CN116741607B - 防打火阴极组件及x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防打火阴极组件及X射线管，包括：聚焦体；具有中心孔的安装盘；电子发射体，电子发射体位于所述空腔内并且设于安装盘；屏蔽管，屏蔽管位于所述空腔内；屏蔽杯，屏蔽杯位于屏蔽管内，屏蔽杯的杯口沿密封连接于安装盘并且罩住所述中心孔；绝缘体，绝缘体密封填充于屏蔽杯的杯腔内；电极丝，电极丝密封穿设于绝缘体并且间隙穿设于所述避让孔；其中，所述绝缘体、所述电极丝以及管内真空区共同形成的管内三结合处和由屏蔽杯、绝缘体以及管内真空区共同形成的管内三结合处均位于所述屏蔽杯的杯腔内。本发明能够有效抑制管内三结合处的电子发射，增加阴极支撑部位的连接强度和密封可靠性，有利于增强X射线管工作时的高压稳定性。

Description

防打火阴极组件及X射线管

技术领域

本发明涉及X射线管技术领域，特别是涉及一种防打火阴极组件及X射线管。

背景技术

X射线管是一种带电子发射源的高压高真空电子器件，电子发射源所在的阴极，如现有专利CN204271034U和CN208674047U所述，通常的连接方式是通过玻璃芯柱和数根电极丝进行密封连接，隔离内外空间以起到密封作用，电极丝既起到给电子发射源供电的作用，同时起到支撑X射线管阴极的作用。电极丝与玻璃芯柱的密封连接处相对而言是X射线管连接的薄弱点，X射线管阴极存在数百克的重量，而且X射线管在运输、工作和振动冲击测试时存在振动，容易导致该密封连接处破坏而导致漏气。另外，多根电极丝与玻璃芯柱之间的密封，存在对密封工艺要求高，对密封界面上气泡要求严格，密封连接处漏气的风险相对较大。而且，在X射线管管内，电极丝、玻璃芯柱与真空的三结合部位，在电场作用下容易发射电子，导致闪络和打火，从而使得X射线管不能可靠工作，甚至击穿漏气损坏。针对该问题，现有专利CN111293016A采用金属屏蔽罩包围阴极组件的方式，抑制三结合部位的电子发射，然而，这种包裹阴极组件的方式会导致管壳部位绝缘距离的减小，带来另外的打火风险。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种防打火阴极组件及X射线管，能够有效抑制管内三结合处的电子发射，增加阴极支撑部位的连接强度和密封可靠性，有利于增强X射线管工作时的高压稳定性，具有广泛的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种防打火阴极组件，包括：

聚焦体，聚焦体具有沿自身轴向贯通的空腔；

具有中心孔的安装盘，安装盘位于所述空腔内并且固连于聚焦体；

电子发射体，电子发射体位于所述空腔内并且设于安装盘；

屏蔽管，屏蔽管位于所述空腔内，屏蔽管的一管端密封设置于安装盘背向电子发射体的一侧并且另一管端用于密封连接一X射线管的真空管壳；

屏蔽杯，屏蔽杯位于屏蔽管内，屏蔽杯的杯底具有避让孔，屏蔽杯的杯口沿密封连接于安装盘并且罩住所述中心孔；避让孔沿其轴向的孔深不少于5mm，优选为5-10mm、7-15mm、10-20mm。

绝缘体，绝缘体密封填充于屏蔽杯的杯腔内；所述绝缘体填充于屏蔽杯内的厚度通常不少于3mm，优选为3-5mm、4-6mm、3-10mm。

电极丝，电极丝密封穿设于绝缘体并且间隙穿设于所述避让孔，电极丝位于管内真空区的一端电性连接于电子发射体并且位于管外非真空区的另一端用于电性连接供电电路；

其中，所述绝缘体、所述电极丝以及管内真空区共同形成的管内三结合处和由屏蔽杯、绝缘体以及管内真空区共同形成的管内三结合处均位于所述屏蔽杯的杯腔内。

优选地，所述屏蔽管、真空管壳以及管外非真空区共同形成的三结合处位于所述空腔内。

优选地，所述聚焦体包括聚焦本体部以及沿聚焦本体部轴向延伸的屏蔽延伸部，屏蔽延伸部和屏蔽管的径向间距W不小于1.5mm，屏蔽延伸部的端面和管外三结合处的轴向间距L不小于1mm，并且L/W≥2/3。

