CN107546090B - X射线转换靶 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X射线转换靶。X射线转换靶包括靶体和靶部，靶部设置在靶体内部，靶部具有第一面，所述第一面配置用于产生X射线；其中，X射线转换靶还包括冷却通道，所述冷却通道的侧壁至少部分由靶部的一部分构成。
Description
技术领域
本发明涉及X射线转换靶领域，具体地涉及一种X射线转换靶。
背景技术
随着电子加速器技术的不断改进，越来越多的行业使用加速器进行各种应用。例如：利用加速器加速的高能电子对产品进行改性，在食品行业中对食物进行辐照杀菌处理，在农业上常用X射线进行辐照育种、刺激增产、辐射防治虫害，以及在医疗行业上进行医学成像和医学治疗。
对于用于辐照的大功率加速器，需要对靶材进行快速散热，不及时散热有可能造成靶材的融化，而散热效果的好坏直接影响到转换靶的使用寿命以及加速管的工作效率问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种X射线转换靶，包括靶体和靶部，靶部设置在靶体内部，靶部具有第一面，所述第一面配置用于产生X射线；
其中，X射线转换靶还包括冷却通道，所述冷却通道的侧壁至少部分由靶部的一部分构成。
在一个实施例中，所述冷却通道包括位于靶部的第二面的冷却槽，所述第二面与所述第一面是靶部的背对的两个面；
所述冷却槽由相对设置的、分别沿靶部的第二面的边缘延伸的第一脊部和第二脊部与第二面共同限定。
在一个实施例中，所述冷却通道包括位于靶部的侧部的环形槽。
在一个实施例中，X射线转换靶还包括位于靶部的侧部的冷却侧部，所述冷却侧部限定冷却侧部内部空间，靶部产生的X射线在冷却侧部内部空间内传播。
在一个实施例中，所述靶体包括靶体外侧部，所述靶体外侧部限定所述靶体的内部空间；其中，所述靶体外侧部和所述靶部的冷却侧部限定所述环形槽。
在一个实施例中，靶体外侧部和靶部的冷却侧部通过连接部连接以便与靶体外侧部、靶部的冷却侧部共同限定所述环形槽，并且，所述连接部包括靠近靶部的第一端的流体入口和靠近靶部的与第一端相对的第二端的流体出口。
在一个实施例中，靶体外侧部的顶面和所述第一脊部、第二脊部的顶面位于同一平面。
在一个实施例中，X射线转换靶还包括盖板，所述盖板布置在靶体外侧部的顶面和所述第一脊部、第二脊部的顶面上。
在一个实施例中，所述靶部包括铜。
在一个实施例中，所述靶部包括位于铜表面的金。
在一个实施例中，X射线转换靶还包括通道支撑板，通道支撑板限定靶部产生的X射线出射通道。
在一个实施例中，X射线转换靶还包括通道支撑板，所述通道支撑板限定靶部产生的X射线出射通道；并且，通道支撑板接续靶体外侧部延伸。
在一个实施例中，X射线转换靶还包括支撑板散热片，所述支撑板散热片布置在所述通道支撑板的外部用于通道支撑板的散热。
在一个实施例中，靶部的侧部的冷却侧部与所述第一脊部、第二脊部是一体结构。
在一个实施例中，靶部的侧部的冷却侧部、所述第一脊部、第二脊部以及靶体外侧部是一体结构。
在一个实施例中，其中相对于第二面，第一脊部和第二脊部具有大于 5mm的厚度。
附图说明
图1为本发明一个实施例的X射线转换靶的立体示意图，其中盖板被去除；
图2是本发明的实施例的X射线转换靶的一半的立体示意图，其中盖板被去除；
图3是本发明的实施例的X射线转换靶的沿图1中的线A-A的示意剖视图，其中通道支撑板被去除；
图4是本发明的实施例的X射线转换靶的沿图1中的线B-B的示意剖视图，其中通道支撑板被去除；
图5是本发明的实施例的X射线转换靶的沿图1中的线A-A的示意剖视图。
具体实施方式
尽管本发明容许各种修改和可替换的形式，但是它的具体的实施例通过例子的方式在附图中示出，并且将详细地在本文中描述。然而，应该理解，随附的附图和详细的描述不是为了将本发明限制到公开的具体形式，而是相反，是为了覆盖落入由随附的权利要求限定的本发明的精神和范围中的所有的修改、等同形式和替换形式。附图是为了示意，因而不是按比例地绘制的。
下面根据附图说明根据本发明的多个实施例。
