(57)【要約】  Ｘ線管用の流体インジェクタおよび液体金属噴射により液体陽極（８）を提供する方法。本発明は、Ｘ線管用の流体インジェクタ（１）および液体金属噴射により液体陽極を提供する方法に関する。流体インジェクタ（１）は、チャンバ（３）内の容量を変更する装置（５）により形成された流体ジェットの形態で、装置（２）のチャンバ（３）の開口（４）から流体噴射するための装置（２）を備え、かつ陽極材料を貯蔵するためのリザーバ（６）を有していて、該リザーバ（６）は、装置（２）のチャンバ（３）に管路（７）を介して流体接続されている。管路（７）は、流体の流れ方向で、噴射中にチャンバ（３）からリザーバ（６）への流体の流れをブロックするための形状を備えて形成された部分（９）を有している。方法は、電子ビーム（１５）に向かって流体を噴射するステップと、リザーバ（６）から液体金属をチャンバ（３）に補給するステップとを含む。
2017522697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体金属噴射により液体陽極（８）を提供する、Ｘ線管用の流体インジェクタ（１）であって、チャンバ（３）内の容量を変更するための装置（５）により生成された流体ジェットの形式で、装置（２）の前記チャンバ（３）の開口（４，１０）から流体を噴射するための装置（２）を備え、かつ陽極材料を貯蔵するためのリザーバ（６）を有しており、該リザーバ（６）は、前記装置（２）の前記チャンバ（３）に管路（７）により流体接続されている、流体インジェクタ（１）において、
前記管路（７）が、流体の流れ方向で、噴射中に前記チャンバ（３）から前記リザーバ（６）への流体の流れをブロックするための形状を備えて形成された部分（９）を有していることを特徴とする、Ｘ線管用の流体インジェクタ（１）。
【請求項２】
前記部分（９）は、流体の流れ方向で、湾曲かつ／または屈曲された形状で、特に前記管路（７）の繰り返されるループの形状で、特に螺旋形状で形成されている、請求項１記載の流体インジェクタ（１）。
【請求項３】
前記チャンバ（３）と前記リザーバ（６）との間の前記流体接続は、前記管路（７）を通じた不断の直接接続である、かつ／または永続的である、請求項１または２記載の流体インジェクタ（１）。
【請求項４】
前記管路（７）が、５〜１５の範囲の複数の完全なループを有する螺旋形状および／または予め規定された曲率半径および横断面を備えた部分（９）を有していて、これにより、噴射段階において、前記リザーバ（６）に向かう方向で、制限された、かつ／または乱流の流体の流れを生じさせ、補給の段階中には、前記チャンバ（３）に向かう方向で、層状の流体の流れを生じさせる、請求項３記載の流体インジェクタ（１）。
【請求項５】
前記流体は、液体金属、特にガリウムおよび／またはガリウム合金および／またはリチウムおよび／またはリチウム合金であるか、かつ／またはそれらを含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の流体インジェクタ（１）。
【請求項６】
前記装置（２）は、高圧のパルス状の流体噴射のために設計されており、特に１０〜１０００Ｈｚの範囲の噴射周波数を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の流体インジェクタ（１）。
【請求項７】
前記装置（５）が、特に１０〜１０００Ｈｚの範囲の周波数での前記チャンバ（３）内の容量変更のために、かつ／または前記開口（４，１０）を通じたパルス状の流体噴射のために前記チャンバ（３）内の高圧を形成するために、金属シート、すなわちダイヤフラム（１１）および／または圧電素子を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の流体インジェクタ（１）。
【請求項８】
前記装置（２）は、特にエッジの鋭利なオリフィスを備えたノズルカップ（１０）および／またはクランプされた円形ダイヤフラム（１１）および／または特に圧電アクチュエータにより駆動されたピストン（１２）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の流体インジェクタ（１）。
【請求項９】
当該インジェクタ（１）および／または当該インジェクタ（１）の構成要素、特に前記開口（４）は、流体を陽極材料として、特に電子源（１４）により生成された電子ビーム（１５）内へ、かつ／または該電子ビーム（１５）に向かって噴射するために、真空管の内部に配置可能であるか、または流体接続可能である、請求項１から８までのいずれか１項記載の流体インジェクタ（１）。
【請求項１０】
