CN102103965B - 一种具有对中结构的x射线箍缩二极管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有阴阳极调节对中结构的X射线箍缩二极管，包括真空传输线内筒和外筒、连接支撑环、球头、阳极杆、阴极盘及绝缘堆，真空传输线内筒为不锈钢圆筒，分为上游段和下游段，两段之间通过内筒过渡段、O型密封圈、紧固螺钉连接，内筒与外筒间只有内筒-外筒连接处连接在一起，二极管阳极杆插入石墨支撑杆内部，形成悬臂支撑结构，在阴极盘的外部设有可以实现阴极盘的定位的调心螺钉，在外端设置对称分布的可以通过调节螺距来调节杠杆的定位螺杆。通过对二极管的阴阳极对中调节，使所产生的X射线的焦斑控制到亚毫米量级，可用于对爆炸过程或高速运动材料的内部进行透射成像，得到运动过程的内部结构的状态及演化过程的图像。

Description

一种具有对中结构的X射线箍缩二极管

技术领域

本发明属于一种具有对中结构的X射线箍缩二极管。

背景技术

X射线闪光照相与医学上的拍摄X光片类似，它使得人们在不拆解物体的情况下了解物体内部的复杂结构，它一直被用来以获取动态事件的静止“凝固”图像。但其技术更加复杂，性能更高：

(1)它所产生的X射线的焦斑很小，其焦斑直径可小于1mm

(2)它是极快闪光的，脉冲时间很短，X光管(X射线管，称为阳极杆箍缩二极管)产生X射线的时间约为50ns

(3)它所产生的X射线能量很高，最高的X射线能量可达到2600keV。

(4)它所产生的X射线的总强度很大，正前方1m处的剂量可以达到36mGy。

闪光照相是利用强脉冲X射线对高速运动物体运动状态进行透射照相，可透射高速运动物体的结构、状态及演化过程。由于高能脉冲X射线具有很强的穿透性能和极短的脉冲时间，在辐射流体动力学过程和爆轰物理过程中可专门用来观测物体内部的高速瞬变过程。要保证闪光照相的精确度，减小拍摄图像的模糊程度，其焦斑位置的稳定性至关重要。

国内外对阳极杆箍缩二极管物理原理有所研究，但实现对脉冲功率源的匹配，并保证焦斑位置稳定性方面的研究未见报导，也未见相关的发明专利。

发明内容：

本发明提供一种具有阴阳极调节对中结构的X射线箍缩二极管，包括真空传输线内筒和外筒、连接支撑环、球头、阳极杆、阴极盘及绝缘堆，其特征在于真空传输线内筒为不锈钢圆筒，为保证阻抗匹配，并利于加工和安装，分为上游段和下游段，两段之间通过内筒过渡段、O型密封圈、紧固螺钉连接，以保证该内筒与传输线外筒间的高真空度；为保证绝缘，从接地端至钨针状阳极再没有支撑，成为悬臂梁结构。内筒与外筒间只有内筒-外筒连接处连接在一起，从内筒-外筒连接处至球头-真空传输线连接段形成悬臂梁结构，球头-真空传输线连接段一端通过螺纹连接至真空传输线内筒，另一端与二极管连接球头通过螺纹旋紧，石墨支撑杆插近连接球头内部，二极管阳极杆插入石墨支撑杆内部，形成悬臂支撑结构，阳极杆通过石墨支撑杆、连接球头与球头-真空传输线连接段与真空传输线内筒相连，二极管阳极杆穿过阴极盘中心孔，传输线内筒连接的阳极杆箍缩二极管钨针阳极(毫米直径且前端削尖为针状)与阴极孔的准直对中，使阳极杆箍缩二极管与脉冲功率源的匹配结构与尺寸。阴极盘通过法兰压到真空传输线外筒，在阴极盘径向留有调节间隙，在阴极盘的外部设有可以实现阴极盘的定位的调心螺钉，真空传输线内筒与连接支撑环为支点构成杠杆，在外端设置对称分布的可以通过调节螺距来调节杠杆的定位螺杆。

上述的具有阴阳极调节对中结构的X射线箍缩二极管中定位螺杆、调心螺钉为垂直中心轴的平面内对称均匀分布，定位螺杆和调心螺钉的数量为3-6个。

上述呈悬臂梁结构部分的真空传输线为5m，真空传输线外筒内径400mm，真空传输线内筒上游段外径为206mm，下游段外径147mm，极杆16伸出阴极前表面距离为25mm，阴极中心孔半径8mm，阳极杆半径0.6mm。

上述真空传输线内筒下游段和二极管阳极杆连接球头之间的连接段为100mm。

上述的连接球头为表面光滑的类球头形，在真空传输线内筒上游段和下游段之间设有保证电场平滑过渡的过渡锥段，阳极杆为钨针阳极杆，二极管正前方真空腔末端通过有机玻璃挡板压紧密封圈封住真空。