优选地，所述聚焦体还包括聚焦延伸部，聚焦延伸部同轴设置于聚焦本体部，聚焦延伸部用于聚焦由电子发射体发射的电子束。

优选地，所述聚焦体、屏蔽管、屏蔽杯以及电极丝均由金属材料制成，所述绝缘体和真空管壳均由绝缘材料制成。

优选地，所述金属材料为可伐合金，所述绝缘材料为与可伐合金膨胀系数相匹配的陶瓷或玻璃。

优选地，所述屏蔽管和屏蔽杯的壁厚为0.3-1.0mm，所述电极丝的直径为0.8-2.0mm。

优选地，所述安装盘靠近中心孔的部位具有环形凸起，环形凸起与屏蔽杯的杯口沿密封套接。

本发明还提供一种X射线管，包括：

真空管壳；

所述防打火阴极组件。

优选地，所述真空管壳包括呈喇叭状的衔接管壳以及包围整个防打火阴极组件的主体管壳，衔接管壳的小口端密封连接屏蔽管，衔接管壳的大口端密封连接主体管壳。

所述防打火阴极组件通过所述衔接管壳与主体管壳连接，防打火阴极组件通过自身屏蔽管与所述衔接管壳密封一圈连接，所述电极丝不再用于支撑整个阴极组件，只起到连接和密封作用，相对于现有技术中玻璃芯柱的用电极丝支撑的阴极组件，本发明的X射线管具有更好的支撑强度和密封可靠性。

如上所述，本发明的防打火阴极组件及X射线管，具有以下有益效果：本发明的防打火阴极组件通过在聚焦体内对管内三结合处进行屏蔽的方式，不需要在真空管壳外侧对管内三结合处进行屏蔽，不再牺牲真空管壳的绝缘距离，有利于增强X射线管工作时的高压稳定性，可以抑制管内三结合处的电子发射，增加阴极支撑部位的支撑强度和密封可靠性。故，本发明的防打火阴极组件能够有效抑制管内三结合处的电子发射，增加阴极支撑部位的连接强度和密封可靠性，有利于增强X射线管工作时的高压稳定性，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1显示为本发明的X射线管的第一实施例的示意图；

图2显示为本发明的X射线管的第二实施例的示意图；

图3显示为本发明的防打火阴极组件的剖视图。

元件标号说明

1 聚焦体

11 空腔

12 聚焦本体部

13 屏蔽延伸部

14 聚焦延伸部

2 安装盘

21 中心孔

22 环形凸起

3 电子发射体

31 发射端

32 支撑杆部

33 桥接部

4 屏蔽管

5 屏蔽杯

51 避让孔

52 杯腔

6 绝缘体

7 电极丝

8 真空管壳

81 衔接管壳

82 主体管壳

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士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及功效。

须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1、图2以及图3所示，本发明提供一种防打火阴极组件，包括：

聚焦体1，聚焦体1具有沿自身轴向贯通的空腔11；

具有中心孔21的安装盘2，安装盘2位于上述空腔11内并且固连于聚焦体1，连接方式可以是焊接、铆接、螺丝紧固件等各种方式；

电子发射体3，电子发射体3位于上述空腔11内并且设于安装盘2；

屏蔽管4，屏蔽管4位于上述空腔11内，屏蔽管4的一管端真空气密密封设置于安装盘2背向电子发射体3的一侧并且另一管端用于真空气密连接一X射线管的真空管壳8；屏蔽管4与安装盘2的真空气密密封方式可以是钎焊、氩弧焊和激光焊接等各种方式；屏蔽管4与真空管壳8的密封方式可以是玻璃封接、陶瓷钎焊封接等各种密封方式。

屏蔽杯5，屏蔽杯5位于屏蔽管4内，屏蔽杯5的杯底具有避让孔51，屏蔽杯5的杯口沿真空气密密封连接于安装盘2并且罩住上述中心孔21；屏蔽杯5的杯口沿与安装盘的真空气密密封方式可以是钎焊、氩弧焊和激光焊接等各种方式。避让孔51沿其轴向的孔深不少于5mm，优选为5-10mm、7-15mm、10-20mm。绝缘体6，绝缘体6密封填充于屏蔽杯5的杯腔52内；为了满足密封要求，所述绝缘体6填充于屏蔽杯5内的厚度通常不少于3mm，优选为3-5mm、4-6mm、3-10mm。

电极丝7(电极丝7的数量可以是一个，也可以是多个)，电极丝7真空气密密封穿设于绝缘体6并且间隙穿设于上述避让孔51，电极丝7位于管内真空区的一端电性连接于电子发射体3并且位于管外非真空区的另一端用于电性连接供电电路；

