CN110942967A - 一种x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X射线管，包括阳极座、阳极靶、聚焦槽和阴极，所述阳极座呈圆环形结构，阳极靶沿圆环形结构周向分布设置在阳极座的内壁上、且在X射线管轴向截面方向上阳极靶的轰击面呈倒圆台形结构；所述阴极位于圆环形结构圆心处，沿阴极的外壁周向设有聚焦槽，聚焦槽内分布设有阴极灯丝。本发明提供的一种X射线管，可大幅提高固定阳极X射线管功率，提供均匀性好的大剂量定向X射线辐射场。一般固定阳极X射线管的实际焦点尺寸最大在5mm水平，由于本发明的阳极是安装在阴极及聚焦槽的外面，可形成尺寸大得多的环形焦斑，最大可在100mm以上，X射线辐射场均匀性更好。

Description

一种X射线管

技术领域

本发明涉及电真空技术领域，具体涉及一种X射线管，可用于医疗器械领域、工业无损检测、X射线辐照等技术领域。

背景技术

X射线管是利用电子束轰击辐射转换靶，产生X射线的一种电真空器件，是X射线机(X光机)中的关键部件。阴极(常用钨灯丝)发射的电子在阳极靶高压电场作用下，高速轰击阳极靶，因韧致辐射产生X光，但只有1％电子束能量转换为X光，其余99％的能量都转换为热沉积在阳极靶中，导致阳极靶温度急剧升高。X射线管在医学上用于诊断和治疗，在工业上用于无损检测和光谱分析。

目前，市场上的固定阳极X射线管的功率较小，这是由于固定阳极X射线管的靶面静置不动，电子流轰击在阳极靶靶面固定的小区域上，然而单位面积上所承受的最大功率是一定的，所以固定阳极X射线管的功率是有限的；此外固定阳极X射线管散热效率低也是影响X射线管功率的重要因素。固定阳极X射线管只能以增大有效焦斑牺牲清晰度或者提高散热效率的方式增加功率，但是可增加的功率幅度较小。因此固定阳极X射线管常用于小型X射线机上，而大型X射线机常采用旋转阳极X射线管。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：传统的固定阳极X射线管功率较小，且固定阳极X射线管的功率是有限的，无法较大幅度提升，不适用于大型X射线机，本发明提供了解决上述问题的一种X射线管。

本发明通过下述技术方案实现：

一种X射线管，包括阳极座、阳极靶、聚焦槽和阴极，所述阳极座呈圆环形结构，阳极靶沿圆环形结构周向分布设置在阳极座的内壁上、且在X射线管轴向截面方向上阳极靶的轰击面呈倒圆台形结构；所述阴极位于圆环形结构圆心处，沿阴极的外壁周向设有聚焦槽，聚焦槽内分布设有阴极灯丝。

本发明X射线管阳极、阳极靶呈环形围绕在阴极外部，尺寸较大，实际焦点尺寸呈环形鞋面结构，相对于传统的固定阳极X射线管的实际焦点明显增大，在相同电子束功率密度下，阳极靶能承受更大的功率。X射线管内的实际焦点，即阴极灯丝电子轰击在阳极靶面上的面积，实际焦点越大，受轰击的阳极靶面积越大，可承受的功率值相应增加，因此可有效提高固定阳极X射线管的功率。

进一步地，所述阳极靶为沿阳极座内壁周向连续的一体化结构，或者是由若干靶单元沿阳极座内壁周向间隔或连续分布的结构。

阳极靶靶面局部形态并无限制要求，只要保障整体呈内锥面结构即可；阳极靶靶面可以使一体化结构，也可以是拼接结构，此外阳极靶工作面是内锥面，但不限于内圆锥面，还可以是由多块较小的平面靶拼接而成相近形状。

