Kenngrößen dieses Transmissionstargets Die Erfindung befasst sich mit einem Transmissionstarget, mit einer offenen Rönt- genröhre, mit zwei Verfahren zur Erkennung eines solchen Transmissionstargets und mit einem Verfahren zur Einstellung der Kenngrößen eines solchen Transmis- sionstargets. Insbesondere bringt die Erfindung in Verbindung mit einer offenen Mikrofokusröntgenröhre gute Ergebnisse

Aus dem Stand der Technik sind Röntgenstrahlenquellen bekannt, die man grob in zwei Gruppen - geschlossene und offene Röntgenröhren - unterteilen kann.

Die geschlossenen Röntgenröhren sind ab Produktion in ihren Parametern und Eigenschaften festgelegt, das heißt, das Vakuum wird bei der Produktion erzeugt und es gibt keine Möglichkeit, nach der Produktion Änderungen an der Röntgen- röhre durchzuführen.

Anders verhält es sich bei den offenen Röntgenröhren. Hier wird das Vakuum der Röntgenröhre erst bei der Inbetriebsetzung erzeugt und kann auch im Bedarfsfälle (Öffnen der Röntgenröhre) wieder abgebaut werden. Damit haben die offenen Röntgenröhren mehrere entscheidende Vorteile. Es können defekte Teile ausge- tauscht werden und was viel bedeutender ist, es können durch den Austausch von Komponenten die Eigenschaften der Röntgenröhren verändert werden.

Gerade im Bereich der hochauflösenden Röntgenröhren kann es zum Beispiel notwendig sein, je nach Anwendungsfall, Brennfleckgröße oder Leistung zu ver- ändern. Dies kann durch den Einsatz eines geeigneten Targets, insbesondere ei- nes Transmissionstargets, erfolgen.

Der Bediener hat somit den Freiheitsgrad, aus verschiedenen Targets das für sei- ne Applikation/Prüfaufgabe geeignete Target auszuwählen. Für jedes dieser Targets gibt es in der Röhrensteuerung einen passenden Para- metersatz - im Folgenden als Kenngrößen bezeichnet der den optimalen und sicheren Betrieb der Röntgenröhre mit dem Target gewährleistet. Ein falscher Pa- rametersatz führt unweigerlich zu schlechten Prüfergebnissen bis hin zur Zerstö- rung des Targets.

Es ist erforderlich, dass der Bediener die notwendigen Parameter an der Röhren- steuerung passend zum Target auswählt und einstellt. Dieser manuelle Eingriff in das System ergibt sich daraus, dass es aufgrund der Einbausituation in der Rönt- genröhre keine Möglichkeit gibt, das Target automatisch zu erkennen.

Während einige Targets, beispielsweise sogenannte Fligh-Power-Targets bis 15 W ohne Defokussierung betrieben werden können, müssen andere Targets schon bei geringen Leistungen, wie beispielsweise 3 W, defokussiert werden, um eine Beschädigung deren Oberfläche zu verhindern. Wenn der Bediener ein Target verbaut, welches nur geringe Leistungen verträgt, in der Software aber ein ande- res Target einstellt, kann das Target durch zu hohe Belastung zerstört werden.

Das System selbst bemerkt diesen Fehler nicht. Ein weiteres Problem ist ein Si- cherheitsrisiko im Bereich des Strahlenschutzes. Wird ein Target eingesetzt, das eine Dosis erzeugt, für die die Anlage nicht ausgelegt ist, ist die Strahlendichtigkeit der Kabine nicht garantiert.

Da die Transmissionstargets optisch leicht verwechselt werden können, können die vorgenannten Probleme auftreten.

Alternativ ist es aus der WO 2015/058853 A1 bekannt, Identifizierungselemente am Target anzubringen, die optisch, mechanisch oder elektrisch von entsprechen- den Vorrichtungen an der Röntgenröhre erkannt werden und die zum Target gehö- rigen Kenngrößen dann automatisch einstellen. Dazu müssen aber die zusätzli- chen Vorrichtungen zum Erkennen im Bereich des Targets in der Röntgenröhre vorgesehen sein, was zum einen Platz benötigt und zum anderen insbesondere bei elektronischer Erkennung die benötigte Elektronik in einem Bereich ange- bracht sein muss, in dem eine hohe Strahlenbelastung vorliegt und diese Elektro- nik üblicherweise nicht dauerhaft strahlenfest ist. Röntgenröhren sind entweder als Transmissionsstrahler - bei diesen trifft der Elektronenstrahl senkrecht auf das Target und die Röntgenstrahlung wird durch das Target transmittiert - oder als Direktstrahler - bei diesen trifft der Elektronen- strahl unter einem Winkel auf das Target - ausgebildet. Die entstehende Rönt- genstrahlung wird nur in einem definierten Winkelbereich genutzt

