阅读说明：本技术 X射线断层扫描检查系统及方法 (X-ray tomography inspection system and method ) 是由 爱德华·詹姆斯·莫顿 于 2018-12-03 设计创作，主要内容包括：一种在用在X射线检查系统中的光学组件。该光学组件具有：光源；光电阴极,定位成使得该其处于由光源所发射的光路中；以及至少两个倍增电极。这些倍增电极中的一个被定位成接收由光电阴极发射的电子,并且另一个倍增电极被定位成接收由第一倍增电极发射的电子。光源优选地是LED光源或激光光源中的一种。(An optical assembly for use in an X-ray inspection system has a light source, a photocathode positioned such that it is in the path of light emitted by the light source, and at least two dynodes one of which is positioned to receive electrons emitted by the photocathode and the other dynode is positioned to receive electrons emitted by the first dynode.)

X射线断层扫描检查系统及方法

相关引证的交叉引用

本申请依赖于2017年12月11日提交的题为“X-Ray Tomography InspectionSystems and Methods”的美国临时专利申请号62/597,155的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本说明书涉及一种X射线扫描系统。更具体地，本说明书涉及一种固定台架式X射线检查系统，该检查系统具有围绕检查体积定位的多个X射线源，使得源发射具有不同的波束角的X射线波束。

背景技术

X射线计算机断层扫描(CT)扫描仪在机场的安全筛查中已使用了数年。常规系统包括绕轴线旋转的具有弓形X射线检测器的X射线管，该弓形X射线检测器也以相同的速度绕同一轴线旋转。其上承载了行李的传送带放置在围绕中心旋转轴线的合适的孔内，并且传送带在该管旋转时沿着轴线移动。X射线的扇形波束从源穿过待检查的对象并且随后到达X射线检测器阵列。

X射线检测器阵列在沿其长度的数个位置处记录穿过待检查对象的X射线的强度。在多个源角度中的每个处记录一组投影数据。从这些记录的X射线强度，通常可以通过滤波反投影算法来形成断层扫描(横截面)图像。在承载对象的传送机的纵向运动期间，应用X射线源的旋转扫描，以便产生对象(诸如袋子或行李)的精确的断层图像。

在常规X射线扫描仪系统中，X射线管包括被设计成朝向阳极发射电子的电子源，该阳极相对于电子源保持在高正电位(通常在15kV至450kV的范围内)。从电子源发射的低电位的电子在存在于电子源(阴极)与阳极之间的电场中加速。当加速的电子冲击阳极表面时，它们的能量的一部分(通常1％)作为X-辐射发射，平衡导致阳极的热加热或电子从阳极反向散射。

通常，X射线管的电子源包括诸如加热的钨丝的热电子发射器。线材中的电子可以获得足够的能量以从线材的表面“沸腾”出来进入周围真空，从周围真空中可以将电子提取到存在于阴极与阳极之间的电场中。

这种电子源通常以盘绕形式非常常用于宽范围的X射线管中。这种源的特性在于操作温度高于1500K，在操作温度下灯丝电阻为几欧姆，并且操作功耗根据管被设计使用的应用而在1W到20W的范围之间。

在高级X射线源中，灯丝可以用于间接加热次级电子发射区域，该次级电子发射区域通常被涂覆在具有低功函数的分配器阴极材料(例如，敷钍的多孔钨)中。在操作期间，分配器阴极材料的温度(例如，1200K操作温度)通常显著地低于标准钨丝(>1500K)，这意味着分配器阴极加热至操作温度所需的热功率小于标准钨丝所需的热功率，并且通常在0.3W-2W的范围内。

这种较低的操作功率在降低总体X射线管功耗方面是有益的。这在具有多个电子枪的X射线源(诸如用于固定台架式计算机断层扫描的多焦点X射线管)中尤其重要。

在一些应用中，来自(一个或多个)电子源的功耗对整体系统设计可能是有害的，尤其是在空间有限、热散热能力有限、并且单个管封套中需要多个电子发射器的应用中(诸如在高吞吐量的行李筛查应用中部署的固定台架式计算机断层扫描系统中)。

在过去的五十年中，已对冷阴极发射器(被设计成在室温下操作)的开发进行了相当多的工作，冷阴极发射器倾向于依赖来自尖点或尖端的电子的场发射。最新一代的这种发射器倾向于利用纳米工程中的发展(诸如碳纳米管的生长)。然而，尽管工作显著，但这种电子源仍需要在极高真空(例如，10-9托)下操作并且它们的发射电流密度受限于施加到每个发射点的电场和发射区域的总表面积。在X射线管应用中，灵敏的点状发射源容易受到来自由于消融X射线管靶或存在于真空中的其他气体分子而生成的离子的反向离子轰击的损害。因此，基于场发射的X射线源的开发尚未被证明是成功的。

因此，认识到在低操作功率多焦点X射线源中使用的当前电子源的限制。需要一种可替代的X射线源，该X射线源减轻了基于场发射的X射线源所遇到的可靠性问题，并且与标准热离子电子源相比基本上降低了操作功率。

