CN111243923A - 一种复合结构的x射线阳极靶 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种复合结构的X射线阳极靶。该复合结构的X射线阳极靶包括阳极靶本体和覆盖层，所述阳极靶本体为一体成型的柱体，所述阳极靶本体包括顶面、侧面和底面，所述顶面包括多个辐射面和多个连接面，所述多个辐射面间隔设置，所述多个连接面将所述辐射面依次首尾相连，所述覆盖层设置于所述多个连接面上用于吸收高能电子和/或所述覆盖层设置于所述多个辐射面上用于与所述高能电子相互作用以形成X射线。本发明实施例实现了普通X射线源能够辐射出具有高通量、大视场和高质量的微结构X射线。
Description
技术领域
本发明实施例涉及X射线技术，尤其涉及一种复合结构的X射线阳极靶。
背景技术
X射线光栅成像技术能够同时获取目标物体的X射线吸收图像、散射图像以及相位衬度图像，其在医学、生命科学、材料科学及工业无损探测等领域有着非常重要的应用。具有周期性结构阳极的X射线源可以产生周期性结构X光，这种光源在X射线光栅干涉成像、X射线光栅非干涉成像等X射线光栅成像系统中具有举足轻重的重要作用。
通常采用反射式X射线管作为X射线成像系统的X射线源，其中具有周期性微结构的阳极靶是X射线源的核心，在阳极靶表面上利用机械精密加工的办法制作具有周期性微结构沟槽，在高能电子的轰击下，阳极靶表面的产生的X射线被辐射出去，而沟槽底部产生的X射线被阳极靶吸收，不能辐射出去，因此辐射出的X射线就具有周期性的阵列结构。
但是高能电子中只有一部分轰击到阳极靶表面从而辐射出X射线，而其余的很大一部分高能电子轰击到了阳极靶沟槽底部，这部分高能电子没有产生有效的X射线。这就造成了X射线源的出光效率较低，能耗较高，对X射线源的散热不利，不易提高出光功率。此外，由于这种结构X射线源产生的X射线光在光轴方向上延展分布，即阳极靶表面的每一个线发射体与相邻的线发射体产生的X射线在传播方向上有一个光程差，从而使阵列X射线源中的每个线发射体发出的X射线到平板探测面的光程距离不等，不利于平板探测器对成像信息的提取，也限制了X射线成像系统的视场范围。
发明内容
本发明实施例提供一种复合结构的X射线阳极靶，以实现普通X射线源能够辐射出具有高通量、大视场和高质量的微结构X射线。
为达此目的，本发明实施例提供了一种复合结构的X射线阳极靶，该复合结构的X射线阳极靶包括阳极靶本体和覆盖层，所述阳极靶本体为一体成型的柱体，所述阳极靶本体包括顶面、侧面和底面，所述顶面包括多个辐射面和多个连接面，所述多个辐射面间隔设置，所述多个连接面将所述辐射面依次首尾相连，所述覆盖层设置于所述多个连接面上用于吸收高能电子和/或所述覆盖层设置于所述多个辐射面上用于与所述高能电子相互作用以形成X射线。
进一步的，所述覆盖层设置于所述多个连接面上时，所述阳极靶本体的材料为可与所述高能电子相互作用以形成X射线的靶材料且所述覆盖层为可吸收所述高能电子的非靶材料；所述覆盖层设置于所述多个辐射面上时，所述阳极靶本体的材料为所述非靶材料且所述覆盖层为所述靶材料。
作为优选的，所述靶材料包括钨或钼，所述非靶材料包括石墨、金刚石或铍。
作为优选的，所述覆盖层通过使用磁控溅射和高温烧结融合的方法涂覆在所述多个辐射面和/或连接面上。
作为优选的，所述辐射面和所述侧面的第一夹角在20度至70度之间。
作为优选的，所述连接面和所述底面的第二夹角大于90度。
作为优选的，所述阳极靶本体设置在预设位置，使得所述高能电子的入射方向和所述底面的第三夹角小于或等于所述第二夹角。
进一步的，所述X射线为微结构X射线，所述辐射面沿所述侧面的长度为第一长度，所述第一长度加上所述连接面沿所述侧面的长度为第二长度，通过调节所述第一长度和第二长度可以调节所述微结构X射线的占空比和周期。
作为优选的，所述第一长度的长度范围在5微米-100微米之间。
作为优选的，所述第二长度的长度范围在10微米-200微米之间。