特に請求項１から９までのいずれか１項記載の流体インジェクタ（１）を用いて、Ｘ線管内への流体金属噴射により液体陽極（８）を提供する方法であって、
電子ビーム（１５）に向かう方向で流体を噴射するために、装置（２）に含まれるチャンバ（３）の開口（４，１０）から、流体ジェット（８）の形態で液体金属を噴射するステップであって、前記噴射は、前記チャンバ（３）内の流体に高圧を形成する装置（５）により前記チャンバ（３）の容量を変更することにより生じる、ステップと、
リザーバ（６）から液体金属を前記チャンバ（３）に補給するステップであって、前記液体金属は、前記管路（７）を通じて前記リザーバ（６）から前記チャンバ（３）へと流れる、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記管路（７）内の前記液体金属の流れは、補給中には層状であり、噴射中には少なくとも部分的に乱流であり、特に前記管路（７）内の液体金属の流れは、前記管路（７）の、噴射中に流れ方向で湾曲かつ／または屈曲された形状、特に前記管路（７）の繰り返されるループの形状、特に螺旋形状の湾曲および／または屈曲された形状を備える部分により制限されている、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
特に１０〜１０００Ｈｚの範囲の噴射パルスの周波数を有するパルス状の液体金属噴射（８）には、時系列で前記リザーバ（６）からの液体金属による前記チャンバ（３）の補給が続き、特に金属は、前記リザーバ（６）内の固体の金属の加熱により液状化されている、請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１３】
前記電子ビーム（１５）を、噴射された前記液体金属ジェット（８）に収束し、特にほぼ９０度の角度で、パルス状の液体金属ジェットに収束させる、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記電子ビーム（１５）を、噴射された前記液体金属ジェット（８）に収束させ、該液体金属（８）は、陽極材料および／またはターゲットとして作用して、特に小さな容量の金属において高い強度で、かつ／または噴射された金属における低い熱負荷で、Ｘ線放射（１６）を生じさせる、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
噴射中に、圧電アクチュエータ（１２）により駆動されたピストンが、液圧液体容量（１３）を圧縮することによって、前記チャンバ（３）内で高圧を形成し、特にエッジの鋭利なオリフィス（１０）を備えるノズルカップの形態の開口（４，１０）を通じて前記チャンバ（３）から吐出される液体金属を有する前記チャンバ（３）の容量を減じるために、ダイヤフラム（１１）、特にクランプされた円形ダイヤフラム（１１）を変形させ、液体金属は、前記管路の、湾曲かつ／または屈曲された形状を有する部分（９）によって、前記リザーバ（６）へ流れることをブロックされている、請求項１０から１４までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線管用の流体インジェクタ、及び、液体金属噴射により液体陽極を提供する方法に関する。Ｘ線管用の流体インジェクタは、チャンバ内の容量を変更するための装置により生成された流体ジェットの形態で、装置のチャンバの開口から流体を噴射するための装置を備え、かつ陽極材料を貯蔵するためのリザーバを有しており、該リザーバは、装置のチャンバに管路により流体接続されている。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は、たとえば臨床診断および視覚化において使用される。Ｘ線は、通常、Ｘ線管に高電圧を加えることによって発生させられる。Ｘ線管は、真空を有する封止された装置であり、電子源、すなわち陰極と、電子ターゲット、すなわち陽極とを備える。陰極から放出された電子は、陽極と陰極との間で高電圧を加えることにより加速され、陽極に高い速度、つまり高エネルギを以て衝突する。電子ビームの衝撃として、高い熱負荷がＸ線管の陽極材料において発生させられる。
【０００３】
電子と陽極材料との相互作用には、放射、すなわち、連続スペクトルを有するいわゆる「制動放射（Bremsstrahlung）」と、離散した単色スペクトルを有するいわゆる「特性（Characteristic）」放射とが付随する。「制動放射」スペクトルは、ヘルスケアにおける種々異なる診断用途にとって役に立たない。「制動放射」スペクトルの幾つかの部分のみが質の高いイメージングのために使用されるのに対して、低エネルギフォトンは、イメージの品質に寄与することなしに患者に過度露出される。電子エネルギの９９％以上が、陽極材料において熱に変換され、ターゲット材料における高い熱負荷をもたらす。このことは特に、高い解像度のＸ線画像を得るために、Ｘ線フォーカススポットが直径でマイクロメートルの範囲にある場合に特に当てはまる。
