CN101401186B - X-射线电子管的改良阴极结构 - Google Patents

Abstract

一种装置和方法，该装置和方法包括阴极结构，该阴极结构可以是盘绕为螺旋形状的圆柱形丝极，或被构造为带状或其它合适结构。阴极结构可以通过经过的电流或其它的如能量电子的轰击的方法来加热。相对于表面的非选定部分，阴极结构的表面的选定部分具有被改变的特性。在一个实施方式中，被改变的特性是曲率。在另一个实施方式中，被改变的特性是功函数。通过改变表面的选定部分的特性，电子束强度被增加，并且宽度被减小。

Description

X-射线电子管的改良阴极结构

技术领域

本发明的实施方式主要涉及X-射线电子管阴极领域，并且更具体地涉及X-射线电子管阴极的电子发射结构。

背景技术

如图1所示，传统的X-射线电子管的盘绕丝极具有封闭卷绕的螺旋形式，悬挂在导槽中间。线圈的纵向示意图如图2所示。通常，丝极线圈面向电子管的阳极，并且电场的几何形状趋于扩散，特别在丝极线圈附近的地方电场更低，导致电子束的扩散；并且由此减少了提供给阳极的电子束强度。如图2所示，束流从具有对面阳极的凸曲率的阴极表面的扩散对于圆柱形丝极线圈来说是已知的几何特性。需要注意的是，出于强调的目的，图2中的扩散被放大。电子束的扩散增加了入射到阳极上的电子束流宽度，减少了入射到阳极上中电子束的均匀性，并且使入射到阳极上的电子束的边缘变得模糊。

发明内容

将描述一种用于X-射线电子管阴极的具有表面的螺旋盘绕的圆柱形丝极的设备和方法。在一个实施方式中，相对于圆柱形丝极的表面的非选定部分，表面的选定部分具有被改变的特性。在一个实施方式中，被改变的特性是曲率。在另一个实施方式中，被改变的特性是功函数。特性改变的目的是改良入射到X-射线电子管的阳极上的电子束的精确度和强度。

在一个实施方式中，可以通过磨掉或切除表面的选定部分的材料来形成曲率。在另一个实施方式中，可以通过弯曲表面的选定部分的材料来形成曲率。

在一个实施方式中，圆柱形丝极的表面具有基本丝极材料，该基本丝极材料具有相关的功函数。在一个实施方式中，功函数通过在表面的选定部分上沉积材料膜层而被改变，所述表面具有基本丝极材料。在一个实施方式中，材料膜层具有比非选定部分的基本丝极材料低的功函数。在另一个实施方式中，改变功函数包括在表面的非选定部分上沉积材料膜层，所述表面具有基本丝极材料。材料膜层具有比选定部分的基本丝极材料高的功函数。可选择地，改变功函数包括在表面的选定部分沉积第一材料膜层，以及在表面的非选定部分上沉积第二材料膜层。第一材料膜层具有比非选定部分的第二材料膜层低的功函数。

通过附图以及下述的详细描述，本实施方式的其它特点和优点将显而易见。

附图说明

本实施方式将通过示例性的方式进行说明，并不局限于附图中的图示。

图1示出了X-射线电子管的传统的螺旋形式的盘绕丝极。

图2示出了图1所示盘绕丝极的纵向示意图。

图3示出了包括阴极和阳极的X-射线电子管的一个实施方式。

图4a示出了圆柱形丝极线圈的一个实施方式的纵向示意图，该圆柱形丝极线圈的表面的选定部分有凹曲率。

图4b示出了用于将在选定部分中的表面的凸曲率改变为基本上平的或凹的曲率的方法的一个实施方式。

图5a示出了圆柱形丝极线圈的另一个实施方式的纵向示意图，该实施方式在表面的选定部分上有凹曲率。

图5b示出了用于将在选定部分中的表面的凸曲率改变为基本上平的或凹的曲率的方法的另一个实施方式。

图6显示了示出了关于表面选定部分的发射表面曲率半径的相对束流宽度。

图7a示出了显示表面的选定部分和非选定部分的边界的圆柱形丝极线圈的一个实施方式的纵向示意图。

图7b示出了在圆柱形丝极线圈的表面的选定部分上沉积材料的一个实施方式的纵向示意图。

图7c示出了在圆柱形丝极线圈的表面的非选定部分上沉积材料的另一个实施方式的纵向示意图。

图7d示出了在圆柱形丝极线圈的表面的选定部分和非选定部分两者上都沉积材料的另一个实施方式的纵向示意图。

图7e示出了用于相对于表面的非选定部分改变选定部分的功函数的方法的一个实施方式。

图7f示出了在盘绕丝极的表面上沉积材料的方法的一个实施方式。

图7g示出了用于转化/碳化盘绕丝极的表面的材料的方法的一个实施方式。

图7h示出了用于转化/碳化和扩散盘绕丝极的表面的材料的方法的一个实施方式。

图8示出了显示在X-射线电子管中从阴极的被均匀碳化的丝极线圈发射到阳极的电子束的示例性实施方式的示意图。

图9示出了在X-射线电子管中从阴极的被选择性碳化的丝极线圈发射到阳极的电子束的示例性实施方式的示意图。

图10示出了图9所示的从被选择性碳化的丝极线圈发射到阳极的电子束的特写图。

具体实施方式

在下面的描述中，诸如特殊材料、处理参数、处理步骤等等的许多的特殊的细节被列出，以便于提供对本发明的彻底了解。本领域的技术人员公知这些细节不需要逐一地遵从以实行所主张的实施方式。在其它的实例中，已知的处理步骤、材料等等没有被列出，以便于不使本发明模糊。这里使用的术语“功函数(work function)”指将电子从金属的表面移走所需的最小量的能量。

阴极将被描述。阴极被用于x-射线电子管中以发射电子，这些电子被加速到与阳极碰撞时产生x-射线所需要的高能量。阴极可以是如这里描述的可被卷绕为螺旋形的圆柱形丝极。圆柱形丝极是电导体，通常是具有表面的金属丝。表面的作用是提供电子束。表面可以具有选定部分和非选定部分。如下面将详细描述的，表面的选定部分有一个特性，它可以相对于表面的非选定部分而被改变。

在典型的卷绕丝极中的凸曲率导致电子束的扩散，并且由此减少了提供给阳极的电子束强度。在一个实施方式中，卷绕丝极的凸曲率可以在卷绕丝极的顶部表面上被改变为基本上平的或凹的曲率，以为卷绕丝极电子发射表面提供较好几何结构，减少电子束的扩散并且增加提供给阳极的电子束强度。通过在其轮廓上具有曲率的表面，阴极线圈可以被制作成使得与电子发射表面相切的外围(envelope)具有凹轮廓，在此处类似于一维皮尔斯(pierce)阴极的几何结构，从而使电子集中到阳极上。例如，可以通过磨掉、切除或弯曲表面选定部分中的表面轮廓来形成曲率。可选择地，本领域的技术人员已知的其它的方法可以被用来沿着表面的选定部分形成需要的曲率。

在另一个实施方式中，可以在丝极表面的明确选定区域上改变功函数，例如，通过沉积材料以改变至少一个选定部分上的功函数，或者忽略选定区域并且在非选定区域沉积材料，或者在选定部分和非选定部分的两者上沉积具有不同功函数的材料。这可以通过将表面从基本丝极材料转化为不同混合物的操作来实现。一个这种操作的实例被实施在钨丝金属线上以碳化选定区域中的可控深度的表面层，以减少其上的功函数。其它表面修改操作也可以被使用，以减少或增加功函数，或相反地改变丝极的限定区域的表面的特性。本领域的技术人员已知的方法可以被用来改变表面的选定部分和非选定部分之间的功函数差异，允许表面的选定部分比表面的非选定部分具有更低的功函数。

