CN116435161A - 使用纳米电场发射器的微聚焦x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微聚焦X射线管。具体地，微聚焦X射线管具有粘合结构，其中通过使用具有优异特性的纳米电场发射器来堆叠陶瓷和没有排气管的金属。

Description

使用纳米电场发射器的微聚焦X射线管

技术领域

本发明涉及一种微聚焦X射线管，更具体地，涉及一种与具有异质材料粘合在一起的结构的微聚焦X射线管相关的装置及方法。

背景技术

通常，X射线成像方法是一种在不破坏微结构元件和部件的情况下进行精确检查的方法。X射线成像方法使用当以极小尺寸聚焦的电子束撞击金属阳极靶时产生的制动辐射X射线。在这种情况下，为了观察内部微观结构，需要获得已通过元件和部件的X射线的放大阴影图像，并且当使用数字X射线图像检测器(Digital X-ray Image Detector)时，由于像素尺寸缩小的限制，需要适当的图像放大过程。

换言之，在X射线成像方法中，随着数字X射线图像检测器与X射线源之间的距离增加，影子图像可以被放大，但这会导致X射线量与距离的平方成反比减少的问题。因此，为了获得图像放大率和X射线量，将对象放置得更靠近X射线源，即阳极靶的电子束聚焦点更有利。

然而，由于阳极靶的电压相对于发射电子束的阴极电极的电压高几十至几百kV，因此当阴极接地时阳极电极变为高电压，因此，由于绝缘等问题，难以将对象与阳极靶相邻。因此，就算将阳极电极接地的负电源阴极结构或阳极为正电源，只要是对象接触的地方都需要接地的窗口结构。具有这种结构的X射线管如图1所示。

具体地，典型的X射线管可以具有接地到正电源阳极的窗口结构，通过将玻璃管和金属电极粘合制成真空容器，使用排气管排出内部气体，并且真空容器可以被密封以形成X射线管。在这种情况下，金属头部可以耦合到熔化并熔接至玻璃灯泡的金属环，电子枪的每个电极可以通过熔化并熔接到玻璃的杆结构连接到X射线管的外部。在这种情况下，当使用纳米电场发射器作为电子枪的电子源时，如果用玻璃管绝缘结构的排气管法制造真空X射线管，则难以获得良好的质量特性。

发明内容

解决问题的技术方法

本发明提供一种具有纳米电场发射器的微聚焦X射线管的结构，其中所述纳米电场发射器通过堆叠陶瓷绝缘体和金属电极的方法来实现。

本发明提供一种微聚焦X射线管的结构，其通过真空钎焊通过直接使用陶瓷绝缘体而不使用排气管在高温下进行粘合。

本发明提供一种微聚焦X射线管的结构，其用于通过使用正极阳极和接地到微聚焦X射线的头部的窗口的电极来最小化对象与生成X射线的靶的位置之间的距离。

解决问题的技术方法

根据本发明一实施例的微聚焦X射线管可以包括：头部，其材料为金属；陶瓷绝缘管，其在高温下粘合到所述头部的一面；电子枪，其粘合到所述头部的侧面并具有纳米电场发射器；阳极，其位于由在高温下粘合的所述头部和所述陶瓷绝缘管形成的内部空间中；以及板状靶，其安装在所述阳极上。

根据本发明实施例的头部接地至薄板(片材)形状的窗口，所述片材形状的窗口被配置为可以向微聚焦X射线管的外部发射由从所述电子枪发射的电子束产生的X射线。

根据本发明实施例的头部形成为插入管结构，所述插入管结构包括在所述头部的一面中的凹刻槽，并且，所述插入管结构可以插入到所述陶瓷绝缘管的内部并通过绝缘管对齐引导件与所述陶瓷绝缘管隔开设置。

根据本发明实施例的头部通过电子枪粘合环粘合到所述电子枪的绝缘陶瓷，并且，所述电子枪的位置可以由形成在所述头部的侧面的电子枪引导件对齐。

根据本发明实施例的陶瓷绝缘管通过阳极连接环粘合到所述阳极，并且，所述陶瓷绝缘管的位置可以由形成在所述阳极连接环的绝缘管引导件对齐。

根据本发明实施例的电子枪可以包括：阴极电极，其耦合到形成有所述纳米电场发射器的阴极板；栅极电极，其耦合到栅极板；以及聚焦电极，其耦合到聚焦板。

根据本发明实施例的栅极板可以形成有栅极开口，所述栅极开口被配置为从所述纳米电场发射器取出电子，并且，所述聚焦板可以形成有聚焦开口，所述聚焦开口被配置为聚焦通过加速所述电子而发射的电子束。