发明内容

结合系统、工具以及方法描述和示出以下实施例及其方面，系统、工具以及方法意在为示例性和说明性的，而不限制范围。

在一些实施例中，本说明书公开了一种被配置为用在X射线检查系统中的光学装置，该光学装置包括：光源，被配置为发光；光电阴极，光电阴极邻近光源，被定位成使得光电阴极处于由光源发射的光的路径中并且被配置为发射第一多个电子；第一倍增电极，被定位为接收由光电阴极发射的第一多个电子并且被配置为响应于接收第一多个电子而发射第二多个电子；以及第二倍增电极，被定位为接收由第一倍增电极发射的第二多个电子并且被配置为响应于接收第二多个电子而发射第三多个电子。

可选地，光学器件的至少部分被封闭在真空密封壳体中，并且其中，真空密封壳体包括玻璃和金属中的至少一种。

可选地，光源定位在壳体外部。

可选地，光电阴极包括沉积在真空密封壳体内的光学透明玻璃上的材料。

可选地，光学器件进一步包括栅电极和聚焦电极中的至少一种。

可选地，光源是发光二极管(LED)。

可选地，LED发射蓝光和白光中的至少一种。

可选地，光源是激光器。

可选地，光电阴极、第一倍增电极、以及第二倍增电极被放置在真空密封的壳体内。

在一些实施例中，本说明书公开了一种X射线检查系统，包括：固定X射线源，围绕扫描体积延伸，其中，固定X射线源包括：多个源点，其中，多个源点中的每个源点被配置为生成X射线并将X射线引导到扫描体积中，并且其中，多个源点中的每个源点包括：光组件，该光组件包括：光源，被配置为发光；光电阴极，邻近光源，被定位成使得光电阴极处于由光源发射的光的路径中并且被配置为发射第一多个电子；以及第一倍增电极，被定位为接收由光电阴极发射的第一多个电子并且被配置为响应于接收第一多个电子而发射第二多个电子；以及第二倍增电极，被定位为接收由第一倍增电极发射的第二多个电子并且被配置为响应于接收第二多个电子而发射第三多个电子；以及阳极组件，被定位成接收第三多个电子并且被配置为将第三多个电子转换为所述X射线；X射线检测器阵列，围绕扫描体积延伸并且被布置为检测来自阳极组件的已穿过扫描体积的X射线；传送机，被布置成将物品传送通过扫描体积；以及至少一个处理器，用于处理检测到的X射线以产生穿过扫描体积的物品的图像。

可选地，阳极组件从多个不同的发射点发射X射线。

可选地，多个源点中的每个被封闭在真空密封的壳体中，并且其中，壳体包括玻璃和金属中的至少一种。

可选地，光组件进一步包括栅电极和聚焦电极中的至少一种。

可选地，光电阴极包括沉积在光学透明玻璃上的材料。

可选地，光源为发光二极管(LED)。

可选地，固定X射线源包括定位在封闭壳体中的多个源点和阳极组件。

可选地，LED发射蓝光和白光中的一种。

可选地，第一倍增电极和第二倍增电极中的至少一个以及光电阴极被放置在真空密封的壳体内部。

在一些实施例中，本说明书公开了一种用于使用X射线检查系统扫描物品的方法，该方法包括：使待扫描的物品穿过封闭的检查体积；通过以下方式从定位在检查体积周围的固定X射线源发射X射线：从光源照射光电阴极，光源朝向光电阴极发光；在第一倍增电极处接收由光电阴极发射的第一多个电子；在第二倍增电极处接收由第一倍增电极发射的第二多个电子；在阳极组件处接收由第二倍增电极发射的第三多个电子并且将该第三多个电子转换为X射线；检测来自固定X射线源的已穿过封闭的检查体积的X射线；并且处理检测到的X射线以产生物品的扫描图像。

可选地，第二多个电子的数量大于第一多个电子的数量。

可选地，第三多个电子的数量大于第二多个电子的数量。

可选地，光电阴极、第一倍增电极和第二倍增电极中的至少一个被封闭在真空密封的玻璃或金属壳体中。

可选地，光电阴极沉积在定位在真空密封壳体的内部的玻璃的表面上。

可选地，光源为发光二极管(LED)。

可选地，LED被配置为发射蓝光和白光中的至少一种。

可选地，照射该光电阴极、在第一倍增电极处接收、以及在第二倍增电极处接收中的每一个步骤都在真空内执行。

可选地，光电阴极在光电阴极的第一侧从光源接收光，并从光电阴极的第二侧发射第一多个电极，其中，第一侧与第二侧相对定位。

可选地，该方法进一步包括使用与第二倍增电极串联的第三倍增电极。

在一些实施例中，本说明书公开了一种用在扫描物品的X射线检查系统中的光组件，该组件包括：光源；以及至少两个倍增电极，其中，第一倍增电极被定位为接收由该光电阴极发射的电子，并且第二倍增电极被定位为接收由该第一倍增电极发射的电子。