绝缘体6、电极丝7和屏蔽杯5的真空气密密封方式可以是玻璃熔封、陶瓷金属化钎焊等各种方式。

其中，由上述绝缘体6、上述电极丝7以及管内真空区共同形成的管内三结合处和由屏蔽杯5、绝缘体6以及管内真空区共同形成的管内三结合处均位于上述屏蔽杯5的杯腔52内。

在本发明中，聚焦体1具有沿自身轴向贯通的空腔11，空腔11用于容纳防打火阴极组件的其他零部件；空腔11可以呈阶梯孔结构，这样可以便于轴向定位上述安装盘2。安装盘2具有中心孔21，中心孔21用于穿设上述电极丝7；安装盘2类似于法兰结构，对电子发射体3、屏蔽杯5以及屏蔽管4起到支撑作用。为了封闭形成X射线管的管内真空区，安装盘2位于上述空腔11内并且固连于聚焦体1，屏蔽管4的一管端真空气密密封设置于安装盘2背向电子发射体3的一侧并且另一管端用于真空气密密封连接一X射线管的真空管壳8，屏蔽杯5的杯口沿真空气密密封连接于安装盘2并且罩住上述中心孔21，绝缘体6真空气密密封填充于屏蔽杯5的杯腔52内，电极丝7真空气密密封穿设于绝缘体6并且间隙穿设于上述避让孔51。

本发明的主要创新点在于：屏蔽杯5的开口方向朝向电子发射体3，屏蔽杯5的杯口沿真空气密密封罩住中心孔21，屏蔽杯5的杯腔52内填充有绝缘体6并且屏蔽杯5的内壁和绝缘体6之间也是真空气密密封接触的，电极丝7真空气密密封穿设于绝缘体6并且电极丝7和屏蔽杯5之间是处于绝缘状态的。如此设置，上述绝缘体6、上述电极丝7以及管内真空区共同形成的管内三结合处A位于上述屏蔽杯5的杯腔52内，屏蔽杯5和电极丝7起到电极连接的作用，通过电极连接作用，X射线管的供电电路与管内的电子发射体3、聚焦体1和安装盘2上进行必要的电性连接。当在X射线管的防打火阴极组件加电压工作时，比如数十或数百kV的电压时，管内三结合处A(屏蔽杯5、绝缘体6以及管内真空区的共同接触区，电极丝7、绝缘体6以及管内真空区的共同接触区)位于屏蔽杯5的杯腔51内，进而被屏蔽杯5屏蔽电场，管内三结合处A的电场强度为零，从而抑制管内三结合处A发射电子，避免管内三结合处A打火而导致密封处击穿而漏气。

还有比较重要的一点：由于屏蔽杯5的外表面直接接触于管外非真空区，又由于X射线管通常浸泡在绝缘油中进行散热，管内三结合处A通过屏蔽杯5对外进行散热，散热路径很短，这样管内三结合处A的温度会比较低，更加抑制电子发射，更加有效避免管内三结合处A打火而导致密封处击穿而漏气。

此外，防打火阴极组件通过自身的屏蔽管4密封连接一X射线管的真空管壳8，而不是仅仅依靠电极丝7半悬空地设置于真空管壳8的一端，极大提高了防打火阴极组件和真空管壳8之间的连接强度和密封可靠性，防止X射线管在运输、使用和振动冲击测试时的振动导致X射线管密封处损坏。

因此，本发明的防打火阴极组件通过在聚焦体1内对管内三结合处进行屏蔽的方式，不需要在真空管壳8外侧对管内三结合处进行屏蔽，不再牺牲真空管壳8的绝缘距离，有利于增强X射线管工作时的高压稳定性，可以抑制管内三结合处的电子发射，增加阴极支撑部位的支撑强度和密封可靠性。故，本发明的防打火阴极组件能够有效抑制管内三结合处的电子发射，增加阴极支撑部位的连接强度和密封可靠性，有利于增强X射线管工作时的高压稳定性，具有广泛的应用前景。

上述电子发射体3包括两个支撑杆部32和发射端31，发射端31同时电性连接两个支撑杆部32，其中一个支撑杆部32绝缘设置于安装盘2并且通过桥接部33电性连接于电极丝7，另一个支撑杆部32电性连接于安装盘2。

