的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法，例如，在步驟50 將圓柱形絲極盤繞成卷繞螺旋形狀之前，使圓柱形絲極的選定部分的材料變形，步驟50 。圖如示出了圓柱形絲極線圈的一個實施方式的縱向示意圖，該圓柱形絲極線圈在表面的選定部分上具有凸曲率。圖如中的陰極結(jié)構(gòu)110包括圓柱形絲極411和絲極外殼結(jié)構(gòu)112。圓柱形絲極411包括表面，該表面具有非選定部分414和選定部分415。注意，圖如示出了沿著螺旋軸被卷繞成螺旋形狀的圓柱形絲極的示意圖，因此示出了圓柱形絲極411的一個線圈。一般而言，該成形可以延伸到圓柱形絲極411的多個線圈，并且甚至可以包括所有的線圈。如前所述的，當(dāng)足夠的電流經(jīng)過圓柱形絲極411以加熱該絲極到足夠的溫度時， 陰極結(jié)構(gòu)110的圓柱形絲極411向陽極120發(fā)射電子以形成電子束413。在該實施方式中， 表面的選定部分415的被改變的特性是曲率。當(dāng)材料從選定部分415移去時，步驟405，非選定部分414形成具有被改變的曲率的部分的邊界。沿著選定部分415的曲率可以基本上平的或凹的。如前面說明的，在可選擇的實施方式中，移去材料可以通過將材料從選定部分415 磨掉或切除來完成，分別為步驟40 和40 ，允許非選定部分414形成具有期望曲率的區(qū)域邊界。如前面提到的，圓柱形絲極411可以包括附加的線圈，并且由此前面提到的移去材料的方法可以在圓柱形絲極411的表面的附加選定部分415執(zhí)行。在步驟405中從表面的選定部分415移去材料，在選定部分415下的金屬絲的橫截面區(qū)域會減小，由此增大了絲極中的局部電流密度，該局部電流密度的增大會增大由位于表面的選定部分415下的區(qū)域中的電流產(chǎn)生的溫度，并且將會減小由位于表面的非選定部分414下的區(qū)域中的電流產(chǎn)生的溫度。由于此處具有更高的溫度，這將允許表面的選定部分415比表面的非選定部分414更容易釋放電子。減小表面的非選定部分和該表面下的相應(yīng)區(qū)域的溫度，可以減少非選定部分414上的機(jī)械壓力，并且由此增大了圓柱形絲極411 的壽命。出于示例的目的，在一個實施方式中，通過在步驟405中從表面的選定部分415移去材料，發(fā)射表面的發(fā)射表面曲率半徑可以通過移去圓柱形絲極金屬絲411的大約一半直徑來形成。注意，上面所述的從絲極的選定部分415移去材料將導(dǎo)致更高的局部電流密度以及由此而產(chǎn)生的更高的局部溫度，該更高的局部溫度將促進(jìn)所希望的更高的選定部分415 的電子發(fā)射，而不會同時導(dǎo)致絲極的非選定部分414的電子發(fā)射的增加。絲極的非選定部分414中的電流密度在這些部分產(chǎn)生較低的溫度，從而如上面所述，減小這些部分的壓力， 壓力的減小可以延長絲極411壽命。圖如示出了圓柱形絲極線圈的另一個實施方式的縱向示意圖，該圓柱形絲極線圈在表面的選定部分515上有凹曲率。在此，凹曲率指卷繞絲極的外圍表面的曲率。圖如的陰極結(jié)構(gòu)110包括卷繞的圓柱形絲極511和絲極外殼結(jié)構(gòu)112。圓柱形絲極511包括表面，該表面具有非選定部分514和選定部分515。注意，圖fe示出了沿著螺旋軸被卷繞為螺旋形狀的圓柱形絲極的示意圖，并且由此示出了圓柱形絲極511的一個線圈。一般而言，該成形可以延伸到圓柱形絲極511的多個線圈，并且甚至可以包括所有的線圈。如前面所述的，當(dāng)電流經(jīng)過圓柱形絲極511時，陰極結(jié)構(gòu)110的圓柱形絲極511向陽極120發(fā)射電子以形成電子束513。在該實施方式中，表面的選定部分515的被改變的特性是曲率。通過在步驟505中彎曲選定部分515的材料，選定部分515形成期望的外圍曲率，這意味著選定部分515最初的材料保持完整，并且僅僅改變了相對于非選定部分514的位置。沿著選定部分515形成的外圍曲率可以是基本上平的或凹的。如前面說明的，在一個實施方式中，可以通過執(zhí)行以下步驟來彎曲選定部分的材料(步驟50 將圓柱形絲極511纏繞在圓柱形帶槽心軸上，步驟50 ；以及通過使用楔形物擠壓圓柱形帶槽心軸上圓柱形絲極511而使表面的選定部分515的材料變形，所述楔形物有期望形狀以使圓柱形絲極511的選定部分515的材料變形，步驟50恥。被變形的材料可以在圓柱形絲極表面的選定部分515上具有的基本上平的或凹的外圍曲率?？蛇x擇地， 彎曲材料的其它已知的方法可以被使用，例如，在步驟505a將圓柱形絲極511盤繞成卷繞的螺旋形狀之前，使圓柱形絲極的選定部分515的材料變形，步驟50恥。如前面提到的，圓柱形絲極511可以包括附加的線圈，并且由此，前面提到的移去材料的方法可以在圓柱形絲極511的表面的附加選定部分上執(zhí)行。在一個實施方式中，通過在步驟505中彎曲表面的選定部分515的材料，在絲極的選定部分515中的發(fā)射表面的外圍的曲率半徑可以是圓柱形絲極511的線圈直徑的一半。 