CN109216140A - 多焦点x射线管和壳体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多焦点X射线管和壳体。多焦点X射线管包括：壳体；阴极，所述阴极位于壳体内并且被构造成从多个位置分别产生电子束流；以及阳极，所述阳极位于壳体内并且被构造成与阴极对准以从多个靶点产生多束X射线。在壳体上设有引出窗口，所述引出窗口形成为细长的狭缝并且引出窗口布置成与阳极上的多个靶点对准。在所述引出窗口上设置有窗体，所述窗体设置成对所述壳体进行密封并允许所述X射线通过所述窗体引出所述壳体。通过在多焦点X射线管的壳体上与设置在壳体内部的阳极的多个靶点对齐的位置处布置一个细长的引出窗口，可以将从阳极的多个靶点射出的多束X射线引出到壳体外部，同时可以实现射线管内部的高真空状态。

Description

多焦点X射线管和壳体

技术领域

本发明的实施例涉及一种X射线管，特别是，涉及一种多焦点X射线管和应用于这种多焦点X射线管的壳体。

背景技术

X射线在工业无损检测、安全检查、医学诊断和治疗等领域具有广泛的应用。产生X射线的装置称为X射线源，通常由X射线管、电源与控制系统、冷却及屏蔽等辅助装置等构成。X射线管包含阴极、阳极和壳体三个主要部分。阴极产生电子束流，电子束流被阴极与阳极之间的高压电场加速，并撞击阳极靶点，从而产生X射线。

X射线需要从壳体上的某个位置引出，通常将该位置称为引出窗口。X射线具有很强的穿透能力，几乎可以穿透自然界的各种物质，但是其穿透能力除与其本身的能量有关外，还与其所穿透物质的质量厚度相关，即质量厚度越小的物体对X射线的阻挡越小。为了更好地引出X射线，通常将引出窗口的厚度最大程度地减小，但是X射线管是一个密封的高真空腔体，引出窗口处要承受至少一个大气压力，所以通常将引出窗口设计成很小的圆形或者方形。

还研发了一种多焦点X射线源，多焦点射线源包括壳体、设置在壳体中的阴极和阳极。阴极被构造成从多个位置分别产生电子束流；阳极被构造成与阴极对准以从多个靶点产生多束X射线。

发明内容

本发明的实施例所要解决的技术问题在于，提供一种壳体和包括这种壳体的多焦点X射线管，能够将通过多个阴极、阴极上的多个靶点产生多束X射线引出壳体。

根据本发明的一个方面的实施例，提供一种多焦点X射线管，包括壳体、阴极和阳极。阴极位于壳体内并且被构造成从多个位置分别产生电子束流。阳极位于壳体内并且被构造成与阴极对准以从多个靶点产生多束X射线。在壳体上设有引出窗口，所述引出窗口形成为细长的狭缝并且引出窗口布置成与阳极上的多个靶点对准。在所述引出窗口上设置有窗体，所述窗体设置成对所述壳体进行密封并允许所述X射线通过所述窗体引出所述壳体。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，引出窗口在宽度方向上的截面的至少一部分具有从内到外逐渐扩大的截锥形状。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，所述截锥形状与一束X射线的扇形截面大致相符。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，所述窗体的厚度小于所述壳体的厚度。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，所述窗体的厚度与壳体的厚度之比小于1：5，优选地，小于1：10。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，所述窗体的厚度小于1mm，优选地，为0.02mm～0.5mm。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，所述引出窗口的长度与宽度比大于5，优选地，大于10。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，所述窗体设置在引出窗口的内侧、外侧或者内侧和外侧之间。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，所述窗体和所述壳体由不同的材料制成。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，所述窗体采用焊接、烧结或压接的方式被固定至壳体。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，所述窗体通过连接组件被固定至壳体，所述连接组件包括：环形的压板，被构造成将所述窗体的周边压合在所述壳体上；以及紧固件，在所述窗体的外围穿过所述压板，以将所述压板固定在所述壳体上。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，所述连接组件还包括设置在所述壳体和所述窗体的周边之间的密封圈。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，在所述引出窗口中形成面向壳体外部的台阶部，所述窗体的周边固定在所述台阶部上。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，所述壳体由金属、陶瓷或者玻璃制成，所述窗体由选自钛箔、铜箔、铝箔、铍箔、不锈钢箔组成的组中的一种的金属箔制成、或者由陶瓷片、玻璃片或者石英片制成。