阴极结构的选定部分的几何限定可以被设计为通过增加来自于具有减少的功函数区域的电子通量来提高电子束的集中。通过较小的源区域，可以使得电子束的宽度更小且束边界更加锐化，允许在阳极上的覆盖区(footprint)具有缩减的区域和更加锐化的边界限定。在不反对较小的电子束覆盖区的情况下，电子束强度可以较高，并且总的X-射线产量可以被保持。一般地，X-射线图像轮廓通过X-射线源点的尺寸来确定。增加电子束强度和/或减少电子束宽度，会导致入射到阳极的电子束覆盖区的宽度减小、均匀度提高、并且包括更清晰的边界。通过增大束流强度和/或减少电子束宽度，包括这里描述的丝极的X-射线电子管可以产生更清晰的、更不模糊的X-射线图像。

通过这里描述的改变圆柱形丝极表面的选定部分的特性来的限定丝极的电子发射区域的其它优点在于电子束强度可以被增加，并且在没有附加的聚焦电极的情况下，阳极的束流覆盖区的轮廓和尺寸可以被改善，所述附加的聚焦电极需要单独的电激励。

X-射线电子管一般包括外壳，该外壳包含电极，该电极对电子进行加速并且将该电子从阴极丝极导引到金属阳极，在金属阳极处，它们的碰撞产生X-射线。传统的X-射线电子管与外壳一起被提供，所述外壳通常具有玻璃或陶瓷和金属构造且密封有高真空，在该高真空中，电子可以被自由地加速，而不存在与气体分子的过多碰撞。当阴极/丝极通过电流被加热时，阴极/丝极将电子释放到附近。电子被加速到阳极，该阳极在被加速电子碰撞时产X-射线。在一些X-射线电子管中，阳极被旋转以便于散去由于高能电子碰撞所留下的能量而产生的热量。位于电子管中的旋转阳极包括被设计用来旋转阳极的感应电机的转子。感应电机的定子通常被置于电子管的外部。X-射线电子管的外壳可以设置有由低密度材料制成窗口，以允许由X-射线电子管产生的X-射线的离去。窗口可以具有较高密度的边框以限定输出的X-射线束的边界。

图3示出了具有阴极和阳极的X-射线电子管的一个实施方式。图3的X-射线电子管100包括阴极结构110和阳极120。阴极结构110可以包括导电丝极111和丝极外壳结构112。丝极111可以是卷绕为螺旋形状的圆柱形金属丝。丝极111包括表面。丝极111在通过电流经过的方式被充分地加热时从表面释放电子。随后，阴极结构110和阳极120之间的电场在朝着的阳极方向对电子进行加速，所述电场通过在所述X-射线电子管100的阴极结构110和阳极120之间应用范围在几千伏特到几十万伏特的高电压而生成。

被加速的电子构成了电子束，该电子束具有电子束强度、宽度和长度。束长度依赖于阴极结构110和阳极120之间的距离。束流能量和宽度由存在于阴极结构110和阳极120之间的电场来定义。注意，电子从丝极111的表面以低能量被释放。在这种情况下，电子容易受到由当前电场的操作的影响。通过灵活的操作和被指派为电子束中电子的源的区域的几何结构的结合，以及电子轨迹的灵活操作，通过使用在此描述的方法和结构，特别是在能量低的时候，电子束的宽度可以减小，并且电子束的强度可以增大。增大强度且减小电子束的宽度导致入射到阳极的电子束的较小的覆盖区。

有碍于电子束的控制的影响在于电子的相互静电排斥，该静电排斥可以导致引起电子束分离或扩散。由于电子通过阴极结构110和阳极120之间的强电场加速，所以它们不易受到横向加速的影响，并且电子束可以更紧密地保持到期望的狭窄覆盖区。

加速电子以使它们移动到阳极所需要的高电场由高压电源供应。普通的电源包括变压器，该变压器用于从商业电线提供高电压交变电流源。在很多情况下，所述交变电流源通过高压整流器(真空管或半导体)整流。注意，许多用于产生高电压源的可选装置在产生X-射线的技术领域是公知的。通过整流后的高电压的应用，电子一开始就被迅速地加速到高能量。一旦到达阳极，电子被突然停止。对于一小部分的电子，非常剧烈的停止过程会产生X-射线。X-射线起源于电子束的覆盖区，电子束在该覆盖区撞击阳极。为了形成狭窄的具有锐边界的X-射线束，所述覆盖区应该尽可能的小，因此在阳极上提供小的电子束覆盖区是非常重要的。

阳极120可以被配置成接收从圆柱形丝极111表面发射的电子。阳极可以被布置以呈现倾斜于电子束方向的面。X-射线在电子束覆盖区下被产生并且从电子碰撞的聚集点被同向地发散。对于偏离阳极表面的法线小于90度的倾角，X-射线自由地生成。特别地，依据图3，X-射线沿着路径121产生。随着X-射线的出现，具有入射电子束在120处的宽度的焦斑，从X-射线的角度看，该焦斑因为射束121而具有缩小的宽度。电子束形状可以被设计成在在阳极上提供的矩形覆盖区。在该设置中，在合适的角度从出射的X-射线束121的方向看，由电子束覆盖区产生的X-射线将被看到具有小的方形轮廓。适于该设置的角度一般在0°到20°的范围内。该布局允许扩展阳极上接收电子束能量的区域，从而减少了阳极表面的局部发热。在一个示例性实施方式中，阳极的角度大约为7度。可选择地，其它角度也可以被使用。可以使电子束的覆盖区为矩形，该矩形的长轴被布置在输出X-射线束的方向上。当从输出X-射线束的方向看时，该矩形被缩小，从而提供在横截面121看到的X-射线的较小的明显的源点。这样的设置可以帮助减少阳极120的发热和腐蚀。

阴极结构110的丝极外壳结构112装有丝极111。丝极外壳结构112可以成形(shape)阴极附近和阴极110和阳极120之间的电场。它可以影响电子从阴极110到阳极120的路径。更特别地，丝极外壳结构112的形状可以影响束流的早期成形。做出了对于成形的特别暗示。

如上述的，阴极可以包括丝极111，该丝极111可以是卷绕为螺旋状的圆柱形金属丝，以提供X-射线电子管100的阴极结构110的电子发射单元。阴极表面可以具有选定部分，该选定部分相对于表面非选定部分具有被改变的特性。在一个实施方式中，表面的选定部分的被改变的特性可以是沿着表面的选定部分的曲率。选定部分的曲率基本上可以是凹的、平的或凸的。

在一个实施方式中，改变圆柱形丝极111的选定部分的特性可以通过以下步骤实现：提供卷绕为螺旋状的圆柱形金属丝的表面以用于X-射线电子管100的阴极结构110，选定圆柱形丝极的部分表面，并且改变选定部分的几何特性以支持从选定部分发射的电子轨迹。改变选定部分的特性可以包括将沿着丝极111的表面的选定部分的凸曲率变为基本上平的或凹的形状。分别在图4a和5a中以及图4b和5b的步骤401-403和501-503中示出了实现几何形状的改变所需的步骤的实施例。此处提到的凸曲率意味着正切于其表面的卷绕丝极的外围具有从圆柱形丝极111中心面向阳极120的凸曲率。