Die weiteren Darstellungen und Betrachtungen werden am Beispiel eines Trans- missionsstrahlers - im Folgenden auch Transmissionstarget genannt - dargestellt; sie sind aber analog auf einen Direktstrahler übertragbar und gelten somit für alle offenen Röhren.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Eliminierung möglicher Fehlbedienungen und damit eine signifikante Steigerung der Betriebssicherheit und damit auch der Lebensdauer einer Röntgenröhre zu erhalten. In der Folge ergibt sich dadurch als weitere Teilaufgabe auch eine Steigerung der Prozesssicherheit bei Maschinen, in denen solche Röntgenröhren zum Einsatz kommen.

Die Aufgabe wird durch ein Transmissionstarget mit den Merkmalen des Pa- tentanspruchs 1 gelöst. Aufgrund des Identifizierungsmaterials, das auf der der Elektronenquelle der Röntgenröhre zugewandten Seite der Trägerschicht in dem Identifizierungsbereich angeordnet ist, kann eine Vorabprüfung - bevor die Rönt- genröhre in Betrieb genommen wird - erfolgen, welche Art von Transmissionstar- get eingebaut ist. Dies kann mittels der vom Identifizierungsmaterial rückgestreu- ten Elektronen, die durch eine Umlenkung des Elektronenstrahls auf den Identifi- zierungsbereich mittels des weiter unten noch erläuterten erfindungsgemäßen Er- kennungsverfahrens in der Elektronenfanghülse gemessen wird, ermittelt werden, wenn eine eindeutige Zuordnung des verwendeten Identifizierungsmaterials zu der Art des Transmissionstargets gegeben ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kenngrößen, die für das jeweils auf dem Transmissionstarget angebrachten Tar- getmaterials optimal sind, eingestellt werden können und somit keine Überlastung des Transmissionstargets durch falsche Kenngrößeneinstellung erfolgt. Unter ei- ner Elektronenfanghülse wird eine Vorrichtung bezeichnet, die die beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf das Transmissionstarget entstehenden rückgestreuten Elektronen absorbiert. Dies ist nötig, um zu verhindern, dass ein zweiter Brenn- fleck auf dem Transmissionstarget erzeugt wird. Die Ausführungsformen von Elektronenfanghülsen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, liegen an der Oberfläche der Trägerschicht an und sind somit elektrisch leitend mit diesem ver- bunden; sie liegen auf Erdpotential, um zurückgestreute Elektronen direkt ableiten zu können. Bei erfindungsgemäßen Röntgenröhren, wie diese weiter unten noch beschrieben werden, ist hingegen die Elektronenfanghülse vom Transmissionstar- get elektrisch isoliert. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Identifi- zierungsmaterial im Randbereich der Trägerschicht angebracht ist. Dadurch kann der gesamte mittlere Bereich für das Targetmaterial auf der Trägerschicht genutzt werden. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Trans- missionstarget rund ist und das Identifizierungsmaterial konzentrisch zur Mitte der Trägerschicht angeordnet ist. Da die gängigen Transmissionstargets rund sind, können die unter die Erfindung fallenden Transmissionstargets in die gängigen Röntgenröhren eingesetzt werden und aufgrund der Rotationssymmetrie des Iden- tifizierungsmaterials um die Mittelachse des Transmissionstargets kann dieses in jeder beliebigen Winkellage um diese Mittelachse in die Röntgenröhre eingesetzt werden und der Elektronenstrahl trifft das Identifizierungsmaterial im unten näher erläuterten Identifizierungsmodus immer. Die Aufgabe wird auch durch eine offene Röntgenröhre mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Dadurch, dass die erfindungsgemäße Röntgenröhre ein mit der Trägerschicht verbundenes Targetstrommessgerät sowie ein mit der Elekt- ronenfanghülse verbundenes Rückstreuelektronenstrommessgerät aufweist und die Elektronenfanghülse elektrisch vom Transmissionstarget isoliert ist, können die beiden Ströme separat gemessen werden und aus dem Verhältnis dieser beiden Ströme zueinander bei Kenntnis der Energie des Elektronenstrahls auf das Mate- rial geschlossen werden, auf den der Elektronenstrahl trifft. Damit kann die Art des verwendeten Transmissionstargets bestimmt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Röntgenröhre sieht vor, dass entweder ein erfindungsgemäßes Transmissionstarget verwendet wird oder an dem Transmissionstarget in seinem Identifizierungsbereich kein zusätzliches Material auf der Trägerschicht angebracht ist. Damit kann bei eindeutiger Zuord- nung des Identifizierungsmaterials, an dem dieses angebracht ist, beziehungswei- se des Trägermaterials, wenn im Identifizierungsbereich kein zusätzliches Material angebracht ist, zu der Art des Transmissionstargets eine Erkennung desselben er- folgen. Bei solchen Ausgestaltungen muss nicht die gesamte Oberfläche des Trä- germaterials sowohl in dem Bereich, in dem der Elektronenstrahl während des Be- triebs der Röntgenröhre das Transmissionstarget trifft, als auch in dem Identifizie rungsbereich mit dem Targetmaterial beschichtet sein. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 6 gelöst. Durch das Richten des Elektronenstrahls auf den Identifizierungsbereich während des Identifizierungsmodus durch die Ablenkein- heit kann die Art des eingebauten Transmissionstargets bestimmt werden, indem aus dem Verhältnis des Targetstroms zum Rückstreuelektronenstrommessgerät das Material bestimmt wird, auf das der Elektronenstrahl gerade trifft, wenn dieses Material eine feste Korrelation zur Art des verwendeten Transmissionstargets hat. Dadurch wird verhindert, dass aus Versehen die falschen Kenngrößen für das verwendete Transmissionstarget an der Röntgenröhre eingestellt werden und da- mit unter Umständen das Transmissionstarget beschädigt oder zerstört wird.

