CN103824740A - 一种具有吸附薄膜的x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有吸附薄膜的X射线管，包括真空管，所述真空管内设有阴极和阳极，所述阳极前端和阴极前端相对设置，其中，所述真空管内表面设有碳纳米管薄膜。本发明提供的具有吸附薄膜的X射线管，利用碳纳米管薄膜作为金属粒子、杂质气体的吸附薄膜，薄膜的位置、大小和厚度不仅可以在真空管内任意设定的，并且吸附薄膜具有高温稳定性、极大的吸附表面、极宽的材料活性范围，从而可以大幅提高金属粒子和杂质气体的吸附性能，有效降低靶离子在X射线管内的沉积，提高X射线管的性能和使用寿命。

Description

一种具有吸附薄膜的X射线管

技术领域

本发明涉及到一种X射线管，尤其涉及一种具有吸附薄膜的X射线管。

背景技术

X射线球管内阴极发射的电子经过高压加速后打在阳极靶上，激发出X射线的同时，也会打出靶离子和二次电子。靶离子在球管内壁上不断沉积将引起弧光放电，放电导致管内形成裂纹，从而降低X射线管的使用寿命；在一定的条件下，弧光放电可以一定程度上缓解管内真空度的衰减，但会对电极造成污染。此外二次电子能够电离管内的杂质气体，引起辉光放电，致使管内产生裂纹，降低管内的真空度，影响X射线管的性能。为了延长X射线管的寿命，现有技术中主要采取降低靶离子在管壁上的沉积和吸附管内的杂质气体的方法。工业检测上使用的一些X射线管连接有真空泵维持真空，但这只能解决内部气压升高的问题，无法避免靶离子沉积到一定程度引起的弧光放电。

现有的CT射线管内部一般没有内置气体吸附器，公开号为US2007205720A1的专利公开了一种内置了合金烧结泡沫吸附器，可以吸附一部分低原子量粒子，如H、O、N等。随着使用时间的增加，球管内游离的气体逐渐饱和，溅射出的金属离子不断沉积在管壁上，导致射线管的性能下降，加大了高压时弧光放电的可能性。此时往往会换上一个新球管，报废旧球管，该法增加了成本，同时也加重了环境的污染。一些小型化和微型化的X射线管会使用碱金属吸附剂吸附气体，降低X射线球管高压辉光放电的可能性，但对重离子的吸附效果不理想。如在第三代的同步辐射源中，最初，非蒸发性的吸附材料被用于电子储存环内以获得极高的真空度（10e^-11到10e^-12mbar）。这种非蒸发性的吸附材料主要包括各种金属及其合金，例如，三重合金Zr-V-Fe。因为吸附速度和吸附体积有限，金属吸附材料往往达不到理想的吸附效果。

纳米材料以其镀膜的方便性、高温时的稳定性、极大的吸附表面、极宽的材料活性范围而被广泛应用于同步辐射环装置内以维持真空。这种材料还被应用于微机电系统的真空封装（NanoGetters）。其优越的吸附性能在很多场合取代了金属材料，因此有必要利用纳米材料对X射线管进行改进，提高金属粒子和杂质气体的吸附性能，有效降低靶离子在X射线管内的沉积和杂质气体累计引发的辉光发电，提高X射线管使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有吸附薄膜的X射线管，能够吸附金属粒子，提高管内杂质气体的吸附能力，有效降低靶离子在X射线管内的沉积，保持管内的真空度，提高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具有吸附薄膜的X射线管，包括真空管，所述真空管内设有阴极和阳极，所述阳极前端和阴极前端相对设置，其中，所述真空管内表面设有碳纳米管薄膜。