改变选定部分的凸曲率可以通过步骤405从选定部分移去材料来形成基本上平的或凹的曲率来实现，例如通过从选定部分磨掉材料，步骤405a。在可选的实施方式中，从选定部分移去材料可以通过其它的方法执行，例如，从选定部分切除材料，步骤405b；通过电火花加工(electric dischargemachining)，步骤405c；或通过其它本领域技术人员已知的方法，例如蚀刻。注意，改变圆柱形丝极111的选定部分的凸曲率可以在将圆柱形丝极111缠绕为卷绕螺旋形状之前或之后执行。

在另一个实施方式中(见图5a)，改变选定部分的凸曲率可以包括将材料从它的凸形状弯曲为基本上平的或凹的曲率，步骤505。弯曲选定部分的材料可以包括盘绕圆柱形丝极以形成基本上平的或凹的曲率，步骤505b。在一个示例性实施方式中，弯曲选定部分的材料包括将圆柱形丝极缠绕到圆柱形带槽心轴(grooved mandrel)上，以及通过使用楔形物挤压圆柱形带槽心轴上的圆柱形丝极线圈来使选定部分的材料变形。该楔形物有期望形状以使圆柱形丝极线圈的选定部分的材料变形，从而在圆柱形丝极表面的选定部分形成基本上平的或凹的曲率。可选择地，弯曲选定部分的材料可以包括其它的本领域技术人员已知的方法，例如，在步骤505a将圆柱形丝极盘绕成卷绕螺旋形状之前，使圆柱形丝极的选定部分的材料变形，步骤505b。

图4a示出了圆柱形丝极线圈的一个实施方式的纵向示意图，该圆柱形丝极线圈在表面的选定部分上具有凸曲率。图4a中的阴极结构110包括圆柱形丝极411和丝极外壳结构112。圆柱形丝极411包括表面，该表面具有非选定部分414和选定部分415。注意，图4a示出了沿着螺旋轴被卷绕成螺旋形状的圆柱形丝极的示意图，因此示出了圆柱形丝极411的一个线圈。一般而言，该成形可以延伸到圆柱形丝极411的多个线圈，并且甚至可以包括所有的线圈。

如前所述的，当足够的电流经过圆柱形丝极411以加热该丝极到足够的温度时，阴极结构110的圆柱形丝极411向阳极120发射电子以形成电子束413。在该实施方式中，表面的选定部分415的被改变的特性是曲率。当材料从选定部分415移去时，步骤405，非选定部分414形成具有被改变的曲率的部分的边界。沿着选定部分415的曲率可以基本上平的或凹的。

如前面说明的，在可选择的实施方式中，移去材料可以通过将材料从选定部分415磨掉或切除来完成，分别为步骤405a和405b，允许非选定部分414形成具有期望曲率的区域边界。如前面提到的，圆柱形丝极411可以包括附加的线圈，并且由此前面提到的移去材料的方法可以在圆柱形丝极411的表面的附加选定部分415执行。

在步骤405中从表面的选定部分415移去材料，在选定部分415下的金属丝的横截面区域会减小，由此增大了丝极中的局部电流密度，该局部电流密度的增大会增大由位于表面的选定部分415下的区域中的电流产生的温度，并且将会减小由位于表面的非选定部分414下的区域中的电流产生的温度。由于此处具有更高的温度，这将允许表面的选定部分415比表面的非选定部分414更容易释放电子。减小表面的非选定部分和该表面下的相应区域的温度，可以减少非选定部分414上的机械压力，并且由此增大了圆柱形丝极411的寿命。

出于示例的目的，在一个实施方式中，通过在步骤405中从表面的选定部分415移去材料，发射表面的发射表面曲率半径可以通过移去圆柱形丝极金属丝411的大约一半直径来形成。

注意，上面所述的从丝极的选定部分415移去材料将导致更高的局部电流密度以及由此而产生的更高的局部温度，该更高的局部温度将促进所希望的更高的选定部分415的电子发射，而不会同时导致丝极的非选定部分414的电子发射的增加。丝极的非选定部分414中的电流密度在这些部分产生较低的温度，从而如上面所述，减小这些部分的压力，压力的减小可以延长丝极411寿命。

图5a示出了圆柱形丝极线圈的另一个实施方式的纵向示意图，该圆柱形丝极线圈在表面的选定部分515上有凹曲率。在此，凹曲率指卷绕丝极的外围表面的曲率。图5a的阴极结构110包括卷绕的圆柱形丝极511和丝极外壳结构112。圆柱形丝极511包括表面，该表面具有非选定部分514和选定部分515。注意，图5a示出了沿着螺旋轴被卷绕为螺旋形状的圆柱形丝极的示意图，并且由此示出了圆柱形丝极511的一个线圈。一般而言，该成形可以延伸到圆柱形丝极511的多个线圈，并且甚至可以包括所有的线圈。

如前面所述的，当电流经过圆柱形丝极511时，阴极结构110的圆柱形丝极511向阳极120发射电子以形成电子束513。在该实施方式中，表面的选定部分515的被改变的特性是曲率。通过在步骤505中弯曲选定部分515的材料，选定部分515形成期望的外围曲率，这意味着选定部分515最初的材料保持完整，并且仅仅改变了相对于非选定部分514的位置。沿着选定部分515形成的外围曲率可以是基本上平的或凹的。

如前面说明的，在一个实施方式中，可以通过执行以下步骤来弯曲选定部分的材料(步骤505)：将圆柱形丝极511缠绕在圆柱形带槽心轴上，步骤505a；以及通过使用楔形物挤压圆柱形带槽心轴上圆柱形丝极511而使表面的选定部分515的材料变形，所述楔形物有期望形状以使圆柱形丝极511的选定部分515的材料变形，步骤505b。被变形的材料可以在圆柱形丝极表面的选定部分515上具有的基本上平的或凹的外围曲率。可选择地，弯曲材料的其它已知的方法可以被使用，例如，在步骤505a将圆柱形丝极511盘绕成卷绕的螺旋形状之前，使圆柱形丝极的选定部分515的材料变形，步骤505b。

如前面提到的，圆柱形丝极511可以包括附加的线圈，并且由此，前面提到的移去材料的方法可以在圆柱形丝极511的表面的附加选定部分上执行。

在一个实施方式中，通过在步骤505中弯曲表面的选定部分515的材料，在丝极的选定部分515中的发射表面的外围的曲率半径可以是圆柱形丝极511的线圈直径的一半。在另一个实施方式中，通过步骤505中针对表面的丝极514的合适的变形步骤，表面的选定部分515的外围表面的曲率半径可以比该值更大或更小。

图6是示例图，该图显示了电子束的束流宽度与成形的电子发射丝极的选定部分相对应的发射表面的曲率半径的关系。图表600示出了一个实施例的相应的束流宽度601(纵坐标)如何相对于表面的选定部分的曲率的发射表面半径602(横坐标)而变化。在图表600中，发射表面半径602以毫米的倒数(mm^-1)表示，而相应的束流宽度601以毫米表示。对于发射表面半径602的符号规定，正数表示凸曲率，负数表示凹曲率，而零表示平曲率(flatcurvature)。可选择地，其它的本领域技术人员已知的符号规定和单位也可以使用。束流宽度依赖于X-射线电子管的整个几何结构，电子发射表面的曲率也一样。在阳极的覆盖区定义图6中的束流宽度。