Alternativ wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Pa- tentanspruchs 7 gelöst. Erfindungsgemäß wird die Identifizierung verschiedener Transmissionstargets über unterschiedliche Schichtdicken des Targetmaterials re- alisiert. Bei sehr dünnen Materialschichten ist die Rückstreuung der Elektronen zusätzlich zu der material- und winkelabhängigen Rückstreuung des Elektronen- strahls, abhängig von der Schichtdicke und der Energie der Elektronen des Elekt- ronenstrahls. Dadurch können Targets mit beispielsweise einer Schichtdicke von 6 pm Wolfram von Targets mit einer Schichtdicke von 1 pm Wolfram unterschieden werden. Zur Identifizierung des Targets wird beispielsweise die Energie des Elekt- ronenstrahls beginnend bei 40 keV eingestellt und in 5 keV Schritten erhöht, bis eine Energie von beispielsweise 160 keV erreicht wurde. Die Rückstreuelektronen werden bei jedem Energieschritt gemessen und als Funktion der Energie aufge- tragen. Die Form und Lage des Graphen ermöglicht eine Identifizierung des Tar- gets.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 8 gelöst. Durch das den gerade beschriebenen

Erkennungsverfahren nachgeschaltete Einstellverfahren der Kenngrößen - die in einer Datenbank abgelegt sind - des in der Röntgenröhre verbauten Transmissi- onstargets aufgrund der Identifizierung des verwendeten Transmissionstargets, indem diese Kenngrößen an die Einstellvorrichtungen für die jeweiligen Kenngrö- ßen übertragen werden, wird verhindert, dass das verbaute Transmissionstarget Schaden nimmt, weil die Röntgenröhre mit den falschen Kenngrößen betrieben wird. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den Figu- ren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Die Figuren zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Teils eines ersten Ausführungs- beispiels einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre im Bereich seines Transmissionstargets, Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels in demselben Bereich wie in Figur 1 dargestellt und

Figur 3 eine schematische Darstellung zu einem erfindungsgemäßen Erken- nungsverfahren bei unterschiedlichen Targetschichtdicken.

Die Targeterkennung ist problematisch. Anhand von Figur 1 wird schematisch der Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Röntgenröh- re im Bereich seines Transmissionstargets erläutert.

