CN102956419A - 软x射线管及其制造方法及具有该射线管的光离子静电消除器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软X射线管及其制造方法及具有该射线管的光离子静电消除器，所述软X射线管由端窗输出式阳极组件、真空密封组件、阴极组件组成；所述阴极组件包括阴极托、平板芯柱、分别固定在平板芯柱上的灯丝和阴极托以及与阴极托焊接连接的阴极罩；所述阳极组件包括一面具有纳米级金属薄膜靶层的铍片和阳极焊接件，所述铍片焊接在阳极焊接件上；所述真空密封组件为所述封接在一起的玻璃壳和可伐构件；所述阳极焊接件与所述可伐构件焊接在一起，所述阴极组件位于真空密封组件内部。所述软X射线管结构简单，使用寿命长，产生软X射线的效率高，具有大的射线辐射角度及好的空间各向的对称性，用于各种行业的静电消除。

Description

软X射线管及其制造方法及具有该射线管的光离子静电消除器

技术领域

本发明涉及一种电真空器件，尤其是一种软X射线管、其制造方法以及由所述软X射线管为发射源的光离子静电消除器。

背景技术

目前，X射线管的应用范围除了常规的工业探伤、安全检查、医疗诊断领域外，已经被广泛应用于其他领域，比如静电消除、空气净化、软组织摄影、材料分析及商品检验等。近年来，公开的专利技术中主要有以下几项：

申请号为CN200810202778.5的发明专利“一种用光离子消除静电的方法及其装置”公开的X射线管，是在X射线管内设置环形阳极靶面和环形阴极，在X射线管的前端，设置端窗式发射窗，所述环形阴极为一外径小于环形阳极靶面内径的圆柱状体，其靠近X射线端子侧的一端设置贯穿孔，其靠近X射线管发射窗的一端设置一纵向开口槽与贯穿孔相通，开口槽中设置螺旋状灯丝绕组，其阴极结构复杂，加工困难。

申请号为CN200580010021.0的发明专利“透射式X射线管及其制造方法”，公开的X射线管的管体主要由陶瓷和铜材料组成，透射式阳极端（端窗）采用铜材料，阴极结构无阴极罩。工艺上，采用钎焊方法分别焊接阴极结构和阳极组件，最后将阴极和阳极再次进行焊接。不仅结构复杂，而且制作工艺过程需要二次钎焊和一次电弧焊并需多处放置焊料及陶瓷金属化处理，加工工艺较为复杂。

申请号为200610114222.1的中国发明专利“一种端窗X射线管”，公开了一种典型的端窗X射线管，外壳采用铜基材料，薄膜阳极靶采用厚度为20μm的薄膜钼片，薄膜阳极靶设置于阴极灯丝与铍窗之间。薄膜阳极靶如此设置，一方面产生软X射线的效率较低，另一方面在透射窗方向上的射线辐射角度较小。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种产生软X射线丰富、辐射出射角较大，空间各向的对称性好，且结构简单的软X射线管，其制造方法，以及由所述软X射线管为发射源的光离子静电消除器。

本发明的技术方案如下：

软X射线管，由端窗输出式阳极组件、真空密封组件、阴极组件组成；所述阴极组件包括阴极托、平板芯柱、分别固定在平板芯柱上的灯丝和阴极托以及与阴极托焊接连接的阴极罩，所述平板芯柱的结构为将多根芯柱固定在平板上的结构，所述灯丝焊接在芯柱的顶端，所述阴极托固定在芯柱上靠近平板的位置；所述阳极组件包括一面具有厚度为纳米级的金属薄膜靶层的铍片和阳极焊接件，所述铍片具有纳米级金属薄膜靶层的一面朝向所述阴极组件并焊接在阳极焊接件上；所述真空密封组件包括结构为两端开口的筒状结构的玻璃壳和与所述玻璃壳的一端封接在一起的可伐构件；所述阳极焊接件与所述可伐构件焊接在一起，所述玻璃壳的另一端与平板芯柱的平板封接在一起，所述阴极组件的灯丝位于真空密封组件内部。