根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管，所述窗体和所述壳体由相同的材料一体制成。

根据本发明另一方面的实施例，提供一种用于多焦点X射线管的壳体，在壳体上设有引出窗口，所述引出窗口形成为细长的狭缝并且布置成与阳极上的多个靶点对准，并且在所述引出窗口上设置有窗体，所述窗体设置成对所述壳体进行密封并允许所述壳体内部的X射线通过所述窗体引出所述壳体。

根据本发明的上述工作实施例的壳体和多焦点X射线管，通过在多焦点X射线管的壳体上布置一个细长的引出窗口，引出窗口与阳极的多个靶点对准，可以将从阳极的多个靶点射出的多束X射线引出到壳体外部，同时可以实现射线管内部的高真空状态。

附图说明

本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明的一种示例性实施例的多焦点X射线管的立体示意图；

图2是图1所示的多焦点X射线管发射X射线的工作原理示意图；

图3是图1所示的多焦点X射线管的设有引出窗口的一个侧壁的立体示意图；

图4是图3所示的侧壁的在宽度方向上的截面示意图；

图5A-5C是示出窗体设置在壳体的不同位置的截面示意图，其中图5A示出窗体设置在壳体的内侧，图5B示出窗体设置在壳体的内侧和外侧之间，图5C示出窗体设置在壳体的外侧；

图6是根据本发明的一种示例性实施例的多焦点X射线管的壳体的立体示意图；

图7是根据本发明的一种示例性实施例图6所示的壳体在引出窗口处的截面示意图；

图8是根据本发明的另一种示例性实施例图6所示的壳体的在引出窗口处的截面示意图；

图9是根据本发明的另一种示例性实施例的多焦点X射线管的壳体的立体示意图；以及

图10是图9所示的壳体的在引出窗口处的截面示意图。

附图标记说明

1：壳体；

2：阴极；

3：阳极；

4,4’：引出窗口；

5：窗体；

6：焊接位置；

6’：焊接钎料；

7：密封圈；

8：压板；

9：紧固件；

10：台阶部；

11：电源接口；

E：电子束流；

X：X射线；

L：引出窗口的长度；

W：引出窗口的宽度；

D：壳体的厚度；

d：窗体的厚度。

具体实施方式

在整个说明书中，类似的附图标记表示类似的部分。

下面将通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明总体构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本发明总体上的发明构思，一种多焦点X射线管，包括：壳体；阴极，所述阴极位于壳体内并且被构造成从多个位置分别产生电子束流；以及阳极，所述阳极位于壳体内并且被构造成与阴极对准以从多个靶点产生多束X射线。在壳体上设有引出窗口，所述引出窗口形成为细长的狭缝并且布置成与阳极上的多个靶点对准。在所述引出窗口上设置有窗体，所述窗体设置成对所述壳体进行密封并允许所述X射线通过所述窗体引出所述壳体。

图1是根据本发明的一种示例性实施例的多焦点X射线管的立体示意图；图2是图1所示的多焦点X射线管发射X射线的工作原理示意图；图3是图1所示的多焦点X射线管的设有引出窗口的一个侧壁的立体示意图；图4是图3所示的侧壁的在宽度方向上的截面示意图。

如图1-4所示，根据本发明的一种实施例的多焦点X射线管包括：壳体1、阴极2和阳极3。壳体1内形成高真空。阴极2位于壳体1内并且被构造成，多个位置分别引出电子束流E。阳极3位于壳体1内并且被构造成与阴极对准以从多个靶点产生多束X射线。具体而言，由阴极2引出的电子束流被位于于阴极与阳极之间的高压电场加速并获得能量，撞击阳极上的多个靶点(或者焦点)，从而产生多束X射线X。外部控制器通过外部电源接口11与阴极2和阳极3电连接，以控制阴极2和阳极3的操作。

壳体1上设有引出窗口4，所述引出窗口4形成为细长的狭缝并且布置成与阳极3上的多个靶点对准。也就是说，引出窗口4的细长狭缝延伸的方向与阳极3上的多个靶点的排列方向相同，即引出窗口4与阳极3设置成基本平行。这样，从靶点产生的X射线可以到达引出窗口4。

在引出窗口4上设置有窗体5，所述窗体5设置成对壳体1进行密封并允许X射线X通过窗体5引出壳体1。可以理解，引出窗口是指该位置相对壳体1的其它位置具有相对小得多的厚度，但并非完全开口，因为X射线管需要形成真空密封。这样，窗体5与壳体1形成真空密封结构，使阴极2和阳极3处于高真空环境下，一方面使得阴极2产生的电子束流E可以顺利达到阳极3，而不会因为与空气分子碰撞而损失掉；另一方面真空的绝缘特性使得阳极3可以处于相对阴极2的高电压状态，而不会轻易产生击穿打火。阳极3上的多个靶点位置产生的X射线X通过设置在引出窗口4上的窗体5引出到射线管的壳体外部，用于X射线透视成像等应用。

