CN114373663A - X射线管及x射线发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种X射线管，包括壳体、阳极组件及阴极组件；壳体上设置有X射线窗口及排气口；阳极组件包括阳极、阳极保护罩及阳极绝缘罩，阳极绝缘罩和阳极保护罩位于壳体的外围，阳极保护罩位于阳极绝缘罩的内侧，阳极绝缘罩与壳体及阳极保护罩相连接，阳极包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分不在一条直线上，第一部分位于壳体内，第二部分一端延伸至与第一部分相连接，另一端穿过阳极绝缘罩和阳极保护罩，第一部分未与第二部分相连接的一端的端面为阳极靶面，阳极靶面的中心与X射线窗口的中心上下对应；阴极组件包括阴极、阴极芯柱及阴极绝缘罩。本发明有助于提高X射线管发射电子的稳定性和阳极靶面周边电场的均匀性和一致性。

Description

X射线管及X射线发生装置

技术领域

本发明涉及X射线技术领域，具体涉及一种X射线管及X射线发生装置。

背景技术

X射线管为产生X射线的核心装置，其产生的X射线可用于物体内部无损检测，在医疗、安检、工业探伤等领域得到普遍应用。X射线管由阴极产生电子，电子通过高压电场加速后撞击阳极靶面，通过韧致辐射机制产生X射线，阴极和阳极间通过外部高压电源提供高压电场，外部壳体封装提供高真空环境，使得电子撞击事件能够持续稳定地运行，由此得到持续稳定输出的X射线。

X射线管是一种损耗件，内部打火放电是导致X射线管性能下降的最主要原因。发生打火问题的因素较多，归结起来主要为内部真空度下降。对于X射线管来说，随着使用次数的增加，内部材料如灯丝、阳极靶面的蒸发损耗以及材料内部残留的气体和低熔点物质的释放，都不可避免地会造成X射线管内部真空度下降，当真空度下降到低于可承受的高压阈值时，必然发生打火放电，打火放电的趋势将会从轻微到严重，发生次数也越来越多，最终导致X射线管无法运行使用。为此，提高X射线管耐受高压的极限值是业内研究的热点，同时也是难点。现有常用的规避打火的手段有在管内增加吸气剂吸收内部多余气体，但吸气剂存在饱和吸气量，只能一定程度上延缓打火发生的进程，且设计上增加耐压尺寸余量将会导致外形过大，不利于安装使用。另外，电子发射过程中，靶面周边存在电子散射，散射电子会落在靶面周边材料表面，如无法快速耗散，容易造成累积，形成局部负电场，一方面会造成阴极发射电子的运动轨迹变化，另一方面随着累积数量的增加，局部电场增加，与阳极间的电场强度增加，容易发生阴极打火放电问题。同时，电子从阴极发出，在撞击靶面前的运行过程中，受周边电场影响，该电场除影响电子运行轨迹外，对电子的聚焦效果也会造成影响，影响焦点的尺寸和位置的稳定性，最终影响X射线输出的稳定性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种X射线管及X射线发生装置，用于解决现有技术中因X射线管内部的真空度下降，导致内部发生打火放电，而通过采用吸气剂吸收内部多余气体的方式作用有限，且会导致器件尺寸增大；同时，因电子散射及周边电场影响，导致X射线的输出不稳定等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种X射线管，包括壳体、阳极组件及阴极组件；所述壳体的不同侧上设置有X射线窗口及排气口；所述阳极组件包括阳极、阳极保护罩及阳极绝缘罩，所述阳极绝缘罩和阳极保护罩位于所述壳体的外围，所述阳极保护罩位于所述阳极绝缘罩的内侧，所述阳极绝缘罩与所述壳体及所述阳极保护罩相连接，所述阳极包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分不在一条直线上，第一部分位于所述壳体内，第二部分一端延伸至壳体内与第一部分相连接，另一端穿过所述阳极绝缘罩和阳极保护罩并向外延伸，所述第一部分未与所述第二部分相连接的一端的端面为阳极靶面，所述阳极靶面的中心与所述X射线窗口的中心上下对应；所述阴极组件包括阴极、阴极芯柱及阴极绝缘罩，所述阴极绝缘罩与所述壳体相连接，所述阴极位于所述阴极绝缘罩内，所述阴极朝向所述阳极靶面，且所述阴极和排气口位于所述阳极靶面的相对两侧，所述阴极芯柱与所述阴极电连接，阴极芯柱自所述阴极绝缘罩内向外延伸。