可选地，该组件被封闭在玻璃或金属封套中。

可选地，光源定位在玻璃或金属封套的外部。

可选地，组件进一步包括栅电极和聚焦电极中的至少一个。

可选地，光源为发光二极管(LED)。

可选地，LED发射蓝光和白光中的一种。

可选地，光源是激光器。

可可选地，该至少两个倍增电极被放置在真空壳体内。

在一些实施例中，本说明书公开了一种用于使用X射线检查系统来扫描物品的方法，该方法包括：从包括至少一个阴极组件的固定X射线源发射X射线，X射线可以从该至少一个阴极组件被引导穿过扫描体积，其中，从阴极组件的发射包括：从光源发光并将所述光引导至所述第一倍增电极；第一倍增电极使用所述光生成电子；朝向第二倍增电极发射由第一倍增电极所生成的电子；并且在第二倍增电极处接收由第一倍增电极发射的电子，其中，电子进一步被第二倍增电极倍增并发射；通过阳极组件将发射的电子转换为X射线；检测来自阳极组件的已穿过扫描体积的X射线；以及处理检测到的X射线以产生物品的扫描图像。

可选地，阴极组件被封闭在玻璃或金属封套中。

可选地，从光源发光包括：从发光二极管(LED)发光。可选地，LED发射蓝光和白光中的一种。

可选地，由第一倍增电极生成电子的步骤，由第一倍增电极朝向第二倍增电极发射所生成的电子的步骤，并且在第二倍增电极处接收由第一倍增电极发射的电子的步骤以真空执行，其中，该电子进一步由第二倍增电极倍增并发射。

可选地，该方法进一步包括与第二倍增电极连续地使用至少一个另外的倍增电极，其中，每个倍增电极使接收到的电子倍增。

在以下提供的附图和详细描述中，将更加深入地描述本说明书的前述和其他实施例。

附图说明

将进一步理解本发明的这些和其他特征及优点，因为当结合附图考虑时，它们通过参考详细描述而变得更好理解：

图1A是传统的X射线检查系统的透视图；

图1B是示出了图1A的扫描单元的多个视图的示意图；

图2A示出根据本说明书的一些实施例的X射线管阴极组件；

图2B示出根据本说明书的一些实施例的图2A所示的基于光电阴极的电子源的操作的电路图；

图3是示出根据本说明书的实施例的用于使用X射线检查系统扫描物品的方法的一些示例性步骤的流程图；

图4是示出根据本说明书的一些实施例的用于使用X射线检查系统扫描物品的另一方法的一些示例性步骤的流程图；

图5是制造图2A的X射线源或电子枪的方法的多个示例性步骤的流程图；以及

图6示出在不同波长的光下的光电阴极辐射灵敏度的变化。

具体实施方式

本领域的一普通技术人员应理解，光电倍增管通常用于辐射检测领域以便获取在闪烁体探测器(诸如碘化钠，NaI)中由辐射相互作用而引起的光的闪光，以使用光电阴极将其转换为电子并且然后通过电场将所生成的电子加速到第一倍增电极，由此来自该光电阴极的每个相互作用的电子被吸收并且以若干电子的形式再发射，这些电子中的每个然后朝向第二倍增电极加速。这个处理在第二个和随后的倍增电极上重复，直到在最终的倍增电极上产生较大的信号并且在阳极上记录得到的放大信号。整个光电倍增管在标准真空中操作，通常在10^-7至10^-6托的范围内。通常，在每个倍增电极处实现n＝5至20的范围内的增益。对于具有10个倍增电极的系统，这意味着光电倍增管作为整体的增益为n¹⁰。

本说明书的实施例认识到，光电阴极材料(例如，碘化铯(CsI))吸收在其本体内的光子，该光子通过光电效应将电子释放到导带中。该传导电子在整个光电阴极本体中自由迁移。如果电子到达材料的表面，则它很有可能从光电阴极材料逸出到真空中。因此，这是由光电阴极材料的厚度、进入光电阴极的光的波长、以及光电阴极的发射表面处的电场强度来控制的本体效应，而不是点发射效应。在这些方面，光电阴极是理想电子源以用于X射线管阴极。因此，通过调制光电阴极处施加的光束的强度，可以接通和关断电子源的发射。多焦点X射线源的关键特性在于，其中，必须以较高的时间精度和可重复性来打开和关闭单个X射线管内的多个电子源中的每一个。

在实施例中，本说明书提供用于扫描扫描体积的多个源点的检查系统。在实施例中，检查系统是实时断层扫描(RTT)系统。在实施例中，源点以非圆形或基本上为矩形的几何形状布置在扫描体积周围。在实施例中，检查系统是划算的、具有较小的占用面积，并且可以使用常规线电压操作以向高电压电源供电，该高电压电源然后用于向X射线源供电。