【０００４】
陽極における熱負荷を減じるために、ターゲット材料は、ターゲット材料の特定の容積部分において熱負荷を蓄積しないように、迅速に変化しうる。電子ビームに面している陽極材料の迅速な変化を提供するための最も効果的な方法は、固体状の陽極の回転または移動を使用することである。別の方法は、たとえば高Ｚ材料または低Ｚ材料と高Ｚ材料との組合せである、流動する液体材料により形成されたターゲットの使用である。
【０００５】
回転する陽極を備えたＸ線管は、先行技術、たとえば米国特許第３８３６８０５号明細書、独国特許出願公開第３４２９７９９号明細書、および米国特許第６７３５２８３号明細書から知られている。記載された装置における制限要因は、回転周波数の最大数である。この装置は、たとえば管全体の外部加速に対して敏感であり、確実なトランスミッションマイクロフォーカス源を備える管を製造することは困難である。
【０００６】
陽極として使用されるジェットの形態の液体金属を有するＸ線管も、先行技術、たとえば米国特許第８１７０１７９号明細書、米国特許第７９２９６６７号明細書、および米国特許第７４１２０３２号明細書から公知である。ターゲット材料としての液体ジェットの利点は、液体金属の優れた熱伝達特性と、真空または電子線またはＸ線透過ケースの内部において自由に流れる薄い高速の液体ジェットを、たとえば０．１ｍｍよりも小さな直径および５０ｍ／ｓよりも高い流体の流れの速度を伴うジェットで生成する可能性である。記載された装置の欠点は、高温の液体金属のためのポンプを含む複雑な再循環システムの使用である。液体金属の流量は、ポンプにより制限され、装置の確実性も制限され、ポンプはコストと複雑性を増大させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、上述の問題を解決する、Ｘ線管用の流体インジェクタ、及び、液体金属噴射により液体陽極を提供する方法を提供することである。特に課題は、弁のような可動部材なしに、高い熱負荷を回避し、単純かつ容易に使用できる設計を有し、低い複雑性と、重大な摩耗のない長時間の耐性とを有し、製造においてコスト効率がよい、インジェクタと、Ｘ線を製造するためのインジェクタの使用法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題は、請求項１に記載のＸ線管のための流体インジェクタと、請求項１０に記載の液体陽極を提供するための方法とにより解決される。
【０００９】
本発明の有利な態様は、従属請求項に記載されている。さらに、独立請求項の特徴は、互いに、かつ従属請求項に記載の特徴と組み合わせられてよく、かつ従属請求項に記載の特徴は、互いに組み合わせられてよい。
【００１０】
本発明に係る、液体金属噴射により液体陽極を提供するＸ線管用の流体インジェクタは、チャンバ内の容量を変更するための装置により形成される流体ジェットの形態で、装置のチャンバの開口から流体を噴射するための装置を有している。流体インジェクタは陽極材料を貯蔵するためのリザーバをさらに有している。このリザーバは、管路を介してチャンバに流体接続されている。管路は、流体の流れの方向で、噴射中のチャンバからリザーバへの流体の流れをブロックするための形状を備えて形成された部分を有している。
【００１１】
本発明に係る上述の流体インジェクタは、上述の問題を解決する。特に流体インジェクタは、Ｘ線を生成するためのＸ線管内への液体金属噴射により液体陽極を提供し、この場合に高い熱負荷を阻止する。インジェクタは、単純かつ簡単に使用できる設計と、低い複雑性を有している。上述のインジェクタは、実質的な摩耗なしに長時間耐性であり、ポンプや弁のような高い摩耗を伴う可動の部材が無いことに基づいて、製造においても費用効率が高い。弁やポンプを有しないインジェクタの設計は、高い噴射周波数を伴う使用を可能にしかつ確実であり、電子ビームと接触する陽極材料の迅速な変化により、熱負荷の蓄積は、材料中において減じられる。Ｘ線を、容易に、高い強度で形成しかつ焦点を合わせることができる。
【００１２】
噴射中にチャンバからリザーバへの流体の流れをブロックするための形状を有する管路部分は、流体の流れの方向で、湾曲および／または屈曲された形状で、特に管路の繰り返されるループの形状で、特に螺旋形状で形成されていてよい。
【００１３】
この形状は、特に商業的に入手可能な管路材料で簡単かつコスト効率的に製造することができ、噴射中に、特に高い周波数で補給段階と交互する短い噴射段階において、チャンバからリザーバへの流体の流れをブロックするために効果的である。
