CN102741967A - X 射线管 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种X射线管，包括封闭元件（2），阴极（4）和阳极（5）安装在该封闭元件（2）中。阳极（5）包括基本朝向阴极（4）的第一主面（6）和朝向与第一面（6）相反的第二主面（7）。还有：冷却装置（8），该冷却装置（8）施加在阳极（5）的第二主面（7）上；以及滤波器装置（10），用于根据相应波长对由阳极（5）发射的X射线进行滤波。冷却装置（8）和滤波器装置（10）都包括热导体元件（9），该热导体元件（9）与阳极（5）的第二面（7）热连接，并装备有多个内部微槽道，实际上，增压冷却剂液体能够以湍流运动在该内部微槽道内流动。封闭元件还包括X射线发射部分（3），该X射线发射部分定位成使得它实际上接收由阳极（5）的第二主面（7）发射的、已经经过滤波器装置（10）的X射线。

Description

X 射线管

技术领域

本发明涉及一种用于产生X射线的X射线管，特别是涉及一种能够产生具有相对较高强度的X射线的X射线管。本发明的目的特别在于在使用X射线来检查木材的工厂中使用的X射线管的制造。下文中大致参考该部门。不过应当知道，本发明同样可以用于任何其它部门或用于任何其它目的。

背景技术

因为在超过一个世纪以前就已经发明了X射线管，它们通常包括真空容器（通常为玻璃泡），该真空容器中容纳阴极（负极）和阳极（正极），实际上相对较高的直流电压施加在阴极和阳极之间（甚至几kV）。

阳极定位在离阴极预定距离处，并包括由金属（例如钨、钼或铑）制造的重盘，该金属能够在受到以预定动能运行的电子撞击时发射X射线，如后面更详细所述。盘倾斜定位，使得它的朝向阴极的主面与垂直于连接阴极和阳极的方向的平面成一定角度。

再有，阴极通常包括加热螺线，该加热螺线由于热离子效应而发射电子。一旦发射，电子通过在阳极和阴极之间存在的电势差而加速，然后撞击金属盘。在碰撞的瞬间，它们的动能的较小部分根据已知方法而转变成X射线。

这样产生的X射线将通过它们自身沿所有方向传播。

不过，阳极（扁平盘）的形状意味着离开它的大部分X射线沿与盘的两个面基本垂直的方向传播。特别是，大部分射线通过离开盘的、与朝向阴极的面相反的面来传播（向前射线），同时明显更少的部分离开朝向阴极的面（向后射线）。

而且，因为在操作过程中阳极受到明显的加热，在工业应用中它必须冷却。目前，这通常通过向阳极的与朝向阴极的面相反的面使用冷却装置来实现。冷却装置包括盒形金属元件（通常由钢制造），该盒形金属元件与阳极热接触，且冷却剂液体例如水在该盒形金属元件中流动。不过，为了保证正确的热耗散，冷却装置的尺寸和结构为使得实际上所有向前射线都由盒形元件或冷却水吸收。

因此，在现有技术的工业X射线管中，可用的唯一射线是向后射线。这是阳极定位成一定角度的原因。实际上，只有这样才能够引导X射线朝向管的外部，而不会使它们消耗在冷却装置中和不会撞击阴极。

不过，当电子撞击阳极时，产生的射线覆盖不同波长的较宽范围（实际范围取决于用于制造阳极的金属类型和操作电压，也就是说电子在碰撞瞬间的速度）。

不过，在工业水平中，只有一些波长实际有用。例如，为了检查木材，不仅对具有较低频率的任何射线都不感兴趣，因为不能穿过木头，而且必须避免，因为它们可能在没有木头时使得检测传感器饱和。

因此，当前有售的X射线管装备有滤波器，该滤波器在向后射线能够离开之前截取该向后射线。滤波器包括金属板（例如由铍或铜制造），该金属板只有几毫米厚，能够吸收由该管发射的X射线的、不能用于相关用途的波长。

上面所述表示了由所有现有技术方案共有的方面。不过，重要的是考虑到当前市场上的X射线管还可能有电子流限制和集中装置以及X射线限制装置。还有具有旋转阳极的现有技术管，它设计成连续改变电子在阳极上的撞击点。在任何情况下，本发明都可以通过合适调节而用于任何X射线管。

