CN101834108B - 碳纳米阴极场发射x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明的碳纳米阴极场发射X射线管，包括上端设散热器、下端设接线管的真空容器，散热器与阳极靶组件上端连接，阳极靶组件的高压通过散热器引入，阳极靶组件通过过渡环与阳极封接件连接，阳极封接件与真空容器密封连接，阳极靶组件下端成角度地设置靶面，阳极靶组件下端外围设有阳极帽，阳极帽一侧设出射窗，真空容器下端通过阴极封接件与芯柱连接，芯柱上端设碳纳米阴极，芯柱通过固定螺钉与阴极罩固定连接，碳纳米阴极采用真空包装储存，组装前保持超净环境，碳纳米阴极在装管过程中采用特殊真空工艺进行处理，独特的阴极聚集结构实现焦斑电子束输出。本发明具有高电压、高穿透的特点，能够产生高穿透的X射线，广泛用于安检、医疗诊断、探伤。

Description

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，尤其涉及一种利用碳纳米制作成阴极的场发射X射线管。属于电真空器件技术领域。

背景技术

纳米管被发现于二十世纪九十年代初，是近年来材料学和凝聚态物理研究的前沿和热点之一，纳米碳管具有尖端细小、长径比大、强度和韧性高、热稳定性与导电性好等特点，具备了高性能场发射材料的基本特征，是理想的阴极发射材料。

现有技术中，将碳纳米管作为阴极应用于X射线管，主要是带有栅极的三极结构X射线管，即阳极、栅极和阴极，而两极结构的X射线管却很少。

从目前技术看，不管是两极还是三极结构，都有两个共同的局限性。一是很难在阴阳极之间加较高的电压，由于无法加高电压，其穿透力比较差，目前所加最高电压不超过20kV；二是很难在高电压下持续稳定的工作。

由于上述所限，使其应用范围和场合受到很多局限。作为X射线管，在具有高电压的同时，并具有一定形状和尺寸的焦斑才具有广泛的应用价值。

现在通用的X射线管是热阴极式X射线管，阴极灯丝采用螺旋结构的钨丝，在工作过程中需要给灯丝单独供电，限制了其在便携X射线检测方面的应用；灯丝的螺旋结构注定其无法获得均匀焦斑分布及实现所需微小焦斑。

用碳纳米阴极取代螺旋灯丝阴极能极大克服目前通用X射线管存在的不足，极大的提高X射线管的性能，是目前碳纳米材料研究的主要内容之一。但由于工艺、技术及设计方面的种种原因，尚未取得突破性的进展。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有高电压、高穿透特点并具有一定形状大小焦斑、能够在高电压下持续稳定工作一段时间的两极式碳纳米阴极场发射X射线管。

本发明的碳纳米阴极场发射X射线管是通过以下技术方案实现的：

一种碳纳米阴极场发射X射线管，包括真空容器，所述真空容器上端设散热器、下端设接线管，所述散热器与阳极靶组件上端连接，高压电通过阳极靶组件与上端连接的散热器引入，所述阳极靶组件通过过渡环与阳极封接件连接，所述阳极封接件与真空容器密封连接，所述阳极靶组件下端嵌有靶面并具有一定的倾角，所述阳极靶组件下端外围设有阳极帽，所述阳极帽一侧设出射窗，所述出射窗设置在靶面所正对的阳极帽一侧，所述真空容器下端通过阴极封接件与芯柱连接，所述芯柱上端放置碳纳米阴极，所述芯柱通过固定螺钉与阴极罩固定连接并同时将碳纳米阴极固定住，在碳纳米阴极与阳极靶面之间加高压电，使碳纳米阴极产生场发射，场发射电子束在高压电场的作用下，高速轰击靶面，产生所需的X射线。制成的碳纳米阴极采用真空包装储存方式，在组装碳纳米阴极前保持超净环境拆封，碳纳米阴极在装管过程中必须采用特殊的真空工艺进行处理，独特的阴极聚焦结构实现一定形状及大小焦斑电子束输出。

本发明相对于现有技术具有如下特点及优势：

1、本发明的碳纳米阴极场发射X射线管具有高电压、高穿透的特点，阳极电压可以加到150KV甚至更高，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、本发明的碳纳米阴极场发射X射线管为两极聚焦结构，因此X射线发射效果较好。独特的阴极聚焦结构和合理的阴阳极之间的距离控制，既实现了高电压、高穿透的特点，又保证了具有应用价值的一定形状和尺寸的焦斑。