如图1-5所示，本发明的实施例提供一种X射线转换靶，包括靶体和靶部5，靶部5设置在靶体内部。靶部5具有第一面，所述第一面配置用于产生X射线。X射线转换靶还包括冷却通道，所述冷却通道的侧壁至少部分由靶部5的一部分构成。
在工作状态下，高能电子束垂直入射到靶部5的第一面，以便例如由铜材料形成的靶部5产生X射线，同时一部分高能电子成为反轰电子。第一面可以是大体平面表面。高能电子的轰击使得靶部5温度升高。靶部5 的一部分构成冷却通道的侧壁可以让靶部5产生的热直接传递至冷却通道，通过冷却通道中的流体带走，从而能够使得靶部5的温度不会迅速升高。冷却通道中的流体可以是液体，例如比热大的水。由于铜的热传导性好，靶部5产生的热可以迅速传递至冷却通道中的冷媒。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，所述冷却通道包括位于靶部5的第二面的冷却槽1，所述第二面与所述第一面是靶部5的背对的两个面。当冷却槽1中通过冷媒时，靶部5的第二面直接与冷媒接触，靶部5 的一部分热被冷媒带走，靶部5的第二面的温度降低，从而在靶部5的第一面和第二面之间形成温度差，靶部5的热量迅速从靶部5的第一面向第二面传递，从而靶部5的第一面的温度升高得到抑制。靶部的长度可以为 134mm，宽度为48mm，将冷却槽1布置在靶部5的后部，结构更加紧凑，便于外部屏蔽的设计与安装。
在一个实施例中，冷却槽1由相对设置的、分别沿靶部5的第二面的边缘延伸的第一脊部21和第二脊部22与第二面共同限定。在如图3示出的实施例中，冷却槽1具有倒梯形的横截面形状。然而，冷却槽1也可以具有矩形的横截面形状或其他形状。第一脊部21和第二脊部22相对设置，在图3中，它们的顶面距离第二面的高度，或者说冷却槽1的深度，可以是4mm，也可以是5mm。然而，冷却槽1的深度可以是大于5mm。一般情况下，冷媒多使用水，因为水的比热大，并且使用水比较经济。当靶部 5的局部区域，例如第一面由于高能电子束的轰击而形成高温时，与靶部 5接触的水会局部汽化沸腾形成气隙，这会大大减弱散热效果。冷却槽1 的深度超过4～5mm可以有效防止因为局部汽化引起的气隙阻隔散热的问题。在本实施例中，由铜材形成的第一脊部21和第二脊部22自身具有散热功能。在一个实施例中，第一脊部21和第二脊部22可以与靶部5是一体形成的。
在另一实施例中，第二面上可以设置第三脊部、第四脊部等多个脊部，多个脊部可以作为散热元件，并且增加冷媒与靶部5的第二面接触面，提高散热能力。
在一个实施例中，所述冷却通道还包括位于靶部5的侧部的环形槽3，环形槽3围绕靶部5。
在一个实施例中，X射线转换靶还包括位于靶部5的侧部的冷却侧部 2，所述冷却侧部2限定冷却侧部2内部空间，靶部5产生的X射线在冷却侧部2内部空间内传播。换句话说，冷却侧部2延伸方向与靶部5产生的X射线出射方向大体相同，与朝向靶部5轰击的高能电子束的运动方向相反(高能电子束的运动方向在图5中用箭头10示出)。
在一个实施例中，靶部5的侧部的冷却侧部2、所述第一脊部21以及第二脊部22是一体结构。一体结构是有利的，靶部5产生的热可以迅速被传递至靶部5的低温区。
在一个实施例中，所述靶体包括靶体外侧部6，所述靶体外侧部6限定所述靶体的内部空间。所述靶体外侧部6和所述靶部5的冷却侧部2限定所述环形槽3。换句话说，靶体外侧部6形成环形槽3的外部，靶部5 的冷却侧部2形成环形槽3的内部，环形槽3形成在靶体外侧部6和靶部 5的冷却侧部2之间。冷媒可以在环形槽3内流动，从而带走靶部5的冷却侧部2的热量，降低靶部5的冷却侧部2的温度。
在一个实施例中，靶部5的侧部的冷却侧部2、所述第一脊部21、第二脊部22以及靶体外侧部6是一体结构。一体结构是有利的，靶部5产生的热可以迅速被传递至靶部5的低温区。
在一个实施例中，靶体外侧部6的顶面和所述第一脊部21、第二脊部 22的顶面位于同一平面。X射线转换靶还可以包括盖板7，所述盖板7布置在靶体外侧部6的顶面和所述第一脊部21、第二脊部22的顶面上。
