CN117133615A - 一种碳纳米管阴极x射线管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纳米管阴极X射线管，包括：阴极、阳极和偏转组件；偏转组件设置于阴极与阳极之间；偏转组件与阴极的连线为第一预设路径，其与阳极的连线为第二预设路径，第一预设路径与第二预设路径的夹角为预设第一预设角度值；偏转组件使阴极发射的电子束流的路径由第一预设路径偏转至第二预设路径，并射向阳极。通过对碳纳米管阴极发射的电子束流进行偏转，改变其路径使电子束流与X射线管内残存空气撞击而产生的离子因自身荷质比远小于电子而无法在偏转处偏转，从而使离子不会反轰至碳纳米管阴极，延长了阴极的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种碳纳米管阴极X射线管。
背景技术
现有的碳纳米管阴极X射线管如图1所示，阴极电子在电场作用下直接被发射至阳极，电子运行的过程中如果与X射线管中的残余气体分子撞击则有可能将气体分子电离，产生带正电的离子带正电的离子在X射线管内的电场作用下会向阴极移动，当电子束流为直线且与电场方向相反时，离子反轰路径会与电子束流路径重合，离子会反轰至电子束流产生的地方，即碳纳米管阴极。碳纳米管阴极具有寿命较短的缺点，其中很大一部分原因在于X射线管在工作时产生的离子，离子反轰至阴极会改变阴极内部结构，缩短阴极寿命。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种碳纳米管阴极X射线管，通过对碳纳米管阴极发射的电子束流进行偏转，改变其路径使电子束流与X射线管内残存空气撞击而产生的离子因自身荷质比远小于电子而无法在偏转处偏转，从而使离子不会反轰至碳纳米管阴极，延长了阴极的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种碳纳米管阴极X射线管，包括：阴极、阳极和偏转组件；
所述偏转组件设置于所述阴极与所述阳极之间；
所述偏转组件与所述阴极的连线为第一预设路径，其与所述阳极的连线为第二预设路径，所述第一预设路径与所述第二预设路径的夹角为预设第一预设角度值；
所述偏转组件使所述阴极发射的电子束流的路径由所述第一预设路径偏转至所述第二预设路径，并射向所述阳极。
进一步地，所述第一偏转组件包括：所述偏转组件包括：第一偏转部件和第二偏转部件；
所述第一偏转部件和所述第二偏转部件依次设置于所述阴极和所述阳极之间，其使所述阴极发射的所述电子束流的路径由所述第一预设路径偏转至所述第二预设路径，并射向所述阳极。
进一步地，所述第一偏转部件为第一高压电极，所述第二偏转部件为第一偏转磁铁；
所述第一高压电极与所述阴极的电压差为第一预设电压差，其与所述阳极的电压差为第二预设电压差。
进一步地，所述第一偏转部件为第二偏转磁铁，所述第二偏转部件为第三偏转磁铁；
所述第二偏转磁铁与所述第三偏转磁铁的连线为第三预设路径；
其中，所述第二偏转磁铁与所述第三偏转磁铁的磁场方向相反。
进一步地，所述第三偏转磁铁的磁场大于所述第二偏转磁铁的磁场。
进一步地，所述第二偏转磁铁和/或所述第三偏转磁铁为二极磁铁。
进一步地，所述第一偏转部件为第一偏转电极，所述第二偏转部件为第二偏转电极；
所述第一偏转电极与所述第二偏转电极的连线为第三预设路径。
进一步地，所述第一偏转电极的电压差小于所述第二偏转电极的电压差；和/或
所述第一偏转电极的面积小于所述第二偏转电极的面积。
进一步地，所述第一偏转部件为第一偏转磁铁，所述第二偏转部件为第二偏转电极；
