CN105321786B - 一种获得x射线点光源的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于脉冲功率技术应用领域，具体涉及一种获得X射线点光源的设备及方法。包括连接在一起的脉冲功率装置和真空腔体，设置在真空腔体内的阴极、阳极、靶片，阴极连接脉冲功率装置，真空腔体上设置有抽真空接口和能够通过从靶片发射的X射线的出射口，与抽真空接口连接的抽真空装置，其中阳极为中空结构，一根传输杆穿过阳极的中空部位，传输杆一端连接阴极，另一端靠近靶片。在现有的脉冲功率装置照相技术中，无法获得直径几十微米量级的X射线点光源，采用本发明受提供的设备和方法，可以得到几十微米量级的X射线点光源，提高诊断的准确度和敏感度。

Description

一种获得X射线点光源的设备及方法
技术领域
本发明属于脉冲功率技术应用领域，具体涉及一种获得X射线点光源的设备及方法。
背景技术
在脉冲功率装置照相技术中，为了得到直径几十微米量级的X射线点光源，常采用磁透镜微聚电子束打靶的方式，国内外实验室采用很多技术办法，开展大量课题研究和经费，但至今还未见到直径几十微米量级的X射线点光源报道。由于X射线光源尺寸越小诊断的准确度和敏感度越高，所以需要一种微聚X射线光源的方法来解决此类问题。
发明内容
针对目前的现有技术存在的不足，本发明突破传统技术方案，采用传输杆对电子束进行微聚，并使用微聚后的电子束直接打靶产生X射线点光源的方式，进而实现直径几十微米量级的X射线点光源。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种获得X射线点光源的设备,包括连接在一起的脉冲功率装置和真空腔体，设置在所述真空腔体内的阴极、阳极、靶片，所述阴极连接所述脉冲功率装置，所述真空腔体上设置有抽真空接口和能够通过从所述靶片发射的X射线的出射口，与所述抽真空接口连接的抽真空装置，其中，所述阳极为中空结构，一根传输杆穿过所述阳极的中空部位，所述传输杆一端连接所述阴极，另一端靠近所述靶片，以保证所述传输杆传输的电子能够轰击所述靶片。
进一步，所述传输杆采用高铅玻璃材料，所述传输杆靠近所述靶片的一端为尖锥形。
进一步，所述传输杆尖锥一端与所述靶片中心之间的距离能够调整。
更进一步，所述距离为10-20mm。
进一步，所述传输杆是能够更换的不同直径的传输杆。
进一步，所述靶片与所述传输杆的轴向呈45°角设置。
进一步，所述脉冲功率装置和真空腔体能够连接和分离。
进一步，所述靶片为钼片，所述抽真空装置为分子泵和机械泵。
为达到以上目的，本发明还公开了用于以上所述设备的一种获得X射线点光源的方法，包括如下步骤：
(S1)调整所述传输杆与所述靶片之间的距离；
(S2)启动抽真空装置对所述真空腔体进行抽真空操作；
(S3)启动所述脉冲功率装置，在所述阴极和阳极之间产生高电位差，引起阴极表面产生场致等离子体发射，从阴极发射电子并形成电子束；
(S4)阴极发射出的电子打在所述传输杆上，吸引电子束在传输杆表面出现过剩电子荷，引起电子束微聚；
(S5)微聚后的电子束依靠惯性，沿所述传输杆向传输杆的靠近靶片一端运行并轰击所述靶片，靶片受轰击处产生X射线并通过真空腔体上的出射口射出。
进一步，所述脉冲功率装置和真空腔体能够连接和分离，所述传输杆是能够更换的不同直径的传输杆；在步骤(S1)中还包括分离所述脉冲功率装置和真空腔体,将所述传输杆连接在所述阴极上；在步骤(S2)中还包括连接所述脉冲功率装置和真空腔体。
本发明的有益效果在于：
1.获得X射线点光源的设备操作简单；
2.所获得的X射线点光源的直径可以达到几十微米量级，具备瞬时成像能力，对病变组织判断的准确性和敏感性高；