根据本发明实施例的靶通过真空钎焊填料与所述阳极粘合，并且，所述阳极可以形成有凹刻槽，使得粘合面积小于所述靶的面积。

根据本发明另一实施例的微聚焦X射线管可以包括：头部，其粘合到具有纳米电场发射器的电子枪；陶瓷绝缘管，其在高温下粘合到所述头部；以及阳极，其粘合到所述陶瓷绝缘管并安装有板状靶。

根据本发明实施例的头部可以包括：窗口，其向外部发射从电子枪发射的电子束；扩散阻挡槽，其用于在将所述头部接地到窗口的过程中最小化钎焊填料；以及环盖，其沿着所述扩散阻挡槽而设置。

根据本发明实施例的头部可以由插入管结构形成，其中所述头部的部分区域插入到所述陶瓷绝缘管的内部。

在根据本发明实施例的头部中，所述头部的侧面通过电子枪粘合环粘合到所述电子枪的绝缘陶瓷，并且，所述电子枪的位置可以由形成在所述头部的侧面的电子枪引导件对齐。

根据本发明实施例的陶瓷绝缘管通过阳极连接环粘合到阳极，并且，所述陶瓷绝缘管的位置可以由形成在所述阳极连接环的绝缘管引导件对齐。

根据本发明实施例的电子枪可以包括：阴极电极，其耦合到形成有所述纳米电场发射器的阴极板；栅极电极，其耦合到栅极板；以及聚焦电极，其耦合到聚焦板。

根据本发明实施例的栅极板可以形成有栅极开口，所述栅极开口被配置为从所述纳米电场发射器取出电子，并且，所述聚焦板可以形成有聚焦开口，所述聚焦开口被配置为聚焦通过加速所述电子而发射的电子束。

所述靶可以通过凹刻槽被安装在根据本发明实施例的所述阳极，其中所述凹刻槽形成为使得粘合面积小于所述靶的面积。

发明的效果

根据本发明的一实施例，可以具有纳米电场发射器的微聚焦X射线管的结构，其中所述纳米电场发射器通过堆叠陶瓷绝缘体和金属电极的方法来实现。

根据本发明的一实施例，微聚焦X射线管可以通过真空钎焊通过直接使用陶瓷绝缘体而不使用排气管在高温下进行粘合。

根据本发明的一实施例，微聚焦X射线管可以通过使用正极阳极和接地到微聚焦X射线的头部的窗口的电极来最小化对象与生成X射线的靶的位置之间的距离。

附图说明

图1为示出根据一实施例的微聚焦X射线管的附图。

图2A为示出根据一实施例的微聚焦X射线管的每个部件的电压的附图。

图2B为示出根据一实施例的微聚焦X射线管的粘合结构的附图。

图2C为示出根据一实施例的电子枪的附图。

图2D为示出根据一实施例的阳极及靶的附图。

图3A为示出根据一实施例的头部的附图。

图3B为示出根据一实施例的头部及电子枪的附图。

图3C为示出根据一实施例的头部的放大图。

图4A为示出根据一实施例的陶瓷绝缘管的下端处的阳极连接环的附图。

图4B为示出根据一实施例的陶瓷绝缘管的下端处的粘合结构的附图。

图5为示出根据一实施例的电子枪的详细结构的附图。

图6为示出根据一实施例的阳极和靶的附图。

主要组件符号说明

100：微聚焦X射线管

110：电子枪

111：电子束

120：阴极

130：栅极

140：聚焦

150：阳极

151：靶

152：阳极连接环

160：头部

161：窗口

162：片材盖

163：凹刻槽

164：插入管

180：陶瓷绝缘管

200：X射线

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。

图1为示出根据一实施例的微聚焦X射线管的附图。

参照图1，微聚焦X射线管100可以由阳极150、头部160及陶瓷绝缘管180构成。

具体地，头部160可以由金属材料制成，并且头部160的一面可以粘合到片材形状的窗口161。例如，片材形状可以是薄板。在此，头部160可以与环形的片材盖162粘合在一起，以提高头部160与窗口161的钎焊粘合率。在头部160中，包括纳米电场发射器的电子枪110可以粘合到头部160的侧面。在这种情况下，窗口161可以用于将由电子枪110发射的电子束111产生的X射线发射到微聚焦X射线管100的外部。