在另一個實施方式中，通過步驟505中針對表面的絲極514的合適的變形步驟，表面的選定部分515的外圍表面的曲率半徑可以比該值更大或更小。圖6是示例圖，該圖顯示了電子束的束流寬度與成形的電子發(fā)射絲極的選定部分相對應(yīng)的發(fā)射表面的曲率半徑的關(guān)系。圖表600示出了一個實施例的相應(yīng)的束流寬度 601(縱坐標(biāo))如何相對于表面的選定部分的曲率的發(fā)射表面半徑602(橫坐標(biāo))而變化。 在圖表600中，發(fā)射表面半徑602以毫米的倒數(shù)(mm1)表示，而相應(yīng)的束流寬度601以毫米表示。對于發(fā)射表面半徑602的符號規(guī)定，正數(shù)表示凸曲率，負(fù)數(shù)表示凹曲率，而零表示平曲率(flat curvature)?？蛇x擇地，其它的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的符號規(guī)定和單位也可以使用。束流寬度依賴于χ-射線電子管的整個幾何結(jié)構(gòu)，電子發(fā)射表面的曲率也一樣。在陽極的覆蓋區(qū)定義圖6中的束流寬度。如在該示例性實施方式中所述，當(dāng)發(fā)射表面的半徑倒數(shù)602從正數(shù)減小到零時， 相應(yīng)的束流寬度601也減小。類似地，當(dāng)半徑倒數(shù)602進(jìn)一步從零減小到負(fù)數(shù)時，相應(yīng)的束流寬度601也進(jìn)一步減小。在該示例性實施方式中，正數(shù)表示凸曲率，負(fù)數(shù)表示凹曲率，而零表示相應(yīng)的平表面倒數(shù)。通過示例說明的方式，在圖表600中所表示的特殊的情況中，當(dāng)發(fā)射表面的倒數(shù)602具有正的曲率0. 763毫米(0. 763 = 1/1. 31)時，相應(yīng)的束流寬度601 具有8毫米的值；當(dāng)發(fā)射表面602具有為零的曲率時，相應(yīng)的束寬度601具有2毫米的值； 并且當(dāng)發(fā)射表面倒數(shù)602具有負(fù)2. 56毫米(-2. 56 = 1/(-0. 39))的曲率時，相應(yīng)的束流寬度601具有1.5毫米的值。除了上面所述的陰極結(jié)構(gòu)的幾何形狀的影響之外，電子發(fā)射表面的功函數(shù)也對電子束的電流密度產(chǎn)生影響。圖7a-7b是包括表面的圓柱形絲極711的一個線圈的實施方式的縱向示意圖，該表面具有非選定部分714和選定部分715。可選擇地，圓柱形絲極711可以包括多個線圈，該線圈可以具有圓柱形絲極711表面的一個或多個選定和/或非選定部分。為了易于論述，此處所述的選定部分715和非選定部分714將被稱為選定部分715和非選定部分714。由于圓柱形絲極711可以包括附加的線圈，下面所述的改變功函數(shù)的方法可以在圓柱形絲極711的表面的一個或多個選定部分715和非選定部分714上執(zhí)行。在一個實施方式中，改變圓柱形絲極711的選定部分715的特性可以通過以下步驟來實現(xiàn)對X-射線電子管100的陰極110提供卷繞為螺旋形狀的圓柱形絲極的表面，步驟701 ；選擇圓柱形絲極711的表面的部分715，步驟702 ；以及改變選定部分715的特性以基本上僅從選定部分715發(fā)射電子，步驟703。改變選定部分715的特性可以包括相對于圓柱形絲極表面的非選定部分714來改變選定部分715的功函數(shù)，步驟704。在可選擇的實施方式中，改變選定部分715的特性可以包括改變選定部分715的功函數(shù)、改變非選定部分 714的功函數(shù)、或改變圓柱形絲極711的表面的選定部分715和非選定部分714的功函數(shù)。在一個實施方式中，相對于圓柱形絲極(在該實施方式中由鎢制成)表面的非選定部分714來改變選定部分715的功函數(shù)(步驟704)可以包括沉積材料(步驟704a)、轉(zhuǎn)化/碳化材料(步驟704b)、或轉(zhuǎn)化/碳化并且提供材料的擴(kuò)散(步驟704c)，這些步驟將在下面詳細(xì)描述。轉(zhuǎn)化/碳化鎢是將材料化學(xué)地引入以將鎢改變?yōu)樘蓟u(WC)或二碳化鎢(W2C)的必需的過程。改變選定部分715、非選定部分714或選定部分715和非選定部分714兩者的功函數(shù)以使得選定部分715具有比非選定部分714低的功函數(shù)，可以增加從表面的選定部分 715發(fā)射的電子的數(shù)量。增加從選定部分715發(fā)射的電子的數(shù)量可以增加從陰極結(jié)構(gòu)110 的卷繞圓柱形絲極711向陽極120發(fā)射的電子束的強度。增加從選定部分715發(fā)射的電子的數(shù)量可以通過減少電子束的寬度來實現(xiàn)，減少電子束的寬度可以減少入射到陽極120上的電子束覆蓋區(qū)的寬度。在一個示例性實施方式中，選定部分715和非選定部分714的功函數(shù)之間的差值大約是十分之二電子伏特(0.2eV)?？蛇x擇地，其它的功函數(shù)差值可以被使用，例如多于或少于一電子伏特(leV)、高達(dá)二又十分之四電子伏特(2. ^V)。在另一個示例性實施方式