【００１４】
チャンバとリザーバとの間の流体接続は、管路を通じた不断の直接接続であり、かつ／または永続的であってよい。このことは、チャンバとリザーバとの間の流体的な接続部内に配置された弁または流れを妨げる別の構成要素がないことを意味する。弁のような可動の部材を有しない、湾曲かつ／または屈曲された形状を有する管路は、簡単に使用することができ、廉価に製造され、信頼性よく、かつ高い複雑性を有せず、可動の部材が無いことに基づいて長持ちし、摩耗は減じられている。
【００１５】
管路は、５〜１５の範囲の複数の完全なループを備えた螺旋形状および／または予め規定された曲率半径および横断面を備える部分を有していてよく、噴射段階ではリザーバに向かう方向で制限された流体の流れ、および／または乱流の流体の流れを生じさせ、かつ補給段階中にはチャンバに向かう方向の層状の流体の流れを生じさせる。流体が、ループを有しない管路内で高速で流れている場合でさえも、繰り返されるループは、噴射中にリザーバに戻る流体の流れを良好にブロックすることができる。乱流は、流体が、噴射中にインジェクタチャンバからリザーバへと戻るように流れることをブロックする。層流は、チャンバを備えた装置へのリザーバからの流体の良好な流れにより、リザーバからの流体でチャンバを良好に補給することを可能にする。５〜１５のループの個数は、噴射中に流体の流れをブロックするために十分に大きく、補給中に流れる流体への高い抵抗なしに管路内の良好な流体の流れを可能にするために十分に小さい。とりわけ使用される流体の種類に応じて、流体を噴射するための装置およびリザーバの寸法、管路の材料および噴射中に流体の流れをブロックするために必要となる横断面、湾曲部の曲率ならびにループの個数は、計算し予め規定することができる。
【００１６】
流体は、液体金属、特にガリウムおよび／またはガリウム合金および／またはリチウムおよび／またはリチウム合金であってよく、かつ／またはそれらを含んでいてよい。これらの材料は、Ｘ線生成のための陽極材料として良好に適している。
【００１７】
装置は、特に１０〜１０００Ｈｚの範囲の噴射周波数を伴う、高圧のパルス状の流体噴射のために設計されていてよい。この周波数では、弁の使用は取り扱いが難しく、高い摩耗を伴う。管路内の湾曲および／または屈曲された形状は、水撃現象により、噴射中に良好に流体の流れをブロックすることができる。
【００１８】
チャンバ内の容量を変更するための装置は、特に１０〜１０００Ｈｚの範囲の周波数でチャンバ内の容量を変更するために、かつ／または開口を通じたパルス状の流体噴射のためにチャンバ内に高圧を形成するために、金属シート、ダイヤフラムおよび／または圧電素子を有していてよい。
【００１９】
流体を噴射するための装置は、特にエッジの鋭利なオリフィスを備えたノズルカップおよび／またはクランプされた円形ダイヤフラムおよび／または特に圧電アクチュエータにより駆動されたピストンを有していてよい。装置のこのような設計は、高い周波数で小さな横断面を備える陽極材料のジェットの噴射を可能にする。
【００２０】
インジェクタおよび／またはインジェクタの構成要素、特に開口は、真空管の内側部分内に配置可能であるか、または流体接続可能であってよく、特に電子源により生成された電子ビーム内へ、かつ／または電子ビームに向かって陽極材料として流体を噴射することができる。
【００２１】
特に上述の流体インジェクタを用いた、本発明に係る、Ｘ線管内への液体金属噴射により液体陽極を提供する方法は、電子ビームに向かう方向で流体を噴射するための装置に含まれるチャンバの開口から流体ジェットの形態で液体金属を噴射するステップを有している。噴射は、チャンバ内の流体に高圧を形成する装置によりチャンバの容量を変更することによって生じる。方法は、リザーバからの液体金属でチャンバを補給するステップをさらに有しており、液体金属は、管路を介してリザーバからチャンバへと流れる。
【００２２】
管路内を流れる液体金属は、補給中には層状であってよく、噴射中には少なくとも部分的に乱流であってよく、特に噴射中に、流れ方向で湾曲および／または屈曲された形状を備える管路の部分によって管路内の液体金属の流れは制限される。湾曲および／または屈曲された形状は、管路の繰り返されるループの形状、特に螺旋形状、つまり螺旋として形成されている。
【００２３】
特に１０〜１０００Ｈｚの範囲の噴射パルスの周波数を有するパルス状の液体金属噴射には、時系列でリザーバからの液体金属によるチャンバの補給が続いてよい。特に金属は、リザーバ内の固体の金属を加熱することにより液状化されている。液体噴射のための必要な量に基づいて、金属を液状化することができる。
【００２４】