在各种实施例中，X射线源基于X射线源点相对于成像体积的位置来发射具有不同发射点的扇形波束。

应注意，贯穿本说明书描述的系统包括至少一个处理器以控制系统及其部件的操作。应进一步理解，至少一个处理器能够处理编程指令、具有能够存储编程指令的存储器、并且采用包括多个编程指令的软件以执行本文所述的处理。在一个实施例中，至少一个处理器是能够接收、执行且传输存储在易失性或非易失性计算机可读介质上的多个程序指令的计算装置。

本说明书针对多个实施例。为了使本领域普通技术人员能够实践本发明，提供了以下公开。在本说明书中使用的语言不应被解释为对任何一具体实施例的一般否定，或者用于限制超出本文使用的术语的含义的权利要求。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施例和应用。而且，所使用的术语和措辞是为了描述示例性实施例的目的，并且不应被认为是限制性的。因此，本说明书应被赋予包括与所公开的原理和特征一致的众多替代方案、修改和等效物的最广范围。为了清楚起见，未详细描述与本发明相关的技术领域中已知的技术材料相关的细节，以免不必要地模糊本说明书。

在本申请的说明书和权利要求书中，词语“包含”“包括”“具有”中的每个及其形式不一定限于可以与这些词语相关联的列表中的成员。在本文中应注意，除非另有明确指示，否则与特定实施例相关联地描述的任何特征或部件可与任何其他实施例一起使用和实施。

为了本说明书的目的，滤波反投影方法定义为描述用于对象的部分或全部重构的任何透射或衍射断层扫描技术，其中滤波投影被反投影到对象空间中，即，滤波投影根据原始地透射或衍射波束的方式的反转或近似反转来传播回到对象空间中。滤波反投影方法通常以滤波器的卷积的形式实施并且在单个重构步骤中直接计算图像。

为了本说明书的目的，迭代重构方法(与单个重构算法相比)是指用于重构2D和3D图像的迭代算法(诸如计算机断层扫描)，其中必须根据对象的投影来重构图像。

为了本说明书的目的，热离子发射是指热感应电荷(thermally induced charge)发射过程。热能驱动电荷载流子跨过势垒，由此产生电流。在常规X射线管中，电荷载流子是从加热的阴极发射的电子。

为了本说明书的目的，光电阴极是涂覆有光敏化合物的带负电的电极。光电阴极在被照射时发射电子，由此产生电流。光电阴极通常在真空中工作。

图1A是从第一侧145示出的常规扫描单元100的透视图，该扫描单元100包括用于容纳多个X射线源点和检测器的基本上为矩形的壳体/封套101。定位在阳极的表面处的源点位于垂直于传送机的平面的第一平面中。检测器位于平行于源点的平面中并且也垂直于传送机的平面，但是距源点平面偏移1mm至20mm的范围的距离。在实施例中，存在以矩形、圆形或其他类似形状的围绕隧道的周边布置的100至1000个之间的源点。应当理解，在可替代的实施例中，壳体101可以具有圆形或四边形形状(诸如但不限于正方形或任何其他形状)。受检查的对象通过第一开口端或扫描孔103传送、进入检查区域，并通过第二开口端(与第一开口端103相对)离开。根据实施例，进给和返回传送机回路都穿过在检查区域106正下方的空间116，而空间或隔室140被保留在扫描系统的底座(约200mm深)中，以在与自动托盘返回处理系统集成时容纳自动返回的托盘。

图1B示出图1A的示例性扫描单元100的多个视图。扫描单元100可以针对降低的功率使用和降低的噪声而设计。现在参照图1B，视图141示出用于使受检查对象进入检查区域的扫描系统100的第一开口端或扫描孔103。在一些实施例中，扫描孔103(并且因此，检查体积)具有620mm的宽度和420mm的高度。视图142是沿着扫描单元100的纵向方向的侧视图(如从图1A的第一侧145所见)。视图143是沿扫描单元100的纵向方向的顶视图。应注意，如视图143所示的扫描系统100的纵向长度是为了容纳来自受检查对象的较高水平的X射线散射，该X射线散射由用于产生清晰图像所必需的较高的波束电流引起。视图141、142还示出当与自动托盘返回处理系统集成时托盘可以穿过的空间140。

虽然图1A和图1B示出用于实施本说明书的各个实施例的示例性扫描系统，但是其他扫描系统也可以并入这些实施例。在实施例中，本申请涉及题为“X-Ray ScanningSystem”且于2011年12月27日发布的美国专利号8,085,897及其同族成员。本申请还涉及题为“X-Ray Tomography Inspection Systems”且于2011年1月25日发布的美国专利号7,876,879及其同族成员中描述的扫描系统。本说明书的电子源的实施例也可以应用至在题为“X-Ray Tubes”且于2014年9月2日发布的美国专利号8,824,637中描述的X射线管。本说明书的电子源的实施例也可以应用至在题为“X-Ray Scanners”且于2017年4月11日发布的美国专利号9,618,648中所描述的电子枪。本说明书的电子源的实施例也可以应用至在题为“X-ray Scanners”且于2012年8月14日发布的美国专利号8,243,876中描述的X射线扫描仪。本说明书的电子源的实施例也可以应用至在题为“X-Ray Scanners and X-RaySources Therefor”且于2011年5月24日发布的美国专利号7,949,101中描述的X射线扫描仪。所有上述申请都通过引用并入本文。

