CN105531791A - 用于电子发射器的双管支承件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种x射线管(10，40，50)，该x射线管包括用于支承电子发射器(18)并向其供电的双导电发射管(14i，14o)。本发明还涉及一种通过经双发射管的内端对所述x射线管抽真空、然后夹紧内管以密闭封壳并维持其中的真空来排空和密封所述x射线管的方法。

Description

用于电子发射器的双管支承件

技术领域

本申请总的涉及x射线管中的电子发射器。

背景技术

x射线管的一个关键构件是电子发射器，例如像长丝。用于电子发射器的实心支承件会是重要的，因为这种支承件的运动会引起电子发射器弯曲或扭曲。电子发射器在使用期间的弯曲或扭曲会引起早期电子发射器故障，其会导致x射线管失效。电子发射器支承件的材料和制造两种成本对于低x射线管成本而言都会是重要的。在制造期间将电子发射器精确和可重复地安放在x射线管中对于确保一个x射线管模型的不同单元之间的x射线输出的一致性而言会是重要的。长的x射线管寿命也会是重要的。

发明内容

已认识到，具有包括能精确和重复地安放在制造好的x射线管中的正确位置的坚固、低成本的电子发射器支承件的x射线管将是有利的。已认识到，长的x射线管寿命会是重要的。本发明针对于具有满足这些需求的电子反射器支承件的x射线管的各种实施例。每个实施例都可满足这些需求中的一个、一些或全部需求。本发明还针对于一种排空和密封满足这些需求中的一个、一些或全部需求的x射线管的方法。

该x射线管包括排空、电绝缘的封壳，该封壳带有位于其相对两端处的阴极和阳极。双导电发射管可以从阴极朝阳极延伸。发射管可以包括内管和外管，其中内管至少部分地配置在外管内。内管和外管可具有包括与阴极相关的近端和配置成较接近阳极的远端的相对两端。外管的远端与阳极之间可以存在第一间隙且内管的远端与阳极之间可存在第二间隙。电子发射器可联接在内管的远端与外管的远端之间。内管和外管除了电子发射器之外可互相电绝缘。

排空和密封x射线管的方法可以包括以下步骤中的一些或全部步骤：

1.为x射线管设置：

i.位于电绝缘封壳的相对两端处的阴极和阳极；

ii.从阴极朝阳极延伸并且包括至少部分地配置在外管内的内管的双导电发射管；

iii.内管和外管中的每一者都可具有包括与阴极相关的近端和配置成较接近阳极的远端的相对两端；

iv.联接在内管的远端与外管的远端之间的电子发射器；

v.内管和外管除电子发射器之外互相电绝缘；

vi.内管在内管的近端超出阴极延伸到封壳之外的状态下开口；并且

vii.封壳除了开口的内管之外被密闭；

2.通过经开口的内管在封壳上抽真空来基本上排空x射线管；和

3.通过夹紧闭合内管的近端来密闭基本上排空的x射线管。

附图说明

图1-2是根据本发明的实施例的包括双导电发射管作为电子发射器支承件的x射线管的示意性纵向截面侧视图；

图3是根据本发明的实施例的包括双导电发射管作为电子发射器支承件的x射线管的示意性横向截面侧视图(该横向侧视图正交于图1-2的纵向侧视图)；

图4是根据本发明的实施例的包括与图1-3所示的x射线管相似的x射线管和与x射线管电连接的电源的x射线源的示意性纵向截面侧视图；

图5是根据本发明的实施例的包括开口的内管的x射线管的示意性纵向截面侧视图；

图6是根据本发明的实施例的包括安装在开口的内管上并对x射线管的内部抽真空的真空泵的x射线管的示意性纵向截面侧视图；以及

图7是根据本发明的实施例的内管被夹紧闭合的x射线管的示意性纵向截面侧视图。

定义

·如本文所用，与同心的发射管14有关的术语“同心”意味着内管14_i基本上在外管14_o中定心。

·如本文所用，“排空的”或“基本上排空的”意味着典型地用于x射线管的真空。

具体实施方式

如图1-3所示，示出了包括排空的、电绝缘的封壳11的x射线管10，所述封壳11带有位于其相对两端的阴极13和阳极12。封壳11可以是或可以包含陶瓷材料。双导电发射管14可以从阴极13朝阳极12延伸，并且可以包括内管14_i和外管14_o。内管14_i可以至少部分地配置在外管14_o的内部。

内管14_i和外管14_o可以具有或共用共同的中央区域8。内管14_i和外管14_o可以是同心的。内管14_i和外管14_o可以具有共同的纵向轴线17。或者，内管14_i的纵向轴线17与外管14_o的纵向轴线17之间可以存在一定偏离。将两个发射管14的纵向轴线17彼此对齐以允许内管14_i与外管14_o之间用于电压隔离(以迫使电流流经长丝18而不是内管14_i与外管14_o之间的直接接触)的充分间隙7会是有益的。对于一些设计，内管14_i的纵向轴线17关于外管14_o的纵向轴线17的一些错位可能是优选的，例如像对于可制造性考虑。

