低能量x-射線的生成裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于生成X射線的裝置。它特別適用于（但不限于）對醫學物品、藥 劑產品、或者食品或飲料的包裝進行消毒的低能量X射線生成器。下面對其它可能的應用 進行了討論。
【背景技術】
[0002] X射線生成器通常用于制作或包裝設施中，其用于對醫學物品、藥劑產品、或者食 品或飲料的包裝進行消毒。
[0003] 在這些應用中（例如對包裝進行消毒），按照慣例，需要進行消毒的物品將會暴露 于放射源（例如放射性鈷）產出的X射線輻射。該輻射包括"硬"X射線，即具有高能量的 輻射（測量到數兆電子伏特（eV))。
[0004] "硬"x射線通常是由放射衰變過程產生的，在該過程中，原子核經歷了向元素周期 表中的不同元素的轉變，同時通過電磁波放射出能量。這發生在所謂的"伽馬工廠"中，它 利用了放射性鈷的衰變并放射出高能量的X射線光子（在該特定實例中被稱為伽馬粒子， 盡管這仍然是X射線輻射，只是具有了特定的能量和波長）。
[0005] 現在的消毒標準需要25kGy(千戈瑞）數量級的劑量來實現將細菌消滅到可接受 的級別。這樣的劑量需要將包裝暴露到放射源中很長時間，通常需要若干小時。為了使其 可行，這種消毒通常是分批地在包含一個或多個托貨盤的產品中實施的。這是可行的，因為 "硬"X射線憑借它們的高能量有能力穿入到大量堆疊的包裝中。
[0006] 但是，近來，如GB2444310A中討論的，發現低能量或"軟"X射線更適合表面的消 毒。"軟"X射線的特征在于相對較低的能量，并主要具有5至20keV的量子能。由于它們 的低能量，這些軟X射線具有較高的吸收性。因此，在消滅表面細菌時這種X射線的效率較 高，并且所需要的總暴露時間比使用高能量X射線時更低。低能量X射線的劑量也是可取 的，它降低了損壞被消毒的材料的風險，并且這種X射線的柔和性也使得可以將它們安全 的用于生產線中，而不會對工作人員造成危險或者對于大規模鉛屏蔽的需求。
[0007] 可使用粒子加速器（例如，電子槍）生成帶電粒子流來生成這種"軟"X射線。當 這些粒子由于與物體的相互作用（例如，當它們撞擊金屬目標時）而被減速時，它們會放射 出電磁輻射。如果粒子束的初始能量足夠高，電磁輻射將會定位于放射光譜的X射線范圍 內。
[0008] 當電子改變它們的運動方向時，它們也會放射出X射線，如同同步加速器的情況 (同步加速器輻射可在寬光譜范圍中生成，包括X射線）。
[0009] 在目前的工作中，我們會討論基于加速的X射線的生產方法。大多數的X射線源 運行在低功率水平（它們是例如醫療/牙科X射線裝置、非破壞性試驗（NDT)和行李掃描 設備）。這是由設備的特定任務決定的：它們必須生成確保最佳圖像質量的X射線束。同 時，由于對X射線成像的需求，這些射線源通常是作為點射線源產生。生成這種用于成像應 用的粒子束的最佳方式是在真空中對電子進行加速并隨后將它們引導到金屬目標上。
[0010] 但是，對于消毒應用的情況，具有熱陰極的真空X射線管不是很好地適合于長周 期的重負荷運行。因此，在目前的工作中，我們選擇的X射線生產方法基于的是在具有冷陰 極的充氣設備中生成電子，而不是具有加熱絲的真空電子束射線源。
[0011] 現存的"軟"x射線生成器系統，例如GB2444310A中披露的，具有許多缺點，這些 缺點至少部分地是由陰極和陽極電極的布置以及在它們之間發生的電弧放電導致的。電極 間的電弧放電、以及由此導致的電極腐蝕會導致系統運行壽命的減少。這還會影響其在發 射器頭部的較大橫截面上同時生產穩定的、可靠的和可再現的X射線的能力，以及提供連 續的和連貫的運行的能力。
[0012] 因此，本發明的實施例尋求實現下面的一個或多個目標：⑴提高X射線生成器系 統的運行壽命；（2)使其能夠在X射線發射器頭部的較大橫截面上運行（3)改進設備的穩 定性和可再現性（最小化生成能量的脈沖與脈沖之間的變化）；(4)避免電弧放電并排除不 穩定性，當用于需要高水平的連續和連貫的運行的工業環境中時，這種電弧放電和不穩定 性會降低設備的穩定性。
【發明內容】
[0013] 根據本發明的第一方面，提供了如所附權利要求1限定的X射線源。于是，提供了 一種用于生成軟X射線的X射線源，該X射線源包括：陰極，其具有由支撐結構支撐的電子 發射結構，該電子發射結構至少部分地對支撐結構界定的區域內的X射線是透明的；陽極， 其具有與陰極的電子發射結構平行的X射線發射表面；電絕緣隔板，其配置在陽極與陰極 之間；其中陰極的電子發射結構和陽極的X射線發射表面被配置為，在使用中，電子發射結 構可操作性地向陽極轟擊電子，使得X射線從X射線發射表面發射出并穿過陰極；其中的絕 緣隔板被配置為位于陽極與陰極的支撐結構之間，并突出到支撐結構之外、跨越部分陽極 并且進入到所述區域中。
