CN104465280A - 一种用于ct成像的碳纳米射线管 - Google Patents

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Abstract

一种用于CT成像的碳纳米射线管，包括阳极和碳纳米管阴极，所述阳极至少包括激发端，所述碳纳米管阴极至少包括放射面，其中，所述激发端呈圆锥形状，所述放射面为凹形曲面，所述碳纳米管阴极用于在外加电场下产生电子，所述放射面的凹形曲面用于聚焦电子形成电子束，并发射电子束轰击所述阳极的激发端以产生X射线。本发明提供的一种用于CT成像的碳纳米射线管，具有一体式封装、结构紧凑、空间设计合理的特点，减小了传统碳纳米射线源的结构尺寸，避免了传统热阴极的温度高、功耗大、发射延迟的缺陷，具有响应速度快、散热效果好、碳纳米管阴极和阳极不易损伤、使用寿命长的有益效果。

Description

一种用于CT成像的碳纳米射线管
技术领域
本发明涉及医疗成像设备，尤其涉及用于CT成像设备的射线管。
背景技术
传统螺旋CT成像系统主要包括X射线管、高压发生器、探测器、机架、滑环等部件。其中，X射线管由阴极和阳极组成，其工作原理为：在外加电场作用下阴极产生并发射电子，当电子通过栅极形成的电场下被加速，形成电子束聚焦，从而轰击阳极，产生X射线。
通常，阴极采用热阴极作为射线源，通过热电子发射的方式产生电子束，当阴极加热到1000度以上时，大量电子获得了高于表面势垒的动能，从热阴极表面逸出，形成用于轰击阳极的电子束。但是，这种通过加热发射电子的方式导致X射线管启动速度慢，使用寿命短，常常需要及时更换X射线管，另外，在高速电子轰击阳极时，由于产生X射线效率较低，X射线管的输入能量只有1％的能量转换为X射线能，其余能量均变成热量散发，以至于阳极轰击点的温度在2600度至2700度之间。
由此可见，传统X射线管在产生X射线时具有温度高、功耗大的特点，热阴极在发射电子时启动响应速度慢，工作时热阴极表面温度高，易于缩短阴极使用寿命，同时，阳极被高速电子轰击时，也存在体表温度高、散热性差的缺点，导致阳极容易熔化受损，缩短阳极使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于CT成像的碳纳米射线管，提高射线管阴极产生电子的响应速度，增加散热性能，改善阴极和阳极在工作过程中的体表温度，从而延长射线管的使用寿命。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种用于CT成像的碳纳米射线管，包括阳极和碳纳米管阴极，所述阳极至少包括激发端，所述碳纳米管阴极至少包括放射面，其中，所述激发端呈圆锥形状，所述放射面为凹形曲面，所述碳纳米管阴极用于在外加电场下产生电子，所述放射面的凹形曲面用于聚焦电子形成电子束，并发射电子束轰击所述阳极的激发端以产生X射线。
进一步地，该射线管还包括栅极和聚焦极，所述栅极和聚焦极位于所述阳极与所述碳纳米管阴极之间。
进一步地，所述栅极位于所述碳纳米管阴极一侧，栅极的表面设有栅极孔，用于在外加电场作用下使电子加速，产生电子束一次聚焦。
进一步地，所述聚焦极位于所述阳极一侧，聚焦极的表面设有聚集孔，用于形成电子束二次聚焦，增加轰击所述阳极的电子数量。
进一步地，所述阳极还包括底座，所述激发端和底座分别位于阳极的两侧。
进一步地，该射线管还包括壳体，所述壳体设有出射窗和主轴，所述出射窗位于与所述激发端对应的位置，所述主轴位于所述底座的一侧。
进一步地，所述底座设有定位孔，所述主轴插设于所述定位孔中。
进一步地，所述底座和主轴的材料均为铁，所述激发端的材料为钨或者钎焊石墨
进一步地，所述激发端截面的圆锥角为7度至25度之间。
