CN113707518A - 一种x射线靶 - Google Patents

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牛耕
孔祥东
张新月
韩立
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Abstract

本发明公开了一种X射线靶。所述X射线靶包括：X射线毛细管和靶材件；靶材件设置在X射线毛细管的入口端；电子束照射在靶材件上产生X射线，X射线透过靶材件并在X射线毛细管内聚焦，聚焦后的X射线通过X射线毛细管的出口端出射，形成微焦斑X射线。本发明在大束斑电子束的轰击下，可以直接获得微焦斑X射线，结构简单。

Description

一种X射线靶
技术领域
本发明涉及X射线领域，特别是涉及一种X射线靶。
背景技术
X射线自1895年被发现以来，就因其独特的性质而被广泛应用，如特征X射线的衍射、X射线成像、X射线荧光等，其中微束X射线是提高分析精度、成像分辨率的关键因素，而微束单色X射线在X射线衍射方面必不可少。
目前，获得微束X射线的方法主要分为两种，一是尽量缩小入射电子束的束斑，从而获得小束斑的出射X射线，该方法涉及到复杂的电子光学系统，包括出射小束斑电子束的电子枪，聚焦电子束的磁透镜等，为获得小束斑电子束，通常还需要双聚光镜等；二是利用X射线光学元件，将大束斑的发散X射线聚焦为微焦斑X射线，X射线毛细管就是一类重要的X射线聚焦元件，该方法中X射线源与X射线光学元件是分开的，由X射线源产生X射线，X射线在光学元件的作用下聚焦成微焦斑X射线，其间涉及复杂的精密机械结构和对中等操作。因此，目前获得微束X射线的方法的光路结构都比较复杂。
发明内容
基于此，本发明实施例提供一种X射线靶，以简化获取微束X射线的光路结构。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种X射线靶，包括：
X射线毛细管和靶材件；
所述靶材件设置在所述X射线毛细管的入口端；
电子束照射在所述靶材件上产生X射线，所述X射线透过所述靶材件并在所述X射线毛细管内聚焦，聚焦后的X射线通过所述X射线毛细管的出口端出射，形成微焦斑X射线。
可选的，所述靶材件嵌入到所述X射线毛细管的入口端。
可选的，所述靶材件通过固定件固定在所述X射线毛细管的入口端。
可选的，所述X射线毛细管为X射线多毛细管；所述X射线多毛细管的出口端出射多束微焦斑X射线。
可选的，所述X射线毛细管为X射线单毛细管；所述X射线单毛细管的出口端设置束流阻挡器；所述束流阻挡器的尺寸小于所述X射线单毛细管的出口端的尺寸。
可选的，所述X射线毛细管为X射线单毛细管；所述靶材件的中间部分的厚度大于周边部分的厚度；电子束照射在所述靶材件上产生的X射线仅在所述靶材件的周边部分透过。
可选的，所述靶材件的厚度为0.5H-0.6H；其中，H为穿透深度，
Figure BDA0003221979490000021
U为入射电子束的加速电压，ρ为靶材件的密度。
可选的，所述靶材件的中间部分的厚度大于3H；所述靶材件的周边部分的厚度为0.5H-0.6H；其中，H为穿透深度，
Figure BDA0003221979490000022
U为入射电子束的加速电压，ρ为靶材件的密度。
可选的，所述X射线毛细管为内壁镀高密度薄膜层的玻璃毛细管或内壁镀特定多层膜结构的玻璃毛细管。
可选的，所述靶材件的材料为金属材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实施例提出了一种X射线靶，该X射线靶包括：X射线毛细管和直接设置在X射线毛细管的入口端的靶材件；电子束照射在靶材件上产生X射线，X射线透过靶材件并在X射线毛细管内聚焦，聚焦后的X射线通过X射线毛细管的出口端出射，形成微焦斑X射线，本发明的X射线源(靶材件)与X射线光学元件(X射线毛细管)是整体结构，二者之间无需其他的复杂的结构，该X射线靶可在大束斑电子束的轰击下，直接获得微焦斑X射线，结构简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