为了有效密封连接上述屏蔽杯5和安装盘2，屏蔽杯5通过激光焊接、氩弧焊或钎焊等方式，与安装盘2的端面密封连接。

为了有效抑制X射线管的管外三结合处B电子发射，上述屏蔽管4、真空管壳8以及管外非真空区共同形成的管外三结合处位于上述空腔11内。即整个屏蔽管4位于聚焦体1的空腔11内，屏蔽管4与真空管壳8的密封连接处亦被配置于聚焦体1的空腔11内。如此设置，所述真空管壳8、屏蔽管4以及管外非真空区共同形成的管外三结合处B位于聚焦体1的空腔11内，在防打火阴极组件加电压工作时，管外三结合处B被聚焦体1屏蔽，管外三结合处B的电场强度为零，这样可以抑制管外三结合处B发射电子，可以避免管外三结合处B打火而导致密封处击穿而漏气。

为了起到较好地屏蔽上述屏蔽管4上三结合处B的效果，上述聚焦体1包括聚焦本体部12以及沿真空气密轴向延伸的屏蔽延伸部13，屏蔽延伸部13和屏蔽管4的径向间距W不小于1.5mm，屏蔽延伸部13的端面和三结合处B的轴向间距L不小于1mm，即屏蔽延伸部13高于三结合处B，并且L/W≥2/3。

为了对电子束进行聚焦，上述聚焦体1还包括聚焦延伸部14，聚焦延伸部14同轴设置于聚焦本体部12，聚焦延伸部14用于聚焦由电子发射体3发射的电子束。具体的，所述聚焦体1的一端需要形成聚焦凹孔。

为了使上述电子发射体3发射电子，上述聚焦体1、屏蔽管4、屏蔽杯5以及电极丝7均由金属材料制成，上述绝缘体6和真空管壳8均由绝缘材料制成。电极丝7可作为电子发射体3一端的供电电极，屏蔽杯5和安装盘2可作为电极使用，进一步的，可作为电子发射体3另一端的供电电极，也可作为不与电子发射体3电性连接的栅极电极。

为了便于制造，上述金属材料可为可伐合金，上述绝缘材料为与可伐合金膨胀系数相匹配的陶瓷或玻璃。熔化的玻璃绝缘子可与预氧化的屏蔽杯5气密密封连接，经过金属化的陶瓷绝缘子可与屏蔽杯5钎焊气密密封连接。

为了起到较好的封接匹配效果，上述屏蔽管4和屏蔽杯5的壁厚为0.3-1.0mm，上述电极丝7的直径为0.8-2.0mm。

为了提高上述安装盘2和屏蔽杯5之间的密封可靠性，上述安装盘2靠近中心孔21的部位具有环形凸起22，环形凸起22与屏蔽杯5的杯口沿密封套接。

本发明还提供一种X射线管，包括：

真空管壳8；

上述防打火阴极组件。

如此设置，整个防打火阴极组件的数百克重量通过整个一圈的屏蔽管4进行支撑，然后与真空管壳8的衔接管壳81密封一圈连接，而所述电极丝7只起到电极连接的作用，而不需要支撑整个防打火阴极组件数百克的重量，相对于现有的玻璃平板芯柱通过数根电极丝与玻璃的密封结合处支撑整个阴极相比，本发明的X射线管可以增强自身阴极部位的支撑强度，防止X射线管在运输、使用和振动冲击测试时的振动导致X射线管密封处损坏。

因此，本发明的X射线管，可以抑制阴极部位三结合处的电子发射，增加阴极支撑部位的支撑强度，提供X射线管工作时的可靠性，具有较好的应用前景。

为了提高真空管壳8和防打火阴极组件之间的连接强度，上述真空管壳8包括呈喇叭状的衔接管壳81以及包围整个防打火阴极组件的主体管壳82，衔接管壳81的小口端密封连接屏蔽管4，衔接管壳81的大口端密封连接主体管壳82。具体的，衔接管壳81和主体管壳82之间可以一体成型后与屏蔽管5气密密封连接，衔接管壳81也可先与屏蔽管5先气密密封连接后再与主体管壳82进行密封连接；屏蔽管4的一端与安装盘2通过激光焊接、氩弧焊或钎焊等方式进行密封连接。X射线管的真空管壳8起到支撑和密封X射线管的同时，对X射线管的阴、阳极高压起到绝缘作用。优选地，所述屏蔽管4材料为可伐合金，所述衔接管壳81和主体管壳82为与所述屏蔽管4材料膨胀系数相匹配的陶瓷或玻璃。