进一步地，所述激发端截面的圆锥角为7度。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种用于CT成像的碳纳米射线管，具有一体式封装、结构紧凑、空间设计合理的特点，减小了传统碳纳米射线源的结构尺寸，通过采用碳纳米管阴极避免传统热阴极的温度高、功耗大、发射延迟的缺陷；将碳纳米管阴极的放射面设计成凹形曲面，提高响应速度，有助于发射高频脉冲的电子束；在碳纳米管阴极与阳极之间设置栅极和聚焦极，降低碳纳米管阴极被轰击的概率，从而保护碳纳米管阴极，增加碳纳米射线管的寿命；将阳极改进为旋转式的圆锥形状激发端结构，有助于避免热量集中，延长阳极的使用寿命，提高碳纳米射线管的散热性能。
附图说明
图1是本发明实施例碳纳米射线管的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地阐述本发明的技术特点和结构，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
参阅图1，本发明提供了一种用于CT成像的碳纳米射线管，包括阳极150和碳纳米管阴极120，该碳纳米管阴极120至少包括放射面51，其中，该放射面51为凹形曲面，当碳纳米管阴极120在外加电场下产生电子时，该放射面51的凹形曲面用于聚焦电子形成电子束，并发射电子束轰击阳极150以产生X射线。
需要说明的是：相对于传统的热阴极，本实施例的碳纳米管阴极120采用碳纳米作为材料，使碳纳米管阴极120具有冷阴极特性，避免了热阴极的温度高、功耗大、发射延迟的缺陷。同时，碳纳米管阴极120的放射面51为凹形曲面，该凹形曲面易于高频脉冲的电子束发射，响应速度快，克服了传统热阴极射线管的固有缺点，有益于增加碳纳米射线管的使用寿命，更好地满足医学检测的应用需求。
进一步地，该碳纳米射线管还包括栅极130和聚焦极140，该栅极130和聚焦极140位于阳极150与碳纳米管阴极120之间。其中，该栅极130位于碳纳米管阴极120一侧，栅极130的表面设有栅极孔131；该聚焦极140位于阳极150一侧，聚焦极140的表面设有聚焦孔141。具体地，在外加电场作用下，当电子穿过栅极130上的栅极孔131时电子被加速，产生电子束一次聚焦，当被加速的电子又穿过聚焦极140上的聚焦孔时，电子被二次加速，形成电子束二次聚焦，从而增加轰击阳极150的电子数量。
需要说明的是：根据基本物理知识可知，射线管中的工作环境通常为真空，但是，在实际工作中射线管内的真空度无法达到绝对值，以至于射线管内仍然存在少量空气分子。这些空气分子被高频脉冲电子束电离后，在外加电场的作用下朝向射线管阴极方向加速运动，有可能轰击射线管阴极而造成阴极损伤，减少射线管的使用寿命。本实施例在碳纳米管阴极120与阳极150之间设置有栅极130和聚焦极140，该栅极130具有保护碳纳米管阴极120的作用，使空气离子无法直接撞击阴极，该聚集极具有引导电子和空气离子向阳极150加速运动的作用，避免空气离子向碳纳米管阴极120运动，降低碳纳米管阴极120被轰击的概率，从而保护碳纳米管阴极120，增加碳纳米射线管的寿命。
进一步地，该阳极150包括激发端151和底座152，该激发端151和底座152分别位于阳极150的两侧。其中，该激发端151呈圆锥形状，激发端151截面的圆锥角为7度至25度之间。另外，该碳纳米射线管还包括壳体110，该壳体110设有出射窗111和主轴112，其中，出射窗111位于与激发端151对应的位置，主轴112位于底座152的一侧，该底座152设有定位孔52，该主轴112插设于该定位孔52中。本实施中，激发端151截面的圆锥角为7度，底座152和主轴112的材料均为铁，激发端151的材料为钨或者钎焊石墨。
需要说明的是：由于阳极150的激发端151为圆锥形状，当阳极150被高速的电子轰击时，电子对激发端151的圆锥面产生垂直于阳极150的作用力，随着轰击阳极150的电子数量增加，垂直于阳极150的作用力逐渐转变为对阳极150的圆周力，由于阳极150底座152上的定位孔52与壳体110上的主轴112属于间隙配合，这种圆周力使阳极150产生沿壳体110主轴112旋转的角速度，此时阳极150处于旋转状态。本实施例中，激发端151的圆锥面增加了阳极150与电子束接触面积，同时，旋转的阳极150使得激发端151圆锥面的每个部位均有机会受到电子的轰击，激发端151的圆锥面与电子接触更加充分，有助于分散电子轰击时产生的热量，避免热量集中，从而增加阳极150的使用寿命，此外，该底座152和主轴112采用铁作为材料，使得阳极150在旋转时易于释放热量，散热效果更好。另外，电子轰击阳极150时产生的X射线沿壳体110上的出射窗111穿过射出。
