CN103945633B - 一种双柱面电子直线加速器有效焦点尺寸调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双柱面电子直线加速器有效焦点尺寸调节装置，用于提高加速器工业CT空间分辨率。装置包括固定套、第一柱面片、第二柱面片和调节装置，所述固定套包括一方孔，所述第一柱面片和第二柱面片设置在方孔内，所述方孔用于固定第一柱面片和第二柱面片，所述第一柱面片和第二柱面片都包括弧形面，第一柱面片的弧形面与第二柱面片的弧形面正对设置，所述调节装置用于调节第一柱面片的弧形面与第二柱面片弧形面之间的距离。本发明通过改变该装置两个柱面弧形片之间缝隙的大小以及张角，来调节原电子直线加速器射线有效焦点尺寸的大小。结构简单，操作方便，成本低，且不改变现有电子直线加速器内部结构。

Description

一种双柱面电子直线加速器有效焦点尺寸调节装置及方法

技术领域

本发明涉及一种双柱面电子直线加速器有效焦点尺寸调节装置和方法，以提高加速器工业CT检测设备检测精度，提高图像质量。

背景技术

无损检测行业对于高精度射线检测的需求越来越高，工件的几何尺寸也相差很大，对于高密度的大工件，射线穿透路径等效钢的厚度较大，在检测时需要采用电子直线加速器产生的高能X射线。同时检测精度与射线有效焦点几何尺寸有关，理论和实践已证明，射线源有效焦点尺寸是决定工业CT空间分辨率主要因素之一。一般来说，探测器信噪比影响不大的情况下，有效焦点尺寸越小，空间分辨率越高。所以电子直线加速器工业CT中，都采用加速器聚焦技术以获得小焦点。目前电子直线加速器一般采用电场聚焦或磁场聚焦方式等传统方式来实现电子束聚焦，获得1.5～2.0mm的小焦斑X射线束。传统的电场聚焦方式主要通过优化高压加速管、耦合腔等元件的设计，产生非均匀横向电场(即电透镜)使得电子束流聚焦。磁场聚焦方式主要通过磁透镜聚焦获得小电子束流。尽管传统的电场聚焦或磁场聚焦方式可以有效地获得较小的X射线焦点，但这些方法应用于加速器工业CT中，存在许多问题，如设计加工复杂、造价昂贵、体积大、能耗高、焦点尺寸不易调节等。另一方面，通过采用电子可流聚焦方式后，使得入射到加速器靶上的电子束密度增加，功率密度相应大幅度提高，很容易造成加速器靶烧毁，影响电子直线加速器寿命。

发明内容

鉴于此，本发明的目的之一是提供一种双柱面电子直线加速器有效焦点尺寸调节装置，不改变现有电子直线加速器的结构，简单、方便地获得较小有效焦点尺寸，从而提高电子直线加速器工业CT空间分辨率。本发明的目的之二是提供一种调节电子直线加速器有效焦点尺寸的方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的，一种双柱面电子直线加速器有效焦点尺寸调节装置，包括固定套、第一柱面片、第二柱面片和调节装置，所述固定套包括一方孔，所述第一柱面片和第二柱面片设置在方孔内，所述方孔用于固定第一柱面片和第二柱面片，所述第一柱面片和第二柱面片都包括弧形面，第一柱面片的弧形面与第二柱面片的弧形面正对设置，所述调节装置用于调节第一柱面片的弧形面与第二柱面片弧形面之间的距离。

进一步，所述第一弧形合金片包括一底面，所述弧形面设置在底面上；所述弧形面的最高点到底面下表面的距离为a，底面的厚度为ΔBW，弧形面的半径为R，底面的宽度为2L，根据三角形定理有R²＝(R-a+ΔBW)²+L²，其中a为定值，根据上述公式，可以确定函数R＝f(ΔBW)。

进一步，所述调节装置为金属丝，所述第一柱面片和第二柱面片对称的设置在金属丝的两侧，通过改变不同金属丝来改变第一柱面片与第二柱面片之间的距离。

进一步，所述有效焦点尺寸调节装置还包括用于固定套的固定环套，所述固定套设置于固定环套内。

进一步，所述有效焦点尺寸调节装置还包括第一塞片、第二塞片、第一方形片和第二方形片，所述第一方形片与第一柱面片的底面紧贴，第一塞片与第一方形片紧贴；所述第二方形片与第二柱面片紧贴，第二塞片与第二方形片紧贴；所述第一塞片与第二塞片用于调节第一方形片、第二方形片、第一柱面片、第二柱面片和金属丝之间的距离，从而使第一柱面片与第二柱面片之间形成需要的缝隙。