进一步地，所述碳纳米管薄膜位于所述X射线管的阳极同侧或阳极和阴极的两侧。

进一步地，所述碳纳米管薄膜中的碳纳米管的轴向方向与真空管内表面的切面方向相交，相邻碳纳米管之间存在间隙。

进一步地，所述间隙沉积有合金材料层。

进一步地，所述合金材料层为铜、锆或铜-锆合金层。

进一步地，所述碳纳米管薄膜内部或者周围区域设有若干金属尖端。

进一步地，所述金属尖端的高度大于碳纳米管薄膜的厚度。

进一步地，所述金属尖端的材料为铜或铝。

进一步地，所述金属尖端为针状或球状。

进一步地，所述真空管内表面上设有可替换基底，所述碳纳米管薄膜沉积于所述可替换基底的表面上。

进一步地，所述碳纳米管薄膜通过真空等离子喷射形成在所述可替换基底的表面上。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的具有金属粒子吸附薄膜的X射线管，利用碳纳米管薄膜作为金属粒子吸附薄膜，不但薄膜位置、大小和厚度可以在真空管内任意设定，并且具有高温稳定性、极大的吸附表面、极宽的材料活性范围，从而可以大幅提高金属粒子吸附性能，有效降低靶离子在X射线管内的沉积，提高了X射线管的性能和使用寿命。此外，吸附薄膜沉积在可置换的基底上，更新维护方便。

附图说明

图1为本发明具有吸附薄膜的X射线管结构示意图；

图2为本发明具有吸附薄膜的透射式X射线管结构示意图；

图3为本发明具有吸附薄膜的X射线管内表面上吸附薄膜结构局部放大示意图；

图4为本发明具有吸附薄膜的X射线管设有金属尖端的X射线管内表面局部放大结构示意图。

图中：

1 阴极            2 真空管            3 吸附薄膜

4 阳极            5 栅极              6 真空管内表面

7 碳纳米管        8 合金材料层        9 可替换基底

10 金属尖端

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为本发明具有吸附薄膜的X射线管结构示意图。

请参见图1，本发明公开了一种具有吸附薄膜的X射线管,包括真空管2，真空管2内设置有阴极1和阳极4，阳极4前端和阴极1前端相对设置。其中，真空管2内设有吸附薄膜3，吸附薄膜3为碳纳米管薄膜。所述吸附薄膜3由碳纳米管吸附材料制成，采用真空等离子体喷射形成在真空管内表面6上，所述碳纳米管吸附薄膜3经过表面化处理，使得碳纳米管上生长有多孔结构的材料，如碳纳米管介孔材料，以扩大材料的表面积，增强吸附能力。阴极1发射的电子束经足够的电压（千伏等级）加速后，轰击阳极靶，激发出X射线的同时，也激发出杂质气体和溅射出的靶离子，吸附薄膜3由于碳纳米管具有极大的表面积，可以吸附激发出来的金属靶离子和真空管内部的杂质气体，有效降低靶离子在X射线管内的沉积，提高了X射线管的性能和使用寿命。

本发明提供的具有吸附薄膜的X射线管，碳纳米管吸附薄膜3的位置、大小，形状可和厚度根据需要调节，如图1具有吸附薄膜的X射线管结构示意图所示，阴极1和阳极4相对设置，在阴极1和阳极4两侧形成碳纳米管吸附薄膜3。如图2具有吸附薄膜的透射式X射线管结构示意图所示，吸附薄膜3形成在阳极4的同侧。真空管2的结构并不限于图1，图2所示的简单原理性结构，可以为透射式阳极X射线管，反射式阳极X射线管或其它X射线管，本发明对此不作限定。实际使用的各种X射线管内任意位置都可以生长碳纳米管吸附薄膜3以提高球管运行时溅射的金属靶离子和杂质气体的吸附，用以保持管内的真空度，维持X射线管优良的运行性能。

图2为本发明具有吸附薄膜的透射式X射线管结构示意图。

请参见图2，对于透射式场发射X射线管，阴极1和阳极4之间设有栅极5，栅极5和阴极1之间的电压为V1，栅极5和阳极4之间的电压为V2，栅极5上施加有脉冲调制信号，以控制X射线的输出，吸附薄膜3形成在阳极4的同侧。所述碳纳米管吸附薄膜3内部或周围区域可以设置若干金属尖端10，防止碳纳米薄膜受到弧光放电的损坏。

