CN104465277B - 用于线阵列微纳焦点x射线源的点状串列靶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于线阵列微纳焦点X射线源的点状串列靶，包括靶基和设置在靶基上的点状串列靶点，所述点状串列靶点包括若干个点状靶点，若干个点状靶点按一定的距离间隔排列，所述靶点转化为X射线的能力远大于靶基。本发明所产生的焦斑大小仅由点状靶结构的形状和大小来决定，与电子束大小不发生直接联系，这样有利于形成稳定的、微纳尺寸的多焦点阵列，大大降低了对电子束聚焦尺寸、扫描偏转精度控制等的要求，简化了微纳射线源聚焦、偏转系统结构，降低了加工制造难度，从而降低了生产成本，为实现亚微米甚至纳米级焦点尺寸的线阵多焦点射线源提供了一条可行的路线。

Description

用于线阵列微纳焦点X射线源的点状串列靶

技术领域

本发明涉及一种射线靶，特别涉及一种用于多焦点线阵列微纳焦点X射线源的具有点状串列结构的射线靶。

背景技术

静态CT扫描检测技术(即所谓第五代CT技术)要求射线源采用电子束扫描方式，产生多焦点的动态X射线束，从而现实探测器、检测物同时静止的CT扫描检测。

目前使用的微焦点X射线源一般都采用常规平板阳极靶，焦点只有一个，且其焦斑尺寸大，难以达到微米或者亚微米级，不能够实现精细控制焦斑尺寸。采用电子束扫描打靶方式，如图5，可产生多焦点阵列，但是电子束偏转之后，会产生偏转散焦，焦斑尺寸变大，同时，电子束偏转位置精度极难控制，很容易产生位置漂移。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种用于线阵列微纳焦点X射线源的点状串列结构的射线靶，该射线靶可以用于线阵列微纳焦点X射线源，焦点尺寸小，精度高，射线有效焦点位置、数量、大小可以精确控制。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，用于线阵列微纳焦点X射线源的点状串列靶，包括靶基和设置在靶基上的点状串列靶点，所述点状串列靶点包括若干个点状靶点，若干个点状靶点按一定的距离间隔排列，所述靶点转化为X射线的能力远大于靶基。

进一步，所述靶点的材料为钨、钽、铂、金等高原子序数、高密度金属材料。

进一步，所述靶点呈长方体状，其高H为5～10μm。

进一步，两靶点间的距离大于靶点长度w值的10～15倍。

进一步，所述靶基的厚度D为200～300μm。

进一步，入射到靶面的电子束口径可大于靶点长度w的尺寸2～4倍。

进一步，所述靶基的材料为铍、金刚石等低原子序数材料。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

该射线源采用的点状串列结构靶，焦斑的大小仅由点状靶结构的形状和大小来决定，与电子束大小不发生直接联系，这样有利于形成稳定的、微纳尺寸的多焦点阵列，大大降低了对电子束聚焦尺寸、扫描偏转精度控制等的要求，简化了微纳射线源聚焦、偏转系统结构，降低了加工制造难度，从而降低了生产成本，为实现亚微米甚至纳米级焦点尺寸的线阵多焦点射线源提供了一条可行的路线。可选的，可以通过设置不同大小的靶点结构、尺寸，相应的优化电子束的能量，来实现不同焦斑大小、不同特征谱线的要求的射线源，以满足不同的射线检测需求。

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为依照本发明的线阵列微纳焦点X射线源的点状串列靶结构图；

图2为电子束入射到点阵靶产生X射线示意图；

图3为靶点与靶基产生的X射线强度对比示意图；

图4为电子束扫描方式产生X射线焦点阵列示意图；

图5为电子韧致辐射示意图；

图6为钨、金刚石、铍材料的X射线转化能力比较图；

图中：1－靶点；2－靶基；D－靶基厚度；d－靶点宽度；H-靶点高度；w－靶点长度；L－靶点之间距离；3－电子束；6－靶点产生的X射线束强度；7－靶基产生的X射线束强度；8－阴极；9－阳极；10－磁聚焦透镜；11－电子束偏转线圈子；12－电子束；13－靶；14－X射线束；15－X射线焦斑。

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、3所示，用于线阵列微纳焦点X射线源的点状串列靶，包括靶基2和设置在靶基上的点状串列靶点，所述点状串列靶点包括若干个点状靶点1，若干个点状靶点按一定的距离间隔排列，点状靶阵列为点状串列结构，其作用是把入射的电子能量转化为X光子能量，形成微纳尺寸的X射线有效焦点。所述靶点转化为X射线的能力远大于靶基，靶基作用是固定靶点，同时有足够的强度隔离X射线管内部真空。