进一步地，所述阴极灯丝为沿聚焦槽周向连续分布为一体化结构，或是由若干灯丝单元沿聚焦槽的周向间隔或连续分布的结构。

阴极灯丝设置结构通常与阳极靶靶面适配，可采用连续的一体化结构，或者由多个小段直线或弧线等线性结构拼接构成。

进一步地，所述阴极灯丝的结构形状包括环形、C形、或由多段弧形或直条形拼接成近似于环形、C形结构。

本发明进一步优选阴极灯丝的整体形状呈环形或C型结构、或类似环形或C型结构，具体的环形或C型结构可是一条连续的弧线结构、或是多段弧形或直条形拼接而成

进一步地，在沿X射线管轴向上，聚焦槽内分布多个阴极灯丝；或者在聚焦槽内，阴极灯丝沿X射线管轴向呈螺旋状分布。

依据X射线管的实际设计需求，阴极灯丝可采用围绕聚焦槽轴向的单根结构，也可采用沿X射线管轴向分布的多根结构，或者是沿X射线管轴向分布的螺旋缠绕结构。

进一步地，所述阳极靶与阴极之间设有屏蔽罩，屏蔽罩上设有供阴极发出的电子束通过的环形缝。

通过设置屏蔽罩主要用于吸收由阴极发射的电子流轰击在阳极靶靶面上之后产生的二次电子，防止大量的二次电子溢出。

进一步地，还包括外壳和输出窗，所述阳极座、阳极靶、聚焦槽和阴极置于外壳内密封固定，X射线管产生的X射线由输出窗输出。

本发明提供的阳极座、阳极靶、聚焦槽和阴极结构可采用常规固定结构密封在外壳内。

进一步地，所述阳极座的底端通过焊接环与外壳端部密封连接，阳极座的顶端密封设置输出窗，阳极座的外壁置于外部环境中。

本发明将阳极座底端通过焊接环与外壳顶端连接，阳极座置于输出罩和外壳之间，将阳极座作为外壳的一部分，阳极座的外壁置于外部环境中，利于增大散热面积，也便于增设其他散热机构如风冷、水冷、油冷等散热结构，整个阳极散热效率更高，从而也利于提高X射线管功率。

进一步地，还包括阴极杆，所述阴极杆用于将阴极固定在外壳上，并作为阴极灯丝的引出电极。

进一步地，所述输出窗的形状包括斜面结构、锥面结构、球面结构或弧面结构。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的一种X射线管，可大幅提高固定阳极X射线管功率，提供均匀性好的大剂量定向X射线辐射场。本发明X射线管阳极、阳极靶呈环形围绕在阴极外部，尺寸较大，实际焦点尺寸呈环形鞋面结构，相对于传统的固定阳极X射线管的实际焦点明显增大，在相同电子束功率密度下，阳极靶能承受更大的功率。X射线管内的实际焦点，即阴极灯丝电子轰击在阳极靶面上的面积，实际焦点越大，受轰击的阳极靶面积越大，可承受的功率值相应增加，因此可有效提高固定阳极X射线管的功率。

一般固定阳极X射线管的实际焦点尺寸最大在5mm水平，由于本发明的阳极是安装在阴极及聚焦槽的外面，可形成尺寸大得多的环形焦斑，最大可在100mm以上，X射线辐射场均匀性更好。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有具有固定阳极X射线管的结构示意图；

图2为本发明的一种X射线管，无屏蔽罩；

图3为本发明的一种X射线管，有屏蔽罩；

图4为本发明的一种X射线管，有屏蔽罩，且与图3的射线窗和屏蔽罩结构不同；

图5为本发明的一种X射线管发出的射线束示意图；

图6为本发明的C形阴极结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-外壳，2-焊接环，3-阳极座，4-射线窗，5-阳极靶，6-阴极，7-聚焦槽，8-阴极杆，9-屏蔽罩，10-阴极灯丝，11-电子束轰击斑(锥面环)，12-射线无重叠区域，13-射线有重叠区域(锥体)；A-阴极，B-外壳，C-阳极；附图中箭头表示主射线方向。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种X射线管，如图2所示，包括阳极座3、阳极靶5、聚焦槽7和阴极6，阳极座3呈圆环形结构，阳极靶5沿圆环形结构周向分布设置在阳极座3的内壁上、且在X射线管轴向截面方向上阳极靶5的轰击面呈倒圆台形结构，即阳极靶5的靶面呈内圆锥面部分结构，阳极靶5的环形靶面结构内径由上至下逐渐减小；阴极6位于圆环形结构圆心处，沿阴极6的外壁周向设有聚焦槽7，聚焦槽7内分布设有阴极灯丝10，阴极灯丝10与阳极靶5的靶面正对设置。