在一种示例性实施例中，多个靶点在阳极3上通常排列为一条直线或者弧线，相应地，用于引出X射线的引出窗口也设计为对应的直线形狭缝或者弧线形狭缝。

图5A-5C是示出窗体设置在壳体的不同位置的截面示意图，其中图5A示出窗体设置在壳体的内侧，图5B示出窗体设置在壳体的内侧和外侧之间，图5C示出窗体设置在壳体的外侧。

在一种实施例中，如图5A-5C所示，引出窗口4在宽度方向(图5中的上下方向)的截面至少一部分具有从内到外逐渐扩大的截锥形状，即图1所示的引出窗口4在壳体内侧的宽度小于在壳体外侧的宽度W。进一步地，截锥形状与X射线束的扇形截面大致相符。具体而言，X射线从阳极3上的相应靶点呈立体发散状向外发射，引出窗口4的锥角顶点与阳极3的靶点位置重合。这样，有利于引出X射线，同时保持壳体1在引出窗口的部位具有较强的强度。

在一种实施例中，如图4所示，窗体5的厚度d小于壳体1的厚度D，使得X射线以较大的透射率穿过窗体5。例如，窗体5的厚度与壳体1的厚度之比小于1：5，优选地，小于1：10。在一种示例性实施例中，引出窗口4处布置有窗体5，窗体5的厚度非常薄，在零点几毫米到毫米量级的厚度范围内。例如，窗体5的厚度小于1mm，优选地，为0.02mm～0.5mm。这样，窗体5对X射线的阻挡远小于壳体1的其他位置，从而可以最大限度引出X射线。

一般地，壳体1的内侧为高真空状态，外侧为大气，因此壳体需要承受至少一个大气压强的压力，需要将壳体1设计为具有一定的厚度D。通常X射线管的体积越大，壳体1的面积也越大，承受的压力也越大，壳体1的厚度D就越大。具有较大厚度的壳体1对阳极3产生的X射线具有非常明显的阻挡作用，因此不利于X射线的引出，所以需要在壳体1上开设窗口来引出X射线。本发明实施例的引出窗口4形成为细长狭缝，面积较小，引出窗口4本身承受的压力小，窗体5的厚度d就可以设计得很薄。窗口在大气压强的作用下可以有少量的变形但是不会破裂。

在一种实施例中，如图3所示，引出窗口4的长度L与宽度W比大于5，优选地，大于10。在一种实施例中，引出窗口4的长度、宽度与厚度的比大于500:100:1。这样，使得引出窗口4为细长的狭缝结构。例如，窗体5的引出窗口4宽度的为几毫米而长度可以达到百毫米以上。

图6是根据本发明的一种示例性实施例的多焦点X射线管的壳体的立体示意图；图7是根据本发明的一种示例性实施例图6所示的壳体在引出窗口处的截面示意图；图8是根据本发明的另一种示例性实施例图6所示的壳体的在引出窗口处的截面示意图。

如图5A-5C、6-8所示，窗体5设置在引出窗口4的内侧、外侧或者内侧和外侧之间。窗体5和壳体1由不同的材料制成。例如，壳体1由金属、陶瓷或者玻璃制成，窗体5由选自钛箔、铜箔、铝箔、铍箔、不锈钢箔组成的组中的一种的金属箔制成，并且窗体5采用焊接、钎焊或者压接的方式固定在壳体1上并形成真空密封结构。由于金属箔的厚度均匀，因此由金属箔制成的窗体具有非常大的便利性和成本优势。

在一种可替换的实施例中，壳体1由金属、陶瓷或者玻璃制成，窗体5由例如陶瓷片、玻璃片、石英片之类的非金属的薄片材料制成，并且窗体5采用焊接或烧结的方式固定至引出窗口4，且与壳体1形成真空密封结构。

如图7所示，在一种示例性实施例中，采用焊接方式将窗体5在壳体上固定至引出窗口4的外侧。由金属箔制成的窗体5的面积可以完全覆盖引出窗口4，焊接位置6是围绕引出窗口4完整的一周，使得引出窗体5与壳体1之间的焊接连接(融合)是一个完整封闭的一圈，从而使得引出窗体5与壳体1形成真空密封结构。焊接方式包括，但并不限于，氩弧焊、电阻焊、激光焊、钎焊、电子束焊、摩擦焊、扩散焊、爆炸焊等。