3.本发明的X射线管在高电压下，能够稳定持续地工作一定时间。

附图说明

图1为本发明的碳纳米阴极场发射X射线管结构剖面图。

具体实施方式

为了使本领域的一般技术人员能够清楚理解本发明的技术方案，现结合附图对本发明作进一步详尽地说明：

本发明的碳纳米阴极场发射X射线管，如图1所示，包括真空容器3，真空容器3上端设散热器1、下端设接线管2，散热器1与阳极靶组件6上端连接，阳极靶组件6通过过渡环4与阳极封接件5连接，阳极封接件5与真空容器3密封连接，阳极靶组件6下端嵌有靶面9并具有一定的倾角，倾角为10-45度，阳极靶组件6下端外围设有阳极帽8，阳极帽8一侧设出射窗7，出射窗7设置在靶面9所正对的阳极帽8一侧。真空容器3下端通过阴极封接件14与芯柱13连接，芯柱13上端设碳纳米阴极12，芯柱13通过固定螺钉11与阴极罩10固定地连接，并同时也将碳纳米阴极12固定住。

首先按照X射线管特定结构要求将碳纳米阴极12基底做成一定的形状，并在基底上表面生成碳纳米发射层，制成碳纳米阴极；然后通过真空钎焊、真空材料封接、真空除气、真空铸靶等必须的特殊工艺处理制成X射线管。

利用碳纳米阴极12具有良好场发射特点，将此碳纳米阴极12作为阴极组件的一部分封接在真空容器3内，通过阳极高压电场将电子束从碳纳米阴极12表面拉出，拉出的电子束在高电压的作用下加速轰击靶面9，产生所需的X射线，根据需要可以设计成不同的碳纳米阴极12与靶面9之间的间距，可调控阳极靶组件6所需的阳极高压，达到要求的发射束流。本发明结构的X射线管最高阳极电压可达到450kV。

在对本发明进行大量的试验得出：如图1所示，在阳极高压150kV、碳纳米阴极12场发射束流0.5mA条件下，实现焦斑大小约0.9mm×2.0mm，并连续加电试验8h，测试剂量率为63mGy/h(测试剂量仪相对X射线管靶面9的靶心约750mm，其中包括油厚250mm及8mm有机玻璃厚)，提高碳纳米阴极12场发射束流到1mA，能够连续稳定地发射X射线，调整所加阳极高压，最高到达280kV，能够产生具有更大穿透的X射线。

本发明如图1所设计的为阳极电压150kV、发射束流3mA及焦斑不大于1.5mm场发射X射线管，以此作为核心发射源，为新型便携式安检机的核心部件的开发打下了坚实的基础。

本发明为一种具有高电压、高穿透特点的“碳纳米阴极场发射X射线管”，主要用于安全检查、医疗诊断、探伤检查及其它应用X射线的领域，其X射线发射效果好。

Claims (2)

1.一种碳纳米阴极场发射X射线管，包括真空容器(3)，其特征在于，所述真空容器(3)上端设散热器(1)、下端设接线管(2)，所述散热器(1)与阳极靶组件(6)上端连接，所述阳极靶组件(6)通过过渡环(4)与阳极封接件(5)连接，所述阳极封接件(5)与所述真空容器(3)密封连接，所述阳极靶组件(6)下端成角度地设置靶面(9)，所述阳极靶组件(6)下端外围设有阳极帽(8)，所述靶面(9)与阳极帽(8)端面成10-45度角，所述阳极帽(8)一侧设出射窗(7)，所述真空容器(3)下端通过阴极封接件(14)与芯柱(13)连接，所述芯柱(13)上端设碳纳米阴极(12)，所述芯柱(13)通过固定螺钉(11)与阴极罩(10)固定地连接，所述碳纳米阴极(12)作为阴极组件的一部分封接在所述真空容器(3)内，能够通过阳极高压电场将电子束从碳纳米阴极(12)表面拉出，拉出的电子束在高电压的作用下轰击靶面(9)，产生所需的X射线。

2.根据权利要求1所述的碳纳米阴极场发射X射线管，其特征在于，所述出射窗(7)设置在所述靶面(9)正对的阳极帽一侧。

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