图2A示出根据本说明书的一些实施例的X射线管阴极组件200。在实施例中，组件200放置在真空壳体218的内部，并且包括光学透明窗口，来自光源的光束穿过该光学透明窗口。在实施例中，二极管202的发射波长与光电阴极材料的最大发射率的波长匹配。选定由诸如二极管202的光源发射的光的波长，使得光学光子具有足够的能量来将价电子激发到光电阴极材料的导带中。在实施例中，这可以意味着在蓝色至绿色波长范围内的操作取决于所选择的材料。在一个实施例中，光源是发光二极管(LED)202，该发光二极管202可选地具有较高亮度。根据本说明书的实施例，亮度以功率(瓦特(W))或发光度(毫坎德拉(mCd))来定义。根据频率(例如，通常蓝色波长将具有比绿色波长更低的亮度)，高亮度的LED的功率在0.5W至2W的范围内，发光度在500mCd至8000mCd的范围内。在实施例中，亮度和发光度取决于许多因素，这些因素包括但不限于所需的波束电流、光电阴极材料以及激发波长，因此应注意，这些参数可以根据本说明书的整体系统的要求进行调节。

在实施例中，所选择的光电阴极材料是CsI、CsSb以及GaAsP中的至少一种。图6示出展示了在不同波长的光下的光电阴极辐射灵敏度的变化的曲线图600。在实施例中，假设功率至光的转换效率为100％且量子效率(QE)为100％，则从光电阴极需要小于0.2mA，这可以从10mW的LED亮度源获得。实际上，光电阴极的QE约为10％，这意味着十个到达的光学光子中仅有一个从光电阴极中产生光电子。因此，在实施例中，在本说明书中50mW至300mW的范围的光功率用于LED亮度。在实施例中，在本说明书中，针对LED亮度使用100mW的光功率。选择二极管202的亮度，使得二极管能够传递所需的光电阴极电流。在另一实施例中，光源是激光(LASER)或本说明书的实施方式可允许的任何其他光源，这些光源提供足够的亮度来操作光电阴极。在实施例中，光学透明窗装配有在所关注的波长范围内的光学透明玻璃(通常为二氧化硅或石英玻璃210)。选择玻璃是因为它是透明的并且在透射白光或蓝光方面有效。玻璃210也用于封闭或密封真空封套。

在实施例中，光电阴极放置在二极管202附近。在一些实施例中，光电阴极放置在距二极管202 0.1mm至5mm的范围内。二极管202用于激发一个光电阴极。在包括多个光电阴极的多焦点X射线管的实施例中，每个光电阴极与一个光电二极管(类似于二极管202)相关联。在一些实施例中，电子源阵列构建为八(8)或十六(16)的倍数，在这种情况下，存在8或16个单独的LED照射8或16个单独的光电阴极/倍增电极组件。发光二极管202用于开始或“启动”电子生成的级联。发光二极管202在地电位下工作并产生脉冲光输出。在实施例中，每个发光二极管202在真空封套的外部工作，使得它们可以容易地被替换。由每个发光二极管202生成的该光束被光电阴极204吸收，该光电阴极204由透明金属膜(例如氧化铟锡，ITO)保持在固定的电位处。在实施例中，光电阴极204具有包括但不限于提供有效光吸收的能力；光能到发射电子的最佳转换(良好的发射率)；在较高光照射条件下的稳定性；以及低功函数。

在实施例中，当在真空下加热时，将被采用于光电阴极204的材料蒸发到玻璃210上。在一个实施例中，当管在随后使用真空炉的制造期间被烘烤时，光电阴极204被加热。光电阴极材料204可放置在玻璃210的真空侧上作为小滴或小丸。换言之，光电阴极204在与面向发光二极管202的一侧相反的玻璃的一侧(玻璃210的真空侧)涂覆玻璃210。