发射管14的纵向轴线17可以与封壳11的纵向轴线6基本上对齐。或者，发射管14的纵向轴线17与封壳11的纵向轴线6之间可以存在一些偏离。如果希望来自阳极12中心的x射线发射，则使两个发射管14的纵向轴线17与封壳11的纵向轴线6对齐会是有益的。

内管14_i和外管14_o各者可以具有包括与阴极13相关、配置在阴极13附近或安装在阴极13上的近端N和配置成较接近阳极12的远端F的相对两端(N和F)。电子发射器18可以联接在内管14的远端F_i与外管14_o的远端F_o之间。内管14_i和外管14_o除了电子发射器18之外可以互相电绝缘。例如，电绝缘材料9可以配置在阴极13附近或安装在阴极13上，并且可以连同间隙7(可以是真空填充的间隙)一起将内管14_i与外管14_o电绝缘。该电绝缘材料9可以是电绝缘的垫圈并且可以部分地填充内管14_i与外管14_o之间的间隙且可以保持内管14_i关于外管14_o处于正确的位置。

电子发射器18可以是长丝。该长丝可以是包括螺旋形或平面形的各种类型或形状。

内管14_i的远端F_i可以包括从内管14_i朝外管14_o径向向外延伸的径向突出部16。径向突出部16可以朝外管14_o的远端F_o中的沟槽15延伸。径向突出部16的使用可以允许电子发射器18基本上跨外管14_o的远端F_o确定中心。电子发射器18的中心18_c可以与封壳11的纵向轴线6基本上对齐，这可以x射线从阳极12上的透射窗的中心发射。

外管14_o的远端F_o可以基本上包围内管14_i的远端F_i的圆周，沟槽15除外。此设计可以消除电子发射器18和发射管14的远端F周围的电场梯度。

内管14_i的长度L_i可以大于外管14_o的长度L_o。在一个实施例中，外管14_o的近端N_o可以在封壳11内终止并且可以与阴极13的内表面13_i接触。内管14_i的近端N_i可以穿过阴极13延伸到封壳11之外。

内管14_i最初可以保持打开以允许内管14_i成为用于在x射线管的内侧抽真空的真空端口。参见例如图5中的开口内管14_i和图6中抽出气体62的真空泵61。内管14_i的近端N_i然后可以例如通过将管壁卷曲在一起而被夹紧闭合。该卷曲或夹紧可以利用在例如大于500psi的高压下操作的液压工具来完成。参见例如图7中的夹紧方法和用于夹紧内管14_i的工具71。内管14_i的近端N_i于是可以定义为夹紧闭合端部。内管14_i用于用作真空端口可以避免需要将单独的构件用于此功能，从而节省制造成本。

内管14_i可以由可以被夹紧闭合的软金属或延性金属如铜或镍制成或可以包含所述金属。外管14_o可以包含钛。钛的使用可以帮助维持封壳11的真空内侧，因为钛可以吸收氢。由于H₂分子的小尺寸，氢可以穿透x射线管中的微小间隙，升高其中的压力，并导致x射线管发生故障。因此，钛外管14_o的使用可以有益于维持x射线管中的期望真空水平并因此延长x射线管的寿命。使用具有高含钛量的钛外管14_o会是有益的，因为与钛形成合金的其它金属可以除气并减少x射线管中的真空。例如，外管14_o可以包含质量百分比在一个方案中为至少85％的钛、在另一方案中为至少95％的钛、在另一方案中为至少99％的钛、或在另一方案中为至少99.8％的钛。

外管14_o的远端F_o与封壳11之间可以存在环形真空部19。换言之，外管的远端F_o与封壳11之间可以不存在实心材料。x射线管设计的共同特征是包围电子发射器的阴极光学器件，以阻止电子径向向外扩展到封壳11。这些电子可以使封壳11带电并且可以引起早期x射线管故障。利用本发明的x射线管设计，可以避免该光学器件，因为外管可以基本上阻止电子径向向外扩展到封壳11。通过不使用该阴极光学器件，可以降低制造成本。然而，如果需要高聚焦电子束，则阴极光学器件仍可与本发明联用。

外管14_o的远端F_o与阳极12之间可以存在第一间隙G₁，且内管14_i的远端F_i与阳极12之间可以存在第二间隙G₂。第一间隙G₁可以与第二间隙G₂大致相等，从而保持电子发射器18的平面与阳极12的面基本上平行。