電子ビームは、噴射された液体金属ジェット、特にパルス状の液体金属ジェットにほぼ９０度の角度で集束することができる。液体金属、つまり陽極ターゲット材料に当たった電子は、熱負荷およびＸ線形成を生じさせるエネルギを材料に与える。材料の運動に基づき電子ビームを当てられたターゲット材料は変化し、材料の特定の容積エレメント内の熱負荷の蓄積を阻止するかまたは減じる。液体金属ジェットに衝突する電子ビームの角度をほぼ９０度にすることで、特にトランスミッションモードにおいて高いＸ線獲得をもたらすことができる。エネルギ分散に応じて、幾何学的な制限および別の状況、一致する別の角度も可能である。
【００２５】
電子ビームは、噴射された液体金属ジェット内で集束することができ、液体金属は、陽極材料および／またはターゲットとして作用し、Ｘ線が形成され、特に電子ビームは、小容量の金属内で高い強度で、かつ／または噴射された金属における小さな熱負荷で、ターゲットに衝突する。
【００２６】
噴射中に、圧電アクチュエータにより駆動されたピストンは、液圧流体容量を圧縮することによりチャンバ内で高圧を形成することができ、特にエッジの鋭利なオリフィスを有するノズルカップの形態の開口を通じてチャンバから吐出される液体金属を有するチャンバの容量を減じるために、ダイヤフラム、特にクランプされた円形ダイヤフラムを変形させ、液体金属は、管路の湾曲かつ／または屈曲された形状を有する部分により、リザーバに向かう流れをブロックされる。
【００２７】
本発明による、Ｘ線管内への液体金属噴射により液体陽極を提供する、上述の方法に関連した利点は、流体インジェクタに関連して説明された上述の利点と同様であり、また逆も然りである。
【００２８】
添付の図面に示された実施の形態を参照して、本発明を以下で詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】流体を噴射するための装置２とリザーバ６とを流体接続する、螺旋部分９を備えた管路７を有する、本発明に係る流体インジェクタ１を示す図である。
【図２】図１に示した流体を噴射するための装置２の実施の形態を、エッジの鋭利なオリフィスを備えたノズルカップの形態の開口１０と共にさらに詳細に示す図である。
【図３】Ｘ線１６を生じさせるための噴射された陽極材料８と相互作用する生成された電子１５と共に、電子源１４と組み合わせてＸ線管内に配置された流体インジェクタ１を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１には、本発明に係る流体インジェクタ１が示されている。流体インジェクタ１は、螺旋部分９を備えた管路７を有しており、管路７は、流体を噴射するための装置２とリザーバ６とを流体接続している。螺旋部分９は、リザーバ６から装置２へと液体を補給する間に、層状の流体の流れを可能にし、インジェクタ１からの流体の噴射中に装置２からリザーバ６への流体の流れをブロックする。
【００３１】
装置２は、噴射すべき液体状の流体で満たされたチャンバ３を有している。チャンバ３の容量は、たとえば１ｃｍ３の範囲にある。流体は、陽極として使用される液体金属であり、たとえばガリウムベースの合金またはリチウムベースの合金である。「噴射された」とは、チャンバ３からチャンバ３の開口４を介してチャンバ３の外部、つまり装置２の外部へと吐出されることを意味する。装置２は、チャンバ３内の容量を変更するための装置５を有している。この装置５は、特に第１の電圧が加えられた後に、チャンバ３の容量を減少させるために形成された、たとえば圧電装置であってもよいし、または圧電装置を有していてよい。容量の減少は、チャンバ３内の圧力を増大させ、図１に示したような流れ方向８を伴う液体の流れが、チャンバ３の外部に開口４を介して吐出される。開口４における液体の表面張力が克服されると、液体の流れが噴射される。この噴射は、噴射が停止した場合に、圧力が表面張力を克服するための値の下方になる点まで、チャンバ３内の圧力の減少をもたらす。
【００３２】
次のステップにおいて、装置５、たとえば圧電装置は、特に第１の電圧とは逆の符号を備えた第２の電圧が加えられた後に、チャンバ３内の容量を増大させることができる。容量の増大は、チャンバ３内の圧力を減少させる。液体は、液体で満たされているリザーバ６から管路７を通じて、装置２のチャンバ３へと吸い込まれる。液体を噴射すると、チャンバ３に液体金属が補給されて、プロセスをもう一度最初から開始することができる。結果として、液体金属のパルス状の噴射を連続的にまたは断続的に生じさせることができる。噴射と補給との種々異なる間隔を、流体インジェクタ１の使用中に必要に応じて選択することができる。噴射および補給は、同一の時間間隔を伴って周期的であるか、または時間間隔が変化してもよい。
