CN101521135A - 栅控碳纳米阴极场发射x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种栅控碳纳米阴极场发射X射线管，包括散热器、阳极组件、真空容器、阴极组件和接线管，其中，所述阳极组件为包括过渡环、阳极封接件、阳极靶组件、出射窗和阳极帽；所述阴极组件包括阴极罩、固定螺钉、芯柱帽、芯柱、阴极封接件、第一绝缘环、阴极托、碳纳米阴极、屏蔽环、第二绝缘环及栅极；其利用碳纳米阴极具有良好场发射的特点，将此碳纳米阴极作为阴极组件的一部分封接在真空容器内，且通过栅极电场将电子束从碳纳米阴极表面拉出，拉出的电子束在阳极高压电场的激励下以及阴极罩的聚焦下，高速轰击阳极靶。本发明优点在于具有高电压、高穿透的特点，可在高电压下稳定持续的工作，可实现一定焦斑及束流大小的电子束输出。

Description

栅控碳纳米阴极场发射X射线管

技术领域

本发明涉及一种X射线管，特别是涉及一种栅控碳纳米阴极场发射X射线管。

背景技术

X射线管为利用高速电子撞击金属靶面产生X射线的真空电子器件。

传统的X射线管一般采用热电子发射阴极，将钨、六镧化钼等材料加热到足够高温度，使一部分动能大的电子克服物体表面势垒而逸出体外，形成电子束发射。因此此种X射线管能耗大，且需要满足大电流、耐高温的使用要求。

场致发射不需要给阴极加热，利用强电场使物体表面附近的电子穿过表面势垒而发射；场致发射的强度依赖于材料的功函数和表面结构。场致电子发射阴极电子源具有能耗低、发射寿命长、发射强度大等优点。

碳纳米管是一种碳的同素异形体，作为一维纳米材料，因其具有良好的场发射特性、较低的开启电压、稳定的化学性质及较低的真空环境要求等特点，而在场发射电子源方面具有广阔的应用前景，利用碳纳米管作为场发射材料已经成为近年来本领域的热点话题。

使用碳纳米管阴极场发射X射线管作为射线源的便携机与传统的热阴极射线管X光机相比，具有轻便、启动快(无需预热)、省电的优点。尤其最后一条，对于用蓄电池做电源的便携机，碳纳米管阴极X射线管具有很大的优势。

现有专利技术中，将碳纳米管作为阴极应用于X射线管，主要是带有栅控结构的三极X射线管，即阳极、栅极和阴极。从专利检索情况看，目前将碳纳米管作为阴极应用于X射线管的国内专利有两份：1、专利号为03127012.3，“一种新型场致发射的医用微型X射线管”，此管结构为端窗结构，无电子束会聚，在具体实施方式上没有具体电参数标识；2、专利号为03133383.4，“低压场发射阴极X射线管”，此管为不带阳极帽的侧窗结构，在具体实施方式上，阳极加压为600V。

从可查询到的文献资料来看，现有的栅控结构发射X射线管，都有一定的局限性。一是很难在阴阳极之间加较高的电压，目前所加最高电压不超过20kV，由于无法加高电压，其射线穿透力较差；二是很难在高电压下持续稳定的工作；三是发射的射线束在许多情况下没有会聚。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种具有高电压、高穿透特点并具有一定会聚的栅控式碳纳米阴极场发射X射线管。

为了达到上述目的，本发明所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管采用了下述技术方案：

所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管包括散热器、阳极组件、真空容器、阴极组件和接线管，所述阳极组件一端与散热器安装在一起，而另一端封装在真空容器中；所述阴极组件封装在真空容器内，其一端与所述接线管连接在一起。