11中，選定部分715和非選定部分714之間的功函數(shù)差值可以在0. 2eV到2. 4eV的范圍內(nèi)?？蛇x擇地，可以使用其它的范圍。圖7a示出了具有表面的圓柱形絲極線圈的一個實施方式的縱向示意圖。圖7a中的陰極結(jié)構(gòu)110包括圓柱形絲極711和絲極外殼結(jié)構(gòu)112。圓柱形絲極711包括具有非選定部分714和選定部分715的表面。如前所述的，當(dāng)電流經(jīng)過圓柱形絲極711時，陰極結(jié)構(gòu) 110的圓柱形絲極711被加熱到一點，該點能使電子向陽極120(沒有顯示)發(fā)射來形成電子束。在該實施方式中，表面的選定部分715的被改變的特性是功函數(shù)。如上面所描述的，絲極711可以是安裝在X-射線電子管100中的陰極結(jié)構(gòu)110中的卷繞為螺旋狀的圓柱形絲極，該絲極具有表面。該表面可以有相對于表面的非選定部分 714而言被改變特性的選定部分715。在該實施方式中，表面的選定部分715的被改變的特性可以是功函數(shù)。此外，在該實施方式中，表面的選定部分715具有比圓柱形絲極711的表面的非選定部分714低的功函數(shù)。如下面將詳細(xì)描述的，改變功函數(shù)以使得選定部分715具有比非選定部分714低的功函數(shù)可以包括改變選定部分715的功函數(shù)、改變非選定部分714的功函數(shù)或表面的選定部分715和非選定部分714兩者的功函數(shù)。圖7b示出了在圓柱形絲極線圈的表面的選定部分沉積材料以改變功函數(shù)的一個實施方式的縱向示意圖。在一個實施方式中，改變選定部分715的功函數(shù)(步驟704a)可以包括在基本絲極材料的表面的選定部分715上沉積材料膜層715a(步驟720)。在一個實施方式中，材料膜層71 是鉭，并且選定部分715和非選定部分714的基本絲極材料是鎢。鉭具有大約4. IeV的功函數(shù)并且鎢具有大約4. 5eV的功函數(shù)，使得功函數(shù)差值大約是OjeV?？蛇x擇地，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它材料也可以用于材料膜層 71 和基本絲極材料，以使得材料膜層71 具有比表面的非選定部分714的基本絲極材料低的功函數(shù)。在一個示例性實施方式中，涂敷選定部分715的材料膜層71 的功函數(shù)與非選定部分714的功函數(shù)之間的差值大約是十分之四(0. 4) eV(在該實例中，鎢的功函數(shù)4. 5eV與鉭的功函數(shù)4. IeV的差值)。這可以是對應(yīng)著鎢上的鉭層?？蛇x擇地，可以使用其它的功函數(shù)差值，例如，一個(l)eV或小于一個(l)eV。在另一個示例性實施方式中，選定部分715 上的材料膜層71 的功函數(shù)與非選定部分714的功函數(shù)差值可以在十分之二 O/10) eV到 (l)eV之間?？蛇x擇地，可以使用其它的范圍。圖7c示出了在圓柱形絲極線圈表面的非選定部分沉積材料的另一實施方式的縱向示意圖。在一個實施方式中，改變非選定部分714的功函數(shù)(步驟704a)可以包括在表面的非選定部分714上的沉積材料膜層714a (步驟721)，該表面包括基本絲極材料。在可選的實施方式中，改變非選定部分714的功函數(shù)可以包括在包括基本絲極材料的表面的選定部分715和非選定部分714上沉積第一材料膜層71 (步驟722a)，和從表面的選定部分 715移去第一材料膜層71 (步驟722b)，得到與圖7c中所示的相似結(jié)構(gòu)；或者改變非選定部分714的功函數(shù)可以包括在表面的選定部分715和非選定部分714上沉積第一材料膜層 715a (步驟722a)，和從表面的非選定部分714上移去第一材料膜層71 (步驟722c)，得到與圖7b中所示的相似結(jié)構(gòu)。在一個示例性實施方式中，材料膜層71 是鉬并且選定部分715和非選定部分
12714的基本絲極材料是鎢。鉬具有大約5eV的功函數(shù)并且鎢具有大約4. 5eV的功函數(shù)，使得功函數(shù)的差值大約是0. kV。可選擇地，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它的材料可以用于材料膜層71 以及選定部分715和非選定部分714的基本絲極材料，以使得材料膜層71 具有比基本絲極材料高的功函數(shù)。在另一個實施方式中，選定部分715的功函數(shù)與表面的非選定部分714上的材料膜層71 的功函數(shù)之間的差值大約是十分之四(0.4)eV(對于在鎢上涂敷鉭)。可以使用其它的功函數(shù)差值，例如，一個IeV或小于一個leV。