如在该示例性实施方式中所述，当发射表面的半径倒数602从正数减小到零时，相应的束流宽度601也减小。类似地，当半径倒数602进一步从零减小到负数时，相应的束流宽度601也进一步减小。在该示例性实施方式中，正数表示凸曲率，负数表示凹曲率，而零表示相应的平表面倒数。通过示例说明的方式，在图表600中所表示的特殊的情况中，当发射表面的倒数602具有正的曲率0.763毫米(0.763＝1/1.31)时，相应的束流宽度601具有8毫米的值；当发射表面602具有为零的曲率时，相应的束宽度601具有2毫米的值；并且当发射表面倒数602具有负2.56毫米(-2.56＝1/(-0.39))的曲率时，相应的束流宽度601具有1.5毫米的值。

除了上面所述的阴极结构的几何形状的影响之外，电子发射表面的功函数也对电子束的电流密度产生影响。图7a-7b是包括表面的圆柱形丝极711的一个线圈的实施方式的纵向示意图，该表面具有非选定部分714和选定部分715。可选择地，圆柱形丝极711可以包括多个线圈，该线圈可以具有圆柱形丝极711表面的一个或多个选定和/或非选定部分。为了易于论述，此处所述的选定部分715和非选定部分714将被称为选定部分715和非选定部分714。由于圆柱形丝极711可以包括附加的线圈，下面所述的改变功函数的方法可以在圆柱形丝极711的表面的一个或多个选定部分715和非选定部分714上执行。

在一个实施方式中，改变圆柱形丝极711的选定部分715的特性可以通过以下步骤来实现：对X-射线电子管100的阴极110提供卷绕为螺旋形状的圆柱形丝极的表面，步骤701；选择圆柱形丝极711的表面的部分715，步骤702；以及改变选定部分715的特性以基本上仅从选定部分715发射电子，步骤703。改变选定部分715的特性可以包括相对于圆柱形丝极表面的非选定部分714来改变选定部分715的功函数，步骤704。在可选择的实施方式中，改变选定部分715的特性可以包括改变选定部分715的功函数、改变非选定部分714的功函数、或改变圆柱形丝极711的表面的选定部分715和非选定部分714的功函数。

在一个实施方式中，相对于圆柱形丝极(在该实施方式中由钨制成)表面的非选定部分714来改变选定部分715的功函数(步骤704)可以包括沉积材料(步骤704a)、转化/碳化材料(步骤704b)、或转化/碳化并且提供材料的扩散(步骤704c)，这些步骤将在下面详细描述。转化/碳化钨是将材料化学地引入以将钨改变为碳化钨(WC)或二碳化钨(W₂C)的必需的过程。

改变选定部分715、非选定部分714或选定部分715和非选定部分714两者的功函数以使得选定部分715具有比非选定部分714低的功函数，可以增加从表面的选定部分715发射的电子的数量。增加从选定部分715发射的电子的数量可以增加从阴极结构110的卷绕圆柱形丝极711向阳极120发射的电子束的强度。增加从选定部分715发射的电子的数量可以通过减少电子束的宽度来实现，减少电子束的宽度可以减少入射到阳极120上的电子束覆盖区的宽度。

在一个示例性实施方式中，选定部分715和非选定部分714的功函数之间的差值大约是十分之二电子伏特(0.2eV)。可选择地，其它的功函数差值可以被使用，例如：多于或少于一电子伏特(1eV)、高达二又十分之四电子伏特(2.4eV)。在另一个示例性实施方式中，选定部分715和非选定部分714之间的功函数差值可以在0.2eV到2.4eV的范围内。可选择地，可以使用其它的范围。

图7a示出了具有表面的圆柱形丝极线圈的一个实施方式的纵向示意图。图7a中的阴极结构110包括圆柱形丝极711和丝极外壳结构112。圆柱形丝极711包括具有非选定部分714和选定部分715的表面。如前所述的，当电流经过圆柱形丝极711时，阴极结构110的圆柱形丝极711被加热到一点，该点能使电子向阳极120(没有显示)发射来形成电子束。在该实施方式中，表面的选定部分715的被改变的特性是功函数。

如上面所描述的，丝极711可以是安装在X-射线电子管100中的阴极结构110中的卷绕为螺旋状的圆柱形丝极，该丝极具有表面。该表面可以有相对于表面的非选定部分714而言被改变特性的选定部分715。在该实施方式中，表面的选定部分715的被改变的特性可以是功函数。此外，在该实施方式中，表面的选定部分715具有比圆柱形丝极711的表面的非选定部分714低的功函数。

如下面将详细描述的，改变功函数以使得选定部分715具有比非选定部分714低的功函数可以包括改变选定部分715的功函数、改变非选定部分714的功函数或表面的选定部分715和非选定部分714两者的功函数。

图7b示出了在圆柱形丝极线圈的表面的选定部分沉积材料以改变功函数的一个实施方式的纵向示意图。在一个实施方式中，改变选定部分715的功函数(步骤704a)可以包括在基本丝极材料的表面的选定部分715上沉积材料膜层715a(步骤720)。

在一个实施方式中，材料膜层715a是钽，并且选定部分715和非选定部分714的基本丝极材料是钨。钽具有大约4.1eV的功函数并且钨具有大约4.5eV的功函数，使得功函数差值大约是0.4eV。可选择地，本领域技术人员已知的其它材料也可以用于材料膜层715a和基本丝极材料，以使得材料膜层715a具有比表面的非选定部分714的基本丝极材料低的功函数。

在一个示例性实施方式中，涂敷选定部分715的材料膜层715a的功函数与非选定部分714的功函数之间的差值大约是十分之四(0.4)eV(在该实例中，钨的功函数4.5eV与钽的功函数4.1eV的差值)。这可以是对应着钨上的钽层。可选择地，可以使用其它的功函数差值，例如，一个(1)eV或小于一个(1)eV。在另一个示例性实施方式中，选定部分715上的材料膜层715a的功函数与非选定部分714的功函数差值可以在十分之二(2/10)eV到(1)eV之间。可选择地，可以使用其它的范围。

图7c示出了在圆柱形丝极线圈表面的非选定部分沉积材料的另一实施方式的纵向示意图。在一个实施方式中，改变非选定部分714的功函数(步骤704a)可以包括在表面的非选定部分714上的沉积材料膜层714a(步骤721)，该表面包括基本丝极材料。在可选的实施方式中，改变非选定部分714的功函数可以包括在包括基本丝极材料的表面的选定部分715和非选定部分714上沉积第一材料膜层714a(步骤722a)，和从表面的选定部分715移去第一材料膜层714a(步骤722b)，得到与图7c中所示的相似结构；或者改变非选定部分714的功函数可以包括在表面的选定部分715和非选定部分714上沉积第一材料膜层715a(步骤722a)，和从表面的非选定部分714上移去第一材料膜层715a(步骤722c)，得到与图7b中所示的相似结构。

在一个示例性实施方式中，材料膜层714a是铂并且选定部分715和非选定部分714的基本丝极材料是钨。铂具有大约5eV的功函数并且钨具有大约4.5eV的功函数，使得功函数的差值大约是0.5eV。可选择地，本领域技术人员已知的其它的材料可以用于材料膜层714a以及选定部分715和非选定部分714的基本丝极材料，以使得材料膜层714a具有比基本丝极材料高的功函数。