可选地，所述第一部分呈水平状态，所述第二部分呈竖直状态。

更可选地，所述阳极靶面与水平面的夹角大于0度且小于90度，所述阳极靶面的中心点和X射线窗口的中心点在同一垂线上。

可选地，所述X射线窗口包括铍片，所述阳极保护罩包括不锈钢罩、无氧铜罩和蒙乃尔合金罩中的任意一种，所述阳极绝缘罩和阴极绝缘罩包括玻璃罩和陶瓷罩中的任意一种。

在一可选方案中，所述第一部分和第二部分为一体成型连接。

在另一可选方案中，所述第一部分和第二部分各自为分体结构，且通过焊接、铆接和螺纹连接中的任意一种相连接。

可选地，所述阴极对应所述阳极靶面的一端形成有聚焦窗口，所述聚焦窗口的中心点、阳极靶面的中心点和排气口的中心点在同一水平线上。

可选地，所述壳体为一体成型结构，所述壳体包括不锈钢壳、无氧铜壳和蒙乃尔合金壳中的任意一种。

可选地，所述阴极芯柱包括多个电极，各电极之间通过金属线连接，或通过金属片焊接，或通过铆接连接。

本发明还提供一种X射线发生装置，所述X射线发生装置包括高压电源及如上述人员方案中所述的X射线管，所述高压电源分别与阴极及阳极电连接。

如上所述，本发明的X射线管及X射线发生装置，具有以下有益效果：本发明经改善的结构设计，可以最大程度地规避阳极靶面周边结构对阳极靶面电场均匀性的影响，可显著提高阳极靶面周边电场的均匀性，提高X射线管的耐高压性能，减小打火问题；可以提高X射线管发射电子的稳定性和阳极靶面周边电场的均匀性和一致性，提高阴极电子聚焦性能的稳定性，便于进行各种焦点射线的输出；有助于提高批量化生产该X射线管和X射线源的一致性。

附图说明

图1显示为本发明提供的X射线管的截面结构示意图。

图2显示为本发明提供的X射线发生装置的截面结构示意图。

元件标号说明

1 壳体

1a 排气口

2 阳极靶面

3 X射线窗口

4 排气管

5 阳极绝缘罩

6 阳极保护罩

7 阳极

71 第一部分

72 第二部分

8 阴极

81 聚焦窗口

9 阴极芯柱

10 阴极绝缘罩

11 高压电源

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。

X射线管的阳极靶面为与电子撞击的部位，承受着由电子动能转化成的热能，为管内高温部位。高温会诱发靶面及周边材料蒸发，导致真空度下降，容易在靶面与周边材料间出现打火问题。当靶面周边结构设计不理想，存在缺口或明显尖端起伏时，影响高压电场的均匀性，打火现象易在电场畸变处发生。对此，本申请的发明人经长期研究，提出了一种改善方案。

请参阅图1至图2。

如图1所示，本发明提供一种X射线管，包括壳体1、阳极组件及阴极组件；所述壳体1的不同侧上设置有X射线窗口3及排气口1a，所述排气口1a与排气管4相连接，所述X射线窗口3较佳地处在水平面上，而排气口1a所在的面为与排气口1a所在的面相垂直的面；所述阳极组件包括阳极7、阳极保护罩6及阳极绝缘罩5，所述阳极绝缘罩5和阳极保护罩6位于所述壳体1的外围，所述阳极保护罩6位于所述阳极绝缘罩5的内侧，即极阳极绝缘罩5罩设于阳极保护罩5的周向，所述阳极绝缘罩5与所述壳体1及所述阳极保护罩6相连接；更具体地，阳极绝缘罩5与壳体1的周向相连接，以将壳体1部分包覆在阳极绝缘罩5内，所述阳极7包括第一部分71和第二部分72，第一部分71和第二部分72不在一条直线上，或者说两者之间具有一个非180度的角度，第一部分71位于所述壳体1内，第二部分72一端延伸至壳体1内与第一部分71相连接，另一端穿过所述阳极绝缘罩5和阳极保护罩6并向外延伸，以与外部电源相连接；所述第一部分71未与所述第二部分72相连接的一端的端面为阳极靶面2，所述阳极靶面2的中心与所述X射线窗口3的中心上下对应，该阳极靶面2以一定的角度倾斜朝向X射线窗口3；所述阴极组件包括阴极8、阴极芯柱9及阴极绝缘罩10，所述阴极绝缘罩10与所述壳体1相连接，阴极绝缘罩10与阳极绝缘罩5位于壳体1的两个相互位于垂直方向的侧面上，所述阴极8位于所述阴极绝缘罩10内，所述阴极8朝向所述阳极靶面2，且所述阴极8和排气口1a位于所述阳极靶面2的相对两侧，若以阳极靶面2朝向阴极8的一端定义位于前端的话，则排气口1a位于阳极靶面2的后端，或者说排气口1a位于阳极靶面2背离阴极8的一端，因而排气口1a和阳极靶面2的直线距离被加大，所述阴极芯柱9与所述阴极8电连接，阴极芯柱9自所述阴极绝缘罩10内向外延伸，以与外部高压电源电连接，例如本示例中为单端阳极高压，阴极仅输出为发生电子和栅控聚焦所需的较低电压。阴极8接通高压后，产生的电子高速撞击阳极靶面2，电子的部分动能转换成热能而产生X射线，经X射线窗口3射出。本实施例提供的X射线管经改善的结构设计，将阳极靶面2转向朝阴极方向延伸，阴极8同向后移(现有技术中阳极通常整体呈直线状，阴极也设置在壳体内部)，使得阳极靶面2周边电场线较为均匀，可提高阳极靶面的耐压性能；阳极靶面朝横向延伸的设计可以在保证阳极安装工艺性和器件尺寸一定的前提下，使阳极靶面尽可能多的延伸，提高阳极靶面受孔口和周边不均匀结构造成电场畸变的影响；排气口1a位于阳极靶面2背离阴极8的一端，使得排气口1a尖端与阳极靶面2距离加大，可以将排气口部尖端对阳极靶面周边电场造成的畸变影响减小到最低，从而可提高阳极靶面的耐压性能；X射线窗口3对应阳极靶面2的位置延伸至与阳极靶面2对齐的位置，可以保证X射线的正常发射，而不会对整体结构造成不良影响。通过上述设计，可以最大程度地规避阳极靶面周边结构对阳极靶面电场均匀性的影响，可显著提高阳极靶面周边电场的均匀性，提高X射线管的耐高压性能，减小打火问题；可以提高X射线管发射电子的稳定性和阳极靶面周边电场的均匀性和一致性，提高阴极电子聚焦性能的稳定性，便于进行各种焦点射线的输出；有助于提高批量化生产该X射线管和X射线发生装置的一致性。

