CN111063595A - 脉冲x射线管微聚焦点光源装置及方法 - Google Patents

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郑侠
王川
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Abstract

本发明公开了一种脉冲X射线管微聚焦点光源装置及方法，属于脉冲射线领域，其技术方案要点是包括脉冲功率源、传输杆、阳极、阴极、点光源滤光片以及真空腔体，传输杆将脉冲功率源以及阳极连接，所述阳极包括圆锥状的稀土金属材料块，阴极包括圆环状的钢片，阳极水平设置且尖端正对阴极，阴极沿真空腔体的长度方向滑移连接在真空腔体内部，所述真空腔体内部沿其长度方向滑移连接有点光源滤光片。本发明达到了能够使，最终辐射出X射线点源的尺寸可以在几百μm的量级的效果。

Description

脉冲X射线管微聚焦点光源装置及方法
技术领域
本发明涉及脉冲射线领域，更具体的说，它涉及一种脉冲X射线管微聚焦点光源装置及方法。
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百微米量级的X射线点光源报道。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种脉冲X射线管微聚焦点光源装置及方法，其通过采用冷阴极真空Ｘ射线管，采用锥形金属作阳极，圆环钢片作阴极，安装在真空室中构成反射靶真空Ｘ射线二极管，冷阴极有锐利的边角或尖端，以促进场发射电流的产生；阳极的设计使Ｘ射线的强度最大，而发射面积尽可能的小。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种脉冲X射线管微聚焦点光源装置，包括脉冲功率源、传输杆、阳极、阴极、点光源滤光片以及真空腔体，传输杆将脉冲功率源以及阳极连接，所述阳极包括圆锥状的稀土金属材料块，阴极包括圆环状的钢片，阳极水平设置且尖端正对阴极，阴极沿真空腔体的长度方向滑移连接在真空腔体内部，所述真空腔体内部沿其长度方向滑移连接有点光源滤光片。
通过采用上述技术方案，高压正脉冲作用在阳极时，阴极场强非常高，因场致发射在阴极环会产生环状电子束，经阴阳极间电场加速后轰击阳极靶，产生韧致辐射X射线，这种结构在0度角具有最大的X射线传输效率，通过对阳极靶锥尖的精细加工，最终辐射出X射线点源的尺寸可以在几百μm的量级。通过阴极与阳极微聚引导，与滤片作用后产生小焦斑X射线点源，通过测量，点源的尺寸在百微米量级，完成了对X射线点源的微聚效果。
较佳的：所述阳极包括圆锥状朝向阴极方向设置的锥形钨针。
通过采用上述技术方案，圆锥状朝向阴极方向设置的锥形钨针能够将Ｘ射线的强度提高，进而使得X射线的发射面积尽可能的小，实现X射线电源的微聚。
较佳的：所述阴极的内圈边缘处设有形成锐利边缘状的放大部。
通过采用上述技术方案，当脉冲波作用在阳极的时刻，阴极会在圆环中心产生环状电子束，由于阳极与阴极之间的电位差，加快阴极的电子束轰击阳极表面产生场致等离子体发射出X射线，这种反射打靶的方式可以得到较小的点源直径和0°角最大的X射线能量。
较佳的：所述点光源滤光片包括16μm厚的钼片。
较佳的：所述脉冲功率源包括马克思发生器——脉冲形成线——二极管组合。
较佳的：所述阳极针长5mm，底端直径5mm，锥尖直径0.2mm-0.4mm；阴极外径54mm，内径24mm，内径尖端倒角8-12°，点光源滤光片竖直设置且阳极正对点光源滤光片，点光源滤光片的中心位置与阴极的中心位置之间的水平距离为30mm-70mm；所述脉冲功率源输出电压160kv，电压波上升时间不大于30ns，电压波脉宽90-115ns。
较佳的：所述锥形钨针长5mm，底端直径5mm，锥尖直径0.2mmm；阴极外径54mm，内径24mm，内径尖端倒角10°，点光源滤光片竖直设置且阳极正对点光源滤光片，点光源滤光片的中心位置与阴极中心位置之间的水平距离为50mm。