在实施例中，第一倍增电极206与光电阴极204之间的距离在2mm到50mm的范围内。在一个实施例中，第一倍增电极206放置在距光电阴极204 5mm的距离处。放置在跨光电阴极204的真空中的第一倍增电极206处于负电位，然而，其负电位小于光电阴极204的负电位。光电阴极204与第一倍增电极206之间的角度被设计成在光电阴极204和第一倍增电极206的表面上提供相对均匀的电场。在一些实施例中，在光电阴极204与第一倍增电极206之间以及随后的倍增电极之间维持30V至400V(并且优选地50V至200V)的电位差。根据本说明书的一些实施例，倍增电极206与任何其他倍增电极成形为类似弧的形状。这些倍增电极的形状被设计成在每个倍增电极的表面获得相对均匀的电场，以从每个倍增电极获得稳定的增益。倍增电极形状也被设计为产生从光电阴极至第一倍增电极206并且然后再次从第一倍增电极206到第二倍增电极208以及下一个倍增电极等的电场。在一些其他实施例中，每个倍增电极具有能够执行本说明书的实施例中规定的功能的任何其他形状。从光电阴极204发射的电子在电场中被加速到第一倍增电极206，该第一倍增电极206通常将每个到达的电子乘以5至20的因数。倍增因数取决于包括倍增电极材料和到达的电子的能量的若干因数。第一倍增电极206与第二倍增电极208之间(以及类似地在每个连续的倍增电极之间)的角度被设计为在它们的表面上提供相对均匀的电场。在实施例中，第一倍增电极206与第二倍增电极208之间的角度在从0度(从第一倍增电极206的左下到第二倍增电极208的左下测量出)到90度(从第一倍增电极206的右上到第二倍增电极208的左下测量出)的范围内。在实施例中，这些倍增电极全部定位在单个平面中。在一个实施例中，每个倍增电极(包括倍增电极206)涂覆有简单的金属或较低电子亲和性涂层(诸如铯锑或锑锡合金)。在实施例中，所采用的光电阴极金属可以具有低真空功函数的特性。

从第一倍增电极206发射的电子被加速到第二倍增电极208，从而在此发生进一步的倍增。在实施例中，第一倍增电极206与第二倍增电极208之间的距离在2mm至20mm的范围内。放置在跨第一倍增电极206的真空中的第二倍增电极208处于负电位，然而，其负电位小于第一倍增电极206的负电位。在实施例中，在倍增电极208处的到达的电子能量大约在50eV至200eV的范围内。在实施例中，到达能量与加速电压成比例，该加速电压可以在30V到400V(并且优选地50V到200V)的范围内。到达的电子的能量由所施加的电位差以及倍增电极表面的不同部分之间的距离来驱动。撞击倍增电极208的电子进一步乘以因数5至20。结果，存在电子的倍增增益。总体上，根据光电阴极204以及第一倍增电极206和第二倍增电极208的优化、定向、几何形状和施加的电压，通过两个倍增电极级实现了25至400的增益。光电阴极与倍增电极相对于彼此的优选配置使得电场在倍增电极206和208以及光电阴极204的表面上尽可能地均衡，因为电子逸出到倍增电极之间的真空中的可能性由倍增电极表面处的电场驱动，该电场进而取决于倍增电极的几何形状。

在一些实施例中，部署多于两个的倍增电极以增加电子的倍增增益。倍增增益级导致将电子产生的阶段与电子生成以用于形成X射线波束的过程解耦。结果，第一电子源(在该情况下为光电阴极204)利用使能实现用于操作阴极的较低温度的光源工作。

在一些实施例中，可以去除光电阴极204并且来自外部光源的光可以直接照射第一倍增电极以便生成次级电子发射。

在一些实施例中，在电子波束212中从第二倍增电极208发射的电子被提取到电子聚焦结构中，以将生成的波束212的电子引导到X射线阳极214。在实施例中，电子聚焦结构是聚焦电极或栅电极(grid electrode)，以使电子发射器周围的电场成形以用于控制波束截面，使得在阳极靶上形成合适的聚焦斑。在一些实施例中，聚焦电极由耐火材料(诸如钨或钼)形成，以便经受从残留气体原子或从靶烧蚀的原子中释放的离子的高能离子轰击。聚焦电极可以是开放的，或者可以是具有多个孔的网格形式(包括简单的十字形栅)。

在实施例中，聚焦电极是应用电位以控制X射线管中的电子波束的横截面的电极。在一些实施例中，(一个或多个)聚焦光学器件处于圆柱形形式，该圆柱形形式将来自最终倍增电极的电子波束同时聚焦在横向和纵向(X-Y)两个方向上。此方法可适于在电子发射器处有类似X-Y尺寸的紧凑电子源(诸如按钮源)设计。在一些可替代的实施例中，使用分开的线性聚焦结构以在X和Y方向上独立地聚焦。独立的聚焦方法可适于与另一个方向相比沿一个方向延伸的电子源(诸如线源)。在实施例中，电子聚焦结构216和放置在第二倍增电极208上方的任何静电栅电极(未示出)保持在地电位，以充当任何高压击穿的主要放电点，该高压击穿可能在作为管制造的部分的管调节期间或在此后的系统操作期间的任何时候发生。

如图2A所示，倍增电极206、208可以被配置为在光电阴极204与电子波束212的发射点之间引入空间偏移。在实施例中，空间偏移可以定义为穿过每个倍增电极206和208的中心的垂直轴之间的(在水平方向上的)距离。这种偏移确保任何反向离子轰击仅影响电子聚焦结构216和最终倍增电极，而不影响光电阴极204或第一倍增电极206。这甚至有助于在相对较差的真空操作下确保较长的管寿命。