在头部160中，陶瓷绝缘管180可以在高温下粘合到头部160的另一面。陶瓷绝缘管180可以通过阳极连接环152粘合到阳极150。形成微聚焦X射线管100的陶瓷绝缘管180的位置可以通过形成在阳极连接环152上的绝缘管引导件对齐。陶瓷绝缘管180的内径和阳极连接环152的外径可以基于热膨胀系数差、加工误差等彼此间隔开，并且其间距距离以半径为基准可以为0.2mm以下。在这种情况下，阳极150可以位于由在高温下粘合的头部160和陶瓷绝缘管180形成的内部空间的中心。

为了确保耐受电压，阳极150可以实施为瓶颈结构，其中阳极150的宽度从某一点变窄。阳极150可以在内部空间中以一定间隔与陶瓷绝缘管180隔开。板状靶151可以位于阳极150的头部上。阳极150的头部可以以一定角度倾斜。靶151可以根据阳极150头部的特定角度进行钎焊并布置。

此外，从电子枪110发射的电子束111可以被施加到阳极150的电压加速，并且由电子束111产生并到达靶151的X射线200可以通过头部160的窗口161发射到微聚焦X射线管100的外部。

图2A至图2D为示出根据一实施例的微聚焦X射线管的粘合结构的附图。

参照图2A至图2D，微聚焦X射线管100可以不包括用于真空排气的单独排气管，并且当在真空气氛中钎焊粘合每个部件时，可以制造为真空密封管。此外，每个粘合部可以具有独特的粘合结构，以最小化由陶瓷绝缘管180与由金属材料制成的头部160之间的热膨胀系数差引起的应力。

具体地，微聚焦X射线管100可以具有以下结构：其中异质材料，例如陶瓷绝缘管180的陶瓷材料和头部160的金属材料在高温下粘合。微聚焦X射线管100可以在其头部160的侧面上具有大口径，并且电子枪110通过形成在侧面上的大口径进行粘合。

此外，微聚焦X射线管可以具有以下结构：其中高压阳极设置在微聚焦X射线管100的内部，并且接地阴极120和窗口分别设置在头部160的侧面和上面上。在双极电源驱动的情况下，可以向阳极施加正电压，并且可以向窗口161和阴极施加负电压。

因此，本发明可以通过采用直接真空钎焊的方法提供一种更加改进的微聚焦X射线管100，而无需具有陶瓷绝缘结构的排气管，以制造具有优异特性的基于纳米电场发射器的X射线管。

图3A至图3C为示出根据一实施例的头部及电子枪的附图。

参照图3A至图3C，具有纳米电场发射器的电子枪110可以位于头部160的侧面上。头部160的电子枪粘合环169可以钎焊粘合到电子枪110的绝缘陶瓷管141。电子枪110可以通过形成在头部160上的电子枪对齐引导件170与头部160对齐。电子枪110可以包括连接到外部电源装置(未示出)的阴极电极120、栅极电极130和聚焦电极140。此外，阴极电极120、栅极电极130和聚焦电极140可以分别通过绝缘陶瓷管121、131、141绝缘并粘合。参照图5详细描述电子枪110。

窗口161可以接地至头部160的一面。关于窗口161，头部160可以进一步包括扩散阻挡槽166和环盖162。窗口161可以将从电子枪110发射的电子束发射到外部。例如，窗口161可以是铍(Beryllium)或薄金属，例如铜材料，其厚度为50um以下。

扩散阻挡槽166可以位于头部160中，以在将窗口161接地至头部160的过程中最小化钎焊填料。扩散阻挡槽166可以是凹进头部160中的环形状的长线。具有不同直径的至少一个扩散阻挡槽166可以位于头部160中。环盖162可以沿着扩散阻挡槽166位于头部160上。

扩散阻挡槽166和环盖162可以调节钎焊填料的粘合表面扩散程度并提高粘合产率。

当粘合到陶瓷绝缘管180时，头部160可以钎焊粘合到形成在头部160上的绝缘管粘合环167。头部160可以通过绝缘管对齐引导件168与陶瓷绝缘管180对齐。包括凹刻槽163的插入管结构164可以位于头部160上。基于热膨胀系数差、加工误差等，陶瓷绝缘管180的内径和头部160的外径可以彼此间隔开，并且其距离可以以半径为基准为0.2mm以下。

此外，形成本发明提出的粘合有异质材料的头部160的电子枪粘合环169和头部160的绝缘管粘合环167的宽度和长度可以分别为0.5mm、1.5mm。

插入管结构164可插入到陶瓷绝缘管180的内部，并通过凹刻槽163与陶瓷绝缘管180隔开。例如，插入管结构164可以形成有凹刻槽163，其中带状非挥发性吸气剂(未示出)可以安装到该凹刻槽。