的靶材嵌入式多毛细管型X射线靶的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的靶材粘贴式多毛细管型X射线靶的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第一种靶材嵌入式单毛细管型X射线靶的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的第二种靶材嵌入式单毛细管型X射线靶的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前获得微束X射线的方法的光路结构都比较复杂，在不改变大束斑电子束的情况下，尚无直接获得微焦斑X射线的设计。本发明的目的是实现在大束斑电子束的轰击下，直接获得微焦斑X射线，以简化结构。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例提供的一种X射线靶，包括：X射线毛细管和靶材件；靶材件设置在X射线毛细管的入口端；电子束照射在靶材件上产生X射线，X射线透过靶材件并在X射线毛细管内聚焦，聚焦后的X射线通过X射线毛细管的出口端出射，形成微焦斑X射线。
在实际应用中，根据所获得微焦斑X射线束的数量选择X射线毛细管的种类，单束微焦斑X射线选择X射线单毛细管，多束微焦斑X射线选择X射线多毛细管。根据单束或多束微焦斑X射线的能量范围要求，设计毛细管的结构参数，宽能谱微焦斑X射线可选择玻璃毛细管或内壁镀高密度薄膜层的玻璃毛细管，单色微焦斑X射线可选择内壁镀特定多层膜结构的玻璃毛细管。
在一个示例中，如图1所示，为了产生多束微焦斑X射线，X射线毛细管采用X射线多毛细管1，X射线多毛细管1由许多根单毛细管组成，从内到外多毛细管通常呈六边形排列，每根毛细管的内径一般为几到几十微米；X射线多毛细管1的出口端出射多束微焦斑X射线a。靶材件2嵌入到X射线多毛细管1的入口端，形成靶材嵌入式多毛细管型X射线靶，其中3为电子束。
在一个示例中，如图2所示，为了产生多束微焦斑X射线，X射线毛细管采用X射线多毛细管1；X射线多毛细管1的出口端出射多束微焦斑X射线。靶材件2通过固定件4(支撑结构)固定在X射线多毛细管1的入口端。例如，将靶材件2通过固定件4粘贴在X射线多毛细管1的入口端面上，形成靶材粘贴式多毛细管型X射线靶，其中，固定件4可为金刚石或铝等。
在一个示例中，为了产生单束微焦斑X射线，X射线毛细管采用X射线单毛细管，单毛细管为单根特定孔径的毛细管，内径一般为几百微米，根据内径变化规律，可分为锥形、抛物形、椭球镜形等毛细管；靶材件2可以嵌入到X射线单毛细管的入口端，也可以通过固定件4(支撑结构)固定在X射线单毛细管的入口端。
如图3所示，以靶材嵌入式单毛细管型X射线靶(靶材件2嵌入到X射线单毛细管5的入口端)为例，X射线单毛细管5的出口端设置束流阻挡器6(beamstop)；束流阻挡器6位于X射线单毛细管5的出口端的中间位置，束流阻挡器6的尺寸小于X射线单毛细管5的出口端的尺寸，以阻挡部分聚焦后的X射线，获得单束微焦斑X射线b。
在一个示例中，为了产生单束微焦斑X射线，X射线毛细管为X射线单毛细管5；靶材件2的中间部分的厚度大于周边部分的厚度；电子束照射在靶材件2上产生的X射线仅在靶材件2的周边部分透过。靶材件2可以嵌入到X射线单毛细管5的入口端，也可以通过固定件4(支撑结构)固定在X射线单毛细管5的入口端。
如图4所示，以靶材嵌入式单毛细管型X射线靶为例，靶材件2的中间部分的厚度大于周边部分的厚度，电子束照射在靶材件2的中间部分上产生X射线不会透过进入X射线单毛细管5，电子束照射在靶材件2的中周边部分上产生X射线会透过进入X射线单毛细管5。
在一个示例中，靶材件2的厚度取决于入射的电子束的加速电压U(kV)和靶材件2的密度ρ(g/cm3)，通过公式
Figure BDA0003221979490000051
计算特定加速电压下电子束在靶材件2的穿透深度H(nm)。
如图1和图2所示的多毛细管型X射线靶，其靶材件2的厚度为0.5H-0.6H。