本发明通过5m长的悬臂真空传输线内筒与外筒同轴度调节机构，定位精度0.1mm，为保证悬臂梁结构的内筒与外筒的同轴度，同时保证阳极杆箍缩二极管的钨针状阳极与阴极孔的准直对中，悬臂梁结构的内筒以与连接支撑环为支点构成杠杆，在外端采用4个对称的定位螺杆，通过螺距来调节杠杆，实现内筒的2维调节，调节精度可达0.1mm，从而调节内筒与外筒的同轴度，并保证钨针状阳极与阴极孔的准直对中。

为实现调节二极管阳极杆和阴极盘的相对位置，设计了三处可调节结构：一是悬臂结构和二极管阳极杆连接球头之间可换用不同长度的连接段；二是可通过换用不同长度的二极管连接杆调节；三是在阴极盘外端采用4个对称的调心螺钉，通过调节螺距来实现阴极盘的二维调节。一、二两处可实现阳极杆轴方向的一维调节，第三处可实现阴极盘径向和角向二维调节。可联合调节这三处结构实现传输线内筒连接的阳极杆箍缩二极管钨针阳极与阴极孔的准直对中。为使阳极与阴极间的真空绝缘满足要求，二极管阳极杆连接处设计为类球头形，表面光滑，电场分布均匀。

附图说明

图1是本发明5m长的悬臂真空传输线的纵剖面结构图。

图中，1.定位螺杆2.内筒-外筒连接处3.内筒过渡段4.悬臂真空传输线内筒5.真空传输线外筒6.球头-真空传输线连接段7.绝缘堆。其中，定位螺杆1与内筒-外筒连接段2构成悬臂杠杆，可进行精细对中调节，定位精度0.1mm。

图2是图1定位螺杆的局部视图。

通过旋动四个方向的定位螺杆1可调节悬臂真空传输线内筒4。

图3是图1连接支撑环的局部视图。

图中，8.连接支撑段9.活动环。悬臂真空传输线内筒4与连接支撑环8为支点构成杠杆，活动环9为圆环结构，方便杠杆转动。

图4是图1内筒过渡段的局部视图。

图中，10.悬臂真空传输线内筒上游段11.悬臂真空传输线内筒下游段12.紧固螺钉13.O型密封圈14过渡锥段。

图5是二极管和真空传输线连接部位的纵剖面结构图。

图中，15.连接球头16.阳极杆17.调心螺钉18.阴极盘19.有机玻璃挡板20.0型密封圈21.石墨支撑杆。

图6是阴极盘调心螺钉部位的局部视图。

图中，22.调节间隙。

图7是阳极杆箍缩二极管示意图。

23.阴极前表面24.阴极后表面25.阴极中心孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本发明所述的有阴阳极调节对中结构的X射线箍缩二极管主要用于为X射线闪光照相装置。本发明主要从二极管的结构尺寸和准直对中技术两个方面保证所产生的X射线焦斑位置的稳定性。阳极杆箍缩聚焦二极管的结构是利用一个中间有孔的圆板状石墨阴极围绕着一个小直径的阳极杆，并且这根阳极杆逐渐变细延伸，超出阴极平面一段距离。径向阴极发射的电子在束流自磁场的作用下箍缩，向锥体下游聚焦，轰击重金属构成的阳极尖端，产生轫致辐射X射线，这些X射线发射自削尖成针状的阳极末端，能够形成点源状的X射线，焦斑直径约为mm量级。

图1至图4中，5m长的悬臂真空传输线内筒4为不锈钢圆筒，分为两段，圆筒外径分别为206mm和147mm，两段之间通过内筒过渡段3连接，悬臂真空传输线内筒上游段10和下游段11之间压有O型密封圈13，通过紧固螺钉12压紧，以保证该内筒与传输线外筒间的高真空度；过渡锥段14保证了电场的平滑过渡。为保证绝缘，5m长的内筒4与外筒5间只有内筒-外筒连接处2连接在一起，从内筒-外筒连接处2至球头-真空传输线连接段6再没有支撑，成为悬臂梁结构。

为保证悬臂梁结构的内筒4与外筒5的同轴度，同时保证阳极杆箍缩二极管的阳极杆16与阴极中心孔25的准直对中，悬臂真空传输线内筒4以与连接支撑环8为支点构成杠杆，在外端采用4个对称分布的定位螺杆1，通过调节四个定位螺杆1的螺距来调节杠杆，实现内筒4的二维调节，调节精度可达0.1mm，从而调节内筒4与外筒5的同轴度，并保证阳极杆16与阴极中心孔25的准直对中。