所述第一偏转磁铁与所述第二偏转电极的连线为第三预设路径。
进一步地，所述第一偏转部件为第一偏转电极，所述第二偏转部件为第二偏转磁铁；
所述第一偏转电极与所述第二偏转磁铁的连线为第三预设路径。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过对碳纳米管阴极发射的电子束流进行偏转，改变其路径使电子束流与X射线管内残存空气撞击而产生的离子因自身荷质比远小于电子而无法在偏转处偏转，从而使离子不会反轰至碳纳米管阴极，延长了阴极的使用寿命。
附图说明
图1是现有的碳纳米管阴极X射线管示意图；
图2是本发明实施例提供的碳纳米管阴极X射线管原理图；
图3是本发明实施例提供的碳纳米管阴极X射线管实施例一图；
图4是本发明实施例提供的碳纳米管阴极X射线管实施例二图；
图5是本发明实施例提供的碳纳米管阴极X射线管实施例三图；
图6是本发明实施例提供的碳纳米管阴极X射线管综合示意图。
附图标记：
1、阴极，11、阴极盘，2、阳极，21、阳极靶盘，3、偏转组件，31、第一高压电极，32、第一偏转磁铁，33、第二偏转磁铁，34、第三偏转磁铁，35、第一偏转电极，36、第二偏转电极，5、X射线窗，61、阳极马达定子，62、阳极马达转子，63、阳极轴承，7、球管外壳，8、管芯外壳，9、冷却油。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参照图2，本发明实施例提供一种碳纳米管阴极X射线管，包括：阴极1、阳极2和偏转组件3；偏转组件3设置于阴极1与阳极2之间；偏转组件3与阴极1的连线为第一预设路径，其与阳极2的连线为第二预设路径，第一预设路径与第二预设路径的夹角为预设第一预设角度值；偏转组件3使阴极1发射的电子束流的路径由第一预设路径偏转至第二预设路径，并射向阳极2。
上述技术方案使电子束流不再为直线，在磁场或电场作用下产生偏移，然后再轰击至阳极2，那么偏转之后产生的离子由于荷质比电荷/质量远小于电子，所以在同样的电场和磁场作用下偏转远小于电子，这样会使得离子反轰路径不再与电子束流路径重合，离子也就不再会反轰至碳纳米管阴极1，提高了碳纳米管阴极1的使用寿命。
具体的，偏转组件3包括：第一偏转部件和第二偏转部件；第一偏转部件和第二偏转部件依次设置于阴极1和阳极2之间，其使阴极1发射的电子束流的路径由第一预设路径偏转至第二预设路径，并射向阳极2。
在本发明的第一个实施例中，请参照图3，第一偏转部件为第一高压电极31，第二偏转部件为第一偏转磁铁32；第一高压电极31与阴极1的电压差为第一预设电压差，其与阳极2的电压差为第二预设电压差。
在包含第一高压电极31和第一偏转磁铁32的具体实施方式中，第一高压电极31放置于碳纳米管阴极1前，第一高压电极31上电压比阴极1高nkV一般来说n小于10，目的为使电子从阴极1上发射出来，电子通过第一高压电极31后能量约为nkeV。
电子通过第一高压电极31后，由于第一高压电极31与阳极2之间电位差为140-nkV140为X射线管管电压，可以为其它数值，但一般来说会大于10，电子会被继续加速飞向阳极2靶盘。
在电子漂移路径上的合适位置安放第一偏转磁铁31，使电子束流路径产生偏转，电子束流沿偏转后的路径继续漂移，直至最后撞击到阳极2靶盘上设定的焦点，产生X射线。
电子束流路径上会将X射线管内残余气体分子电离，产生离子。离子会沿电场方向漂移，但是由于电子束流被偏转的原因，离子不会反轰至阴极1表面，从而保护阴极1。