3.获得X射线点光源的设备无辐射，使用安全。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述一种获得X射线点光源的设备的结构示意图；
图中：1-脉冲功率装置，2-阴极，3-传输杆，4-阳极，5-真空腔体，6-靶片，7-出射口，8-抽真空接口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明提供的一种获得X射线点光源的设备，包括能够连接和分开的脉冲功率装置1和真空腔体5，设置在真空腔体5内的阴极2、阳极4、靶片6，其中阴极2连接在脉冲功率装置1上，阴极2、阳极4、靶片6依次相邻排列。真空腔体5上设置有抽真空接口8和出射口7(出射口7能够通过从靶片6发射出来的X射线)，还包括与抽真空接口8连接的抽真空装置(图1中未标出)。
其中，阴极2采用铜质材料，阳极4为中空造型，在阴极2的中央设置一根水平横置的直杆型的传输杆3，传输杆3穿过阳极4的中空部位，传输杆3一端连接在阴极2上，另一端穿过阳极4并靠近靶片6。
传输杆3能够更换，且有不同的直径，其中靠近靶片6的一端加工为尖锥形，在本实施例中，传输杆3采用高铅玻璃材料制作，长度10cm，直径为0.5mm至5mm。传输杆3尖锥的一端与靶片6之间的水平距离能够调整，调整范围为10mm至20mm。
靶片6采用厚度为13μm的钼片，与传输杆3之间呈45度角安装。
在本实施例中，抽真空装置为分子泵和机械泵。
本发明所提供的一种获得X射线点光源的设备得到几十微米量级的X射线点光源的原理如下：
脉冲功率装置1属于强流脉冲加速器设备，具有输出大电流、快前沿的脉冲波的能力，用以驱动丝负载箍缩出X射线。获得X射线点光源的设备的发射电极为阴极2，为了有效的提高电子发射能力，阴极2采用铜材料的设计。传输杆3采用高铅玻璃材料，长度10cm，直径0.5mm到5mm的范围内，传输杆3末端(靠近靶片6一端)经过尖锥处理，尖锥一端与靶片6之间的距离可调。传输杆3直接与阴极2相连，穿过阳极4进入漂移区，当脉冲波作用后，在阴极2与阳极4之间产生高电位差，引起阴极2表面产生场致等离子体发射，发射电子进入漂移区(阳极4和靶片6之间)发散打在传输杆3上，从而吸引电子束在传输杆3表面区域出现过剩电子荷，创造了微聚电子束的条件，同时电子束受轴向运行的惯性，会在传输杆3的表面继续向靶片6的方向运行。阴极2发射的电子大部分打在传输杆3上并传输，其束半径的传输杆电位差可表达为方程(1)：
其中I为束流强度，v为电子速度，ra为束半径，rb为传输杆半径，电子速度为光束c，方程(1)可化为方程(2)：
当I＝400kA，ra＝3cm，rb＝0.3mm，则ub＝55MV。
由此可见，传输杆3对地电位并不是很高，并且在亚纳秒的脉冲的作用下，发射电子可以很好的被传输杆3微聚到尖锥一端，之后直接轰击靶片6，在靶片6的被轰击处会产生直径为几十微米的X射线点光源。
根据本发明所提供的一种获得X射线点光源的设备，还公开了一种获得X射线点光源的方法，包括以下步骤：
(S1)分离脉冲功率装置和真空腔体，在阴极安装传输杆，调整传输杆与靶片之间的距离；
(S2)连接脉冲功率装置和真空腔体，启动抽真空装置(分子泵和机械泵)对真空腔体进行抽真空操作，使得真空腔体内的真空度ρ＝5×10-3Pa或者更高；
(S3)启动脉冲功率装置，脉冲功率装置输出电流幅值大于250kA，电流波上升时间小于30ns，电流波脉宽约100ns，在所述阴极和阳极之间产生高电位差，引起阴极表面产生场致等离子体发射，从阴极发射电子并形成电子束；
(S4)阴极发射出的电子打在所述传输杆上，吸引电子束在传输杆表面出现过剩电子荷，引起电子束微聚；
