CN103578896A - X射线转换靶片、靶层板及靶层板的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种X射线转换靶片、靶层板及靶层板的加工方法，该X射线转换靶片包括转换层和导热层，该转换层设置于该导热层的上方，该转换层用于将电子束转换成X射线，该导热层用于将该转换层透射出的电子束转换成X射线和用于快速实现该转换层的热量在垂直扫描方向上的扩散。靶层板的加工方法包括以下步骤：S1、将若干个如上所述的X射线转换靶片分别弯曲形成一圆弧板；S2、将若干该圆弧板通过焊接形成一靶层板。该靶层板采用如上所述的加工方法制得。本发明提高了电子束能量的利用率，提高转换靶的转换效率；另外，提高了X射线转换靶片的散热能力和使用寿命；此外，使得熔点低，加工性能不好，但原子序数更高的材料得到应用。

Description

X射线转换靶片、靶层板及靶层板的加工方法
技术领域
本发明涉及一种X射线转换靶片、靶层板及靶层板的加工方法。
背景技术
电子束转换成X射线通常以轫致辐射的方式获得。即将电子束轰击在高原子序数材料上，电子与材料相互作用的过程中，通过轫致辐射作用发出X射线。由于X射线在穿透性上相对电子束有明显的优势，辐照工业将大尺寸和高密度材料的辐照加工用X射线进行。为提高辐照生产效率，对电子束转换成X射线时的功率输出的要求越来越高。同时，为降低生产成本，对X射线转换靶的转换效率的要求也越来越高。
而X射线转换靶的转换效率一方面与电子在物质中发生轫致辐射过程中释放的X射线总份额有关，另一方面与电子能量的利用率和X射线被靶层板的吸收程度有关。对于前者，单一能量的入射电子束，选择原子序数尽可能高的作用材料，可以提高转换靶的转换效率。对于后者，与材料的结构尤其是厚度尺寸相关，单能电子束在转换靶的转换效率要获得最大的X射线转换份额，靶层板的材料需要选择一个最佳厚度。但是穿透这个靶层材料后，剩余的电子能量一般对于X射线转换份额不再有贡献，而是需要低序数材料将其完全吸收变成热能。
在传统的工业应用中，电子束转换成X射线时电子束的能量一般限制在10MeV以下。在这个能量范围，通过轫致辐射释放的X射线份额相对电子束总功率比较小。现有的转换靶中主要用来进行电子束X射线转换的部件为靶层板。电子束与靶层板作用后，发生轫致辐射，一部分能量将转换成X射线，一部分能量将变成热，剩余的能量将随透射的电子束被转换靶的其他部件吸收。
通常靶层板包括X射线转换靶片，现有技术中，该X射线转换靶片为单层的高原子序数材料。因此，现有的X射线转换靶片以及靶层板存在以下技术问题：
（1）电子束与单层的靶层板作用后还有剩余的电子束能量，而这些电子束能量最终被冷却剂或基板吸收，使得电子束能量的利用率较低，转换靶的转换效率较低；
（2）该X射线转换靶片对材料的耐热性能和机械加工性能的要求，限制靶层板对高原子序数材料的选择范围；
（3）X射线转换靶片中高原子序数材料的导热性能差，尤其是在垂直于扫描方向上的热扩散性能不好，热能容易在局部积累使局部温升过高，造成X射线转换靶片损坏和使用寿命下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中传统的X射线转换靶片以及靶层板转换效率低、高原子序数材料选择范围受到限制、转换靶散热效果不好、X射线转换靶片易损坏以及使用寿命低的缺陷，提供了一种X射线转换靶片、靶层板及靶层板的加工方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种X射线转换靶片，其特点在于，其包括一转换层和一导热层，该转换层设置于该导热层的上方，该转换层用于将电子束转换成X射线，该导热层用于将该转换层透射出的电子束转换成X射线和用于快速实现该转换层的热量在垂直扫描方向上的扩散。
在本方案中，该X射线转换靶片设置有转换层和导热层，当电子束与复合靶片作用时，电子束与转换层发生轫致辐射释放X射线后，透射的电子束还将与导热层继续发生轫致辐射作用释放X射线，即继续利用了从转换层透射的电子束的剩余能量，从而提高了电子束能量的利用率。因此，该X射线转换靶片有利于提高电子束能量的利用率，提高转换靶的转换效率。另外，导热层实现了该转换层的热量在垂直扫描方向上的扩散，提高了X射线转换靶片的散热能力。
较佳地，该转换层通过爆炸焊接与该导热层固接。
在本方案中，爆炸焊接是利用炸药爆炸产生的巨大能量将2种或多种不同熔点，不同强度，不同厚度，不同膨胀系数以及硬度差别很大的金属焊接在一起，甚至能对金属与非金属材料实施焊接。将转换层用爆炸焊接的方法焊接导热层上，爆炸焊接能保证转换层与导热层具有很高界面贴合率，而且其接触热阻很小，可以忽略。这样在X射线转换靶片的厚度方向上，转换层的局部的热量将迅速沿电子束前进方向传递到导热层，然后在垂直扫描方向上扩散，易将电子束与转换层作用后产生的热量扩散到整个X射线转换靶片，以促进X射线转换靶片的散热，提高X射线转换靶片的使用寿命。
