CN115602508A - 一种精密静电聚焦型封闭式微焦点ⅹ射线管 - Google Patents

一种精密静电聚焦型封闭式微焦点ⅹ射线管 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管，包括柱形的真空壳体、电子发射极、加速及静电聚焦极、阳极，所述电子发射极、加速及静电聚焦极、阳极安装在真空壳体内，且依真空壳体中心线为轴对称，呈线性分布；所述真空壳体的端部设置有引线芯柱，所述引线芯柱与真空壳体内的电子发射极、加速及静电聚焦极上的引脚连接，所述阳极接入高压；所述电子发射极发射出电子，所述加速及静电聚焦极对电子聚集形成电子束，并对电子束进行加速和聚焦，射向阳极，电子束轰击在阳极上形成X射线。本申请阴极发射电子，在加速及静电聚焦极作用下进行聚集、加速和聚焦，形成一个精细的高能电子束，轰击阳极靶形成微焦点，从而产生高分辨率的X射线。

Description

一种精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管
技术领域
本发明涉及X射线管的技术领域，尤其是涉及一种精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管。
背景技术
国内传统的X射线管，它的射线发射点(也称焦点)其点面积较大，一般直径为毫米级。
根据几何光学成像原理，光源直径越小，成形图像清晰度越高，此原理也适用于X射线，当射线管的焦点越小，射线成像就越清晰。反之，焦点越大，成像的清晰度越低。
传统X射线管的焦点直径为毫米级，这就无法使小于毫米的物件清晰成像。在精密检测中，要检测精细的物件，这就需要小焦点或微焦点的X射线管。为了获得微焦点，需对电子束聚焦，常用磁场聚焦法，但是磁聚焦体积大，结构复杂，且成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管，其具有结构简单、实施方便、成本低和可靠性高的特点。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管，其特征在于：包括柱形的真空壳体、电子发射极、加速及静电聚焦极、阳极，所述电子发射极、加速及静电聚焦极、阳极安装在真空壳体内，且依真空壳体中心线为轴对称，呈线性分布；
所述真空壳体的端部设置有引线芯柱，所述引线芯柱与真空壳体内的电子发射极、加速及静电聚焦极上的引脚连接，所述阳极接入高压；
所述电子发射极发射出电子，所述加速及静电聚焦极对电子聚集形成电子束，并对电子束进行加速和聚焦，射向阳极，电子束轰击在阳极上形成X射线。
进一步的，所述电子发射极包括灯丝和阴极，所述阴极为金属筒状结构，所述阴极的端面外涂有易发射电子的材料，所述灯丝位于阴极内。
进一步的，所述加速及静电聚焦极包括接入不同电压且依次排列的第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极的一端套在阴极上，所述第一电极、第二电极和第三电极上开设有供电子束穿过的透孔。
进一步的，所述第三电极的数量为一个或两个。
进一步的，所述阳极为圆柱状结构，所述阳极位于真空壳体内的一端为倾斜面。
进一步的，所述真空壳体为玻璃或陶瓷结构的壳体。
进一步的，所述阳极包括基体和轰击靶面，所述基体由铜材质制成，所述轰击靶面承受电子束轰击，材质为耐高温及抗电轰击的钨或钨合金。
使用时，灯丝通电后产生热量，使得阴极表面的电子获得能量，逸出表面，在第一电极的作用下，对逸散的电子进行聚集，形成电子束，射向阳极，第二电极和第三电极接入不同电压后，对电子束进行加速及控制流量，同时，形成静电场并构成电子透镜，电子束穿过静电场时，产生折射形成电子束聚焦，电子束在阳极上形成微焦点，阳极接入高压，使得电子束获得能量，电子束轰击阳极产生X射线，且对电子轰击中产生的能量进行散热。