优选地，所述纳米级金属薄膜靶层是采用离子束溅射沉积的方法沉积在铍片上的。

优选地，所述金属薄膜靶层为钨薄膜靶层，所述钨薄膜靶层的厚度范围为50nm~4000nm。

优选地，所述金属薄膜靶层为钼、铜、铁、镍、铬、银金属薄膜中的一种。

软X射线管的制造方法，包括以下步骤：

（a）在铍片的一面通过离子束溅射沉积一层厚度为纳米级的金属薄膜靶层；

（b）通过封接工艺将可伐构件和玻璃壳封接在一起；通过真空钎焊工艺，将一面具有金属薄膜靶层的铍片、阳极焊接件和可伐构件焊接，形成带有阳极组件的真空密封组件；

（c）将阴极托固定在平板芯柱上靠近平板的位置，将灯丝焊接在平板芯柱的顶端，将阴极罩焊接在阴极托上，制成阴极组件；

（d）通过封口工艺将阴极组件与真空密封组件封接在一起；通过排气工艺最终制成软X射线管。

一种光离子静电消除器，其发射源为本发明所述的软X射线管。

本发明所述的软X射线管，用于各种行业的静电消除，其工作原理是：用所述软X射线管产生的软X射线照射带静电物体，使物体周围的空气产生电离，生成高密度的正负离子，中和以致消除被照物体的表面静电。

本发明所述软X射线管，透射窗采用铍基金属片，即在铍片面朝向所述阴极组件的一面用离子束溅射沉积（Ion Beam Spatter Deposition简称IBSD）的方法沉积一层厚度为纳米级的金属薄膜作为产生X射线的金属薄膜靶层作为阳极，即端窗输出式阳极靶面。阴极组件的灯丝发射出的电子束通过阴极组件和阳极组件之间的高压电场被加速，轰击到端窗输出式阳极靶面上，产生的软X射线透过铍片向外辐射。如此设置的金属薄膜靶层一方面能够高效率地产生软X射线，另一方面能够在透射窗方向上具有大的射线辐射角度及好的空间各向的对称性，这种辐射方式称为透射靶端窗输出方式。采用真空钎焊工艺将铍片、阳极焊接件和可伐构件一次性焊接在一起，形成带有阳极组件的真空密封组件，完全能够保证真空气密性，并且具有很高的焊接成功率。采用平板芯柱作为灯丝的支撑、固定结构，通过焊接将阴极固定，并且便于与所述阳极组件和真空密封组件进行封接。阴极罩和阴极托作为阴极的聚焦结构，保证灯丝发射出电子束全部轰击在铍片上的金属薄膜靶层上，避免了电子发生的发散，提高了电子的利用率，即提高了产生X射线的能力。这种结构比较简单易行，无需采用复杂的栅极控制方式进行聚焦。

由于金属薄膜靶层厚度和完整度直接影响软X射线光子的产量，如果金属薄膜靶层的厚度太薄，产生的软X射线光子就会比较少，消除静电的能力比较差；反之，如果金属薄膜靶层太厚，虽然能产生较多的X射线光子，但大多数软X射线又会被金属薄膜靶层吸收，而软X射线对空气电离贡献最大，同样消除静电的效果也不好。金属薄膜靶层的最佳厚度根据所需阳极电压进行仿真计算和实验测试确定。金属薄膜靶层采用离子束溅射沉积的方法沉积在铍片上，与其他蒸镀钨膜技术相比，离子束溅射沉积技术沉积的金属薄膜靶层，一方面所沉积的金属薄膜靶层的厚度能够精确控制；另一方面金属薄膜靶层附着力更强，在所述软X射线管长时间使用下，防止金属薄膜脱落以及因金属薄膜脱落而造成的X射线的产生剂量衰减，从而提高了所述软X射线管的使用寿命。