另外，该阳极150、碳纳米管阴极120、栅极130、聚焦极140采用一体式封装方法，装配于该碳纳米射线管的壳体110内，结构紧凑、空间设计合理，减小了传统碳纳米射线源的结构尺寸，在保证发射出有效的X射线基础上，实现增加碳纳米射线管的散热性能，延长碳纳米管阴极120和阳极150的使用寿命。
综上所述，本发明提供的一种用于CT成像的碳纳米射线管，具有一体式封装、结构紧凑、空间设计合理的特点，减小了传统碳纳米射线源的结构尺寸，通过采用碳纳米管阴极避免传统热阴极的温度高、功耗大、发射延迟的缺陷；将碳纳米管阴极的放射面设计成凹形曲面，提高响应速度，有助于发射高频脉冲的电子束；在碳纳米管阴极与阳极之间设置栅极和聚焦极，降低碳纳米管阴极被轰击的概率，从而保护碳纳米管阴极，增加碳纳米射线管的寿命；将阳极改进为旋转式的圆锥形状激发端结构，有助于避免热量集中，延长阳极的使用寿命，提高碳纳米射线管的散热性能。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于CT成像的碳纳米射线管，包括阳极(150)和碳纳米管阴极(120)，所述阳极(150)至少包括激发端(151)，所述碳纳米管阴极(120)至少包括放射面(51)，其特征在于，所述激发端(151)呈圆锥形状，所述放射面(51)为凹形曲面，所述碳纳米管阴极(120)用于在外加电场下产生电子，所述放射面(51)的凹形曲面用于聚焦电子形成电子束，并发射电子束轰击所述阳极(150)的激发端(151)以产生X射线。 
2.根据权利要求1所述的用于CT成像的碳纳米射线管，其特征在于，该射线管还包括栅极(130)和聚焦极(140)，所述栅极(130)和聚焦极(140)位于所述阳极(150)与所述碳纳米管阴极(120)之间。 
3.根据权利要求2所述的用于CT成像的碳纳米射线管，其特征在于，所述栅极(130)位于所述碳纳米管阴极(120)一侧，栅极(130)的表面设有栅极孔(131)，用于在外加电场作用下使电子加速，产生电子束一次聚焦。 
4.根据权利要求2所述的用于CT成像的碳纳米射线管，其特征在于，所述聚焦极(140)位于所述阳极(150)一侧，聚焦极(140)的表面设有聚焦孔(141)，用于形成电子束二次聚焦，增加轰击所述阳极(150)的电子数量。 
5.根据权利要求1所述的用于CT成像的碳纳米射线管，其特征在于，所述阳极(150)还包括底座(152)，所述激发端(151)和底座(152)分别位于阳极(150)的两侧。 
6.根据权利要求5所述的用于CT成像的碳纳米射线管，其特征在于，该射线管还包括壳体(110)，所述壳体(110)设有出射窗(111)和主轴(112)，所述出射窗(111)位于与所述激发端(151)对应的位置，所述主轴(112)位于所述底座(152)的 一侧。 
7.根据权利要求6所述的用于CT成像的碳纳米射线管，其特征在于，所述底座(152)设有定位孔(52)，所述主轴(112)插设于所述定位孔(52)中。 
8.根据权利要求7所述的用于CT成像的碳纳米射线管，其特征在于，所述底座(152)和主轴(112)的材料均为铁，所述激发端(151)的材料为钨或者钎焊石墨 。
9.根据权利要求1所述的用于CT成像的碳纳米射线管，其特征在于，所述激发端(151)截面的圆锥角为7度至25度之间。 
10.根据权利要求9所述的用于CT成像的碳纳米射线管，其特征在于，所述激发端(151)截面的圆锥角为7度。 
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