CN103730310B - 一种x射线管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X射线管，包括密封在球管内的阴极和阳极靶，所述阴极和阳极靶之间加载高电压形成电子束，其中，所述阳极靶背面设有碳纳米管膜，所述碳纳米管膜内的碳纳米管排列一致，形成热传导层。本发明充分利用碳纳米管轴向热导率高的特性，大大提高了球管阳极的散热效率，从而快速高效地散去阳极靶上的热量，延长了X射线管的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种X射线管，尤其涉及一种具有快速散热结构的碳纳米管X射线管。
背景技术
阳极散热的问题一直是制约X-射线管向大功率进一步发展的一个主要瓶颈。在X-射线产生过程中，高能的电子束轰击阳极靶，这其中只有不到1%的能量转化成X-射线，其余的能量都转化成热能沉积在阳极上，造成阳极迅速升温，甚至可能熔化。为了解决这一问题，通常采用大热容的阳极材料、旋转阳极、间歇发射等技术方案来防止阳极温度升高烧熔阳极靶。
现有的阳极主要散热方式之一是被动的辐射散热，主要适用于一些低功率、对于寿命要求不高，或者一些微型化的球管。这类球管一般先把阳极的热能传导到一个相对大的散热表面上，再从这个表面上把热能以辐射的方式耗散掉。另一种方式是液体循环冷却，主要用于一些高功率且要求长寿命的球管，如一般医疗诊断CT的球管和工业X-射线检测仪的球管。这一类球管一般整体浸泡或者至少阳极端直接接触循环的制冷液，阳极通过高效的热传导材料和制冷液接触。
传统的热传导材料往往采用合金或者石墨，铜合金和石墨的热传导率分别约为385Wm-1K-1和128Wm-1K-1，往往是制约散热的瓶颈。随着球管功率的不断提高，这些热传导材料已很难满足大功率X-射线球管阳极散热的需要。
随着纳米技术的发展，碳纳米管以其出众的导电性、热传导率、机械强度性能等受到越来越多的关注，已被广泛地应用到各个领域。碳纳米管轴向的热传导率达3500Wm-1K-1，高出铜近一个数量级。利用垂直于基底生长的碳纳米管已经被用于集成电路板的散热，尤其是用于电路板上一些能量集中的热斑进行散热。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种X射线管，能够提高X-射线球管阳极的散热效率，快速高效地散去阳极靶上的热量，延长X射线管的使用寿命。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种X射线管，包括密封在球管内的阴极和阳极靶，所述阴极和阳极靶之间加载高电压形成电子束，其中，所述阳极靶背面设有碳纳米管膜，所述碳纳米管膜内的碳纳米管排列一致，形成热传导层。
进一步地，所述碳纳米管膜在所述阳极靶背面垂直方向上生长，或者所述碳纳米管膜在所述阳极靶背面以一倾斜角度生长。
进一步地，所述倾斜角度为大于45°的锐角。
进一步地，所述碳纳米管之间填充有石墨和/或高热导金属材料。
进一步地，所述高热导金属材料为铜、铝、铜合金或铝合金。
进一步地，所述碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管。
进一步地，所述碳纳米管膜一端附着在所述阳极靶上，另一端和所述球管的内管壁相连。
进一步地，所述球管外设置散热金属面板。
进一步地，所述球管外设置有循环冷却液。
进一步地，所述碳纳米管膜一端附着在所述阳极靶的内壁管上，另一端浸在所述循环冷却液中。
进一步地，所述循环冷却液中含有碳纳米管。
进一步地，所述阳极靶背面具有钨线或者钼线微阵列结构，并在所述钨线或者钼线微阵列结构上生长碳纳米管膜。
进一步地，所述碳纳米管膜和所述阳极靶背面之间通过附着剂连接。
进一步地，所述附着剂的材料采用合金或有机材料。
进一步地，所述阳极靶为管状结构。
进一步地，所述管状阳极靶为绕中轴线转动的旋转阳极靶。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的X射线管，利用平行生长的碳纳米管纤维束来代替传统合金或者石墨作为阳极靶的散热传导层，充分利用碳纳米管轴向热导率高的特性，并对阳极靶的结构进行改进，大大提高了球管阳极的散热效率，从而快速高效地散去阳极靶上的热量，延长了X射线管的使用寿命。
附图说明
图1为本发明X射线管结构示意图；
图2为本发明X射线管中游离碳纳米管膜生长结构示意图；
图3为本发明X射线管中管状阳极靶冷却示意图；
图4为本发明X射线管中阳极靶的金属线阵列示意图。
图中：
1碳纳米管膜2冷却液3球管
4阳极靶5电子束6附着层
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明X射线管结构示意图。