在另一個示例性實施方式中，在非選定部分714上的材料膜層71 的功函數(shù)與選定部分715的功函數(shù)差值可以是從0. 2eV到 IeV的范圍?？蛇x擇地，可以使用其它的范圍。圖7d示出了在圓柱形絲極線圈的表面的選定部分和非選定部分兩者上都沉積材料的另一個實施方式的縱向示意圖。在一個實施方式中，改變選定部分715和非選定部分 714兩者的功函數(shù)可以包括在具有基本絲極材料的表面的選定部分715上沉積第一材料膜層715a (步驟723a)，和在表面的非選定部分714上沉積第二材料膜層714a (步驟72 )。 在一個實施方式中，改變選定部分715和非選定部分714兩者的絲極(為基本絲極材料) 的功函數(shù)可以包括在表面的選定部分715上沉積第一材料膜層71 (步驟723a)，和在表面的非選定部分714上沉積第二膜層714(步驟72 )。在一個示例性實施方式中，第一材料膜層71 是鉭，第二材料膜層71 是鉬，并且選定部分715和非選定部分714的基本絲極材料是鎢。可選擇地，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它的材料可以用于第一材料膜層71 、第二材料膜層71 以及選定部分715和非選定部分714的基本絲極材料，以使得第一材料膜層71 具有比第二材料膜層71 低的功函數(shù)。在一個實施方式中，在選定部分715上的第一材料膜層71 的功函數(shù)與在非選定部分714上的第二材料膜層71 的功函數(shù)的差值大約是0. 2eV0可選擇地，可以使用其它的功函數(shù)差值，例如，IeV或小于leV。在另一個示例性實施方式中，非選定部分714上的材料膜層71 的功函數(shù)與選定部分715上的材料膜層71 的功函數(shù)的差值可以是從0. 2eV 到IeV的范圍?？蛇x擇地，可以使用其它的范圍。注意，這里描述的關(guān)于在基本絲極材料上沉積材料的方法中，用于在基本絲極材料上沉積的材料要與X-射線電子管中工作的熱量和物理要求相適應(yīng)，例如，需要適當(dāng)?shù)淖⒁庖源_保在大約兩千( 2000° )開氏度的范圍上仍可以保持好的膜粘結(jié)，并且所沉積的材料不會在絲極的預(yù)期的最終壽命之前在X-射線電子管100的絲極的工作溫度下通過蒸發(fā)，或通過擴(kuò)散到圓柱形絲極711的體料(bulk material)中而消失。在另一個實施方式中，改變選定部分715的功函數(shù)(步驟704b)可以包括將選定部分715的基本絲極材料轉(zhuǎn)化為第一材料(步驟730)，該第一材料可以是基本絲極材料和附加材料的化學(xué)組合物。轉(zhuǎn)化基本絲極材料以提供電子發(fā)射的優(yōu)選區(qū)域，該轉(zhuǎn)化可以包括通過將表面的選定部分715的基本絲極材料碳化成比未碳化的基本絲極材料具有更低功函數(shù)的第一材料而進(jìn)行轉(zhuǎn)化，步驟730。下面是一些用于設(shè)置低功函數(shù)的優(yōu)選區(qū)域的方法的可選擇實施例。 對于第一實施例，將基本絲極表面的非選定部分714轉(zhuǎn)化為第一改變材料，步驟731，其中被改變的材料具有比暴露在絲極的選定部分的基本絲極材料高的功函數(shù)。對于第二實施例，將基本絲極表面的選定部分715轉(zhuǎn)化為第一改變材料，步驟73 ，并且將基本絲極表面的非選定部分714轉(zhuǎn)化為第二改變材料，步驟732b，其中第二改變材料具有比第一改變材料高的功函數(shù)。對于第三實施例，將基本絲極表面轉(zhuǎn)化為第一改變材料，步驟733a，其中第一改變材料具有比基本絲極材料高的功函數(shù)，并且隨后從定義為選定部分715的區(qū)域移去第一材料，步驟73北。對于第四實施例，將基本絲極表面轉(zhuǎn)化為第一改變材料，步驟733a， 其中第一改變材料具有比基本絲極材料低的功函數(shù)，并且隨后從非選定部分714移去被轉(zhuǎn)化的基本絲極材料，步驟733c?；窘z極材料可以是鎢，并且選定部分715的被轉(zhuǎn)化的化學(xué)復(fù)合材料可以是碳化鎢、WC、或二碳化鎢、W2C。注意，鎢的功函數(shù)為4. 5eV,WC的功函數(shù)為 3.6eV并且W2C的功函數(shù)為4.58eV。這些不同可以被用于為電子發(fā)射的不同區(qū)域定位。當(dāng)鎢的碳化物被引用時，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它材料可以被用于基本絲極材料，以使得表面的選定部分715的被改變的最終表面材料具有比基本絲極材料低的功函數(shù)。在一個示例性實施方式中，通過在選定部分715和非選定部分714上復(fù)合碳和鎢， 以分別在步驟730和731中分別提供對WC和W2C表面的復(fù)合。選定部分715和非選定部分 714的功函數(shù)不同導(dǎo)致大約0. 9eV功函數(shù)的差異?？