综上所示，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、采用静电聚焦方法，产生并获得微焦点，使X射线的焦点直径成为微米级，使检测精度从毫米级提高到微米级，从而大大提高了检测精度。
2、采用静电场聚焦方法，结构简单，实施方便，制作成本低，可靠性高。
3、采用了封闭式真空密封管结构，避免开放式真空管在运行时所需的高价辅助装置(如分子泵等)，故使用简单，易于推广，性价比高。
附图说明
图1为本发明的整体的结构示意图。
图中：1、真空壳体；2、灯丝；3、阴极；4、第一电极；5、第二电极；6、第三电极；7、阳极；8、引线芯柱；9、电子束轨迹；10、X射线；11、微焦点。
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。
本申请公开了一种精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管。
如图1所示，精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管，包括柱形的真空壳体1，真空壳体1为圆柱形壳体结构，在真空壳体1内安装有呈线性分布的电子发射极、加速及静电聚焦极、阳极7，且阳极7的一端位于真空壳体1外。电子发射级发射电子，电子在加速及静电聚焦极的作用下，形成电子束，并对电子束进行加速和聚焦，射向阳极7，形成电子束轨迹9，由此聚合成一个精细的高能电子束聚焦点，轰击阳极7靶上的微焦点11上，从而产生X射线10。
具体的，电子发射极包括灯丝2和阴极3，灯丝2位于阴极3内，阴极3为圆柱形金属筒状结构，阴极3的端面外涂有易发射电子的材料。使用时，灯丝2通电后产生热量，为阴极3上的电子提供逸出能量，电子逸出并跃入至真空空间，当空间电子形成一定浓度，在外部电场的作用下会形成射向阳极7的定向电子束。
在本实施例中，阴极3与真空壳体1同轴设置，灯丝2沿着真空壳体1的轴线设置，在真空壳体1的端部安装有引线芯柱8，引线芯柱8与灯丝2和阴极3上的引脚连接。
另外，加速及静电聚焦极包括接入不同电压且依次排列的第一电极4、第二电极5和第三电极6，第一电极4、第二电极5和第三电极6上的引脚与引线芯柱8连接，第一电极4、第二电极5和第三电极6与真空壳体1同轴，且在第一电极4、第二电极5和第三电极6的中心开设有供电子束穿过的透孔。
第一电极4为带有中心透孔的金属圆盘结构，第一电极4的一端开设有与其同轴的圆槽，阴极3的一端插入第一电极4的槽内。第一电极4接入电压后，作用于阴极3端部逸出的电子，对电子进行聚集，形成射向阳极7的定向电子束。
第二电极5和第三电极6均为金属圆盘结构，第二电极5和第三电极6加上不同电压后，对电子束进行加速及控制其流量，同时，形成静电场并构成电子透镜，当电子束穿过该静电场时，产生折射，形成电子束聚焦，使得电子束在阳极7上形成微焦点11。其中，第一电极4、第二电极5、第三电极6上接入不同的电压，且第一电极4、第二电极5、第三电极6上的电压逐渐增加。
此外，第三电极6的数量一般选用为一个，根据实际需要，第三电极6的数量也可选用为两个。
在本实施例中，阳极7位于真空壳体1内的一端为倾斜面，使得电子束的方向跟X射线的方向接近垂直，去除了两者相互干扰。
阳极7包括基体和轰击靶面，轰击靶面为倾斜面，基体由铜材质制成，轰击靶面承受电子束轰击，材质为耐高温及抗电轰击的钨或钨合金。阳极7加上高压后，使电子束获得高能量，通过电子束轰击阳极7上的轰击靶面，形成微焦点11，从而产生高分辨率的X射线10。同时，阳极7的基体为铜，对电子轰击中产生的热量，进行散热。
真空壳体1为玻璃或陶瓷结构的壳体，可在壳体安装各工作电极，通过端部引线芯柱8把管内各电极连至各引脚；通过抽真空及密封，使壳体内能长期保持高真空度。