进一步，所述固定环套为铜环套，所述第一塞片和第二塞片为普通塞片；所述第一柱面片、第二柱面片和固定套的材料其材质密度不低于钨合金。

根据上述有效焦点尺寸调节装置，本发明的提供一种聚焦方法，包括以下步骤：

1)确定焦点窄缝的宽度，选用确定直径的金属丝；

2)将金属丝夹在第一柱面片和第二柱面片之间；

3)将第一柱面片、金属丝、第二柱面片放入到固定套的方孔中；

4)将第一方形片和第二方形片插入到方孔中，分别对称分布于第一柱面片和第二柱面片的两侧；

5)将第一塞片和第二塞片分别插入到方孔中，分别对称分布于第一方形片和第二方形片的两侧；

6)将固定套安装到铜环套中；

7)调整第一塞片和第二塞片的厚度，调整第一柱面片和第二柱面片的中心位置，并使第一方形片、第一柱面片、金属丝、第二柱面片和第二方形片贴紧；

8)将该有效焦点调节装置放入电子直线加速器前端圆孔处，使加速器焦点对准该装置第一柱面片和第二柱面片的中心位置；

9)调整第一塞片、第二塞片的厚度，反复测试确定中心位置；

10)调整金属丝，重复1)到9)，可确定不同宽度窄缝。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点:

本发明不改变原电子直线加速器焦点的尺寸即可得到需要的虚拟焦点尺寸，组装简单，操作方面，速度快，成本低。

本发明通过改变该装置两个柱面弧形片之间缝隙的大小以及张角，来调节原电子直线加速器射线有效焦点尺寸的大小。结构简单，操作方便，成本低，且不改变现有电子直线加速器内部结构。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1以及摘要插图为本发明所述装置的断面结构示意图；

图2为本发明所述装置的剖面结构示意图；

图3为本发明所述装置的弧形片结构示意图；

图4为本发明所述装置的安装示意图；

图5为本发明所述装置安装前后对电子加速器有效焦点的影响示意图，图(a)为未安装本发明所述装置前的X射线束流能量通量分布示意图；图(b)为安装本发明所述装置前的X射线束流能量通量分布示意图；

图中：1、铜环套；2、固定套；3、第一塞片、4、第一方形片；5、第一柱面弧形片；6、金属丝；7、第二柱面弧形片；8、第二方形；9、第二塞片；10、本发明装置；12、电子直线加速器有速腔体；13、电子束流中心轴线；4、电子直线加速器靶系统；15、电子束流；16、安装本发明所述装置前X射线有效焦斑区域尺寸；17、X射线；18、安装本发明所述装置前X射线束流能量通量分布；19、安装本发明所述装置后X射线有效焦斑区域尺寸；20、安装本发明所述装置后X射线束流能量通量分布。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1、2所示，一种双柱面电子直线加速器有效焦点尺寸调节装置，包括固定套2、第一柱面片5、第二柱面片7和调节装置，所述固定套包含一方孔，所述第一柱面片5和第二柱面片6设置在方孔内，所述方孔用于固定第一柱面片和第二柱面片，所述第一柱面片和第二柱面片都包括弧形面，第一柱面片的弧形面与第二柱面片的弧形面正对设置，所述调节装置用于调节第一柱面片的弧形面与第二柱面片弧形面之间的距离。

所述第一弧形合金片包括一底面，所述弧形面设置在底面上；所述弧形面的最高点到底面下表面的距离为a，底面的厚度为ΔBW，弧形面的半径为R，底面的宽度为2L，根据三角形定理有R²＝(R-a+ΔBW)²+L²，其中a为定值，根据上述公式，可以确定函数R＝f(ΔBW)。

所述调节装置为金属丝6，所述第一柱面片5和第二柱面片7对称的设置在金属丝的两侧，通过改变不同直径金属丝来改变第一柱面片与第二柱面片之间的距离。

通过调整加工不同ΔBW的弧形片和选择不同直径的金属丝来控制射线出射角θ。

所述有效焦点尺寸调节装置还包括用于固定套的固定环套，所述固定套设置于固定环套内。

所述有效焦点尺寸调节装置还包括第一塞片3、第二塞片9、第一方形片4和第二方形片8，所述第一方形片与第一柱面片的底面紧贴，第一塞片与第一方形片紧贴；所述第二方形片与第二柱面片紧贴，第二塞片与第二方形片紧贴；所述第一塞片与第二塞片用于调节第一方形片、第二方形片、第一柱面片、第二柱面片和金属丝之间的距离，从而使第一柱面片与第二柱面片之间形成需要的缝隙。

所述固定环套为铜环套1但不限于铜，所述第一塞片和第二塞片为普通塞片；所述第一柱面片、第二柱面片和固定套的材料其材质为钨合金，起到限制X射线从第一柱面片和第二柱面片之间的缝隙通过。