在本实施例中，当盖板7覆盖在靶体外侧部6的顶面和所述第一脊部 21、第二脊部22的顶面上，由于靶体外侧部6的顶面和所述第一脊部21、第二脊部22的顶面位于同一平面，可以知道，第一脊部21和第二脊部22 之间的冷却槽1和环形槽3被第一脊部21和第二脊部22分开，同时第一脊部21和第二脊部22将环形槽3分成两个部分，例如图3中环形槽3被分成左侧的环形槽3部分和右侧的环形槽3部分。需要说明的是，这里说的分开指的冷媒不能通过靶体外侧部6的顶面和所述第一脊部21、第二脊部22的顶面从环形槽3流入冷却槽1中。
靶体外侧部6和靶部5的冷却侧部2通过连接部连接以便与靶体外侧部6、靶部5的冷却侧部2共同限定所述环形槽3。此时，如图3所示，环形槽3由上侧的盖板7、下侧的连接部、外侧的靶体外侧部6和中间的靶部5的冷却侧部2共同形成。这里的上、下等表示方位的表述是相对于图而言，为了描述各部件之间的相对位置关系。在其他情况下，例如将靶体颠倒放置，盖板7可以在下侧，而连接部可以在上侧。
在本实施例中，所述连接部包括靠近靶部5的第一端的流体入口8和靠近靶部5的与第一端相对的第二端的流体出口9。例如水的冷媒从流体入口8进入环形槽3，参照图2可以想到，由于靶体外侧部6的顶面和所述第一脊部21、第二脊部22的顶面位于同一平面且与盖板7接触，因而水沿图2的箭头方向流动，一部分水流入冷却槽1中，沿图2的中间的箭头所示，从流体出口9流出；一部分水沿环形槽3的左侧流动，穿过环形槽3的左侧，从流体出口9流出；还一部分水沿环形槽3的右侧流动，穿过环形槽3的右侧，从流体出口9流出。在本实施例中，由于第一脊部21 和第二脊部22的设置，冷媒被分成三股，分别流过冷却通道；并且，第一脊部21和第二脊部22可以用作散热片；同时，由于流体被分成多股，流体的流速被增大，因而提高了冷媒的冷却效果。在本实施例中，冷媒直接接触靶部5的第二面或称为背部，靶部5的第一面由于高能电子束的轰击产生的大量的热被传递给冷却通道中的冷媒，避免了靶部5的温度的迅速升高。靶部5的冷却侧部2可以与靶部5是一体的，因而靶部5的热可以迅速地传递给靶部5的冷却侧部2，冷却侧部2与冷媒直接接触，因而进一步给靶部5提高冷却支持。
在本发明的另一实施例中，靶部5的第二面还设置第三脊部、甚至第四脊部，进一步提供与冷媒接触的散热部件。第三脊部或更多的脊部的顶面可以不与第一脊部21的顶面在同一平面。多个脊部可以增强类似散热片的脊部的散热功能。
在一个实施例中，第三脊部或更多的基部的顶面与第一脊部21和第二脊部22的顶面位于同一平面，此时，冷却槽1被分成多个冷却槽1，不但多个脊部能够提高散热效果，由于冷却槽1的横截面面积减小(被多个脊部占有)，因而相同冷媒流量的情况下，冷媒的流速增大，冷媒与脊部接触面积进一步增大的情况下，也即冷媒与靶部5的间接接触增大，冷却效果被大大提高。此时，靶部5由导热材料铜构成尤为重要，铜能够将靶部5产生的热迅速传递至其背面(第二面)，还可以传递给靶部5的冷却侧部2。
在一个实施例中，在靶部5表面设置金。例如铜靶部5的表面设置金层4，这样得到复合靶部5，这是有利的，复合靶部5可以确保在相同能量的高能电子束得到较高的剂量产额的X射线。例如，靶部5的产生X 射线的部分例如可以是1mm厚度的金4覆盖在4mm厚度的无氧铜上组成的复合靶，该复合靶可以提供较大的剂量产额，长度为80mm，该长度可以配合扫描磁铁产生条状的X射线，满足了不同的X射线形状需求。
在本实施例中，靶部5的冷却侧部2限定冷却侧部2内部空间，当高能电子束轰击靶部5的时候，靶部5产生X射线在冷却侧部2内部空间内传播，而一部分高能电子形成反轰电子反射离开靶部5。在图5中示出了高能电子书轰击靶部5的时候，反轰电子的分布情形。在图5中，θ1为 15°，θ2为25°，反轰电子在10°～25°以及大于25°的区域占到了90％，在大于25°区域内的反轰电子被靶部5的冷却侧部2吸收。靶部5的冷却侧部2吸收反轰电子会导致温度升高，由于冷却侧部2构成环形槽3的侧壁而与冷媒直接接触，因而环形槽3中的冷媒可以迅速带走冷却侧部2的热，冷却侧部2的温度可以得以有效控制。靶部5的冷却侧部2的厚度可以例如为7mm、7.5mm或8mm等，能够有效地阻挡部分反轰电子，同时可以有效地带走靶部5产生的热。