图3为具有吸附薄膜的X射线管内表面局部放大结构示意图。

请参见图3，真空管内表面6设有可替换基底9，碳纳米管吸附薄膜3沉积于所述可替换基底9表面上，本领域的技术人员可以理解，有多种现有技术可以实现可替换基底9的结构，比如卡槽结构，挂钩结构等，上述结构皆可应用于本发明，本发明对此不作限定。所述吸附薄膜3中的碳纳米管7的轴向方向与真空管内表面6的切面方向相交，相邻碳纳米管7之间存在间隙。为了扩大吸附粒子的种类，可以进一步在所述间隙沉积合金材料层8，使得碳纳米管7呈三维多孔网状结构，达到如合金烧结薄膜气体吸附器的作用，可以吸附一部分低原子量的粒子，如H、O、N等杂质气体，保持管内真空度，延长X射线管的使用寿命，本发明中合金材料层8为铜、锆或铜-锆合金层，本发明对此不作具体限定。

图4为本发明具有吸附薄膜的X射线管设有金属尖端的X射线管内表面吸附薄膜结构局部放大示意图。

请参见图4，为了防止碳纳米薄膜受到弧光放电的损坏，碳纳米管吸附薄膜3内部或周围区域可以设置若干金属尖端10，所述金属尖端10的高度大于碳纳米管吸附薄膜3的厚度,且不会对阴极发射的电子束造成遮挡，所述金属尖端10优选呈针状，球状或其它便于吸收电荷的形状，所述金属尖端优选材料为铜或铝。

综上所述，本发明提供的具有吸附薄膜的X射线管，利用碳纳米管薄膜作为吸附薄膜，具体优点如下：1、碳纳米管薄膜能够吸附更低的游离粒子，适合更高的电压环境；2、碳纳米管薄膜生长位置、尺寸大小和厚度可任意设置，因而可以方便地调节吸附离子的速度和吸附容积；3、碳纳米管薄膜能够和传统的金属吸附材料稳定结合，扩展吸附粒子的范围和容积；4、兼有化学和物理吸附的特性，并且吸附的粒子在薄膜内可以扩散，充分利用整个吸附区域的性能；5、吸附薄膜沉积在可置换的基底上，更新维护方便。

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 (11)

1.一种具有吸附薄膜的X射线管，包括真空管，所述真空管内设有阴极和阳极，所述阳极前端和阴极前端相对设置，其特征在于，所述真空管内表面设有碳纳米管薄膜。

2.如权利要求1所述具有吸附薄膜的X射线管，其特征在于，所述碳纳米管薄膜位于所述X射线管的阳极同侧或阳极和阴极的两侧。

3.如权利要求1所述具有吸附薄膜的X射线管，其特征在于，所述碳纳米管薄膜中的碳纳米管的轴向方向与真空管内表面的切面方向相交，相邻碳纳米管之间存在间隙。

4.如权利要求3所述具有吸附薄膜的X射线管，其特征在于，所述间隙沉积有合金材料层。

5.如权利要求4所述具有吸附薄膜的X射线管，其特征在于，所述合金材料层为铜、锆或铜-锆合金层。

6.如权利要求1所述具有吸附薄膜的X射线管，其特征在于，所述碳纳米管薄膜内部或者周围区域设有若干金属尖端。

7.如权利要求6所述具有吸附薄膜的X射线管，其特征在于，所述金属尖端的高度大于碳纳米管薄膜的厚度。

8.如权利要求6或7所述具有吸附薄膜的X射线管，其特征在于，所述金属尖端的材料为铜或铝。

9.如权利要求6～8任一项所述具有吸附薄膜的X射线管，其特征在于，所述金属尖端为针状或球状。

10.如权利要求1所述具有吸附薄膜的X射线管，其特征在于，所述真空管内表面上设有可替换基底，所述碳纳米管薄膜沉积于所述可替换基底的表面上。

11.如权利要求10所述具有吸附薄膜的X射线管，其特征在于，所述碳纳米管薄膜通过真空等离子喷射形成在所述可替换基底的表面上。

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