在另一个实施方式中，选定部分715的功函数与表面的非选定部分714上的材料膜层714a的功函数之间的差值大约是十分之四(0.4)eV(对于在钨上涂敷钽)。可以使用其它的功函数差值，例如，一个1eV或小于一个1eV。在另一个示例性实施方式中，在非选定部分714上的材料膜层714a的功函数与选定部分715的功函数差值可以是从0.2eV到1eV的范围。可选择地，可以使用其它的范围。

图7d示出了在圆柱形丝极线圈的表面的选定部分和非选定部分两者上都沉积材料的另一个实施方式的纵向示意图。在一个实施方式中，改变选定部分715和非选定部分714两者的功函数可以包括在具有基本丝极材料的表面的选定部分715上沉积第一材料膜层715a(步骤723a)，和在表面的非选定部分714上沉积第二材料膜层714a(步骤723b)。在一个实施方式中，改变选定部分715和非选定部分714两者的丝极(为基本丝极材料)的功函数可以包括在表面的选定部分715上沉积第一材料膜层715a(步骤723a)，和在表面的非选定部分714上沉积第二膜层714(步骤723b)。

在一个示例性实施方式中，第一材料膜层715a是钽，第二材料膜层714a是铂，并且选定部分715和非选定部分714的基本丝极材料是钨。可选择地，本领域技术人员已知的其它的材料可以用于第一材料膜层715a、第二材料膜层714a以及选定部分715和非选定部分714的基本丝极材料，以使得第一材料膜层715a具有比第二材料膜层714a低的功函数。

在一个实施方式中，在选定部分715上的第一材料膜层715a的功函数与在非选定部分714上的第二材料膜层714a的功函数的差值大约是0.2eV。可选择地，可以使用其它的功函数差值，例如，1eV或小于1eV。在另一个示例性实施方式中，非选定部分714上的材料膜层714a的功函数与选定部分715上的材料膜层715a的功函数的差值可以是从0.2eV到1eV的范围。可选择地，可以使用其它的范围。

注意，这里描述的关于在基本丝极材料上沉积材料的方法中，用于在基本丝极材料上沉积的材料要与X-射线电子管中工作的热量和物理要求相适应，例如，需要适当的注意以确保在大约两千(～2000°)开氏度的范围上仍可以保持好的膜粘结，并且所沉积的材料不会在丝极的预期的最终寿命之前在X-射线电子管100的丝极的工作温度下通过蒸发，或通过扩散到圆柱形丝极711的体料(bulk material)中而消失。

在另一个实施方式中，改变选定部分715的功函数(步骤704b)可以包括将选定部分715的基本丝极材料转化为第一材料(步骤730)，该第一材料可以是基本丝极材料和附加材料的化学组合物。

转化基本丝极材料以提供电子发射的优选区域，该转化可以包括通过将表面的选定部分715的基本丝极材料碳化成比未碳化的基本丝极材料具有更低功函数的第一材料而进行转化，步骤730。下面是一些用于设置低功函数的优选区域的方法的可选择实施例。对于第一实施例，将基本丝极表面的非选定部分714转化为第一改变材料，步骤731，其中被改变的材料具有比暴露在丝极的选定部分的基本丝极材料高的功函数。对于第二实施例，将基本丝极表面的选定部分715转化为第一改变材料，步骤732a，并且将基本丝极表面的非选定部分714转化为第二改变材料，步骤732b，其中第二改变材料具有比第一改变材料高的功函数。对于第三实施例，将基本丝极表面转化为第一改变材料，步骤733a，其中第一改变材料具有比基本丝极材料高的功函数，并且随后从定义为选定部分715的区域移去第一材料，步骤733b。对于第四实施例，将基本丝极表面转化为第一改变材料，步骤733a，其中第一改变材料具有比基本丝极材料低的功函数，并且随后从非选定部分714移去被转化的基本丝极材料，步骤733c。基本丝极材料可以是钨，并且选定部分715的被转化的化学复合材料可以是碳化钨、WC、或二碳化钨、W₂C。注意，钨的功函数为4.5eV，WC的功函数为3.6eV并且W₂C的功函数为4.58eV。这些不同可以被用于为电子发射的不同区域定位。当钨的碳化物被引用时，本领域技术人员公知的其它材料可以被用于基本丝极材料，以使得表面的选定部分715的被改变的最终表面材料具有比基本丝极材料低的功函数。

在一个示例性实施方式中，通过在选定部分715和非选定部分714上复合碳和钨，以分别在步骤730和731中分别提供对WC和W₂C表面的复合。选定部分715和非选定部分714的功函数不同导致大约0.9eV功函数的差异。可选择地，本领域技术人员公知其它材料也可用于第一材料和基本丝极材料，以使得第一材料具有比基本丝极材料低的功函数。

在另一个示例性实施方式中，改变表面的非选定部分714的功函数可以包括将非选定部分714的W转化为W₂C，步骤731。可选择地，本领域技术人员公知的其它材料也可用于第一材料和基本丝极材料，以使得第一材料具有比基本丝极材料高的功函数。

在另一个示例性实施方式中，改变选定部分715和非选定部分714的功函数可以包括在步骤732a中将选定部分715的W转化为WC，并且在步骤732b中将非选定部分714的W转化为W₂C。可选择地，本领域技术人员公知的其它材料也可用于第一材料、第二材料和基本丝极材料，以使得第一材料具有比第二材料低的功函数。

注意，通过将表面转化为一个化学化合物，并且随后将结果材料转化为另一种化学化合物，被转化的材料可以变得在整个丝极温度范围免于分层、蒸发以及扩散。

在另一个实施方式中，改变选定部分715的功函数(步骤704c)可以包括使用基本丝极材料，该基本丝极材料混入可以被化学控制的第一成分。例如，在钨丝极中加入氧化钍可以提供第一成分。可以在钨中生成碳化钨以作为第一材料，所述碳化钨可以起化学反应以还原混合在钨中氧化物。在一个实例中，混合有氧化物的钨丝极表面的选定部分715可以被碳化，由此提供第一材料，即用于还原选定部分中的氧化物(第一成分)的碳化钨(步骤741)，以形成被还原的氧化物(第二成分)，并且将从圆柱形丝极711的基本丝极材料产生的第二成分扩散到表面的选定部分715(步骤742)。混合到基本丝极材料的成分的合理选择可以导致提供通过该过程扩散到表面选定部分并且改变所述部分的功函数的成分。可选择地，改变选定部分715的功函数(步骤704c)可以包括将表面的选定部分715和非选定部分714两者的基本丝极材料转化为第一材料，步骤750；从表面的非选定部分移去第一材料，步骤751；将基本丝极材料的第一成分转化为第二成分，步骤752；以及将混合在圆柱形丝极711的基本丝极材料中的第二成分扩散到表面的选定部分715，步骤753。例如，基本丝极材料可以是含钍钨(thoriated tungsten)(包含一小部分钍的钨)，并且第一材料可以是含钍的碳化钨。在可选的实施方式中，可以使用其它的基本丝极材料，并且所选择的化学化合物可以被选择地混合。混合入阴极结构中的化合物的实例可以包括氧化镧(lanthanide oxide)，该氧化物一旦混合入钨中，可以致使丝极金属丝被称为含钍钨、含铈钨(ceriated tungsten)或含镧钨(lanthanized tungsten)。注意用于将钍、铈、镧的氧化物等等加入到电子发射阴极的方法可以包括除了简单混合方式之外的其它为丝极金属丝或其它阴极结构提供更好的机械特性的方法。例如，镧系元素可以与具有微量氧元素的钨以合适的浓度混合而被共溅镀(co-sputter)。产生期望分布的其它方法也可以被使用。