蛇x擇地，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知其它材料也可用于第一材料和基本絲極材料，以使得第一材料具有比基本絲極材料低的功函數(shù)。在另一個示例性實施方式中，改變表面的非選定部分714的功函數(shù)可以包括將非選定部分714的W轉(zhuǎn)化為W2C,步驟731?？蛇x擇地，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它材料也可用于第一材料和基本絲極材料，以使得第一材料具有比基本絲極材料高的功函數(shù)。在另一個示例性實施方式中，改變選定部分715和非選定部分714的功函數(shù)可以包括在步驟73 中將選定部分715的W轉(zhuǎn)化為WC，并且在步驟732b中將非選定部分714 的W轉(zhuǎn)化為W2C?？蛇x擇地，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它材料也可用于第一材料、第二材料和基本絲極材料，以使得第一材料具有比第二材料低的功函數(shù)。注意，通過將表面轉(zhuǎn)化為一個化學(xué)化合物，并且隨后將結(jié)果材料轉(zhuǎn)化為另一種化學(xué)化合物，被轉(zhuǎn)化的材料可以變得在整個絲極溫度范圍免于分層、蒸發(fā)以及擴(kuò)散。在另一個實施方式中，改變選定部分715的功函數(shù)(步驟704c)可以包括使用基本絲極材料，該基本絲極材料混入可以被化學(xué)控制的第一成分。例如，在鎢絲極中加入氧化釷可以提供第一成分?？梢栽阪u中生成碳化鎢以作為第一材料，所述碳化鎢可以起化學(xué)反應(yīng)以還原混合在鎢中氧化物。在一個實例中，混合有氧化物的鎢絲極表面的選定部分715 可以被碳化，由此提供第一材料，即用于還原選定部分中的氧化物(第一成分)的碳化鎢 (步驟741)，以形成被還原的氧化物(第二成分)，并且將從圓柱形絲極711的基本絲極材料產(chǎn)生的第二成分?jǐn)U散到表面的選定部分715(步驟74 ?；旌系交窘z極材料的成分的合理選擇可以導(dǎo)致提供通過該過程擴(kuò)散到表面選定部分并且改變所述部分的功函數(shù)的成分?？蛇x擇地，改變選定部分715的功函數(shù)(步驟704c)可以包括將表面的選定部分715 和非選定部分714兩者的基本絲極材料轉(zhuǎn)化為第一材料，步驟750 ；從表面的非選定部分移去第一材料，步驟751 ；將基本絲極材料的第一成分轉(zhuǎn)化為第二成分，步驟752 ；以及將混合在圓柱形絲極711的基本絲極材料中的第二成分?jǐn)U散到表面的選定部分715，步驟753。例如，基本絲極材料可以是含釷鎢(thoriated tungsten)(包含一小部分釷的鎢)，并且第一材料可以是含釷的碳化鎢。在可選的實施方式中，可以使用其它的基本絲極材料，并且所選擇的化學(xué)化合物可以被選擇地混合。混合入陰極結(jié)構(gòu)中的化合物的實例可以包括氧化鑭(lanthanide oxide)，該氧化物一旦混合入鎢中，可以致使絲極金屬絲被稱為含釷鎢、含鈰鎢(ceriated tungsten)或含鑭鎢(lanthanized tungsten)。注意用于將釷、鈰、鑭的氧化物等等加入到電子發(fā)射陰極的方法可以包括除了簡單混合方式之外的其它為絲極金屬絲或其它陰極結(jié)構(gòu)提供更好的機(jī)械特性的方法。例如，鑭系元素可以與具有微量氧元素的鎢以合適的濃度混合而被共濺鍍(co-sputter)。產(chǎn)生期望分布的其它方法也可以被使用。在一個示例性實施方式中，基本絲極材料是含釷鎢。含釷鎢包含1-2%的釷。該實施方式包括在步驟740中將表面的選定部分715的含釷鎢碳化為第一材料，碳化鎢。表面的選定部分715被轉(zhuǎn)化為被碳化的表面，圓柱形絲極711的大部分含釷鎢中的氧化鎢被還原為釷，步驟741。釷擴(kuò)散到表面的選定部分715，步驟742。釷通過從表面的選定部分715 蒸發(fā)而減少。只要有氧化釷仍然混合在鎢絲極中，通過由存在于表面的選定部分715的碳化鎢連續(xù)地將氧化釷還原為釷，蒸發(fā)損失的釷可被連續(xù)地補償。氧化釷轉(zhuǎn)化為釷和釷擴(kuò)散到表面的選定部分715的速率依賴于多少選定部分715 被碳化。因為表面的非選定部分714沒有被碳化，所以在表面的非選定部分714的區(qū)域中沒有氧化釷被轉(zhuǎn)化為釷；從而，表面的非選定部分714僅包括不會擴(kuò)散的氧化釷。表面的選定部分715包含可以擴(kuò)散到表面的釷，所以在選定部分提供比非選定部分714的功函數(shù)低的功函數(shù)，該非選定部分714不包含釷并且僅包含的不會擴(kuò)散的氧化釷。在示例性實施方式中，選定部分715的功函數(shù)大約是2. 6eV ；從而產(chǎn)生了非常有利的大約1. 9eV的功函數(shù)差