本发明实施例通过在复合结构的X射线阳极靶中设置阳极靶本体和覆盖层，其中阳极靶本体包括顶面、侧面和底面，所述顶面包括多个辐射面和多个连接面，所述多个辐射面间隔设置，所述多个连接面将所述辐射面依次首尾相连，所述覆盖层设置于所述多个连接面上用于吸收高能电子和/或所述覆盖层设置于所述多个辐射面上用于与所述高能电子相互作用以形成X射线，解决了X射线源的出光效率不高、对比度较低，不利于平板探测器对成像信息的提取等问题，实现了普通X射线源能够辐射出具有高通量、大视场和高质量的微结构X射线的效果。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的X射线源的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的复合结构的X射线阳极靶的俯视结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的复合结构的X射线阳极靶的结构示意图；
图4是本发明实施例一提供的复合结构的X射线阳极靶的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
此外，术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种方向、动作、步骤或元件等，但这些方向、动作、步骤或元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个方向、动作、步骤或元件与另一个方向、动作、步骤或元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一夹角称为第二夹角，且类似地，可将第二夹角称为第一夹角。第一夹角和第二夹角两者都是夹角，但其不是同一夹角。术语“第一”、“第二”等不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
实施例一
如图1所示，本发明实施例一提供了一种复合结构的X射线阳极靶200，该X射线阳极靶200包括阳极靶本体100和覆盖层500。
具体的，所述阳极靶本体100为一体成型的柱体，所述阳极靶本体100包括顶面110、侧面120和底面130，所述顶面110包括多个辐射面111和多个连接面112，所述多个辐射面111间隔设置，所述多个连接面112将所述辐射面111依次首尾相连，所述覆盖层500设置于所述多个连接面112上用于吸收高能电子410和/或所述覆盖层500设置于所述多个辐射面111上用于与所述高能电子410相互作用以形成X射线，示例性的，图1中覆盖层500设置于所述多个连接面112上用于吸收高能电子410，即使与辐射面111作用后的高能电子410辐射至连接面112，因连接面112上的材料无法与高能电子410相互作用形成X射线，所以不存在连接面112会产生X射线从而影响辐射出的微结构X射线的对比度。
本实施例中，该X射线阳极靶200可用于X射线源中，X射线源中还包括有用于发射高能电子410的电子源400，而该X射线阳极靶200用于接收该高能电子410的轰击而发射X射线。如图2所示，从电子源400的发射的高能电子410的入射方向看，该X射线阳极靶200的多个辐射面111形成了一个连续的整体。
作为优选的，所述辐射面111和所述侧面120的第一夹角α在20度至70度之间。所述连接面112和所述底面130的第二夹角β大于90度。所述阳极靶本体100设置在预设位置，使得所述高能电子410的入射方向和所述底面130的第三夹角θ小于或等于所述第二夹角β。
进一步的，高能电子410与X射线阳极靶200相互作用得到的X射线为微结构X射线，具体为具有周期性结构的线阵列X射线，X射线源中还包括X射线出射窗300，具有周期性结构的线阵列X射线会从X射线出射窗300中射出，从X射线出射窗300可以清晰的看出，所述辐射面111沿所述侧面120的长度为第一长度S，即一个周期内X射线射在X射线出射窗300中的长度，所述第一长度S加上所述连接面112沿所述侧面120的长度为第二长度P，即一个周期的长度，其中所述连接面112沿所述侧面120的长度上没有X射线，可得占空比为S/P。根据不同的需求可以在制作该X射线阳极靶200时调节所述第一长度S和第二长度P就可以调节辐射出的微结构X射线的占空比和周期。作为优选的，所述第一长度S的长度范围在5-100微米之间。所述第二长度P的长度范围在10-200微米之间。