在一个示例性实施方式中，基本丝极材料是含钍钨。含钍钨包含1-2％的钍。该实施方式包括在步骤740中将表面的选定部分715的含钍钨碳化为第一材料，碳化钨。表面的选定部分715被转化为被碳化的表面，圆柱形丝极711的大部分含钍钨中的氧化钨被还原为钍，步骤741。钍扩散到表面的选定部分715，步骤742。钍通过从表面的选定部分715蒸发而减少。只要有氧化钍仍然混合在钨丝极中，通过由存在于表面的选定部分715的碳化钨连续地将氧化钍还原为钍，蒸发损失的钍可被连续地补偿。

氧化钍转化为钍和钍扩散到表面的选定部分715的速率依赖于多少选定部分715被碳化。因为表面的非选定部分714没有被碳化，所以在表面的非选定部分714的区域中没有氧化钍被转化为钍；从而，表面的非选定部分714仅包括不会扩散的氧化钍。表面的选定部分715包含可以扩散到表面的钍，所以在选定部分提供比非选定部分714的功函数低的功函数，该非选定部分714不包含钍并且仅包含的不会扩散的氧化钍。在示例性实施方式中，选定部分715的功函数大约是2.6eV；从而产生了非常有利的大约1.9eV的功函数差异。

在另一个示例性实施方式中，基本丝极材料是含铈钨。该实施方式包括将表面选定部分715的含铈钨碳化为碳化钨，步骤740。由于表面的选定部分715被转化为碳化的表面，圆柱形丝极711的大量含铈钨中的二氧化铈被还原为铈(Ce)，步骤741，该铈可以扩散到表面的选定部分715的表面，从而改变功函数，步骤742。铈最终从表面的选定部分715蒸发。然而，其可以从材料(bulk)中得到补充，并且即使铈蒸发，但被碳化的钨不断地将所存在的二氧化铈还原为铈，并且充分扩散到表面选定部分715的表面以为表面的选定部分715提供稳定的铈供应。

二氧化铈转化为铈和铈扩散到表面的选定部分715的速率依赖于多少选定部分715被碳化。因为表面的非选定部分714没有被碳化，所以在表面的非选定部分714的区域中没有二氧化铈被转化为铈；从而，表面的非选定部分仅包括不会扩散的二氧化铈。因为表面的选定部分715包含铈，所以表面的选定部分715具有比非选定部分714低的功函数，该非选定部分714仅包含不会扩散的二氧化铈。

在另一个示例性实施方式中，基本丝极材料是基本丝极材料是含镧钨。该实施方式包括将表面选定部分715的含镧钨碳化为碳化钨，步骤740。由于表面的选定部分715被转化为碳化的表面，所以圆柱形丝极711的大量含镧钨中的氧化镧被还原为镧，步骤741，该镧可以扩散到表面的选定部分715，步骤742。镧最终从表面的选定部分715蒸发。尽管镧从表面的选定部分715蒸发，但选定部分715的碳化表面不断地将在圆柱形丝极711的大量基本丝材料中存在的氧化镧还原为镧，以为表面的选定部分715提供稳定的镧流。

氧化镧转化为镧和镧扩散到表面的选定部分715的速率依赖于多少选定部分715被碳化。因为表面的非选定部分714没有被碳化，所以在表面的非选定部分714的区域中没有氧化镧被还原为镧；从而，表面的非选定部分714仅包括不会扩散的氧化镧。因为表面的选定部分715包括镧，所以表面的选定部分715具有比非选定部分714低的功函数，该非选定部分714仅包含的不会扩散的氧化镧。

注意，在前面所述的实施方式中，选定部分715的碳化表面被消耗。并且如果选定部分715被碳化得太多，圆柱形丝极711会易碎。这个因素将决定圆柱形丝极711的寿命。

图8示出了显示在X-射线电子管中从阴极的被均匀碳化的丝极线圈发射到阳极(没有显示)的电子束的示意图。图表800显示了装入丝极外壳结构112中的圆柱形丝极811的轮廓线。圆柱形丝极811具有基本丝极材料。在该示例性实施方式中，圆柱形丝极811的表面的选定部分715和非选定部分714均被碳化；并且由此具有相同的功函数。如前所述的，当电流经过圆柱形丝极811时，阴极110的圆柱形丝极811向阳极120(没有在图中显示)发射电子形成电子束813。电子束以对应于束流横截面的覆盖区碰撞X-射线电子管(没有在图中显示)的阳极120。如图表800中显示的，随着电子束813从圆柱形丝极811传播得越远，电子束813的电子开始扩散，增加电子束813的宽度，减少电子束的强度，并且增加入射到阳极120的电子束的覆盖区的宽度。

图9示出了在X-射线电子管中从阴极的被选择性碳化的丝极线圈发射到阳极的电子束的示例性实施方式的示意图。图表900显示了装入丝极外壳结构112中的卷绕的圆柱形丝极911的轮廓线。圆柱形丝极911具有基本丝极材料。在该实施方式中，由于表面的选定部分715被碳化并且表面的非选定部分714没有被碳化，所以选定部分715具有比表面的非选定部分低的功函数。

如前面所述的，当电流经过圆柱形丝极911时，阴极110的圆柱形丝极911向阳极120(没有在图中显示)发射电子形成电子束913。将电子束913与图8中所述的电子束813相比，随着电子束913从圆柱形丝极911传播出去，电子束913具有比电子束813的电子束宽度更小的电子束宽度。电子束913经历了比图8中示出的电子束813更小的扩散效应。入射到阳极120的电子束913具有比入射到阳极120的电子束813的宽度更小的覆盖区，并且具有比入射到阳极120的电子束813更均匀的电子分布。虽然入射到阳极120的电子束813可以具有高度集中的电子朝向入射到阳极120的电子束813的中心，但是针对图8所描述的扩散效应导致了电子束具有发散的电子密度分布，且靠近入射到阳极的电子束813的边缘的电子不具有锐边界。因为当电子束碰撞到阳极120时，电子束813在电子束813的不同区域应用了变化的电子束强度，所以入射到阳极120的电子束813的电子的非均匀分布可能导致混乱的或模糊的X-射线图像，所述电子束813具有扩散的覆盖区。

相反地，碰撞到阳极的电子束913具有基本上均匀的电子分布，它可以锐化入射到阳极120上的电子束913的边界并且在入射到阳极120的电子束913中提供均匀分布的束流强度。入射到阳极120的电子束913中更加锐化的边界和能量均匀分布将导致阳极上的更小的并且更容易被定义的斑点尺寸，从而产生更加锐化的X-射线图像。而且，通过加强入射到阳极120上的电子束913内的电子的均匀分布和锐化其边缘，阴极结构110可以在阳极120上的期望位置施加最大强度的电子束。这种情况使得阳极上的电子覆盖区于图8中的电子束813的情况相比具有更小的宽度、更大的强度以及更加锐化的边缘。