已在另一個示例性實施方式中，基本絲極材料是含鈰鎢。該實施方式包括將表面選定部分715的含鈰鎢碳化為碳化鎢，步驟740。由于表面的選定部分715被轉(zhuǎn)化為碳化的表面，圓柱形絲極711的大量含鈰鎢中的二氧化鈰被還原為鈰(Ce)，步驟741，該鈰可以擴(kuò)散到表面的選定部分715的表面，從而改變功函數(shù)，步驟742。鈰最終從表面的選定部分715 蒸發(fā)。然而，其可以從材料(bulk)中得到補充，并且即使鈰蒸發(fā)，但被碳化的鎢不斷地將所存在的二氧化鈰還原為鈰，并且充分?jǐn)U散到表面選定部分715的表面以為表面的選定部分 715提供穩(wěn)定的鈰供應(yīng)。二氧化鈰轉(zhuǎn)化為鈰和鈰擴(kuò)散到表面的選定部分715的速率依賴于多少選定部分 715被碳化。因為表面的非選定部分714沒有被碳化，所以在表面的非選定部分714的區(qū)域中沒有二氧化鈰被轉(zhuǎn)化為鈰；從而，表面的非選定部分僅包括不會擴(kuò)散的二氧化鈰。因為表面的選定部分715包含鈰，所以表面的選定部分715具有比非選定部分714低的功函數(shù)，該非選定部分714僅包含不會擴(kuò)散的二氧化鈰。在另一個示例性實施方式中，基本絲極材料是基本絲極材料是含鑭鎢。該實施方式包括將表面選定部分715的含鑭鎢碳化為碳化鎢，步驟740。由于表面的選定部分715被轉(zhuǎn)化為碳化的表面，所以圓柱形絲極711的大量含鑭鎢中的氧化鑭被還原為鑭，步驟741， 該鑭可以擴(kuò)散到表面的選定部分715，步驟742。鑭最終從表面的選定部分715蒸發(fā)。盡管鑭從表面的選定部分715蒸發(fā)，但選定部分715的碳化表面不斷地將在圓柱形絲極711的大量基本絲材料中存在的氧化鑭還原為鑭，以為表面的選定部分715提供穩(wěn)定的鑭流。氧化鑭轉(zhuǎn)化為鑭和鑭擴(kuò)散到表面的選定部分715的速率依賴于多少選定部分715 被碳化。因為表面的非選定部分714沒有被碳化，所以在表面的非選定部分714的區(qū)域中沒有氧化鑭被還原為鑭；從而，表面的非選定部分714僅包括不會擴(kuò)散的氧化鑭。因為表面的選定部分715包括鑭，所以表面的選定部分715具有比非選定部分714低的功函數(shù)，該非選定部分714僅包含的不會擴(kuò)散的氧化鑭。注意，在前面所述的實施方式中，選定部分715的碳化表面被消耗。并且如果選定部分715被碳化得太多，圓柱形絲極711會易碎。這個因素將決定圓柱形絲極711的壽命。圖8示出了顯示在X-射線電子管中從陰極的被均勻碳化的絲極線圈發(fā)射到陽極 (沒有顯示)的電子束的示意圖。圖表800顯示了裝入絲極外殼結(jié)構(gòu)112中的圓柱形絲極 811的輪廓線。圓柱形絲極811具有基本絲極材料。在該示例性實施方式中，圓柱形絲極 811的表面的選定部分715和非選定部分714均被碳化；并且由此具有相同的功函數(shù)。如前所述的，當(dāng)電流經(jīng)過圓柱形絲極811時，陰極110的圓柱形絲極811向陽極120(沒有在圖中顯示)發(fā)射電子形成電子束813。電子束以對應(yīng)于束流橫截面的覆蓋區(qū)碰撞X-射線電子管(沒有在圖中顯示)的陽極120。如圖表800中顯示的，隨著電子束813從圓柱形絲極 811傳播得越遠(yuǎn)，電子束813的電子開始擴(kuò)散，增加電子束813的寬度，減少電子束的強度， 并且增加入射到陽極120的電子束的覆蓋區(qū)的寬度。圖9示出了在X-射線電子管中從陰極的被選擇性碳化的絲極線圈發(fā)射到陽極的電子束的示例性實施方式的示意圖。圖表900顯示了裝入絲極外殼結(jié)構(gòu)112中的卷繞的圓柱形絲極911的輪廓線。圓柱形絲極911具有基本絲極材料。在該實施方式中，由于表面的選定部分715被碳化并且表面的非選定部分714沒有被碳化，所以選定部分715具有比表面的非選定部分低的功函數(shù)。如前面所述的，當(dāng)電流經(jīng)過圓柱形絲極911時，陰極110的圓柱形絲極911向陽極 120(沒有在圖中顯示)發(fā)射電子形成電子束913。將電子束913與圖8中所述的電子束 813相比，隨著電子束913從圓柱形絲極911傳播出去，電子束913具有比電子束813的電子束寬度更小的電子束寬度。電子束913經(jīng)歷了比圖8中示出的電子束813更小的擴(kuò)散效應(yīng)。入射到陽極120的電子束913具有比入射到陽極120的電子束813的寬度更小的覆蓋區(qū)，并且具有比入射到陽極120的電子束813更均勻的電子分布。雖然入射到陽極120的電子束813可以具有高度集中的電子朝向入射到陽極120的電子束813的中心，但是針對圖8所描述的擴(kuò)散效應(yīng)導(dǎo)致了電子束具有發(fā)散的電子密度分布，且靠近入射到陽極的電子束813的邊緣的電子不具有銳邊界。因為當(dāng)電子束碰撞到陽極120時，電子束813在電子束813的不同區(qū)域應(yīng)用了變化的電子束強度，所以入射到陽極120的電子束813的電子的非均勻分布可能導(dǎo)致混亂的或模糊的X-射線圖像，所述電子束813具有擴(kuò)散的覆蓋區(qū)。