如图4、5所示，10为本发明装置；12为电子直线加速器有速腔体；13为电子束流中心轴线；14为电子直线加速器靶系统；15为电子束流；16为安装本发明所述装置前X射线有效焦斑区域尺寸；17为X射线；18为安装本发明所述装置前X射线束流能量通量分布；19为安装本发明所述装置后X射线有效焦斑区域尺寸；20为安装本发明所述装置后X射线束流能量通量分布。

通过图4-5可知，本发明可以简单改变电子直线加速器焦点尺寸，通过改变该装置两个弧形片之间缝隙的大小，即可改变原电子直线加速器焦点的大小，操作简单，成本低。

基于上述思想，本发明还提供一种聚焦方法，包括以下步骤：

1)确定焦点窄缝的宽度，选用确定直径的金属丝；

2)将金属丝夹在第一柱面片和第二柱面片之间；

3)将第一柱面片、金属丝、第二柱面片放入到固定套的方孔中；

4)将第一方形片和第二方形片插入到方孔中，分别对称分布于第一柱面片和第二柱面片的两侧；

5)将第一塞片和第二塞片分别插入到方孔中，分别对称分布于第一方形片和第二方形片的两侧；

6)将固定套安装到铜环套中；

7)调整第一塞片和第二塞片的厚度，调整第一柱面片和第二柱面片的中心位置，并使第一方形片、第一柱面片、金属丝、第二柱面片和第二方形片贴紧；

8)将该有效焦点尺寸调节装置放入电子直线加速器前端圆孔处，使加速器焦点对准该装置第一柱面片和第二柱面片的中心位置；

9)调整第一塞片、第二塞片的厚度，反复测试确定中心位置；

10)调整金属丝，重复1)到9)，可确定不同宽度窄缝。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种双柱面电子直线加速器有效焦点尺寸调节装置，其特征在于：包括固定套、第一柱面片、第二柱面片和调节机构，所述固定套包含一方孔，所述第一柱面片和第二柱面片设置在方孔内，所述方孔用于固定第一柱面片和第二柱面片，所述第一柱面片和第二柱面片都包括一底面和一弧形面，所述弧形面设置在底面上；第一柱面片的弧形面与第二柱面片的弧形面正对设置，所述调节机构用于调节第一柱面片的弧形面与第二柱面片弧形面之间的距离；所述调节机构为金属丝，所述第一柱面片和第二柱面片对称地设置在金属丝的两侧，通过改变不同直径金属丝来改变第一柱面片与第二柱面片之间的距离；所述有效焦点尺寸调节装置还包括用于固定所述固定套的固定环套，所述固定套设置于固定环套内；所述有效焦点尺寸调节装置还包括第一塞片、第二塞片、第一方形片和第二方形片，所述第一方形片与第一柱面片的底面紧贴，第一塞片与第一方形片紧贴；所述第二方形片与第二柱面片紧贴，第二塞片与第二方形片紧贴；所述第一塞片与第二塞片用于调节第一方形片、第二方形片、第一柱面片、第二柱面片和金属丝之间的距离，从而使第一柱面片与第二柱面片之间形成需要的缝隙；所述固定环套为铜环套，所述第一柱面片、第二柱面片和固定套的材料其材质密度不低于钨合金；所述弧形面的最高点到底面下表面的距离为a，底面的厚度为ΔBW，弧形面的半径为R，底面的宽度为2L，根据三角形定理确定R的值，R²＝(R-a+ΔBW)²+L²，其中a为定值。

2.根据权利要求1所述一种双柱面电子直线加速器有效焦点尺寸调节装置进行焦点聚焦的方法，其特征在于：具体步骤如下：

1)确定焦点窄缝的宽度，选用确定直径的金属丝(6)；

2)将金属丝(6)夹在第一柱面片(5)和第二柱面片(7)之间；

3)将第一柱面片(5)、金属丝(6)、第二柱面片(7)放入到固定套(2)的方孔中；

4)将第一方形片(4)和第二方形片(8)插入到方孔中，分别对称分布于第一柱面片(5)和第二柱面片(7)的两侧；

5)将第一塞片(3)和第二塞片(9)分别插入到方孔中，分别对称分布于第一方形片(4)和第二方形片(8)的两侧；

6)将固定套(2)安装到铜环套(1)中；

7)调整第一塞片(3)和第二塞片(9)的厚度，调整第一柱面片(5)和第二柱面片(7)的中心位置，并使第一方形片(4)、第一柱面片(5)、金属丝(6)、第二柱面片(7)和第二方形片(8)贴紧；

8)将该有效焦点尺寸调节装置放入电子直线加速器前端圆孔处，使加速器焦点对准该装置第一柱面片(5)和第二柱面片(7)的中心位置；

9)调整第一塞片(3)、第二塞片(9)的厚度，反复测试确定中心位置；

10)调整金属丝(6)，重复1)到9)，确定不同宽度窄缝。