Das Transmissionstarget weist eine Trägerschicht 1 auf, auf der eine Target- schicht 2 aufgetragen ist. Die Trägerschicht 1 ist in ihrer Draufsicht - in Figur 1 von unten gesehen - rund ausgebildet und die ebenfalls in Draufsicht als Kreis- scheibe ausgebildete Targetschicht 2 ist um die Mittelachse der Trägerschicht 1 herum konzentrisch ausgebildet. Im Bereich des Randes der Trägerschicht 1 ist konzentrisch um die vorgenannte Mittelachse und mit einem Abstand zur Target- schicht 2 ein Identifizierungsmaterial 9 auf der Trägerschicht 1 angebracht. Au- ßerdem ist ein Targetstrommessgerät 5 mit der Trägerschicht 1 verbunden, mittels dem der Strom gemessen werden kann, der aufgrund des auf das Transmissions- target auftreffenden Elektronenstrahls 7 entsteht.

Der Elektronenstrahl 7 kann mittels einer Ablenkeinheit 6 - einer elektrischen Spu- le - auf verschiedene Bereiche des Transmissionstargets gerichtet werden. Beim Auftreffen des Elektronenstrahls 7 auf dem Identifizierungsmaterial 9 - prinzipiell dasselbe gilt auch beim Auftreffen auf dem Targetmaterial der Targetschicht 2 - entstehen Rückstreuelektronen 8, die von einer Elektronenhülse 3 absorbiert wer- den. An der Elektronenhülse 3 ist ein Rückstreuelektronenstrommessgerät 4 an- geschlossen, das den Strom der die Elektronenhülse 3 treffenden Rückstreuelekt- ronen 8 misst. Der Anteil der Rückstreuelektronen 8 - also derjenigen Elektronen des Elektro- nenstrahls 7, die vom Transmissionstarget zurückgestreut werden - hängt bei kompaktem Material im Wesentlichen von dem Material und dem Winkel ab, unter dem die Elektronen des Elektronenstrahls 7 auf das Material auftreffen. Treffen diese Elektronen beispielsweise auf Wolfram, werden etwa 20% der Elektronen als Rückstreuelektronen 8 zurückgestreut. Bei Beryllium liegt dieser Anteil bei nur etwa 5%. Bei dünnen Materialschichten hängt die Menge der Rückstreuelektronen 8 zusätzlich von der Materialschichtdicke und der Energie der Elektronen im Elekt- ronenstrahl 7 ab.

Aufgrund der elektrischen Isolierung der Elektronenfanghülse 3 vom Transmissi- onstarget, insbesondere von der Trägerschicht 1 , kann sowohl der Strom der Rückstreuelektronen 8 - der Rückstreuelektronenstrom - als auch der Strom der Elektronen des Elektronenstroms 7, die das Transmissionstarget treffen - die Tar- getschicht 2 und das Identifizierungsmaterial 9 sind elektrisch leitend mit der Trä- gerschicht 1 verbunden - gemessen werden. Der erstgenannte Strom wird über das mit der Elektronenfanghülse 3 verbundene Rückstreuelektronenstrommessge- rät 4 und der zweitgenannte Strom wird über das mit der Trägerschicht 1 verbun- dene Targetstrommessgerät 5 gemessen.

Das Verhältnis der beiden gemessenen Ströme gibt dann Auskunft über das Mate- rial und/oder die Schichtdicke, auf das der Elektronenstrahl 7 auftrifft; im Ausfüh- rungsbeispiel der Figur 1 ist dies das Identifizierungsmaterial 9. Wenn eine ein- deutige Zuordnung des Identifizierungsmaterials 9 zu der Art des Transmissions- targets gegeben ist, kann aus dem erkannten Identifizierungsmaterial 9 sofort auf die Art des verbauten Transmissionstargets geschlossen werden. Es kann dann automatisch die Einstellung der Kenngrößen, die zu der erkannten Art des Trans- missionstargets passen, vorgenommen werden. Somit wird nicht versehentlich ein nur für geringe Leistungen ausgelegtes Transmissionstarget zu hohen Belastun- gen ausgesetzt und zerstört. Die Werte für den Anteil der Rückstreuelektronen 8 und die jeweilige Zuordnung zu einer konkreten Art von Transmissionstarget sind in einer Datenbank niedergelegt, so dass die Erkennung der Art von Transmissi- onstarget automatisch erfolgt. In derselben Datenbank sind die, der identifizierten Art des verwendeten Transmissionstargets, zugeordneten Kenngrößen abgelegt und diese Kenngrößen werden an die Einstellvorrichtungen für die jeweiligen Kenngrößen übertragen. Mit den dadurch eingestellten Kenngrößen kann somit das Transmissionstarget nicht beschädigt werden.