相反地，碰撞到陽極的電子束913具有基本上均勻的電子分布，它可以銳化入射到陽極120上的電子束913的邊界并且在入射到陽極120的電子束913中提供均勻分布的束流強度。入射到陽極120的電子束913中更加銳化的邊界和能量均勻分布將導(dǎo)致陽極上的更小的并且更容易被定義的斑點尺寸，從而產(chǎn)生更加銳化的χ-射線圖像。而且，通過加強入射到陽極120上的電子束913內(nèi)的電子的均勻分布和銳化其邊緣，陰極結(jié)構(gòu)110可以在陽極120上的期望位置施加最大強度的電子束。這種情況使得陽極上的電子覆蓋區(qū)于圖 8中的電子束813的情況相比具有更小的寬度、更大的強度以及更加銳化的邊緣。圖10示出了圖9所示的從被選擇性碳化的絲極線圈發(fā)射到陽極的電子束的特寫圖。圖10中的圖表900描述了裝入絲極外殼結(jié)構(gòu)112中的圓柱形絲極911。如前所述，在該實施方式中，圓柱形絲極911具有可以是鎢的基本絲極材料。在該實施例中，圓柱形絲極
16911的表面的選定部分715被碳化，使得選定部分715具有比非選定部分714低的功函數(shù)。 如前所述，當(dāng)電流經(jīng)過圓柱形絲極911時，陰極結(jié)構(gòu)110的圓柱形絲極911被加熱，并且向陽極120(在圖中沒有顯示)發(fā)射電子形成電子束913。注意，隨著電子從陰極行進(jìn)到陽極， 電子的能量增加了。由于束流913中的電子被加速，電子擴(kuò)散的趨勢部分地取決于電子的起源點。特別地，絲極的發(fā)射表面715的尺寸和方向?qū)⒂绊懯鲗挾群退母采w區(qū)的尺寸。 由于能量的增加，確定入射到陽極120上的電子束913的寬度的電子束913形狀變得很難在電子束913從陰極110行進(jìn)到陽極120時通過使用電場來控制。相比于未處理的圓柱形絲極的情況，通過碳化圓柱形絲極911的選定部分715或其它方法可以允許更精確地控制入射到陽極120上的電子束913的形狀。因為選定部分715和周圍區(qū)域714相比具有低的功函數(shù)，圓柱形絲極911的選定部分715可以通過將發(fā)射主要限制在較小發(fā)射區(qū)域715來減少電子束913的擴(kuò)散。注意，盡管上面描述了被稱為卷繞圓柱形絲極的陰極結(jié)構(gòu)的特殊實例，但其它的加熱的形狀也可以被使用。例如，更適合于變形到期望曲率的帶狀絲極也可以被使用。此外，可選擇地，陰極形狀的加熱可以通過間接的方法，如陰極結(jié)構(gòu)的電子轟擊。在前面的詳細(xì)的描述中，已經(jīng)參考其具體的示例性實施方式描述了本發(fā)明的方法和裝置。然而，很明顯地是，可以在沒有背離本實施方式的較寬的精神和范圍的情況下對其進(jìn)行各種修改和改變。此外，當(dāng)前述內(nèi)容中所引用的前述材料表示用于絲極的材料時，它們以示例性地方式被提供。可以理解其它的材料也可以被使用?？梢允褂闷渌臐M足需要的熱的、化學(xué)的、物理的和電學(xué)的參數(shù)的任何材料。本說明書和附圖相應(yīng)地應(yīng)當(dāng)被視為闡述性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，該設(shè)備包括絲極，該絲極用作X射線電子管的陰極，其中該絲極的部分具有至少一被改變的特性， 且該被改變的特性促使電子軌跡形成一集中的電子束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述集中的電子束減小了擴(kuò)散。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述被改變的特性為功函數(shù)，且其中相比于未被改變特性的部分，所述被改變特性的部分的功函數(shù)較低。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述絲極的未被改變特性的部分包括第一材料以及位于該第一材料上的第二材料層，且所述絲極的被改變特性的部分包括所述第一材料以及位于該第一材料上的第三材料層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述絲極的被改變特性的部分包括第一轉(zhuǎn)化材料，該第一轉(zhuǎn)化材料由基本絲極材料轉(zhuǎn)化而來。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述第一轉(zhuǎn)化材料包括滲碳材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，該設(shè)備進(jìn)一步包括陽極，該陽極用于接收發(fā)射自所述絲極的表面的電子；電子束，該電子束入射到所述陽極上，其中該電子束基本上從電子發(fā)射陰極表面的選定部分向所述陽極發(fā)射。