所述靶点呈长方体状，其高H为5～10μm，宽度d与长度w根据射源有效焦点的尺寸进行设计，可达到亚微米级。靶点数量根据射线源有效焦点数量需要设计，可为1个，2个，可致1024个或以上。

作为对本实施例的进一步优化，两靶点间的距离大于靶点长度w值的10～15倍。

作为对本实施例的进一步优化，所述靶基的厚度D为200～300μm，也可以根据射线源真空要求、靶尺寸等要求设计。

作为对本实施例的进一步优化，入射到靶面的电子束口径可大于靶点长度w的尺寸2～4倍。

X射线源中的电子束3在高压电场的作用下获得很大动能，高速飞向靶面，由于靶面的阻碍作用，使电子骤然减速，损失的能量大部分转化为热量，一小部分则以X光子形式辐射出来，也就是电子的韧致辐射效应，如图4。韧致辐射强度I_rad近似表示为：

$I_{\mathrm{rad}}\∝\frac{Z^2{z}^2{e}^6}{m^2}---\left(1\right)$

式中Z为靶原子序数，z为入射带电粒子原子序数，电子z＝-1，e为电子电量。(1)式说明，电子入射到靶面上，靶的X光子转化效率与靶原子序数Z²成正比。

因此，靶点选用高原子序数、高密度的靶的材料，如钨、钽、钼、金等，以提高X射线产额。靶基选用低密度、低原子序数的材料，如铍、金刚石。相对于靶点，靶基材料产生X射线7强度很低。如图3中，靶点产生的X射线6形成很强的峰值，靶基材料产生的X射线强度相对较低。因此，X射线源的即为有效焦点以靶点产生的X射线束强度峰的宽度。图4为电子束扫描方式产生X射线焦点阵列示意图，所述阴极8用于产生电子，所述阳极9用于给电子加速；所述磁聚焦透镜10用于完成加速后的电子聚焦，所述电子束偏转线圈11用于控制电子束12打到靶13上，从而产生X射线束14，其中15为X射线焦斑。

图5是利用蒙特卡罗仿真软件EGSnrc仿真计算结果，图中表明，250μm的铍、10μm金刚石产生的X射线强度小于10μm的钨靶产生的X射线强度10％，而且主要为低能X射线，这此X射线光子很容易被过滤片过滤掉。因此，基于上述原理，本发明的点状串列靶结构产生的X射线有效焦点尺寸可近似等于靶点尺寸。

制备本发明的方法：采用冲压、流延成型、烧结等方法制备靶层；在靶层上表面上印刷、烧结或者镀膜、光刻的方式在靶层材料上制备靶点。

本发明所述的射线靶采用点状串列靶结构，由于靶点高密度、高原子序数材料其转化为X射线的能力远大于低密度低原子序数的靶基材料，因而射线源的有效焦点尺寸主要由靶点的尺寸大小决定，与电子束截面积没有直接联系，有利于形成稳定的、微纳尺寸的多焦点阵列，大大降低了对电子束聚焦尺寸、扫描偏转精度控制等的要求，为实现亚微米甚至纳米级焦点尺寸的线阵多焦点射线源提供了一条可行的途径。可选的，可以通过设置不同大小的靶点结构、尺寸，相应的优化电子束的能量，来实现不同焦斑大小、不同特征谱线的要求的射线源，以满足不同的射线检测需求。

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 (6)

1.用于线阵列微纳焦点X射线源的点状串列靶，其特征在于：包括靶基和设置在靶基上的点状串列靶点，所述点状串列靶点包括若干个点状靶点，若干个点状靶点按一定的距离间隔排列，所述靶点转化X射线的能力远大于靶基；入射到靶面的电子束口径大于靶点长度w的尺寸2~4倍。

2.根据权利要求1所述的用于线阵列微纳焦点X射线源的点状串列靶，其特征在于：所述靶点的材料为高原子序数、高密度金属材料钨、钽、铂或金。

3.根据权利要求1所述的用于线阵列微纳焦点X射线源的点状串列靶，其特征在于：所述靶点呈长方体状，其高度H为5~10μm。

4.根据权利要求1所述的用于线阵列微纳焦点X射线源的点状串列靶，其特征在于：两靶点间的距离大于靶点长度w值的10~15倍。

5.根据权利要求1所述的用于线阵列微纳焦点X射线源的点状串列靶，其特征在于：所述靶基的厚度D为200~300μm。

6.根据权利要求2所述的用于线阵列微纳焦点X射线源的点状串列靶，其特征在于：所述靶基的材料为低原子序数材料铍或金刚石。