实施例2

在实施例1的基础上进一步改进，所述阳极靶5为沿阳极座3内壁周向连续的一体化结构，或者是由多个靶单元沿阳极座3内壁周向间隔或连续分布的结构，靶单元为弧面结构或平面结构、或弧面和平面的组合结构。阴极灯丝10为沿聚焦槽7周向连续分布为一体化结构，或是由多个灯丝单元沿聚焦槽7的周向间隔或连续分布的结构，灯丝单元为直线结构或弧线结构、或直线和弧线的组合结构。优选阴极灯丝10的结构形状包括环形、C形、或由多段弧形或直条形拼接成近似于环形、C形结构，C型结构如图6所示。

实施例3

在实施例2的基础上进一步改进，在沿X射线管轴向上，聚焦槽7内分布多个阴极灯丝10，如在在沿X射线管轴向上，聚焦槽7内分布多个环形的阴极灯丝10。或者在聚焦槽7内，阴极灯丝10沿X射线管轴向呈螺旋状分布，类似柱状弹簧结构。

实施例4

在实施例3的基础上进一步改进，所述阳极靶5与阴极6之间设有屏蔽罩9，屏蔽罩9上设有供阴极6发出的电子束通过的环形缝，如图3和4所示。

实施例5

在实施例4的基础上进一步改进，如图2-4所示，还包括外壳1和输出窗4，阳极座3、阳极靶5、聚焦槽7和阴极6置于外壳1内密封固定，X射线管产生的X射线由输出窗4输出。为进一步提高X射线管的散热效率，阳极座3的底端通过焊接环2与外壳1端部密封连接，阳极座3的顶端密封设置输出窗4，阳极座3的外壁置于外部环境中。还包括阴极杆8，所述阴极杆8用于将阴极6固定在外壳1上，并作为阴极灯丝的引出电极。输出窗4的形状包括斜面结构、锥面结构、球面结构或弧面结构。

工作时，阴极6发射的电子经电场加速后轰击在阳极靶5的内锥面上，形成环形锥面焦斑，如图5所示。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种X射线管，包括阳极座(3)、阳极靶(5)、聚焦槽(7)和阴极(6)，其特征在于，所述阳极座(3)呈圆环形结构，阳极靶(5)沿圆环形结构周向分布设置在阳极座(3)的内壁上、且在X射线管轴向截面方向上阳极靶(5)的轰击面呈倒圆台形结构；所述阴极(6)位于圆环形结构圆心处，沿阴极(6)的外壁周向设有聚焦槽(7)，聚焦槽(7)内分布设有阴极灯丝(10)。

2.根据权利要求1所述的一种X射线管，其特征在于，所述阳极靶(5)为沿阳极座(3)内壁周向连续的一体化结构，或者是由若干靶单元沿阳极座(3)内壁周向间隔或连续分布的结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种X射线管，其特征在于，所述阴极灯丝(10)为沿聚焦槽(7)周向连续分布为一体化结构，或是由若干灯丝单元沿聚焦槽(7)的周向间隔或连续分布的结构。

4.根据权利要求3所述的一种X射线管，其特征在于，所述阴极灯丝(10)的结构形状包括环形、C形、或由多段弧形或直条形拼接成近似于环形、C形结构。

5.根据权利要求1所述的一种X射线管，其特征在于，在沿X射线管轴向上，聚焦槽(7)内分布多个阴极灯丝(10)；或者在聚焦槽(7)内，阴极灯丝(10)沿X射线管轴向呈螺旋状分布。

6.根据权利要求1所述的一种X射线管，其特征在于，所述阳极靶(5)与阴极(6)之间设有屏蔽罩(9)，屏蔽罩(9)上设有供阴极(6)发出的电子束通过的环形缝。

7.根据权利要求1所述的一种X射线管，其特征在于，还包括外壳(1)和输出窗(4)，所述阳极座(3)、阳极靶(5)、聚焦槽(7)和阴极(6)置于外壳(1)内密封固定，X射线管产生的X射线由输出窗(4)输出。

8.根据权利要求1所述的一种X射线管，其特征在于，所述阳极座(3)的底端通过焊接环(2)与外壳(1)端部密封连接，阳极座(3)的顶端密封设置输出窗(4)，阳极座(3)的外壁置于外部环境中。

9.根据权利要求8所述的一种X射线管，其特征在于，还包括阴极杆(8)，所述阴极杆(8)用于将阴极(6)固定在外壳(1)上，并作为阴极灯丝的引出电极。

10.根据权利要求7或8所述的一种X射线管，其特征在于，所述输出窗(4)的形状包括斜面结构、锥面结构、球面结构或弧面结构。

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