所述第一部分71和第二部分72的夹角可以根据阳极靶面2倾斜角度调整。但在较佳的示例中，所述第一部分71呈水平状态，所述第二部分72呈竖直状态，即第一部分71和第二部分72垂直相交，可以在确保X射线正常出射的情况下，使得阳极靶面2和排气口1a的距离仅可能大，以最大程度减少排气口1a尖端对阳极靶面2周边电场造成的畸变。

所述阳极靶面2与水平面的夹角θ大于0度且小于90度，该角度可以根据第一部分71和第二部分72之间的夹角相应调整，以确保出射的X射线线束的方向不变。在较佳的示例中，在第一部分71和第二部分72相互垂直的情况下，阳极靶面2与水平面的夹角θ为30°-60°，最佳地为45°，可以最大程度确保X射线线束垂直入射到所述X射线窗口3，且较佳地，所述阳极靶面2的中心点和X射线窗口3的中心点在同一垂线上。X射线窗口3始终保持水平状态，可对应阳极靶面2中心进行位置调整。

在较佳的示例中，所述X射线窗口3包括铍片，可以最大程度减少对X射线的吸收，确保出射的X射线的能量。

所述阳极保护罩6包覆的所述第二部分72为多种材料的连接处(如金属材料和玻璃材料的焊接处)，相对比较脆弱，故通过所述阳极保护罩6的保护可以提高各连接处的稳定性。所述阳极保护罩6较佳地为金属罩，包括但不限于不锈钢罩、无氧铜罩和蒙乃尔合金罩中的任意一种。所述阳极绝缘罩6和阴极绝缘罩10为绝缘材质制成，优选但不限于玻璃罩和陶瓷罩中的任意一种。

所述第一部分71和第二部分72可以为一体成型连接(例如通过模具加工一体成型)，所述第一部分71和第二部分72也可以各自为分体结构，通过焊接、铆接和螺纹连接中的任意一种相连接。所述第一部分71和第二部分72的材质包括但不限于钨、钼、无氧铜和重金属材料中的一种或两种，例如为纯钼材质，或者为在无氧铜壳体内浇筑钨料形成。

在较佳的示例中，所述阴极8对应所述阳极靶面2的一端形成有聚焦窗口81，所述聚焦窗口81的中心点、阳极靶面2的中心点和排气口1a的中心点在同一水平线上，有助于进一步提高阳极靶面2周边电场的均匀性。

所述壳体1较佳地为一体成型结构，且通常由真空金属材料通过一体化加工完成，例如所述壳体1优选但不限于不锈钢壳、无氧铜壳和蒙乃尔合金壳中的任意一种。工作过程中，壳体1直接接地，可减小阳极靶面周边电子累积，进一步提高X射线管的耐压性能，提高电子发射和聚焦的稳定性，从而有利于输出稳定的X射线。

所述阴极芯柱9一般包括多个电极，各电极之间通过金属线连接，或通过金属片焊接，或通过铆接连接，该电极既有接线功能，又有紧固阴极的作用，阴极8通过阴极芯柱9上的电极连接阴极高压。