此外，图1所示X射线管和图2所示X射线管的区别点在于：屏蔽杯5的高度H不一样，适用于屏蔽杯5与安装盘2不同的连接方式。

综上所述，本发明通过设置上述的防打火阴极组件，可以在聚焦体1内部对三结合处进行屏蔽，以及降低三结合处的温度，从而对三结合处的电子发射进行抑制，提高本发明的X射线管的工作时的稳定性和可靠性。本发明的X射线管，通过设置上述的防打火阴极组件，其阴极重量通过屏蔽管4的整圈密封结合面进行支撑，大大增加了支撑面积，从而增加了X射线管的受到振动冲击时的可靠性。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 (12)

1.一种防打火阴极组件，其特征在于，包括：

聚焦体(1)，聚焦体(1)具有沿自身轴向贯通的空腔(11)；

具有中心孔(21)的安装盘(2)，安装盘(2)位于所述空腔(11)内并且固连于聚焦体(1)；

电子发射体(3)，电子发射体(3)位于所述空腔(11)内并且设于安装盘(2)；

屏蔽管(4)，屏蔽管(4)位于所述空腔(11)内，屏蔽管(4)的一管端密封设置于安装盘(2)背向电子发射体(3)的一侧并且另一管端用于密封连接一X射线管的真空管壳(8)；

屏蔽杯(5)，屏蔽杯(5)位于屏蔽管(4)内，屏蔽杯(5)的杯底具有避让孔(51)，屏蔽杯(5)的杯口沿密封连接于安装盘(2)并且罩住所述中心孔(21)；

绝缘体(6)，绝缘体(6)密封填充于屏蔽杯(5)的杯腔(52)内；

电极丝(7)，电极丝(7)密封穿设于绝缘体(6)并且间隙穿设于所述避让孔(51)，电极丝(7)位于管内真空区的一端电性连接于电子发射体(3)并且位于管外非真空区的另一端用于电性连接供电电路；

其中，所述绝缘体(6)、所述电极丝(7)以及管内真空区共同形成的管内三结合处和由屏蔽杯(5)、绝缘体(6)以及管内真空区共同形成的管内三结合处均位于所述屏蔽杯(5)的杯腔(52)内。

2.根据权利要求1所述的防打火阴极组件，其特征在于：所述屏蔽管(4)、真空管壳(8)以及管外非真空区共同形成的三结合处位于所述空腔(11)内。

3.根据权利要求2所述的防打火阴极组件，其特征在于：所述聚焦体(1)包括聚焦本体部(12)以及沿聚焦本体部(12)轴向延伸的屏蔽延伸部(13)，屏蔽延伸部(13)和屏蔽管(4)的径向间距W不小于1.5mm，屏蔽延伸部(13)的端面和管外三结合处的轴向间距L不小于1mm，并且L/W≥2/3。

4.根据权利要求3所述的防打火阴极组件，其特征在于：所述聚焦体(1)还包括聚焦延伸部(14)，聚焦延伸部(14)同轴设置于聚焦本体部(12)，聚焦延伸部(14)用于聚焦由电子发射体(3)发射的电子束。

5.根据权利要求1所述的防打火阴极组件，其特征在于：所述聚焦体(1)、屏蔽管(4)、屏蔽杯(5)以及电极丝(7)均由金属材料制成，所述绝缘体(6)和真空管壳(8)均由绝缘材料制成。

6.根据权利要求5所述的防打火阴极组件，其特征在于：所述金属材料为可伐合金，所述绝缘材料为与可伐合金膨胀系数相匹配的陶瓷或玻璃。

7.根据权利要求1所述的防打火阴极组件，其特征在于：所述屏蔽管(4)和屏蔽杯(5)的壁厚为0.3-1.0mm，所述电极丝(7)的直径为0.8-2.0mm。

8.根据权利要求1所述的防打火阴极组件，其特征在于：所述安装盘(2)靠近中心孔(21)的部位具有环形凸起(22)，环形凸起(22)与屏蔽杯(5)的杯口沿密封套接。

9.根据权利要求1所述的防打火阴极组件，其特征在于：所述避让孔(51)沿其轴向的孔深不少于5mm。

10.根据权利要求1所述的防打火阴极组件，其特征在于：所述绝缘体(6)填充于屏蔽杯(5)内的厚度不少于3mm。

11.一种X射线管，其特征在于，包括：

真空管壳(8)；

如权利要求1至权利要求10任一项所述的防打火阴极组件。

12.根据权利要求11所述的X射线管，其特征在于：所述真空管壳(8)包括呈喇叭状的衔接管壳(81)以及包围整个防打火阴极组件的主体管壳(82)，衔接管壳(81)的小口端密封连接屏蔽管(4)，衔接管壳(81)的大口端密封连接主体管壳(82)。