在图8所示的实施例中，在引出窗口4’中形成面向壳体1外部的台阶部10，窗体5的周边固定在台阶部10上。引出窗口4’位于窗体5内侧的部分具有向外逐渐增加的截锥形，引出窗口4’位于窗体5外侧的部分具有矩形形状。壳体1的引出窗口4’中的台阶部10设置成围绕引出窗口4’完整的一圈。台阶部10上放置有焊接钎料6’，焊接钎料6’也沿着台阶部10布置成完整的一圈。窗体5的外圆周小于引出窗口4’的台阶部10的外圆周，窗体5放置在焊接钎料6’上。壳体1、焊接钎料6’、引出窗体5按照所述由内到外的位置关系整体放置到高温钎焊炉中，高温使焊接钎料6’融化，温度降下来时焊接钎料6’将窗体5真空密封固定在壳体1上。

在一种实施例中，引出窗口4的位置附近设置有机械强度增强结构，例如使得壳体在引出窗口附近的厚度增加，或者设置加强筋结构。X射线管是一个真空密封结构件，外部为大气，内部为高真空，因此壳体需要承受住一个大气压力。由于壳体在引出窗口处形成细长开孔，结构强度变弱，在大气压力的作用下其变形量有可能超出设计允许值，因此通过增加局部壳体厚度或者加强筋来增加引出窗口的机械强度。

图9是根据本发明的另一种示例性实施例的多焦点X射线管的壳体的立体示意图；图10是图9所示的壳体的在引出窗口处的截面示意图。

在一种示例性实施例中，窗体5通过连接组件被固定至壳体1，所述连接组件包括：环形的压板8，被构造成将窗体5的周边压合在壳体1上；以及紧固件9，在窗体5的外围穿过压板8，以将压板8固定在壳体1上。窗体5具有相对引出窗口4较大的面积，能够完全覆盖住引出窗口4。进一步地，连接组件还包括设置在壳体1和窗体5的周边之间的密封圈7。密封圈7是具有高真空密封特性，且是一周完整的，密封圈7放置在壳体1的环绕引出窗口4与窗体5的周边之间。压板8在与引出窗口4对应的位置具有多个开孔，压板8压在窗体5上，且通过窗体5可以均匀挤压密封圈7。紧固件9连接压板8和壳体1，通过紧固作用使密封圈7受到挤压变形，最后使得窗体5与壳体1实现真空密封连接。紧固件9例如包括螺钉或者铆钉。采用这种紧固方式，可以将窗体5牢固地固定在壳体1上。

在另一种实施例，窗体5和壳体1由相同的材料一体制成。如图4所示，窗体5是通过在厚度为D壳体1上加工去掉一部分材料而制成的，进而形成引出窗口4。这样，剩下的厚度为d很小一部分材料用做引出窗体5，窗体5是壳体1的一部分。也就是说，窗体5与壳体1形成一个整体，具有非常好的真空密封性，并且容易将窗体5形成在壳体1的内侧或者内侧和外侧之间的位置(如图5A，5B所示)。

根据本发明另一方面的实施例，如图1-10所示，提供一种用于多焦点X射线管的壳体1。在壳体1上设有引出窗口4，所述引出窗口4形成为细长的狭缝并且布置成与阳极3上的多个靶点对准。在引出窗口4上设置有窗体5，所述窗体5设置成对所述壳体1进行密封并允许所述壳体1内部的X射线通过所述窗体5引出。

根据本发明的上述工作实施例的壳体和多焦点X射线管，通过在多焦点X射线管的壳体上布置一个细长的引出窗口，引出窗口的位置与阳极的多个靶点对准，将从阳极的多个靶点射出的X射线引出到壳体外部，同时实现射线管内部的高真空状态。进一步地，通过增加局部壳体厚度或者附加加强筋结构增加引出窗口的机械强度，使窗体具备足够的强度且通过紧密的连接方式与射线管壳体连成一体，实现射线管内部的高真空状态。

虽然为了例举说明的目的而根据当前被认为是最实际并且优选的实施例对本发明进行了详细描述。本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合，从而在解决本发明的技术问题的基础上，实现更多种壳体和多焦点X射线管。

在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本发明亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。

Claims (23)