【００３３】
リザーバ６内の圧力は、装置５の部材の運動なくして開口４における表面張力が克服されないように、十分に低く選択されている。リザーバ６内の圧力が、開口４の直径と液体表面張力とによって設定される制限の下側にある限り、液体が流体インジェクタ１を出ることはない。この制限は、とりわけ液体インジェクタ１の環境、特にたとえば真空内の圧力に依存する。
【００３４】
低い摩擦を有する液体の流れおよび高い補給速度をもたらす、補給中の層状の液体の流れのために、管路７の横断面は、チャンバ３の開口４の横断面よりも大きい。開口４の円形の直径がＤ１、管路７の円形の直径がＤ２である場合、たとえば管路７の内径Ｄ２は２００マイクロメートルであり、開口４の直径Ｄ１は５０マイクロメートルである。
【００３５】
噴射中にブロックされている液体の流れのために、補給のための時間間隔は、噴射のための時間間隔よりもたとえば１０倍のオーダだけ長い。液体を噴射するための、つまりチャンバ３から液体を吐出するための短い時間間隔は、装置５による迅速な容量変更により生じ、液体の表面張力の克服後に開口４を通じた液体の流れのパルスを引き起こし、チャンバ３からリザーバ６に向かう方向で管路７内へと液体を押圧する。チャンバ３から管路７内へ、特に開口４の横断面よりも高い横断面を有する管路内へと迅速に押し込まれた液体は、一種の水撃現象および／または乱流を生じさせる。乱流は、管路７の螺旋部分９によってブロックされる。反対に、補給中のより緩慢な層流は、管路７の螺旋部分９により減じられないか、または少なくとも極めて僅かにしか減じられない。
【００３６】
螺旋９の巻条の数、開口４の横断面に対して相対的な、管路７の、流体の流れのための横断面および／または特に装置５による容量変更の速度に依存したチャンバ３の容量および／または補給および噴射のための時間間隔は、特に開口４における液体の表面張力を克服して、装置２からの液体の噴射を達成するために、かつ噴射中に螺旋部分９において管路７内で液体の流れをブロックするために、計算されかつ／または予め規定される。値、特に管路７の横断面、つまり内側横断面、補給時間周期および螺旋９の巻条の数は、流れ抵抗および／または摩擦損失を伴わないか、または僅かにしか伴わずにリザーバ６からチャンバ３へ補給するために、補給中に層状の液体の流れを生じさせるように選択される。良好な補給は、補給中に上述の流体インジェクタ１により生じ、この場合、噴射中にチャンバ３からリザーバ６への液体の流れを伴わないか、または少ししか伴わずに、大量の液体が噴射される。
【００３７】
図２には、装置２の実施の形態が示されている。この装置２は、エッジの鋭利なオリフィスを備えたノズルカップの形態の開口１０を有している。チャンバ３内の容量を変更するための装置５は、たとえば空気、オイルまたは水を満たされた液圧液体容量１３を有していて、この液圧液体容量１３は、クランプされた円形ダイヤフラム１１、特にスチールダイヤフラムと、圧電アクチュエータ１２により駆動されたピストンとにより取り囲まれている。管路７またはリザーバ６のような他の部材は、簡略化するために示されていない。たとえば正の符号を有する第１の電圧が加えられると、圧電アクチュエータは、ピストン１２を下方に向かって、ダイヤフラム１１の方向へと駆動する。液圧液体容量は、ダイヤフラム１１の方向へと押圧され、ダイヤフラム１１をピストン１２から離れる方向に変形させる。インジェクタにより噴射すべき液体を有するチャンバ３は、液圧液体容量１３とは反対の側に配置されており、ダイヤフラム１１により分離されている。ダイヤフラム１１は、チャンバ３内の噴射すべき液体を圧縮し、開口１０における流体表面張力を上回る値へと圧力を増大させる。流体は、押し通されて、チャンバ３から吐出される、つまり装置２により噴射される。
【００３８】
圧電アクチュエータにたとえば負の符号を有する第２の電圧が加えられると、ピストン１２は上方に向かって、ダイヤフラム１１から離れる方向に運動する。液圧液体容量は、膨脹され、ダイヤフラム１１をピストン１２に向かって変形させる。ダイヤフラム１１は、チャンバ３内の噴射すべき液体を膨脹させ、圧力を、開口１０における液体の表面張力を克服することなしに、管路７を介してリザーバ６からチャンバ３へと液体を緩慢に吸い込むために減じる。開口１０を通じてチャンバ３内に真空もしくは低圧を有する空気は吸い込まれない。ダイヤフラム１１の緩慢な動き、つまりチャンバ３内の容量の緩慢な膨脹および液体吸引は、螺旋部分９による液体のブロックなしに管路７内の層状の液体の流れを生じさせる。チャンバ３は、次の噴射のために準備されているように、リザーバ６からの液体を補給される。プロセスは、補給可能なリザーバ６内に液体がある限り繰り返すことができる。