图10示出了图9所示的从被选择性碳化的丝极线圈发射到阳极的电子束的特写图。图10中的图表900描述了装入丝极外壳结构112中的圆柱形丝极911。如前所述，在该实施方式中，圆柱形丝极911具有可以是钨的基本丝极材料。在该实施例中，圆柱形丝极911的表面的选定部分715被碳化，使得选定部分715具有比非选定部分714低的功函数。如前所述，当电流经过圆柱形丝极911时，阴极结构110的圆柱形丝极911被加热，并且向阳极120(在图中没有显示)发射电子形成电子束913。注意，随着电子从阴极行进到阳极，电子的能量增加了。由于束流913中的电子被加速，电子扩散的趋势部分地取决于电子的起源点。特别地，丝极的发射表面715的尺寸和方向将影响束流宽度和它的覆盖区的尺寸。由于能量的增加，确定入射到阳极120上的电子束913的宽度的电子束913形状变得很难在电子束913从阴极110行进到阳极120时通过使用电场来控制。相比于未处理的圆柱形丝极的情况，通过碳化圆柱形丝极911的选定部分715或其它方法可以允许更精确地控制入射到阳极120上的电子束913的形状。因为选定部分715和周围区域714相比具有低的功函数，圆柱形丝极911的选定部分715可以通过将发射主要限制在较小发射区域715来减少电子束913的扩散。

注意，尽管上面描述了被称为卷绕圆柱形丝极的阴极结构的特殊实例，但其它的加热的形状也可以被使用。例如，更适合于变形到期望曲率的带状丝极也可以被使用。此外，可选择地，阴极形状的加热可以通过间接的方法，如阴极结构的电子轰击。

在前面的详细的描述中，已经参考其具体的示例性实施方式描述了本发明的方法和装置。然而，很明显地是，可以在没有背离本实施方式的较宽的精神和范围的情况下对其进行各种修改和改变。此外，当前述内容中所引用的前述材料表示用于丝极的材料时，它们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。可以使用其它的满足需要的热的、化学的、物理的和电学的参数的任何材料。本说明书和附图相应地应当被视为阐述性的而不是限制性的。

Claims (70)

1.一种X-射线电子管的电子发射阴极设备，该设备包括：

螺旋盘绕的丝极，该丝极用作具有表面的X-射线电子管的阴极，

其中所述表面的选定部分相对于所述表面的非选定部分具有至少一个被改变的特性，且该改变的特性促使发射自所述选定部分的电子轨迹形成一集中的电子束。

2.根据权利要求1所述的设备，该设备还包括阳极，该阳极用于接收发射自所述丝极的表面的电子。

3.根据权利要求2所述的设备，该设备还包括电子束，该电子束入射到所述阳极，其中所述电子束基本上仅从电子发射阴极结构的表面的选定部分向所述阳极发射。

4.根据权利要求3所述的设备，其中从阴极表面的选定部分发射的电子束相对于所述阴极表面的非选定部分具有较高的束流强度。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述表面的选定部分的被改变的特性被配置成基本上仅从所述选定部分发射电子。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述丝极包括圆柱形丝极，且所述被改变的特性是沿着所述圆柱形丝极的选定部分的基本上平的或凹的曲率。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述表面的选定部分的发射表面半径是圆柱形丝极的直径的一半，所述圆柱形丝极构成了电子发射阴极。

8.根据权利要求6所述的设备，其中所述表面的选定部分的发射表面半径小于或大于所述圆柱形丝极的直径的一半。

9.根据权利要求6所述的设备，该设备还包括阳极，该阳极用于接收发射自所述圆柱形丝极的表面的电子。

10.根据权利要求9所述的设备，其中电子束入射到所述阳极，并且其中所述电子束基本上从所述圆柱形丝极的表面的选定部分向所述阳极发射。

11.根据权利要求10所述的设备，其中从所述选定部分发射的电子束相对于所述表面的非选定部分具有较高的束流强度。

12.根据权利要求1所述的设备，其中所述被改变的特性是功函数。

13.根据权利要求12所述的设备，其中相对于所述表面的非选定部分，所述选定部分的功函数较低。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述选定部分的功函数与所述非选定部分的功函数之间的差值大约是一又十分之九（1.9eV）电子伏特（eV）。

15.根据权利要求13所述的设备，其中所述选定部分的功函数与所述非选定部分的功函数之间的差值大于0.1并且高达3电子伏特（3eV）。

16.根据权利要求13所述的设备，其中所述表面的非选定部分包括基本丝极材料，而所述表面的选定部分包括所述基本丝极材料和位于所述基本丝极材料上的材料膜层。

17.根据权利要求16所述的设备，其中所述材料膜层是钽，而所述基本丝极材料是钨。

18.根据权利要求13所述的设备，其中所述表面的选定部分包括基本丝极材料，而所述表面的非选定部分包括所述基本丝极材料和位于所述基本丝极材料上的材料膜层。

19.根据权利要求18所述的设备，其中所述材料膜层是铂，而所述基本丝极材料是钨。

20.根据权利要求13所述的设备，其中所述表面的选定部分包括基本丝极材料和位于所述基本丝极材料上的第一材料膜层，而所述表面的非选定部分包括所述基本丝极材料和位于所述基本丝极材料上的第二材料膜层。

21.根据权利要求20所述的设备，其中所述第一材料膜层是钽，所述第二材料膜层是铂，而所述基本丝极材料是钨。

22.根据权利要求13所述的设备，其中所述非选定部分包括基本丝极材料，而所述选定部分包括转化材料。

23.根据权利要求22所述的设备，其中所述基本丝极材料是钨，而所述转化材料是碳化钨。

24.根据权利要求13所述的设备，其中所述选定部分包括基本丝极材料，而所述非选定部分包括转化材料。

25.根据权利要求24所述的设备，其中所述基本丝极材料是钨，而所述转化材料是二碳化钨。

26.根据权利要求13所述的设备，其中所述选定部分包括第一转化材料，而所述非选定部分包括第二转化材料。

27.根据权利要求26所述的设备，其中所述第一转化材料是碳化钨，而所述第二转化材料是二碳化钨。

28.根据权利要求13所述的设备，其中所述非选定部分包括基本丝极材料，而所述选定部分包括渗碳材料。

29.根据权利要求13所述的设备，其中所述非选定部分包括基本丝极材料，而所述选定部分包括从所述基本丝极材料扩散的成分。

30.根据权利要求29所述的设备，其中所述基本丝极材料的扩散成分是铈，而所述基本丝极材料是含铈钨。

31.根据权利要求29所述的设备，其中所述基本丝极材料的扩散成分是镧，而所述基本丝极材料是含镧钨。

32.根据权利要求13所述的设备，该设备还包括阳极，该阳极被配置为接收发射自所述圆柱形丝极的表面的电子。

33.根据权利要求32所述的设备，其中电子束入射到所述阳极，其中所述电子束基本上从所述圆柱形丝极的表面的选定部分向所述阳极发射。

34.根据权利要求32所述的设备，其中从所述选定部分发射的电子束相对于所述表面的非选定部分具有较高的束流强度。

35.根据权利要求13所述的设备，其中所述表面的选定部分的被改变的特性导致基本上仅从所述选定部分进行电子发射。

36.一种X-射线电子管的电子发射阴极设备，该设备包括：

螺旋盘绕的丝极，该丝极用作具有表面的X-射线电子管的阴极，

其中所述表面的选定部分相对于所述表面的非选定部分具有至少一个被改变的特性，且该被改变的特性促使发射自所述选定部分的电子轨迹形成一集中的电子束，其中所述被改变的特性是功函数，其中相对于所述表面的非选定部分，所述选定部分的功函数较低，其中所述非选定部分包括基本丝极材料，而所述选定部分包括从所述基本丝极材料扩散的成分，并且其中来自所述基本丝极材料的扩散成分是钍，而所述基本丝极材料是含钍钨。