软X射线管体积小巧，可在高压10kV、束流0.15mA的条件下连续稳定的工作，其X射线剂量在连续工作上千小时后并未出现明显的降低。在此条件下，在正对透射窗（即铍片）距离1000mm处的X射线剂量率可达到约14mSv/h，并且X射线输出在空间各向的对称性好，静电消除效果优异，具有一定的应用价值。

通过封接、真空钎焊、真空排气工艺制成所述软X射线管，成品率较高，管内真空度高，使用寿命长。

本发明所述的软X射线管的高压10kV，束流0.15mA，以所述软X射线管作为发射源，制成光离子静电消除器的产品，属于新一代静电消除产品。可广泛应用于各种全自动化生产线上，例如液晶面板制作、半导体制作、高速印刷、制药等。

附图说明

图1为本发明所述软X射线管结构示意图。

附图标记说明：

1-端窗输出式阳极组件，2-真空密封组件，3-阴极组件，11-铍片，12-阳极焊接件，21-可伐构件，22-玻璃壳，31-灯丝，32-阴极罩，33-阴极托，34-平板芯柱。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合具体实施例详细介绍本发明的技术方案。

如图1所示，本发明所述的软X射线管，由端窗输出式阳极组件1、真空密封组件2、阴极组件3组成。所述阴极组件3包括阴极托33、平板芯柱34、分别固定在平板芯柱34上的灯丝31和阴极托33以及与阴极托33焊接连接的阴极罩32，所述平板芯柱34的结构为将多根芯柱固定在平板上的结构，所述灯丝31焊接在芯柱的顶端，所述阴极托33固定在芯柱上靠近平板的位置。所述阳极组件1包括一面具有厚度为纳米级的金属薄膜靶层的铍片11和阳极焊接件12，所述铍片11具有纳米级金属薄膜靶层的一面朝向所述阴极组件3并焊接在阳极焊接件12上；其中，具有纳米级金属薄膜靶层的铍片11同时充当阳极靶和透射窗。所述真空密封组件2包括结构为两端开口的筒状结构的玻璃壳22和与所述玻璃壳22的一端封接在一起的可伐构件21。所述阳极焊接件12与所述可伐构件21焊接在一起，所述玻璃壳22的另一端与平板芯柱34的平板封接在一起，所述阴极组件3的灯丝31位于真空密封组件2内部。所述平板芯柱34的平板也是为玻璃材质，故与玻璃壳22封接的接缝在图1中显示不出。

具体地，铍片11上的金属薄膜靶层是离子束溅射沉积的方法沉积形成的，其厚度为纳米级的，阴极组件3的灯丝31发射出的电子束经阴极组件3和所述阳极组件1之间的高压电场被加速，轰击到金属薄膜靶层上，产生的软X射线透过铍片11向外辐射。由于离子束溅射沉积技术能够精确的控制所沉积金属薄膜靶层的厚度，故能够制备合适厚度的金属薄膜靶层，故能高效率地产生软X射线。另一方面，由于发射软X射线的发射源附着在透射窗上，故所发射的软X射线具有大的射线辐射角度及好的空间各向的对称性。如此设置的端窗输出式阳极组件1，不仅在结构上非常简洁，而且在制作工艺方面，具有很高的成功率。同时，离子束溅射沉积的金属薄膜靶层附着力强，保证了所述软X射线管在长时间使用下，产生的X射线的剂量不会因为金属薄膜靶层的脱落而衰减，从而能提高所述软X射线管的使用寿命。

根据用途不同，在铍片11上沉积的金属薄膜靶层可以为钨、钼、铜、铁、镍、铬、银等金属薄膜。根据工作电压不同，为实现最大X射线剂量及丰富软X射线的输出，金属薄膜靶层厚度也不同。铍片11上的金属薄膜靶层厚度根据阴极组件3的工作电压及管电流经理论计算和实验测试，得到使软X射线剂量最大、输出丰富的金属薄膜靶层厚度。对于钨膜来说，当工作电压是3kV～80kV内的某值时，其膜层厚度最佳值在50nm～4000nm范围内变化。