可以通过凹刻槽163在头部160与陶瓷绝缘管180之间形成间隔空间165。例如，头部160可以包括插入到陶瓷绝缘管180内部的插入管结构164，并且通过绝缘管对齐引导件168可以形成有与陶瓷绝缘管170隔开的间隔空间165。

图4A至图4B为示出根据一实施例的阳极、陶瓷绝缘管及阳极连接环的附图。

参照图4A至图4B，示出了阳极150、陶瓷绝缘管180与阳极连接环152之间的粘合结构。具体地，阳极150可以由具有高导热性的材料制成，例如，铜等。阳极150可以使用Kovar等材料的阳极连接环152来克服热膨胀系数差。

通过使用具有薄粘合环结构153、156、157的阳极连接环152，阳极150和陶瓷绝缘管180的每个粘合部可以最小化由热膨胀系数差引起的应力。

阳极150和阳极连接环152可以钎焊粘合到粘合点155，并且陶瓷绝缘管180可以通过粘合环结构153粘合，并且陶瓷绝缘管180的位置可以通过绝缘管引导件154对齐。

图5为示出根据一实施例的电子枪的详细结构的附图。

参照图5，电子枪110可以包括形成有纳米电场发射器123的阴极板122、栅极板132及聚焦板142。在此，阴极电极可以耦合到阴极板1221，栅极电极130可以耦合到栅极板132，聚焦电极可以耦合到聚焦板142。

此外，栅极板132可以形成有栅极开口133，以从纳米电场发射器123中取出电子。聚焦板142可以形成有聚焦开口143，以聚焦通过加速电子而发射的电子束111。

阴极板122、栅极板132及聚焦板142可以分别电连接并粘合到阴极电极120、栅极电极130和聚焦电极140，并且，阴极电极120、栅极电极130、聚焦电极140及头部160可以分别通过绝缘陶瓷管121、131、141绝缘并粘合。

阴极电极120、栅极电极130及聚焦电极140可以分别连接到外部电源装置。纳米电场发射器123的尺寸、阴极板122、栅极板132、聚焦板142与头部160之间的距离以及栅极开口133、聚焦开口143及头部开口171的尺寸可以被优化以聚焦最佳电子束111。

图6为示出根据一实施例的阳极和靶的附图。

参照图6，阳极150和板状靶151可以以各种方式粘合在一起。在这种情况下，阳极150可以形成凹刻槽163，使得靶的面积可以小于粘合面积，以防止在使用钎焊填料粘合时填料溢出。

另外，根据本发明的方法被编写为可在计算机上执行的程序，并可以实现为磁存储介质、光学读取介质及数字存储介质等各种记录介质。

本文描述的各种技术的实现可以在数字电子电路中实现、或在计算机硬件、固件、软件或其组合中实现。实现可以被实现为由计算机程序产品中的数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机或多台计算机)进行处理或控制其操作，例如，机器可读存储设备(计算机可读可用介质)作为有形地体现在其中的计算机程序。计算机程序，例如上述计算机程序，可以以任何形式的编程语言(包括编译或解释语言)编写，并且可以以任何形式部署，包括作为独立程序或模块、组件、子例程或适合在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以部署为在一个站点的一台计算机或多台计算机上处理，或者分布在多个站点并通过通信网络互连。

例如，适于处理计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者中接收指令和数据。计算机的元件可以包括至少一个执行指令的处理器和一个或多个存储指令和数据的存储设备。通常，计算机可以包括一个或多个用于存储数据的大容量存储设备，例如磁盘、磁光盘或光盘，或可以被耦合以从中接收数据，或向其发送数据，或两者兼而有之。适于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括，例如硬盘、软盘以及磁带等磁性媒介(magnetic media)；与CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory)、DVD(DigitalVideo Disk)等类似的光学媒介(optical media)；与光磁软盘(floptical disk)类似的磁光媒介(magneto-optical media)，以及与只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、闪存、可擦除的可编程只读存储器(EPROM，ErasableProgrammable ROM)、电可擦除只读存储器(EEPROM，Electrically ErasableProgrammable ROM)等。处理器及存储器可以由专用逻辑电路补充或包括在专用逻辑电路中。

此外，计算机可读介质可以是可由计算机访问的任何可用介质，并且可以包括任何计算机存储介质。

尽管本说明书包括许多具体实施细节，但这些细节不应被解释为对任何发明或权利要求的范围的限制，而应被解释为对可能特定于特定发明的特定实施例的特征的描述。应当理解，本文在单独实施例的上下文中描述的某些特征可以在单个实施例中组合实现。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独地或在任何合适的子组合中实现。此外，尽管特征在特定组合中操作并最初可以被描述为要求如此，但在某些情况下，要求保护的组合中的一个或多个特征可能被排除在组合之外，并且要求保护的该组合可以修改为子组合或子组合的变体。