Das Erkennungsverfahren wird vor Inbetriebnahme des Transmissionstargets durchgeführt, um jedwede Beschädigung des Transmissionstargets durch am An- fang des Betriebs eventuell falsch eingestellten Kenngrößen zu verhindern. Dazu wird der Elektronenstrahl 7 mittels der Ablenkvorrichtung 6 während eines dem Betrieb vorgeschalteten Identifizierungsmodus auf den Randbereich des Trans- missionstargets abgelenkt und trifft dort auf den Identifizierungsbereich 10 mit dem dort angeordneten Identifizierungsmaterial 9. Aufgrund der oben angesprochenen eindeutigen Zuordnung der Art des Transmissionstargets zu diesem Identifizie- rungsmaterials 9 werden dann bevor der Elektronenstrahl 7 auf das Targetmaterial im Bereich der Targetschicht 2 durch Um- oder Ausschalten der Ablenkeinrichtung 6 gerichtet wird, die dem Targetmaterial zugeordneten Kenngrößen eingestellt.

Das zweite Ausführungsbeispiel der Figur 2 unterscheidet sich von dem gerade beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Figur 1 nur in einem einzigen Punkt: Im Identifizierungsbereich 10 ist auf der Trägerschicht 1 gar kein zusätzli- ches Identifizierungsmaterial 9 aufgebracht, sondern das Trägermaterial der Trä- gerschicht 1 dient zur Identifizierung der Art des Transmissionstargets. Diese Er- kennung und die nachgeschaltete automatische Einstellung der Kenngrößen er- folgt genauso wie zu Figur 1 beschrieben. Um eine eindeutige Erkennung der Art des Transmissionstargets zu ermöglichen, ist es beim zweiten Ausführungsbei- spiel der Figur 2 zwingend erforderlich, dass unterschiedliche Arten von Transmis- sionstargets jeweils unterschiedliche Trägerschichten 1 aufweisen. Im linken Teil der Figur 3 ist ein Transmissionstarget mit einer dickeren Target- schicht 2 als im rechten Teil derselben Figur dargestellt. Die Dicke der Targest- schicht 2 im linken Teil beträgt beispielsweise 6 pm und im rechten Teil nur 1 pm. Die Targetschicht 2 besteht in beiden Fällen aus demselben Material, beispiels weise aus Wolfram. Der Elektronenstrahl 7 trifft in beiden Fällen unter einem wählbaren Einfallswinkel auf die Oberfläche der Targetschicht 2 auf. Dieser Ein- fallswinkel wird während der Durchführung des gesamten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Targeterkennung unverändert gelassen.

Das Verfahren zur Targeterkennung gemäß der Figur 3 unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Verfahren grundsätzlich in einem einzigen Punkt: Der Elektronenstrahl 7 muss nicht auf einen Identifizierungsbereich 10 mit separatem Identifizierungsmaterial 9 gelenkt werden. Zur Identifizierung des Transmissions- targets wird die Energie der Elektronen des Elektronenstrahls 7 variiert. Beispiels- weise wird bei einer Energie von 40 keV begonnen und die Energie Schrittweise um 5 keV erhöht, bis eine Energie von 160 keV erreicht wurde. Die gemessenen Rückstreueelektronen 8 können anschließend als Funktion der Energie der Elekt- ronen des Elektronenstrahls 7 aufgetragen werden. Der Verlauf der Funktion und die Kenntnis der vorhanden und potentiell einsetzbaren Targets (alle verwendeten Trägermaterialien, Targetmaterialien und Schichtdicken) geben Auskunft darüber, welches Target aktuell verbaut ist.

Bezugszeichenliste

1 Trägerschicht

2 Targetschicht

3 Elektronenfanghülse

4 Rückstreuelektronenstrommessgerät

5 Targetstrommessgerät

6 Ablenkeinheit

7 Elektronenstrahl

8 Rückstreuelektronen

9 Identifizierungsmaterial

10 Identifizierungsbereich