如图2所示，本发明还提供一种X射线发生装置，所述X射线发生装置包括高压电源11及如上述任一方案中所述的X射线管，所述高压电源11分别与阴极8及阳极7电连接，以分别给阴极8提供阴极高压和给阳极7提供阳极高压，由此输出电子和提供高压电场环境。对所述X射线管的更多介绍还请参考前述内容，出于简洁的目的不赘述。由于采用前述的X射线管，使得本发明提供的X射线发生装置在不增加器件尺寸的情况下，可提高X射线输出稳定性，便于进行各种焦点射线的输出。

综上所述，本发明提供一种X射线管，包括壳体、阳极组件及阴极组件；所述壳体的不同侧上设置有X射线窗口及排气口；所述阳极组件包括阳极、阳极保护罩及阳极绝缘罩，所述阳极绝缘罩和阳极保护罩位于所述壳体的外围，所述阳极保护罩位于所述阳极绝缘罩的内侧，所述阳极绝缘罩与所述壳体及所述阳极保护罩相连接，所述阳极包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分不在一条直线上，第一部分位于所述壳体内，第二部分一端延伸至壳体内与第一部分相连接，另一端穿过所述阳极绝缘罩和阳极保护罩并向外延伸，所述第一部分未与所述第二部分相连接的一端的端面为阳极靶面，所述阳极靶面的中心与所述X射线窗口的中心上下对应；所述阴极组件包括阴极、阴极芯柱及阴极绝缘罩，所述阴极绝缘罩与所述壳体相连接，所述阴极位于所述阴极绝缘罩内，所述阴极朝向所述阳极靶面，且所述阴极和排气口位于所述阳极靶面的相对两侧，所述阴极芯柱与所述阴极电连接，阴极芯柱自所述阴极绝缘罩内向外延伸。本发明经改善的结构设计，可以最大程度地规避阳极靶面周边结构对阳极靶面电场均匀性的影响，可显著提高阳极靶面周边电场的均匀性，提高X射线管的耐高压性能，减小打火问题；可以提高X射线管发射电子的稳定性和阳极靶面周边电场的均匀性和一致性，提高阴极电子聚焦性能的稳定性，便于进行各种焦点射线的输出；有助于提高批量化生产该X射线管和X射线源的一致性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种X射线管，其特征在于，包括壳体、阳极组件及阴极组件；所述壳体的不同侧上设置有X射线窗口及排气口；所述阳极组件包括阳极、阳极保护罩及阳极绝缘罩，所述阳极绝缘罩和阳极保护罩位于所述壳体的外围，所述阳极保护罩位于所述阳极绝缘罩的内侧，所述阳极绝缘罩与所述壳体及所述阳极保护罩相连接，所述阳极包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分不在一条直线上，第一部分位于所述壳体内，第二部分一端延伸至壳体内与第一部分相连接，另一端穿过所述阳极绝缘罩和阳极保护罩并向外延伸，所述第一部分未与所述第二部分相连接的一端的端面为阳极靶面，所述阳极靶面的中心与所述X射线窗口的中心上下对应；所述阴极组件包括阴极、阴极芯柱及阴极绝缘罩，所述阴极绝缘罩与所述壳体相连接，所述阴极位于所述阴极绝缘罩内，所述阴极朝向所述阳极靶面，且所述阴极和排气口位于所述阳极靶面的相对两侧，所述阴极芯柱与所述阴极电连接，阴极芯柱自所述阴极绝缘罩内向外延伸。

2.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述第一部分呈水平状态，所述第二部分呈竖直状态。

3.根据权利要求2所述的X射线管，其特征在于，所述阳极靶面与水平面的夹角大于0度且小于90度，所述阳极靶面的中心点和X射线窗口的中心点在同一垂线上。

4.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述X射线窗口包括铍片，所述阳极保护罩包括不锈钢罩、无氧铜罩和蒙乃尔合金罩中的任意一种，所述阳极绝缘罩和阴极绝缘罩包括玻璃罩和陶瓷罩中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述第一部分和第二部分为一体成型连接。

6.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述第一部分和第二部分各自为分体结构，且通过焊接、铆接和螺纹连接中的任意一种相连接。

7.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述阴极对应所述阳极靶面的一端形成有聚焦窗口，所述聚焦窗口的中心点、阳极靶面的中心点和排气口的中心点在同一水平线上。

8.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述壳体为一体成型结构，所述壳体包括不锈钢壳、无氧铜壳和蒙乃尔合金壳中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述阴极芯柱包括多个电极，各电极之间通过金属线连接，或通过金属片焊接，或通过铆接连接。

10.一种X射线发生装置，其特征在于，所述X射线发生装置包括高压电源及如权利要求1-9任一项所述的X射线管，所述高压电源分别与阴极及阳极电连接。

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