图5至图7中，球头-真空传输线连接段6一端通过螺纹连接至真空传输线内筒4，另一端与二极管连接球头15通过螺纹旋紧，石墨支撑杆21插近连接球头15内部，二极管阳极杆插入石墨支撑杆21内部，成一系列悬臂支撑结构。二极管阳极杆16穿过阴极盘中心孔25，阴极盘18通过法兰压到真空传输线外筒5，在阴极盘径向留有调节间隙22，通过调节调心螺钉17可实现阴极盘的定位。为实现调节二极管阳极杆16和阴极盘18的相对位置，设计了三处可调节结构：一是悬臂真空传输线内筒下游段11和二极管阳极杆连接球头15之间可换用不同长度的连接段6；二是可通过换用不同长度的二极管阳极杆16调节；三是在阴极盘18外端采用4个对称的调心螺钉17，通过调节螺距来实现阴极盘18的二维定位。一、二两处可实现阳极杆16轴方向的一维调节，第三处可实现阴极盘18径向和角向二维调节。可联合调节这三处结构实现传输线内筒4连接的阳极杆箍缩二极管钨针阳极16与阴极中心25孔的准直对中。为使阳极与阴极间的真空绝缘满足要求，连接球头15设计为类球头形，表面光滑，电场分布均匀。

阳极杆16通过石墨支撑杆21、连接球头15与球头-真空传输线连接段与真空传输线内筒4相连，钨针状阳极杆16伸出阴极前表面23距离为25mm，悬臂真空传输线内筒下游段11外径147mm，真空传输线外筒5内径400mm，阴极中心孔25半径8mm，阳极杆16半径0.6mm。为便于观察二极管安装状态、测量射线源焦斑形态和尺寸，二极管正前方真空腔末端采用有机玻璃挡板19，通过有机玻璃挡板19压紧密封圈20封住真空。

所述悬臂真空传输线内筒4，真空传输线外筒5，内筒过渡段3，球头-真空传输线连接段6，O型密封圈13和20，过渡锥段14，连接球头15，石墨支撑杆21，阳极杆16，阴极盘18，有机玻璃挡板19，阴极中心孔25为同中心轴结构。

所述定位螺杆1，调心螺钉17为垂直中心轴的平面内对称均匀分布。

通过对产生X射线的阳极杆箍缩二极管的阴阳极对中调节，使所产生的X射线的焦斑控制的亚毫米量级。可用于对爆炸过程或高速运动材料的内部进行透射成像，得到运动过程的内部结构的状态及演化过程的图像。

Claims (8)

1.一种具有阴阳极调节对中结构的X射线箍缩二极管，包括真空传输线内筒和外筒、连接支撑环、球头、阳极杆、阴极盘及绝缘堆，其特征在于真空传输线内筒为不锈钢圆筒，分为上游段和下游段，两段之间通过内筒过渡段、O型密封圈、紧固螺钉连接，内筒与外筒间只有内筒-外筒连接处连接在一起，从内筒-外筒连接处至球头-真空传输线连接段形成悬臂梁结构，球头-真空传输线连接段一端通过螺纹连接至真空传输线内筒，另一端与二极管连接球头通过螺纹旋紧，石墨支撑杆插近连接球头内部，二极管阳极杆插入石墨支撑杆内部，形成悬臂支撑结构，阳极杆通过石墨支撑杆、连接球头与球头-真空传输线连接段与真空传输线内筒相连，二极管阳极杆穿过阴极盘中心孔，阴极盘通过法兰压到真空传输线外筒，在阴极盘径向留有调节间隙，在阴极盘的外部设有可以实现阴极盘的定位的调心螺钉，真空传输线内筒与连接支撑环为支点构成杠杆，在外端设置对称分布的可以通过调节螺距来调节杠杆的定位螺杆。

2.如权利要求1所述的具有阴阳极调节对中结构的X射线箍缩二极管，其特征在于所述定位螺杆、调心螺钉为垂直中心轴的平面内对称均匀分布，定位螺杆和调心螺钉的数量为3-6个。

3.如权利要求1或2所述的具有阴阳极调节对中结构的X射线箍缩二极管，其特征在于呈悬臂梁结构部分的真空传输线为5m，真空传输线外筒内径400mm，真空传输线内筒上游段外径为206mm，下游段外径147mm，阳极杆伸出阴极前表面距离为25mm，阴极中心孔半径8mm，阳极杆半径0.6mm。

4.如权利要求1所述的具有阴阳极调节对中结构的X射线箍缩二极管，其特征在于真空传输线内筒下游段和二极管阳极杆连接球头之间的连接段为100mm。

5.如权利要求1所述的具有阴阳极调节对中结构的X射线箍缩二极管，其特征在于连接球头为表面光滑的类球头形。

6.如权利要求1所述的具有阴阳极调节对中结构的X射线箍缩二极管，其特征在于在真空传输线内筒上游段和下游段之间设有保证电场平滑过渡的过渡锥段。

7.如权利要求1所述具有阴阳极调节对中结构的X射线箍缩二极管，其特征在于阳极杆为钨针阳极杆。

8.如权利要求1所述具有阴阳极调节对中结构的X射线箍缩二极管，其特征在于二极管正前方真空腔末端通过有机玻璃挡板压紧密封圈封住真空。

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