本发明所述的软X射线管的制造方法，包括以下步骤：

（a）在铍片11的一面通过离子束溅射沉积一层厚度为纳米级的金属薄膜靶层；

（b）通过封接工艺将可伐构件21和玻璃壳22封接在一起构成真空密封组件2；通过真空钎焊工艺将一面具有金属薄膜靶层的铍片11、阳极焊接件12和可伐构件21焊接；

（c）将阴极托33固定在平板芯柱34上靠近平板的位置，将灯丝31焊接在平板芯柱34的顶端，将阴极罩32焊接在阴极托33上，制成阴极组件3；

（d）通过封口工艺将阴极组件3与真空密封组件2封接在一起；通过排气工艺最终制成软X射线管。

本发明所述的制备方法，通过封接、真空钎焊、真空排气等工艺制成所述软X射线管，成品率较高，管内真空度高，使用寿命长。

本发明所述的软X射线管的高压10kV，束流0.15mA，以所述软X射线管作为发射源，制成光离子静电消除器的产品，可广泛应用于各种全自动化生产线上，例如液晶面板制作、半导体制作、高速印刷、制药等，属于新一代静电消除产品。

以上实施例为本发明的个别实施方式，并非穷举，所有由本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进或替换均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.软X射线管，由端窗输出式阳极组件（1）、真空密封组件（2）、阴极组件（3）组成；其特征在于：所述阴极组件（3）包括阴极托（33）、平板芯柱（34）、分别固定在平板芯柱（34）上的灯丝（31）和阴极托（33）以及与阴极托（33）焊接连接的阴极罩（32），所述平板芯柱（34）的结构为将多根芯柱固定在平板上的结构，所述灯丝（31）焊接在芯柱的顶端，所述阴极托（33）固定在芯柱上靠近平板的位置；所述阳极组件（1）包括一面具有厚度为纳米级金属薄膜靶层的铍片（11）和阳极焊接件（12），所述铍片（11）具有纳米级的金属薄膜靶层的一面朝向所述阴极组件（3）并焊接在阳极焊接件（12）上；所述真空密封组件（2）包括结构为两端开口的筒状结构的玻璃壳（22）和与所述玻璃壳（22）的一端封接在一起的可伐构件（21）；所述阳极焊接件（12）与所述可伐构件（21）焊接在一起，所述玻璃壳（22）的另一端与平板芯柱（34）的平板封接在一起，所述阴极组件（3）的灯丝（31）位于真空密封组件（2）内部。

2.根据权利要求1所述的软X射线管，其特征在于：所述纳米级金属薄膜靶层是采用离子束溅射沉积的方法沉积在铍片（11）上的。

3.根据权利要求2所述的软X射线管，其特征在于：所述金属薄膜靶层为钨薄膜靶层，所述钨薄膜靶层的厚度范围为50nm~4000nm。

4.根据权利要求2所述的软X射线管，其特征在于：所述金属薄膜靶层为钼、铜、铁、镍、铬、银金属薄膜中的一种。

5.权利要求1所述的软X射线管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）在铍片（11）的一面通过离子束溅射沉积一层厚度为纳米级的金属薄膜靶层；

（b）通过封接工艺将可伐构件（21）和玻璃壳（22）封接在一起；通过真空钎焊工艺，将一面具有金属薄膜靶层的铍片（11）、阳极焊接件（12）和可伐构件（21）焊接，形成带有阳极组件（1）的真空密封组件（2）；

（c）将阴极托（33）固定在平板芯柱（34）上靠近平板的位置，将灯丝（31）焊接在平板芯柱（34）的顶端，将阴极罩（32）焊接在阴极托（33）上，制成阴极组件（3）；

（d）通过封口工艺将阴极组件（3）与真空密封组件（2）封接在一起；通过排气工艺制成软X射线管。

6.一种光离子静电消除器，其特征在于，其发射源为权利要求1所述的软X射线管。

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