使用时，灯丝2通电后产生热量，使得阴极3表面的电子获得能量，在第一电极4的作用下，形成射向阳极7的定向电子束，电子束沿着电子束轨迹9运行，第二电极5和第三电极6接入不同电压后，对电子束进行加速及控制流量，同时，形成静电场并构成电子透镜，电子束穿过静电场时，产生折射形成电子束聚焦，电子束在阳极7的轰击面上形成微焦点11，阳极7接入高压，使得电子束获得能量，电子束轰击阳极7产生X射线10，且对电子轰击中产生的能量进行散热。
在实际使用中，根据需要，阳极7被施加上几十至几佰千伏(KⅤ)电压。在巨大的电场作用下，电子被迅速加速，并使电子能级提高，当这高速高能量的电子轰击阳极7上的轰击靶面时，轰击点上会产生电离辐射线，其中能量的1％转变为X射线。阳极7电压越高，产生的X射线10能级也越高，其对物体的穿透性也越强，由于阳极7被轰击点上，承受的轰击电子的能量密度极高，故该阳极7靶材需采用耐高温及抗电轰击的钨或钨合金。
本申请技术方案采用静电聚焦方法，产生并获得微焦点11，使X射线的焦点直径成为微米级，使检测精度从毫米级提高到微米级，从而大大提高了检测精度。采用了封闭式真空密封管(闭管)结构，避免开放式真空管(开管)在运行时所需的高价辅助装置(如分子泵等)，故结构简单，实施方便，制作成本低，可靠性高，易于推广，性价比高。
本申请实施例的工作原理为：
通电后，阴极3发射电子，形成电子束；电子束经过多个控制极，先进行加速，然后在聚焦极的静电场力作用下进行聚焦，由此聚合成一个精细的高能电子束聚焦点，轰击阳极7靶，从而产生X射线10，该轰击靶点就是射线焦点，电子聚焦点越小，则X射线检测分辨率也越高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管，其特征在于：包括柱形的真空壳体(1)、电子发射极、加速及静电聚焦极、阳极(7)，所述电子发射极、加速及静电聚焦极、阳极(7)安装在真空壳体(1)内，且依真空壳体(1)中心线为轴对称，呈线性分布；
所述真空壳体(1)的端部设置有引线芯柱(8)，所述引线芯柱(8)与真空壳体(1)内的电子发射极、加速及静电聚焦极上的引脚连接，所述阳极(7)接入高压；
所述电子发射极发射出电子，所述加速及静电聚焦极对电子聚集形成电子束，并对电子束进行加速和聚焦，射向阳极(7)，电子束轰击在阳极(7)上形成X射线。
2.根据权利要求1所述的一种精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管，其特征在于：所述电子发射极包括灯丝(2)和阴极(3)，所述阴极(3)为金属筒状结构，所述阴极(3)的端面外涂有易发射电子的材料，所述灯丝(2)位于阴极(3)内。
3.根据权利要求1所述的一种精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管，其特征在于：所述加速及静电聚焦极包括接入不同电压且依次排列的第一电极(4)、第二电极(5)和第三电极(6)，所述第一电极(4)的一端套在阴极(3)上，所述第一电极(4)、第二电极(5)和第三电极(6)上开设有供电子束穿过的透孔。
4.根据权利要求1所述的一种精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管，其特征在于：所述第三电极(6)的数量为一个或两个。
5.根据权利要求1所述的一种精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管，其特征在于：所述阳极(7)为圆柱状结构，所述阳极(7)位于真空壳体(1)内的一端为倾斜面。
6.根据权利要求1所述的一种精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管，其特征在于：所述真空壳体(1)为玻璃或陶瓷结构的壳体。
7.根据权利要求1所述的一种精密静电聚焦型封闭式微焦点Ⅹ射线管，其特征在于：所述阳极(7)包括基体和轰击靶面，所述基体由铜材质制成，所述轰击靶面承受电子束轰击，材质为耐高温及抗电轰击的钨或钨合金。
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