(S5)微聚后的电子束依靠惯性，沿所述传输杆向传输杆的靠近靶片一端(尖锥的一端)运行并轰击所述靶片，靶片受轰击处产生X射线并通过真空腔体上的出射口射出。
最后，举例说明本发明所提供的一种获得X射线点光源的设备及方法在实际使用中的应用。
按照本发明所提供的一种获得X射线点光源的设备，并配有一组长度10cm，直径在0.5-5mm范围内的传输杆3。首先分离脉冲功率装置1和真空腔体5，根据实验目的选择相应直径的传输杆，并将传输杆3固定在阴极2的中央，使得传输杆3保持水平横置状态，同时调整传输杆3的尖锥形一端与靶片6之间的距离(调整范围在10-20mm之间)，调整好这一距离后，重新连接脉冲功率装置1和真空腔体5，并利用同抽真空接口8连接的抽真空装置(分子泵和机械泵)对真空腔体5进行抽真空操作，使得真空腔体5内的真空度ρ＝5×10-3Pa或者更高。最后，启动脉冲功率装置1，脉冲功率装置输出电流幅值大于250kA，电流波上升时间小于30ns，电流波脉宽约100ns，从阴极2发射的电子，微聚在传输杆3的尖锥形一端，并轰击靶片6，靶片6产生直径为几十微米的X射线点光源，并从真空腔体5的出射口7射出。
本发明所述的设备并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (7)

1.一种获得X射线点光源的设备，包括连接在一起的脉冲功率装置(1)和真空腔体(5)，设置在所述真空腔体(5)内的阴极(2)、阳极(4)、靶片(6)，所述阴极(2)连接所述脉冲功率装置(1)，所述真空腔体(5)上设置有抽真空接口(8)和能够通过从所述靶片(6)发射的X射线的出射口(7)，与所述抽真空接口(8)连接的抽真空装置，其特征是：所述阳极(4)为中空结构，一根传输杆(3)穿过所述阳极(4)的中空部位，所述传输杆(3)一端连接所述阴极(2)，另一端靠近所述靶片(6)，以保证所述传输杆(3)传输的电子能够轰击所述靶片(6)；所述传输杆(3)采用高铅玻璃材料，所述传输杆(3)靠近所述靶片(6)的一端为尖锥形；所述传输杆(3)尖锥一端与所述靶片(6)中心之间的距离能够调整；所述距离为10-20mm。
2.如权利要求1所述的设备，其特征是：所述传输杆(3)是能够更换的不同直径的传输杆。
3.如权利要求1所述的设备，其特征是：所述靶片(6)与所述传输杆(3)的轴向呈45°角设置。
4.如权利要求1所述的设备，其特征是：所述脉冲功率装置(1)和真空腔体(5)能够连接和分离。
5.如权利要求1所述的设备，其特征是：所述靶片(6)为钼片，所述抽真空装置为分子泵和机械泵。
6.一种采用权利要求1所述设备的获得X射线点光源的方法，包括如下步骤：
(S1)调整所述传输杆与所述靶片之间的距离；
(S2)启动抽真空装置对所述真空腔体进行抽真空操作；
(S3)启动所述脉冲功率装置，在所述阴极和阳极之间产生高电位差，引起阴极表面产生场致等离子体发射，从阴极发射电子并形成电子束；
(S4)阴极发射出的电子打在所述传输杆上，吸引电子束在传输杆表面出现过剩电子荷，引起电子束微聚；
(S5)微聚后的电子束依靠惯性，沿所述传输杆向传输杆的靠近靶片一端运行并轰击所述靶片，靶片受轰击处产生X射线并通过真空腔体上的出射口射出。
7.如权利要求6所述的方法，其特征是：所述脉冲功率装置(1)和真空腔体(5)能够连接和分离，所述传输杆(3)是能够更换的不同直径的传输杆；在步骤(S1)中还包括分离所述脉冲功率装置和真空腔体,将所述传输杆连接在所述阴极上；在步骤(S2)中还包括连接所述脉冲功率装置和真空腔体。
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