考虑到上述情况，显然现有技术的X射线管的主要问题是具有较低输出。产生的X射线只有少部分可用于相关用途。

因此，在需要高输出（例如原木的X射线检查）的部门中，正常市场上的X射线管并不合适，必须使用专用的、极高输出的管（同样有高成本）。

发明内容

在这种情况下，形成本发明的基础的技术目的是提供一种克服上述缺点的X射线管。

特别是，本发明的技术目的是提供一种X射线管，与普通X射线管相比，它在工作参数相等的情况下能够提供具有明显更高强度的X射线。

本发明的技术目的还在于提供一种X射线管，与普通管相比，它在输出相等的情况下更便宜。

所述技术目的和目标基本通过如附加权利要求中所述制造的X射线管来实现。

附图说明

参考附图，本发明的其它特征和优点在详细说明中更清楚，该附图表示了X射线管的多个优选、非限定实施例，附图中：

图1是根据本发明制造的X射线管的示意图；

图2是图1的管的放大详图；

图3是板的示意俯视图，该板是图1的X射线管的组成部件的一部分；

图4是另一板的示意俯视图；

图5是图3和4的板的俯视图，其中，板连接在一起；以及

图6是图5的板的示意正视图。

具体实施方式

参考附图，参考标号1整体表示根据本发明制造的X射线管。

与现有技术的X射线管类似，根据本发明的X射线管首先包括封闭元件2，该封闭元件2优选是玻璃泡等。封闭元件2还包括发射部分3，在管1中产生的X射线能够朝着使用它们（例如用于木材件的X射线检查）的区域发送。如图1中所示，由空间分开的阴极4和阳极5安装在封闭元件2的内部。

阴极4可以以与现有技术的阴极相同的方式来制造。在图1中，特别是，它是能够由于热离子效应而发射电子E的加热线圈。

相反，与现有技术的阳极类似，本发明的阳极5由能够在受到具有预定动能的电子E撞击时发射X射线的材料来制造。阳极5包括基本朝向阴极4的第一主面6以及朝向与该第一面6相反的第二主面7。

根据本发明，阳极5的第一主面6并不需要相对于与从阴极4朝着阳极5延伸的方向垂直的平面成角度。如后面更详细所述，根据本发明，来自X射线管1的、被使用的X射线并不像现有技术的管那样是向后射线，而是向前射线，也就是说，是实际上离开阳极5的第二主面7的射线。

优选是，冷却装置8用于阳极5的第二主面7上，以便耗散在产生X射线的过程中产生的热量。优选是，冷却装置8包括热导体元件9，该热导体元件9与阳极5的第二主面7热连接，且冷却剂流体例如水在该热导体元件9内部流动。

本发明的主要方面是冷却装置8执行双重功能。它们也是能够基于相应波长对由阳极5发射的X射线进行滤波的滤波器装置10（在图1中，X射线由波浪箭头表示）。

由于该新颖实施例，根据本发明，用于X射线的发射部分3（射线通过该发射部分离开封闭元件2）定位成使得它实际上接收从阳极5的第二主面7发射的X射线（也就是说，向前射线，在它们经过滤波器装置10之后）。

在优选实施例中，这通过使得热导体元件9装有多个微槽道11来实现，实际上，增压冷却剂液体能够以湍流运动在这些微槽道11中流动。在本发明的范围内，术语微槽道11是指具有不大于十分之几毫米的至少一个尺寸的槽道。

在理想实施例中，热导体元件9因此有“多孔”结构，其中，全部相互流体连通的多个孔形成微槽道11组。这样，一方面获得非常大的换热表面积，另一方面产生冷却剂流体在微槽道11中的湍流运动。这些因素都帮助使得由冷却剂流体除去的热量最大。

而且，为了允许流体循环，热导体元件9包括用于冷却剂流体的至少一个进口部分12和至少一个出口部分13，它们与微槽道11流体连通（在所示实施例中，进口部分12和出口部分13是两个管配件）。在本发明的更完全实施例中，X射线管1因此还装备有用于将增压冷却剂流体供给冷却装置8的装置（例如泵-未示出-和合适的管14）。

在优选实施例中，热导体元件9优选是包括多个平板15、16，这些平板15、16一个压紧在另一个顶上，以便形成主要为平地延伸的层状叠板（pack）17。而且，层状叠板17优选是主要与板平行地延伸（图2）。

在层状叠板17中，两个端部板15能够相同（进口部分12和出口部分13与它们连接），并基本没有孔（除了用于与冷却剂流体的进口部分12和出口部分13连接的孔），还有多个内部板16。

如图3和4中所示，层状叠板17的各内部板16包括多个通孔18，这些通孔18分布在它的表面上。因此，优选是各内部板16有具有规则网眼的栅格形状。在所示实施例中，各孔18有三叶形状，该三叶形状由在六边形的交替顶点处有三个圆形区域19的六边形网形成。

为了形成微槽道11，一旦制成叠板，在各板中的孔18将只与紧邻它的板的孔18局部对齐。特别是，如果网眼的形状和尺寸对于所有板都相同，则在层状叠板17中，各板的网眼相对于与它相对的板的网眼偏离。

而且，优选是，在层状叠板17的各内部板16中的各孔18与正好朝着它的各内部板16的至少两个不同孔18局部相对，因此使得它们相互流体连通。

这种情况在图5和6中示意表示，该图5和6表示了图3和4的板一个连接在另一个顶上。只是为了使得附图更容易理解，在图5中，图3的板定位在顶部，并为完全黑色，而图4的板在底部。而且，在图5中，以虚线画出的箭头表示冷却剂流体的可能通路（当箭头经过一段黑色板时，它表示流体流入在下面板中的孔18内）。