较佳地，该转换层的材料的原子序数大于70。
在本方案中，采用上述结构形式，使得该转换层在电子束能量较低的情况下就有较高的X射线转换份额，提高了转换靶的转换效率。
较佳地，该转换层为钽板或钨板。
在本方案中，钽板或钨板不仅能够保证较高的电子束转换成X射线的转换效率，且该钽板或钨板的延展性能和加工性能较好，提供了该X射线转换靶片的可加工性。
较佳地，该导热层的材料的导热系数大于200W/(m·K)。
在本方案中，该导热层一方面起到有效利用透射的电子束剩余能量的作用，另一方面将前面转换层的热量沿与扫描垂直的方向扩散到整个X射线转换靶片。
较佳地，该导热层的材质为铜。
较佳地，该导热层的下表面上设有若干条纹槽，各该条纹槽间隔平行设置于该导热层上。
在本方案中，条纹槽将使冷却剂层与导热层之间传热系数得到加强。
较佳地，各该条纹槽的形状为人字形。
较佳地，该X射线转换靶片还包括一设置于该转换层与该导热层之间的过渡层，该过渡层通过爆炸焊接与该转换层、导热层相连接，该过渡层用于将从该转换层透射出的电子束转换成X射线。
在本方案中，过渡层可以将让熔点低，加工性能不好，但原子序数更高的材料得到应用，从而将从转换层透射出的电子束转换成X射线，进一步提高转换靶的转换效率。
较佳地，该过渡层的材质为铅或铀。
本发明还提供了一种靶层板的加工方法，其特点在于，其具体包括以下步骤：
S1、将若干个如上所述的X射线转换靶片分别弯曲形成一圆弧板；
S2、将若干该圆弧板通过焊接形成一靶层板。
较佳地，步骤S2中若干该圆弧板在焊接时每两个该圆弧板之间首尾相接。
本发明还提供了一种靶层板，其特点在于，该靶层板采用如上所述的加工方法制得。
在本方案中，采用上述结构形式，提高了该靶层板的转换效率和散热能力，提高了该靶层板的使用寿命。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明提高了电子束能量的利用率，提高转换靶的转换效率；另外，提高了X射线转换靶片的散热能力和使用寿命；此外，使得熔点低，加工性能不好，但原子序数更高的材料得到应用。
附图说明
图1为本发明X射线转换靶片的较佳实施例的结构示意图。
图2为与图1对应的后视图。
图3为本发明靶层板的较佳实施例的结构示意图。
附图标记说明：
X射线转换靶片：1      转换层：2      导热层：3
条纹槽：4             靶层板：5
具体实施方式
下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
如图1所示，本发明X射线转换靶片1包括一转换层2和一导热层3。该转换层2设置在该导热层3的上方，该转换层2用于将电子束转换成X射线。该导热层3用于将该转换层2透射出的电子束转换成X射线和用于快速实现该转换层2的热量在垂直扫描方向上的扩散。
在本实施例中，该X射线转换靶片1设置有转换层2和导热层3，当电子束与复合靶片作用时，电子束与转换层2发生轫致辐射释放X射线后，透射的电子束还将与导热层3继续发生轫致辐射作用释放X射线，即继续利用了从转换层2透射的电子束的剩余能量，从而提高了电子束能量的利用率。因此，该X射线转换靶片1有利于提高电子束能量的利用率，提高转换靶的转换效率。另外，导热层3实现了该转换层2的热量在垂直扫描方向上的扩散，提高了X射线转换靶片1的散热能力。
其中，该转换层2通过爆炸焊接与该导热层3固接。爆炸焊接是利用炸药爆炸产生的巨大能量将2种或多种不同熔点，不同强度，不同厚度，不同膨胀系数以及硬度差别很大的金属焊接在一起，甚至能对金属与非金属材料实施焊接。
在实际的应用中，将转换层2用爆炸焊接的方法焊接导热层3上，爆炸焊接能保证转换层2与导热层3具有很高界面贴合率，而且其接触热阻很小，可以忽略。这样在X射线转换靶片的厚度方向上，转换层2的局部的热量将迅速沿电子束前进方向传递到导热层3，然后在垂直扫描方向上扩散，易将电子束与转换层2作用后产生的热量扩散到整个X射线转换靶片，以促进X射线转换靶片的散热，提高X射线转换靶片的使用寿命。
另外，该转换层2的材料的原子序数大于70。
一定能量的电子束作用于材料中，产生轫致辐射的能力与该材料的原子序数有关。衡量材料在一定能量电子束作用下，对电子束转换成X射线的能力可以用这种材料临界能量Ecr表示,Ecr(MeV)≈800/(Z+1.2)。当作用的电子束能量等于临界能量Ecr时，电离损失和辐射损失相等。电子能量越高于临界能量Ecr时，辐射损失越大于电离损失，即转换成X射线的份额越多。电子能量越低于临界能量Ecr时，电离损失越大于辐射损失，即电子束功率更多的将变成热，而转换成X射线的份额越少。