[0014] 上面和本文使用的表達"支撐結構界定的區域"應當被廣泛地解釋為，包括支撐結 構只存在于正在談論的區域的兩個相對面上的配置，以及支撐結構基本上或完全包圍正在 談論的區域的配置。
[0015] 憑借絕緣隔板突出到陰極支撐結構之外、進入到所述區域中、跨越部分陽極，避免 了或至少減少了電場強度會大大升高的陰極或陽極附近的位置的構造。實際上，絕緣隔板 對陽極和陰極附近的電場分布進行了"平滑"。這降低了陰極和陽極之間的電擊穿的概率， 從而降低了電極之間的電弧放電的可能性，并降低了電極腐蝕的發生。因而，這增加了X射 線生成系統的運行壽命，使其更適用于在升高的功率水平上連續和連貫的運行，使其能夠 在X射線發射器頭部的較大橫截面上傳遞更均勻的放電，并提高設備的整體穩定性、可靠 性和可再現性。
[0016] 在優選的實施例中，絕緣隔板突出到支撐結構之外、進入到所述區域中的距離是 大約15_。已經發現這種情況會得到最佳結果。
[0017] 優選地，X射線發射表面上未被絕緣隔板覆蓋的寬度處于大約3cm至大約IOcm的 范圍內。
[0018] 優選地，絕緣隔板的厚度是大約2_。
[0019] 優選地，絕緣隔板是由陶瓷材料制成的，例如氧化鋁（Al2O3)。但是，可使用其它絕 緣材料（特別是，其它陶瓷）替代。
[0020] 優選地，陰極的電子發射結構具有柵格或網孔結構。特別優選地，柵格或網孔結構 的幾何透明度是大約70 %至80%。
[0021] 優選地，該X射線源還包括X射線透明窗口，其位于與陽極相對的陰極側面上，該 窗口界定了一個位于窗口與陽極之間的腔室。在優選的實施例中，腔室包含亞大氣壓的氣 體。氣體是例如氦氣的惰性氣體或氮氣，或者可以是空氣。優選地，還提供位于氣體供應裝 置與腔室之間的分子篩，從而防止水分或灰塵等進入到腔室中。還可提供與腔室連接的真 空汞，從而實現和保持腔室中的亞大氣壓。
[0022]優選地，X射線透明窗口包括KaptorT(RTM)，因為已經發現它具有有益的特性（包 括當暴露到X射線中時會變得更加堅固，而其它材料會損壞或隨著時間變得易壞）。
[0023] 特別優選地，窗口由導電材料形成，或者進一步包括由導電材料形成的涂層。這使 得窗口能夠被保持在與陰極的電子發射結構相同的電位上，從而防止來自陰極的帶電粒子 被朝向窗口加速并損壞窗口。相應地，有利的是將窗口與陰極的電子發射結構電連接。
[0024] 優選地，陽極是由金屬塊構成的，金屬塊的厚度是至少幾毫米。。
[0025] 優選地，陽極還包括冷卻裝置，例如一個或多個與陽極熱連通的冷卻管。
[0026] 優選地，陰極的電子發射結構至少部分是由銅構成的。優選地，陽極同樣至少部分 是由銅構成的。例如，它可以是由塊狀銅、或者涂覆銅的鐵構成的。盡管銅是陰極和陽極優 選的材料，但是可使用其它材料替代，只要它們的特征發射譜線位于10_12keV以下的光譜 范圍中。
[0027]X射線源還可包括與陽極電連接的電源線纜。
[0028] 優選地，X射線源還包括絕緣材料，該絕緣材料被配置為將陽極的波阻抗與電源線 纜的波阻抗進行匹配。這有利地降低了施加到發射器頭部的電壓脈沖的反射。
[0029] 優選地，陰極的電子發射結構處于地電位。
[0030] 優選地，陰極的電子發射結構與陰極支撐結構電連接，使得能夠將電子發射結構 與陰極支撐結構保持在共同的電位。
[0031] 優選地，陰極支撐結構與X射線源的外殼結構連接，或者與外殼結構一體形成。可 將外殼結構配置為包圍至少部分陽極。
[0032] 優選地，絕緣隔板在外殼結構與陽極之間延伸。
[0033]優選地，X射線源還包括用于生成陽極與陰極之間的電壓的裝置。
[0034]特別優選地，用于生成電壓的裝置包括電感能量存儲裝置。利用該布置，上升的電 流會導致電感器上的電壓上升，因此有效地降低施加到可能在X射線生成器中產生的任何 電電花上的電壓，從而有效地充當自阻尼限制器。這還提高了X射線設備的運行穩定性和 壽命。
[0035] 優選地，用于生成電壓的裝置被配置為向陽極供應高壓短脈沖。
[0036] 優選地，X射線源被配置為發射出具有5keV至20keV的量子能的X射線，盡管如 果特定應用需要可以將該能量提升。
[0037] 根據本發明的第二方面，提供了一種包含如本發明的第一方面所述的X射線源的 消毒裝置。
[0038] 根據本發明的第三方面，提供了一種包含如本發明的第二方面所述的消毒裝置的 生產線或者制造或包裝設施。
[0039] 根據本發明的第四方面，提供了一種對物品進行消毒的方法，該方法包括使用X 射線源利用X射線輻射對物品進行照射，該X射線源為如本發明的第一方面所述的X射線 源。
[0040] 被照射的物品可以是例如醫療物品、藥物物品、食物