相同地，尽管在附图中以特定顺序描述了操作，但不应解释为必须以所示的特定顺序或顺序执行这些操作、或必须执行所有的操作以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能有利。此外，上述实施例的各种设备组件的分离不应被解释为在所有实施例中都需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和设备通常可以集成到单个软件产品中或封装到多个软件产品中。

另外，在本说明书及附图中公开的本发明的实施例仅作为特定示例来呈现以帮助理解，并不旨在限制本发明的范围。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，除了本文公开的实施例之外，还可以实现基于本发明技术精神的其他修改是显而易见的。

Claims (16)

1.一种微聚焦X射线管，其特征在于，

包括：

头部，其材料为金属；

陶瓷绝缘管，其在高温下粘合到所述头部的一面；

电子枪，其粘合到所述头部的侧面并具有纳米电场发射器；

阳极，其位于由在高温下粘合的所述头部和所述陶瓷绝缘管形成的内部空间中；以及

板状靶，其安装在所述阳极上。

2.根据权利要求1所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述头部接地至片材形状的窗口，

所述片材形状的窗口被配置为向微聚焦X射线管的外部发射由从所述电子枪发射的电子束产生的X射线。

3.根据权利要求1所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述头部形成为插入管结构，所述插入管结构包括在所述头部的一面中的凹刻槽，

所述插入管结构插入到所述陶瓷绝缘管的内部并通过绝缘管对齐引导件与所述陶瓷绝缘管隔开设置。

4.根据权利要求1所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述头部通过电子枪粘合环粘合到所述电子枪的绝缘陶瓷，

所述电子枪的位置由形成在所述头部的侧面的电子枪引导件对齐。

5.根据权利要求1所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述陶瓷绝缘管通过阳极连接环粘合到所述阳极，

所述陶瓷绝缘管的位置由形成在所述阳极连接环的绝缘管引导件对齐。

6.根据权利要求1所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述电子枪，包括：

阴极电极，其耦合到形成有所述纳米电场发射器的阴极板；

栅极电极，其耦合到栅极板；以及

聚焦电极，其耦合到聚焦板。

7.根据权利要求6所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述栅极板形成有栅极开口，所述栅极开口被配置为从所述纳米电场发射器取出电子，

所述聚焦板形成有聚焦开口，所述聚焦开口被配置为聚焦通过加速所述电子而发射的电子束。

8.根据权利要求1所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述靶通过真空钎焊填料与所述阳极粘合，

所述阳极形成有凹刻槽，使得粘合面积小于所述靶的面积。

9.一种微聚焦X射线管，其特征在于，

包括：

头部，其粘合到具有纳米电场发射器的电子枪；

陶瓷绝缘管，其在高温下粘合到所述头部；以及

阳极，其粘合到所述陶瓷绝缘管并安装有板状靶。

10.根据权利要求9所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述头部，包括：

窗口，其向外部发射从电子枪发射的电子束；

扩散阻挡槽，其用于在将所述头部接地到窗口的过程中最小化钎焊填料；以及

环盖，其沿着所述扩散阻挡槽而设置。

11.根据权利要求9所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述头部由插入管结构形成，其中所述头部的部分区域插入到所述陶瓷绝缘管的内部。

12.根据权利要求9所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述头部的侧面通过电子枪粘合环粘合到所述电子枪的绝缘陶瓷，

所述电子枪的位置由形成在所述头部的侧面的电子枪引导件对齐。

13.根据权利要求9所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述陶瓷绝缘管通过阳极连接环粘合到阳极，

所述陶瓷绝缘管的位置由形成在所述阳极连接环的绝缘管引导件对齐。

14.根据权利要求9所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述电子枪，包括：

阴极电极，其耦合到形成有所述纳米电场发射器的阴极板；

栅极电极，其耦合到栅极板；以及

聚焦电极，其耦合到聚焦板。

15.根据权利要求14所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述栅极板形成有栅极开口，所述栅极开口被配置为从所述纳米电场发射器取出电子，

所述聚焦板形成有聚焦开口，所述聚焦开口被配置为聚焦通过加速所述电子而发射的电子束。

16.根据权利要求9所述的微聚焦X射线管，其特征在于，

所述靶通过凹刻槽被安装在所述阳极，其中所述凹刻槽形成为使得粘合面积小于所述靶的面积。

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