其中，所述阳极组件为包括过渡环、阳极封接件、阳极靶组件、出射窗和阳极帽。过渡环为套设于阳极靶组件并与阳极封接件连接，而所述阳极封接件为封接于真空容器一端；所述阳极靶组件一端为伸出真空容器且与散热器连接，所述阳极靶组件另一端嵌有一定倾角的阳极靶；所述阳极帽为套设于该阳极靶组件的另一端末并与该端一起封装在真空容器内；所述出射窗设在该所述阳极帽正对阳极靶的一侧。所述阴极组件包括阴极罩、固定螺钉、芯柱帽、芯柱、阴极封接件、第一绝缘环、阴极托、碳纳米阴极、屏蔽环、第二绝缘环以及栅极。所述芯柱、第一绝缘环和阴极托为通过芯柱帽与芯柱引线焊接固定在一起；将碳纳米阴极放置于阴极托内，使其与所述芯柱引线亦连接；所述屏蔽环、第二绝缘环、栅极为依序与碳纳米阴极组装；所述阴极罩设于所述阴极封接件、芯柱、第一绝缘环、阴极托、芯柱帽、碳纳米阴极、屏蔽环、第二绝缘环以及栅极外，通过固定螺钉与将所述芯柱固定住；所述阴极封接件一端与芯柱相接，另一端则连接于真空容器。

在所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管中，高压为通过与阳极组件连接在一起的散热器引入，且在碳纳米阴极与栅极之间加较低电压，通过栅极电场将电子束从该碳纳米阴极表面拉出，拉出的电子束在阴阳极间高压电场的作用下高速轰击阳极靶，从而产生所需的X射线。

通过调控该控制栅极电压达到控制碳纳米阴极场发射束流大小，并利用阴极罩对场发射电子束进行聚焦。通过在阳极施加高压将一定比例发射束流拉出，并在特定的阴极罩结构下进行聚焦，高速轰击阳极靶。

相比现有技术，本发明所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管具有如下特点及优势：

1、具有高电压、高穿透的特点，阳极可以加到高于100kV的电压，能够产生高穿透X射线，因此，可广泛用于安全检查、医疗诊断及探伤检查等技术领域。

2、具有较好的发射效果。独特的栅控结构、阴极聚焦结构以及合理的阴阳极间距离，保证了具有应用价值的一定形状和尺寸的焦斑。

3、在高电压下，能够稳定持续地工作一定时间。

附图说明

图1为本发明所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管的整体结构示意图；

图2为本发明所示之阴极组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体组装过程和应用对本发明所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管作进一步的详细说明。

本发明所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管为通过利用碳纳米阴极具有良好场发射的特点，且将此碳纳米阴极作为阴极组件的一部分封接在真空容器内，并通过栅极电场将电子束从碳纳米阴极表面拉出，拉出的电子束在阳极高压电场的激励下以及阴极罩的聚焦下，高速去轰击阳极靶，从而产生出X射线。

参照图1中所示，本发明所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管包括真空容器3、散热器1、部分与散热器1连接而另一部分为封装在真空容器3内的阳极组件2、封装在真空容器3内的阴极组件4以及与阴极组件4连接的接线管5。

见图1，所述阳极组件2为主要包括过渡环21、阳极封接件22、阳极靶组件23、出射窗24和阳极帽25；其中，所述过渡环21为套设于阳极靶组件23上并与所述阳极封接件22连接，而所述阳极封接件22为与真空容器3连接，将阳极靶组件23部分封装于真空容器3内；所述阳极靶组件23一端为伸出真空容器3而与散热器1连接，该所述阳极靶组件23中嵌有一定倾角的阳极靶231；所述阳极帽25为套设于所述阳极靶组件23封装于真空容器3内那一端上，且所述出射窗24设在该所述阳极帽25正对阳极靶231的一侧。

结合图1和图2中所示，所述阴极组件4主要包括阴极罩41、固定螺钉42、芯柱帽43、芯柱44、阴极封接件45、第一绝缘环460、阴极托47、碳纳米阴极48、屏蔽环49、第二绝缘环461以及栅极40。其中，所述芯柱44、第一绝缘环460和阴极托47为通过芯柱帽43与芯柱引线6焊接固定在一起，将碳纳米阴极48放置于阴极托47内使其与所述芯柱引线6连接；所述屏蔽环49、第二绝缘环461为依序叠加组装在碳纳米阴极48周侧；所述栅极40为装设在第二绝缘环461上且位于所述碳纳米阴极48上；所述阴极罩41为设于所述阴极封接件45、芯柱44、第一绝缘环460、阴极托47、芯柱帽43、碳纳米阴极48、屏蔽环49、第二绝缘环461和栅极40外，通过固定螺钉42将其与所述芯柱44固定；所述阴极封接件45一端为与芯柱44相连接，另一端则连接于真空容器3。