【００３９】
チャンバ３の補給は、能動的に、直接に装置５によって引き起こすことができる。この場合、液体の流れは装置５の運動に同期している。高周波数の運転では、補給は、装置５の高速の運動がチャンバ３およびリザーバ６との間で差圧を引き起こした後に、時間をかけて緩慢に行うことができる。
【００４０】
圧電スタックによる高周波数の運動が、電圧変化およびその周波数に依存して可能である。装置５内の圧電スタックの典型的な膨脹距離は、たとえば０．１ｍｍの範囲であり、５００Ａｔｍ〜１０００Ａｔｍまでの圧力を形成するために５０ｋＮの範囲の力を伴う。このことは、たとえば１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの高い周波数のパルス状の形式で高圧噴射を可能にする。線形の圧電アクチュエータは、高い電圧変化において高周波数で拡張および／または縮小することができ、高い一定力でピストン１２を押圧しかつ／または引っ張る。この力は、たとえば液圧液体容量１３内の液圧液体の高圧の変化に変換される。液圧液体容量１３とチャンバ３との間の差圧は、たとえば、特に薄いスチールシートから製造されているクランプされているディスクダイヤフラムを変形させる。この変形は、チャンバ３内の高圧または低圧を引き起こし、液体金属の噴射パルスもしくは補給を引き起こす。
【００４１】
チャンバ３の開口１０の寸法は、たとえば０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍのオーダであり、たとえばレーザ穿孔により製造可能である。開口１０は、チャンバ３の内側に円錐ベースを備えた円錐形状を有していてよく、これにより縮流を生じさせることができる。高い噴射圧および開口１０の小さな直径は、高スピードのマイクロジェットを可能にする。
【００４２】
図１に示したような流体インジェクタ１は、液体金属の流れ、たとえば開口４を介した液体噴射およびリザーバ６からの補給を、高い周波数で、弁または可動の部材の使用なしに可能にし、補給中にチャンバ３内へと空気が吸い込まれることを阻止し、かつ／または噴射中にチャンバ３からリザーバ６内へと液体が押し戻されることを阻止する。流体インジェクタ１は、液体の流れをブロックするための弁のような可動の部材を使用するよりも複雑でなく、簡単に製造することができ、製造は廉価で、弁のような摩耗部分がないので長い耐用期間を有している。
【００４３】
管路７が、流体の流れ方向に沿って湾曲および／または屈曲されて形成されている場合に、湾曲および／または屈曲された形状９を備える管路７の部分において液体の流れの方向を変更することで、管路７の長さに沿って管路７内において生じる摩擦損失に加えて、著しい水力損失を引き起こし得る。噴射段階中のこれらの損失は、補給段階における損失よりも数倍高い。このことは、噴射中に、液体流出が、チャンバ３をチャージする層状の低速の補給流に対向する乱流となるという事実により生じる。
【００４４】
螺旋形状９を有する管路の部分は、たとえば１６ｍｍの直径を有する円筒ロッドの周りに、たとえば０．１ｍｍ〜１ｍｍの内径を有する毛管を巻くことで形成可能、つまり製造可能である。１ｍｍの内径および２ｍｍの外径を備え、１５回×３６０度の完全旋回を有する巻かれたチューブは、約０．８５ｍの長さと、６０×９０の湾曲および／または屈曲されて形成された部分とを備えた管路７を生じさせる。エルボ管およびまとめて螺旋部分９とも呼ばれることがある湾曲および／または屈曲された形状部分における水力損失は、管路７内における純粋な摩擦損失に比べて付加的に５０％の損失を生じ、この場合に装置２とリザーバ６との間の差圧が高く、たとえば１００Ａｔｍの場合に、高速の乱流が想定される。補給中、つまりチャージ段階中に、湾曲および／または屈曲された形状部分は、液体の流れの層流の体制に基づいて、付加的な損失を形成しない。
【００４５】
チャンバ３内の圧力が極めて迅速に増大すると、水撃現象の効果が管路７内で、特に管路７の螺旋部分９において発生する。この効果は、液体におけるあらゆる撹乱は、液体の物理的かつ熱力学的な特性および管路７の機械的な特性に依存して、液体の固有の音速に一致する有限速度を有する液体を通じて伝播されるという事実を起点とする。水撃現象により、圧縮波は装置２からリザーバ６の方向へ移動し、膨脹波は反対の方向へ移動する。液体は、波頭の背後で加速され、リザーバ６への液体の流出を形成するために一定期間の時間をとる。巻かれたチューブ内での衝撃波の伝播は、直線チューブ内における伝播よりも複雑である。この事実は、流出する流れを形成するために付加的な時間を要し、噴射中の総合的な液体損失を最小限にし、可能な運転周波数を増大させる。
【００４６】