在本发明第二个实施例中，第一偏转部件为第二偏转磁铁33，第二偏转部件为第三偏转磁铁34；第二偏转磁铁33与第三偏转磁铁34的连线为第三预设路径；其中，第二偏转磁铁33与第三偏转磁铁34的磁场方向相反。
进一步地，第三偏转磁铁34的磁场大于第二偏转磁铁33的磁场。
可选的，第二偏转磁铁33和/或第三偏转磁铁34为二极磁铁，可提供一垂直于电子束流方向的磁场，电子在与磁场方向垂直的平面上偏转。也可根据具体情况使用更多的偏转磁铁。
请参照图4，在包含第二偏转磁铁33和第三偏转磁铁34的实施例中，电子束流从碳纳米管阴极1出射后经过第二偏转磁铁33和第三偏转磁铁34，在改变方向后再轰击至阳极2靶盘，产生X射线。
此时产生的反轰离子在通过偏转磁铁时，由于荷质比远小于电子，因此偏转磁铁无法给反轰离子足够的偏转量，使其逆电子束流方向漂移，因此反轰离子不会轰击至阴极1表面。
一般来说偏转磁铁为二极磁铁，提供一垂直于电子束流方向的磁场，第二偏转磁铁33与第三偏移磁铁34提供的磁场方向相反，一般来说偏转磁铁二提供的磁场较大，放置在阴极1至阳极2路径的前段，一方面由于此时电子能量较低，容易偏转，另一方面也是由于前段产生的离子反轰至阴极1的能量较低，对阴极1影响较小。
在本发明第三个实施例中，第一偏转部件为第一偏转电极35，第二偏转部件为第二偏转电极36；第一偏转电极35与第二偏转电极36的连线为第三预设路径。
请参照图5，第一偏转电极35和第二偏转电极36；第一偏转电极35和第二偏转电极36依次设置于阴极1和阳极2之间；第一偏转电极35的电压差小于第二偏转电极36的电压差；和/或，第一偏转电极35的面积小于第二偏转电极36的面积。
上述具体实施例中，通过第一偏转电极35和第二偏转电极36代替第二偏转磁铁33和第三偏转磁铁34，在电子束流路径上设置两个偏转电极，产生偏转电场。
一般来说，第一偏转电极35的电压差小于第二偏转电极36的电压差，第一偏转电极35的面积小于第二偏转电极36的面积，这样使第二偏转电场的强度与作用区域都大于第一偏转电场。电子在通过第二偏转电场区域时能量更高，速度更快，需要用更大的电场强度与作用区域来抵消第一偏转电场的偏转效果。
同样，由于离子荷质比远小于电子的原因，反轰离子在通过两个电场时偏转远小于电子，因此反轰离子会偏离电子束流路径，最终不会轰击至阴极1表面。
相似地，在本发明第四个实施例中，第一偏转部件为第一偏转磁铁33，第二偏转部件为第二偏转电极36；第一偏转磁铁33与第二偏转电极36的连线为第三预设路径。
相似地，在本发明第五个实施例中，第一偏转部件为第一偏转电极35，第二偏转部件为第二偏转磁铁34；第一偏转电极35与第二偏转磁铁34的连线为第三预设路径。
在本发明实施例的一个具体实施方式中，请参照图6，碳纳米管阴极1安装在阴极盘11上，与X射线管外负高压电缆连接，阴极1发射电子束流通过偏转组件偏转后与阳极靶盘21上预定电子束流撞击点撞击，在撞击点处发出X射线，通过X射线窗5发出。
阳极结构与传统CT用X射线管一致，由管芯外马达定子61驱动与阳极2连接的阳极马达转子62，从而驱动马达。阳极马达转子62通过阳极轴承63与固定不动的轴承中心柱连接，轴承中心柱连接正高压。
阳极2与阴极1之间的偏转组件为本次发明的主要部分，偏转组件可以通过不同方案实现电子束流的偏转，最终防止阴极被电子束流在传输路径上产生的离子反轰，达到本发明要实现的目的。
此外，碳纳米管阴极X射线管的球管外壳7和管芯外壳8之间设有冷却油9。