在实施例中，电子枪在2mA至50mA(并且优选地范围从4mA至20mA)的范围的束电流下操作。在一个实施例中，电子枪在4mA下操作，优选地用于较小的隧道检查点应用。在一个实施例中，电子枪用于在20mA下操作，优选地用于大型隧道保持行李包筛查应用。20mA的束电流等于在光电阴极204的表面处每秒生成约10¹⁵个电子，或在给定倍增电极增益为5的情况下，光电阴极电流为800μA。对于倍增电极增益为20，该光电阴极电流减小到50μA。使用发光二极管202的现成的、低成本的、高亮度的选项来实现这些电流。

图2B示出根据本说明书的一些实施例的图2A所示的基于光电阴极204的电子源的操作的电路图。在实施例中，光电阴极(PC)204由发光二极管(LED)202照明。来自PC 204的电子首先被加速到倍增电极1(Dy1)206，并然后到倍增电极2(Dy2)208。来自Dy2 208的倍增电极然后朝向可选的穿孔栅极(G1)420加速并然后到最终阴极(K)222。从阴极222进入主X射线真空封套的电子然后加速到X射线阳极(A)214。

在一些实施例中，栅极G1 220被引入到阴极组件200。G1 220的效果是在G1 220与阴极K 222之间产生受控的场区。这允许通过相对于K222调整G1 220上的电位来调制束电流。将G1 220相对于K 222切换到正电位来完全关闭电子波束，而不管LED 202的照明如何。由此，通过设定G1 220相对于K 222的电位，G1 220提供所发射的电子波束的次级控制，该控制包括更宽的开关束电流比加上可控的束电流。在一些实施例中，为每个发射器提供一个网格以便消除串扰。

在可替代的实施例中，组件200是在没有栅极G1 220的情况下构造的。在本实施例中，仅通过LED 202的开关来控制电子发射。同时参考图2A和图2B，当LED 202接通并照射光电阴极204时，产生电子波束212，并且该电子波束212被加速到主真空封套中以产生X射线波束224。当LED 202关闭时，不生成光电阴极电子且不产生X射线波束。因此，通过对LED202的亮度建模来直接控制X射线发射。LED 202的强度与X射线管束电流成正比。

在实施例中，多个光电阴极、倍增电极以及阴极连接至经由单组电真空馈通件供应至电子源部件的单组电位，每个X射线管有一组馈通件。与热电子源相比，这是非常有效的，在热电电子源中，需要多个电馈通件以向灯丝提供电力并且控制相应的栅极信号。本实施例不包括任何热电子元件，并且因此除了主动生成X射线波束之外，电子源以零功率工作。

在可替代的实施例中，场发射源用于电子生成。在实施例中，类似于图2B的上下文中描述的配置的场发射源和聚焦光学器件用于电子生成。用于场发射源中的阴极的阴极和栅极材料可采用高难熔材料(诸如钨或钼)。形成的电场(E)是由于施加在栅极与阴极之间的电位(V)以及它们之间的距离(d)(E＝V/d)。在实施例中，相对于LED 202和栅极G1 220的接近度，场发射源放置在更靠近栅极的地方。

阴极组件200的实施例可在X射线检查系统的各种实施例中实施。阴极组件200可以是X射线源点的部件，其中多个X射线源点形成X射线筛查系统。可替代地，单个源点可用在标准单焦点X射线源中。可替代地，例如，可在双焦点源中使用两个源点以产生较宽(较高功率)和精细(较低功率)焦点。本说明书的实施例提供了优于常规阴极组件的优点，因为本实施例的阴极温度可保持在室温下，而常规阴极组件中的经加热的阴极在高于1500K下工作。

图3是示出根据本说明书的实施例的用于使用X射线检查系统扫描物品的方法的一些示例性步骤的流程图。在实施例中，固定X射线源由围绕扫描体积的多个X射线源点形成，该扫描体积可以是任意形状(通常为矩形或圆形)。位于阳极表面的X射线源点定位在与传送机的平面垂直的第一平面中，而检测器定位在与源点平行的平面中且也与传送机垂直，但是该检测器距与源点平面的偏移距离在1mm至20mm的范围内。在实施例中，存在以矩形、圆形或其他类似形状围绕隧道的周边布置的在100至1000个之间的源点。每个源点包括阴极组件(诸如在图2A和图2B的上下文中描述的阴极组件)。在302处，使用光源从第一侧照亮光电阴极。在实施例中，光源是发射白光的LED。在实施例中，光源是发射蓝光的LED。本文应注意，光电阴极的响应性总体上是在宽光谱范围内，并且尽管可以采用任一种，但是白色LED总体上比蓝色LED更亮。在304处，照亮光电阴极使光电阴极从与第一侧相对的第二侧发射电子。在实施例中，光电阴极位于或放置在光学透明玻璃上。在306处，第一倍增电极接收由光电阴极发射的电子。第一倍增电极使所接收的电子倍增并且将它们朝向第二倍增电极发射。在308处，第二倍增电极从第一倍增电极接收电子并且进一步使它们倍增并且发射倍增后的电子。在一些实施例中，系统包括在该第二倍增电极之后连续的至少一个或多个额外的倍增电极。每个倍增电极被配置为从前一个倍增电极接收电子并且进一步使电子倍增。在可替代的实施例中，光源直接照射第一倍增电极而无需使用单独的光电阴极，并且从第一倍增电极发射的电子被引导至第二以及随后的一个或多个倍增电极。在又一可替代的实施例中，利用场电子发射源而不是光源来生成电子。在实施例中，在真空内执行从304至308的步骤。在实施例中，使用玻璃或金属壳体来执行这些步骤。在步骤309处，阳极组件接收由倍增电极生成的电子并将它们转换为X射线。随后，在310处，由一个或多个检测器检测来自阳极组件的穿过扫描体积的X射线。在312处，由处理器处理检测到的X射线，以便产生正被扫描的物品的扫描图像。