1.一种多焦点X射线管，包括：

壳体；

阴极，所述阴极位于壳体内并且被构造成从多个位置分别引出电子束流；以及

阳极，所述阳极位于壳体内并且被构造成与阴极对准以从多个靶点产生多束X射线，

其中，在壳体上设有引出窗口，所述引出窗口形状为细长的狭缝并且引出窗口布置成与阳极上的多个靶点对准，并且

在所述引出窗口上设置有窗体，所述窗体设置成对所述壳体进行密封并允许所述X射线通过所述窗体引出所述壳体。

2.根据权利要求1所述的多焦点X射线管，其中，

引出窗口在宽度方向上的截面的至少一部分具有从内到外逐渐扩大的截锥形状。

3.根据权利要求2所述的多焦点X射线管，其中，

所述截锥形状与一束X射线的扇形截面大致相符。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的多焦点X射线管，其中，

所述窗体的厚度小于所述壳体的厚度，例如，所述窗体的厚度与壳体的厚度之比小于1：5，优选地，小于1：10。

5.根据权利要求4所述的多焦点X射线管，其中，

所述窗体的厚度小于1mm，优选地，为0.02mm～0.5mm。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的多焦点X射线管，其中，

所述引出窗口的长度与宽度比大于5，优选地，大于10。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的多焦点X射线管，其中，

所述窗体设置在引出窗口的内侧、外侧或者内侧和外侧之间。

8.根据权利要求7所述的多焦点X射线管，其中，所述窗体和所述壳体由不同的材料制成。

9.根据权利要求8所述的多焦点X射线管，其中，

所述窗体采用焊接、烧结或压接的方式被固定至壳体。

10.根据权利要求8所述的多焦点X射线管，其中，

所述窗体通过连接组件被固定至壳体，所述连接组件包括：

环形的压板，被构造成将所述窗体的周边压合在所述壳体上；

紧固件，在所述窗体的外围穿过所述压板，以将所述压板固定在所述壳体上；以及

密封圈，设置在所述壳体和所述窗体的周边之间。

11.根据权利要求7-10中的任一项所述的多焦点X射线管，其中，在所述引出窗口中形成面向壳体外部的台阶部，所述窗体的周边固定在所述台阶部上。

12.根据权利要求8-11中的任一项所述的多焦点X射线管，其中，所述壳体由金属、陶瓷或者玻璃制成，所述窗体由选自钛箔、铜箔、铝箔、铍箔、不锈钢箔组成的组中的一种的金属箔制成、或者由陶瓷片、玻璃片或者石英片组成的组中的一种的非金属箔制成。

13.根据权利要求7所述的多焦点X射线管，其中，所述窗体和所述壳体由相同的材料一体制成。

14.一种用于多焦点X射线管的壳体，其中，

在壳体上设有引出窗口，所述引出窗口形成为细长的狭缝并且布置成与阳极上的多个靶点对准，并且

在所述引出窗口上设置有窗体，所述窗体设置成对所述壳体进行密封并允许所述壳体内部的X射线通过所述窗体引出所述壳体。

15.根据权利要求14所述的壳体，其中，

引出窗口在宽度方向上的截面的至少一部分具有从内到外逐渐扩大的截锥形状。

16.根据权利要求15所述的壳体，其中，

所述截锥形状与一束X射线的扇形截面大致相符。

17.根据权利要求14-16中的任一项所述的壳体，其中，

所述窗体的厚度小于所述壳体的厚度，例如，所述窗体的厚度与壳体的厚度之比小于1：5，优选地，小于1：10。

18.根据权利要求14-17中的任一项所述的多焦点X射线管，其中，所述窗体设置在引出窗口的内侧、外侧或者内侧和外侧之间。

19.根据权利要求18所述的壳体，其中，所述窗体和所述壳体由不同的材料制成。

20.根据权利要求19所述的壳体，其中，

所述窗体采用焊接、烧结或压接的方式被固定至壳体。

21.根据权利要求19所述的壳体，其中，

所述窗体通过连接组件被固定至壳体，所述连接组件包括：

环形的压板，被构造成将所述窗体的周边压合在所述壳体上；

紧固件，在所述窗体的外围穿过所述压板，以将所述压板固定在所述壳体上；以及

密封圈，设置在所述壳体和所述窗体的周边之间。

22.根据权利要求18-21中的任一项所述的壳体，其中，

在所述引出窗口中形成面向壳体外部的台阶部，所述窗体的周边固定在所述台阶部上。

23.根据权利要求19-22中的任一项所述的壳体，其中，

所述壳体由金属、陶瓷或者玻璃制成，所述窗体由选自钛箔、铜箔、铝箔、铍箔、不锈钢箔组成的组中的一种的金属箔制成、或者由陶瓷片、玻璃片或者石英片制成。