此外，所述碳纳米阴极48为采用真空包装储存的方式，所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管装管前必须超净环境下进行拆封。参见图2，在本发明中，对于阴极组件4而言，其在装管时为首先将芯柱44、第一绝缘环460、阴极托47通过芯柱帽43与芯柱引线6焊接牢固；其次再依序放入碳纳米阴极48、第二绝缘环461、屏蔽环49以及栅极40；最后再将阴极罩41通过固定螺钉42固定在芯柱44上，而使该阴极组件4定位在真空容器3内。

所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管为通过一系列的真空钎焊、真空材料封接、真空除气、真空铸靶等特殊真空工艺制成。所述栅极40可采用栅网或者膜孔方式，即实际应用中，所述栅极40可为栅网或者膜孔板。且所述栅极40与碳纳米阴极48之间的间距为0.1～2mm。

另外，在本发明所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管中，高压为通过与阳极组件2连接在一起的散热器1引入，并且在碳纳米阴极48与栅极40之间可加较低电压。

本发明所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管在阳极高压工作状态下，可通过调控栅极40所加电压去控制发射束流的大小。

参见图2中所示，独特的阴极聚焦结构，即，碳纳米阴极48，屏蔽环49、第二绝缘环461、栅极40以及设于该所述碳纳米阴极48，屏蔽环49、第二绝缘环461和栅极40上的阴极罩41，可实现一定焦斑及束流大小的电子束输出。

Claims (6)

1.一种栅控碳纳米阴极场发射X射线管，其特征在于，包括散热器、阳极组件、真空容器、阴极组件和接线管，所述阳极组件一端与散热器安装在一起，而另一端则封装在真空容器中；所述阴极组件为封装在真空容器内，其一端与所述接线管连接在一起；

其中，所述阳极组件为包括过渡环、阳极封接件、阳极靶组件、出射窗和阳极帽；过渡环为套设于阳极靶组件并与阳极封接件连接，而所述阳极封接件为封接于真空容器一端；所述阳极靶组件一端为伸出真空容器且与散热器连接，所述阳极靶组件另一端嵌有一定倾角的阳极靶；所述阳极帽为套设于该阳极靶组件的另一端末并与该端一起封装在真空容器内；所述出射窗设在该所述阳极帽正对阳极靶的一侧；

所述阴极组件包括阴极罩、固定螺钉、芯柱帽、芯柱、阴极封接件、第一绝缘环、阴极托、碳纳米阴极、屏蔽环、第二绝缘环以及栅极；所述芯柱、第一绝缘环和阴极托为通过芯柱帽与芯柱引线焊接固定在一起；碳纳米阴极放置于阴极托内，且与所述芯柱引线连接；所述屏蔽环、第二绝缘环、栅极为依序与碳纳米阴极组装；所述阴极罩为设于所述阴极封接件、芯柱、第一绝缘环、阴极托、芯柱帽、碳纳米阴极、屏蔽环、第二绝缘环以及栅极外，通过固定螺钉与所述芯柱固定住；所述阴极封接件一端与芯柱相接，另一端则连接于真空容器。

2.根据权利要求1所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管，其特征在于，所述控制栅极与碳纳米阴极间距为0.1～2mm。

3.根据权利要求1所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管，其特征在于，高压为通过与阳极组件连接在一起的散热器引入。

4.根据权利要求1所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管，其特征在于，在所述碳纳米阴极与栅极之间加较低电压，且通过栅极电场将电子束从该碳纳米阴极表面拉出。

5.根据权利要求1所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管，其特征在于，所述栅极为栅网。

6.根据权利要求1所述栅控碳纳米阴极场发射X射线管，其特征在于，所述栅极为膜孔板。

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