常见靶材的临界能量如下表：
表1
材料 C Al Fe Cu Ta W Au Pb U
原子序数 6 13 26 29 73 74 79 82 92
Ecr(MeV) 111 56 29 26 11 10.6 10 9.6 8.6
一般用于电子束X射线转换在不考虑功率的情况下，在各个能量范围都有需求。但对于工业辐照生产的应用，比如食品辐照和消毒灭菌，一般电子束能量为5MeV～7.5MeV。对这个能量范围内的靶材，一般认为原子序数大于70的可认为是高原子序数材料。这些材料在电子束能量较低的情况下就有可观的X射线转换份额。
因此，在本实施例中，该转换层2的材料的原子序数大于70，使得该转换层2在电子束能量较低的情况下就有较高的X射线转换份额，提高了转换靶的转换效率。
此外，该转换层2为钽板或钨板。钽板或钨板不仅能够保证较高的电子束转换成X射线的转换效率，且该钽板或钨板的延展性能和加工性能较好，提供了该X射线转换靶片的可加工性。
优选的，该导热层3的材料的导热系数大于200W/(m·K)。在实际的应用中，采用上述结构形式，该导热层3一方面起到有效利用透射的电子束剩余能量的作用，另一方面将前面转换层2的热量沿与扫描垂直的方向扩散到整个X射线转换靶片。
在本实施例中，该导热层3的材质为铜。
进一步地，如图2所示，该导热层3的下表面上设有若干条纹槽4，各该条纹槽4间隔平行设置于该导热层3上。其中，条纹槽4将使冷却剂层与导热层3之间传热系数得到加强。在本实施例中，各该条纹槽4的形状为人字形。
更进一步地，该X射线转换靶片还包括一过渡层（图中未示出）。该过渡层设置在该转换层2与导热层3之间，且该过渡层通过爆炸焊接与该转换层2、导热层3相连接。其中，该过渡层用于将从该转换层2透射出的电子束转换成X射线。
在本实施例中，过渡层可以将让熔点低，加工性能不好，但原子序数更高的材料得到应用，从而将从转换层2透射出的电子束转换成X射线，进一步提高转换靶的转换效率。
优选的，该过渡层的材质为铅或铀。
本发明还提供了一种靶层板的加工方法，其具体包括以下步骤：
步骤100，将若干个如上所述的X射线转换靶片1分别弯曲形成一圆弧板；
步骤101，将若干该圆弧板通过焊接形成一靶层板5。
在本实施例中，这种复合型的X射线转换靶片1可以通过焊接获得所需尺寸的靶层板5。
优选地，步骤101中若干该圆弧板在焊接时每两个该圆弧板之间首尾相接。
如图3所示，本发明还提供了一种靶层板，该靶层板5采用如上所述的加工方法制得。这样提高了该靶层板5的转换效率和散热能力，提高了该靶层板5的使用寿命。
综上所述，本发明提高了电子束能量的利用率，提高转换靶的转换效率；另外，提高了X射线转换靶片的散热能力和使用寿命；此外，使得熔点低，加工性能不好，但原子序数更高的材料得到应用。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种X射线转换靶片，其特征在于，其包括一转换层和一导热层，该转换层设置于该导热层的上方，该转换层用于将电子束转换成X射线，该导热层用于将该转换层透射出的电子束转换成X射线和用于快速实现该转换层的热量在垂直扫描方向上的扩散。
2.如权利要求1所述的X射线转换靶片，其特征在于，该转换层通过爆炸焊接与该导热层固接。
3.如权利要求1所述的X射线转换靶片，其特征在于，该转换层的材料的原子序数大于70。
4.如权利要求1所述的X射线转换靶片，其特征在于，该转换层为钽板或钨板。
5.如权利要求1所述的X射线转换靶片，其特征在于，该导热层的材料的导热系数大于200W/(m·K)。
6.如权利要求1所述的X射线转换靶片，其特征在于，该导热层的材质为铜。
7.如权利要求1所述的X射线转换靶片，其特征在于，该导热层的下表面上设有若干条纹槽，各该条纹槽间隔平行设置于该导热层上。
8.如权利要求7所述的X射线转换靶片，其特征在于，各该条纹槽的形状为人字形。
9.如权利要求1～8中任意一项所述的X射线转换靶片，其特征在于，该X射线转换靶片还包括一设置于该转换层与该导热层之间的过渡层，该过渡层通过爆炸焊接与该转换层、导热层相连接，该过渡层用于将从该转换层透射出的电子束转换成X射线。
10.如权利要求9所述的X射线转换靶片，其特征在于，该过渡层的材质为铅或铀。
11.一种靶层板的加工方法，其特征在于，其具体包括以下步骤：
S1、将若干个如权利要求1～10中任意一项所述的X射线转换靶片分别弯曲形成一圆弧板；
S2、将若干该圆弧板通过焊接形成一靶层板。
12.如权利要求11所述的加工方法，其特征在于，步骤S2中若干该圆弧板在焊接时每两个该圆弧板之间首尾相接。
13.一种靶层板，其特征在于，该靶层板采用如权利要求11～12所述的加工方法制得。
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