而且，在优选实施例中，层状叠板17只通过使得两种内部板16（例如图3和4的板）交替布置而获得。优选是，在所示实施例中，所有板都有相同形状：图4的板是与图3相同的板，但是翻转。板16的尺寸还设置成使得一个板的网眼的圆形部分19精确重叠在相邻网眼的圆形部分上。

而且，为了获得对X射线的正确滤波效果，热导体元件9优选是由这些特性已知的材料来制造，例如铜或铍或其它金属。优选是，在优选实施例中，层状叠板17的厚度小于1cm，同时各板15、16的厚度是十分之几毫米或者甚至更小。

如前所述，上述本发明实施例是一种可能的最简单实施例。不过，通过合适调节，本发明还可以有利地用于更复杂实施例，例如装备有用于定心和聚焦电子流和X射线的实施例，或者装备有旋转阳极的实施例（显然，在该示例中，需要进口部分12和出口部分13的合适实施例）。

根据本发明的X射线管1的操作在产生X射线的方面基本类似于普通的管。阴极4发射电子E，该电子E通过施加在阴极4和阳极5之间的电势差△V来加速，从而达到预定速度，因此获得预定动能，该动能的少部分在电子E撞击阳极5的瞬间转变成X射线。

产生的向前射线经过热导体元件9，该热导体元件9消除不希望的波长，同时使得有用的波长能够无阻碍地到达发射部分3。同时，冷却剂流体在微槽道11中在压力下循环，从而保证阳极5合适冷却，该阳极5与热导体元件9热连接。本发明带来重要的优点。

由于本发明，能够提供一种X射线管，该X射线管在吸收功率相等的情况下保证明显更高的X射线可用输出，也就是说，是明显更高效的管。

也可选择，在可用输出相等的情况下，本发明能够制造比普通管便宜得多的X射线管。

最后，应当知道，本发明相对容易制造，且甚至与实施本发明相关联的成本也并不很高。

上述发明可以以多种方式变化和改变，而并不脱离本发明思想的范围。

而且，本发明的所有细节可以由其它技术等效元件来代替，且各种部件的使用材料以及形状和尺寸可以根据需要而变化。

Claims (9)

1.一种X射线管，包括：

封闭元件（2），所述封闭元件包括X射线发射部分（3）；

阴极（4），所述阴极安装在封闭元件（2）中；

阳极（5），所述阳极安装在封闭元件（2）中，与阴极（4）间隔开，并由在受到具有预定动能的电子（E）撞击时能够发射X射线的材料来制造，所述阳极（5）包括基本朝向阴极（4）的第一主面（6）和朝向与第一主面（6）相反的第二主面（7）；

冷却装置（8），所述冷却装置（8）施加在阳极（5）的第二主面（7）上；以及

滤波器装置（10），用于根据相应波长对由阳极（5）发射的X射线滤波；

其特征在于：滤波器装置（10）包括冷却装置（8），X射线发射部分（3）定位成使得所述X射线发射部分实际上接收由阳极（5）的第二主面（7）发射的、已经经过滤波器装置（10）的X射线。

2.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于：冷却装置（8）和滤波器装置（10）包括热导体元件（9），所述热导体元件与阳极（5）的第二主面（7）热连接，并装备有多个内部微槽道（11），实际上，增压冷却剂液体能够以湍流运动在所述内部微槽道（11）内流动。

3.根据权利要求2所述的X射线管，其特征在于：热导体元件（9）包括多个平板，所述平板一个压紧在另一个的顶部上，以便形成主要平地延伸的层状叠板（17），层状叠板的各内部板（16）包括分布在各内部板的表面上的多个通孔（18），各内部板的通孔（18）只与紧邻板的通孔（18）局部对齐，各个板的通孔（18）的组形成所述多个微槽道（11）。

4.根据权利要求3所述的X射线管，其特征在于：在层状叠板（17）的各内部板（16）中的各通孔（18）与正好面向它的各内部板（16）的至少两个不同通孔（18）局部相对，从而使得它们相互流体连通。

5.根据权利要求3或4所述的X射线管，其特征在于：层状叠板（17）的内部板（16）有具有规则网眼的栅格形状，各内部板的网眼相对于与它相对的板的网眼偏离。

6.根据权利要求3至5中任意一项所述的X射线管，其特征在于：层状叠板（17）的厚度小于1cm，各板的厚度为大约十分之几毫米。

7.根据权利要求3至6中任意一项所述的X射线管，其特征在于：热导体元件（9）由金属制造。

8.根据权利要求2至7中任意一项所述的X射线管，其特征在于：热导体元件（9）还包括用于冷却剂流体的至少一个进口部分（12）和至少一个出口部分（13），所述至少一个进口部分和所述至少一个出口部分与微槽道（11）连通。

9.根据前述任意一项权利要求所述的X射线管，其特征在于：所述X射线管还包括用于将增压冷却剂流体供给冷却装置（8）的供给装置。

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