进一步的，如图3所示，所述覆盖层500设置于所述多个连接面112上时，所述阳极靶本体100的材料为可与所述高能电子相互作用以形成X射线的靶材料520且所述覆盖层500为可吸收所述高能电子的非靶材料510；如图4所示，所述覆盖层500设置于所述多个辐射面111上时，所述阳极靶本体100的材料为所述非靶材料510且所述覆盖层500为所述靶材料520。
本实施例中，靶材料520和非靶材料510应当选用耐高温的良好导体，以便能及时将与该X射线阳极靶200相互作用后的高能电子410导走，降低该X射线阳极靶200被烧毁的风险，提高使用寿命。具体的，靶材料520可以选用高原子序数的金属材料，以在高能电子410的轰击下产生X射线，非靶材料510可以选用低原子序数的金属材料或非金属材料，以吸收该高能电子410不产生X射线。作为优选的，所述靶材料520包括钨或钼，所述非靶材料510包括石墨、金刚石或铍。所述覆盖层500通过使用磁控溅射和高温烧结融合的方法涂覆在所述多个辐射面111和/或连接面112上。磁控溅射(magnetron sputtering)是在溅射的基础上，运用靶板材料自身的电场与磁场的相互电磁交互作用，在靶板附近添加磁场，使得二次电子电离出更多的氩离子，增加溅射效率。高温烧结融合是指在不高于熔点的高温下，固态中分子或原子间存在互相吸引，通过加热使质点获得足够的能量进行迁移，使粉末体产生颗粒黏结，产生强度并导致致密化和再结晶。
在一替代实施例中，阳极靶本体100可以选用任意材料，而将覆盖层500设置于所述多个连接面112上用于吸收高能电子410，且将所述覆盖层500设置于所述多个辐射面111上用于与所述高能电子410相互作用以形成X射线。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种复合结构的X射线阳极靶，其特征在于，包括阳极靶本体和覆盖层，所述阳极靶本体为一体成型的柱体，所述阳极靶本体包括顶面、侧面和底面，所述顶面包括多个辐射面和多个连接面，所述多个辐射面间隔设置，所述多个连接面将所述辐射面依次首尾相连，所述覆盖层设置于所述多个连接面上用于吸收高能电子和/或所述覆盖层设置于所述多个辐射面上用于与所述高能电子相互作用以形成X射线。
2.根据权利要求1所述的X射线阳极靶，其特征在于，所述覆盖层设置于所述多个连接面上时，所述阳极靶本体的材料为可与所述高能电子相互作用以形成X射线的靶材料且所述覆盖层为可吸收所述高能电子的非靶材料；所述覆盖层设置于所述多个辐射面上时，所述阳极靶本体的材料为所述非靶材料且所述覆盖层为所述靶材料。
3.根据权利要求2所述的X射线阳极靶，其特征在于，所述靶材料包括钨或钼，所述非靶材料包括石墨、金刚石或铍。
4.根据权利要求1所述的X射线阳极靶，其特征在于，所述覆盖层通过使用磁控溅射和高温烧结融合的方法涂覆在所述多个辐射面和/或连接面上。
5.根据权利要求1所述的X射线阳极靶，其特征在于，所述辐射面和所述侧面的第一夹角在20度至70度之间。
6.根据权利要求1所述的X射线阳极靶，其特征在于，所述连接面和所述底面的第二夹角大于90度。
7.根据权利要求6所述的X射线阳极靶，其特征在于，所述阳极靶本体设置在预设位置，使得所述高能电子的入射方向和所述底面的第三夹角小于或等于所述第二夹角。
8.根据权利要求1所述的X射线阳极靶，其特征在于，所述X射线为微结构X射线，所述辐射面沿所述侧面的长度为第一长度，所述第一长度加上所述连接面沿所述侧面的长度为第二长度，通过调节所述第一长度和第二长度可以调节所述微结构X射线的占空比和周期。
9.根据权利要求8所述的X射线阳极靶，其特征在于，所述第一长度的长度范围在5微米-100微米之间。
10.根据权利要求8所述的X射线阳极靶，其特征在于，所述第二长度的长度范围在10微米-200微米之间。
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