このことは、噴射中の液体損失と補給中の補償との比に応じた高い周波数で、パルスモードでの装置２の運転を可能にする。巻かれた管路９は、製造が容易であり、噴射段階中に流れ体制が乱流である場合に、リザーバ６、つまり貯留タンクへの液体流出を制限するが、流れ体制が層流である場合には、補給中に液体の流れの重大な流れ損失をもたらさない。
【００４７】
図３には、流体インジェクタ１が示されている。この流体インジェクタ１は、電子源１４と組み合わされたＸ線管内に配置されている。電子源１４は電子１５を生成し、この電子１５は、Ｘ線１６を生じさせるために、噴射された陽極材料８と相互作用する。Ｘ線管のケーシングは、簡略化するために図３には示されていない。たとえば液体高速ジェット８の形態の、陽極材料としての液体金属の噴射は、Ｘ線管内への電子ビーム１５内への噴射により、形状および速度を良好に規定された陽極材料を提供する。電子ビーム１５と相互作用する陽極材料は、迅速に変化し、電子と相互作用する陽極材料容積中における熱負荷を減じる。熱負荷は、陽極材料にわたって分配される。電子ビーム１５は、電子源１４によって生成され、図３に示すようなたとえば９０度の角度の流れ方向８を有する液体陽極材料ジェットに当たるように焦点を合わせることができる。Ｘ線は、陽極材料との電子の相互作用により発生させられる。
【００４８】
熱負荷を減じるために、より少ない「制動放射」と、良好に規定された波長を備えた特定のより高いＸ線放射とを生じさせることができる。Ｘ線の良好に規定された、特定の波長は、たとえばＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）または別のＸ線試験装置の解像度を向上させる。
【００４９】
Ｘ線画像を生じさせるために、唯１回の陽極材料噴射をイメージングのために使用可能である。リザーバ６内に貯蔵されている陽極材料の量は、Ｘ線試験装置の寿命にわたって足りていてよい。代替的には、陽極材料は、補給されてもよい。本発明に係るＸ線管用の流体インジェクタ１は、Ｘ線管に取り付けられるか、またはＸ線管の内部に配置可能である。全体的なシステムは、Ｘ線試験装置の一部であってよく、たとえば装置内に組み込まれていてよい。弁のような可動の部材を有しない流体インジェクタ１のコンパクトな構成は、長い寿命を有するインジェクタ１を有するＸ線管の構成を可能にする。
【００５０】
本発明による実施の形態の上述の特徴は、互いに組み合わせ可能であり、かつ／または先行技術から公知の実施の形態にも組み合わせ可能である。たとえば、流体インジェクタ１の構成要素の寸法および噴射のための周波数は、陽極材料として使用されている液体金属の種類に応じて、かつＸ線管の用途に応じて、選択することができる。ダイヤフラム材料は、たとえばスチールの代わりに、別の金属材料および／または非金属の材料から製造されてもよい。流体インジェクタ１は、真空の代わりに不活性雰囲気内でも使用可能である。雰囲気は、流体の表面張力に影響を与え、開口４，１０の必要となる寸法にも影響を与える。
【００５１】
発生したＸ線は、マイクロフォーカスＸ線であってよい。液体インジェクタ１は、液体金属噴射に使用されていた再循環システムに基づく複雑で嵩張るポンプを代替することができる。液体金属インジェクタ１の運転モードは、噴射中のチャンバ３内の液体損失と、補給、つまりチャージ中の補償との比に基づく周波数を有するパルスモードであってよい。バルブレスのインジェクタ１は、薄い高速の液体ジェットを生成することができ、この液体ジェットは、マイクロフォーカスＸ線を発生させるための陽極材料として使用することができる。弁のような可動部材を有しないインジェクタ１を使用することで、回転する陽極を有する管、または高圧ポンプを備えた液体陽極管に比べて、システムの確実性を増大させる。本発明に係るインジェクタ１は、外部加速に対して敏感ではなく、したがって、たとえば高速回転するガントリを備えたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）における種々異なる用途のための運転制限を改善する。
【００５２】
液体金属ジェットを陽極材料として使用することは、従来のマイクロフォーカス手段に比べてＸ線管に著しく高い負荷を加えることを可能にする。金属合金の種々異なる成分の最適化された組み合わせの利用、たとえばリチウムおよびランタンの使用により、最適化されたＸ線スペクトルが生じる。このＸ線スペクトルは、画像品質を高め、医療診断中の患者線量負荷を低くするために必要である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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