本发明实施例旨在保护一种碳纳米管阴极X射线管，具体包括：阴极、阳极和偏转组件；偏转组件设置于阴极与阳极之间；偏转组件与阴极的连线为第一预设路径，其与阳极的连线为第二预设路径，第一预设路径与第二预设路径的夹角为预设第一预设角度值；偏转组件使阴极发射的电子束流的路径由第一预设路径偏转至第二预设路径，并射向阳极。上述技术方案具备如下效果：
通过对碳纳米管阴极发射的电子束流进行偏转，改变其路径使电子束流与X射线管内残存空气撞击而产生的离子因自身荷质比远小于电子而无法在偏转处偏转，从而使离子不会反轰至碳纳米管阴极，延长了阴极的使用寿命。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种碳纳米管阴极X射线管，其特征在于，包括：阴极(1)、阳极(2)和偏转组件(3)；
所述偏转组件(3)设置于所述阴极(1)与所述阳极(2)之间；
所述偏转组件(3)与所述阴极(1)的连线为第一预设路径，其与所述阳极(2)的连线为第二预设路径，所述第一预设路径与所述第二预设路径的夹角为预设第一预设角度值；
所述偏转组件(3)使所述阴极(1)发射的电子束流的路径由所述第一预设路径偏转至所述第二预设路径，并射向所述阳极(2)。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管阴极X射线管，其特征在于，
所述偏转组件(3)包括：第一偏转部件和第二偏转部件；
所述第一偏转部件和所述第二偏转部件依次设置于所述阴极(1)和所述阳极(2)之间，其使所述阴极(1)发射的所述电子束流的路径由所述第一预设路径偏转至所述第二预设路径，并射向所述阳极(2)。
3.根据权利要求2所述的碳纳米管阴极X射线管，其特征在于，
所述第一偏转部件为第一高压电极(31)，所述第二偏转部件为第一偏转磁铁(32)；
所述第一高压电极(31)与所述阴极(1)的电压差为第一预设电压差，其与所述阳极(2)的电压差为第二预设电压差。
4.根据权利要求2所述的碳纳米管阴极X射线管，其特征在于，
所述第一偏转部件为第二偏转磁铁(33)，所述第二偏转部件为第三偏转磁铁(34)；
所述第二偏转磁铁(33)与所述第三偏转磁铁(34)的连线为第三预设路径；
其中，所述第二偏转磁铁(33)与所述第三偏转磁铁(34)的磁场方向相反。
5.根据权利要求4所述的碳纳米管阴极X射线管，其特征在于，
所述第三偏转磁铁(34)的磁场大于所述第二偏转磁铁(33)的磁场。
6.根据权利要求4所述的碳纳米管阴极X射线管，其特征在于，
所述第二偏转磁铁(33)和/或所述第三偏转磁铁(34)为二极磁铁。
7.根据权利要求2所述的碳纳米管阴极X射线管，其特征在于，
所述第一偏转部件为第一偏转电极(35)，所述第二偏转部件为第二偏转电极(36)；
所述第一偏转电极(35)与所述第二偏转电极(36)的连线为第三预设路径。
8.根据权利要求7所述的碳纳米管阴极X射线管，其特征在于，
所述第一偏转电极(35)的电压差小于所述第二偏转电极(36)的电压差；和/或
所述第一偏转电极(35)的面积小于所述第二偏转电极(36)的面积。
9.根据权利要求2所述的碳纳米管阴极X射线管，其特征在于，
所述第一偏转部件为第一偏转磁铁(33)，所述第二偏转部件为第二偏转电极(36)；
所述第一偏转磁铁(33)与所述第二偏转电极(36)的连线为第三预设路径。
10.根据权利要求2所述的碳纳米管阴极X射线管，其特征在于，
所述第一偏转部件为第一偏转电极(35)，所述第二偏转部件为第二偏转磁铁(34)；
所述第一偏转电极(35)与所述第二偏转磁铁(34)的连线为第三预设路径。
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