请参见图1，本发明提供的X射线管，包括球管3，球管3内密封有阴极和阳极靶4，所述阴极和阳极靶4之间加载高电压形成电子束5，高能的电子束5正面轰击阳极靶4，在阳极靶4的背面垂直生长一层致密的碳纳米管膜1,膜内的碳纳米管排列一致，呈平行分布,形成轴向传热的热传导层。热传导层中平行的碳纳米管一端连着阳极靶4，另一端连着所述球管的内管壁。碳纳米管膜也可以在阳极靶背面以一倾斜角度生长，该倾斜角度为大于45°的锐角。碳纳米管可以是单壁、多壁或者两者按比例混合。管间的间隙可以用填充石墨和/或高热导的金属，如铜、铝、铜合金或铝合金等，不但可以增大导热的效率，还可以提高整个阳极靶的机械强度。管壁外是冷却液，冷却液2沿着管壁在管外循环流动。可以在冷却液2中添加碳纳米管，从而进一步提高阳极散热效率。球管外没有冷却剂时，也可以连接一个大的金属面板，进行被动的辐射散热。
本发明提供的X射线管，阳极靶4与碳纳米管膜1之间可通过由附着剂构成的附着层6来连接，以加强碳纳米管和基底间的连接强度，特别是对于游离碳纳米管膜。如图2所示，碳纳米管膜1的一端通过附着层6连接在阳极靶4上，游离的另一端可以直接浸润在冷却液2中以提高散热效率。附着层6可以采用合金或有机材料，保持球管良好的密封性，并且碳纳米管间间隙也可以填充铜铝等材料增加有效散热面积，增大热传导效率。
上述的碳纳米管X射线管，阳极靶4的几何形状可根据工艺需求设定，一般不作限定，只要阳极的散热是通过平行生长的碳纳米管实现的即可。为了进一步增强散热效果，所述阳极靶可以是旋转式，如图3所示，阳极靶4呈管状结构，管状阳极靶可绕其中轴线转动，管状阳极靶内流动有循环冷却液2，碳纳米管膜1一端通过附着层6连接在阳极靶4的内管壁上，另一端浸在循环冷却液2中。碳纳米管膜1内的碳纳米管径向排列一致，形成热传导层。
进一步地,为了增强散热效果，阳极靶4的背面加工成钨线或者钼线微阵列，从而增加阳极背面的有效散热面积,如图4所示。此时，碳纳米管膜1可直接生长在这些阵列上，游离末端置于流动的冷却液2或者制冷气中，从而达到有效的冷却效果。
综上所述，本发明提供的X射线管，利用平行生长的碳纳米管膜1代替传统合金或者石墨作为阳极靶4的散热传导层，充分利用碳纳米管轴向热导率高的特性，大大提高了球管阳极的散热效率，从而快速高效地散去阳极靶上的热量，延长了X射线管的使用寿命。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (15)
1.一种X射线管，包括密封在球管内的阴极和阳极靶，所述阴极和阳极靶之间加载高电压形成电子束，其特征在于，所述阳极靶背面设有碳纳米管膜，所述碳纳米管膜内的碳纳米管排列一致，形成热传导层；所述阳极靶背面具有钨线或者钼线微阵列结构，并在所述钨线或者钼线微阵列结构上生长碳纳米管膜。
2.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述碳纳米管膜在所述阳极靶背面垂直方向上生长，或者所述碳纳米管膜在所述阳极靶背面以一倾斜角度生长。
3.如权利要求2所述的X射线管，其特征在于，所述的倾斜角度为大于45°的锐角。
4.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述碳纳米管之间填充有石墨和/或高热导金属材料。
5.如权利要求4所述的X射线管，其特征在于，所述高热导金属材料为铜、铝、铜合金或铝合金。
6.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管。
7.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述碳纳米管膜一端附着在所述阳极靶上，另一端和所述球管的内管壁相连。
8.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述球管外设置散热金属面板。
9.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述球管外设置有循环冷却液。
10.如权利要求9所述的X射线管，其特征在于，所述碳纳米管膜一端附着在所述阳极靶上，另一端浸在所述循环冷却液中。
11.如权利要求9或10所述的X射线管，其特征在于，所述循环冷却液中含有碳纳米管。
12.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述碳纳米管膜和所述阳极靶背面之间通过附着剂连接。
13.如权利要求12所述的X射线管，其特征在于，所述附着剂的材料采用合金或有机材料。
14.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述阳极靶为管状结构。
15.如权利要求14所述的X射线管，其特征在于，所述管状阳极靶为绕中轴线转动的旋转阳极靶。
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