37.一种产生X-射线电子管的电子发射阴极的方法，该方法包括：

提供作为X-射线电子管阴极的丝极，其中所述丝极具有表面，且螺旋盘绕；

选择所述丝极的表面的一部分；以及

改变选定部分的特性以优先从所述选定部分发射电子，且该改变的特性促使发射自所述选定部分的电子轨迹形成一集中的电子束。

38.根据权利要求37所述的方法，其中所述丝极包括圆柱形丝极，其中所述圆柱形丝极的表面具有凸曲率，其中所述特性是所述凸曲率，并且其中改变所述特性包括将所述凸曲率改变为沿着所述圆柱形丝极的选定部分的基本上平的或凹的曲率。

39.根据权利要求38所述的方法，其中改变所述表面的凸曲率包括从所述圆柱形丝极的选定部分移除材料。

40.根据权利要求39所述的方法，其中从所述选定部分移除材料包括研磨所述圆柱形丝极的选定部分。

41.根据权利要求39所述的方法，其中从所述选定部分移除材料包括在所述圆柱形丝极的选定部分区域进行切割。

42.根据权利要求39所述的方法，其中从所述选定部分移除材料还包括移除所述圆柱形丝极直径的一半，以在所述表面的选定部分内提供发射表面曲率。

43.根据权利要求39所述的方法，其中从所述选定部分移除材料还包括移除小于所述圆柱形丝极直径的一半，以在所述表面的选定部分内形成发射表面曲率。

44.根据权利要求41所述的方法，其中从所述选定部分移除材料包括使用电火花加工。

45.根据权利要求38所述的方法，其中改变所述表面的凸曲率包括弯曲所述选定部分的材料。

46.根据权利要求45所述的方法，其中弯曲所述材料还包括：

将所述圆柱形丝极缠绕在圆柱形带槽心轴上；以及

通过使用楔形物挤压所述圆柱形丝极而使所述选定部分的材料变形，所述楔形物具有期望的形状以使所述圆柱形丝极的选定部分的材料变形。

47.根据权利要求37所述的方法，其中所述圆柱形丝极的表面具有基本丝极材料，该基本丝极材料具有功函数，其中所述特性是所述功函数，并且其中改变所述特性包括相对于所述圆柱形丝极的表面的非选定部分来改变所述选定部分的功函数。

48.根据权利要求47所述的方法，其中相对于所述表面的非选定部分，所述选定部分的功函数较低。

49.根据权利要求47所述的方法，其中改变所述功函数包括在所述表面的选定部分上设置材料膜层，所述表面具有基本丝极材料。

50.根据权利要求49所述的方法，其中所述材料膜层是钽，而所述基本丝极材料是钨。

51.根据权利要求47所述的方法，其中改变所述功函数包括在所述表面的非选定部分上设置材料膜层，所述表面具有基本丝极材料。

52.根据权利要求51所述的方法，其中所述材料膜层是铂，而所述基本丝极材料是钨。

53.根据权利要求47所述的方法，其中改变所述功函数包括：

在所述表面的选定部分上设置第一材料膜层，所述表面具有基本丝极材料；以及

在所述表面的非选定部分上设置第二材料膜层。

54.根据权利要求53所述的方法，其中所述第一材料膜层是碳化钨，而所述第二材料膜层是二碳化钨。

55.根据权利要求47所述的方法，其中改变所述功函数包括将所述选定部分的基本丝极材料的组分转化为第一材料。

56.根据权利要求55所述的方法，其中所述基本丝极材料是钨，而所述第一材料是碳化钨。

57.根据权利要求47所述的方法，其中改变所述功函数包括将所述非选定部分的基本丝极材料转化为第一材料。

58.根据权利要求57所述的方法，其中所述基本丝极材料是钨，而所述第一材料是二碳化钨。

59.根据权利要求47所述的方法，其中改变所述功函数包括将基本丝极材料碳化为碳化钨，并且从所述非选定部分移除被碳化的基本丝极材料。

60.根据权利要求47所述的方法，其中改变所述功函数包括在表面的选定部分将基本丝极材料钨碳化为碳化钨。

61.根据权利要求53所述的方法，其中改变所述功函数包括将所述选定部分的基本丝极材料转化为第一材料，并且将所述非选定部分的基本丝极材料转化为第二材料。

62.根据权利要求61所述的方法，其中所述第一材料是碳化钨，而所述第二材料是二碳化钨。

63.根据权利要求48所述的方法，其中改变所述功函数包括：

碳化表面的选定部分和非选定部分的基本丝极材料；

从表面的非选定部分移除被碳化的材料；

将所述圆柱形丝极的基本材料的第一成分还原为第二成分；以及

将所述圆柱形丝极的基本材料的所述第二成分扩散到所述表面的选定部分。

64.根据权利要求63所述的方法，其中所述基本丝极材料是含钍钨，所述基本丝极材料的第一成分是氧化钍，而所述第二成分是钍。

65.根据权利要求63所述的方法，其中所述基本丝极材料是含铈钨，所述基本丝极材料的第一成分是二氧化铈，而所述第二成分是铈。

66.根据要求63所述的方法，其中所述基本丝极材料是含镧钨，所述基本丝极材料的第一成分是氧化镧，而所述第二成分是镧。

67.一种产生X-射线电子管的电子发射阴极的方法，该方法包括：

提供作为X-射线电子管阴极的丝极，其中所述丝极具有表面，且螺旋盘绕；

选择所述丝极的表面的一部分；以及

改变选定部分的特性以优先从所述选定部分发射电子，且该被改变的特性促使发射自所述选定部分的电子轨迹形成一集中的电子束，其中所述圆柱形丝极的表面具有基本丝极材料，该基本丝极材料具有功函数，其中所述特性是所述功函数，并且其中改变所述特性包括相对于所述圆柱形丝极的表面的非选定部分来改变所述选定部分的功函数，其中改变所述功函数包括：

碳化表面的选定部分的基本丝极材料；

通过与碳化钨相互作用而将所述圆柱形丝极的基本材料的第一成分化学还原为第二成分；以及

将形成在所述圆柱形丝极的基本材料中的所述第二成分扩散到所述表面的选定部分。

68.一种产生X-射线电子管的电子发射阴极的方法，该方法包括：

在X-射线电子管中从阴极的丝极发射电子束到阳极，所述丝极螺旋盘绕，其中所述丝极包括表面，该表面在表面的选定部分具有被改变的特性；并且由此形成入射到所述X-射线电子管的阳极的一集中的电子束。

69.根据权利要求68所述的方法，该方法还包括将发射自所述丝极的表面的选定部分的电子数目增加到大于发射自所述表面的非选定部分的电子数目。

70.一种产生X-射线电子管的电子发射阴极的方法，该方法包括：

在X-射线电子管中从阴极的丝极发射电子束到阳极，所述丝极螺旋盘绕，其中所述丝极包括表面，该表面在表面的选定部分具有被改变的特性；并且由此

形成入射到所述X-射线电子管的阳极的一集中的电子束，其中所述丝极包括圆柱形丝极，其中所述圆柱形丝极的表面具有凸曲率，其中所述特性是所述凸曲率，并且其中改变所述特性包括将所述凸曲率改变为沿着所述圆柱形丝极的选定部分的基本上平的或凹的曲率。

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