图4是示出根据本说明书的一些实施例的用于扫描物品的另一方法的一些示例性步骤的流程图。在实施例中，如相对于图4所描述，光源直接照射第一倍增电极，而无需使用单独的光电阴极。从第一倍增电极发射的电子被引导至第二倍增电极以及可选的随后的倍增电极。在步骤402处，光源朝向第一倍增电极发光。每个源点包括光源组件。在实施例中，光源是LED或激光器。在步骤404处，第一倍增电极从光源接收光并且由此生成电子。在步骤406处，第一倍增电极发射所生成的电子并且引导它们至第二倍增电极。在408处，第二倍增电极从第一倍增电极接收电子，使它们倍增并且随后发射倍增后的电子。在一些可选的实施例中，系统包括在第二倍增电极之后连续的至少一个或多个额外的倍增电极。每个倍增电极被配置为从前一个倍增电极接收电子并且进一步使电子倍增。在一些实施例中，光源组件被配置为类似于图2A和图2B的上下文中示出的系统，而无需光电阴极。在实施例中，步骤404至408在真空中执行。在一些实施例中，使用玻璃或金属壳体来产生真空。在步骤409处，阳极组件将倍增电极生成的电子转换为X射线。随后，在步骤410处，由一个或多个检测器检测来自阳极组件的透射通过扫描体积的X射线。在步骤412处，由处理器处理检测到的X射线，以便产生正被扫描的物品的图像。

返回参考图1A，应理解，与常规旋转台架系统相比，多焦点X射线源102的激发图案不受以标准螺旋旋转的方式围绕受检查的行李移动的约束。由此，在各种实施例中，源激发模式可以是固定的或随机的，且在每个源点120处具有均匀或非均匀的停留时间。在各种实施例中，针对每个扫描投影，停留时间在50μs至500μs的范围内。在一些实施例中，停留时间是每个扫描投影200μs。

在各种实施例中，为了确定重构RTT图像中的Z有效和密度的基本上准确的测量，正弦图数据(由X射线检测器针对每个源投影产生的多能量“原始”数据)和来自一个或多个多能量箱的重构图像数据两者用于确定从3D图像数据分割的每个对象的威胁类型。在实施例中，只要传送托盘的后缘离开扫描单元100的RTT成像区域，就可获得重构图像。

根据一些实施例，扫描单元100被配置为在620mm宽x 420mm的检查隧道大小上实现0.8mm x 0.8mm x 0.8mm的重构图像体素。这等同于775个像素(宽度)x 525个像素(高度)的切片图像大小。对于0.8m的传送托盘长度，在每个3D图像中将存在1000个切片。在一些实施例中，RTT系统空间分辨率在检查隧道的中心处为1.0mm。在实施例中，RTT系统被配置为实现+/-0.2原子序数的Z有效分辨率，且检查隧道的中心处的密度分辨率为+/-0.5％。

图5是制造图2A的X射线源或电子枪的方法的多个示例性步骤的流程图。在步骤505处，机器构建X射线源的阳极和阴极。在步骤510处，将阳极部安装到玻璃或金属的顶部。在步骤515处，在阳极和屏蔽电极的顶部提供滑动耦合块以考虑热膨胀。在步骤520处，滑动耦合块附接到馈通导热元件使得能够从阳极散热。接下来，在步骤525处，将阴极部安装到玻璃或金属基底中。最后，在步骤530处，通过使用玻璃熔化或金属焊接技术将基底与玻璃或金属顶部密封，从而导致阳极和阴极被封闭在玻璃或金属真空封套中。

以上实例仅说明本说明书的系统的许多应用。尽管在此仅描述了本发明的几个实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以许多其他特定形式来实施本发明。因此，本实例和实施例被认为是说明性的而不是限制性的，并且本发明可以在所附权利要求的范围内进行修改。