一种脉冲X射线管微聚焦点光源的方法，包括上述权利要求1-7所述的脉冲X射线管微聚焦点光源装置，还包括以下步骤：
a)将阳极固定在脉冲功率装置与真空腔体的输出部位，保持水平方向安装，阳极长度5cm，底端直径5mm，锥尖直径0.2mm。
b)阴极外径54mm，内径24mm，内径尖端倒角10°，阴极与将阳极尖端水平距离在1-5mm之内进行调节。点光源滤光片采用厚度16μm的钼片，呈与水平0°角安装，确保点光源滤光片与阴极中心的水平距离约为50mm，根据实验需要其水平距离可以在10-20mm之内进行调节。
c)用分子泵和机械泵对真空腔体进行真空抽取，使真空度
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Pa或者更 高。
脉冲功率装置的输出电压幅值160kv, 电压波上升时间30ns, 电压波脉宽约100ns，对真空腔体进行放电。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：1. 通过采用冷阴极真空Ｘ射线管，采用锥形金属作阳极，圆环钢片作阴极，安装在真空室中构成反射靶真空Ｘ射线二极管，冷阴极有锐利的边角或尖端，以促进场发射电流的产生；阳极的设计使Ｘ射线的强度最大，而发射面积尽可能的小，达到了X射线的微聚效果。
附图说明
图1为实施例一的轴测图；
图2是实施例一中为表示传输杆位置的示意图；
图3是图2中为表示阳极结构的A部放大图。
附图标记：1、脉冲功率源；2、真空腔体；21、传输杆；211、基座；22、安装管；221、点光源滤光片；23、移动台；24、发生筒；25、固定台；26、固定法兰；3、阳极；4、阴极；41、放大部。
具体实施方式
实施例一：一种脉冲X射线管微聚焦点光源装置及方法，参见图1和图2，包括脉冲功率源1；本实施例中的脉冲功率源1由马克思发生器——脉冲形成线——二极管组合而成，脉冲功率源1输出电压160kv，电压波上升时间不大于30ns，电压波脉宽90-115ns（此处的脉冲功率源1为现有技术，故不再赘述）。脉冲功率源1的发射端处设有真空腔体2，真空腔体2与脉冲功率源1之间共同的固定连接有水平设置的传输杆21，传输杆21的一端伸入真空腔体2内。
参见图2和图3，传输杆21伸入真空腔体2内部的端部上固定连接有基座211，基座211上固定连接有阳极3，本实施例中的阳极3为圆锥状的锥形钨针，阳极3长5mm，底端直径5mm，锥尖直径0.2mmm。真空腔体2内部固定连接有与传输杆21同轴线设置的固定法兰26，固定法兰26内部螺栓连接有与其同轴线设置的发生筒24。阳极3以及基座211均位于发生筒24内部，且阳极3的尖端朝向发生筒24背向传输杆21的端部设置。发生筒24背向传输杆21的端部内部固定连接有固定台25，固定台25升螺栓连接有移动台23，移动台23的侧壁与发生筒24的内侧壁抵接，且移动台23正对阳极3的端面上固定连接有阴极4，本实施例中阴极4为圆环状的钢片，圆环状的钢片的内圈边缘处设有形成锐利边缘状的放大部41，且放大部41从阴极4的内圈边缘朝向阴极4的外圈延伸，并在阴极4正对阳极3的端面上形成圆锥侧壁状的弧面凹槽。阴极4外径54mm，内径24mm，内径尖端倒角10°。真空腔体2背向传输杆21的端部插接有与传输杆21同轴线设置的安装管22，安装管22的一端伸入真空腔体2内部，且这一端上固定连接有点光源滤光片221，传输杆21、阳极3、阴极4以及点光源滤光片221同轴线设置。本实施例中的点光源滤光片221为16μm厚的钼片，点光源滤光片221竖直设置且阳极3正对点光源滤光片221，点光源滤光片221的中心位置与阴极4中心位置之间的水平距离为50mm。
该脉冲X射线管微聚焦点光源装置及方法使用时的工作原理如下：高压正脉冲作用在阳极3时，阴极4场强非常高，因场致发射在阴极4环会产生环状电子束，经阴阳极3间电场加速后轰击阳极3靶，产生韧致辐射X射线，这种结构在0度角具有最大的X射线传输效率，通过对阳极3靶锥尖的精细加工，最终辐射出X射线点源的尺寸可以在几百μm的量级。通过阴极4与阳极3微聚引导，与滤片作用后产生小焦斑X射线点源，通过测量，点源的尺寸在百微米量级，完成了对X射线点源的微聚效果。