如果希望发散的x射线发射，则将电子发射器18配置在阳极12附近会是有益的。除x射线的发散发射以外，将电子发射器18配置成较接近阳极12的另一益处在于电子发射器18可以在较低温度下输出相同的功率，从而提高长丝寿命。双导电发射管14可以为电子发射器18提供稳定的支承，即使电子发射器18从阴极13朝阳极12延伸很大的距离。在一个实施例中，第一间隙G₁可以小于外管14_o的长度L₀。第一间隙G₁在一个实施例中可以在外管14_o的长度的4％到25％之间或在另一实施例中可以在外管14_o的长度的7％到15％之间。电子发射器18可以配置成在一个实施例中与阳极12相距0.4毫米到8毫米之间或在另一实施例中与阳极12相距0.3毫米到4毫米之间。

如图4中在x射线源40上所示，电源41可以向x射线管48提供电力。电源41可以包括阴极电连接部45和阳极电连接部46。阴极电连接部45与阳极电连接部46之间可以存在大的偏置电压差，例如数千伏。阴极电连接部45可以具有比阳极电连接部46的偏置电压低数千伏(或许数十千伏)的偏置电压。阳极电连接部46可以与地面47电连接。

阴极电连接部45可以包括与外管14_o的近端N_o电耦接的第一阴极电连接部45_o和与内管14的近端N_i电耦接的第二阴极电连接部45_i。电源41可以在第一和第二阴极电连接部45之间提供小的电压差，例如数伏，以致使电流流经电子发射器18以加热电子发射器18。电子发射器18的热以及电子发射器18与阳极12之间的大偏置电压可以致使电子从电子发射器18朝阳极12发射。

可以使用螺旋弹簧42以提供第一阴极电连接部45_o与外管14_o的近端N₀之间的电气触点。螺旋弹簧42尤其可以有益于可移除的x射线管设计，因为它可以允许x射线管插入和移除期间的轻易电连接并且它可以提供与外管14_o的大量接触。如果外管14_o在封壳11内终止，则螺旋弹簧42与外管14_o之间可以经阴极13的基板电气接触。

内管14_i的被夹紧闭合的近端N_i可以是电气触点并且可以构造成与电源41电耦接。内管14_i的夹紧闭合的近端N_i可以通过各种手段——包括通过铰链弹簧或板簧44——与第二阴极电连接部45_i电气接触。在可移除的x射线管设计中，板簧44可以便于提供与内管14_i的电气接触。

跳针或各种其它类型的电连接器也可以用于阴极电连接部45与发射管14之间的电连接。

螺旋弹簧42和/或板簧44可以基本上或完全封闭在利用阴极13盖住的导电杯43内。该杯可以用作电晕防护器以遮蔽螺旋弹簧42、板簧44和/或发射管14的锋利边缘。该电晕防护器可以帮助防止这些构件之间和具有大电压差的构件周围或附近起弧。

本文所述的双导电发射管14存在各种优点。这些设计由于双发射管14的低成本和简易以及内管14_i作为真空端口的潜在用途而能以相对低的成本制造。这些设计可以为电子发射器18提供稳定的支承，从而提高电子发射器18和x射线管的使用寿命。如果电子发射器18配置成与阳极12接近，则这些设计会是有帮助的，因为双管14可以提供比支柱牢固的在该延长的距离上的支承。发射管14、阴极13和电子发射器18可以全部被预装配，然后方便地与封壳11连接，从而允许电子发射器18在制造期间精确和可重复地安放在x射线管中，从而提高一个x射线管模型的不同单元之间的x射线输出的一致性。

方法

评价和密封x射线管的方法可以包括能以指定次序执行的以下步骤中的一些或全部步骤：

1.为x射线管50设置(参见图5)：

i.位于电绝缘封壳11的相对两端处的阴极13和阳极12；

ii.从阴极13朝阳极12延伸并且包括至少部分地配置在外管14_o内的内管14_i的双导电发射管14；

iii.内管14_i和外管14_o，其各自都具有包括配置成与阴极13相邻、与阴极13相关或安装在阴极13上的近端N和配置成较接近阳极12的远端F的相对两端；

iv.电子发射器18，其联接在内管14_i的远端F_i与外管14_o的远端F_o之间；

v.内管14_i和外管14_o除电子发射器18之外彼此电绝缘；

vi.内管14_i在内管14_i的近端N_i超出阴极13延伸到封壳11之外的状态下开口；和

vii.封壳11除了开口的内管14_i之外被密闭；

2.通过经开口的内管14_i对封壳11抽真空来基本上排空x射线管50(参见图6)；和

3.通过夹紧闭合内管14_i的近端N_i来密闭基本上排空的x射线管50(参见图7)。

密封x射线管50可以通过利用在例如大于500ps_i的高压下操作的液压工具夹紧内管14_i的近端N_i来完成，而内管14_i仍与真空连接。

Claims (20)