8.一種設(shè)備，該設(shè)備包括X射線電子管的陰極絲極，其中該絲極的部分的功函數(shù)被降低，其中該陰極包括第一材料和第二材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述第一材料從所述第二材料轉(zhuǎn)化而來，且其中所述第一材料為含釷的碳化二鎢，且所述第二材料為含釷鎢。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，該設(shè)備進(jìn)一步包括陽極，該陽極用于接收發(fā)射自所述絲極的電子；電子束，該電子束入射到所述陽極上，其中該電子束基本上從電子發(fā)射陰極表面的選定部分向所述陽極發(fā)射。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述電子束減小了擴(kuò)散。
12.—種設(shè)備，該設(shè)備包括X射線電子管的陰極絲極，該陰極絲極具有表面，其中相比于該表面的多個非選定部分，該表面的多個選定部分至少具有較低的功函數(shù)，其中所述非選定部分包括基本絲極材料，且所述選定部分包括滲碳基本絲極材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述選定部分包括來自所述基本絲極材料的元素，且該元素包括釷、鈰、或鑭。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述基本絲極材料包括含釷鎢、含鈰鎢、或含鑭鎢。
15.一種設(shè)備，該設(shè)備包括X射線電子管的陰極，該陰極包括絲極，該絲極具有外表面，其中相比于該外表面的多個非選定部分，該外表面的多個選定部分具有至少一被改變的特性，且該至少一被改變的特性包括該表面的選定部分的第一功函數(shù)，該第一功函數(shù)低于所述非選定部分的第二功函
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述表面的非選定部分包括第一材料以及位于該第一材料上的第二材料層，且所述表面的選定部分包括所述第一材料以及位于該第一材料上的第三材料層；其中所述第二材料包括鉬、鎢、含釷鎢、含鈰鎢、含鑭鎢、碳化鎢、或含釷的碳化鎢；其中所述第三材料包括鉭、碳化鎢、含釷的碳化鎢、碳化二鎢、含鈰的碳化鎢、含鑭的碳化鎢、含釷的碳化二鎢、含鈰的碳化二鎢、或含鑭的碳化二鎢；且其中所述第一材料包括鎢、含釷鎢、含鈰鎢、或含鑭鎢。
17.一種設(shè)備，該設(shè)備包括X射線電子管的陰極，該陰極包括被纏繞為盤繞螺旋結(jié)構(gòu)的絲極，該絲極定義了一圓柱形外表面，其中該圓柱形外表面的選定部分在所述盤繞螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋軸方向上具有被更改的截面。
18.一種設(shè)備，該設(shè)備包括具有多個線圈的絲極，該絲極用作X射線電子管的陰極，該絲極包括至少一被改變的特性，且與該絲極不具有被改變的特性相比，該被改變的特性促使該絲極具有較低的功函數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述多個線圈于兩端柄部之間定義了一盤繞螺旋結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述盤繞螺旋結(jié)構(gòu)以及柄部包括a)碳化鎢和碳化二鎢；b)碳化鎢和鎢；或c)鎢和碳化二鎢。
21.一種設(shè)備，該設(shè)備包括絲極，該絲極被配置為具有被更改的功函數(shù)，該絲極用作X射線電子管的陰極，該絲極包括含釷鎢或滲碳含釷鎢。
22.—種設(shè)備，該設(shè)備包括絲極，該絲極被配置為具有被更改的功函數(shù)，該絲極用作X射線電子管的陰極，該絲極包括含鑭鎢或滲碳含鑭鎢。
23.一種設(shè)備，該設(shè)備包括絲極，該絲極被配置為具有被更改的功函數(shù)，該絲極用作X射線電子管的陰極，該絲極包括含鈰鎢或滲碳含鈰鎢。
24.一種設(shè)備，該設(shè)備包括絲極，該絲極具有多個線圈，該絲極用作X射線電子管的陰極，該絲極包括含釷的碳化二鎢(W2C/Th(^)、含鈰的碳化二鎢(W2C/Ce02或W2C/Ce20;3)、或含鑭的碳化二鎢(W2C/ Ln03)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種設(shè)備，該設(shè)備包括絲極，該絲極用作X射線電子管的陰極，其中該絲極的部分具有至少一被改變的特性，且該被改變的特性促使電子軌跡形成一集中的電子束。在一個實施方式中，被改變的特性是功函數(shù)。通過改變表面的選定部分的特性，電子束強度被增加，并且寬度被減小。
文檔編號H01J35/06GK102169788SQ201110071060
公開日2011年8月31日 申請日期2007年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月8日
發(fā)明者G·維爾舒皮, J·T·阿諾德, S·班迪 申請人:瓦里安醫(yī)療系統(tǒng)有限公司