实施例二：一种脉冲X射线管微聚焦点光源的方法，包括以下步骤：
a)将阳极固定在脉冲功率装置与真空腔体的输出部位，保持水平方向安装，阳极长度5cm，底端直径5mm，锥尖直径0.2mm。
b)阴极外径54mm，内径24mm，内径尖端倒角10°，阴极与将阳极尖端水平距离在1-5mm之内进行调节。点光源滤光片采用厚度16μm的钼片，呈与水平0°角安装，确保点光源滤光片与阴极中心的水平距离约为50mm，根据实验需要其水平距离可以在10-20mm之内进行调节。
c)用分子泵和机械泵对真空腔体进行真空抽取，使真空度
Figure 720006DEST_PATH_IMAGE001
Pa或者更 高。其中：脉冲功率装置的输出电压幅值160kv, 电压波上升时间30ns, 电压波脉宽约 100ns，对真空腔体进行放电
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种脉冲X射线管微聚焦点光源装置，其特征在于：包括脉冲功率源(1)、传输杆(21)、阳极(3)、阴极(4)、点光源滤光片(221)以及真空腔体(2)，传输杆(21)将脉冲功率源(1)以及阳极(3)连接，所述阳极(3)包括圆锥状的稀土金属材料块，阴极(4)包括圆环状的钢片，阳极(3)水平设置且尖端正对阴极(4)，阴极(4)沿真空腔体(2)的长度方向滑移连接在真空腔体(2)内部，所述真空腔体(2)内部沿其长度方向滑移连接有点光源滤光片(221)。
2.根据权利要求1所述的脉冲X射线管微聚焦点光源装置，其特征在于：所述阳极(3)包括圆锥状朝向阴极(4)方向设置的锥形钨针。
3.根据权利要求1所述的脉冲X射线管微聚焦点光源装置，其特征在于：所述阴极(4)的内圈边缘处设有形成锐利边缘状的放大部(41)。
4.根据权利要求1所述的脉冲X射线管微聚焦点光源装置，其特征在于：所述点光源滤光片(221)包括16μm厚的钼片。
5.根据权利要求1所述的脉冲X射线管微聚焦点光源装置，其特征在于：所述脉冲功率源(1)包括马克思发生器——脉冲形成线——二极管组合。
6.根据权利要求1或3所述的脉冲X射线管微聚焦点光源装置，其特征在于：所述阳极(3)针长5mm，底端直径5mm，锥尖直径0.2mm-0.4mm；阴极(4)外径54mm，内径24mm，内径尖端倒角8-12°，点光源滤光片(221)竖直设置且阳极(3)正对点光源滤光片(221)，点光源滤光片(221)的中心位置与阴极(4)的中心位置之间的水平距离为30mm-70mm；所述脉冲功率源(1)输出电压160kv，电压波上升时间不大于30ns，电压波脉宽90-115ns。
7.根据权利要求6所述的脉冲X射线管微聚焦点光源装置，其特征在于：所述阳极(3)长5mm，底端直径5mm，锥尖直径0.2mmm；阴极(4)外径54mm，内径24mm，内径尖端倒角10°，点光源滤光片(221)竖直设置且阳极(3)正对点光源滤光片(221)，点光源滤光片(221)的中心位置与阴极(4)中心位置之间的水平距离为50mm。
8.一种脉冲X射线管微聚焦点光源的方法，包括上述权利要求1-7所述的脉冲X射线管微聚焦点光源装置，其特征在于：还包括以下步骤：
将阳极固定在脉冲功率装置与真空腔体的输出部位，保持水平方向安装，阳极长度5cm，底端直径5mm，锥尖直径0.2mm；
阴极外径54mm，内径24mm，内径尖端倒角10°，阴极与将阳极尖端水平距离在1-5mm之内进行调节；点光源滤光片采用厚度16μm的钼片，呈与水平0°角安装，确保点光源滤光片与阴极中心的水平距离约为50mm，根据实验需要其水平距离可以在10-20mm之内进行调节；
用分子泵和机械泵对真空腔体进行真空抽取，使真空度为
Figure RE-797512DEST_PATH_IMAGE002
Pa或者更高；
脉冲功率装置的输出电压幅值160kv, 电压波上升时间30ns, 电压波脉宽约100ns，对真空腔体进行放电。
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