在一个示例中，对于如图3所示的单毛细管型X射线靶，其靶材件2的厚度为0.5H-0.6H。
对于如图4所示的单毛细管型X射线靶，其靶材件2的中间部分的厚度大于周边部分的厚度，靶材件2的中间部分的厚度大于3H；靶材件2的周边部分的厚度为0.5H-0.6H。中间部分的靶材后面没有X射线射出，四周部分的靶材后面出射X射线，经X射线单毛细管5聚焦后形成单束微焦斑X射线。
在一个示例中，由于X射线毛细管是一种X射线元件，利用X射线在毛细管内表面的全反射聚焦X射线，根据其工作原理，通过在单毛细管内表面镀单层高密度薄或特定的多层膜结构，还可实现增大聚焦X射线的能量范围或获得单色X射线。
例如，将X射线毛细管设置为内壁镀高密度薄膜层的玻璃毛细管，薄膜层的密度高于玻璃的密度2.2g/cm3，通常大于8g/cm3，以得到宽能谱微焦斑X射线。将X射线毛细管设置为内壁镀多层膜结构的玻璃毛细管，多层膜结构为特定多层膜结构，该特定多层膜结构一般由周期为双层膜的薄膜组成，双层膜包括一层高原子序数薄膜和一层低原子序数薄膜，如Mo/Si等，总层数通常大于200层，以得到单色微焦斑X射线。
可选的，靶材件2的材料为金属材料。具体的，靶材件2的材料可以为钨、钼、铅或铜等。X射线是由高能电子束轰击金属靶材件2而产生的。
本实施例的X射线靶，将产生X射线的靶材件置于X射线毛细管的入口端，当电子束照射在靶材件后，产生的X射线透过靶材件，并被X射线毛细管聚焦，从而在X射线毛细管出口端获得微焦斑X射线。该X射线靶，具有两大优势：一是产生的X射线直接通过X射线毛细管进行聚焦，获得微焦斑X射线；二是通过设计和选择X射线毛细管的类型，可在大束斑电子束的情况下直接获得单束微焦斑X射线或多束微焦斑X射线，还可以直接获得单色微焦斑X射线，省去后续毛细管光学元件的对中等操作，结构简单。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种X射线靶，其特征在于，包括：
X射线毛细管和靶材件；
所述靶材件设置在所述X射线毛细管的入口端；
电子束照射在所述靶材件上产生X射线，所述X射线透过所述靶材件并在所述X射线毛细管内聚焦，聚焦后的X射线通过所述X射线毛细管的出口端出射，形成微焦斑X射线。
2.根据权利要求1所述的一种X射线靶，其特征在于，所述靶材件嵌入到所述X射线毛细管的入口端。
3.根据权利要求1所述的一种X射线靶，其特征在于，所述靶材件通过固定件固定在所述X射线毛细管的入口端。
4.根据权利要求1所述的一种X射线靶，其特征在于，所述X射线毛细管为X射线多毛细管；所述X射线多毛细管的出口端出射多束微焦斑X射线。
5.根据权利要求1所述的一种X射线靶，其特征在于，所述X射线毛细管为X射线单毛细管；所述X射线单毛细管的出口端设置束流阻挡器；所述束流阻挡器的尺寸小于所述X射线单毛细管的出口端的尺寸。
6.根据权利要求1所述的一种X射线靶，其特征在于，所述X射线毛细管为X射线单毛细管；所述靶材件的中间部分的厚度大于周边部分的厚度；电子束照射在所述靶材件上产生的X射线仅在所述靶材件的周边部分透过。
7.根据权利要求4或5所述的一种X射线靶，其特征在于，所述靶材件的厚度为0.5H-0.6H；其中，H为穿透深度，
Figure FDA0003221979480000011
U为入射电子束的加速电压，ρ为靶材件的密度。
8.根据权利要求6所述的一种X射线靶，其特征在于，所述靶材件的中间部分的厚度大于3H；所述靶材件的周边部分的厚度为0.5H-0.6H；其中，H为穿透深度，
Figure FDA0003221979480000012
U为入射电子束的加速电压，ρ为靶材件的密度。
9.根据权利要求1所述的一种X射线靶，其特征在于，所述X射线毛细管为内壁镀高密度薄膜层的玻璃毛细管或内壁镀多层膜结构的玻璃毛细管；所述高密度薄膜层为密度大于8g/cm3的薄膜层。
10.根据权利要求1所述的一种X射线靶，其特征在于，所述靶材件的材料为金属材料。
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