在本发明的一个实施例中，靶体的外侧部的厚度可以为例如4mm，盖板7的厚度可以例如为1.5mm，盖板7可以是不锈钢板。盖板7可以起到固定和密封靶的作用。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，X射线转换靶还包括通道支撑板13，通道支撑板13限定靶部5产生的X射线出射通道。通道支撑板 13可以接续靶体外侧部6延伸。通道支撑板13可以是不锈钢板形成。通道支撑板13可以防止X射线散射，还可以阻止部分反轰电子散射到外部造成人员损伤。由于反轰电子的轰击，通道支撑板13温度会升高，在本发明的一个实施例中，X射线转换靶还包括支撑板散热片14，所述支撑板散热片14布置在所述通道支撑板13的外部用于通道支撑板13的散热。在一个实施例中，通道支撑板13及其外部的支撑板散热片14的尺寸形成为以便覆盖如图5所示的10°～25°区域。支撑板散热片14由铜板形成。
在实际使用过程中，当高能电子束轰击靶部5的时候，通过流体入口 8注入冷媒，例如水，从流体出口9排出冷媒。靶部5的温度得到良好的控制。冷媒的注入量可以根据高能电子书的能量确定。
虽然本总体专利构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体专利构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
Claims (12)
1.一种X射线转换靶，包括靶体和靶部，靶部设置在靶体内部，靶部具有第一面，所述第一面配置用于产生X射线；
其中，X射线转换靶还包括冷却通道，所述冷却通道的侧壁至少部分由靶部的一部分构成；
其中，所述冷却通道包括位于靶部的第二面的冷却槽，所述第二面与所述第一面是靶部的背对的两个面；
所述冷却槽由相对设置的、分别沿靶部的第二面的边缘延伸的第一脊部和第二脊部与第二面共同限定；
所述冷却通道包括位于靶部的侧部的环形槽；
X射线转换靶还包括：
位于靶部的侧部的冷却侧部，所述冷却侧部限定冷却侧部内部空间，靶部产生的X射线在冷却侧部内部空间内传播；和
靶体外侧部，所述靶体外侧部限定所述靶体的内部空间；其中，所述靶体外侧部和所述靶部的冷却侧部限定所述环形槽；
其中所述冷却槽在第一脊部和第二脊部的端部与所述环形槽流体联通。
2.根据权利要求1所述的X射线转换靶，其中，靶体外侧部和靶部的冷却侧部通过连接部连接以便与靶体外侧部、靶部的冷却侧部共同限定所述环形槽，并且，所述连接部包括靠近靶部的第一端的流体入口和靠近靶部的与第一端相对的第二端的流体出口。
3.根据权利要求2所述的X射线转换靶，其中，靶体外侧部的顶面和所述第一脊部、第二脊部的顶面位于同一平面。
4.根据权利要求3所述的X射线转换靶，还包括盖板，所述盖板布置在靶体外侧部的顶面和所述第一脊部、第二脊部的顶面上。
5.根据权利要求1所述的X射线转换靶，其中，所述靶部包括铜。
6.根据权利要求5所述的X射线转换靶，其中，所述靶部包括位于铜表面的金。
7.根据权利要求1所述的X射线转换靶，还包括通道支撑板，通道支撑板限定靶部产生的X射线出射通道。
8.根据权利要求1所述的X射线转换靶，还包括通道支撑板，所述通道支撑板限定靶部产生的X射线出射通道；并且，通道支撑板接续靶体外侧部延伸。
9.根据权利要求7或8所述的X射线转换靶，还包括支撑板散热片，所述支撑板散热片布置在所述通道支撑板的外部用于通道支撑板的散热。
10.根据权利要求1所述的X射线转换靶，其中，靶部的侧部的冷却侧部与所述第一脊部、第二脊部是一体结构。
11.根据权利要求1所述的X射线转换靶，其中，靶部的侧部的冷却侧部、所述第一脊部、第二脊部以及靶体外侧部是一体结构。
12.根据权利要求1所述的X射线转换靶，其中相对于第二面，第一脊部和第二脊部具有大于5mm的厚度。
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