1.一种x射线管，包括：

a.带有位于相对两端的阴极和阳极的排空的、电绝缘的封壳；

b.从所述阴极朝所述阳极延伸并且包括内管和外管的同心双导电发射管；

c.所述内管和所述外管中的每一者都具有包括配置成较接近所述阳极的远端和与所述阴极相关的相对的近端的相对两端；

d.位于所述外管的远端与所述阳极之间的第一间隙和位于所述内管的远端与所述阳极之间的第二间隙；

e.电子发射器，所述电子发射器：

i.在所述内管的远端与所述外管的远端之间电耦接；

ii.基本上跨所述外管的远端确定中心；和

iii.具有与所述封壳的纵向轴线大致对齐的中心；

f.所述内管和外管除所述电子发射器之外互相电绝缘；

g.所述内管的长度大于所述外管的长度；

h.所述内管的近端延伸到所述封壳之外；并且

i.所述内管的近端是夹紧闭合的端部。

2.根据权利要求1所述的x射线管，其中，所述第一间隙小于所述外管的长度。

3.根据权利要求1所述的x射线管，其中，所述第一间隙在所述外管的长度的4％到25％之间。

4.根据权利要求1所述的x射线管，还包括位于所述外管的远端与所述封壳之间的环形的中空部。

5.根据权利要求1所述的x射线管，还包括电源，所述电源包括通过螺旋弹簧与所述外管的近端电耦接的第一阴极电连接部。

6.一种x射线管，包括：

a.带有位于相对两端的阴极和阳极的排空的、电绝缘的封壳；

b.双导电发射管，所述双导电发射管：

a.从所述阴极朝所述阳极延伸；

b.包括至少部分地配置在所述外管内的内管；并且

c.所述内管和所述外管中的每一者都具有包括配置成较接近所述阳极的远端和与所述阴极相关的相对的近端的相对两端；

c.位于所述外管的远端与所述阳极之间的第一间隙和位于所述内管的远端与所述阳极之间的第二间隙；和

d.联接在所述内管的远端与所述外管的远端之间的电子发射器，所述内管和外管除了所述电子发射器之外互相电绝缘。

7.根据权利要求6所述的x射线管，其中，所述内管的远端包括从所述内管朝所述外管径向向外延伸的径向突出部。

8.根据权利要求7所述的x射线管，其中，所述径向延伸部朝所述外管的远端中的沟槽延伸。

9.根据权利要求8所述的x射线管，其中，所述外管的远端除了所述沟槽之外基本上围绕所述内管的远端的圆周。

10.根据权利要求6所述的x射线管支承件，其中，所述电子发射器基本上跨所述外管的远端确定中心。

11.根据权利要求6所述的x射线管，其中：

a.所述内管的长度大于所述外管的长度；

b.所述内管的近端延伸到所述封壳之外；并且

c.所述内管的近端是夹紧闭合的端部。

12.根据权利要求11所述的x射线管，其中，所述内管的夹紧闭合的端部限定了构造成与电源电耦接的电气触点。

13.根据权利要求6所述的x射线管，还包括位于所述外管的远端与所述封壳之间的环形的中空部。

14.根据权利要求6所述的x射线管，还包括电源，所述电源包括通过螺旋弹簧与所述外管的近端电耦接的第一阴极电连接部。

15.根据权利要求14所述的x射线管和电源，其中，所述螺旋弹簧基本上被封闭在利用所述阴极盖住的导电杯内。

16.根据权利要求6所述的x射线管，其中，所述第一间隙小于所述外管的长度。

17.根据权利要求6所述的x射线管，其中，所述电子发射器配置成与所述阳极相距0.5毫米到8毫米之间。

18.根据权利要求6所述的x射线管，其中，所述外管包含钛。

19.根据权利要求6所述的x射线管，其中，所述内管包含铜、镍或它们的组合。

20.一种排空和密封x射线管的方法，所述方法包括：

a.为所述x射线管设置：

i.位于电绝缘封壳的相对两端处的阴极和阳极；

ii.从所述阴极朝所述阳极延伸并且包括至少部分地配置在所述外管内的内管的双导电发射管；

iii.所述内管和所述外管各自都具有包括与所述阴极相关的近端和配置成较接近所述阳极的远端的相对两端；

iv.联接在所述内管的远端与所述外管的远端之间的电子发射器；

v.所述内管和所述外管除所述电子发射器之外互相电绝缘；

vi.所述内管是开口的，所述内管的近端超出所述阴极延伸到所述封壳之外；并且

vii.所述封壳除了开口的内管之外被封闭；

b.通过经开口的内管在所述封壳上抽真空而基本上排空所述x射线管；和

c.通过夹紧闭合所述内管的近端来密闭所述基本上排空的x射线管。